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摆线减速机背景,现状和发展

解决方案 2022-01-20 68 阅读

摆线减速机研究的背景和依据

减速器是连接动力机部分和工作机部分的应用最为广泛的通用传动机械,行星齿轮减速器对齿轮的齿廓曲线的主要要求是保证瞬时传动比是常数。目前,满足这一要求的常用于齿轮传动的齿廓曲线主要是渐开线和摆线。

1926年发明了摆线针轮减速器,在少齿差行星传动结构上,将变幅外摆线的内侧等距曲线首先用于行星轮廓曲线并且把圆弧作为中心轮齿廓曲线以及渐开线少齿差行星传动模式,保留 Z-X-F类 N型行星齿轮传动。

此发明专利被日本住友公司于1938 年买断,当时日本人执行的是"引进一消化一创新"技术路线。

  1. 摆线针轮传动与普通渐开线齿轮或蜗轮传动相比的主要优点有:

  2. 高传动比和高效率,一级减速时传动比范围是 11~87,两级减速时的传动比范围是 20~128;

  3. 同轴输出机构重量轻和体积小;

  4. 传动平稳且噪音低;因为针摆传动同时啮合的齿数要比渐开线齿轮传动同时啮合的齿数多,所以承载能力较大,啮合效率较高。

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摆线减速机的发展现状

目前,摆线针轮减速器的研究在国内外都得到了积极发展, 从1990年开始,住友机械株式会社在80系列"的基础上推出最新"90样本"的摆线针轮减速器,它的机型由15种扩大到21种,传动比由8种扩大到16种。

我国对日本提高摆线针轮减速器性能的主要措施已进行较深入的分析,并且在赶超世界水平的同时也有了自己的创新成果,如与工程实际相符的摆线轮与输出机构受力分析以及对摆线轮齿形的优化设计等。

摆线针轮减速器所能传递的最大功率为132KW,输入轴的最高转速为 1800r/min。美国研发直升飞机传动装置所做的摆线针轮传动装置试验样机,采用的是四片摆线轮,可以达到输入轴动平衡的新结构,输入转速达到 2000r/min,传动功率达到 205KW。

这些年来国内对摆线针轮传动的研究一直在不断发展,并且也取得了一些成果。主要如下∶

(1)中国农业大学何胜勇对行星摆线针轮减速机虚拟样机的建造与有限元分析进行了研究;

(2)哈尔滨工业大学于影,于波,陈建新对摆线针轮行星减速器进行优化设计;

(3) 天津工程师范学院的戚厚军建立的 2K.v型摆线针轮行星减速器的动力学模型。该模型是以 2K-V6 型摆线针轮行星减速器为研究对象,在不改变减速器的外形尺寸及结构的情况下,分析了摆线轮修形和短幅系数对摆线轮齿啮合刚度的影响规律,和传动系统中的各种零件的刚度及针径系数对机器整机振动性能的影响;

(4) 大连交通大学何卫东教授主持的国家自然科学基金资助的项目《高承载能力高传动效率高可靠性新型针摆行星传动的研究》的科研成果《双曲柄四环板针摆行星传动》于2005年4月通过鉴定;

(5)浙江大学吕方教授开发了一种新型的传动机械一一长幅外摆线针轮行星传动减速机;

(6)大连铁道学院张动生采用非线性有限元分析软件 MSCMARC 建立了摆线轮与各受力齿接触模型;首次对针齿和摆线轮齿面接触进行静态有限元分析,得出了摆线轮和针齿间的接触状态;

(7)四川大学张流俊在首次应用有限元法取代传统的经验法进行摆线针轮减速器的结构设计,并提供了一个通用的摆线针轮减速机结构设计计算软件包。

(8) 大连铁道学院关天民和万朝燕对新型摆线针轮传动进行理论及受力分析;(9)大连铁道学院关天民教授提出了一种较为准确的针摆轮行星传动销孔式输出机构的受力分析理论,利用此理论可以得到整个工作过程中输出机构和柱销的受力情况;

(9)大连铁道学院关天民教授提出了一种较为准确的针摆轮行星传动销孔式输出机构的受力分析理论,利用此理论可以得到整个工作过程中输出机构和柱销的受力情况;

(10) 鞍山钢铁学院高兴蚊、黄秋波对具有双面支撑输出机构以及多齿差齿形摆线针轮行星传动的齿廓曲线形状和啮合特性进行了理论分析。摆线针轮减速器的发展趋势是达到更高的运动精度,更高的传递功率和更广的传动范围。

摆线减速机的发展

自 20世纪 90年代以来来,在工业专用机器人回转装置选择中。摆线轮传动作为一种比较理想的传动形式应用其中。如日本住友重机械工业株式会社研发成功的机器人用R.v列,FA 系列及 FT系列产品均采用了摆线针轮传动结构形式,由于采用了最新的设计理论。从而产品外型美观大方、结构合理、传递功率得到提高。

近年来出现了数种在摆线针轮行星传动基础上的新型传动型式,使其能够更好适应高

精度的运动传递和控制,用于机器人关节驱动、精密机床等高精度摆线轮传动技术的研究,其中常用的有以下几种∶

(1)TWINSPFN减速器近来由斯洛伐克的一家公司推出,这种轴承式减速器不仅能承受非常大的径向力而且还能承受轴向力,并且使用寿命和传动效率也有所提高。

(2)RV减速器。RV减速器是近年来由日本帝人公司推出的一种摆线传动,是由第一级普通渐开线直齿轮减速器部分和第二级针摆轮减速器部分组合成的两级行星传动机构。

(3)三片摆线轮减速器,是由日本着名的住友重机械工业株式会社推出的产品,在此传动中采用了三片相互呈120°角布置的摆线轮结构,增加了摆线轮的数量提高了传动效率。

(4)Dojen减速器由美国 Mectrol 公司生产,传动机构采用了机芯式设计,每个针齿都采用悬臂方式,在针齿另一端加工有锥度,和机壳上的锥孔相配合,能自动定心,不仅能保证顺利装配又能消除全部间隙。

(5)摆线球齿减速器,是一种将外摆线、内摆线轮结合起来的双摆线减速器,既将针轮改为钢球齿轮,又将两摆线轮改为摆线沟槽,因而是摆线针轮减速器的一种变形。FA 高精度减速器是当今世界上最新的传动装置,它具有体积小.传动比范围大,寿命长、稽度保持稳定、效率高等一系列的优点. 由于它与机器人中常用的谐波传动相比有较高的疲劳强度、大的刚度和长的寿命。两且回差度高, 因此FA 减速机在工业专用机器人传动中正在得到越来越广泛的的应用∶它还广泛用于测量装置,微型大传动比减速装置、办公设备、摆线传动装置,智能住宅传动装置等机械系统中,由于在这些精密传动中,通常传递的载荷不大,但要求传动精度高,传递运动准确,因而对其传动链的设计要求较高。


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