精密鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度及可靠性分析

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1、第33卷第2期燕山大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.33No.22009年3月JournalofYanshanUniversityMar.2009文章編號(hào)：精密鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度及可靠性分析宋敬穩(wěn)1,2，安子軍1,*，胡瑞雪3（1.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北秦皇島066004；2.中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京100176；3.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050091）摘要：在分析精密鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用其等效機(jī)構(gòu)和誤差分析理論，研究了鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其機(jī)構(gòu)傳動(dòng)精度的影響規(guī)律，應(yīng)用機(jī)構(gòu)可靠性理論，建立了鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度可

2、靠性模型，并研究分析了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度可靠性，研究結(jié)果為精密鋼球行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：鋼球；環(huán)槽；等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)精度；可靠性中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：0引言1機(jī)構(gòu)組成及傳動(dòng)原理精密鋼球行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用活動(dòng)鋼球作為應(yīng)用鋼球中介體嚙合，采用“幾何封閉法”使中介體，通過無隙鋼球嚙合副實(shí)現(xiàn)兩平行軸間傳遞組成等速輸出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副各元素有特殊的幾何結(jié)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種新型精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而精密鋼球構(gòu)，以保證它們工作時(shí)始終保持接觸，由此產(chǎn)生一環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，種無隙嚙合的鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1所示。它將其行星運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)

3、。精密鋼球行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)無回差，摩擦損耗小，傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)，在精密測(cè)量?jī)x器、機(jī)器人等精密機(jī)械傳動(dòng)中具有很好的應(yīng)用前景?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差精度要求越來越高，因此對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和探索新型機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，都必須特別重視其機(jī)構(gòu)傳動(dòng)精度的[1-3]理論與應(yīng)用研究，研究取得了諸多成果。在精密鋼球行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒形綜合、結(jié)構(gòu)與力分析等[4-5]方面取得了一些研究成果，在鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面，文獻(xiàn)圖1鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)[6-8]作了較全面深入的研究。本文根據(jù)精密鋼球Fig.1Steelballri

4、ng-grooveequal-speedtransmissionmechanism行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精密傳動(dòng)性能要求，對(duì)其應(yīng)用的鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行分析和研究，鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由一個(gè)行星盤1、一組將隨機(jī)變量引入到鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的等效鋼球2和一個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的中心盤3組成，兩盤偏機(jī)構(gòu)各項(xiàng)原始誤差中，構(gòu)建了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性分心距為。鋼球1環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是析模型并進(jìn)行分析，其研究成果為精密鋼球行星傳在行星盤1右端面的圓周上，均布有若干個(gè)（圖中動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用開發(fā)提供理論依據(jù)。為6個(gè)）截面為半月狀的環(huán)形槽，在與輸出軸固聯(lián)收稿日期：200

5、9-01-12基金項(xiàng)目：河北省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目資助（2005079）；重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室訪問學(xué)者項(xiàng)目（200816）作者簡(jiǎn)介：宋敬穩(wěn)（1983-），女，河北寧晉人，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)；*通訊作者：安子軍（1960-），男，吉林長(zhǎng)嶺人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)理論與技術(shù)應(yīng)用、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，Email：zjan@ysu.edu.cn。96燕山大學(xué)學(xué)報(bào)2009的中心盤3左端面上，均布有同樣數(shù)量的環(huán)形槽。并整理可得兩環(huán)形槽的中心距等于輸入偏心軸的兩倍偏心距，±2+22即2。在行星盤和中心盤相對(duì)各組環(huán)形槽的相交錯(cuò)3=arc

6、tan區(qū)，各放置一個(gè)鋼球，構(gòu)成鋼球嚙合副。受這組鋼+3sin3球的約束，其傳動(dòng)原理相當(dāng)于若干個(gè)平行四邊形機(jī)2=arctan+3cos3構(gòu)1234的工作原理，因此，鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了等角速度傳動(dòng)。=41cos12鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)誤差分析=1sin12.1鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的等效機(jī)構(gòu)2+2+2232=23由鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理知，其等效機(jī)構(gòu)為平行四邊形機(jī)構(gòu)1234，如圖不考慮輸入軸轉(zhuǎn)角1的誤差，則輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)1所示，其[9]14桿長(zhǎng)1為行星盤上環(huán)形槽分布圓半角3的誤差可寫成徑；34桿長(zhǎng)2為環(huán)槽中鋼球直徑；23桿長(zhǎng)3為中3333(2)心盤

7、3上環(huán)槽分布圓半徑；12桿長(zhǎng)4為兩盤之間3=1+2+3+41234的偏心距。從上式可知，若將各參數(shù)的誤差傳遞系數(shù)2.2等效機(jī)構(gòu)的誤差分析3、3、3、3求出，即可容易求得輸出1234由于加工誤差、裝配誤差和傳遞扭矩時(shí)的接觸軸轉(zhuǎn)角誤差3。變形的影響，鋼球環(huán)槽等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的平行四邊形當(dāng)考慮各構(gòu)件的尺寸誤差時(shí)，利用誤差獨(dú)立等效機(jī)構(gòu)的尺寸條件被破壞，其等效機(jī)構(gòu)變成非平作用原理，即考慮某一尺寸誤差時(shí)，其余構(gòu)件的行四邊形機(jī)構(gòu)如圖2所示，此時(shí)等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的尺寸誤差和轉(zhuǎn)角誤差不計(jì)，僅為該的獨(dú)立作用影傳動(dòng)比則不等于1，從而改變了等速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳響機(jī)構(gòu)輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角誤差3，因此，利

8、用式(1)動(dòng)性質(zhì)。因此，有必要對(duì)鋼球環(huán)