机器人减速机的精度和传动性能该如何测试

2020/6/8 13:17:46admin12

   机器人减速机也叫RV减速器,共包括输入齿轮轴、输出轴(行星架)和针轮三个自由度,任意固定其中的一个构件可以组成不同传动比的机构,也可以不固定任何构件来组成差动机构。因为行星直齿轮和曲柄轴用花键连接,所以广州友仪机电工程师将其看着一个构件。在机器人关节中通常将RV减速器用作减速机构,一般情况下固定针轮,由电机带动输入齿轮轴旋转,经过第一级行星减速后将运动传递给曲柄轴,再由曲柄轴带动摆线轮和针轮啮合,最终由输出轴(行星架)将运动输出。因为摆线针轮传动级的传动比大,而且是传动链的末端,所以摆线针轮的运动规律对整个减速器的传动精度起着关键作用。

一、RV减速器传动性能测试

   友仪工程师在高精度的RV减速器综合性能测试平台上对RV减速器的传动性能进行了测试。试验台主要配置包括高精度动态伺服电机及控制系统、加载装置、高精度编码器和扭矩传感器等。机器人减速器输入端和输出端的角度编码器检测精度分别是2.06'1.13',满足RV减速器传动精度检测的要求。

二、动态传动误差分析

   在RV减速器综合测试平台上对工业机器人RV减速器样机进行了多项性能测试,其中传动误差是RV减速器最重要的一项性能指标,其数值大小对RV减速器的传动精度起到关键作用。所测试的RV减速器样机传动误差,此时RV减速器输出轴转速为额定转速15r/min。从测试结果可以看出被测RV减速器样机的传动误差小于30arcsec,属于高传动精度等级的减速器。为了具体分析传动误差的来源本文通过傅里叶变换对传动误差曲线进行了频谱分析,幅值最大的频率为10Hz,另外几个小峰值也接近其倍频。    

   通过计算得到输出轴的旋转频率为0.25Hz,而幅值最大的频率正好是其40倍频,被测样机的针齿数Zp40,当输出轴旋转一周时,摆线轮与针轮啮合过40个针齿。由于行星齿轮传动级中没有对应的齿轮啮合频率,可以确定10Hz频率是摆线针轮啮合引起。又因为摆线针轮啮合是RV减速器传动链的末端,其传动误差幅值不会经过传动链得到衰减,所以会对RV减速器传动精度产生较大影响。可以看出,10Hz的频率所占峰值最大,而其他小的峰值频率都是经过其传动比衰减后的幅值。

三、多齿啮合传动精度评定

   通过以上的分析可知曲柄轴旋转一圈摆线轮转过一个针齿角度,因此摆线针轮每啮合一个齿的周期将在传动误差曲线中得到反映,所以按照曲柄轴的旋转圈数将RV减速器传动误差等份成相应的分段曲线,可以看出摆线针轮每个齿啮合传动的误差形状基本一致,由此可以说明摆线针轮每个齿啮合的周期在RV减速器传动误差中得到了充分反映。在此基础上可以进一步计算得到各个摆线针齿啮合周期时传动误差的标准差分量,可以看出摆线轮与针轮在后半部分啮合位置所对应传动误差的标准差较大,从而可以间接判断摆线针轮在此部分位置啮合时各个摆线针齿之间的匹配性较差,因此可以针对性的提高此部分的齿廓精度。

四、结论

   1、友仪工程师研究了RV减速器摆线针轮传动中多齿啮合过程,建立了摆线针轮多齿啮合模型。通过RV减速器动力学仿真计算得到了各摆线针齿啮合时法向接触力和摩擦力的变化过程。经过与仿真结果对比,理论公式中没有考虑摆线针轮弹性变形所引起的滞后角影响,而且摆线齿廓凸的部分与仿真结果存在一些差别。当负载扭矩变化时,摆线针齿啮合时的法向接触力和摩擦力基本与输出轴负载扭矩成线性比例关系。

   2、摆线齿面上的接触应力在齿宽方向上基本相同,但在两端面附近的齿廓由于受到应力集中的影响会增大。在齿廓方向上,啮合点附近的齿面区域都会产生接触应力,而且区域的大小受到负载扭矩的影响。

   3、被测RV减速器样机属于高精度等级的精密减速器,通过对其传动误差的频谱分析验证了摆线针轮传动是引起RV减速器传动误差的主要原因。通过摆线针轮不同位置啮合时传动误差的标准差分量可以间接地判断各摆线针齿啮合位置的匹配性,从而可以针对误差较大位置进行齿廓修配,进一步提高RV减速器整体精度。

机器人减速机特性.jpg

服务热线

13682253055

关注微信公众号