机器人用rv减速器动力学建模与仿真分析

机器人用rv减速器动力学建模与仿真分析

0rv加速度技术rv传输是在简单接收针的动态线上发展起来的一种两级新传输系统。它具有更小的体积和更大的承载能力，大大取代了简单接收针的动态线和波形传输。因此,深入研究RV减速器技术,对机械传动技术具有重要的意义。本文中我们以RV-250减速器为例,在三维建模软件Pro/E和动力学仿真元件ADAMS的基础上,采用数字化虚拟样机技术和多刚体动力学技术,对RV减速器进行了运动仿真分析,其基本步骤如图1所示。1轮系的结构和技术参数机器人用RV减速器属于曲柄式封闭差动轮系,是由渐开线传动和摆线针轮传动组成的二级新型传动机构,其结构简图如图2所示,基本技术参数如表1所示。2虚拟场景建设2.1rv减速模型建立和干涉检查我们利用Pro/E三维实体建模软件,建立了摆线轮、针轮、输入轴、输出轴等RV减速器各部件的三维实体模型,并将各零件组装成装配图。在不影响系统分析结果的情况下,为了节约存储空间,提高模型运行速度,简化了RV减速器模型,如:渐开线齿轮用圆柱代替;删除掉所有与RV机械传动本身无关的部件,包括轴承、轴承架等部件;删除所有不影响传动结构的倒角、圆角等特征。其简化模型如图3所示。模型建立后还需要进行零件干涉检查,包括静态干涉检测和动态干涉检测,静态干涉主要检测零部件是否满足功能需要,动态干涉检测主要检查是否存在装配不合理等干涉情况,如有干涉需调整修改各零部件直到没有零件干涉,否则RV减速器在ADAMS中的动力学仿真不能正常进行。建模过程需注意单位设置成“MMKS”,将建好的RV减速器模型另存为“*.X_T”,为导入AD-AMS/View中作好准备。2.2在excel中创建虚拟原型2.2.1速器实体模型导入adams通过ADAMS的Import命令,将Pro/E中建立的RV减速器实体模型导入ADAMS中,导入了模型构件后,定义构件的颜色、位置、材料属性、可见性等元素属性。定义其材料属性时,材料选择为“steel”,刚度及其他物理特性由计算机自行计算。2.2.2ad-ams的约束副由于导入的RV减速器模型各个部件之间的约束关系已经不存在,需利用AD-AMS提供的各种约束副,按照系统的真实运动情况,在构件间定义运动副,RV减速器各部件之间的约束副如表2所示。2.2.3缓慢平稳增加到1.为使系统能够运动起来,在运动副上添加驱动和载荷,驱动转速在0~1s,从0缓慢平稳增加到1500r/min,输入函数为:F(time)=9000d×time×step(time,0,0,1,1)。模型样机输出架上施加的负载转矩为2450N·m。2.2.4模型自我评估由自检可知RV减速器系统共有刚体49个、约束53个、齿轮副3个,与预设结果一致。3明显调整曲柄机构RV减速器虚拟样机仿真应注意的2个问题:(1)根据RV减速器的传动原理可知,定义转动福时应注意曲柄机构的转动中心布局及位置关系。(2)RV传动中第1级渐开线外啮合齿轮传动定义成齿轮轴与行星轮相接触。第2级摆线针轮传动定义成针齿与摆线轮的接触问题。ADAMS仿真系统会根据RV虚拟样机模型的自由度自动选择分析类型,自行定义5s仿真时间,500步仿真步数。3.1rv传动方向一致性分析图4~图7所示为空载时RV减速器关键部件转速仿真曲线。通过图4~图7仿真分析转速方向可以看出,当输入轴角速度值为正数时,行星轮角速度为负值,行星架速度值为正值,从而说明行星架转动方向与输入轴一致,行星轮转动方向与输入轴转动方向相反,针对传动理论转向分析与仿真结果相一致,表明其机器人用RV减速器中各个传动部件满足RV传动方向关系。转速大小分析,在0~1s之间,摆线轮和行星架的转速随着输入轴的转速增加而增加,而运行时间到达1s后,摆线轮和行星架的转动都相对比较平稳;在平稳运行阶段,行星轮速度变化很小,行星架和摆线轮转速大小有一定的波动,从而表明系统内部激励引起了RV齿轮传动系统的冲击和振动。3.2加速度与能量损耗输入轴、行星架、行星轮的角加速度仿真曲线如图8~图10所示,由图可知,在0~1s之间,输入轴的转速不断增加,到0.5s时加速度增加到最大值,此正与输入转速为Step(time,0,0,1,9000d)相吻合;另外,输入轴、行星轮、行星架都在0.5s时刻加速度达到峰值,但峰值依次减小,此表明RV减速器传动系统在传动过程有能量损耗。但各个部件加速度达到峰值之后,其值又开始逐渐减小直到降到零,恢复平稳运动状态。3.3平稳传动阶段摆线轮与针轮间啮合力仿真分析结果如图11~图13所示。针齿受力理论计算结果如表3所示。由图11~图13得知,当RV传动系统进入平稳传动阶段之后,针齿与摆线齿之间的啮合力随啮合时间周期性变化,在整个摆线轮针轮啮合过程中,针轮与左摆线或右摆线交替啮合,呈正弦波动。在2~3s之间,当一个针齿的啮合力达到最大时,有10个针齿同时啮合。由表3理论值和仿真值只有很小的偏差。3.4rv微生物运转系统运转后的平稳行星架与摆线轮与的接触力仿真结果如图14~图15所示,通过分析可知,在0~1s之间为系统启动阶段,速度突然发生变化,部件间产生冲击,摆线轮行星架间的接触力是没有任何规律的波动;RV减速器运转系统运转1s后,系统进入平稳状态。行星架与左摆线轮、右摆线轮的接触力都为周期性正弦变化,行星轮与摆线轮间接触力呈正弦规律波动是由于各个部件之间的冲击和振动造成的。4建模的准确性(1)应用Pro/E软件建立了RV-250减速器的