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毕业设计说明书（论文）中文摘要 RV减速器在各行业中广泛使用，是一种必不可少的传动装置。由于南京康尼公司的一些发展需要，本次课题中主要深入分析RV减速器传动装置的传动原理、方式，传动结构和精度等方面的影响因数，当今社会主要研究功率大、传动比大、体积小、机械效率高和使用寿命长的减速器发展方向。摆线轮行星减速器是重要的传动装置具有体积小重量较轻和传动效率较高等特点，设计中全面考虑到齿轮啮合运作稳等动力学及运动学的情况实现高传递效率和可靠性以及较好的动力学性能指标并且要能够便于装配和拆卸以及检修。在本次毕业课题设计中优化了上述所说关键零件摆线轮的齿廓曲线，完成RV-450E系列减速器的设计。通过分析计算和列数据表的方法:RV齿轮减速器综合传动的回差率缩小在1.942内，使RV-450E减速器的总传动效率要大于89%。课题中主要分析研究RV减速器零件精度和材料的选择，对RV减速器的进行受力分析和强度校核，然后轴承进行了合适的选择。本次课题设计对南京康尼公司机器人的开发有很好的技术支持和发展需要。关键词 RV减速器；回差分析；摆线传动；传动效率 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title RV-450E (P type+ B type) series reducer designAbstractThe RV reducer is widely used in various industries, is an essential part of a drive. Because nanjing Connie some of the company's development needs, this topic mainly analyzes in the RV reducer gear transmission principle, mode, and precision of the transmission structure factor, the influence of today's society research power, large transmission ratio, small volume, high mechanical efficiency and long service life gear reducer development direction. Cycloid gear planetary gear reducer is an important transmission device has small volume weight is lighter and the characteristics of high transmission efficiency, fully considering the gear engagement in the design of operation stability and dynamics and kinematics of high transmission efficiency and reliability, and good dynamic performance index and to facilitate assembly and disassembly and maintenance. In this graduation project design optimization of the cycloid gear tooth profile curve of the key parts, complete the RV - 450 e series reducer design. Through the analysis of the method of calculation and data sheets: the RV reducer integrated drive back to within 1.942 rate reduces, the RV - 450 - e reducer is more than 89% of the total transmission efficiency. Main subject in the analysis and study the RV reducer parts precision and material selection, stress analysis and strength check of the RV reducer, then bearing on the right choice. This topic design for nanjing coney company robot development has a good technical support and development needs.Keywords: RV drive； The RV reducer; Return difference analysis; Cycloid drive; Transmission efficiency目 录前 言1第一章 绪 论；31.1课题研究背景31.2RV减速器在国内外的现状发展综述及分析41.3RV减速器课题的主要研究内容6第二章 RV减速器传动方案的分析比较和计算72.1RV减速器设计的条件与技术要求72.2RV减速器传动的基本工作原理以及构成82.2.1RV传动原理及特点82.2.2 RV-450E减速机的基本构成112.3RV齿轮传动的摆线轮齿廓曲线122.3.1RV齿轮传动摆线轮的标准齿廓曲线122.3.2RV传动摆线轮齿廓修形的方法122.3.3摆线轮修形齿廓曲线一般方程式132.3.4摆线轮齿廓的优化方法132.4 RV-450E减速器主要参数计算142.4.1 RV-450E系列减速器配置齿数计算142.4.2 RV-320E系列减速器核心参数设计计算162.5本章小结17第三章 RV-450E系列减速器结构设计183.1 曲柄轴的设计183.2 正齿轮的设计与计算203.3主轴承与针轮壳设计及分析223.4轴与支撑法兰分析与设计243.5摆线轮的分析与设计263.6 V-450ERV减速器总装配图293.7 本章小结30第四章 RV-450E系列减速器传动回差分析314.1 第一级渐开线直齿轮传动回差分析314.1.1中心距误差Fa导致的齿轮侧隙314.1.2齿轮径向总的误差引起的侧隙314.1.3公法线平均偏差产生的齿轮侧隙324.1.4渐开线行星传动回差综合324.2第二级摆线针轮传动部分回差的分析与计算334.2.1影响回差的具体因素334.2.2摆线针轮传动部分回差的综合354.3曲柄轴的轴承间隙错误!不能通过编辑域代码创建对象。对回差的影响364.4 RV系列传动总的几何回差364.5 RV-450E-129系列减速器几何回差的计算374.6 本章小结39第五章 RV减速器传动的效率405.1RV系列传动啮合的效率分析405.2 RV-450E系列减速器传动效率的计算415.3 本章小结41第六章 结论42致 谢44参考文献45前 言本次毕业设课题设计研究了RV-450E系列机器人转臂关节的减速器，对机器人关节摆线齿轮减速装置进行研发，由于RV减速器具有很多优点，例如体积较小、刚度高、回差很小和寿命长等优点在机器人得到广泛的应用。它是保证机器人关节正常运作的重要组成部分，对其精度有很重要的影响。在选择RV减速器这个课题之后进行系统的研究，帝人公司在世界上属于前列，它最早研发了RV减速器在之后生产研发上取得了良好的成就，他们说制造的RV减速器具有精度高效率高等优点，远超于国内的减速器，通过对比可以知道，目前国内的发展比较落后，还需要不断努力通过研究最终能够使其得到完善。在这次设计中对机器人关节的设计进行了研究，它是机器人运作的核心，而本次毕业课题设计主要对是RV-450E系减速器进行设计。在选择这个课题的时候，我思考了很多，首要原因是我的导师是机械学院的院长，我为了能够学到更多的东西，也为了以后的工作，我选择了RV减速器这项毕业课题设计。设计中我们得到了导师的指导，让我们有了很大的受益。院长不仅为人可亲而且对这个课题有着独特的见解，同时能够认真仔细的帮我们解决设计中所遇到的难题，给了我们很大的启发。其次这个课题是受了康尼公司的委托，我首先是康尼学院的学生，对康尼有着深厚的感情。还有就是机器人这个行业也逐渐的会应用到市场，而所选的RV减速器是机器人运作中的重要组成零件，以后在市场需求中占有着很大的比例。综上所述，我选择了这个课题。选完RV减速器课题之后，我在网上查找了关于减速器一些方面的资料，并对国内外一些先进技术进行了一些比较。获得一些关于机器人关节和减速器方面信的息。但是对它如何运作怎么应用还是比较懵懂，但是我通过了几个月对其的学习，我了解他的原理运作方式。开学至今，通过几个月的研究，我对RV减速器有了初步的了解，能过知道它们的原理和运作方式并且完成了RV-450E减速器的设计，完成了导师所布置的任务，让我受益颇多。在设计说明书中我分为了六个部分，第一部分是阐述了国内外的课题背景以及研究现状；第二部分是对减速器的传动原理和运作方式以及结构性能特点等进行了深入研究，同时也分析了摆线轮的轮廓曲线外形尺寸；第三部分是对减速器零件的设计及材料进行选择；第四部分对减速器的的回差进行了分析；第五部分主要研究RV系列减速器机械传动的效率。因为我对RV系列减速器方面知识不是很了解，不能够对减速器的运转方式有着模糊的认知，对其有不足之处希望谅解，我会在以后工作生活中逐步完善自己。第一章 绪 论； 1.1课题研究背景目前，RV传动日新月异，它是在摆线传动的基础上进行发展所得，它不仅有着体积小、寿命长、适用范围广、效率高、运作平稳等优点，而且客服了摆线轮传动的不足之处，国内外对其更加关注。日本FANUC公司是主要研发工业机器人这个项目，同时研究的公司还有瑞典的ABB机器人研究公司，德国的KUKA公司对其也有一定的研究。日本帝人公司主要研究机器人的内部关节，它所生产制造的RV减速器在世界上名列前茅。机器人中用RV减速器传动有很多优点，所以研究减速器是解决工业机器人传动关键步骤。机器人在传动结构中要有较高的精度，同时，在这个过程中要保证回程间隙小回差小以及有刚度大和输出转矩高和大减速值。在当今社会，机器日益趋向于高精度、高效率、发展高自动化，所以对机械的要求也更加严格，要求机械精密、高速也变得更加明显。通过机械系统动力学的知识，解决了机械传动方面的平衡问题。机械的高速、高精度受到动力学因素方面的影响，为使机械正常运转，要考虑零件的运动轨迹和构件的弹性因素的影响。所以要充分的考虑到静力效应和动力效应。目前中国现代化工业发展技术的核心是高性能高精密控制传动，它在当今社会的工业发展中有着较高重视和极大的关注。日本企业对近年高精度发展和新型传动装置高的RV减速器传动有着很高的重视。同世纪八十年代， 2K-V摆线行星减速器被日本帝人公司成功的研发出来，同时命名此种传动方式为RV传动。在接下来里的一段时间，日本帝人公司一直研究RV减速器传动，同时获得了一定的成就，为 RV减速器传动的产业化生产打下了夯实的基础。日本帝人公司的RV减速器在市场上受到了极大的关注和良好的评论因为它的精度高和强度高。现在日本帝人公司的RV产品在市场占有重要的角色。与其它国家相比，国内还是有一些很不错的企业，但是总的来说，我国工业机器人的发展水平还是比较落后的，但是经历国家一些政策改革和支持，同时为我国工业机器人的发展打下了良好的基础。不过相比较于一些国外的发达国家，国内的机器人技术还是有待提高，仅仅相当于国外九十年代中期的水平。国内大多数企业规模较小，大多数都是生产小部件，关键的零件还都要从国外发达国家购买，性价比不是很好。国内还是有一些发展比较突出的企业例如山东帅克、南通的振康等，为了满足RV减速器的发展，向其投入了大量的资金。在与南京康尼公司合作，在合作中进行了深入的研究工作，积累了丰富的经验，最终完成了完成RV-20E系列减速器工业机器人的设计。目前，为了满足RV-E系列的产品研究和满足市场的需要。此次毕业课题设计要求完成RV-450E系列的减速器设计。1.2RV减速器在国内外的现状发展综述及分析迄今为止，RV-E系列机器人的摆线传动装置中的产品研发都是要通过进口，国内的RV减速器和国外的一些先进技术相比较还是有很大的差距，日本的住友重机公司在国际最大的机器人制造公司中是属于前列的，在机器人中减速器的制造中占有较大的比例，同时它基本上垄断了国际摆线齿轮减速器的大型市场。在五六十年代的时候，日本就开始研究了行星齿轮减速器的原理。八十年代之后，开始研究了2KV系列减速器的研究。很多国外的产品基本上都能够体现出RV齿轮传动主要有三大特点，总的来说就是：三大，二高以及一小。三大指的是承载能力较大，刚度较大，传动比较大；二高指的是运做时候的精度比较高，传递的效率高；一小指的是回差很小；这样就能保证相应的精度和效率等。与国内相比，我国研发的产品中在这个反面上很少能够做到这一点。但是就最近几年来说，机器人这个行业有了很好的发展，前景比较宽阔，我国的一些高校都在积极的参与研究开发和实验这方面技术，得到了良好的成绩。日本网友重机公司是世界上摆线齿轮减速器的生产规模上很少有公司和其相比。在1990后，一系列减速器产品的研究成果被住友重机公司推出，包括“90”系列的减速器最新样本。RV系列的减速器和FA高精度传动系列的减速器的共同特点都是减速器的传动比的范围都比较大，一级传动比的范围是6到 119。这些减速装置在机器人中的应用也非常普及，在机器人传动和通用传动中能够得到广泛的适用。在本世纪中，日本住友公司又推出的新产品是“6000系列”，单级机型有38种以上。在这同时，住友公司还增加了一系列减速器的型号，能够使很多用户有了多种的选择目标。我国RV减速器传动的研究资料表明：我国在上个世纪五十年代起就开始实施对行星齿轮传动装置的研究工作。大约六十年的时候从国外引进了一些优秀行星传动技术，但是在上个世纪七十年代中期才初步进入正轨，直至八九十年代时候才有了较快的发展。在二十世纪六十年代，郑州和东北工学院首次引进了行星传动基础方面的一些相关知识。在那以后，上海的交通大学和东北工学院研究和开发了行星摆线齿轮的制造工艺手法和加工原理。之后，国内对RV齿轮传动的研究有了较大的突破;大连的朱恒生教授在设计RV减速器的研究中获得了摆线轮滚刀齿形外围轮廓的计算公式。鞍山钢铁学院的研究计算出了相关摆线轮和针齿轮的行星传动胶合失效过程的计算准则。郑州的机械研究所把少齿啮合传动成功的运用到实际当中去。1978年，辽阳制药机械厂成功的研制出了二尺差摆线齿轮减速器，这对于中国减速器来说是历史上的一次重大突破，同时也相当于是RV齿轮传动的一项里程碑。在1990年， “2K-V”型汽车专用的摆线齿轮行星减速器在上海减速器厂成功研发；1993年，杨锡和他们对RV齿轮传动做了实验并对其进行受力分析取得较好的成果；何卫东等人通过对国家97年颁布的863项目的分析研究，通过对摆线齿轮和行星齿轮的传动展开了系统的研究，包括RV齿轮传动的受力分析、RV齿轮传动效率的分析以及RV齿轮传动动力学分析；刘继岩等学士分析和研究了RV齿轮传动的所固有频率进行；在2002年，姚文席等人对摆线齿轮的精度进行了系统的深入分析研究；2004年期间，严细海等对双曲柄RV齿轮减速器传动的扭转一阶固有频率进行了分析研究,研究之后指出其中影响固有频率的一些主要因素；在2005年，摆线齿轮“反弓”齿廓的概念被关天民等人研究所提出，并且对此概念进行了初步的解释和明确的定义，同时优化和设计齿轮的轮廓。通过上面的一系列文件表明可以很好的得出：国外的一些大型公司尤其是日本，他们所研究的RV齿轮减速器有了系统化和稳定的生产流水线。他们所生产出的RV减速器得到了国际上大部分人的认可，因为其减速器的精度和回差都比较高。通过对比得知，国内的RV齿轮减速器系列的设计和日本帝人公司的产品相比较，还是有很大的差距。但是通过这些年的不断积淀，我国减速器有了很大的进步。国内在摆线轮齿型的优化、功率以及内部力矩的分析等有着很深的研究，同时取得了较大的进步，并向传动精度高和回差小的国际水平进军。国内水平的不断提升，更能彰显了本次毕业课题设计有着深远的意义，同时为康尼公司的产品研发提供了方便。1.3RV减速器课题的主要研究内容在对RV-450E系列的减速器的研究中，调研机器人转臂的转动关节的传动技术表明深入的研究RV齿轮行星减速器的工作原理。其中包括摆线轮的运动轨迹和对行星减速器的结构特点的了解。RV-450E行星齿轮减速器由两部分组成。一是由一级渐开圆柱行星齿轮减速机构，二是由一级曲柄摆线轮减速机构。在这个过程中，我们要绘制出RV减速器关键核心的零件，并选择合适材料，通过用SolidWorks三维制图软件对RV减速器核心零部件以及总装配图的三维零件图的设计。要能够正确的设计绘制出摆线齿轮的外型轮廓，在绘制图形的过程中，要尽可能保证尺寸误差小。研究其RV齿轮传动的误差，因为误差是国内外间主要的差距，同时深入探讨研究了RV减速器的输出齿轮轴的回差以及分析，与此同时得到相应的数学模型，同时对RV-450E-129的减速器的回差进行设计。最后一步是对RV系列减速器使用的寿命和总的机械传动效率进行计算并验证其合理性。第2章 RV减速器传动方案的分析比较和计算2.1RV减速器设计的条件与技术要求参考了日本帝人公司的关于RV-450E型减速器的技术参数条件，考虑关于减速器的通用性和适应性这两个方面，决定拟定RV-450E型号的减速器相关技术参数如下所示：RV减速器的额定功率P=6.135kw；RV减速器的速比值是R=129；RV减速器的输出转速是n=5r/min；RV减速器的设计寿命长达3000小时；RV减速器结构尺寸要求不超过370mm×140mm；RV传动的安装的方式如下表2-1所示，总共有6种不同的安装组合方式，此次的毕业设计选择是通过太阳轮输入，再由针轮固定转臂输出的方式；RV减速器效率的要求不能低于85%；输出轴的几何回差不能超过60arc sec；参考了日本帝人公司RV减速器的一些设计资料，要求选用的润滑脂能够非常充分的发挥出减速器的减速性能，选择了MolywhiteRE00表2-1 六种不同种类安装方式组合构件之间的关系及减速比分类减速传动增速传动1（基准型）23456机架针轮Zp转臂W太阳轮Za针轮Zp转臂W太阳轮Za输入构件太阳轮Za太阳轮Zp针轮Zp转臂W针轮Zp转臂W输出构件转臂W针轮Zp转臂W太阳轮Za太阳轮Za针轮Zp减速比i=1/Ri=1/(1-R)i=(R-1)/Ri=Ri=1-Ri=R/(R-1)与输入转向的关系同向反向同向同向反向同向2.2RV减速器传动的基本工作原理以及构成2.2.1RV传动原理及特点RV齿轮传动方式具有传动比范围比较大、体积小和重量较轻的等一系列优点。这种传动机构是二级减速传动。一级曲柄摆线轮减速机构和一级渐开线圆柱行星齿轮减速机构组成二级减速传动。这种传动比与单纯的行星摆线轮传动相比较来说，它具有体积小、过载能力极强和输出轴的刚度很大，不容易发生物理变形等优点，从而受到了国内外广泛的关注。日本在制造工业机器人的时候，他们所使用的关节传动目前来说大多数都为RV传动，极少还能看到谐波传动和摆线针轮传动这两种传动。下图2-1所示的就是RV减速器机器人关节减速器的传动原理图。 图2-1 RV减速器传动原理简图1-中心轮；2-行星轮；3-曲柄轴；4-摆线轮；5-针齿；6-输出轴；7-针齿壳这个RV减速器传动原理简图包括渐开线圆柱行星齿轮以及摆线针行星减速机构这两个部分组成。渐开线中心轮1它与RV减速器的输入轴相联接、渐开线的行星齿轮2和上图所示的曲柄轴3相连接组成了一个整体。以这个为整体把它作为摆线轮的输入机构，如果渐开线中心齿轮1的转动方向为顺时针，那么渐开线行星齿轮2将会在公转的时候还会有逆时针的自转。在这转动时，曲柄轴就会被其所带动，并且曲柄轴设计的为偏心轴，从而曲柄轴就自然而然的做偏心运动，那么会与摆线轮一起做偏心运动，同时摆线轮会受其固定针轮所啮合的齿数约束影响。然而摆线轮在被曲柄轴带动做偏心运动并在其轴线公转的同时，同时也会反方向的自转，也就是说在做顺时针转动。这样也就会通过曲柄轴来保证钢架输出机构按照顺时针的方向进行转动。把图中中心轮1作为输入构件在这同时把图中输出轴6作为输出构件、再把途中针齿壳7固定作为机架情况下，RV系列减速器的速比值计算公式：摆线轮传动的齿数比针齿数少一个，那么RV齿轮传动的速比值公式为：上式中 Z1为渐开线中心轮齿数;Z5为针轮齿数；Z2为渐开线行星轮齿数;Z4为摆线轮齿数。 RV系列减速器的结构如图2-2，结构上的基本特点可以由以下五点概括：图2-2RV减速器结构图 （1） 在主轴承内置机构中安装轴承为径向止推滚珠球轴承，承受载荷能力是外部所受，需要有较大的力矩刚性同时还需要大的允许力矩。（2） 在二级减速机构中RV减速器的公转速度也会变慢，振动的幅度也会降低；这样输入机构的惯性就会减小。（3） 对于双柱的支撑机构，轴和支撑法兰支撑着曲柄轴的减速器，它的振动的幅度很小但是扭转刚性非常大。（4） 使用滚动轴承时，要有良好的启动功率，可以使齿轮间隙减小且损耗变小同时寿命延长。（5） 在销齿轮机构中销与RV齿轮同时咬合数会很多，它们间的齿轮间隙较小，抗冲击的能力强。还有其它关于RV系列减速器的性能特点：RV减速器的传动比范围较广同时可以更多的实现减速级数：它的单级摆线的传动比就可以做到过百，此外还包括第一级，即使就算是摆线轮的齿数不做变化，仅仅只是改变渐开线齿轮Z1与渐开线齿轮Z2的齿数，可以得到很多不同的速比值。要求RV系列减速器的速比值范围控制在31到171之间。RV减速器的传动效率高：=8592.RV减速器的运动精度:可以通过设计合理、制造起来够规范，能够使RV传动的运转平稳和减轻其噪声。回差小;RV系列减速器的回差较小。2.2.2RV-450E减速机的基本构成从机构的角度，RV-450E包括下面4个机构：（1） 第一级传动是渐开线行星传动机构RV-450E-129减速机的第一级传动是由输入齿轮太阳轮Z1=15和三个行星轮Z2=48组成（2） 平行四边形机构 RV-450E-129减速器的平行四边形机构包括三部分：一个转臂、两个摆线轮和三个曲柄构件。两个相位角在曲柄轴上是180°、偏心距e=2.8mm，两和个摆线构成如下图2-3所示平行四边形机构。图2-3平行四边形机构（3）第二级传动摆线传动机构RV-450E-129系列减速器的二级传动是由一个针轮Z5=40、两个摆线轮Z4=39和三个曲柄构件偏心距e=2.8mm组成。（4）输出机构 RV-450E-129系列减速机由三个部分组成，包括转臂组件、针轮壳和两个摆线轮。RV减速机的转臂组件安装在针轮壳的轴承孔内是通过两套向心轴承，中心轮Z1与转臂的回转中心同针轮Z5回转中心在同一轴线上。 2.3RV齿轮传动的摆线轮齿廓曲线 2.3.1RV齿轮传动摆线轮的标准齿廓曲线通过参考文献可以得到，标准摆线轮齿廓曲线的方程式如下：Xc=rp - rrp-1(K1,)sin(1-iH)+a-K 1rrp-1(K,)sin iH (2-3) Yc=rp - rrp-1(K1,)cos(1-iH) -a-K 1rrp-1(K,)cosiH (2-4)式中：K1=az5 / rp - 齿型变幅系数；iH = Z5 / Z4 - 针轮与摆线轮齿数比值；-1(K1,)=（1+K12-2K1cos)1/2- 幅长系数； - 转臂相对于针齿心矢径方向之间的转角，其范围是0° 360°，它是啮合相位角HP缩写形式。a -偏心距；rrp-针齿的半径；rp -针齿分布圆的半径。2.3.2RV传动摆线轮齿廓修形的方法摆线轮轮廓曲线的形式是有标准，因此有很多的步骤没办法完成，例如：补偿制造时产生的误差，无法在长时间的储存润滑剂和摆线轮的安装与拆卸不是很容易这样的形式非常容易卡住，也会很危险。因此在实际的生产中，我们要使摆线轮与针齿壳啮合的时候不全部卡死，需要有一定的间隙。资料表明摆线轮的齿廓修形方法有下面三种：（1）等距轮廓齿型修形方法：在加工摆线轮的时候与选择与修整标准齿形机床运动是一样的。它们所不同的是要将磨轮圆弧的半径从标准rrp变为rrp-rrp。（2）转角轮廓齿型修形方法：在摆线轮进行制作的时候 ，加工标准齿形同机床的运动修整参数相同。但是它的齿顶与齿根所啮合的部分无法良好的间隙接触，这样就不能够满足润滑需要和径向尺寸链所产生的误差，因此不能够单独去使用。（3）移距轮廓齿型修形法：在制造摆线轮的时候，偏心距、磨轮齿形半径rrp、标准齿形的加工和传动比要保持一致。磨轮远离工作台中心方向移动产生的距离，就叫做正移距2.3.3摆线轮修形齿廓曲线一般方程式三种齿型轮廓的修形方法的其他两种方法既能够和别的方法相互配合使用也能够独自使用，除了与利用转角修形的方法一起使用一起外。通过研究可以知道，现在很多都是以负等距和负移距配合而成的方法。把摆线轮的标准齿形方程式里的rp+rrp替换rp、rrp+rrp替换rrp、再用K1=azp/ (rp+rp)替换K1、式中的（iH+）替换iH，从而我们得到三种摆线轮的齿廓曲线计算式如下：Xc=rp+rp-(rrp+rrp) -1(K1, )×sin(1-iH) -+a/(rp+rp)×rp+rp-zp（rrp+rrp）-1(K1, ) ×sin(iH+)Yc=rp+rp-(rrp+rrp) -1(K1, )×cos(1-iH) -+a/(rp+rp)×rp+rp-zp（rrp+rrp）-1(K1, ) ×cos iH+)式中：K1= azp/( rp+rp)-表示在移距修形的摆线轮齿形轮廓所产生的短幅系数；它的中间计算值：-1(K1, )=1/（1+ K12-2 K1cos）1/22.3.4摆线轮齿廓的优化方法机器人对于RV传动的精度要求很高，总的来说有以下三个需要注意的事项;第一点是RV传动的运动精度非常高，其中链传动的误差最大值是1；第二点是间隙回差,由于RV系列减速器的型号规格是不一样的，规定误差的范围在11.5。第三点是当RV减速器在做负载荷运动时候，包括在运动时物理弹性形变的总的回差要控制在6以内。因此RV减速器的传动对摆线轮的齿廓曲线要求十分严格，通常的摆线轮轮廓外形要满足以下几个要求：工作齿型要尽可能的接近共轭，为了确保平稳传动；摆线轮和针轮啮合在啮合时的间隙，要满足减速器在制造过程中产生的误差，同时，也要方便润滑脂的贮藏；能够满足多齿数的共轭啮合（一般不能少于4个啮合齿数）；尽量减小总综合回差；磨削等工艺简单，热处理方便。摆线轮齿廓对RV传动优化修形的必要性：通过查阅资料可以看出，如果只是针齿壳上的标准针轮它与单独转角困难，很难实现。在采用等距、移距或者是两者并用的修行的方法可以简化工艺的复杂程度，同时也要考虑RV齿轮与针轮啮合会时所发生的弹性形变，而这种形变具有补偿作用。而这也就可能会出现多齿不能同时啮合这种情况。我们在设计的时候，要考虑到啮合处的弹性形变是如何用来增加啮合齿数数量，这种变形带来的效益还是十分有限的，所以要求等距和移距的变量将会更高。所以在对摆线轮轮廓的优化是很有必要的，不然很难实现RV摆线轮的修形要求。为了实现修形齿廓的目标，通过查阅资料可以看出使用负移距大一点同负等距之间相互配合使用的情况下有良好的优化齿廓曲线。这都要求rrp和rp都要小于零。所加工出来的摆线轮与针齿的配合轴径方向就会存有间隙。相反，在使用正等距和正移距之间组合的时候，要使RV齿轮的转角大于零，这会使两轮啮合能够处产生很大的间隙。从而在使用RV减速器传动的时候，要求选择负等距和负移距的绝对值大一点方式加工摆线轮会比较实用。2.4 RV-450E减速器主要参数计算2.4.1 RV-450E系列减速器配置齿数计算RV-450E系列减速器的减速比值R=81、101、118.5、129、154.8、171、192.4总共有7种规格。根据RV传动的速比值计算公式为R=1+ZX×ZP/Za，同渐开线齿轮传动比的条件，通过过分析总结可以得到RV-450E系列减速机的实际配置齿数见下表2-2。表2-2RV-450E减速机系列的构成和行星传动配置的齿数型号参数RZPZx/ZaZZaZXa，mjma，（度）XRV-450E-8181402632142712.25392.2571.518.860.559RV-450E-101101402.5631845712.25392.2571.518.860.559RV-450E-118.5118.5402.938631647712.25392.2571.518.860.559RV-450E-129129403.2631548712.25392.2571.518.860.559RV-450E-154.8154.8403.845631350712.25392.2571.518.860.559RV-320E-171171404.25631251712.25392.2571.518.860.559RV-320E-192.4192.4404.7855294358.52.25392.2571.518.860.559符号含义ZP-针齿数； ZX-行星轮齿数；R-速比值（针轮固定）；Za-齿轮轴齿数； Zx/Za-齿数比；Z-齿数和；mj-模计算值；m-标准模数；a，-实际中心距；a-标准中心距； X-变位系数和a，（度）-啮合角（°）；结论：为了能够有不同的速比值，只需要改变第一级渐开线行星直齿轮的齿数。RV-450E系列有减速器7个规格的产品，公用了第二级摆线传动，不同规格的产品只需要变换一对行星齿轮。2.4.2 RV-320E系列减速器核心参数设计计算 RV系列减速器核心参数就是关键零部件的核心尺寸参数，曲柄轴的设计包括轴端的花键、曲柄轴偏心距的计算和轴承的选用；针齿壳的参数包括针齿半径和针齿数。通过查阅资料和康尼公司所提供的已有的20E,40E,80E,和优秀论文中160E的参数，通过对比，对RV-450E系列的减速器数据进行分析研究设计，初步拟定核心零部件的关键尺寸。尺寸如下表2-3所示。表2-3 RV-450E系列减速器核心的零件尺寸关键零件核心尺寸20E40E80E160E320E曲柄轴偏心距（mm）0.91.31.31.52.8针齿数4040404040摆线轮齿数3939393939摆线轮齿宽（mm）8.98.911.914.317正齿轮齿宽（mm）57.28.511.512正齿轮个数22333针轮分布圆半径rp(mm)526476.597140针齿半径rrp(mm)23347.3短幅系数K10.69230.81250.67970.61860.8205针齿系数K22.03991.67382.00071.90261.49952.5本章小结摆线轮齿廓线外形的设计也进行了分析说明，也对如何修正的三种修形方法以及如何配合使用才能有效的减小回差还有如何设计才能保证啮合间隙等进行了详细的讨论。在最后的时候进行总结并列出了RV450E系列减速器的核心零部件的尺寸和一级渐开线如何配齿。第3章 RV-450E系列减速器结构设计RV减速器的主要核心零部件共有六个，它们分别是太阳轮、曲柄轴、行星轮、摆线轮、支撑法兰和针齿壳。本次所研究的是RV-450E系列的减速器用于机器人关节，日本帝人公司现在已经研发出了性能优良的减速器，并且已经投入市场受到国际的好评。他们研究的不同系列减速器中，当然也包括RV-450E系列的减速器，此减速器的参数基本已经确定。为了能够安装，指导老师提供外形尺寸的部分资料，所以在绘制减速器核心零部件的二维图之前，要了解减速器的整体外围尺寸，通过这些资料，可以使减速器的零件尺寸能够确定，知道了零件的尺寸范围，不能太大，也不能很小，便于绘制图形，更有利于产品零件的设计。再逐步的设计出RV-450E系列减速器的曲柄轴、正齿轮、针轮壳和主轴承，轴、支撑法兰和摆线轮从而确定该型号减速器总的装配图，下面是主要的零件设计。3.1 曲柄轴的设计图3-1 曲柄轴曲柄轴一共有三个，它们大小外形尺寸及形状都相同。外形如上图3-1所示。由已计算出曲柄轴的偏心距e=2.8mm，从简图上可以得出，曲柄轴的最左边是一个圆柱直齿渐的外花键，这个花键与行星轮上的内花键相连接，从而让正齿轮带动曲柄轴转动。在行星轮的齿宽方向的两端是装有轴的弹性挡圈，图示轴的左端的凹陷部分同挡圈所配合的部分就是。所以L0的长度不仅满足轴径的挡圈而且还要满足外花键的大径的尺寸。圆柱直齿轮渐开花键尺寸的确定是根据GB/T3478.1-1995确所定。所选择模数m=2.0mm，齿数z为15。通过文献可以得到：圆柱直齿轮外花键大径Dee=31mm圆柱直齿轮花键小径 Die=28.25mm分度圆的直径D=30mm，则L0=28mm。再根据GB/T894.1-1986选择轴所使用的弹性挡圈。轴端的直径选择的是28mm，通过查表可以得到挡圈的宽度S=1.5mm，所以L5=1.5mm。因为曲柄轴会产生轴向力，所以轴的两端安装一对圆锥滚子轴承。图中L1和L4的尺寸需要根据所选用的轴承确定。通过查阅GB/T297-1994轴承表，选择轴承的型号为302/32，轴承的外型尺寸为32mm×65mm×17mm，则可以确定轴端的L1=L4=32mm，图中所示L6=17和L9=18mm。曲柄轴中间L7和L8会与摆线轮配合，这部分链接是通过滚针轴承来实现，相位差为180°。在查阅GB/T5801-2006选择的滚针轴承型号是50mm×72mm×22mm，那么L3=L2=52mm，L7=L8=22mm。结合上面的尺寸，以及RV减速器径向与横向的总尺寸，暂定L=117mm。在选择材料的时候，在装配滚针轴承的时候，轴承的内圈装要安装在偏心轴上，滚针要同机架配合使用，从使用寿命上考虑，高碳铬轴承GCr15材料会成为首选目标。它在进行热处理之后的硬度会达到 60-63HRC，强度方面满足需求。另外还要考虑材料的精度问题，圆锥滚子轴承与轴之间的配合公差是H7/k6，而滚针轴承与偏心轴内圈的配合公差是H5/h4，外圆的圆柱度选择6级，从而两偏心轴线之间的平行度也为6级，圆柱直齿轮渐开线花键为5级。两偏心轴段的的相位角的范围是178°182°。用SolidWorks绘制三维图如下图3-2所示。图3-2 曲柄轴三维图3.2 正齿轮的设计与计算图 3-3正齿轮我们知道的行星轮就是正齿轮，行星轮总共有三个，它们的形状大小完全相同。正齿轮通过内花键与曲柄轴上的外花键相啮合，通过内花键传递动力传递，它的整体结构示意图如3-3所示。通过上文的资料可以知道RV-450E系列减速器一共有七个不同的规格。不同规格正齿轮的大小都会不一样。此次把速比值R=129型号的减速器作为设计目标。对应的行星轮的齿数为48。从上边第二章的计算数据我们可以得知变位系数总和X=0.559。下面要合理的分配变位系数。通过各方面计算可以得到：太阳轮的变位系数为+0.4041，正齿轮的变位系数为-0.34818。所以:行星轮的齿顶圆直径：da=d+2ha=d+2(ha+x)m=112.5mm行星轮的齿根圆直径：df =d-2hf=d-2(ha+c-x)m=102.375mm在设计内花键由外花键确定，根据GB/T3478.1-1995国标，可以确定内花键的尺寸，只要花键之间能够相互配合即可。大径Dee=33.25小径 Die=28.25分度圆直径D=30正齿轮应设有两个螺纹孔，与行星运动无关，只是便于夹持在安装时。在这里，可以将两个孔之间距离设定为68mm。正齿轮在设计时会有凸起和凹下去的地方，而轮齿的宽度需要结合太阳轮来进行计算，考虑齿轮要配合外花键，把正齿轮内部花键的长度设定为13mm。对于选择材料方面，渗碳钢（20CrNiMo）材料是RV行星减速器的正齿轮选择的材料。用碳氮共渗的处理方法对其进行处理。处理之后它的硬度在50到60HRC之间。利用芯轴的配对通过特殊加工工艺对其进行加工。正齿轮精度为GB/T10095.12-2008。查阅国际标准可以知道单齿距的极限偏差为fpt=0.006mm。齿距总偏差Fp=0.028mm。其齿廓总偏差F=0.0075mm。它的径向跳动公差Fr=0.0075mm。渐开线花键它的等级是5。用SolidWorks软件绘制的三维图如下图3-4所示：图3-4 正齿轮三维图3.3主轴承与针轮壳设计及分析图3-5主轴承与针轮壳针齿壳整体外形尺寸由文献资料可以确定，所以只要确定针轮壳内部的尺寸即可。要先确定图中L1的长度，由于已经完成了曲柄轴的设计，可以得到L1的半径是rrp=7.3mm。针齿运动就是通过摆线轮之间配合完成。也要保证摆线轮的中心同偏心轴的中心要保持一致。这样就可以确定L1的长度。确定L1长度为45mm。由于L2段需要安装J型的密封垫圈，通过查资料选择密封圈外型200mm240mm16mm,确定L2=16mm，D1的长度是由主轴承确定,D1=280mm。角接触球轴承RV-450E在系列减速器的轴承是40°，轴承的内圈与支撑法兰之间是相互配合的，而外圈是可以分离的。在进行轴承刚性力矩设计的时候，资料表明图3-5中的尺寸a和b是已知的，如图所示引两条50°的线。由图可知，主轴承的球心和这条线在同一条直线上。轴承上的钢球直径大小一定要按照标准的规格来选取，通过查阅资料，选择主轴承钢球的直径是16mm。轴承与针齿材料选择的时候，轴承与针齿的材料要选择高碳铬GCr15,其在热处理后地硬度是60-63HRC，而针齿壳的材料是用38GrMoAI-GB/T3078, 热处理后的硬度范围是25-30HRC，氮化处理齿圈表面后，硬度达到HV900以上。用SolidWorks绘制的三维图如下图3-6:图3-6 针轮壳三维图3.4轴与支撑法兰分析与设计图3-7轴支撑法兰是安装在减速器的输出面上，轴是安装在RV减速器的输入面上，它们是通过销和内六角圆柱头螺钉联接起来，其回转中心和输入齿轮以及针轮在同一轴线上。轴的整体外形如图3-7所示。由已知的资料可以得知轴的长度L=275mm，D1的长度可以从总装备图的到，因其要比花键的大径要大些，所以选定D1的长度D1=56mm,，对于D2，D3，D5，D6这些孔需要在轴与支撑法兰加工之后才能确定其长度，满足产品的精度需求。由图可知，D2的尺寸要略大于所给定轴的的直径。选择D2=D5=61mm。再确定D3,D6段的长度，按照圆锥滚子轴承的规格，可知D3=D6= 65mm。在轴承安装结构可以确定L2的长度L2=22mm。同时在对轴承的外圈进行定位的时候，D4的尺寸要求不是太严格，只要满足不妨碍曲柄轴的安装与转动就可以。确定D4=54mm。L0为轴与法兰在横向上的最大距离，确保最大尺寸不能超过所给的最大尺寸,所以L0=140mm。 在设计主轴承的时候，轴与支撑法兰之间通过内六角螺钉连接，是导师给定的范围，对于钢球的球道以及其轮廓设计要合理，以及配合设计的横向尺寸的要求，确定L3=43mm。实际装配时，L1处是安装正齿轮的地方，在上文中计算过正齿轮的齿宽是16mm, 那么L1长度不低于16，确定L1=16mm。支撑法兰上的三个曲柄轴的轴孔的中心连成分布圆的直径D是很重要的尺寸，下图3-8所示的就是支持法兰的结构简图：图3-8 支撑法兰在设计时，D的尺寸是由中心距确定，即D=140mm，在支撑法兰的定位销以及螺钉在任务书上给了出来，通过计算可知得到6个内六角圆柱螺钉的规格为M16×29。与轴比较，在支撑法兰上的三个曲柄轴偏心所组成的圆直径也有规定，直径与轴一样，也是取140mm。两个螺钉的夹角，所给的轴图是22°。要求和支撑轴螺钉分布一样，设计便于绘制剖视图，绘图的时候也相对简单。支撑法兰的直径d在导师给的总图数据d=248mm在选择材料方面，需要考虑轴与支撑法兰上的主轴承上钢球所要的沟道，在选择材料用的是高碳铬的轴承GCr15及淬火，热处理后硬度的范围是60-63HRC。在精度方面的要求，曲柄轴的轴承孔径的直径偏差是H5，三个曲柄轴孔安装的分布圆的孔直径偏差选用±0.5IT6。在设计的曲柄轴上的平行度、垂直度及对称度的时候要选6级。曲柄的支撑轴的圆柱度选5级，两轴承的沟道对于回转中心所在的同轴度及平行度都选用5级。使用SolidWorks绘图软件绘制如下图3-9轴和3-10支撑法栏所示：图3-9轴三维图 图3-10 支撑法兰三维图3.5摆线轮的分析与设计摆线轮在RV-450E系列中，摆线轮共有两个，它不仅大小相同而且内部构成也完全相同。两个摆线轮是通过滚针轴承安装于曲柄轴的偏心轴上，所对应的齿廓呈现镜像关系，具体如下图3-11所示。图3-11 摆线轮从上图中可以得知，这两个摆线轮大小虽然相同，但是安装于在不同的曲柄轴上的位置，因此这两个摆线轮并不完全一样的，不能在相位上成180°的相位角安装，就做成两个摆线轮。摆线轮是随着曲柄轴在做偏心运动，在摆线轮与针齿啮合时候，针齿的高副刚刚好与另一个摆线轮的轮齿顶部相接触。由图可知，在第一个摆线轮上方的轮齿底部同中心线接触时，右边的摆线轮恰好在轮齿的顶部并且与中心线相接触。对于摆线轮的结构，上图三个圆孔是用来安装曲柄轴的偏心部位，并且与滚针轴承之间能够配合。通过轴承的规格，可以确定D1=65mm，D的尺寸要求严格的要与上文提到的尺寸一样D=140mm，在支撑轴的结构上可以确定摆线轮上的内部扇形结构，当设计摆线轮时，摆线轮的齿面要有凹凸性，从而减小齿面间接触，不容易磨损，可以延长摆线轮的使用寿命，并且可以降低设计时所产生的误差，两个摆线轮在安装的时候，要留要有间隙，运行时会有运行间隙。对于端面平行度的要求会很高。上文提到了摆线轮轮廓的曲线优化，摆线轮的轮廓曲线的优化方法和曲线的一般形式的表达。对于生成摆线轮廓曲线，只需要把相应的数据带入下面公式即可：Xc=rp+rp-(rrp+rrp) -1(K1, )×sin(1-iH) +a/(rp+rp)×rp+rp-zp（rrp+rrp）-1(K1, ) ×sin(iH)Yc=rp+rp-(rrp+rrp) -1(K1, )×cos(1-iH) +a/(rp+rp)×rp+rp-zp（rrp+rrp）-1(K1, ) ×cos iH)式中：K1= azp/( rp+rp)- 表示在移距修形摆线轮齿面轮廓的短幅系数；中间值为：-1(K1, )=1/（1+K1，2-2K1，cos）1/2其余的符号参数及单位与上文相同。把相应的参数带入上式中，生成一条齿廓曲线。如下图3-12所示：图3-12 摆线轮齿廓曲线在选择材料时，使用高碳铬的轴承GCr15，经过热处理后的硬度是60-65HRC;参考JB/T10419-2005确定摆线轮的精度等级是5级。曲柄轴的孔直径的偏差为H5，端面平行度为5级。摆线轮的齿型误差：一个齿型极限误差是±0.011mm，齿距累计的公差是0.045mm，齿向的公差是0.008mm。用SolidWorks绘制出三维软件图如下图3-13所示。图3-13 摆线轮三维图3.6 V-450ERV减速器总装配图将上面所设计的零件图组合到一起，得到RV-450E系列的减速器的总装配图。下图3-14为装配图。图3-14 RV-450E总装配图3.7 本章小结 这节主要阐述了RV-450E系列减速器各个零件的计算及说明，其中包括热处理的选择及材料的选择。同时还讲述了如何选材，对零件的配合公差等级的选择和零件的精度方面的要求。第4章 RV-450E系列减速器传动回差分析查资料得知根据回差所产生的原因不同可以分为三大类：温度回差、几何回差和弹性回差。弹性回差就是在运载负荷下，发生弹性变形而出现的误差。几何回差指的是传动件在几何形状和大小形状方面的回差。温度回差就是受温度影响而产生的回差。因为RV传动是一种封闭式的传动，传动几何回差包括两级减速传动部分，它有一级行星轮传动的回差与二级摆线轮传动回差。RV齿轮的传动回差对输出轴的影响最大，其传动回差可以直接反映在输出轴上。4.1 第一级渐开线直齿轮传动回差分析RV减速器传动一级行星齿轮传动的部分
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