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RV傳動的傳動誤差分析

2014-08-10 15:11 作者:管理員11 來源:未知 瀏覽: 字號:

摘要:作為機器人用的RV減速器.它必須具有高的運動和位置精度,這樣才能使機器人的手爪精確地達到預定的位置。而在實際應用中,由于制造、安裝誤差,會使機器人的手爪不能很精確地達到頂定的位置,所以設計上要解決的另一個關鍵問題是如何保證RV減速器具有高的運動

    作為機器人用的RV減速器.它必須具有高的運動和位置精度,這樣才能使機器人的手爪精確地達到預定的位置。而在實際應用中,由于制造、安裝誤差,會使機器人的手爪不能很精確地達到頂定的位置,所以設計上要解決的另一個關鍵問題是如何保證RV減速器具有高的運動精度。運動精度是衡量齒輪傳動質量的一項重要的動態性能指標,通過傳動誤差來表示。
    RV減速器的傳動誤差是指輸人軸轉動到任意角時,輸出軸的理論轉角與實際轉角的角度誤差。由RV減速器的組成可知,從輸入到輸出,主要通過漸開線齒輪傳動、擺線針輪傳動和擺線輪與輸出盤之間的行星架輸出機構而實現的。理論上輸入軸和輸出軸之間的傳動比應該是不變值,但實際上由于組成RV減速器傳動鏈的傳動零件,在制造精度和裝配精度上的誤差,使瞬時速比發生變化,從而引起轉角誤差。因此,影響RV減速器的運動精度有以下3個環節。
    1)漸開線行星齒輪傳動部分;
    2)擺線針輪傳動部分;
    3)擺線輪與輸出盤之間的行星架輸出機構。
    由于擺線針輪傳動部分和行星架輸出機構部分對RV減速器傳動誤差的影響直接反映到輸出軸上,因此影響程度大.而漸開線齒輪傳動部分對RV減速器傳動誤差的影響還要考慮一個傳動比,它對整機的影響要縮小相當于傳動比那么多倍,因而影響相對要小得多。本節重點分析擺線針輪傳動部分和行星架輸出機構部分對RV減速器傳動誤差的影響。
    1)行星架輸出機構的傳動誤差分析 RV傳動的擺線輪通過3個曲柄軸支承在輸出盤上(圖9.3-55),因此,輸出機構是由3個雙曲柄平行四邊形機構(ABCD, ABEF, DCEF)組成的單自由度并聯機
構。理論上,輸出盤的轉角始終與擺線輪的相等,但實際上,各構件桿長的制造偏差和鉸接副中的間隙,造成輸出盤轉角會有誤差。由于這一機構是具有機構學中稱之為虛約束的單自由度并聯機構,這一誤差還與各構件彈性條件有關。誤差的精確分析必須考慮構件彈性條件在剛性誤差分析的基礎上進一步精確求解,這是一個高度非線性問題。本節主要著重討論在剛體運動學范疇內機構的誤差分析。
輸出機構(3個并聯雙曲柄平行四邊形機構)
鉸接副中的間隙矢量

    ①雙曲柄平行四邊形機構的誤差分析 當各桿長存在偏差時,其實際尺寸分別為l’i=li+△li,當鉸接副中存在間隙時,在關節力的作用下,各鉸接副中兩半鉸中心Pi. Pj(即兩相鄰桿的端點)發生位移,見圖9.3-56所示.其位移矢量可寫為

    這樣.當各桿長存在偏差,各鉸接副中存在間隙時,不再構成平形四邊形,機構誤差分析的坐標系統就可以表示如圖9.3-57所示,根據圖9.3-57所示定義可以寫出矢量方程

四桿機構誤差分析的坐標系統
    其投影方程可寫為


    方程式(9.3-123)對△β有兩個解值,分別對應于四桿機構的兩個分支的位置。但對于某一給定的名義位置β下,角度誤差△β只能有一個解值,或不存在解值(由于桿長誤差太大,以至使四桿不能閉合)。但二次方程式(9.3-124)一般有兩個解.其中它有一個是增根,增根產生的原因是采用近似公式

而引起,可將方程所得的二個解代人原始式(9.3-123)進行驗證后確定,但事實上,在兩個增根中一個是微小量.即為所求的方程解的正確值。
    ②雙曲柄平形四邊形機構中鉸接副間隙的補償作用 雙曲柄平行四邊形機構中的四桿共線位置是一個對四桿長關系有嚴格要求的位置。當各桿長存在隨機性偏差時,四桿有可能不能同時達到共線位置,從而破壞了雙曲柄共存的幾何條件。當機構在慣性作用下強行通過這一位里時,必需依靠桿件或軸承內部的彈性補償,這使得機構受力增大。在剛性假定的條件下.則必須依靠鉸接副中的間隙來補償。

伸鉸接副A,使它們的總長增加,而鉸接副C受壓,使桿2和3的總長縮短.當至少能達到圖示的狀態.四桿才能在共線位置上閉合,這時需滿足條件


    當曲柄1在右邊的共線位里時,同樣可以得出類似的條件式

   
    綜合上述4個條件式.應有

    上式說明,為了補償桿長的制造偏差,使雙曲柄平行四邊形機構能夠通過四桿共線位里,各鉸接副中半徑間隙之和應大于或至少等于連桿與機架(行星架)以及兩曲柄之間桿長偏差之差的絕對值之和。
    如前所述,RV傳動的輸出機構是由3個平行四邊形組成的單自由度并聯機構,其獨立機構回路有兩個,對于這樣的機構,在剛性假設的前提下,也必須依靠鉸接副中的間隙來補償構件長度的偏差,才能保證可裝配性條件。
    可以證明,當平行四邊形機構滿足條件式(9.3-125)時,它不僅可以保證通過四桿共線位置,而且在曲柄任意位里下,總可以使得各對應桿保持在相互平行的位里。因此鉸接副C必然可以閉合而把機構裝配起來。由進一步推論不難知道,若并聯機構中兩個獨立的平行四邊形機構均能滿足這一條件式(9.3-125),它們的相對邊可維持相互平行的位置,這就保證了該并聯機構的可裝配性條件。
四桿共線位置上桿長偏差與鉸鏈間隙之間的關系

    ③RV傳動輸出機構的剛性誤差 RV傳動輸出機構具有3個回路,其中只有兩個是獨立回路。分別考慮兩個獨立回路各桿桿長的偏差和鉸接副中間隙,其連桿與名義位置之間會有偏差,而且一般地說這兩個連桿的位置角誤差△β1和△β2不會相等。然而由于這兩個連桿實際上是同一個剛性構件(擺線輪),因此必須△β1=△β2。本節用兩個獨立回路中連桿在剛性假設下的誤差來表示。設兩個獨立回路中的連桿在鉸接副中的間隙范圍內,左右的最大角度誤

    以機器人用RV-250A II減速器的輸出機構為例,進行傳動誤差分析。已知輸出盤上曲柄軸孔間距離l4和擺線輪上轉臂軸承孔間距離l2為109. 119mm,曲柄偏心長度(即偏心距)l1=l3= 2.2mm,曲柄位置以a1=60°,  a2=120°(如圖9.3.60所示)為例,①考慮桿長偏差同向分布與異向分布兩種情況進行對比計算,給果見表9.3-29;②考慮鉸鏈副(軸承)間隙的大小對角度傳動誤差的影響,結果見表9.3-30所示.
公共連桿的誤差范圍

    首先分別考慮兩獨立回路ABCD和ABEF中連桿各自可能的擺角范圍。這里,可以假定各校鏈中間隙矢量順著曲柄的方向(圖9.3-60).因為在這一狀態下算得的擺角接近可能的最大值。①當連桿逆時針擺

桿長偏差對角度誤差的影響
軸承間隙對角度誤差的影響
半鉸中心沿曲柄方向偏移
    從表9.3-29計算結果可以看出,為了提高運動精度,機構中相對桿(1與3和2與4)的桿長偏差應該同向分布,故建議加工中應采取工藝措施,保證擺線輪三軸承孔與行星架三軸承孔一次裝夾加工成形。從表9.3-30計算結果可以看出,為了提高運動精度,選擇軸承間隙應該是在滿足四桿共線條件下盡可能的小。
    2)擺線針輪傳動部分的傳動誤差
    a)小周期傳動誤差 小周期傳動誤差是當曲柄軸轉一圈.即擺線輪轉一個齒的過程中,引起輸出軸的轉角誤差。擺線針輪傳動部分影響小周期傳動誤差因素有
    ①針齒殼上針齒銷孔圓周方向位置相鄰誤差參照式(9.3.107).針齒殼上針齒銷孔圓周方向位置相鄰誤差引起小周期傳動誤差


    b)大周期傳動誤差 大周期傳動誤差是輸出軸轉一圈的過程中,抽出軸的轉角誤差。影響RV傳動大周期的誤差因素有:

    ④行星架組合件三孔相對于行星架支承大軸承安裝基準位且誤差△1 參照式(9.3-106),行星架組合件三孔相對于行星架支承大軸承安裝基準位置誤差△1引起大周期傳動誤差為

    ⑤行星架支承大軸承徑向圓跳動誤差△2參照式(9.3-106),行星架支承大軸承徑向圓跳動誤差△2引起大周期傳動誤差為

    3) RV減速卷的傳動誤差綜合
    ①小周期傳動誤差綜合 影響RV減速器小周期傳動誤差的因索有:擺線輪針輪傳動部分和行星架輸出機構部分。根據以上各因素對小周期傳動誤差影響的數學模型,按均值和公差來計算擺線輪針輪傳動部分和行里架輸出機構部分制造、安裝誤差及間隙所

    ②大周期傳動誤差綜合 根據以上各因素對大周期傳動誤差影響的數學模型,按均值和公差來計算

    因此,各因素引起RV減速器傳動誤差為

    根據所優化設計的RV-250AⅡ減速器樣機的各有關數據.將引起傳動誤差因素的數值代人傳動誤差計算式(9.3-136),得傳動誤差的均值和公差

    將傳動誤差的均值和公差代人式((9.3-137),得RV減速器的傳動誤差

(責任編輯:laugh521521)
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