RV320工业机器人减速器中摆线齿廓的修形

赵 铮

● （天津百利天星传动有限公司（原天津减速机总厂），天津 300000）

RV320工业机器人减速器中摆线齿廓的修形

赵 铮

● （天津百利天星传动有限公司（原天津减速机总厂），天津 300000）

RV320减速器是工业机器人专用减速器。要求承载力高，回差小，体积小等。机械结构中只有摆线结构符合需要，但通用结构中摆线轮为标准齿廓，间隙大、回差大，应用时就要对其进行改进。对摆线齿廓进行修形分析后，得出的修形参数能形成多齿啮合。同时在齿谷与齿顶间形成间隙形成油膜利于润滑。回差也大大缩小，经试验证明可满足高精减速器需要。

RV减速器；摆线轮；等距修形；移距修形

0 引言

随着工业生产技术发展，工业机器人拥有强大市场前景，核心的RV减速器的国产化需求日渐突出。RV减速器要求精度高、回差小、体积小、承载大。目前只有摆线结构能够符合要求。现在通用摆线减速器齿廓都是标准齿形，加工时人为加大磨削量从而得到较小齿形，这种齿形不是标准齿廓且没理论依据。标准齿形理论上是有半数齿啮合，而这样加工出来的齿形只有一个齿啮合，严重影响摆线承载能力。为适应市场需要，通过对齿形的研究，分析出一种较理想的修形参数。可以使径向间隙（即齿顶与齿根处间隙）在0.06mm～0.07mm，便于啮合时形成油膜，并在啮合处尽量逼近标准齿廓以减小回差。

RV的结构是一级行星与二级摆线传动复合而成的新型结构。由于结构复合复杂又需要较高承载能力和高精度和较小的回差，所以对每个部件都有较高要求。

1 摆线轮的修形方式

1.1 修形方法

等距修形。加工摆线轮时，将磨轮半径由标准rrp加大至rrp+Δrrp。所形成的摆线齿廓其短幅系数k1不变，是与标准齿形等距值不同的近似等距曲线。磨轮半径增加时 Δrrp为正等距，相反为负等距，如图1所示。

移距修形。加工摆线轮时，将磨轮向工作台中心移动微小距离Δrp，即针齿中心圆半径rp向摆线轮中心减小了Δrp，加工的齿形其偏心距、传动比均与标准齿形相同，只是短幅系数由变为。磨轮向工作台移动Δrp为正移距，相反为负移距，如图2所示。

图1 等距修形

图2 移距修形

转角修形。加工摆线轮时，其它参数不变，只是相对于理论的针齿啮合位置中，摆线轮中心向两个不同的方向各转动一个角度δ，使加工的摆线轮变小。此时形成的是摆线轮与针齿的共轭齿廓。但转角修形所形成的齿形在径向没有产生间隙，故不能单独使用，如图3所示。

图3 转角修形

1.2 标准方程和修形方程

图4为摆线齿廓图。标准的摆线齿形方程如下：

图4 摆线齿廓

等距、移距、转角修形参数融入方程中，其变换将rp-Δrp代替Rz，将代替K1。将rrp+Δrp代替其rz的数据，将iHφ+δ代替iHφ的数据。

变换后摆线方程所形成修形方程如下：

2 摆线轮优化修形的目标

修形原则为在摆线啮合处与标准齿廓接近，在非啮合处(即齿顶、齿谷位置)与针齿有一定的间隙用于存油(0.03mm～0.05mm)。这样可以在保证啮合的同时又减少其传动产生的回差，如图5所示。

修形原则总结出来有二点：

1）确保摆线轮齿形与针齿之间在齿顶与齿谷处有一个小小的间隙。

2）修形后始初始的间隙尽可能的小，在其啮合处区域，与标准的理论齿廓相同。

图5 理想修形目标

3 摆线轮优化修形的方法

按同时啮合齿数，初给其转角修形参数δ=δC完合重合的齿形工作部分的界限B与C处的值φB和φC，并将此区间段进行N-1 等分，分别设φ1=φB, φ2, …，φn-1, φn= φC，将这些值代入公式3中，可求出其δ=δC时的转角修形曲线的是坐标(xC1,yC1)，这时初定一组等距修形和移距修形的参数Δrrp, Δrp(Δrrp-Δrp=Δj)，由式2所确定的曲线是不可能正好与δ=δC的转角修形齿形曲线工作区域完全重合的，而是= y(i=1,…,m)，则C1与之间都存在着偏差值两条曲线的偏离距离可以用n个点之间距离的绝对值，再取平均值来确定。即目标方程为：

再通过最优化方法，来确定其最佳的等距Δrrp和移距修形量Δrp，使：

其参数就是使使曲线工作部分靠近转角修形曲线，而在非工作部分留有间隙。

4 RV320修形参数的选定

目前的较常用的修形方法是正等路+负移距的修形方式。以此方法计算出的修形参数为：

由些参数所形成的摆线齿形齿廓曲线如图6所示。用此修形方式。线1为标准的摆线齿廓曲线。线2为正等距与负移距修形后的摆线齿廓曲线。根据图示可以看到，在齿根处保持了0.03mm的间隙，而在摆线齿形啮合部分的区间内，其啮合处的修形齿廓与标准的齿廓也存在了一定的间隙。而在RV这种高精度的摆线机构中，要求其传动回差要小，这就对其齿侧的间隙有了一定的要求。所以看到这个齿形会造成一定的间隙。造成其回差过大，使减速机在运转过程中造成不平稳，及需要减速机正反转时的精度性能大大下降。这样不太符合RV高精度减速器对回差的要求。

图6 正等距加负移距修形

所以现在提出了一种负等距加正移距的修形方式。所以重新分配其修形量，将其摆线齿轮齿廓修形参数中的修形量改为：

而用此修形方式的齿廓曲线图如7所示。

图7 负等距加正移距修形

采用了此修形参数。线1为标准的摆线齿廓曲线。线2为负等距与正移距修形后的摆线齿廓曲线。我们可以看到。在齿谷和齿顶处的径向间隙0.03mm与之前的修形相同，但在摆线齿的工作部分可以看到其修形后的摆线齿廓明显的逼近了标准的摆线齿廓，其间隙在0.001mm左右与之前的侧隙大大的减小了。之前的修形方式不能够补偿制造过程中产生的误差和润滑要求。而通过这样的修形方式。可以迅速的提高齿轮的啮合强度还能减小其回差传动。这种不仅满足了共轭齿廓条件。而且在不会制造新的间隙。这样可以使瞬间的传动比稳定。运动链传动误差减小。

经过上述的最优化方法求其修形量最终确定了其所有的基本参数如下：

表1 RV320减速器基本参数

经过计算可知，其负等距+正移距修形可以得到最佳的齿形曲线。其曲线如图8所示。线1为标准齿形曲线，线2为采用修形后的齿形曲线。

图8 修形后与标准齿形曲线比较

5 结论

工业机器人专用精密减速器要求其回差小，精度高，刚性大承载能力强等特点。这就对减速器的制造精度和强度有了较高的要求。

非理论的修形，由于是其在加工制造中的误差所产生，没有其理论依据，故其造成的结果是只有一对齿参与啮合。而采用正等距与负移距修形，虽然可以产生一定的间隙，但其侧隙也较大，这样不满足对回差的要求。现在采用了一种新型的负移距与正等距的组合修形方式，从而提高了其共同啮合齿数，达到了8对齿同时啮合，可以大大的提高了其承载能力。又在啮合处更加靠近了理论齿形，从而减小了回差。使修形后的减速器的承载能力较标准的没修形的减速器的承载能力提高3～6倍。达到了工业机器人专用减速器的要求。同时使径向间隙达到0.03mm，也满足了润滑对其径向间隙的要求。

通过本修形参数，即负移距与正等距的组合修形方式。已应用于RV-320减速器和其它型号的工业机器人专业减速器和高精度的摆线减速器的研制中，已经达到了其预期的效果和目的。

[1]徐永贤, 郝宁, 李力行. RV 传动的弹性误差分析[J].大连铁道学院学报, 1999(02).

[2]李力行, 何卫东, 王秀琦, 等. 机器人用高精度RV传动的研究[J]. 大连铁道学院学报, 1999(02).

[3]董向阳, 邓建一, 陈建平. RV传动机构的受力分析[J].上海交通大学学报, 1996(05).

[4]张铁, 谢存禧, 欧阳惠芳. 影响短幅摆线行星减速器回差的因素[J]. 华南理工大学学报(自然科学版),1999(02).

[5]刘继岩, 崔正昀, 孙涛. RV减速器传动精度的研究综述[J],天津职业技术师范学院学报, 1998(02).

1～4月我国船舶工业经济运行情况 2

造船企业三大指标两升一降。1～4月份，54家重点监测的造船企业造船完工999万载重吨，同比下降14%；承接新船订单2937万载重吨，同比增长174%；4月底，手持船舶订单1.4702亿载重吨，同比增长56.3%。

工业总产值同比增长。1～4月份，船舶行业87家重点监测企业完成工业总产值1168亿元，同比增长8.6%。其中，船舶制造企业566亿元，同比增长6.8%；船舶配套企业91亿元，同比增长7.2%；船舶修理企业39亿元，同比增长14.1%。

船舶出口同比增长。1～4月份，船舶行业87家重点监测企业完成出口产值478亿元，同比增长1.2%。其中，船舶制造企业330亿元，同比增长2.1%；船舶配套企业13亿元，同比下降21%；船舶修理企业19.3亿元，同比增长10.1%。

企业经济效益同比止跌回升。船舶行业87家重点监测企业实现主营业务收入832亿元，同比增长20%；利润总额22亿元，同比增长5.7%。

Modification of Cycloid Profile in RV320 Industrial Robot Reducer

ZHAO Zheng
(Tianjin Speed Reducer Co., Ltd，Tianjin 300000, China)

RV320 reducer is specially used as industrial robots reducer. High bearing capacity, small return difference and small volume etc. are required. The cycloid structure of mechanical structure can meet the requirements. The cycloid gear of the general structure uses standard profile, which has big clearance and return difference. They shall be improved when applied. After the analysis of modification of cycloid profile, it is concluded that the modification parameters can form more tooth. And clearance is formed between the valley of tooth, which forms oil film lubrication. Return difference is also narrowed. Tests show that it can meet the needs of the high precision gear reducer.

RV reducer; cycloid gear; equidistant modification; shift modification

TH132

A

国家863计划项目，“工业机器人高精度高效率减速器开发”课题（课题编号：2011AA04A102）

赵铮（1983-），男，中级工程师。主要从事高精度摆线、齿轮减速机的研发。