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专利号: 2021106080832
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)建立减速器动态传动误差数值计算模型;

(2)计算谐波减速器的原始动态传动误差;

(3)试验得到谐波减速器磨损界面的磨损速率;

(4)建立谐波减速器动态传动误差预测模型。

2.根据权利要求1所述的一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法,其特征在于,所述的步骤(1)具体包括以下步骤:步骤1.1、根据谐波减速器各部件的几何误差求解运动误差Δ:式中,ΔFp为柔轮齿距累积偏差,ΔF′p为柔轮一齿切向综合偏差,Δfi为刚轮齿距累积偏差,Δfi′为刚轮一齿切向综合偏差,E11为波发生器径向跳动,E12为波发生器廓形误差,E21为柔性轴承与柔轮的配合间隙,E22为柔性轴承径向跳动,E23为柔性轴承径向游隙,E31为输入端轴承的径向游隙,E32为输入端轴承与波发生器的配合间隙,E41为输出端轴承的径向游隙,E42为输出端轴承与波发生器的配合间隙,αn为柔轮齿形的压力角;

步骤1.2、建立考虑误差均化效应的谐波减速器静态传动误差θs的计算公式:式中,Kb为多齿啮合传动误差影响系数,N为刚轮和柔轮同时啮合的齿对数,ξ为线值误差转化为角值误差的系数,d为刚轮的节圆直径;

步骤1.3、建立包含静态传动误差θs和动力学参数的谐波减速器二阶拉格朗日动力学微分方程:

式中,θin为谐波减速器输入角度,θout为输出角度,T为输入扭矩,N为减速比,k1为一阶扭转刚度系数,k2为二阶扭转刚度系数,Jin为输入端转动惯量,Jout为输出端转动惯量,Cin为输入端阻尼系数,Cout为输出端阻尼系数,Cfc为刚柔轮啮合阻尼系数;

步骤1.4、对公式(3)进行数值求解,将求解得到的θin和θout代入公式(4),得到谐波减速器动态传动误差:

3.根据权利要求1所述的一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法,其特征在于,所述步骤(2)具体包括以下步骤:步骤2.1、测量谐波减速器各部件的几何误差,包括柔轮齿距累积偏差ΔFp、柔轮一齿切向综合偏差ΔF′p、刚轮齿距累积偏差Δfi、刚轮一齿切向综合偏差Δfi′、波发生器径向跳动E11、波发生器廓形误差E12、柔性轴承与柔轮的配合间隙E21、柔性轴承径向跳动E22、柔性轴承径向游隙E23、输入端轴承的径向游隙E31、输入端轴承与波发生器的配合间隙E32、输出端轴承的径向游隙E41、输出端轴承与波发生器的配合间隙E42和柔轮齿形的压力角αn;

步骤2.2、测量谐波减速器动力学参数,包括一阶扭转刚度系数k1、二阶扭转刚度系数k2、输入端转动惯量Jin、输出端转动惯量Jout、输入端阻尼系数Cin、输出端阻尼系数Cout和刚柔轮啮合阻尼系数Cfc;

步骤2.3、按照步骤1.1‑1.4,将测量得到的各参数代入公式(1)‑(4),求解得到谐波减速器的原始动态传动误差θ′d。

4.根据权利要求1所述的一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法,其特征在于,所述步骤(3)具体包括以下步骤:步骤3.1、仿真分析柔轮内圈和柔性轴承外圈的接触应力;

步骤3.2、计算摩擦磨损试验工况条件下的法向载荷F:式中,σmax为柔轮内圈的最大应力,R0为轴承钢球的半径,F为试验法向载荷,E1和E2分别为轴承钢球及柔轮材料的弹性模量,μ1和μ2分别为轴承钢球及柔轮材料的泊松比;

步骤3.3、计算摩擦磨损试验工况条件下的相对滑动速度v:式中,ωout为谐波减速器输出转速,i为柔轮内圈‑柔性轴承外圈相对转速与谐波减速器输出转速比率,a1为柔轮内圈长轴半径,a2为柔性轴承外圈长轴半径,b1为柔轮内圈短轴半径,b2为柔性轴承外圈短轴半径;

步骤3.4、进行谐波减速器内圈试件和柔性轴承外圈试件的摩擦磨损试验,试验的法向载荷为F,相对滑动速度为v,时间为t;

步骤3.5、试验结束后对柔轮内圈试件和柔性轴承外圈试件分别进行三维形貌仪扫描,得到表面划痕的截面图;

步骤3.6、计算柔性轴承外圈试件的磨损速率Wb和柔轮内圈试件的磨损速率Wf:式中,R为试验中柔性轴承外圈试件的半径,S为柔性轴承外圈试件磨损后缺失的表面积,d为摩擦试验机的连杆长度,f为摩擦试验机往复运动的频率,t为试验时间,f(x)为柔轮内圈试件磨损截面的拟合曲线,k为f(x)的起始横坐标值,a为磨损截面的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法,其特征在于,所述步骤(4)具体包括以下步骤:步骤4.1、时间ts后柔性轴承与柔轮的配合间隙E21的增量ΔE21为:式中,S1为柔性轴承外圈的表面积,S2为柔轮内圈的表面积;

步骤4.2、引入柔性轴承与柔轮的配合间隙E21的增量ΔE21,谐波减速器各部件的几何误差求解运动误差Δ′为:

步骤4.3、重复步骤1.2‑1.4,得到时间ts后的谐波减速器的动态传动误差预测值θ″d。