工业机器人用精密人字齿行星减速器设计制造与性能试验

摘要

随着工业机器人在国民产业各行各业应用范围的逐步扩展，工业机器人核心组件的设计与制造的国产化越来越得到重视。当前工业机器人用减速器一般为摆线针轮减速器、RV减速器和谐波减速器，其中谐波减速器常应用于轻载，摆线针轮减速器和RV减速器都以摆线针轮行星传动为基础，因其结构特点，在传动效率、使用寿命方面明显劣于渐开线齿轮传动。虽然渐开线行星齿轮传动具有工艺性能好，加工成本低、精度高，对误差的敏感度比较低的优点，但大传动比的多级行星减速器通常由于定位轴承、行星架与太阳轮的连接、两级行星架间的连接导致体积过大。因此对行星传动进行新的结构设计，满足大传动比时体积较小的设计方案对于替代RV减速器和谐波减速器具有重大意义。 本文首先介绍了常见工业机器人用减速器的传动原理，对比了摆线针轮减速器、RV减速器、谐波减速器和渐开线行星齿轮减速器的传动特性。以目前市场上已有的某型号减速器的技术参数作为参照指标，对采用人字齿行星传动系统的减速器进行结构设计，对比了满足设计要求的不同方案，并依据结构参数选取了较优的一种方案进行具体参数设计。对减速器额定工况下进行了静力分析以及零部件的强度校核。在满足设计要求的条件下，绘制了各零件图纸，加工了人字齿行星减速器样机。 为降低由于人字齿加工误差带来的承载不均，提高人字齿行星减速器的均载特性，通过拓扑优化理论进行了行星架优化设计，通过有限元分析了不同方案行星架的扭转变形和轴向变形，设计了膜片式柔性行星架的新构型。进行了两级行星传动系统的ADAMS刚柔耦合动力学仿真，验证了膜片式柔性行星架能够提高传动系统的均载性能。 设计了人字齿行星减速器样机动态测试试验台，并与RV减速器进行了动态传动试验和扭转刚度试验对比。试验内容包括：传动效率试验、传动精度试验、扭转刚度试验和振动信号检测试验。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文的研究内容

1.4 本文的研究方法

2 人字齿行星减速器的设计

2.1 工业机器人减速器性能参数

2.2 减速器结构设计

2.2.1 技术参数

2.2.2 减速器结构设计

2.2.3 减速器静力分析与零件强度校核

2.2.4 减速器样机试制

2.3 本章小结

3 柔性行星架优化设计

3.1 柔性行星架拓扑优化设计

3.2 柔性行星架有限元分析

3.3 本章小结

4 柔性行星架均载特性分析

4.1 动力学仿真模型建立

4.1.1 建立三维实体模型

4.1.2 动力学仿真模型

4.1.3 齿轮接触载荷参数设置

4.1.4 行星轮系刚柔耦合模型建立

4.2 动力学均载特性分析

4.3 本章小结

5 减速器性能试验台设计与测试

5.1 试验台搭建

5.2 试验设备介绍

5.3 性能试验研究

5.3.1传动效率试验

5.3.2 传动精度试验

5.3.3 扭转刚度试验

5.3.4 振动试验

5.3.5 试验结果对比

5.4 本章小结

结 论

参 考 文 献

附录A 齿轮加工参数

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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