RV 減速器傳動誤差測量與分析

王常輝

（福建省特種設備檢驗研究院／ ／國家特種機器人產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心（福建），福建泉州 362000）

0 引言

RV減速器是由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成，由于其結構緊湊，傳動比大等特點，近年來，越來越多地用在工業(yè)機器人領域上。然而隨著工業(yè)機器人的廣泛應用，社會各界對其精度要求越來越高，而影響機器人精度的一個重要來源就是其所用減速器的傳動誤差，減速器的傳動誤差是指輸入端單向旋轉時，輸出端的實際轉角與理論轉角之差。減速器傳動誤差越大，機器人絕對定位精度也越大［1］。因此對減速器進行精確測量以及分析其誤差來源具有重要意義。麻東升等［2］研究了正等距和負移距、負等距和正移距的誤差組合可以有效地減小傳動誤差對整機傳動精度的影響。張越等［3］對現(xiàn)有的精密減速器性能試驗機進行了測量不確定度評定，分析了各誤差源對傳動誤差測量精度影響的程度，計算了各誤差源的合成不確定度。鄭曉峰等［4］研究了行星減速器的背隙對傳動精度的影響。耿婷等［5］研究了行星線齒變速器裝配誤差對其傳動精度的影響。張躍明等［6］分析了RV減速器機構中各主要構件的原始誤差對系統(tǒng)輸出轉角的影響，并以此為基礎建立了該機構的誤差傳遞分析模型。任重義等［7］對RV減速器幾何回差進行了精確建模，為提高減速器的傳動精度提供依據(jù)。趙琳娜等［8］通過空間運動學、諧波嚙合原理，建立了基于瑞利分布的傳動誤差多因素耦合模型，完成了置信區(qū)間可達99%的諧波減速器傳動誤差的預判模型，一種基于多因素耦合的諧波減速器傳動精度逆向分析方法。單麗君等［9］以RV-80E減速器為研究對象，綜合考慮系統(tǒng)中各零件的制造誤差、裝配誤差、間隙及微位移等相關因素對傳動精度的影響，用質量彈簧“等價模型”的方法建立RV減速器動態(tài)傳動精度的動力學模型，對RV傳動精度模型進行仿真，分析了單項誤差因素及系統(tǒng)誤差對RV傳動精度的影響。王飛躍等［10］對RV減速器的偏差及其零件結構特點，找出了零件偏差的成因，建立了相應的偏差模型。丁寧等［11］通過分析RV減速器的結構以及傳動機理，對其運動精度的影響因素進行了分析，并結合機械零部件的生產(chǎn)加工工藝，對其零部件的工藝做了相關的調整，以期達到經(jīng)濟的生產(chǎn)成本，又可得到較為理想的運動精度。郝宏海等［12］為測量諧波減速器的傳動精度，設計了一種諧波減速器傳動精度測試儀。利用2個高精度光柵傳感器采集諧波減速器高速軸和低速軸的轉速，采用放大分頻電路將光柵傳感器輸出的信號調整為同頻率的脈沖信號，利用相敏解調電路提取2 個光柵傳感器輸出信號的相位差，通過相位差來判斷諧波減速器的傳動精度。

本文根據(jù)GB／T 35089-2018《機器人用精密齒輪傳動裝置試驗方法》的試驗方法對某國產(chǎn)RV減速器的傳動誤差進行多次測量，設置不同的轉角值采樣數(shù)，對其傳動誤差進行分析，研究轉角采樣數(shù)對其精度的影響。

1 試驗平臺搭建

本次試驗按照國標35089-2018的要求進行測試平臺搭建。從輸入端驅動試驗件，輸出端施加空載，待轉速和載荷平穩(wěn)后，在輸出端運行一周范圍內記錄輸入、輸出端的實時轉角值。輸出轉速不大于5 r／min，分別正、反向進行測量。最大值與最小值之差即為試驗件的傳動誤差。連續(xù)測量每次采樣位置應相同，以避免不同位置結果相疊加引入的測量誤差［8］。在相同上況下連續(xù)測量5次，測量結果取平均值。試驗件安裝完畢應與試驗設備各部件連接可靠，保證剛度，減少調整環(huán)節(jié)，減小系統(tǒng)誤差。試驗件的輸入、輸出軸線與相鄰設備的同軸度應不大于0.02 mm，并保證系統(tǒng)運轉靈活，其原理如圖1 所示。由驅動系統(tǒng)驅動試驗件的輸入軸，同時用轉矩轉速傳感器和角度傳感器測量輸入軸的轉矩轉速和轉角，輸出軸由加載系統(tǒng)加載，本次試驗不加載，同時也用轉矩轉速傳感器和角度傳感器測量輸出軸的轉矩轉速和轉角［9］。輸出軸的實際轉角和理論轉角之差即為傳動誤差。

圖1 減速器試驗平臺原理

2 試驗方案設計

試驗平臺如圖2 所示，左邊為驅動系統(tǒng)，中間放置試驗件，右邊為加載系統(tǒng)，輸入和輸出軸都用扭矩儀和圓光柵進行測量扭矩和轉角。扭矩儀其精度為±0.1 N·m，圓光柵精度為±2.5″，為避免安裝偏心對圓光柵測角精度的影響，試驗平臺的圓光柵采用了雙讀數(shù)頭［10］。將某國產(chǎn)減速器如圖3 所示安裝至試驗平臺進行傳動誤差的測量，其傳動比為130，因標準要求輸出轉速不大于5 r／min，因此設置輸入端轉速為130 r／min，此時輸出轉速為1 r／min，符合標準要求，同時輸出端為空載，測試前在被測減速器上標注記號，確保每次測量從同一位置開始，分別對其正轉和反轉進行5次測量，其轉角最大和最小值之差即為傳動誤差，取5次測量的平均值作為其傳動誤差。本次試驗主要探究不同的轉角值采樣數(shù)對傳動誤差測量結果的影響，先設置轉角值采樣數(shù)為1 080 個，再將采樣值取為720 個和360個，計算3種不同取樣值時的傳動誤差。

圖2 試驗平臺

圖3 某國產(chǎn)減速器

3 結果分析

按照標準要求分別對其正轉和反轉進行5 次測量。正轉傳動誤差5次數(shù)據(jù)如圖4 所示，反轉傳動誤差5 次數(shù)據(jù)如圖5 所示，正反轉傳動誤差結果如表1所示，正轉傳動誤差5 次平均值為0.722′，反轉傳動誤差5次平均值為0.627′，正轉傳動誤差比反轉傳動誤差約大0.1′。從傳動誤差數(shù)據(jù)圖上可以看出，正轉和反轉傳動誤差曲線圖都類似于正弦曲線圖，正轉傳動誤差最小值峰值大概距離起始位置的120°附近，最大值峰值大概距離起始位置的240°附近；反向傳動誤差最小值峰值大概距離起始位置的60°附近，最大值峰值大概距離起始位置的180°附近。正向傳動誤差的最大最小值出現(xiàn)的位置與反向傳動誤差最大最小值出現(xiàn)的位置大約相差60°，正向傳動誤差的峰值滯后于反向傳動誤差。

圖4 正轉5 次傳動誤差數(shù)據(jù)

圖5 反轉5 次傳動誤差數(shù)據(jù)

表1 傳動誤差結果

不同采樣點數(shù)對傳動誤差測量結果的影響。本文將測試平臺采樣點數(shù)設置為360 個、720 個和1 080 個分別進行了傳動誤差的試驗，正轉時采樣點設置為360 個時，其傳動誤差平均值為0.674′，采樣點為720 個時，其傳動誤差平均值為0.708′，采樣點為1 080時，傳動誤差為0.722′，如表2 所示。從表中可知，采樣點越多，傳動誤差值越大，最后會趨于穩(wěn)定。采樣點是360個與1 080 個時，兩者傳動誤差相差最大為6.6%，采樣點為720個與1 080個時。兩者傳動誤差相差較小為1.9%。同理反轉時采樣點設置為360 個，其傳動誤差平均值為0.595′，采樣點為720 個時，其傳動誤差平均值為0.614′，采樣點為1 080時，傳動誤差為0.627′，如表3 所示。從表中可知，采樣點越多，傳動誤差值越大，最后會趨于穩(wěn)定。采樣點是360個與1 080 個時，兩者傳動誤差相差最大為5.1%，采樣點為720個與1 080個時。兩者傳動誤差相差較小為2.1%。

表2 不同采樣點數(shù)的正轉傳動誤差

表3 不同采樣點數(shù)的反轉傳動誤差

4 結束語

本文對某國產(chǎn)減速器傳動誤差進行了測試，得出以下幾個結論。

（1）正向和反向傳動誤差不一樣。本次試驗正向傳動誤差比反向傳動誤差約大0.1′。

（2）正向和反向傳動誤差的最大最小峰值出現(xiàn)的位置不一樣。本次試驗正向傳動誤差的峰值滯后于反向傳動誤差。

（3）采樣點數(shù)越多測量結果越精確。本次試驗采樣點越多，傳動誤差值越大，最后會趨于穩(wěn)定。采樣點360 個與1 080 個時，兩者傳動誤差相差約為6%，采樣點為720 個與1 080 個時，兩者傳動誤差相差約為2%。