鄭彥博，謝彪，王紅霞，李杰，楊屏

1.黔南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州都勻 558000

2.貴州航天朝陽科技有限責(zé)任公司 貴州遵義 563100

1 序言

RV傳動是在傳統(tǒng)擺線針輪行星傳動的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，不僅克服了一般針擺傳動的缺點，而且具有體積小、質(zhì)量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩(wěn)定、效率高和傳動平穩(wěn)等一系列優(yōu)點，日益受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

2 微型RV減速器仿真模型的建立

2.1 裝配圖

微型RV減速器裝配示意如圖1所示，其中擺線齒輪7、8分別如圖2、圖3所示，齒輪參數(shù)：精度等級5級，齒輪齒數(shù)38，偏心距0.5mm，全齒高0.9230mm，短幅系數(shù)0.8478，針齒半徑1.5mm，針齒中心圓φ46mm，針齒齒數(shù)39，針徑系數(shù)1.2338。

圖1 微型RV減速器裝配示意

圖2 擺線齒輪7

圖3 擺線齒輪8

2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

微型RV減速器的總長度為41mm，最大外圓直徑為73mm，其總傳動比i=50，輸入軸轉(zhuǎn)速n1=2000r/min，輸出盤轉(zhuǎn)速n2=40r/min，輸出盤轉(zhuǎn)矩T=7N·m。針齒殼半徑rp=23mm，針齒半徑rrp=15mm，偏心距a=0.5mm，針輪齒數(shù)Zp=39，即擺線齒輪齒數(shù)Zc=Zp－1=38，漸開線中心輪齒數(shù)Z1=39，漸開線行星輪齒數(shù)Z2=49，壓力角α=20°，模數(shù)m=0.3。

2.3 質(zhì)量特性參數(shù)

微型RV減速器零部件材料特性見表1。考慮到一級小齒輪與輸入軸為一體結(jié)構(gòu)，則大、小齒輪材料均選用0Cr17Ni4Cu4Nb（熱處理、375HBS、6級精度及軟齒面）。為了提高零件承載能力，并使結(jié)構(gòu)緊湊，擺線輪、針齒殼、針齒均選用軸承鋼GCr15，熱處理硬度取58～62HRC。輸出軸材料選用0Cr17Ni4Cu4Nb。

2.4 建立模型

根據(jù)RV減速器的傳動原理，利用CREO軟件建立微型RV減速器的三維模型，CREO與ADAMS之間的數(shù)據(jù)交換是通過MECHANISM/PRO接口模塊實現(xiàn)的，MECHANISM/PRO模塊使兩個軟件實現(xiàn)無縫銜接，將裝配好的微型RV減速器模型調(diào)入ADAMS，進(jìn)行系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)仿真分析。簡化的微型RV減速器虛擬樣機模型如圖4所示。

圖4 微型RV減速器虛擬樣機模型

3 ADAMS仿真條件設(shè)置

3.1 ADAMS工作環(huán)境設(shè)置

設(shè)置模型的重力及方向、工作網(wǎng)格、模型單位及坐標(biāo)系等工作環(huán)境。

1）模型重力及方向：重力方向為大地坐標(biāo)系Y軸的負(fù)方向。

2）工作網(wǎng)格：將工作網(wǎng)格設(shè)置為長方形網(wǎng)格，網(wǎng)格范圍為80mm×80mm，網(wǎng)格尺寸為2mm×2mm。

3）模型單位：模型單位選擇MMKS。

4）坐標(biāo)系：將微型RV減速器裝配體坐標(biāo)系與ADAMS坐標(biāo)系設(shè)置為重合。

5）參數(shù)：按照表1，修改微型RV減速器各零件的質(zhì)量特性參數(shù)。

3.2 ADAMS約束副的設(shè)置

運動副主要包括五大部分：一般運動副、虛約束、運動發(fā)生器、高副及一般函數(shù)約束。在ADAMS仿真軟件中約束副設(shè)置如下。

1）創(chuàng)建固定副：針齒殼與大地固結(jié)在一起，曲柄軸與漸開線行星輪固結(jié)在一起，針齒與針齒殼固結(jié)在一起。

2）創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副：旋轉(zhuǎn)副只允許兩個物體繞一條共同的軸線旋轉(zhuǎn)，創(chuàng)建曲柄軸與擺線輪、輸入軸與大地、輸出盤與大地及曲柄軸與輸出盤之間為旋轉(zhuǎn)副。

3）創(chuàng)建耦合副：在ADAMS仿真軟件中設(shè)置漸開線中心輪與漸開線行星輪為耦合副約束。

3.3 ADAMS載荷的設(shè)置

利用沖擊函數(shù)法計算微型RV減速器漸開線直齒輪傳動中的接觸力。根據(jù)赫茲靜力彈性接觸理論得到如下公式：

式中，K是剛度系數(shù)（MPa·mm1/2）；R3是外齒輪的節(jié)圓半徑（mm）；R4是內(nèi)齒輪的節(jié)圓半徑（mm）；μ1是漸開線中心輪材料的泊松比；μ2是漸開線行星輪材料的泊松比；E1是中心輪材料的彈性模量（MPa）；E2是行星輪材料的彈性模量（MPa）。

計算可得K=8.2×105MPa·mm1/2。接觸力具體參數(shù)如圖5所示。

圖5 接觸力參數(shù)

3.4 ADAMS驅(qū)動的設(shè)置

輸入轉(zhuǎn)速使用階躍函數(shù)（step）來定義，轉(zhuǎn)速在0～2s處于變化階段，在2s后達(dá)到2000r/min，相當(dāng)于12000°/s，并處于穩(wěn)定階段。輸入轉(zhuǎn)速的階躍函數(shù)表示為“12000d*time*STEP( time , 0 , 0 , 2 ,1 )”，即輸入轉(zhuǎn)速在2s后達(dá)到12000°/s，并保持不變，在0～2s轉(zhuǎn)速由0變化至12000°/s。

3.5 ADAMS負(fù)載轉(zhuǎn)矩的設(shè)置

在輸出軸上施加恒定轉(zhuǎn)矩7N·m，1.5s后使轉(zhuǎn)矩在1.5～2s平穩(wěn)加載，轉(zhuǎn)矩的階躍函數(shù)可表示為“STEP( time , 1.5 , 0 , 2 , 7000 )”，輸出軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩如圖6所示。

圖6 輸出軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩

4 仿真結(jié)果分析

取模擬時間為6s，步長為0.05s，通過對微型RV減速器模型進(jìn)行模擬仿真研究，得到運動學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)曲線圖。

輸入軸和輸出軸質(zhì)心角速度隨時間變化曲線如圖7所示，可以看出輸出軸和輸入軸轉(zhuǎn)向相同。由于使用了階躍函數(shù)“12000d*time*STEP( time ，0 ， 0 ，2，1 )”來定義減速器的驅(qū)動轉(zhuǎn)速，所以在0～2s，輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速處于變化階段，2s之后，輸入軸轉(zhuǎn)速為12000°/s，輸出軸轉(zhuǎn)速約為240°/s，傳動比為50∶1，和實際傳動比相符，證明了虛擬樣機運動關(guān)系是正確的。

圖7 輸入軸和輸出軸質(zhì)心角速度變化曲線

曲柄軸和漸開線行星輪質(zhì)心角速度隨時間變化曲線如圖8所示，曲柄軸和漸開線行星輪通過花鍵聯(lián)接，質(zhì)心角速度隨時間變化的曲線完全一致。

圖8 曲柄軸和漸開線行星輪質(zhì)心角速度變化曲線

齒輪在微型RV減速器中起著承受載荷和傳遞動力的作用，齒輪常見的失效形式有輪齒折斷、齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合和塑性變形等，另外曲柄軸也在微型RV減速器中起著重要的作用，因此對曲柄軸和齒輪進(jìn)行動力學(xué)分析。

曲柄軸和漸開線行星輪相互間作用力曲線如圖9所示。在0～1.5s微型RV減速器剛開始起動，曲柄軸和漸開線行星輪相互作用力幾乎為0。在2s之后，轉(zhuǎn)速達(dá)到平穩(wěn)，曲柄軸和漸開線行星輪出現(xiàn)較小的相互作用力，符合微型RV減速器的實際工作情況。

圖9 曲柄軸和漸開線行星輪相互間作用力曲線

二級齒輪傳動X軸方向作用力與時間曲線如圖10所示，二級齒輪傳動Y軸方向作用力與時間曲線如圖11所示。擺線齒輪7與針齒間作用力和擺線齒輪8與針齒間作用力的方向是相反的，ADAMS動力學(xué)仿真結(jié)果與理論一致。

圖10 二級齒輪傳動X軸方向作用力曲線

圖11 二級齒輪傳動Y軸方向作用力曲線

5 結(jié)束語

1）模型傳動比和實際情況相符合，實際運動方向與理論相符，結(jié)構(gòu)受力合理，傳動特性良好。通過ADAMS虛擬樣機仿真分析，研發(fā)效率得到了很大的提高。

2）通過ADAMS虛擬樣機的運動學(xué)和動力學(xué)分析，得到漸開線行星輪、曲柄軸、輸入軸和輸出軸質(zhì)心角速度隨時間變化的曲線，以及擺線輪和針齒之間的相互作用力曲線。仿真結(jié)果與理論分析一致，表明所建立的虛擬樣機模型是合理的，為相似類型的微型RV減速器提供了參考。