摘 要

我国工业建设已经逐步踏入新的发展阶段，这意味着工业智能化是发展趋势，也是我国工业建设的新目标。工业智能化离不开工业机器人，而RV减速机作为工业机器人的“心脏”，对其展开研究是工业走向智能化的必经之路。基于此，本文利用三维建模技术，有限元分析方法，从多维度入手，对RV减速机进行研究。主要内容如下：

根据RV减速机的传动原理和多种使用方法，阐述其工作过程，计算各零件的相关参数，如尺寸参数、运动学参数等。在SolidWorks中，完成RV减速机各传动组件的实体建模，并结合虚拟装配技术，将整机按照一定顺序和原则进行装配。并对所设计的各级传动件进行强度、刚度校核，建立部分重要传动零件的静力学模型，验证设计的正确性。

在Adams中建立RV减速机某一使用方法下的动力学模型，测量部分传动件的角速度和角加速度变化规律，并结合仿真结果，阐明关键传动件的设计对其传动性能的影响。

结合整个设计分析过程，对设计进行简要的经济性和环保性分析，并对本文工作进行总结和确定后续的研究方向。

关键词：RV减速机；虚拟机建模；有限元仿真；动力学分析

Abstract

The industrial construction of our country has gradually entered a new stage of development, which means that industrial intelligence is a development trend and a new goal of China's industrial construction. Industrial intelligence is inseparable from industrial robots, and RV reducers are the "heart" of industrial robots. Research on them is the only way to make the industry intelligent. Based on this, this paper uses 3D modeling technology and finite element analysis method to start the research on RV reducer from multiple latitudes. The main contents are as follows:

According to the transmission principle of the RV reducer and various methods of use, the working process is explained, and the relevant parameters of each part, such as dimensional parameters and kinematic parameters, are calculated. Using SolidWorks, the solid modeling of each part of the reducer is completed, and the virtual assembly technology is combined to assemble the whole machine. The strength of each designed transmission component is checked, and the static model of some important transmission parts is established to verify the correctness of the design.

Based on Adams, the dynamic model of a RV reducer is established. The angular velocity and angular acceleration of some transmission components are analyzed. According to the simulation results, the influence of the design of the parts on the transmission performance is analyzed.

Combine the whole design analysis process, analyze the paper briefly economically and environmentally, and summarize the work in this paper and determine the follow-up research direction.

Key words: RV reducer; Virtual machine modeling; Finite element simulation; Dynamic analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2摆线针轮传动的研究现状 3

1.2.1国外研究现状 3

1.2.2国内研究现状 4

1.3本文主要研究内容及技术路线 5

第2章 RV减速机工作原理及设计计算 7

2.1 RV减速机的工作原理 7

2.2 RV减速机传动比计算 8

2.3 RV减速机设计计算 12

2.3.1各传动零件转速及材料的确定 13

2.3.2渐开线齿轮传动设计计算 13

2.3.3摆线针轮传动设计计算 14

2.4 本章小结 17

第3章 RV减速机的三维建模 18

3.1渐开线齿轮的三维建模 18

3.2摆线针轮传动的三维建模及装配 18

3.3支承机构建模 19

3.4整机装配及干涉检查 20

3.5本章小结 22

第4章 静力学分析 23

4.1有限元分析简介 23

4.1.1静力学分析基础 23

4.1.2有限元分析软件的选择 23

4.2第一减速级齿轮的强度校核 23

4.3第二减速级传动件的强度校核 26

4.4摆线轮的静力学仿真分析 26

4.4.1导入模型、定义材料 26

4.4.2网格划分 27

4.4.3添加约束和载荷 27

4.4.4 后处理及结果分析 27

4.5曲柄轴的静力学仿真分析 29

4.5.1 曲柄轴受力情况分析 29

4.5.2 曲柄轴静力学仿真 31

4.6行星架的刚度校核 33

4.7本章小结 34

第5章 RV减速机动力学分析 35

5.1引言 35

5.2模型导入及参数设置 35

5.3施加约束及其设置 35

5.4结果分析 36

5.5本章小结 39

第6章 经济性及环保性分析 40

第7章 总结与展望 41

7.1本文总结 41

7.2反思和对未来的展望 42

参考文献 43

致谢 46

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

近十几年来，在中国机械制造业空前发展的大背景下，工业自动化建设对生产效率、生产成本以及生产质量提出了更高要求，这意味着工业机器人逐步代替人成为劳动的主体已经成为一种不可阻挡的发展趋势。早在2014年，中国的工业机器人消费总量创下历史新高。而且，这个数据在后来的几年也展现出惊人的增长趋势^[1]。同时，《中国制造2025》明确规划，将突破机器人关键技术瓶颈，研发和生产高精度设备作为接下来新技术产业发展的奋斗目标。而回转关节作为工业机器人实现精密传动的关键部位，对其核心减速传动装置的设计和分析成为当前机器人研究领域的热门课题。而传统的齿轮减速器结构笨重，体积大，传动精度低且使用寿命短，显然已经不能在最大程度上满足当前工业化发展的需求。鉴于当前工业智能化的迅猛发展，我们可以看出，设计减速比更高、结构更紧凑、精度更高的减速设备的工作仍在继续。就目前的研究趋势来看，常用于工业机器人回转关节的减速装置主要有^[2-3]：谐波减速机、RV减速机等。其中，柔性齿轮的弹性变形是谐波减速器实现传动的核心关键，但这种变形是周期性的，由此产生的交变应力会使谐波减速机易于疲劳损坏。此外，波发生器和柔性齿轮较大的制造难度也成为谐波减速机在精密传动领域更进一步发展的制约因素。

RV减速机这款新兴传动装置，当前在航空航天、半导体设备、医疗器械、数控机械、测量仪表等高精度设备中，作为必需的关键基础和核心部件，也起着不可或缺的作用。对比于传统的齿轮减速机，RV减速机具有以下特点^[4-5]：