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机械RV减速器耦合传动子部件可靠性研究

2023-02-02 09:20:08

史洪松,敖 昕

(1.江西工程学院智能制造与能源工程学院,江西 新余 338000;
2.深圳大学微纳光电子学研究院,广东 深圳 518060)

RV减速器已成为机器人的核心关节部件,其具有传动效果强、误差小和冲击小等特点[1]。RV减速器的体积比其他关节部件小,因此内部结构极为复杂。当机器人运行过程中出现失效问题时,会导致RV减速器的可靠性变低[2]。因此,为保证RV减速器可以在机器人中稳定运行,需要有效研究机械RV减速器耦合传动子部件的可靠性。

文献[3]提出考虑强度退化与失效相关性的RV减速器动态可靠性分析方法。该方法通过对RV减速器结构上的优点,构建了一个可靠度分析模型,并对RC减速器中的零件进行可靠度分析,从中获取了影响规律,利用Copula函数对零部件之间的失效相关性进行推导,从而构建RV减速器分析模型,实现RV减速器的可靠性分析,该方法没有对RV减速器中的可靠性影响因素进行分析,导致RV减速器的可靠度差,存在子部件测量强度退化程度比实际退化程度高的问题。

文献[4]提出基于电-热-机械耦合作用机理的IGBT可靠性研究方法。该方法首先对电-热-机械耦合作用机理进行有效分析,并从中获取规律,在获取规律的基础上,从Saber仿真平台中构建了IGBT 可靠性评估模型,当机械处于疲劳状态时,对其进行动静态特性的验证,该方法没有分析影响可靠性的主要原因,导致机械的可靠效果低,存在子部件测量失效率比实际失效率高的问题。

文献[5]提出液压换挡机构的耦合建模及动作可靠性估计研究方法。该方法利用仿真软件构建了动力学仿真模型,从而对模型的可信度进行了验证,采用Monte Carlo 方法对可靠性进行计算,从而解决动力学计量多的问题,该方法没有解析可靠性影响的因果关系,存在子部件测量灵敏度比实际灵敏度低的问题。

为解决上述方法中存在的问题,提出机械RV减速器耦合子部件可靠性研究方法。

2.1 影响可靠性因素分析

在机械RV减速器中,对RV减速器造成影响的耦合子部件有很多,仅仅在摆线轮中就有10处制造误差,这样在对机械RV减速器进行研究时,就会有极大的阻碍。为了能够在众多零件中找寻出影响因素,就需要对RV减速器耦合子部件进行传动误差的敏感性分析。

制造的过程中子部件会出现微小的误差现象,而啮合间隙就是产生误差的主要原因[6]。因此摆线轮在建造时出现的传动误差如下定义:

(1)针齿中心的圆半径会对造成传动误差△φ1的产生:

式中:δrp—圆半径产生的误差;
a—到圆心的距离;
zc—摆线轮中的轮齿数量;
K1—短幅系数。

汽车电子学发展非常迅速,知识更新快,在教学内容的选择上注意追踪学科领域前沿发展变化,将新的研究成果和技术及时吸纳并且融入到教学中来。例如:用两个学时介绍汽车电子系统领域的高级驾驶辅助系统(ADAS)的最新成果;讲解汽车电子总线的时候,不仅介绍目前普遍使用的CAN、LIN、MOST总线,也介绍代表未来方向的正在研发中的FLEXRAY总线。

那么输入转矩Ta为:

式中:δrrp—针齿半径产生的误差。

(3)针齿孔的圆周位置在生产过程中容易产生误差,即△φ3,且:△φ3=

式中:δtΣ—圆周位置发生的误差。

(4)因为针齿与针齿盘孔相互配合处出现间隙而产生的传动误差△φ4,且:△φ4=

《教学指南》明确指出,大学英语课程兼具工具性和人文性。因此,新升格本科院校艺体类本科大学英语可由通用英语、专业英语和人文教育英语三大课程群构成,开设在大学本科学习的不同阶段,并在不同的课程阶段实施不同的分类分层教学策略。具体实施如下:

式中:δj—针齿孔圆周位置误差。

KA—使用系数;
KV—动载系数;

由于RV减速器的可靠性主要由子部件的可靠性来决定,因此,齿轮在机械领域可靠性研究中有着重要的意义。

那么子部件接触疲劳强度参数值,如表3所示。

(6)齿圈在跳动时会生成传动误差△φ6,且:

式中:△Ft1—齿圈跳动误差。

(7)由摆线轮周节产生误差后经积累造成的传动误差△φ7,且:△φ7=

式中:△Fp—摆线轮积累误差。

假设在摆线轮中,偏心距α为1.7mm,齿数Zc的数量为35,它的短幅系数K1为0.75,设置完成后,采用敏感性分析理论解析各个影响因素,如表1所示。

(8)摆线轮在加工过程中会产生修形量误差:这时采用按泰勒级数将式(1)在(△rrp,△rp,a)处蔓延,从而得到:

2)非洲是传统核心区。埃尼公司上游业务几乎涉及所有非洲传统油气资源国家,从北非的阿尔及利亚、利比亚、埃及到西北非的摩纳哥,再到东非莫桑比克、肯尼亚等国家,西非传统油气大国埃尼公司更是都有进入,包括尼日利亚、安哥拉、刚果、加蓬、加纳等。埃尼公司已经在非洲15个国家开展上游业务,未来4年埃尼公司重点聚焦的勘探盆地/地区,非洲仍将占据一半。

式中:δa—偏心距误差;

δ△rp—移动距离修形误差;

δ△rrp—相等距离修形误差。

此时由上述方程取到修形量误差kn。

那么偏心距误差和修正误差共同产生的传动误差△φ8的计算公式为:

对摆线轮传动部分进行均值计算,从而取得产生的传动误差均值

式中:△φj—第j个传动部分。

通过上式中的误差因素对传动误差模型产生影响,这时采用敏感性分析原理进行分析,从而获得函数Y(x1x2,…,xn)。

采用按泰勒级数对xi在误差△xi较小的情形中展开,此时获取的误差方程为:

在式(5)中,函数Y()x1,x2,…,xn的误差定义如下:

式中:∂Y/∂xo—输入误差参数;
若对xi值进行确定,那么∂Y/∂xi就是常数。

因此,式(5)可以改写为:

式中:g—误差参数。

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这时,敏感型指数Si就是:

上编为瓯越语语汇与瓯越方言,由瓯语语汇中的音变构词、瓯越语语汇的词源、瓯语语汇的语法特点、瓯语语汇中的语用问题等四章组成。上篇着力于瓯越语语汇的本体研究,从语言学的角度出发,研究了瓯越语语汇在语音、词汇、语法、修辞上的主要特点。该部分重点不在面上,而在点上,不作面面俱到的论述,每一章节重点探讨一二个问题。如语法方面,对瓯语语汇的每一语类各谈一个问题:瓯语成语重点分析语法结构;
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最后探寻瓯语语汇中的特殊语法现象。内容丰富,重点突出。

从表1中可以看出,多数误差参数均会对RV减速器造成较大的影响。

1)中耕除草。结合施基肥,铲除园内杂草,深埋于施肥窝内,然后对梨园进行行间深翻(20~30 cm),树冠下浅耕。

表1 子部件误差敏感性分析表Tab.1 Error Sensitivity Analysis Table of Sub-Components

完成RV减速器影响可靠性因素分析后,研究RV减速器耦合子部件的可靠性。

3.1 子部件可靠性计算

在RV减速器中的传动子部件在RV减速器中占据着重要的地位,至今被广泛应用。

式中:△rrp—相等距离修形量;
△rp—移动距离修形量。

选取20Cr齿轮,其接触疲劳极限为1180MPa,因此1180MPa就是试验齿轮产生弯曲疲劳强度的极限。

(2)由于针齿半径产生的误差△φ2,且:

此时在中心轮轮齿中作用的转矩T1为:

所谓的法律认同,是一国在现有法律的基础上尊重并认可另一国的法律制度、规则、理念。以法律认同的方式作为一国法律文化变化的诱因,进而实现自主的法律趋同既是理论的最优方案,也是实践中的最佳选择。

同时端面中分度圆的圆周力Ft定义为:

式中:P—输入功率;

n—输入时轮齿的转速[7];

np—齿轮数量;

作为一种保障人与公民权利的理论和思潮,自由主义起源于欧洲,也是当今西方世界具有一定普适性的价值观念。由于国情和传统不同,自由主义往往在不同国家表现出一些不同的特征。在美国,自由主义被认为具备了一些特别显著的美国化色彩,形成了所谓“美国的自由主义传统”,但无论如何,所谓“美国的自由主义传统”与“自由主义”的基本内涵具有相通性,都强调维护人与公民的基本权利。①国内学者分别研究美国自由主义传统和美国国家认同的成果均相对较多,但关于美国自由主义传统作为国家认同标志的特性及其对美国内政外交的影响依然重视和研究不够,值得我们做进一步的分析探讨。②

kp—不均匀载荷系数;

d—圆直径。

3.2 子部件齿面接触疲劳强度的可靠性计算

在齿轮的节圆位置[8],它的接触应力σH如下所示:

在今年刚刚结束的中国(昌乐)国际宝石博览会宝石文化高峰论坛上,中国著名珠宝设计师王旭曾表示:在雕刻工艺方面,四年前昌乐做的珠宝工艺简单的居多,经过这三四年的发展,昌乐出现了很多非常精致的雕刻,从细节到镶嵌的宝石,再到造型以及文化注入,都有普遍提高,精品越来越多。而且昌乐蓝宝石质地均匀、洁净、色带漂亮,只要在雕刻中把这一独特优势发挥出来,那么蓝宝石就会散发独到魅力,发展的空间也将更广。

式中:ZH—节点区域系数;
ZE—弹性系数;

Zε—重合度系数;
Zβ—螺旋角系数;

(5)由于摆线轮的修形产生的传动误差为:

2.方法:体检者行肾脏B超检查,仪器采用GE LOGIQ-E9型彩色超声波诊断仪,由2名B超专科医师操作,按照肾结石B超诊断标准,将结果作为诊断肾结石依据。血液样本为空腹静脉血标本,血尿酸检测采用宁波赛克生物技术有限公司提供的尿酸测定试剂盒(尿酸酶-过氧化物酶法)及BECKMAN COULTER AU5800全自动生化分析仪,于抽血后2 h内进行指标检测。血尿酸≥420 μmol/L定义为高尿酸血症[3]。

KHβ—齿向载荷分布系数;
KHα—齿间载荷分布系数;

接下来如图6所示,上述四种模型的拔出力-拔出长度的比较曲线。随着直径的线性增加,拔出力的极限值也基本线性增加。这也从侧面反映出从上一部分得出的结论:影响拔出力的最关键因素是接触面积。

在毛泽东的指导下,各级领导干部深入基层,了解群众对“六十条”的反映。经过全党调查研究,在5月至6月召开的北京中央工作会议上,经修改形成的《农村人民公社工作条例(修正草案)》取消了人民群众反映强烈的供给制和公共食堂两大问题。

b—行星轮齿宽;
u—传动比;
α—分度圆直径。

这时行星轮接触应力参数值,如表2所示。

表2 接触应力参数值Tab.2 Contact Stress Parameter Values

将表2 中的数据代入到方程表达式中,从而获取σH=1029.57MPa。

此时子部件齿面接触应力综合变差系数CσH定义为:

因此子部件轮齿面接触疲劳强度[9-10]为:

式中:σHlimj—接触应力;
σHlim—解除疲劳极限;
ZN—寿命系数;
ZR—粗糙系数;
ZV—速度系数;
ZW—工作硬化系数;
ZL—润滑剂系数;
ZX—尺寸系数。

通信专业的课程设置应该紧密联系通信专业的岗位群来安排,结合通信专业学生实习与就业的岗位需求、能力素养要求来合理设置公共基础课、专业基础课与专业核心课,对学生的职业生涯规划要有指导性的意义。部分职业院校通信专业的课程设置没有按照岗位需求来设置,理念落后,跟不上行业的新发展。主要体现在课程设置、开设比重及实践课程与理论课开设比重不合理等[1],并且有些专业基础课讲授的内容与就业岗位需求没有太大关系,由于诸多原因开出了很多学时,必然导致专业核心课学时被压缩,而专业核心课学时与学生的专业技术能力密切相关。

表3 接触疲劳强度参数值Tab.3 Contact Fatigue Strength Parameter Values

将表3中的参数值都代入到表达式中进行计算,从而得到方程式:

这时子部件的接触疲劳极限综合变差系数,定义如下:

接触应力和接触疲劳强度会完全遵守正态分布,因此可靠性系数ωR用方程定义为:

因此,可靠度RH的正态分布表:RH=Φ(ωR)

式中:Φ—正态分布表。

采用机械RV减速器耦合子部件可靠性研究方法(方法1)、考虑强度退化与失效相关性的RV 减速器动态可靠性分析方法(方法2)和基于电-热-机械耦合作用机理的IGBT可靠性模型方法(方法3)对RV减速器耦合子部件的可靠性进行对比测试。

采用机械型号为RV-42N的减速器作为实验测试对象,该减速器的齿轮材料为20Cr。该减速器的模数为1.35mm,压力角度为20°,减速器耦合传动的太阳轮齿数为15,行星轮齿数为36,针齿数为60,偏心距为0.8mm,齿环板厚31 mm,齿环板间隔3mm,在以上参数条件下,在Matlab 2020b仿真软件平台中,建立传动部件的模型,如图1所示。

图1 传动部件模型Fig.1 Transmission Component Model

为控制实验变量,每次实验所使用的传动部件参数均保持一致。基于以上设置,首先利用方法1、方法2和方法3的测量结果与实际结果进行子部件的强度退化程度对比测试。退化轨迹与实际值相近,说明RV减速器的分析可靠性结果更准确;
反之RV减速器的分析可靠性结果准确性差,如图2所示。

图2 子部件强度退化测量结果与实际结果对比Fig.2 Comparison of Measurement Results of Strength Degradation of Subcomponents with Actual Results

分析图2 中的数据可知,三种方法都随着载荷循环比的增加,呈现出非线性降低的趋势。从图中可以看出,方法3在测试期间,它的衰减速度要高于实际结果,且波动轨迹距离实际结果的轨迹最远,说明方法3的可靠性最差。方法2在0.28%循环比前,它的波动轨迹与实际值的波动轨迹相同,但随着循环比的增加,方法2的波动轨迹逐渐与实际结果之间的波动距离拉开,而方法1是三个方法中与实际结果的轨迹距离最相近的那个,说明方法1的强度退化程度要低于方法2和方法3,表明方法1的可靠性极高。

采用方法1、方法2和方法3对机械型号为RV-42N的减速器子部件进行测量失效率与实际失效率对比测试,设置测试时间为250小时,具体测量结果,如图3所示。

根据图3中的数据可知,方法1的运动轨迹要与实际失效率的运动轨迹相似且轨迹距离相近,表明方法1的可靠性研究准确度极高。方法2和方法3在测试期间,方法3的波动轨迹与实际轨迹距离最远,而方法2与实际轨迹相差距离仅次于方法3,说明方法2与方法3的RV减速器可靠性分析准确效果差。

图3 测量失效率与实际失效率对比测试Fig.3 Comparison Test Between Measured Failure Rate and Actual Failure Rate

通过图2和图3的实验对比测试可知,方法1在测试中,RV减速器的可靠性要优于方法2和方法3,这是方法1分析了影响RV减速器耦合传动子部件可靠性的主要因素,从而提升了可靠度的准确性,进而提升了与实际测量结果的精准度。

利用方法1、方法2和方法3对子部件进行测量灵敏度和实际灵敏度对比测试,假设测试时间为1000h,灵敏度最高为60°。测量灵敏度与实际灵敏度对比测试结果,如图4所示。

图4 测量灵敏度与实际灵敏度对比测试Fig.4 Comparison Test of Measured Sensitivity and Actual Sensitivity

通过图4中的数据可知,最初三个方法与实际值的灵敏度相同,但随着时间的提升,方法1的灵敏度逐渐高于其余两种方法,且与实际值的上升轨迹相同。方法2和方法3随着时间的增长与实际值的上升轨迹逐渐拉大,从图3中可以看出方法2和方法3在第1000h测量灵敏度与实际灵敏度差距较多,说明方法2和方法3的解析RV减速器可靠性效果低。

RV减速器为二级传动,运行时各传动部件之间具有不同程度的相关性,随着服役时间的增加,传动部件的强度会逐渐退化,且其退化规律也不相同,为深入解决这一问题,研究RV减速器耦合传动子部件的可靠性。

(1)减速器耦合传动子部件的剩余强度随着载荷循环比的增加,呈现出非线性降低趋势。实验设定传动子部件循环比的变化范围为(0.2~1)%之间,所提方法分析所得的剩余强度结果与实际值更为接近,在循环比为0.6%时,剩余强度逐渐下降,最终降至60%,整个实验过程的最大误差约为5%。

(2)通过对比测量失效率与实际失效率可知,在250h测试时长内,所提方法测得的失效率与实际值之间的差值始终小于1%,测量值与实际值的拟合度高,说明所提方法测得的失效率具有较高的精度。

(3)在灵敏度指标测试过程中,测试时间为1000h,实际灵敏度设置为(10~60)°,在此实验条件下所提方法的仿真测试结果与实际情况完全一致,其精度也不会受到实验时长的影响,表明所提方法具有理想的可靠性。

以上实验结果表明了所提方法的应用优势,为今后机械领域提供了重大信息基础。

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