《机器人用精密行星摆线减速器》标准草案大纲
摆线针轮行星减速器设计
精度的运动传递和控制,用于机器人关节驱动、精密机床等高精度摆线轮传动技术的研究,其中常用的有以下几种:
(1). TWINSPFN减速器近来由斯洛伐克的一家公司推出,这种轴承式减速器不仅能承受非常大的径向力而且还能承受轴向力,并且使用寿命和传动效率也有所提高。
图1.1 摆线针轮减速器的应用
目前,摆线针轮减速器的研究在国外都得到了积极发展,从1990年开始,住友机械株式会社在“80系列”的基础上推出最新“90样本”的摆线针轮减速器,它的机型由15种扩大到21种,传动比由8种扩大到16种。我国对日本提高摆线针轮减速器性能的主要措施已进行较深入的分析,并且在赶超世界水平的同时也有了自己的创新成果,如与工程实际相符的摆线轮与输出机构受力分析以及对摆线轮齿形的优化设计等。
本论文所涉及的科研项目主要通过对摆线针轮行星减速器的主要零件的概念进行详细阐述,给出了摆线针轮减速器的用途,使用说明以及注意事项。列出了摆线针轮行星减速机的构造即输出部分,输入部分。通过对针摆行星传动减速器传动工作原理和特点进行分析,对针轮输出机构及针摆行星传动这种传动方式进行分析,以获得其理论设计和方法。从摆线针轮行星传动的共同点出发以及针摆轮行星减速器相对于少齿差行星减速器的优点提出针摆行星传动形式的设计计算方法。
(10)钢铁学院高兴蚊、黄秋波对具有双面支撑输出机构以及多齿差齿形摆线针轮行星传动的齿廓曲线形状和啮合特性进行了理论分析。摆线针轮减速器的发展趋势是达到更高的运动精度,更高的传递功率和更广的传动围。
自20世纪90年代以来来,在工业专用机器人回转装置选择中。摆线轮传动作为一种比较理想的传动形式应用其中。如日本住友重机械工业株式会社研发成功的机器人用R.v列,FA系列及FT系列产品均采用了摆线针轮传动结构形式,由于采用了最新的设计理论。从而产品外型美观大方、结构合理、传递功率得到提高。
机器人用高精密减速器制造方案(一)
机器人用高精密减速器制造方案一、实施背景随着科技的不断发展,机器人技术已经成为了工业自动化、智能化转型的关键技术。
特别是在制造业、物流业、服务业等领域,机器人的应用越来越广泛。
高精密减速器作为机器人的核心部件,对于机器人的运动性能、负载能力和精度有着至关重要的影响。
然而,目前国内的高精密减速器市场主要被国外企业所占据,国产减速器在精度、可靠性和使用寿命等方面仍存在较大的提升空间。
因此,从产业结构改革的角度出发,开展机器人用高精密减速器制造方案的研究具有重要意义。
二、工作原理高精密减速器是机器人中最关键的部件之一,它可以将电机的旋转运动转化为适合机器人执行器的线性运动。
高精密减速器通常由多个齿轮组成,包括输入轴、行星轮、太阳轮和输出轴等部分。
当电机驱动输入轴转动时,行星轮在太阳轮的齿面上滚动,从而产生旋转运动。
同时,行星轮也会带动输出轴转动,实现减速和放大扭矩的功能。
此外,高精密减速器还可以通过改变齿轮的模数、齿数和螺旋角等参数来满足不同的负载需求。
三、实施计划步骤1.研发阶段:开展材料选择、结构设计、制造工艺等方面的研究,探索适合高精密减速器生产的创新技术。
同时,进行仿真模拟和实验验证,确保设计的可行性和可靠性。
2.生产阶段:建立先进的生产车间,采购先进的生产设备,如数控机床、滚齿机、磨床等。
在生产过程中,要确保每道工序的质量控制和工艺参数的优化,提高产品的精度和一致性。
3.测试阶段:对生产出的减速器进行严格的质量检测和性能测试,包括齿轮的啮合间隙、跳动量、扭矩传递等指标。
同时,进行寿命试验和环境适应性测试,确保产品在不同条件下的稳定性和可靠性。
4.销售与服务阶段:建立完善的销售网络和售后服务体系,加强与客户的沟通与合作,提供技术支持和售后服务,提高客户满意度。
四、适用范围本制造方案适用于各种工业机器人、服务机器人和医疗机器人等,包括但不限于机械臂、移动机器人、协作机器人等。
通过优化设计和技术创新,本制造方案还可以应用于其他领域的高精密传动领域,如航空航天、精密仪器等。
精密行星减速器参数
概述精密行星减速器也称为精密行星齿轮箱、精密减速电机,精密行星减速器具有高刚性、高精度(单级可做到1分以内)、高传动效率(单级在97%-98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点。
按照功率大小分为小功率精密行星减速器(微型)、大功率精密行星减速器;不同功率的行星减速器分别应用于不同的场景、行业设备中。
微型精密行星减速器主要应用于汽车传动领域、精密医疗器械、智能家居、智慧城市基础设施设备中。
参数精密行星减速器齿轮箱的直径尺寸范围在3mm-38mm之间,参数各不相同,例如型号为:ZWBMD032032型号:ZWBMD032032典型应用:割草机、流量泵、电动门窗、天线基站等Typical Application:The lawn mower,Flow pump,Electric windows and doors,Base station antenna and etc.输出功率:约2.8W~10.0W金属输出轴ZWBMD032032-107612.053005720408544007700002500001076型号精密行星减速器型号主要是根据参数、尺寸、规格来命名:尺寸:3mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm、38mm电压:3v、4v、5v、6v、12v、24v功率:0.5W-50W速比:2-2000材质:塑胶、金属齿轮性能精密行星减速器具备体积小、噪音低、寿命长、耐用、高刚性、高精度(单级可做到1分以内)、高传动效率(单级在97%-98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点。
用途微型精密行星减速器按照需求定制参数,主要应用于电子产品设备领域、汽车传动领域、精密医疗器械领域、工业自动化领域、智能家居设备领域:一、电子产品、设备手机、数码相机、手持风扇、平衡车、无人机、电子锁具、电动牙刷、智能互动机器人、电动公仔、打印机、复印机等。
行星减速器标准
行星减速器标准一、范围本标准规定了行星减速器的术语和定义、型式与基本参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。
本标准适用于传递动力、降低转速、增大扭矩的行星减速器。
二、规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
三、术语和定义本标准所涉及的术语和定义如下:1. 行星减速器(Planetary Reducer):一种由太阳轮、行星轮和内齿圈组成的减速器。
2. 传动效率(Efficiency):行星减速器传递动力的效率。
3. 额定扭矩(Rated Torque):行星减速器在规定工作条件下允许的最大扭矩。
4. 最大转速(Maximum Speed):行星减速器在规定工作条件下允许的最大转速。
四、型式与基本参数1. 行星减速器的主要型式包括平行轴式、垂直轴式和摆线式等。
2. 基本参数包括输入转速、输入功率、输入扭矩、输出转速、输出扭矩、传动比、传动效率等。
五、技术要求1. 行星减速器应满足性能要求,包括传动效率、噪音、温升等。
2. 行星减速器的零部件应符合相关标准要求,包括齿轮、轴承、轴、箱体等。
3. 行星减速器应进行耐久性试验,确保在规定工作条件下能够正常工作。
六、试验方法1. 传动效率试验:通过测量输入功率和输出功率来确定传动效率。
2. 噪音试验:在规定条件下测量行星减速器的噪音。
3. 温升试验:在规定条件下测量行星减速器的温升。
4. 耐久性试验:在规定条件下进行长时间运行试验,以评估行星减速器的耐久性。
七、检验规则1. 出厂检验:每台行星减速器应进行出厂检验,确保符合相关要求。
2. 型式检验:在产品研发、生产过程中应进行型式检验,以确保产品符合设计要求。
3. 定期检验:使用过程中应定期对行星减速器进行检验,以确保其正常运转。
八、标志、包装、运输和贮存1. 每台行星减速器应在显著位置标明产品名称、型号、额定参数等信息。
行星减速机标准
根据具体应用需求和场景选择合适的减速机型号,能够提高其效率、可靠性和寿命,以下标准是齿轮减速机选型时需要考虑的重要因素。
1.速比选择:齿轮减速机的常用速比通常在3-100之间,不同的速
比可以在不同的工况中使用。
2.扭矩要求:根据应用负载特性选择合适的扭矩等级和转速比,保
证减速机在工作过程中能够稳定输出所需扭矩和转速。
3.转速范围:根据应用需求选择合适的转速比和减速器额定输入转
速。
4.传动方式:根据应用需求选择减速机的输出轴、输入轴的布局和
结构形式,包括平行轴、垂直轴、同步轴、交错轴等。
5.精度要求:根据应用需求选择合适的精度等级和齿轮加工工艺,
例如精密齿轮、滚动齿轮、渐开线齿轮等。
6.寿命要求:根据应用需求选择合适的材料、润滑方式以及维护保
养计划。
7.安装尺寸:根据设备安装空间和布局要求选择合适的减速机形式,
包括平行轴、垂直轴、同步轴、交错轴等多种类型。
8.环境条件:根据使用环境选择合适的材料和润滑方式,以提高减
速机的防腐蚀性能和耐用性。
9.噪声要求:根据应用场景选择合适的噪声等级和降噪措施。
10.齿轮精度:选择适当的齿轮精度和加工工艺,以满足应用场景对
减速机运行精度、寿命和可靠性的要求。
11.成本预算:根据应用需求和预算限制选择经济实用的产品型号,
尽可能降低采购成本和运营成本。
12.厂家要求:针对不同的应用领域,选择合适的减速机品牌或厂商,
并考虑其产品的技术水平、售后服务、价格等综合因素。
13.方案选择:选型时需要根据具体的应用需求和场景进行综合评估
和权衡,以找到最优的减速机方案,提高设备的效率和可靠性。
《机器人用精密行星摆线减速器》标准草案大纲
《机器人用精密行星摆线减速器》标准草案大纲目次前言 (II)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语 (1)4 产品分类、型号及结构尺寸 (2)5 要求 (7)6 试验方法 (9)7 检验规则 (11)8 标志、包装、运输和贮存 (12)前言本标准按照GB/T 1.1—2009《标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写》给出的规则起草。
本标准由中国机械工业联合会提出。
本标准由全国标准化技术委员会(SAC/TC 357)归口。
本标准起草单位:××××××××××。
本标准主要起草人:××××××××××机器人用精密行星摆线减速器(大纲)1 范围本标准规定了机器人用精密行星摆线减速器(以下称“减速器”)的术语、分类与结构、要求、试验方法和检验规则等。
本标准适用于工业机器人、机床、电子、医疗、冶金、国防装备等行业用精密行星摆线减速器。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 191 包装储运图示标志GB/T2828.11计数抽样检验程序第11部分:小总体声称质量水平的评定程序GB/T 3077-1999合金结构钢GB/T 6404.1 齿轮装置的验收规范第 1 部分:空气传播噪声的试验规范GB/T 10095 圆柱齿轮精度制GB/T 13384机电产品包装通用技术要求GB/T 18254-2002 高碳铬轴承钢3 术语3.1机器人用精密行星摆线减速器Precision Planetary CycloidReduction Gear for Robots是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线包络减速机构两部分组成的两级封闭型行星传动装置,以精密传递运动为主。
工业机器人高精密减速器研发生产方案(二)
工业机器人高精密减速器研发生产方案一、实施背景随着中国制造业的持续升级,工业机器人成为了智能制造的重要组成部分。
而高精密减速器作为工业机器人的核心零部件,对于提高机器人的运动精度、稳定性和耐用性具有关键作用。
近年来,国内对高精密减速器的需求逐年增长,然而,国内市场对进口高精密减速器的依赖仍然较大。
因此,开展工业机器人高精密减速器研发生产具有重要的战略意义。
二、工作原理高精密减速器主要通过齿轮的精密制造和优化设计实现高精度传动。
其核心组件包括行星齿轮、蜗轮蜗杆、谐波齿轮等。
通过优化设计,高精密减速器能够在较小空间内实现大范围的减速比,同时保证运动的平稳性和精度。
此外,高精密减速器还采用了先进的热处理技术和材料,以提高其耐磨性和刚度。
三、实施计划步骤1.技术研究:进行高精密减速器的设计和制造技术研究,包括材料选择、热处理工艺、精密加工技术等。
2.样品制作:根据技术研究结果,制作样品并进行初步测试,以验证设计的合理性和工艺的可行性。
3.中试阶段:在样品测试成功后,进行小批量生产,即在中试阶段,对产品进行更全面的测试和验证。
4.批量生产:在中试阶段没有问题后,进入批量生产阶段,同时持续优化生产工艺和质量控制。
5.市场推广:通过各种渠道进行市场推广,包括参加行业展会、进行广告宣传、与机器人制造商合作等。
四、适用范围本研发生产方案适用于工业机器人的各个领域,包括但不限于汽车制造、机械加工、食品加工、物流仓储等。
同时,本方案还可应用于高端装备、航空航天等高精度传动需求领域。
五、创新要点1.材料创新:采用新型的高强度、轻质材料,以提高减速器的性能和效率。
2.结构设计创新:通过优化减速器结构设计,提高其稳定性和耐用性。
3.制造工艺创新:采用先进的精密加工技术和热处理工艺,以保证减速器的精度和质量。
4.智能化控制:结合先进的传感器和控制系统,实现减速器的智能化控制和监测,提高其运行效率和安全性。
六、预期效果1.提高国产高精密减速器的自主研发能力和生产技术水平,降低对进口产品的依赖。
行星减速机设计标准
关于强度计算中取值的有关规定(讨论稿) 以下强度计算中的取值规定有不完善之处和不妥之处,恳请各位指出。
1行星产品设计进行齿轮强度计算时,采用GB3480,其重要数据取值如下:φb(齿宽系数)取值在0.45-0.7之间σHlim(齿面接触疲劳极限应力)材料为20CrMnMo渗碳淬火时取1400MPa材料为40Cr调质时取780MPa材料为40Cr氮化时取1200MPaσFlim(齿根弯曲疲劳极限应力)太阳轮材料为20CrMnMo渗碳淬火取350MPa行星轮材料为20CrMnMo渗碳淬火取280MPa材料为40Cr调质时取260MPa材料为40Cr氮化时取330MPa齿形修薄、允许少量点蚀规定接触强度计算安全系数≥1.1规定弯曲强度计算安全系数≥1.32 平行轴产品设计进行齿轮强度计算时,采用GB3480其重要数据取值如下:φb(齿宽系数)取值在0.35-0.4间螺旋角取值在9-15度(10-13度优先)σHlim(齿面接触疲劳极限应力)材料为20CrMnMo渗碳淬火时取1350MPa材料为40Cr调质时取780MPa材料为45 # 调质时取650MPa材料为40Cr氮化时取1200MPa材料为45 # 氮化时取850MPaσFlim(齿根弯曲疲劳极限应力)材料为20CrMnMo渗碳淬火取330MPa材料为40Cr调质时取240MPa材料为45 # 调质时取210MPa材料为40Cr氮化时取320MPa材料为45 # 氮化时取260MPa齿形修薄、允许少量点蚀规定接触强度计算安全系数≥1.1规定弯曲强度计算安全系数≥1.33锥齿轮设计进行强度计算时,采用GB10062其重要数据取值如下:σHlim(齿面接触疲劳极限应力)材料为20CrMnMo渗碳淬火时取1350MPa材料为40Cr调质时取780MPa材料为45 # 调质时取650MPa材料为40Cr氮化时取1200MPa材料为45 # 氮化时取850MPaσFlim(齿根弯曲疲劳极限应力)材料为20CrMnMo渗碳淬火取330MPa材料为40Cr调质时取240MPa材料为45 # 调质时取210MPa材料为40Cr氮化时取320MPa材料为45 # 氮化时取260MPa齿形修薄、允许少量点蚀规定接触强度计算安全系数≥1.1规定弯曲强度计算安全系数≥1.33 平行轴产品设计进行齿轮强度计算时,采用GB3480其重要数据取值如下:φb(齿宽系数)取值在0.35-0.4间螺旋角取值在9-15度(10-13度优先)σHlim(齿面接触疲劳极限应力)材料为20CrMnMo渗碳淬火时取1350MPa材料为40Cr调质时取780MPa材料为45 # 调质时取650MPa材料为40Cr氮化时取1200MPa材料为45 # 氮化时取850MPaσFlim(齿根弯曲疲劳极限应力)材料为20CrMnMo渗碳淬火取330MPa材料为40Cr调质时取240MPa材料为45 # 调质时取210MPa材料为40Cr氮化时取320MPa材料为45 # 氮化时取260MPa齿形修薄、允许少量点蚀规定接触强度计算安全系数≥1.1规定弯曲强度计算安全系数≥1.34 用转矩估算轴径时(粗选最小轴径时),式中A的取值材料为45#时,A取113材料为40Cr时,A取102材料为20CrMnMo时,A取98截面上有一个键槽,A取值增大4-5%截面上有二个键槽,A取值增大7-10%5 按当量弯矩近似计算轴径时1)转动的轴既受弯矩又扭矩时,[σ]取[σ-1]材料为45#调质时,[σ-1]取60MPa材料为40Cr调质时,[σ-1]取70MPa材料为20CrMnMo渗碳淬火时,[σ-1]取90MPa 2)转动的轴仅受扭矩时,[σ]取[σ0]材料为45#调质时,[σ0]取105MPa材料为40Cr调质时,[σ0]取120MPa材料为20CrMnMo渗碳淬火时,[σ0]取150MPa3)转动的轴仅受弯矩时,[σ]取[σ-1]材料为45#调质时,[σ-1]取60MPa材料为40Cr调质时,[σ-1]取70MPa材料为20CrMnMo渗碳淬火时,[σ-1]取90MPa 4)行星轴仅受弯矩,[σ]取值如下:(轴承装在行星轮内)材料为45#调质时,[σ]取110MPa材料为40Cr调质时,[σ]取130MPa材料为20CrMnMo渗碳淬火时,[σ]取180Mpa 6 联接强度的校核平键的强度校核按红手册上册第582页进行花键的强度校核按红手册上册第592页进行销的强度校核按红手册上册第610页进行(进行销的强度校核时,内齿圈上的T按此级的输出T 近似计算)7轴承的校核按红手册下册第149-154页进行关于行星减速器设计标准及规定1 机体、机壳、机座、机盖a材料为QT450-10、HT250b应进行时效解决,粗加工后进行二次时效。
机器人用高精密减速器制造方案(二)
机器人用高精密减速器制造方案一、实施背景随着中国经济的快速发展,产业结构改革已成为必然趋势。
制造业作为中国经济的支柱产业,其转型升级对于提高整体竞争力至关重要。
减速器作为机器人制造的核心部件,其性能与精度直接影响机器人的运动控制、负载能力及使用寿命。
因此,本方案旨在通过改革机器人用高精密减速器的制造过程,提升减速器的性能与品质,助推中国制造业的转型升级。
二、工作原理高精密减速器是机器人运动控制的核心部件,主要承担将电动机的转速降低到机器人所需的低速和大力矩输出。
它由齿轮、轴承、轴等精密零件组成,通过精确的装配和调整,实现高精度、高稳定性的运动传递。
本方案所涉及的高精密减速器采用先进的材料、精密的加工及装配技术,确保其高精度、长寿命及优异的性能。
三、实施计划步骤1.技术研发:成立由行业专家和科研人员组成的技术研发团队,进行减速器核心技术的攻关与研发。
2.设计优化:基于现有技术,进行设计优化,提高减速器的性能和降低成本。
3.样品试制:根据优化后的设计,制作样品,进行严格的测试和验证。
4.批量生产:在样品测试通过后,进行批量生产。
5.质量保障:建立完善的质量管理体系,确保产品的持续稳定与优质。
6.市场推广:加强市场推广力度,扩大产品销售范围。
四、适用范围本方案所涉及的高精密减速器适用于各类工业机器人、服务机器人以及精密传动领域。
具体包括汽车制造、电子设备制造、物流搬运、航空航天等行业。
五、创新要点1.材料创新:采用新型的高强度、轻质材料,提高减速器的机械强度与轻量化。
如采用钛合金、高强度尼龙等材料。
2.工艺创新:引入先进的加工工艺,如超精密切削、纳米压印等,提高零件的加工精度和表面质量。
3.结构设计创新:优化减速器的结构设计,提高传动效率,降低噪音和振动。
4.智能控制创新:引入智能控制系统,实现减速器的实时监控与自动调整,提高机器人的运动控制精度和稳定性。
5.绿色制造创新:采用环保的制造工艺,降低生产过程中的能耗与排放。
国家标准《机器人用精密行星摆线减速器》制定工作组第三次会议在广州机械院召开
国家标准《机器人用精密行星摆线减速器》制定工作组第三次
会议在广州机械院召开
佚名
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2017(45)21
【摘要】2017年10月16—18日,国家标准《机器人用精密行星摆线减速器》
制定工作组第三次会议在广州机械科学研究院有限公司(以下简称“广州机械院”)召开。
会议由广州机械院副总经理、汽车零部件研究所所长闵新和主持,全国减速机标准化技术委员会主任委员刘志新、广州机械院科技发展部部长高燕等十五位领导和专家出席会议。
【总页数】1页(P126-126)
【关键词】国家标准;《机器人用精密行星摆线减速器》;广州市;机械行业
【正文语种】中文
【中图分类】T-652.1;F426.4
【相关文献】
1.产业发展标准先行——第三次《工业机器人控制装置》国家标准工作组会及《数控机床电气设备及系统安全》国家标准制定启动会在京召开 [J], 陈钢
2.国机智能科技有限公司参加《机器人摆线行星减速器》中国机器人产业联盟标准编制工作 [J],
3.中国家用电器研究院牵头制定的家电智能功率模块和控制单元两项国家标准召开标准制定第三次会 [J], 赵阳
4.“工业自动化仪表与系统”可靠性国家标准制定工作组第三次工作会召开 [J],
5.第二次《工业机器人控制装置技术条件》国家标准制定工作组会议在重庆召开[J],
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摆线针轮减速机标准
摆线针轮减速机标准摆线针轮减速机是一种常见的传动装置,广泛应用于机械设备中。
它通过摆线针轮的啮合,实现了高效的减速传动,具有结构紧凑、传动比稳定、噪音小等优点。
为了保证摆线针轮减速机的性能和质量,制定了一系列的标准,以确保其在设计、制造和使用过程中能够达到统一的技术要求和质量标准。
首先,摆线针轮减速机的设计标准是非常重要的。
设计标准包括了减速机的结构尺寸、传动比、额定输入功率、额定输出扭矩等参数的规定,这些参数直接关系到减速机的性能和使用效果。
设计标准的制定需要考虑到实际应用的需求,确保减速机在使用过程中能够稳定可靠地工作。
其次,摆线针轮减速机的制造标准也是至关重要的。
制造标准规定了减速机各零部件的加工精度、装配工艺、质量检验等方面的要求,以确保减速机在制造过程中能够达到统一的质量标准。
制造标准的执行需要严格控制生产过程,确保每台减速机都能够符合标准要求。
此外,摆线针轮减速机的使用标准也是必不可少的。
使用标准包括了减速机的安装、调试、运行、维护等方面的规定,以确保减速机在使用过程中能够安全、高效地工作。
使用标准的制定需要考虑到减速机在不同行业和领域的实际应用情况,制定相应的操作规程和安全措施。
总的来说,摆线针轮减速机标准的制定和执行对于保证减速机的性能和质量具有重要意义。
只有严格执行标准要求,才能够确保减速机在设计、制造和使用过程中能够达到统一的技术要求和质量标准,从而为各行各业提供稳定可靠的传动装置。
在实际生产和应用中,制定和执行摆线针轮减速机标准还面临着一些挑战和问题。
例如,如何根据不同行业和领域的实际需求,制定相应的标准要求;如何加强对减速机制造过程中的质量控制,确保每台减速机都能够符合标准要求;如何加强对减速机使用过程中的安全管理,确保减速机在运行过程中能够安全可靠。
这些都是摆线针轮减速机标准化工作亟待解决的问题。
综上所述,摆线针轮减速机标准的制定和执行对于保证减速机的性能和质量至关重要。
机器人用精密减速器类型及精度研究进展
2021年4月第49卷第7期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSApr.2021Vol 49No 7DOI:10.3969/j issn 1001-3881 2021 07 032本文引用格式:肖亚茹,王明明,琚立颖,等.机器人用精密减速器类型及精度研究进展[J].机床与液压,2021,49(7):165-171.XIAOYaru,WANGMingming,JULiying,etal.Researchprogressintypesandprecisionofprecisereducersforrobots[J].MachineTool&Hydraulics,2021,49(7):165-171.收稿日期:2019-11-26作者简介:肖亚茹(1992 ),女,硕士研究生,助教,主要从事数字化设计与制造㊁机械动力学㊁矿山机械等方面研究㊂E-mail:2574874445@qq com㊂机器人用精密减速器类型及精度研究进展肖亚茹1,王明明1,琚立颖1,邵战涛2(1 华北理工大学机械工程学院,河北唐山063210;2 住重中骏(厦门)建机有限公司,福建厦门361012)摘要:综述了机器人用精密减速器的类型与应用现状,重点讨论了RV减速器㊁谐波行星减速器和住友减速器的特性和研究进展,分析了RV减速器㊁谐波行星减速器和摆线针轮减速器的精度问题,最后指出了机器人用精密减速器的发展方向是传动比更大㊁效率更高㊁传动更平稳㊁高精度㊁高性能的减速器,与此同时研究新型减速器是未来发展的方向㊂关键词:机器人用精密减速器;类型;精度中图分类号:TH132 46ResearchProgressinTypesandPrecisionofPreciseReducersforRobotsXIAOYaru1,WANGMingming1,JULiying1,SHAOZhantao2(1 CollegeofMechanicalEngineering,NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,TangshanHebei063210,China;2 ZhuzhongZhongjun(Xiamen)ConstructionMachineryCo.,Ltd.,XiamenFujian361012,China)Abstract:Thetypesandapplicationstatusofprecisionreducersforrobotswerereviewed.Thecharacteristicsandresearchpro⁃gressofRVreducer,harmonicplanetaryreducerandSumitomoreducerwereemphaticallydiscussed.TheaccuracyproblemsofRVre⁃ducer,harmonicplanetaryreducerandcycloidpinwheelreducerwereanalyzed.Itwaspointedoutthatthedevelopmentdirectionofprecisionreducerforrobotwastostudynewreducerswithhighertransmissionratio,higherefficiency,smoothertransmission,highac⁃curacyandhighperformance.Atthesametime,thestudyofnewreducerwasthedirectionoffuturedevelopment.Keywords:Precisionreducersforrobots;Type;Accuracy0㊀前言德国㊁意大利㊁日本在制造业方面占据着独特的优势,其生产出来的减速器成品无论是在材料㊁设计水平㊁质量控制㊁精度,还是在功率密度㊁可靠性和使用寿命等领域都遥遥领先[1]㊂2017年3月32日,HIT机器人集团开发了一款完全自主知识产权的精密摆线减速器,并于2017年3月投入生产㊂采用新开发的减速器,机器人制造商的采购成本下降了50%[2]㊂精密减速器具有传动比大㊁精度高㊁承载能力大㊁效率高等特点,目前除机器人外,精密减速器还广泛应用于航天㊁能源㊁电子㊁石油㊁军工㊁仪器等行业㊂在航空㊁航天㊁机器人和医疗器械等发展的推动下,结构简单紧凑㊁传递功率大㊁噪声低㊁承载能力大㊁传动平稳的高性能精密减速器需求加大[3]㊂全世界工业机器人用的高精密减速器大部分是日本生产出来的,尽管近几年来国内生产了减速器,但是很少被应用到国产机器人企业㊂分析机器人用减速器的精度将会大幅度提高国内减速器的生产质量和利用率,对减速器的发展具有推动作用㊂1㊀精密减速器在机械传动领域,减速器是连接动力源和执行机构的中间装置,减速器一般用于低转速大扭矩的传动设备,把电动机㊁内燃机或其他高速运转的动力通过减速器输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的㊂目前精密减速器主要有RV减速器(RVReducer)㊁谐波行星减速器(HarmonicPlanetaryGearsReducer)㊁住友减速器(SumitomoReducer)[4]㊂1 1㊀RV减速器RV减速器是一种新型的行星减速器,由环形齿轮㊁2K-H行星传动和K-H-V行星传动复合成2K-V行星传动㊂RV减速器的工作原理如图1所示[5],中心齿轮由电机带动,行星齿轮由中心齿轮驱动㊂此时,中心齿轮以第二级减速的输入速度反向旋转㊂行星齿轮的转速通过曲轴传递给摆线齿轮,摆线齿轮是偏心的㊂同时,摆线销是啮合的,使其绕中心轴旋转,转速从轴承两端的曲轴传递到轴承座上,从而达到减速的目的㊂如果摆线针壳是固定的,则载体将是输出构件㊂如果载体固定,摆线针壳将是输出构件㊂图1㊀RV减速器驱动示意[5]与其他行星传动相比,RV减速器具有以下优点[6]:(1)传动比高㊁传动效率高;(2)承载能力强;(3)体积小,质量轻;(4)回程误差小;(5)使用寿命长㊂与谐波齿轮减速器相比,RV减速器具有较高的疲劳强度和刚度㊂随着工作时间的增加,返回的误差不会增加㊂我国RV减速器传动装置的研制是1996年在国家高技术研究开发计划(863计划)中启动的㊂通过对机器人RV减速器系统的研究,提出了研制高精度㊁高刚度㊁小舱口RV减速器的基本方法,并成功地应用于RV⁃250II减速器的研制中[7]㊂1 2㊀谐波行星减速器谐波行星减速器是一种少齿差行星传动,通常由波发生器㊁柔轮㊁刚轮和柔性轴承等零部件构成㊂由WCMUSSER于20世纪50年代早期开发的典型驱动装置由3个基本的同心部件组成[8-9]:刚性圆柱齿轮G㊁柔性圆柱齿轮R㊁波发生器H(见图2)㊂波发生器在椭圆状凸轮外圈组装薄壁轴承的部件,轴承的内轮固定在凸轮上,外轮可通过滚珠实现弹性变形,通常被安装在输入轴上㊂柔轮是薄壁杯形金属弹性体部件,开口部外圈列有齿轮,柔轮底部(杯形底部)被称为膜片部,通常被安装在输出轴上㊂而刚轮是刚性环状部件,比柔轮齿数多出两齿,通常被固定在机壳上㊂组装时,将波发生器插入到柔性圆柱齿轮中,使柔性圆柱齿轮样条曲线变为椭圆形状㊂当所选的弯曲样条曲线插入到刚性圆柱齿轮时,波发生器长轴两端的齿啮合,短轴的齿沿径向运动提供花键之间的间隙㊂柔性圆柱齿轮和刚性圆柱齿轮总是连续啮合,弯曲样条曲线的形状使得它比刚性圆柱齿轮少两个齿,这就确保了波发生器不断旋转,使柔性圆柱齿轮和刚性圆柱齿轮之间的相对运动等于两个齿的运动㊂在刚性圆柱齿轮旋转固定的情况下,柔性圆柱齿轮以与输入相反的方向旋转,减速比等于柔性圆柱齿轮齿数的一半㊂图2㊀杯形部件谐波齿轮传动的拆卸单元[10]如图3所示谐波行星减速器的工作原理[11]:谐波齿轮传动中,刚轮的齿数ZG略大于柔轮的齿数ZR,其齿数差要根据波发生器转一周柔轮变形时与刚轮同时啮合区域数目来决定,即ZG-ZR=u,错齿是运动产生的原因㊂波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径大,当波发生器装入柔轮内圆时,迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状,使其长轴处柔轮轮齿插入刚轮的轮齿槽内,成为完全啮合状态,而其短轴处两轮轮齿完全不接触,处于脱开状态,由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态㊂当波发生器连续转动时,迫使柔轮不断产生变形,使两轮轮齿在进入啮入㊁啮合㊁啮出㊁脱开的过程中不断改变各自的工作状态,产生了所谓的错齿运动,从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递㊂图3㊀谐波行星减速器的工作原理谐波传动具有单级减速比高㊁扭矩容量大㊁通用性强㊁几乎无间隙㊁效率高㊁齿面磨损小㊁扭转刚度高㊁冲击精度高等优点,在高精度传动机构和定点装置中得到了广泛的应用,谐波齿轮传动因此在航空航天㊁军事应用以及工业领域得到了广泛的应用㊂1 3㊀住友减速器住友减速机的典型代表是精密摆线针轮减速器,其结构如图4㊁图5所示㊂它主要由1个太阳齿轮(输入)㊁3个行星齿轮㊁1个凸轮轴(输出)㊁3个曲轴㊁2个摆线齿轮㊁若干个销轴㊁1个销齿壳体等组成㊂传动系统是两级减速机构:第一级为圆柱行星㊃661㊃机床与液压第49卷减速器,第二级为摆线行星减速器㊂行星齿轮和相应的曲轴作为摆线针轮传动的输入㊂在输入轴上装有一个错位180ʎ的双偏心套,在偏心套上装有两个滚柱轴承,两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道,并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合,以组成齿差为一齿的内啮合减速机构[12]㊂图4㊀摆线针轮传动示意[13]图5㊀摆线针轮传动实物图[13]摆线针轮减速器的传动过程[14]:当输入轴带着偏心套转动一周时,由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制的缘故,摆线轮上的运动成为既有公转又有自转的平面运动,在输入轴自转一周时,偏心套亦转动一周,摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速;再借助输出机构,将摆线轮的低速自转运动通过销轴传递给输出轴,从而获得较低的输出转速㊂摆线针轮减速器的齿形是特殊的,因为它与在圆线上多个滚子的滚子齿轮啮合,它可以被设计成接触所有的轮齿和滚子,因此,该摆线针轮减速器具有良好的动态性能和零间隙特性,广泛应用于石油㊁环保㊁化工㊁水泥㊁输送㊁纺织㊁制药㊁食品㊁印刷㊁起重㊁矿山㊁冶金㊁建筑㊁发电等行业㊂其独特的平稳结构在许多情况下可替代普通圆柱齿轮减速器,因此,摆线针轮减速器在各个行业和领域被广泛使用,受到广大用户的普遍欢迎㊂2 精密减速器的精度研究进展目前,高性能精密传动元件及系统的研究是机械工程科学的关键技术之一,对减速器传动精度的分析已成为一个重要的研究课题㊂为了提高减速器的传动精度,必须严格控制传动误差㊂国内外学者对普通齿轮传动精度进行了大量深入的研究,而RV减速器㊁谐波行星减速器㊁摆线针轮减速器的精度研究还不够㊂为了提高系统输出的精度和稳定性,有必要对RV减速器㊁谐波行星减速器㊁摆线针轮减速器的动态传动误差进行分析和研究,从而揭示其动力学行为对传动精度本质的影响㊂2 1㊀RV减速器精度研究进展对于RV减速器,为了达到精度高㊁可靠性高㊁使用寿命长的目的,必须严格控制RV减速器的精度问题㊂美国休斯公司BLANCHE和日本教授HIDAKA等对其进行了研究[14-16];中国RV减速器系统驱动精度的研究起步较晚,大多是有限几何或静态方法[17-20]㊂随着一些学者的深入研究,RV减速器精度研究有了新的进展㊂RV减速器结构复杂㊁零件较多㊂HE和SHAN[21]基于集中质量法和动力子结构法,建立了RV减速器的等效模型㊂集中质量法又称质量弹簧法,即大质量㊁大惯性和小弹性的部分可以看作是粒子和刚体的质量集中,小质量㊁高弹性和大阻尼的部分可以看作是弹性元件或阻尼元件,其质量可以忽略不计㊂动态子结构法是将复杂结构分解为若干简单的子结构,然后根据各子结构之间的关系,分析各子结构的模型,将子结构的分析模型集成到整个结构的分析模型中㊂整体过程,即为整体到局部再到整体的分析过程㊂在分析误差因素对RV减速器传动精度的影响时,在考虑了太阳齿轮加工偏心误差㊁太阳齿轮的装配误差㊁行星齿轮的加工偏心误差㊁曲轴偏心凸轮的偏心误差㊁行星齿轮架曲轴孔的偏心误差㊁曲轴孔的偏心误差㊁行星齿轮架的偏心误差㊁销的轮廓偏差㊁齿距累积误差㊁摆线齿廓偏差㊁等距离修正量㊁移动距离修正量等误差的基础上,通过牛顿第二定律对各主要部件在理想位置的受力分析,建立了动态传动精度的数学模型㊂用龙格-库塔法求解方程组,用试验台测量实际传动误差㊂数值计算和实验结果分别如图6和图7所示㊂图6㊀理论传动误差曲线[21]㊀图7㊀实验传输误差曲线[21]根据减速器用摆线齿轮在制造和测量过程中存在的问题,用三坐标测量仪测绘得到的摆线齿轮齿廓坐标与理论上设计的齿廓坐标不一致,很难准确地获取㊃761㊃第7期肖亚茹等:机器人用精密减速器类型及精度研究进展㊀㊀㊀齿顶高和齿根高㊂ZHANG等[22]在获取摆线齿轮齿廓坐标点的基础上,首先通过计算和比较各点的径向半径,找出39个近似加数,将整个扫描点按39个近似加数分成39组,每组包括一个完整的单齿廓;然后,在每个剖面点组内插直线,通过拟合和重新计算径向半径精确计算加数和齿根,用39个加数建立测绘剖面坐标系,通过坐标变换,用新坐标系标定测绘剖面坐标系;最后计算了齿廓顶部和根部的径向跳动误差㊁节距误差㊁相邻节距误差和累积节距误差以及其他制造误差,如图8 图11所示㊂图8㊀齿顶跳动误差[22]㊀㊀㊀㊀图9㊀节距误差[22]图10㊀相邻节距误差[22]㊀㊀图11㊀累积螺距误差[22]综上所述,对于RV减速器精度研究主要集中在动态传动精度分析以及制造误差分析,在实现长寿命㊁高可靠性的前提下,通过传动误差数学模型和摆线齿轮廓线进行优化,进而明显提高RV减速器精度㊂2 2㊀谐波行星减速器精度研究进展谐波行星减速器由于其优异的物理和动态特性,在高性能和精密伺服机构中得到越来越多的应用㊂然而,所有谐波行星减速器都表现出不希望出现的非线性运动误差,控制和补偿这种误差的能力仅限于获得适当的准确度和连续性㊂所有谐波行星减速器都表现出一定程度的运动误差,这被定义为测量或实际输出位置与理论输出位置之间的差异㊂谐波行星减速器的传动特性对系统整体性能的影响的贡献是由TUTTLE和SEERING[23-24]所做的,试验观察表明制造商报告的运动误差具有周期性,响应曲线的扭矩不可预测㊂通过对常见传动特性的分离和试验,给出了运动误差和齿轮齿形的数学关系㊂他们试图在谐波驱动下将这些传输属性中的每一个定位在合适的位置,以便更容易地推导出运动的动力学方程㊂由TUTTLE在方程式(1)[10]中给出的数学关系,并使用表1中的变量生成图12,与NYE和KRAML[25]获得的实验误差具有显著的相似性㊂θ =A1sin2θwg+φ1()+A2sin4θwg+φ2()+A3sin8θwg+φ3()+(1)式中:θ 为位置误差;Ai为半幅谐波,i=1,2,......;θwg为波发生器转角;φi为每个谐波的相位,i=1,2,......㊂表1㊀运动误差半振幅和相位[23]参数角度/(ʎ)参数角度/(ʎ)A10.05φ10A20.1φ20A30.05φ390图12㊀TUTTLE的运动误差特征[23]㊀㊀HSIA[26]和李召华等[27]的研究都表明:谐波行星减速器运动误差的来源是由于弯曲样条曲线的变形形成了波发生器的形状,而波发生器的椭圆几何可能是谐波齿轮传动输出角位置误差周期性的来源㊂几何分析表明位置误差取决于波发生器表面的曲率㊂根据方程(2)[11]和表2,误差的周期性性质如图13所示㊂θ =(Le-Lc)Re(2)其中:R=ab[b2(a2-b2sin2θ)]2Le=ʏθfθsR2+dRdθæèçöø÷2éëêêùûúú1/2dθLc=RcΔθRe=Rc+h2cos2θ式中:a㊁b分别为柔轮的半长轴和半短轴的长度;θs㊁θf分别为波发生器的开始和结束位置;h为齿高㊂表2㊀HSIA/RAMSON图中使用的参数和值[26]参数数值/mmRc50a50b50/1.02041图13㊀RAMSON和HSIA定义的运动误差[27]㊀㊀综上可以看出:不同方法的误差特征,显示了误差幅度的正弦性及其对波的产生和旋转的依赖性㊂从图13中,可以用一个简单的正弦波来定义几何上确定的误差,尽管用于推导其轮廓的数学方程很复杂,㊃861㊃机床与液压第49卷但通过对实验数据进行傅里叶变换得到的关系式显示出一些相似性㊂在理论和实验结果之间,图12中的曲线比图13中的曲线更接近真实的运动误差㊂2 3㊀摆线针轮减速器精度研究进展已经由许多研究者围绕着不同的主题展开摆线针轮减速器的研究,例如轮廓生成㊁无底切制造标准㊁运动误差和齿隙分析㊁力分析㊁新机构的开发和动态性能,但是其精度问题仍是许多学者研究的焦点㊂韩林山[28]采用Sobol方法对RV型针摆行星传动精度进行了全局敏感性分析㊂在传动系统中,由于制造误差㊁齿隙㊁轴承间隙等原因,零件的实际形心偏离理想位置,从而形成传动误差㊂在摆线针轮减速器驱动中,将托架作为输出轴㊂假设输入轴(即太阳齿轮)均匀转动,转动角度为0,输出轴(即托架)实际转动角度为0,速比为i,其动力学模型如图14所示㊂在该模型中,用弹簧代替支承(轴承或轴)和零件间的啮合刚度㊂例如,太阳齿轮与行星齿轮之间啮合刚度为kspi,摆线齿轮与曲柄轴之间轴承支承刚度为kdcji,齿轮与曲柄轴之间轴承支承刚度为kbi,齿轮与销齿壳之间轴承支承刚度为kca,摆线齿轮和销齿之间的啮合刚度为kdjk,太阳齿轮的支承刚度为ks㊂刚度系数符号上的下标i㊁j和k分别表示曲轴(或与曲轴或行星相关的孔)㊁摆线齿轮㊁销齿㊂其中:kdcji㊁kbi㊁kca和kdjk主要是根据零件的材料由Palmgren公式确定的;kspi由轮齿弯曲变形决定;ks由太阳齿轮轴弯曲变形决定㊂通过对作用于任意位置各部分力的分析,建立了基于达朗伯原理的系统动力传递精度数学模型㊂根据参考文献[29-32]中的结果,由于二级传动中的速比大于一级传动,因此一级传动中的传动误差对传动精度影响很小㊂二级传动中,结合其结构和技术特点,只考虑主要误差,即曲轴偏心凸轮的跳动误差㊁曲轴摆线齿轮孔的跳动误差㊁摆线齿轮和曲轴的轴承间隙㊁齿槽误差㊁曲轴托架孔跳动误差㊁载体装配误差㊁托架和机架之间的轴承间隙㊂根据上述误差类型,采用Sobol方法对RV型摆线针轮传动精度进行了灵敏度分析㊂结果表明:曲轴偏心凸轮的跳动误差㊁摆线齿轮的齿槽误差和齿距累积误差㊁摆线齿轮与曲轴的轴承间隙㊁销齿轮的齿槽误差和齿距累积误差对传动精度㊁摆线齿轮孔的跳动误差影响较大㊂曲柄轴处及曲柄轴上托孔的跳动误差对传动精度㊁载体装配误差㊁载体与机架之间的轴承间隙等对传动精度影响不大㊂因此,在研制高精度摆线针轮减速器时,主要误差因素应通过制造高精度来调整,即曲轴偏心凸轮的跳动误差㊁摆线齿轮的齿槽误差和齿距累积误差㊁摆线齿轮与曲轴的轴承间隙和齿槽误差㊂销轴齿轮的节距误差和微小误差因素应按一般制造精度进行调整,这样可以降低制造成本㊂图14㊀用于计算摆线针轮减速器动态传动精度的动态模型[12]LIN等[33]利用蒙特卡罗方法建立了一个计算机辅助程序,分析了误差分布和制造参数已知时的运动图15㊀销半径与误差间的关系[33]误差分布㊂他们认为由于最大运动误差与公差参数之间不存在闭合关系,因此采用了数值方法分析销轴半径㊁销轴位置(径向和轴向)㊁齿廓㊁螺距㊁曲轴偏心距与误差之间的关系,如图15 图19所示㊂图16㊀销位置与误差间的关系[33]图17㊀齿廓与误差间的关系[33]㊀㊀图18㊀最大运动误差与累积螺距误差间的关系[33]㊃961㊃第7期肖亚茹等:机器人用精密减速器类型及精度研究进展㊀㊀㊀图19㊀最大运动误差与曲柄偏心距间的关系[34]综上可以看出:主要从设计参数上分析了摆线针轮减速器对其精度的影响,因此可通过学者们的研究对各个设计参数进行优化,从而大幅度提高减速器的精度㊂3㊀机器人用减速器发展趋势减速器有诸多优点,例如,结构比较紧凑㊁精度较高㊁使用寿命很长㊁额定输出扭矩可以做得很大㊁刚度大㊁承载能力强㊂目前,精密减速器的市场需求主要包括以下两个方面[34]:(1)提高已有减速器的性能㊂减速器的种类繁多,但从长久来看,由于机器人对传动精度㊁自身质量以及工作效率等方面需求较大,所以使得一些减速器在特殊的场合达不到要求㊂因此,人们通过改进加工方法㊁更换新型齿形㊁研究新的设计理论和设计方法以及寻找新型材料来提高传动精度㊁减轻自重和延长使用寿命㊂(2)研制新型减速器㊂虽然减速器的种类有数十种,但是没有哪一个减速器能够适用于各个场合,因此根据每个减速器的优点来研发新的减速器是大势所趋㊂4㊀结语从类型和研究进展两个方面介绍了机器人用精密减速器,针对精密减速器测量和分析精度以及如何提高精度还是具有一定的局限性㊂除此之外,研究更高性能㊁更高精度的新型减速器是亟待解决的关键问题,也是科研工作者面临的挑战㊂但是通过上述问题的不断深入研究,必将对我国机器人用精密减速器的精度㊁性能以及新品种的研制起到巨大的推动作用㊂参考文献:[1]BURISCHA,RAATZA.Investigationandstrategiesforpre⁃cisionofminiaturizedrobotswithmicrogears[J].AssemblyAutomation,2011,31(4):319-328.[2]HITRobotGroupindependentlydevelopsthefirstdomesticprecisionreducer[J].ChinaFoundry,2017,14(3):231.[3]ZHANGYH,HEWD.DynamicalanalysisandsimulationofRVreducer[C]//Proceedingsof3rdInternationalCon⁃ferenceonMechanicalandElectricalTechnology(ICMET2011).Dalian:DalianJiaotongUniversity,2011.[4]汪云祥,高洪.模块化设计及其在齿轮减速器中的应用[J].安徽工程科技学院学报,2002,17(2):9-12.WANGYX,GAOH.Modularizationdesignanditsapplica⁃tioningearspeedreducers[J].JournalofAnhuiInstituteofMechanicalandElectricalEngineering,2002,17(2):9-12.[5]WULR,XIAOZM,ZHANGH.DynamicmodelingandmodalanalysisofRVreducer[M]//LectureNotesinElec⁃tricalEngineering.Singapore:SpringerSingapore,2018:205-225.[6]何卫东,陆岩,吴鑫辉.基于等价模型的RV减速器扭转刚度计算[J].机械传动,2013,37(9):38-41.HEWD,LUY,WUXH.TorsionalrigiditycalculationofRVreducerbasedonequivalentmodel[J].JournalofMe⁃chanicalTransmission,2013,37(9):38-41.[7]吴素珍,陈丹.机器人关节传动用精密减速器研究进展[J].河南科技学院学报(自然科学版),2014,42(6):58-63.WUSZ,CHEND.Researchprogressonapplicationofpre⁃cisiongearreducerinrobotjointtransmission[J].JournalofHenanInstituteofScienceandTechnology(NaturalSci⁃encesEdition),2014,42(6):58-63.[8]KIKUCHIM,NITTAR,KIYOSAWAY,etal.Stressanaly⁃sisofcuptypestrainwavegearing[J].KeyEngineeringMaterials,2003,243/244:129-134.[9]DAIJ,CHENLZ,PANGXB.Designoptimizationoftheflexsplineinharmonicdrive[J].AppliedMechanicsandMaterials,2012,215/216:59-63.[10]ALAIMOL,LUCIANOM,MOHAMMEDD,etal.Engi⁃neeringslit⁃likechannelsforstudyingthegrowthofepi⁃thelialtissuesin3D⁃confinedspaces[J].BiotechnologyandBioengineering,2020,117(9):2887-2896[11]CHANGSH,CHUNGSD.Analysisofthetransmissionerrorofafacegearharmonicdrive[J].JournaloftheChi⁃neseSocietyofMechanicalEngineers,1998,19(4):359-367.[12]HANLS.Theoreticalresearchondynamictransmissionaccuracyfor2K-V-typedrive[J].ChineseJournalofMe⁃chanicalEngineering,2007,43(6):81.[13]HANLS,GUOF.Globalsensitivityanalysisoftransmis⁃sionaccuracyforRV⁃typecycloid⁃pindrive[J].JournalofMechanicalScienceandTechnology,2016,30(3):1225-1231.[14]HIDAKAT,WANGHY,ISHIDAT,etal.RotationaltransmissionerrorofK-H-Vplanetarygearswithcycloidgear(lstReport.Analyticalmethodoftherotationaltrans⁃missionerror)[J].TransactionsoftheJapanSocietyofMechanicalEngineersSeriesC,1994,60(570):645-653.[15]YANGDCH,BLANCHEJG.Designandapplicationguidelinesforcycloiddriveswithmachiningtolerances[J].MechanismandMachineTheory,1990,25(5):487-㊃071㊃机床与液压第49卷501.[16]ISHIDAT,WANGHY,HIDAKAT,etal.RotationaltransmissionerrorofK-H-V-typeplanetarygearswithcycloidgears.2ndreport,effectsofmanufacturingandas⁃semblyerrorsonrotationaltransmissionerror[J].Trans⁃actionsoftheJapanSocietyofMechanicalEngineersSe⁃riesC,1994,60(578):3510-3517.[17]韩林山,武兰英,沈允文.2K-V型减速机传动精度的灵敏度分析[J].机械科学与技术,2010,29(10):1366-1369.HANLS,WULY,SHENYW.Sensitivityanalysisofthetransmissionaccuracyofa2K-V-typereducer[J].Me⁃chanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineer⁃ing,2010,29(10):1366-1369.[18]PENGT.ResearchontransmissionaccuracycharacteristicanalysisofRVreducer[J].InternationalJournalofPlantEngineeringandManagement,2019,15(3):675-683.[19]ZHUB,QINW,LIUJ,etal.Simulationandanalysisofdynamicaltransmissionprecisionof2K-Vcycloidpingearreducerbasedonmulti⁃bodysystemdynamics[J].AdvancedMaterialsResearch,2011,308/309/310:2205-2210.[20]SUNYG,ZHAOXF,JIANGF,etal.BacklashanalysisofRVreducerbasedonerrorfactorsensitivityandMonte-CarloSimulation[J].InternationalJournalofHybridInfor⁃mationTechnology,2014,7(2):283-292.[21]HEW,SHANL.Researchandanalysisontransmissioner⁃rorofRVreducerusedinrobot[J].SpringerInternationalPublishing,2015,1(5):231-238.[22]ZHANGYH,WANGXY,HEWD,etal.Theprecisemeasurementtechnologyformanufacturingerrorofcycloi⁃dalgearusedinRVreducer[J].AppliedMechanicsandMaterials,2017,868:334-339.[23]TUTTLETD.Understandingandmodelingthebehaviorofaharmonicdrivegeartransmission[M].Cambridge:Mas⁃sachusettsInstituteofTechnology,1992.[24]TUTTLETD,SEERINGW.Modelingaharmonicdrivegeartransmission[C]//ProceedingsofIEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation.Atlanta,GA,USA:IEEE,1993.[25]NYETW,KRAMLRP.Harmonicdrivegearerror:char⁃acterizationandcompensationforprecisionpointingandtracking[C]//Proceedingsof25thAerospaceMechanismsSymposium,1991.[26]HSIALM.Theanalysisanddesignofharmonicgeardrives[C]//Proceedingsofthe1988IEEEInternationalConferenceonSystems,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自制“机器人”电动减速器(三)——玩具
自制“机器人”电动减速器(三)——玩具
陈建华
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2006(000)003
【摘要】在上一期的文章中我们介绍了利用电钟机芯改制的一种大减速比的直流
电动减速器,这里再介绍一种利用旧的儿童惯性玩具和机支玩具减速齿轮箱中的齿轮自制的电流减速器,它不仅能够驱动较大的负载,而且非常容易在业余条件下制作,适合于玩具机器械人做减速器之用。
【总页数】3页(P27-29)
【作者】陈建华
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TH132.46
【相关文献】
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目次前言 (II)1 范围. (1)2 规范性引用文件. (1)3 术语. (1)4 产品分类、型号及结构尺寸. (2)5 要求. (7)6 试验方法. (9)7 检验规则. (11)8 标志、包装、运输和贮存. (12)本标准按照GB/T 1.1 —2009《标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写》给出的规则起草。
本标准由中国机械工业联合会提出。
本标准由全国标准化技术委员会(SAC/TC 357) 归口。
本标准起草单位:××××××××××。
本标准主要起草人:××× ×××× ×××机器人用精密行星摆线减速器(大纲)1 范围本标准规定了机器人用精密行星摆线减速器(以下称“减速器” )的术语、分类与结构、要求、试验方法和检验规则等。
本标准适用于工业机器人、机床、电子、医疗、冶金、国防装备等行业用精密行星摆线减速器。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 191 包装储运图示标志GB/T2828.11 计数抽样检验程序第11部分:小总体声称质量水平的评定程序GB/T 3077-1999 合金结构钢GB/T 6404.1 齿轮装置的验收规范第1 部分:空气传播噪声的试验规范GB/T 10095 圆柱齿轮精度制GB/T 13384 机电产品包装通用技术要求GB/T 18254-2002 高碳铬轴承钢3 术语3.1机器人用精密行星摆线减速器Precision Planetary CycloidReduction Gear for Robots是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线包络减速机构两部分组成的两级封闭型行星传动装置,以精密传递运动为主。
3.2摆线轮Cycloidal gear 齿廓为准确(或近似)的摆线的等距曲线形状的盘形或圆环形齿轮。
3.3扭转刚度torsional stiffness在扭转力矩的作用下,构件抗扭转变形的能力,或额定负载转矩与切向弹性变形转角之比值。
3.4轴向载荷axial load通过减速器旋转轴的力。
3.5弯矩载荷moment load待定3.6弯矩刚性moment rigidit y受到外部负载产生的弯矩时,输出轴中心发生倾斜,且倾斜角和负载弯矩成正比时的负载角度比。
即减速器主轴承的刚性。
3.7空程lost motion 在工作状态下,当输入轴由正向改为反向旋转时,输出轴在转角上的滞后量。
3.8齿隙backlash待定3.9角度传递误差transmission error在工作状态下,当输入轴单向旋转时,输出轴的实际转角与理论转角之差。
4 产品分类、型号及结构尺寸4.1 产品分类减速器分为实心型和中空型两种,实心型又分为圆柱齿轮内置式和圆柱齿轮外置式,外形结构如图1、图2、图3所示。
图1 实心型圆柱齿轮内置式外形结构图2 实心型圆柱齿轮外置式外形结构4.2 产品型号产品型号由型式代号、规格代号、减速比组成,如图4 所示。
图4 型号组成示例:SI-160-171, 输出转矩为1568N.m,实心型圆柱齿轮内置式,减速比171 的机器人用精密行星摆线减速器。
4.2.1 型式代号产品型式代号由电机轴心和减速机的轴心同轴关系,圆柱齿轮位置关系两部分组成。
4.2.1.1 电机轴心和减速机分为同轴的实心型(Solid )和非同轴的中空型(Hollow )。
实心型用大写字母S 表示,中空型用大写字母H表示。
4.2.1.2 圆柱齿轮位置分为内置(Inside )和外露型(Outside )。
内置型用大写字母I 表示,外置型用大写字母O表示。
4.2.2 规格代号各系列规格代号由产品额定输出转矩决定,其对应关系见表1,表2,表3。
系列规格与额定输出转矩对应关系表系列规格与额定输出转矩对应关系表系列规格与额定输出转矩对应关系各系列减速器优先采用减速比如表4所示。
表4 优先减速比表续结构尺寸及参数SI,SO,H三个系列的结构尺寸见表5、表6、表7。
SI,SO,H 三个系列的减速器参数见表8,表9,表10。
表5 SI 系列尺寸表表6 S0系列尺寸表单位:表7 H系列尺寸表单位:mm系列参数表表表系列参数表表续系列参数表表5 要求5.1 减速器的使用温度条件减速器适用的工作环境温度范围为-20 ℃~+45℃ ,可正反两向运转。
5.2 主要零件5.2.1 壳体减速器的壳体材料应符合*********** 的规定,也可以采用力学性能相当的其他材料。
5.2.2 轴总成减速器的轴总成材料应符合*********** 的规定,也可以采用力学性能相当的其他材料。
5.2.3 圆柱齿轮减速器的圆柱齿轮材料应符合*********** 切削加工用钢的规定,也可以采用力学性能相当的其他材料。
5.2.4 摆线轮减速器的摆线轮材料应符合*********** 切削加工用钢的规定,也可以采用力学性能相当的其他材料。
5.2.5 曲轴减速器的曲轴材料应符合*********** 切削加工用钢的规定,也可以采用力学性能相当的其他材料。
5.3 装配各零部件装配前的要求。
装配过程中零件的要求。
各连接件、紧固件的要求。
各接合面密封处的要求。
运转中的要求。
5.4 空载空载运转时减速器不得出现XXXXX等现象。
5.5 负载在额定转速下,逐级加载至额定转矩下运行时,不得出现XXXXX等现象。
5.6 超载超载倍额定转速时,减速器应能正常运转2min,试验后检查零件不应有损坏;再启动时能正常运转,不应有滑齿现象和异常的振动和噪声。
5.7 传动效率在额定转矩下,减速器的传动效率应符合表4、表5、表6的规定。
5.8 加速/ 减速允许转矩减速器的加速/减速允许转矩应符合表8、表9、表10的规定。
5.9 齿隙和空程图5 滞回曲线特性图减速器的齿隙和空程应符合表8、表9、表10的规定。
5.10 扭转刚度根据在输出端施加的转矩,从0N.m开始,在正负两个方向分别增减至额定转矩时,输出端的切向弹性变形转角变化,可绘制扭转刚度特性曲线,如图5所示,扭转刚度值应符合表4、表5、表6的规定。
5.11 角度传递误差减速器的角度传递误差不应超过表8、表9、表10的规定值。
5.12 弯矩载荷待定5.13 润滑与密封减速器出厂时未完全密封,未加入润滑介质。
工作时须加注符合工况的润滑脂后方能正常工作,加注润滑脂后,减速器应密封,运转过程中不得出现油脂渗漏现象。
5.14 外观减速器的外观应光滑,无毛刺、划伤、锈蚀和工艺缺陷;壳体和端面的色泽一致,壳体与其他部位的接合处应平整。
5.15 额定寿命减速器的额定寿命应符合表8、表9、表10的规定。
6 试验方法6.1 试验装置6.1.1 旋转类试验装置试验装置的驱动与加载方式不受限制,性能试验时应能保证加载转矩和转速稳定,波动不应超过1%,运转中能进行加载和卸载;精度试验时,仪器各活动部分或运动部件,运动应平稳、灵活、灵敏,无阻滞现象,并能保证测量精度。
试验台示意图如图6所示。
( 1)式中: —— 减速器的传动效率T 2 —— 一次采集的输出转矩的平均值T 2—2 100% . ...................................................T 1iN.m6.1.2 弯矩载荷试验装置待定6.2 空载试验减速器安装在试验台上,在额定转速下正反向各运转X 时间6.3 负载试验在额定转速下,按照额定负载的 25%、 50%、75%和100%逐级进行加载,前三阶段运转时 间为20min,100%额定载运行 2h ,反向进行同样的操作。
6.4超载试验超载试验应在空载和负载试验后进行。
负载试验完毕后无需卸载, 30S 内均匀加载至 X倍额定负载后运行 2min 。
6.5 传动效率 6.5.1数据采集将被试样品输入、输出端分别与试验系统驱动、加载端连接,被试件外壳固定;驱动端 驱动被试样品从零速到达设定转速, 转速稳定后加载端加载至设定转矩值, 加载过程中实时 记录输入、输出端转矩、输入转速值,每次至少采集5组数据。
6.5.2 传动效率的计算减速器的传动效率见下式:6.10 外观T 1—— 一次采集的输入转矩的平均值 N.mi —— 减速器的传动比6.6齿隙和空程,扭转刚度试验过程同扭扭转刚度,加载转矩为 0时转角之差,即被试样品的齿隙。
试验过程同扭扭转刚度, 负载转矩为± 3%额定转矩时产生的转角差, 即为被试样品的空 程。
6.7 角度传递误差将被试样品输入、输出端分别与试验系统驱动、加载端连接;被试样品外壳固定。
通过 试验系统驱动被试样品回转,加载端对被试件施加额定转矩的 10%载荷,以消除齿侧间隙。
判断输入端转速稳定(转速波动小于等于3转)后,开始采集光栅传感器信号,实时同步记录输入、 输出端转角值, 在输出端转动一周范围内, 计算减速器每一采样时刻的角度传递误 差,同时,以输出轴转角为横坐标,以传动误差值为纵坐标,绘制如图 7所示的传递误差曲线。
图 7 角度传递误差曲线图6.8 寿命试验减速器寿命试验装置同 6.1 ,其试验步骤如下: a)加载运行前, 应检查减速器的安装是否正确和是否按照要求添加了使用的润滑油脂; 在额定转速和额定负载下连续运行不低于h ;在运行过程中,减速器须运行平稳,不得出现接合处漏油,气孔溢油,产生异常声响等现象。
b) 运行过程中,每 30min 检查一次减速器温度,其壳体最高温度不超过 65℃; c) 运行过程中,每 30min 检查一次减速器的传动效率变化幅度不得超过 5%;d)运行过程中,每隔 24h 测量一次减速器的传动误差,应符合表 4、表 5、表 6 的规定。
6.9 弯矩载荷 待定试验方法:目测。
7 检验规则减速器要进行出厂检验和型式检验。
7.1 出厂检验每台减速器须经过齿隙和空程,扭转刚度, 角度传递误差。
出厂检验项目包括:外观质量;齿隙;空程;扭转刚度;角度传递误差。
7.2 型式检验7.2.1 检验范围凡属下列情况之一时,均应进行型式检验:新产品试制定型鉴定;产品在设计、工艺、材料等方面有较大改变,足以影响产品性能时;国家质量监督管理部门提出检验要求时;抽样方法依据GB/T2828.11 进行。
7.2.2 检验项目试验项目除出厂检验项目外,还包括:空载、负载和超载能力;传动效率;寿命试验;加速/减速转矩。
8 标志、包装、运输和贮存8.1 标志减速器应在易识别的位置设置产品标识,其要求应符合GB/T 13306的规定,标识内容应包括:a) 产品名称和型号;b) 减速比;c) 生产地;d) 出厂日期或批号;e) 出厂编号。