RV320工業(yè)機(jī)器人減速器中擺線齒廓的修形

趙 錚

● （天津百利天星傳動(dòng)有限公司（原天津減速機(jī)總廠），天津 300000）

RV320工業(yè)機(jī)器人減速器中擺線齒廓的修形

趙 錚

● （天津百利天星傳動(dòng)有限公司（原天津減速機(jī)總廠），天津 300000）

RV320減速器是工業(yè)機(jī)器人專用減速器。要求承載力高，回差小，體積小等。機(jī)械結(jié)構(gòu)中只有擺線結(jié)構(gòu)符合需要，但通用結(jié)構(gòu)中擺線輪為標(biāo)準(zhǔn)齒廓，間隙大、回差大，應(yīng)用時(shí)就要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)擺線齒廓進(jìn)行修形分析后，得出的修形參數(shù)能形成多齒嚙合。同時(shí)在齒谷與齒頂間形成間隙形成油膜利于潤(rùn)滑?；夭钜泊蟠罂s小，經(jīng)試驗(yàn)證明可滿足高精減速器需要。

RV減速器；擺線輪；等距修形；移距修形

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人擁有強(qiáng)大市場(chǎng)前景，核心的RV減速器的國(guó)產(chǎn)化需求日漸突出。RV減速器要求精度高、回差小、體積小、承載大。目前只有擺線結(jié)構(gòu)能夠符合要求?，F(xiàn)在通用擺線減速器齒廓都是標(biāo)準(zhǔn)齒形，加工時(shí)人為加大磨削量從而得到較小齒形，這種齒形不是標(biāo)準(zhǔn)齒廓且沒理論依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)齒形理論上是有半數(shù)齒嚙合，而這樣加工出來(lái)的齒形只有一個(gè)齒嚙合，嚴(yán)重影響擺線承載能力。為適應(yīng)市場(chǎng)需要，通過(guò)對(duì)齒形的研究，分析出一種較理想的修形參數(shù)?？梢允箯较蜷g隙（即齒頂與齒根處間隙）在0.06mm～0.07mm，便于嚙合時(shí)形成油膜，并在嚙合處盡量逼近標(biāo)準(zhǔn)齒廓以減小回差。

RV的結(jié)構(gòu)是一級(jí)行星與二級(jí)擺線傳動(dòng)復(fù)合而成的新型結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)復(fù)合復(fù)雜又需要較高承載能力和高精度和較小的回差，所以對(duì)每個(gè)部件都有較高要求。

1 擺線輪的修形方式

1.1 修形方法

等距修形。加工擺線輪時(shí)，將磨輪半徑由標(biāo)準(zhǔn)rrp加大至rrp+Δrrp。所形成的擺線齒廓其短幅系數(shù)k1不變，是與標(biāo)準(zhǔn)齒形等距值不同的近似等距曲線。磨輪半徑增加時(shí) Δrrp為正等距，相反為負(fù)等距，如圖1所示。

移距修形。加工擺線輪時(shí)，將磨輪向工作臺(tái)中心移動(dòng)微小距離Δrp，即針齒中心圓半徑rp向擺線輪中心減小了Δrp，加工的齒形其偏心距、傳動(dòng)比均與標(biāo)準(zhǔn)齒形相同，只是短幅系數(shù)由變?yōu)?。磨輪向工作臺(tái)移動(dòng)Δrp為正移距，相反為負(fù)移距，如圖2所示。

圖1 等距修形

圖2 移距修形

轉(zhuǎn)角修形。加工擺線輪時(shí)，其它參數(shù)不變，只是相對(duì)于理論的針齒嚙合位置中，擺線輪中心向兩個(gè)不同的方向各轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度δ，使加工的擺線輪變小。此時(shí)形成的是擺線輪與針齒的共軛齒廓。但轉(zhuǎn)角修形所形成的齒形在徑向沒有產(chǎn)生間隙，故不能單獨(dú)使用，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)角修形

1.2 標(biāo)準(zhǔn)方程和修形方程

圖4為擺線齒廓圖。標(biāo)準(zhǔn)的擺線齒形方程如下：

圖4 擺線齒廓

等距、移距、轉(zhuǎn)角修形參數(shù)融入方程中，其變換將rp-Δrp代替Rz，將代替K1。將rrp+Δrp代替其rz的數(shù)據(jù)，將iHφ+δ代替iHφ的數(shù)據(jù)。

變換后擺線方程所形成修形方程如下：

2 擺線輪優(yōu)化修形的目標(biāo)

修形原則為在擺線嚙合處與標(biāo)準(zhǔn)齒廓接近，在非嚙合處(即齒頂、齒谷位置)與針齒有一定的間隙用于存油(0.03mm～0.05mm)。這樣可以在保證嚙合的同時(shí)又減少其傳動(dòng)產(chǎn)生的回差，如圖5所示。

修形原則總結(jié)出來(lái)有二點(diǎn)：

1）確保擺線輪齒形與針齒之間在齒頂與齒谷處有一個(gè)小小的間隙。

2）修形后始初始的間隙盡可能的小，在其嚙合處區(qū)域，與標(biāo)準(zhǔn)的理論齒廓相同。

圖5 理想修形目標(biāo)

3 擺線輪優(yōu)化修形的方法

按同時(shí)嚙合齒數(shù)，初給其轉(zhuǎn)角修形參數(shù)δ=δC完合重合的齒形工作部分的界限B與C處的值φB和φC，并將此區(qū)間段進(jìn)行N-1 等分，分別設(shè)φ1=φB, φ2, …，φn-1, φn= φC，將這些值代入公式3中，可求出其δ=δC時(shí)的轉(zhuǎn)角修形曲線的是坐標(biāo)(xC1,yC1)，這時(shí)初定一組等距修形和移距修形的參數(shù)Δrrp, Δrp(Δrrp-Δrp=Δj)，由式2所確定的曲線是不可能正好與δ=δC的轉(zhuǎn)角修形齒形曲線工作區(qū)域完全重合的，而是= y(i=1,…,m)，則C1與之間都存在著偏差值兩條曲線的偏離距離可以用n個(gè)點(diǎn)之間距離的絕對(duì)值，再取平均值來(lái)確定。即目標(biāo)方程為：

再通過(guò)最優(yōu)化方法，來(lái)確定其最佳的等距Δrrp和移距修形量Δrp，使：

其參數(shù)就是使使曲線工作部分靠近轉(zhuǎn)角修形曲線，而在非工作部分留有間隙。

4 RV320修形參數(shù)的選定

目前的較常用的修形方法是正等路+負(fù)移距的修形方式。以此方法計(jì)算出的修形參數(shù)為：

由些參數(shù)所形成的擺線齒形齒廓曲線如圖6所示。用此修形方式。線1為標(biāo)準(zhǔn)的擺線齒廓曲線。線2為正等距與負(fù)移距修形后的擺線齒廓曲線。根據(jù)圖示可以看到，在齒根處保持了0.03mm的間隙，而在擺線齒形嚙合部分的區(qū)間內(nèi)，其嚙合處的修形齒廓與標(biāo)準(zhǔn)的齒廓也存在了一定的間隙。而在RV這種高精度的擺線機(jī)構(gòu)中，要求其傳動(dòng)回差要小，這就對(duì)其齒側(cè)的間隙有了一定的要求。所以看到這個(gè)齒形會(huì)造成一定的間隙。造成其回差過(guò)大，使減速機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中造成不平穩(wěn)，及需要減速機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)的精度性能大大下降。這樣不太符合RV高精度減速器對(duì)回差的要求。

圖6 正等距加負(fù)移距修形

所以現(xiàn)在提出了一種負(fù)等距加正移距的修形方式。所以重新分配其修形量，將其擺線齒輪齒廓修形參數(shù)中的修形量改為：

而用此修形方式的齒廓曲線圖如7所示。

圖7 負(fù)等距加正移距修形

采用了此修形參數(shù)。線1為標(biāo)準(zhǔn)的擺線齒廓曲線。線2為負(fù)等距與正移距修形后的擺線齒廓曲線。我們可以看到。在齒谷和齒頂處的徑向間隙0.03mm與之前的修形相同，但在擺線齒的工作部分可以看到其修形后的擺線齒廓明顯的逼近了標(biāo)準(zhǔn)的擺線齒廓，其間隙在0.001mm左右與之前的側(cè)隙大大的減小了。之前的修形方式不能夠補(bǔ)償制造過(guò)程中產(chǎn)生的誤差和潤(rùn)滑要求。而通過(guò)這樣的修形方式?？梢匝杆俚奶岣啐X輪的嚙合強(qiáng)度還能減小其回差傳動(dòng)。這種不僅滿足了共軛齒廓條件。而且在不會(huì)制造新的間隙。這樣可以使瞬間的傳動(dòng)比穩(wěn)定。運(yùn)動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差減小。

經(jīng)過(guò)上述的最優(yōu)化方法求其修形量最終確定了其所有的基本參數(shù)如下：

表1 RV320減速器基本參數(shù)

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，其負(fù)等距+正移距修形可以得到最佳的齒形曲線。其曲線如圖8所示。線1為標(biāo)準(zhǔn)齒形曲線，線2為采用修形后的齒形曲線。

圖8 修形后與標(biāo)準(zhǔn)齒形曲線比較

5 結(jié)論

工業(yè)機(jī)器人專用精密減速器要求其回差小，精度高，剛性大承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。這就對(duì)減速器的制造精度和強(qiáng)度有了較高的要求。

非理論的修形，由于是其在加工制造中的誤差所產(chǎn)生，沒有其理論依據(jù)，故其造成的結(jié)果是只有一對(duì)齒參與嚙合。而采用正等距與負(fù)移距修形，雖然可以產(chǎn)生一定的間隙，但其側(cè)隙也較大，這樣不滿足對(duì)回差的要求?，F(xiàn)在采用了一種新型的負(fù)移距與正等距的組合修形方式，從而提高了其共同嚙合齒數(shù)，達(dá)到了8對(duì)齒同時(shí)嚙合，可以大大的提高了其承載能力。又在嚙合處更加靠近了理論齒形，從而減小了回差。使修形后的減速器的承載能力較標(biāo)準(zhǔn)的沒修形的減速器的承載能力提高3～6倍。達(dá)到了工業(yè)機(jī)器人專用減速器的要求。同時(shí)使徑向間隙達(dá)到0.03mm，也滿足了潤(rùn)滑對(duì)其徑向間隙的要求。

通過(guò)本修形參數(shù)，即負(fù)移距與正等距的組合修形方式。已應(yīng)用于RV-320減速器和其它型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人專業(yè)減速器和高精度的擺線減速器的研制中，已經(jīng)達(dá)到了其預(yù)期的效果和目的。

[1]徐永賢, 郝寧, 李力行. RV 傳動(dòng)的彈性誤差分析[J].大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào), 1999(02).

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[4]張鐵, 謝存禧, 歐陽(yáng)惠芳. 影響短幅擺線行星減速器回差的因素[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999(02).

[5]劉繼巖, 崔正昀, 孫濤. RV減速器傳動(dòng)精度的研究綜述[J],天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào), 1998(02).

1～4月我國(guó)船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況 2

造船企業(yè)三大指標(biāo)兩升一降。1～4月份，54家重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的造船企業(yè)造船完工999萬(wàn)載重噸，同比下降14%；承接新船訂單2937萬(wàn)載重噸，同比增長(zhǎng)174%；4月底，手持船舶訂單1.4702億載重噸，同比增長(zhǎng)56.3%。

工業(yè)總產(chǎn)值同比增長(zhǎng)。1～4月份，船舶行業(yè)87家重點(diǎn)監(jiān)測(cè)企業(yè)完成工業(yè)總產(chǎn)值1168億元，同比增長(zhǎng)8.6%。其中，船舶制造企業(yè)566億元，同比增長(zhǎng)6.8%；船舶配套企業(yè)91億元，同比增長(zhǎng)7.2%；船舶修理企業(yè)39億元，同比增長(zhǎng)14.1%。

船舶出口同比增長(zhǎng)。1～4月份，船舶行業(yè)87家重點(diǎn)監(jiān)測(cè)企業(yè)完成出口產(chǎn)值478億元，同比增長(zhǎng)1.2%。其中，船舶制造企業(yè)330億元，同比增長(zhǎng)2.1%；船舶配套企業(yè)13億元，同比下降21%；船舶修理企業(yè)19.3億元，同比增長(zhǎng)10.1%。

企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益同比止跌回升。船舶行業(yè)87家重點(diǎn)監(jiān)測(cè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入832億元，同比增長(zhǎng)20%；利潤(rùn)總額22億元，同比增長(zhǎng)5.7%。

Modification of Cycloid Profile in RV320 Industrial Robot Reducer

ZHAO Zheng
(Tianjin Speed Reducer Co., Ltd，Tianjin 300000, China)

RV320 reducer is specially used as industrial robots reducer. High bearing capacity, small return difference and small volume etc. are required. The cycloid structure of mechanical structure can meet the requirements. The cycloid gear of the general structure uses standard profile, which has big clearance and return difference. They shall be improved when applied. After the analysis of modification of cycloid profile, it is concluded that the modification parameters can form more tooth. And clearance is formed between the valley of tooth, which forms oil film lubrication. Return difference is also narrowed. Tests show that it can meet the needs of the high precision gear reducer.

RV reducer; cycloid gear; equidistant modification; shift modification

TH132

A

國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目，“工業(yè)機(jī)器人高精度高效率減速器開發(fā)”課題（課題編號(hào)：2011AA04A102）

趙錚（1983-），男，中級(jí)工程師。主要從事高精度擺線、齒輪減速機(jī)的研發(fā)。