基于adams的摆线针轮减速器虚拟样机设计

基于adams的摆线针轮减速器虚拟样机设计

0动态回转传动误差和影响因素线性针灸旅行分析仪具有传动比大、结构紧凑、传输稳定、传输精度和使用寿命长等优点。广泛应用于冶金、矿山、船舶、化工、重型运输和航空航天等行业。在机器人、航空航天等领域,对摆线针轮行星减速器的传动精度提出了严格要求。衡量传动精度最重要的指标项目是回转传动误差,即回转运动过程中实际输出转角与理论输出转角之间的转角误差61。回转传动误差可分为动态回转传动误差和静态回转传动误差,动态回转传动误差主要是由负载所导致的减速器内部零部件的弹性变形以及加工误差、间隙和装配误差的综合作用所引起;静态传动误差是无负载时的回转传动误差,主要由加工误差、间隙、装配误差等与减速器的制造和装配精度有关的因素引起。以往对齿轮系传动精度的研究,主要局限于几何或静态方法。文献61-65分析了加工公差与传动精度的关系,文献和文献采用质量弹簧等价模型的方法对2K-V行星传动机构的静态传动精度进行了深入研究。近年来,已有学者对齿轮系的动态传动精度进行研究。文献、文献和文献综合考虑2K-V型减速机中各零件的加工误差、安装误差、间隙及齿轮啮合刚度、轴承刚度等因素对传动精度的影响,建立了该系统的动态传动精度非线性动力学计算模型,并用Newmark法对其进行了求解。本文中我们基于多刚体动力学理论,利用Pro/E和ADAMS建立2K-V型摆线针轮行星减速器虚拟样机,对其在高速、负载的运转工况下进行了动力学仿真,分析了系统的动态回转传动误差及其主要影响因素。我们的研究工作为深入研究精密齿轮传动系统的动态传动精度,探索精密齿轮传动系统传动精度主动控制的方法和新传动结构设计,实现从被动接受齿轮系统成品的精度到传动精度主动控制的跨越提供了一种有效的方法。1理论传动比分析图1为2K-V型摆线针轮减速器的传动简图,其回转传动精度可用转角误差来反映63。摆线针轮行星传动过程中转角误差的大小与其瞬时传动比的大小有直接的关系。设转角误差为ϕcr,则有ϕcr=ϕca-ϕH/it(1)式中,ϕca为实际输出转角;ϕH为偏心套的输入转角;it为理论传动比。而实际输出转角ϕca=ϕH/iHV,故将其代入式(1)、则转角误差转化为ϕcr=ϕΗi′ΗV-ϕΗit=ϕΗ(1i′ΗV-1it)(2)ϕcr=ϕHi′HV−ϕHit=ϕH(1i′HV−1it)(2)式中,i′HV为瞬时传动比。2虚拟场景模型的构建2.1齿形的传动比为了降低模型在ADAMS中的计算量及减少仿真时间,在建模时忽略了转臂轴承、机座、端盖等零部件以及倒角、螺栓孔等一些细微结构。摆线轮齿廓曲线方程782为{xc=[rp+Δrp-(rrp+Δrrp)s]×cos[(1-iΗ)φ-δ]-arp+Δrp×[rp+Δrp-zp(rrp+Δrrp)s]×cos(iΗφ+δ)yc=[rp+Δrp-(rrp+Δrrp)s]×sin[(1-iΗ)φ-δ]+arp+Δrp×[rp+Δrp-zp(rrp+Δrrp)s]×sin(iΗφ+δ)s=1√1+k1′2-2k1′cosφ(3)⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪xc=[rp+Δrp−(rrp+Δrrp)s]×cos[(1−iH)φ−δ]−arp+Δrp×[rp+Δrp−zp(rrp+Δrrp)s]×cos(iHφ+δ)yc=[rp+Δrp−(rrp+Δrrp)s]×sin[(1−iH)φ−δ]+arp+Δrp×[rp+Δrp−zp(rrp+Δrrp)s]×sin(iHφ+δ)s=11+k1′2−2k1′cosφ√(3)式中,iH为摆线轮和针轮的相对传动比,iH=zp/zc(其中zp为针轮齿数,zc为摆线轮齿数);φ为转臂相对于某一针齿中心矢径的转角,是形成摆线轮齿形曲线的参变量;rp为针齿中心圆半径;rrp为针齿套外圆半径;a为偏心距;k1′为有移距修形时齿形的短幅系数,k1′=azp/(rp+Δrp);Δrp为摆线轮的移距修形量;Δrrp为摆线轮的等距修形量;δ为摆线轮的转角修形量。利用Pro/E的程序设计功能编辑好相关参数及参数之间的相互关系,然后使用方程式生成曲线功能、便可生成摆线轮齿廓曲线,从而建立摆线轮的实体模型。同样,在Pro/E中建立齿轮轴、行星轮、双偏心套、柱销、针齿销、输出轴的实体模型,并将各个零件装配成装配体,导入ADAMS中。反映装配体各零件间装配关系的爆炸图如图2所示。2.2添加相应约束接触在ADAMS中将导入的几何模型添加材料、质量、颜色等属性,并根据各个零件之间的相对运动关系及相互约束关系添加相应的接触和约束。其中,在ADMAS中有两种方法定义接触:一类是基于Impact函数的接触,另一类是基于Restitution函数的接触。本文中我们选用基于Impact函数的接触,建立虚拟样机模型如图3所示。3级传动间隙2K-V型摆线针轮减速器虚拟样机基本结构参数如表1所示,仿真时,设定减速器一级传动中的直齿圆柱齿轮的法向齿侧间隙cn和二级传动中的摆线轮经修形而出现的径向间隙Δj804-805及摆线轮内孔与偏心套之间存在的间隙Δ列于表2。续表3.1转速n5的数值仿真在空载情况下,输入转速n1=900°/s,经过动力学仿真得到输出轴转速n5的平均值为11.1242°/s、转速波动小,经计算得到实际的传动比i=80.9,与理论传动比it=81十分吻合,验证了动力学模型的正确性。3.2旋转针轴的旋转误差分析3.2.1条件下进行仿真以上7个虚拟样机均在输入转速n1=9000(°)/s、输出转矩T=14233320N·mm的条件下进行仿真。由于存在初始啮合间隙和使用了STEP函数缓慢加载而造成输出轴在开始一段时间内输出角速度波动大、转角误差不稳定和不准确,故输出轴转动一周的转角误差取值范围取在15°～375°之间,得到转角误差曲线如图4～图6所示,各个转角误差曲线的平均值、最大值和最小值见表3。3.2.2法向齿侧间隙的影响(1)对比分析表2、表3和图4可以看出,一级传动中的直齿圆柱齿轮的法向齿侧间隙在一个较小的范围内对减速器的转角误差的影响很小,但是当法向齿侧间隙超过一定范围后转角误差急剧增大、其波动也随之急剧增大。这充分表明:过大的法向齿侧间隙会明显地造成一级传动中的直齿圆柱齿轮的重合度减小、冲击增大、齿轮传动的平稳性降低。(2)分析图5和表2、表3的数据可以看出,转角误差对摆线轮进行修形而形成的径向间隙较为敏感,较小的径向间隙可以很显著地反映到转角误差上。这说明减小径向间隙,可以有效地减小转角误差,显著提高减速器的传动精度和传动平稳性。(3)由图6及表2和表3中的数据对比分析,可以得知偏心套和摆线轮之间存在的间隙与直齿圆柱齿轮的法向齿侧间隙一样、在一个较小的范围内对转角误差的影响很小,但是超过一定范围后也会较大地增大转角误差、降低传动精度。这说明当偏心套和摆线轮之间存在的间隙在一个允许的合理范围内时,对转角误差的影响很小,对提高减速器的传动精度作用不大。4间隙对转角误差的影响(1)一级传动中的直齿圆柱齿轮的法向齿侧间隙在一个较小的合理的范围内时,对转角误差影响很小;过大的直齿圆柱齿轮的法向齿侧间隙会急剧地增大整个减速器的转角误差及其不平稳性、迅速降低减速器的动态传动精度。(2)二级传动中对摆线轮进行修形而形成的径向间隙是影响减速器的转角误差的一个重要因素,即减速器的动态传动精度对径向间隙较为敏感,径向间隙越大、动态传动精度降低越明显;反之,径向间隙越小、动态传动精度提高也越明显。(3)二级传动中摆线轮与偏心套之间存在的间隙也是影响转角误差的一个重要因素,这是由于摆线轮与偏心套之间存在的间隙在一个较小的合理范围内时、对转角误差的影响较小,但是当它超过一个合理的范围时