随着工业4.0的不断发展,高端制造和智能制造受到各国广泛重视,机器人作为高端制造业顶端的掌上明珠,在工业4.0发展中起着重要作用。机器人用关节减速器是构成机器人核心零部件之一,当前市场上可用的成熟产品种类稀少,且面临着严重的产能不足,无法满足机器人产业快速发展需求。机器人用减速器对体积、传动精度、承载能力、密封性和抗冲击能力有严格的要求,因此对减速器的传动方式和结构有一定的要求。采用摆线针轮传动方式设计的减速器具有体积小、重量轻、结构紧凑、承载能力大、抗冲击性能强、传动平稳和传动比大等优点,该种传动方式在精密传动领域应用越来越广泛,非常适合机器人用减速器的要求。针对机器人用减速器的应用需求,本文对设计的精密摆线针轮减速器(取名为CBR减速器)进行理论与试验研究。为了保证CBR减速器的传动精度与使用寿命,需要对摆线针轮传动理论与承载接触特性进行深入分析。制造成本也是CBR减速器需要特别考虑的问题,只关注传动精度而忽视制造过程的复杂性、难加工性和良品率,将产生高昂的加工成本,同时阻碍产能的提升。为此,本文综合采用理论推导、数值分析、模拟仿真和实验验证相结合的方法,对CBR减速器传动精度的影响因素和制造成本中加工误差的合理分配进行研究。主要对摆线齿廓的生成及修形方法、摆线针轮承载接触、制造误差设计、动力学特性和测试等方面进行了研究。主要研究内容如下:1.分析摆线轮廓的生成方式,应用转化轮系法和坐标变换法则,推导出摆线齿廓标准方程。根据摆线轮标准方程的基本参数,分析摆线轮齿廓的基本修形方法和修形量的取值对齿廓大小的影响,给出三种可用的等距加移距的复合修形方法,并应用到CBR25减速器摆线轮中,对比三种修形齿廓形状。同时对等距加移距复合修形方法导致的初始间隙进行几何变换分析,直观的推导出修形摆线轮的初始间隙公式。从减少传动误差的角度,将抛物线修形方法应用到摆线齿廓的修形中,推导抛物线修形的摆线齿廓方程,对比二阶抛物线修形和四阶抛物线修形对CBR25齿廓的影响。为CBR减速器齿面接触分析的研究奠定基础。介绍CBR减速器的结构与传动原理,并与谐波减速器和RV减速器进行对比分析,在SolidWorks三维CAD软件中建立CBR减速器的模型,为CBR减速器的多体动力学仿真做准备。2.根据齿轮啮合原理和坐标系变换,推导出空载齿面接触分析方程组,给定曲柄轴输入转角,对齿面接触方程组的求解可获得摆线轮输出角度,从而求得空载传动误差和背隙。在空载齿面接触分析的基础上,建立摆线针轮的力平衡方程和变形协调方程,求解受力情况下摆线各齿的变形情况和摆线轮输出转角改变量,从而计算承载传动误差。提出了一种基于齿廓离散点的承载接触分析方法,该方法以摆线轮为主动,根据摆线轮离散齿廓与对应各针齿中心的距离判断最先接触的齿廓点,并反求曲柄轴输入转角,从而求得传动误差。在相同计算环境下对比两种齿面接触方法的求解效率。3.分析摆线轮磨削加工过程可能产生的误差来源,找出影响摆线传动精度的主要误差来源:齿廓误差和齿距误差,并用三坐标测量仪对摆线轮齿廓坐标进行测量,采用反求的思想建立齿廓法向误差和齿距误差的方程组,对齿廓误差和齿距误差进行分离。重点分析了齿廓法向误差、齿距误差、针齿半径误差、针齿位置误差和曲柄轴偏心距误差6项因素对CBR25减速器传动误差和接触力的影响。分析CBR减速器空程的来源,推导出CBR减速器空程的计算公式,对CBR25减速器空程进行计算。基于DFM的概念在设计阶段考虑各制造误差参数对减速器制造成本的影响,运用SQP优化算法对CBR25减速器最优误差分配进行优化求解。4.建立CBR减速器的动力学模型和动力学方程,并将其简化为四自由度纯扭转动力学模型,求解固有频率与模态,最后应用多体动力学仿真软件Recurdyn进行多刚体动力学仿真,分析各零部件的运动位移、速度、加速度以及受力,并分析间隙大小和修形方式对啮合齿数和齿间啮合力的影响。5.介绍了CBR减速器试制样机的加工工艺流程和装配工艺流程,并介绍控制各零件精度的磨削设备;设计了CBR减速器效率、精度等检测装置,同时分析了对应的检测方法。