工业机器人用RV减速器的齿廓动态磨损特性

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220047

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (1): 22-30.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.220047

所属专题： 2023年机械工程

工业机器人用RV减速器的齿廓动态磨损特性

周建星¹ 张荣华¹ 曾群锋² 崔权维¹

^1.新疆大学机械工程学院, 新疆乌鲁木齐 830047
^2.西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室, 陕西西安 710049

收稿日期:2022-01-27 出版日期:2023-01-25 发布日期:2023-01-02
通信作者: 周建星（1982-），男，博士，教授，主要从事齿轮动力学及齿轮摩擦磨损研究。 E-mail:jianzhou82923@163.com
作者简介:周建星（1982-），男，博士，教授，主要从事齿轮动力学及齿轮摩擦磨损研究。
基金资助:
新疆自治区自然科学基金资助项目(2021D01C050);国家重点研发计划项目(2018YFB1306100);新疆自治区重点研发计划项目(2021B01003)

Dynamic Wear Characteristics of Tooth Profile of RV Reducer for Industrial Robot

ZHOU Jianxing¹ZHANG Ronghua¹ZENG Qunfeng² CUI Quanwei¹

^1.School of Mechanical Engineering，Xinjiang University，Urumqi 830047，Xingjiang，China
^2.Key Laboratory of Modern Design and Rotor Bearing System of the Ministry of Education，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，Shaanxi，China

Received:2022-01-27 Online:2023-01-25 Published:2023-01-02
Contact: 周建星（1982-），男，博士，教授，主要从事齿轮动力学及齿轮摩擦磨损研究。 E-mail:jianzhou82923@163.com
About author:周建星（1982-），男，博士，教授，主要从事齿轮动力学及齿轮摩擦磨损研究。
Supported by:
the Natural Science Foundation of Xinjiang Autonomous Region(2021D01C050);the National Key Research and Development Plan(2018YFB1306100);the Key Research and Development Plan of Xinjiang Autonomous Region(2021B01003)

摘要/Abstract

摘要：

针对工业机器人用精密RV减速器齿廓动态磨损难以准确预测的问题，以BX-40E减速器为实例，基于广义Archard磨损公式，通过等效实验求得不同位置条件下减速器的磨损系数，并在磨损预测过程中考虑磨损演化后不同位置条件变化的影响。根据变形协调理论和Langkali-Nikraves接触力模型确定齿间载荷分配与接触压力，考虑时变齿廓磨损与啮合力激励，采用解析建模方法建立了传动系统齿廓动态磨损数值计算模型。对比磨损系数取定值的齿廓磨损曲线，磨损数值与齿面分布规律均存在显著差异，整体差异随磨损次数增加而加剧，得出考虑接触位置条件差异的磨损系数对齿面磨损量化的准确性与必要性。摆线轮、针齿轮的齿面磨损深度曲线沿齿廓呈非对称不规则的倒“W”形，靠近齿根齿顶的部分因磨损而率先脱齿后再啮合，造成冲击，从而出现微突峰。在摆线齿廓凹凸过渡位置几乎不发生磨损。随磨损次数增加磨损峰峰域变窄，磨损率增势非均匀减缓。啮合力与压力角之间成一次函数映射关系。文中研究结果可为提高摆线针齿轮的减磨减振性能提供理论基础。

关键词: RV减速器, 磨损系数, 摆线针齿轮, 齿廓, 动态磨损, Langkali-Nikraves接触模型

Abstract:

In order to overcome the difficulty in accurate prediction of the dynamic wear of tooth profile of precision RV reducer for industrial robot, this paper took BX-40E reducer as an example, obtained the wear coefficients under different position conditions through equivalent experiment based on the generalized Archard wear formula, with the consideration of the influence of different position conditions after the wear evolution in the wear prediction process. According to the deformation coordination theory and Langkali-Nikraves contact force model, the load distribution and contact pressure between teeth were determined. Considering the time-varying tooth profile wear and meshing force excitation, the numerical calculation model of dynamic tooth profile wear of transmission system was established by analytical modeling method. As compared with the tooth profile wear curve with the constant wear coefficient, both the wear value and the tooth surface distribution are significantly different, and the overall difference increases with the increase of wear times. The accuracy and necessity of quantifying the tooth surface wear with the wear coefficient taking into account the difference of contact position conditions were obtained. The wear depth curve of cycloid gear and needle teeth presents an asymmetric and irregular inverted “W” shape along the tooth profile. Due to the wear, the teeth near the tooth root and tooth top first fall off and then mesh, resulting in impact and micro protrusion peak. There is almost no wear at the concave convex transition position of cycloid tooth profile. With the increase of wear times, the wear peak area becomes narrower, and the non-uniform increase of wear rate slows down. There is a functional mapping relationship between the meshing force and the pressure angle. The results of the study provide a theoretical basis for improving the wear reduction and vibration reduction of cycloidal needle gear.

Key words: RV reducer, wear coefficient, cycloid needle gear, tooth profile, dynamic wear, Langkali-Nikraves contact model

中图分类号:

TH132

周建星, 张荣华, 曾群锋, 等. 工业机器人用RV减速器的齿廓动态磨损特性[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(1): 22-30.

ZHOU Jianxing, ZHANG Ronghua, ZENG Qunfeng, et al. Dynamic Wear Characteristics of Tooth Profile of RV Reducer for Industrial Robot[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(1): 22-30.

图/表 18

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表1

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参考文献 20

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参数	取值或规格	参数	取值或规格
摆线轮齿数	39	摆线针齿齿宽/mm	15
针齿轮齿数	40	滚滑比	1
针齿半径/mm	3	摆线轮节圆半径/mm	50.7
中心圆半径/mm	69.5	节圆半径/mm	52
偏心距/mm	1.3	输出转速/（r·min^-1）	300
短幅系数	0.748 2	输入扭矩/（N·m）	412
二级传动比	40	材料	GCr15
太阳轮齿数	16	行星轮齿数	32
太阳轮齿宽/mm	9	行星轮齿宽/mm	9
中心距/mm	36	压力角/（°）	20
材料	17CrNiMo6	模数/mm	1.5

参数	规格或取值
参数	上试件（销）	下试件（盘）
压载/N	20 40 60 80
材料	GCr15	GCr15
弹性模量/MPa	2.19×10⁵	2.19×10⁵
密度/（kg·m^-3）	7.83×10⁶	7.83×10⁶
表面粗糙度（R_a）	3.2	3.2
直径/mm	5	50
转速/（r·min^-1）	—	30

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工业机器人用RV减速器的齿廓动态磨损特性

Dynamic Wear Characteristics of Tooth Profile of RV Reducer for Industrial Robot

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