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          機器人減速機的精度和傳動性能該如何測試

          2020/6/8 13:17:46admin130

             機器人減速機也叫RV減速器,共包括輸入齒輪軸、輸出軸(行星架)和針輪三個自由度,任意固定其中的一個構件可以組成不同傳動比的機構,也可以不固定任何構件來組成差動機構。因為行星直齒輪和曲柄軸用花鍵連接,所以廣州友儀機電工程師將其看著一個構件。在機器人關節中通常將RV減速器用作減速機構,一般情況下固定針輪,由電機帶動輸入齒輪軸旋轉,經過第一級行星減速后將運動傳遞給曲柄軸,再由曲柄軸帶動擺線輪和針輪嚙合,最終由輸出軸(行星架)將運動輸出。因為擺線針輪傳動級的傳動比大,而且是傳動鏈的末端,所以擺線針輪的運動規律對整個減速器的傳動精度起著關鍵作用。

          一、RV減速器傳動性能測試

             友儀工程師在高精度的RV減速器綜合性能測試平臺上對RV減速器的傳動性能進行了測試。試驗臺主要配置包括高精度動態伺服電機及控制系統、加載裝置、高精度編碼器和扭矩傳感器等。機器人減速器輸入端和輸出端的角度編碼器檢測精度分別是2.06'1.13',滿足RV減速器傳動精度檢測的要求。

          二、動態傳動誤差分析

             在RV減速器綜合測試平臺上對工業機器人RV減速器樣機進行了多項性能測試,其中傳動誤差是RV減速器最重要的一項性能指標,其數值大小對RV減速器的傳動精度起到關鍵作用。所測試的RV減速器樣機傳動誤差,此時RV減速器輸出軸轉速為額定轉速15r/min。從測試結果可以看出被測RV減速器樣機的傳動誤差小于30arcsec,屬于高傳動精度等級的減速器。為了具體分析傳動誤差的來源本文通過傅里葉變換對傳動誤差曲線進行了頻譜分析,幅值最大的頻率為10Hz,另外幾個小峰值也接近其倍頻。    

             通過計算得到輸出軸的旋轉頻率為0.25Hz,而幅值最大的頻率正好是其40倍頻,被測樣機的針齒數Zp40,當輸出軸旋轉一周時,擺線輪與針輪嚙合過40個針齒。由于行星齒輪傳動級中沒有對應的齒輪嚙合頻率,可以確定10Hz頻率是擺線針輪嚙合引起。又因為擺線針輪嚙合是RV減速器傳動鏈的末端,其傳動誤差幅值不會經過傳動鏈得到衰減,所以會對RV減速器傳動精度產生較大影響??梢钥闯?,10Hz的頻率所占峰值最大,而其他小的峰值頻率都是經過其傳動比衰減后的幅值。

          三、多齒嚙合傳動精度評定

             通過以上的分析可知曲柄軸旋轉一圈擺線輪轉過一個針齒角度,因此擺線針輪每嚙合一個齒的周期將在傳動誤差曲線中得到反映,所以按照曲柄軸的旋轉圈數將RV減速器傳動誤差等份成相應的分段曲線,可以看出擺線針輪每個齒嚙合傳動的誤差形狀基本一致,由此可以說明擺線針輪每個齒嚙合的周期在RV減速器傳動誤差中得到了充分反映。在此基礎上可以進一步計算得到各個擺線針齒嚙合周期時傳動誤差的標準差分量,可以看出擺線輪與針輪在后半部分嚙合位置所對應傳動誤差的標準差較大,從而可以間接判斷擺線針輪在此部分位置嚙合時各個擺線針齒之間的匹配性較差,因此可以針對性的提高此部分的齒廓精度。

          四、結論

             1、友儀工程師研究了RV減速器擺線針輪傳動中多齒嚙合過程,建立了擺線針輪多齒嚙合模型。通過RV減速器動力學仿真計算得到了各擺線針齒嚙合時法向接觸力和摩擦力的變化過程。經過與仿真結果對比,理論公式中沒有考慮擺線針輪彈性變形所引起的滯后角影響,而且擺線齒廓凸的部分與仿真結果存在一些差別。當負載扭矩變化時,擺線針齒嚙合時的法向接觸力和摩擦力基本與輸出軸負載扭矩成線性比例關系。

             2、擺線齒面上的接觸應力在齒寬方向上基本相同,但在兩端面附近的齒廓由于受到應力集中的影響會增大。在齒廓方向上,嚙合點附近的齒面區域都會產生接觸應力,而且區域的大小受到負載扭矩的影響。

             3、被測RV減速器樣機屬于高精度等級的精密減速器,通過對其傳動誤差的頻譜分析驗證了擺線針輪傳動是引起RV減速器傳動誤差的主要原因。通過擺線針輪不同位置嚙合時傳動誤差的標準差分量可以間接地判斷各擺線針齒嚙合位置的匹配性,從而可以針對誤差較大位置進行齒廓修配,進一步提高RV減速器整體精度。

          機器人減速機特性.jpg

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