在精密RV减速器摆线轮修形过程中,RV减速器回差和传动误差难以获得综合提升,且摆线轮的修形方式多为单目标修形或加权单目标修形,不符合实际工程情况。为此,采用TCA法建立传动误差模型和回差模型,提出一种带有指数型非线性递减惯性权重和迭代更新学习因子的多目标粒子群算法。以回差和传动误差为目标函数,利用改进算法进行复合修形量的优化,通过隶属度函数获得最优化解。利用Adams和MATLAB分别分析不同修形方法下RV减速器的回差和传动误差情况。结果表明最终优化修形后的回差比等距、移距修形分别减少了0.02′、0.04′,传动误差分别减少了6.6%、7.8%。

RV减速器作为工业机器人关节运动精密的传动机构,对机器人完成目标任务有非常重要的作用。以摆线轮作为研究对象,介绍RV减速器的传动原理以及结构组成。通过对标准理论齿廓摆线轮曲线参数方程的研究,简化参数方程表达式,并用SolidWorks进行了参数化建模。采用熔丝堆积快速成型的方法制造的摆线轮三维实物样件,表面精度和样件尺寸精度高,有利于后期为RV减速器各个零部件的研发提供可行性的帮助。

根据摆线轮与针轮的相对运动关系,导出摆线轮齿廓方程及RV传动压力角的计算公式,运用Matlab编程,仿真分析偏心距、针齿分布圆半径、针齿半径等设计参数及等距修形量、移距修形量、转角修形量等修形参数对压力角的影响规律。结果表明RV传动同时参与啮合的齿号、单齿啮合压力角及多齿啮合平均压力角均呈周期性变化;压力角随偏心距的增大而减小,随针齿分布圆半径的增大而增大,偏心距对压力角的影响程度大于针齿分布圆半径;针齿半径、等距修形量和移距修形量对压力角影响微小,转角修形量对压力角无影响。研究结果为RV传动的参数优化及传力性能改善提供了理论依据。

摆线轮多齿成形磨削为齿轮精加工工艺,一次可完成个齿槽的加工。在高速磨削过程中,齿轮表面会产生瞬间高温,高温可能会造成齿面烧伤,磨削温度场产生的温度梯度会使齿面形成残余应力,使摆线轮齿面金相组织出现变化,影响齿轮的磨削加工精度。通过有限元法模拟摆线轮多齿成形磨削温度场,再采用热力耦合分析方法,得到摆线轮成形磨削温度场和热应力的数值仿真云图,通过对磨削区主应力分析可知,应力主要集中在磨削中心靠齿根部,磨削区呈现热压应力,在已磨削区域,热压应力转变为热拉应力,并逐渐形成残余拉应力,且随着磨削工艺参数变化,节点应力也发生相应变化。研究结论对预测多齿成形磨削温度场和热应力场分布情况和合理选择磨齿工艺参数有一定的研究意义。

针对机器人RV减速器摆线轮,在等距修形方法的基础上,将修形量以线性和多项式方式变化,推导了修形后的摆线齿廓方程。基于压力角变化规律,通过控制齿根和齿顶的最大压力角和最大修形量,可以控制齿廓曲线修形区间不同位置的修形量。所提出的基于压力角的修形方法与传统修形方法最大的不同是在摆线轮工作段,摆线轮齿廓为标准齿廓,非工作段与工作段是光滑连接的。在VB中编写了摆线齿廓的修形程序,对不同修形量和压力角时的修形区间和啮合力进行比较,结果表明,不同压力角所对应的工作区间是不同的,而基于压力角的分段修形方法下的啮合力分布更加均匀。

为使摆线轮具有良好的啮合性能,根据计算的摆线轮实际工作范围,将摆线轮齿廓分为工作段和非工作段齿廓,采用拓扑修形方法来满足工作段和非工作段的间隙要求。工作段采用转角修形,使修形后工作段为共轭齿廓,并保持一定的齿侧间隙。非工作段采用变等距修形,使齿顶与齿根部分产生合理的间隙,得到合理的修形齿廓。推导了摆线轮拓扑修形齿面方程,可以通过调整修形参数获得满足工作要求的齿廓间隙。从初始啮合间隙、载荷分布、回差分析方面验证了拓扑修形的合理性。

针对RV减速器回差的优化问题,基于RV减速器的二级结构和扭矩传递路径,从零件误差角度对回差影响因素进行分类.以工业机器人用RV-40E型减速器为实例,计算了各回差因素的敏感度和权重.其中,摆线轮齿廓修形具有较大的敏感度.为减小摆线轮修形引起的齿侧间隙,提出了基于形变量补偿的摆线轮齿廓修形方法,该方法在等距-移距组合修形基础上,将针齿在额定负载下的接触形变量补偿回摆线轮的齿廓中,在不改变摆线针轮径向间隙的基础上实现RV减速器回差的优化.对RV减速器样机进行虚拟样机仿真和试验验证.结果表明回差优化RV的回差值为0.66′,传统修形RV的回差值为1.3′,与虚拟样机仿真结果基本一致,该基于回差优化的摆线轮修形方法可显著降低RV减速器回差.

摆线轮齿面加工精度是影响RV减速器运动性能的关键因素,而根据齿面误差检测数据进行机床磨削参数的反调修正更是摆线轮制造过程的重要环节。通过摆线轮展成磨削原理分析,明确了砂轮与摆线轮之间的复杂运动关系,建立了摆线轮齿面展成磨削运动关系模型,并借助于齿轮啮合理论和空间坐标转换原理,推导了以机床磨削参数为变量的摆线轮理论齿面及法矢的数学表达,为检测后齿廓误差的反调修正提供理论依据。根据构建的摆线展成磨削模型,讨论了主要磨削参数对齿面误差的影响规律。最后,与采用摆线生成原理得到的摆线轮齿廓进行了对比验证,证明了该齿廓方程表达及其建立方法的正确性。它不仅可以为摆线轮加工误差检测提供必需的理论数据,而且对摆线轮机床磨削参数的反调修正以及摆线轮齿面精度改善具有重要的理论意义。

在分析RV减速器中摆线轮的轮廓曲线方程的基础上,结合摆线针轮啮合的基本参数,利用PTC-Creo对一齿差摆线针轮运动中的摆线轮轮廓曲线进行参数化建模,并根据啮合原理验证模型的准确性,为摆线轮的检验制造提供了可靠依据。

利用齿轮啮合原理推导出了摆线齿轮的齿廓曲线方程，讨论了两种齿根过渡曲线的处理方法，并利用Visual Basic6．0在AutoCAD平台上实现了齿轮完整齿廓曲线的参数化绘制，这对于进一步分析齿轮的啮合特性及力学性能具有重要的意义。