无侧隙新型双圆弧章动传动工业机器人关节减速传动特性分析

With the development of the application of industrial robots, it is of great theoretical significance and engineering value to solve the problem of industrial robot joint precision transmission technology to promote the independent innovation of industrial robots. On the demand of this independent innovation for industrial robot joint transmission unit, this project proposes a novel bilateral double internal conjugating nutation drive mechanism used in industrial robot joint transmission, focuses the research on the meshing theory of the nutation drive with non-backlash for the proposed industrial robot joint transmission to provide theoretical guidance for the precision nutation drive joint reducer. For this purpose, a mathematical meshing model is developed by including the elastic contact deformations, thermal deflections and vibrational deformations. Based on this model, the effects of dynamic characteristics on the transmission accuracy are investigated. Then the conjugation equations are derived by considering the backlashes and profile deviations, with which the effects of backlashes as well as the profile deviations on transmission accuracy are studied. By establishing the design principles and breaking through the key technologies of non-backlash double arc nutation drive reducer, some prototypes are fabricated and tested for further improvement. The present research will lay a solid technical foundation for the novel precision transmission unit of industrial robots.

随着工业机器人应用领域不断拓展，攻克工业机器人关节精密传动技术难题对促进工业机器人的自主创新具有重要的理论意义和工程价值。项目面向机械驱动与传动学科国际学术前沿和工业机器人关节传动自主创新需求，提出一种新型双侧双级内啮合章动传动机构应用于工业机器人关节减速传动，研究这种新型工业机器人关节减速章动传动无侧隙啮合传动原理，为精密双圆弧螺旋锥齿轮章动传动关节减速器提供理论指导。建立弹性接触变形、热变形和振动冲击变形作用下多参数耦合的传动啮合数学模型，研究动态特性对传动精度的影响及其变化规律；建立基于齿侧间隙和误差的传动系统啮合方程，得出误差及齿侧间隙对传动运动精度的影响规律。攻克无侧隙双圆弧章动传动工业机器人精密关节减速器的设计理论与方法，突破无侧隙双圆弧章动传动中螺旋锥齿轮齿廓几何参数选择等核心关键技术，指导具有明确应用背景的物理样机建造，为新型工业机器人精密关节减速器的工程应用奠定技术基础。

随着工业机器人应用领域不断拓展，攻克工业机器人关节精密传动技术难题对促进工业机器人的自主创新具有重要的理论意义和工程价值。项目面向机械驱动与传动学科国际学术前沿和工业机器人关节传动自主创新需求，提出一种新型双侧双级内啮合章动传动机构应用于工业机器人关节减速传动，研究这种新型工业机器人关节减速章动传动无侧隙啮合传动原理，为精密双圆弧螺旋锥齿轮章动传动关节减速器提供理论指导。.项目建立不同齿廓齿面的二级章动传动齿轮系统有限元仿真模型，从Mises应力、接触面积和接触压强三个方面分析不同齿面的章动传动齿轮接触特性。结果表明，双圆弧齿面齿轮相比渐开线齿轮，其Mises应力更小，接触面积更大，接触承压区域更大且沿齿向线方向分布更加均匀。提出无侧隙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理论基础。运用螺旋理论对章动锥齿轮副进行运动学分析，并通过螺旋系的瞬时运动原理和啮合原理，推导出双圆弧螺旋锥齿轮的啮合方程和双圆弧螺旋锥齿轮齿面方程。提出可控精度齿面曲面建模方法，实现啮合齿廓曲面不同精度建模方法。.研发无侧隙内啮合双圆弧螺旋锥齿轮章动传动机器人关节减速器样机，完成减速器的精度、振动和噪声的实验研究。经实验验证，在保持相同外形结构尺寸的前提下，章动传动齿轮模数可以达到2.5 mm，而RV传动齿轮模数仅为1 mm，谐波传动齿轮模数仅为0.5 mm。此外，章动减速器的重量和空间占用比现有典型的RV减速器RV-20E和谐波减速器Harmonic CS-32都要小，其结构更加紧凑，制造材料成本也更低。在输出扭矩方面，ZD-20E的输出扭矩可达188 N·m；在传动效率负载实验中，ZD-20E测试传动效率约为70%。.通过对无侧隙新型双圆弧章动传动工业机器人关节减速传动特性分析研究，为新型工业机器人精密关节减速器的工程应用奠定技术基础。