论文题目：螺旋滚动减速器设计与研究
摘要：我国制造业逐渐向自动化、智能化方向发展,传统的装备设施逐渐被先进的自动化生产线所代替,工业机器人就是其中不可或缺的一部分。工业机器人的关键零部件之一是减速器,其性能关乎着工业机器人的工作质量。但是我国减速器大多依赖进口,相关核心技术被实行技术封锁,阻碍了我国自身减速器的研究发展,更限制了我国工业机器人普及的脚步,拖慢了制造业智能化、自动化的进程。为响应国家需求牵引,突破瓶颈的号召,本文研发出一台用于工业机器人关节处精密减速器。为使减速器设计体积小巧紧凑、传动效率高、传动精度高,本文参考蜗轮蜗杆减速器和丝杠螺母副的传动原理,设计并选用多头螺旋线原理作为螺旋滚动减速器的传动原理,并依托此原理进行减速器结构设计,主要设计结构包括:动力蜗壳、基座和输入轴组件。设计创新点在于滚珠安装在输入轴组件上,并且可以在输入轴组件上自由转动,当滚珠与动力蜗壳的螺旋轨道啮合进行传动时,滚珠向前滚动变传统齿轮传动的滑动摩擦为滚动摩擦,减少摩擦损失,提高传动效率。螺旋滚动减速器结构设计完成后,还需进行可行性分析。首先对输入轴和动力蜗壳进行材料选择、尺寸确定和力学强度校核,校核结果均合格。然后用ADAMS软件对螺旋滚动减速器进行运动学仿真,仿真结果表明所设计的螺旋滚动减速器结构模型传动比精确,运动较为平稳。最后利用ABAQUS软件对螺旋滚动减速器关键承载零部件进行静力学仿真分析,通过分析其位移和应力变形云图,可知关键承载零部件强度与刚度均符合设计要求。验证结构设计可行之后,制备螺旋滚动减速器样机。为了测量减速器样机的实际性能参数,需要搭建相应的减速器试验台。首先提出试验台的结构方案并设计三维结构模型。其次对试验台所需要的电子器件进行选型,并依据所选型的参数对试验台三维结构进行仿真分析:利用ANSYS Workbench软件对试验台的主要承载部分进行静力学分析,分析结果表明主要承载部分的结构满足强度和刚度要求;利用Ansys Workbench软件对试验台的主体框架进行模态分析,由主体框架的前六阶振型可知其不会发生共振。最后对选用的电子器件和标准件进行采买,非标件绘制图纸并加工,搭建试验台并完成调试确保其正常运行。本文测量了螺旋滚动减速器样机的传动精度、回差和传动效率,并将减速器样机安装在码垛机器人中测量机器人的重复定位精度。传动精度测量选用直接测量法,测量结果为101″,小于120″位于合格范围之内。回差测量选用滞回曲线法,测量结果为92″,小于120″位于合格范围之内。本文主要测量了螺旋滚动减速器的负载传动效率,测量结果普遍大于80%,最高可达91.25%,大于65%位于合格范围之内。码垛机器人的重复定位精度通过测量其码垛货物位置偏差获得,测量结果为±0.4mm。
关键词：减速器;多头螺旋线原理;结构设计;仿真分析;试验台
学科专业：机械工程（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 本文研究背景及意义
1.1.1 本文研究背景
1.1.2 本文研究意义
1.2 国内外工业机器人关节处精密减速器研究现状
1.2.1 RV减速器国内外发展现状
1.2.2 谐波减速器国内外发展现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 螺旋滚动减速器结构设计
2.1 减速器设计技术指标
2.2 螺旋滚动减速器设计原理
2.2.1 蜗轮蜗杆减速器
2.2.2 滚珠丝杠
2.2.3 多头环状螺旋线原理
2.3 螺旋滚动减速器三维模型设计方案一
2.3.1 滚子结构设计
2.3.2 蜗壳结构设计
2.3.3 整体结构设计
2.3.4 模型优缺点
2.4 螺旋滚动减速器三维模型设计方案二
2.4.1 输入轴组件结构设计
2.4.2 重要零件结构设计
2.4.3 整体结构设计
2.4.4 模型优缺点
2.5 本章小结
第3章 螺旋滚动减速器可行性分析及样机制备
3.1 关键零件尺寸确定及强度校核
3.1.1 输入轴尺寸确定及强度校核
3.1.2 动力输出蜗壳尺寸确定及强度校核
3.2 螺旋滚动减速器运动学仿真分析
3.2.1 ADAMS仿真软件介绍
3.2.2 ADAMS仿真
3.2.3 ADAMS运动仿真结果分析
3.3 螺旋滚动减速器关键零部件静力学分析
3.3.1 简化三维模型
3.3.2 划分网格
3.3.3 设置仿真参数
3.3.4 结果分析
3.4 减速器样机制备
3.5 本章小结
第4章 减速器试验台设计及搭建
4.1 试验台结构方案设计
4.1.1 试验台功能
4.1.2 结构方案分析
4.1.3 总体结构方案
4.1.4 主要技术指标
4.2 试验台关键零件选型
4.2.1 主电机选型
4.2.2 传感器选型
4.2.3 旋转机构零件选型
4.2.4 直线模组选型
4.2.5 升降平台选型
4.2.6 磁粉制动器选型
4.3 试验台模型有限元分析
4.3.1 静力学分析
4.3.2 模态分析
4.4 试验台搭建与调试
4.5 本章小结
第5章 螺旋滚动减速器性能测试及参数研究
5.1 减速器检测指标分析
5.2 螺旋滚动减速器传动精度测试及研究
5.2.1 传动精度检测方法
5.2.2 传动精度检测结果分析
5.3 螺旋滚动减速器回差测试及研究
5.3.1 回差检测分析
5.3.2 滞回曲线法测量回差
5.4 螺旋滚动减速器传动效率测试及研究
5.5 螺旋滚动减速器实际应用
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢