摘要
RV 减速器由于同时啮合齿数多、承载能力强、运动精度高以及传动比大等优点，因而被广泛应用于工业机器人的核心关节部位。国内设计的具有良好啮合特性摆线针轮在实际应用场合中反而承载传动精度的稳定性及使用寿命不达标，根本原因在于对真实承载啮合状况研究不足，缺乏切实有效的承载分析方法。因此，本文通过创新性地引入能量最低原理，提出了一种新颖而有效的 RV 摆线针轮承载特性分析方法，能够准确获取符合工程实际的真实承载特性，为提高和预控机器人RV减速器的传动精度和啮合质量提供了有效途径。 本文主要内容如下： 1．建立摆线针轮行星传动的轮齿啮合运动关系。通过 RV 减速器的结构和传动原理，分析摆线针轮行星传动啮合特性，建立摆线针轮的空载啮合分析(TCA)模型，得到传动误差以及啮合接触印痕等啮合参数；探明空载和承载状态下的轮齿啮合接触特性的差异建立摆线针轮的啮合接触刚度模型，并推导了啮合齿的法向啮合刚度与扭转啮合刚度计算公式，为摆线针轮副传动性能的探索提供理论基础。 2．摆线针轮有限元承载模型的建立与分析。首先建立不考虑曲柄轴孔的摆线针轮承载接触有限元模型并提取其承载啮合接触力，通过与理论模型啮合接触力的对比，验证了从有限元模型中提取啮合参数的合理性；进而建立了考虑曲柄轴孔的摆线针轮副承载分析有限元模型，分析求解承载下摆线针轮副的传动啮合特性，得到啮合接触力、位移、啮合范围、啮合印痕以及啮合应力等啮合参数。 3. 基于能量最低原理的承载模型的建立。通过赫兹接触理论、啮合接触变形及协调关系，利用能量最低原理建立了摆线针轮副的接触分析模型。提出了一种新颖而有效的 RV 摆线针轮负载特性分析方法，根据最小啮合间隙和最大弹性变形的分布，快速估计可能的啮合齿及其齿号，通过引入能量最低原理，准确地确定了实际同时啮合齿数。 4．承载模型的啮合特性分析。利用承载啮合分析模型以及有限元中提取的参数获得了摆线针轮副的各项承载啮合特性，包括啮合应力、接触变形量、啮合印痕、传动误差以及摆线针轮副的法向啮合刚度和扭转刚度，通过理论方法实现对摆线针轮副的承载啮合特性的分析计算。 5．仿真与试验验证分析。利用有限元啮合刚度与理论啮合刚度的对比，验证了有限元模型的准确性；求解分析有限元模型的各项啮合参数，通过与理论模型的计算结果进行对比，验证了承载分析理论模型啮合特性的正确性；搭建 RV摆线针轮传动性能试验台，获取了实际承载下的传动误差，根据数据和趋势的对比可以得出，理论模型、有限元模型和实验结果的传动误差具有很好的一致性。该方法和仿真分析的有效性和实用性也得到了验证。
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