基于滚滑作用的精密圆理传动啮合机理及能效传递基础理论研究

The precision circle-based reducer takes the circle as the essential elements. The idea comes from the study of interacting laws of geometrical circles to establish the key components of precision-motion transmission mechanism. It has the advantages of compact size, high transmission efficiency and low manufacturing cost, which can be widely used in the areas of industrial robot joints, aerospace and national defense equipment. The project is mainly focused on the circle-based gear pair and on how it affects the transmission error and efficiency which are the two big problems in speed reducers. Therefore, fundamental theoretical research works on the meshing principle and power transmission of the circle based gear pair will be conducted in this project. The new cycloid model is proposed based on the rolling-sliding contact to discover its meshing principle where a new active design theory and method will be developed and the key technology of precision durability will be broken. The study on sliding-rolling contact laws of the circle-based gear pair will give a clear understanding on its power transfer mechanism based on the time-varying friction coefficient where the key technology will be broken. Then the physical prototype of the circle-based speed reduce will be manufactured and its performances will be evaluated by using the experimental method. For the demands of mass production, the comprehensive performance testing platform will be developed. The research works in this project will lay the technical foundation for the mass production of the precision circle-based reducer.

精密圆理减速器是一种以圆为基本要素，通过研究几何圆的相互作用规律构建主要功能部件的精密传动装置，具有结构紧凑、传动效率高、制造成本优势明显的突出优点，可广泛应用于机器人关节、航空航天、国防武器装备等精密传动领域。项目以精密圆理啮合副为目标，围绕新型精密圆理啮合副的传动误差和效率两个核心问题，针对其啮合机理和能效传递规律开展基础理论方面的研究。提出一种基于滚滑作用的新型摆线模型，揭示其基本啮合机理，形成新型精密圆理啮合副传动误差的主动设计理论与方法，突破新型啮合副啮合精度保持的关键技术；通过对精密圆理啮合副的相对滑动规律的研究，揭示基于时变摩擦系数的精密圆理啮合副能效传递机理，突破其能效传递的核心关键技术；试制新型精密圆理减速器，开发适合批量化生产的精密圆理减速器综合性能测试仪器，完成样机性能测试，进行试验验证。本项目的研究工作将为精密圆理减速器的大批量生产奠定技术基础。

1、项目背景：.针对我国机器人、航空航天及国防武器装备等领域对高精度、高效率精密减速器的重大需求，提出了一种基于滚滑作用的新型摆线啮合副，并基于该新型啮合副设计了新型高性能精密减速器，开展其基础理论的研究，为大批量的工业应用奠定基础。.2、主要研究内容及重要成果：.1）提出一种基于滚滑作用的新型摆线模型，通过对各设计参数对其性能影响的分析，揭示其基本啮合机理，形成了基于滚滑作用的新型啮合副的设计理论；.2）完成了新型精密圆理啮合副的TCA和LTCA分析，给出了新型精密圆理啮合副啮合点的计算方法，推导了新型精密圆理啮合副的传动误差计算方法，通过对各参数与啮合副传动误差的影响规律的研究，形成了新型精密圆理啮合副传动误差的主动设计理论与方法；.3）完成了新型啮合副材料不同热处理下的磨损规律的研究，揭示了新型啮合副摆线齿轮与针齿的硬度匹配规律，形成了新型啮合副啮合精度保持的关键技术；.4）揭示了精密圆理啮合副的相对滑动规律，提出了基于时变摩擦系数的精密圆理啮合副能效传递机理，突破了精密圆理啮合副能效传递的核心关键技术。.3、关键数据：.基于新型精密圆理啮合副，设计了新型精密圆理减速器，样机性能指标如下：.精密圆理减速器样机保精度寿命8000小时，样机传动误差与回差≤1角分，传动效率最高92.16%。.4、科学意义用前景.本项目提出的基于滚滑作用的新型精密圆理啮合副是摆线类精密减速器（代表性产品RV减速器）的关键部件，研究成果表明基于该新型啮合副的精密圆理减速器具有传动精度保持性好、传动效率高的突出优点，因此本项目所形成的基于滚滑作用新型啮合副的设计理论与方法、误差分析与主动控制、传动精度保持以及能效转换机理等关键技术是新型高精度RV减速器的关键技术，同时，也可以基于上述成果进行新型摆线类精密减速器的开发，对于打破国外技术封锁，满足国家重大需求，保证国防安全等均具有重要意义。