章动内啮合双圆弧螺旋锥齿轮动态接触分析、齿形优化及降噪

The nutattion drive system generates more violent vibration and noise under the combined action of bearing foce, eccentric shaft, meshing tooth profile contacting deformation and meshing gap due to the axial internal meshing helical bevel gears running in gyro movement. This proposal focus on the researches of the multi-parameters coupling tooth profile numerical modelling, dynamic contacting properties and nutation drive system coupling nonlinear dynamic optimization to improve the characteristics of the nutation drive.First,the helical real tooth profile modelling principle and method are proposed based on the coupling parameters of geometric, manufacturing, transmission errors and contacting properties in the internal meshing nutatation drive with double circualr arc helical bevel gear. Then, the mathematical modelling considering with the elstic deformation and transmission errors for kinematic and dynamic simulation is established and the tooth profile dynamic contacting characteristics are studied.The coupling nonlinaer dynamic modelling in stimulating of the bearing foce, eccentric shaft, meshing tooth profile contacting deformation and meshing gap is further put forward and the researches on the tooth profile optimaztion and vibration in the nutation drive system are carried out. Finally, the protoytpe of the nutation drive system is develped and the noise test is fulfilled.

章动传动机构中轴向内啮合螺旋锥齿轮作陀螺运动，使得传动系统在轴承支撑反力、偏心轴、啮合齿廓接触变形和啮合间隙等激励下产生更严重振动和噪音。项目以提高章动传动性能为目标，对章动传动中内啮合双圆弧螺旋锥齿轮的多参数耦合齿廓数字化建模、动态接触特性和章动传动系统耦合非线性动力学优化等进行研究。提出内啮合双圆弧螺旋锥齿轮共轭齿廓曲面基于几何参数、加工参数、传动误差和接触特性参数耦合的曲面三维真实建模原理和方法；建立基于弹性变形和误差的传动系统的运动学和动力学仿真数学模型，研究弹性变形和误差作用下章动传动的齿廓动态接触特性；建立章动传动系统在轴承支撑反力、偏心轴、啮合齿廓接触变形和啮合间隙等激励下的系统耦合非线性动力学模型，研究传动系统中齿廓的齿形优化及振动特性。开发双圆弧螺旋齿内啮合章动传动样机，完成新型章动传动的噪声实验研究。

章动传动机构中内啮合圆锥齿轮轮齿轴向分布和少齿差啮合的特性，使得章动传动具有体积小、传动比大和传递功率大等优点，具有广泛应用前景。章动传动机构中轴向内啮合螺旋锥齿轮作陀螺运动，使得传动系统在轴承支撑反力、偏心轴、啮合齿廓接触变形和啮合间隙等激励下产生更严重振动和噪音。项目以提高章动传动性能为目标，对章动传动中内啮合双圆弧螺旋锥齿轮的多参数耦合齿廓数字化建模、动态接触特性和章动传动系统耦合非线性动力学优化等进行研究。提出内啮合双圆弧螺旋锥齿轮共轭齿廓曲面基于几何参数、加工参数、传动误差和接触特性参数耦合的曲面三维真实建模原理和方法；建立基于弹性变形和误差的传动系统的运动学和动力学仿真数学模型，研究弹性变形和误差作用下章动传动的齿廓动态接触特性；建立章动传动系统在轴承支撑反力、偏心轴、啮合齿廓接触变形和啮合间隙等激励下的系统耦合非线性动力学模型，研究传动系统中齿廓的齿形优化及振动特性。开发双圆弧螺旋齿内啮合章动传动样机，完成新型章动传动的噪声实验研究。.项目建立了章动传动系统在轴承支撑反力、偏心轴、接触变形和啮合间隙等外部激励下的动力学特性分析的理论，揭示了章动传动系统动力学特性的普遍规律，为章动传动系统参数设计提供理论指导。建立了复杂共轭齿廓曲面基于几何参数、加工参数和传动参数的多参数耦合曲面三维真实建模理论和方法，为提高复杂几何曲面加工质量和加工精度奠定了理论基础。提出将章动传动应用于工业机器人关节减速传动装置，完成了章动传动工业机器人关节减速原理样机开发。经实验验证效率可达65%、两对啮合圆锥齿轮的模数分别为2mm和2.5mm，大于相同功率/传动比的RV-20E减速器的啮合齿轮模数（1mm），而章动减速器质量为4.4kg，仅为同类RV-20E减速器的0.5倍。. 通过对章动传动内啮合双圆弧螺旋锥齿轮动力学特性研究，为开发高性能的章动传动机构找到有效途径。研制成功的新型章动传动减速器可应用于工业机器人关节传动。