考慮曲柄軸承及輸出軸銷軸的擺線針輪減速器傳動誤差分析

摘要：【目的】傳動誤差是擺線針輪減速器設計中的關鍵性能指標。現(xiàn)有研究通常忽略曲柄軸承和輸出軸銷軸設計參數(shù)對傳動誤差的影響。為此，提出了一種基于運動學和力學分析的傳動誤差計算方法，為擺線針輪減速器的設計優(yōu)化與性能提升提供依據(jù)。【方法】首先，結合擺線針輪機構的瞬心運動軌跡和擺線輪齒與針齒的嚙合區(qū)間，確定了擺線輪齒與針齒的嚙合點運動軌跡，進而明確了曲柄軸承和輸出軸銷軸分布圓半徑的設計范圍；其次，建立了曲柄軸承和輸出軸銷軸的接觸力分析模型，計算了曲柄軸承和輸出軸銷軸分布圓半徑對曲柄軸承和輸出軸銷軸受力的影響；最后，使用仿真軟件Masta 分析了曲柄軸承和輸出軸銷軸分布圓半徑對擺線針輪減速器傳動誤差的影響。【結果】結果表明，在曲柄軸承和輸出軸銷軸分布圓半徑的設計范圍內(nèi)，曲柄軸承和輸出軸銷軸分布圓半徑越大，擺線針輪減速器傳動誤差越小，曲柄軸承和輸出軸銷軸的受力越大。研究可為國產(chǎn)擺線針輪減速器的設計和性能優(yōu)化提供參考。

關鍵詞：傳動誤差；曲柄軸承；輸出軸銷軸；擺線針輪減速器

中圖分類號：TH132 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 01. 002

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擺線針輪減速器具有傳動比范圍大、體積小、運動精度高、傳動平穩(wěn)、承載能力強等優(yōu)點，被廣泛應用在工業(yè)機器人、數(shù)控機床、機電一體化等領域。擺線針輪減速器由兩級減速機構組成，即行星齒輪減速機構和擺線針輪減速機構。影響擺線針輪減速器傳動誤差的因素有很多，本文分析曲柄軸承設計參數(shù)、輸出軸銷軸設計參數(shù)等對擺線針輪減速器傳動誤差的影響。

學者們對擺線針輪減速器的傳動誤差與受力進行了深入研究，并取得一定的研究成果。WANG等[1]提出一種用于多種修形方法的多齒接觸模型，分析了齒廓修形和負載對傳動誤差、力學性能的影響。BEDNARCZYK[2]研究了擺線針輪機構元件中由幾何誤差導致的擺線針輪減速器整機回差，同時對輸出端的齒隙分布和接觸載荷進行了分析。HU等[3]建立了幾何傳動誤差分析模型，確定了對擺線針輪減速器傳動誤差有積極影響的因素，并計算了其敏感指標。BLANCHE等[4]對具有幾何誤差的擺線針輪減速機構進行動力學分析，推導得出公差、齒隙、齒輪比等尺寸參數(shù)對傳動誤差的影響。WU等[5]基于擺線針輪減速器原理與赫茲接觸定律，建立了傳動誤差公式，研究了各零件誤差對傳動誤差的敏感性，并采用蒙特卡洛法對零件的公差范圍進行數(shù)值模擬，得到通過控制零件精度達到較低傳動誤差的方法。魏征等[6]提出了基于Newmark-β 法考慮加工和裝配誤差以及柔性因素的擺線針輪減速器動態(tài)傳動誤差分析方法。奚鷹等[7]建立了曲柄偏心距和偏心距誤差影響的數(shù)學模型，分析了曲柄偏心距和偏心距誤差對擺線針輪減速器傳動誤差的影響。

學者們對影響擺線針輪減速器傳動誤差的多種因素進行了研究，但關于輸出軸銷軸與曲柄軸承相關尺寸對傳動誤差影響的研究較為缺乏。輸出軸銷軸在擺線針輪減速器運動過程中一直保持固定，不參與擺線針輪減速器的嚙合，在過去的研究中往往忽視了輸出軸銷軸對傳動誤差的影響。HSIEH[8]基于赫茲接觸原理，構建了擺線輪齒與針齒的接觸模型，并對嚙合過程中的受力變化進行了分析。ZHANG等[9]建立了考慮齒面縱向修正的三維空間內(nèi)的線彈性載荷分布模型，研究了擺線針輪減速器內(nèi)部系統(tǒng)各零部件在不同轉(zhuǎn)速和負載下的受力情況；通過建立擺線輪齒與針齒接觸變形的柔度模型，計算出擺線輪齒與針齒的接觸載荷。陳馨雯等[10]將針齒半徑構建為與轉(zhuǎn)角相關的指數(shù)函數(shù)進行修形，計算了修形后曲柄旋轉(zhuǎn)時擺線輪齒與針齒的接觸受力和傳動誤差。王起梁等[11]推導了一種基于赫茲公式的擺線針輪傳動嚙合力的計算方法，提出了嚙合時存在針齒位置和半徑的綜合隨機誤差；推導出考慮綜合隨機誤差的相對轉(zhuǎn)角計算公式，分析了擺線針輪傳動嚙合力和傳動誤差的影響。LI[12]提出了一種新的擺線齒輪減速器的力學模型，對擺線齒輪減速器進行加載齒輪接觸分析，分析了擺線齒輪減速器的齒、襯套和滾輪上的載荷、接觸應力和彎曲應力。