旋风齿轮箱

简而言之，摆线齿轮箱是一种利用摆线运动来实现旋转运动的齿轮箱。它结构简单高效，可应用于多种场合。摆线齿轮箱常用于需要输送重物的场合。与行星齿轮箱相比，它具有诸多优势，例如能够承受更高的负载和更高的转速。

摆线齿轮箱的动态和惯性效应

已有不少研究探讨了摆线齿轮箱的动态和惯性效应。其中一些研究侧重于其工作原理，而另一些研究则侧重于齿轮箱的数学模型。本文研究了摆线齿轮箱的数学模型，并将其性能与实际测量结果进行了比较。建立合适的数学模型对于摆线齿轮箱的设计和控制至关重要。摆线齿轮箱是一种两级齿轮箱，由一个摆线盘和一个绕自身轴线旋转的环形齿轮组成。
该数学模型由超过160万个单元组成。每个齿轮副均由一个具有500个特征模态的降阶模型表示。正齿轮的特征频率为70 kHz。该模态降阶模型与摆线齿轮箱拟合良好。
使用ABAQUS软件对数学模型进行了验证。将摆线盘离散化以生成精细模型，每个齿需要400个单元点。该模型也通过静态有限元分析进行了验证。然后，利用该模型模拟了齿轮在所有象限的静摩擦。这是一种模拟摆线齿轮箱静摩擦的新方法。结果表明，该方法能够产生与EMBS模型相当的结果。弹性多体动力学仿真模型的结果也与此吻合。该模型能够很好地拟合摆线齿轮盘的接触力和大小。研究还发现，摆线齿轮盘与环形齿轮之间的传动精度约为98.51TP³T。然而，该值低于环形齿轮副的传动精度。修正模型的传动误差约为0.31TP³T。传动精度降低的原因是齿面上的弹性变形量较小。
需要注意的是，摆线齿轮箱每个齿的接触力并非平滑变化。单个齿上的接触力先呈线性上升，然后急剧下降。它不如点接触的接触力平滑，因此常与椭圆接触的接触力进行比较。然而，椭圆接触的接触面积仍然相对较小，EMBS模型无法准确捕捉到这一点。
摆线盘的有限元模型包含约160万个单元。有限元模型中最关键的部分是摆线盘的离散化。由于摆线盘振动剧烈，因此对其进行离散化至关重要。必须对摆线盘进行精细的离散化，才能使结果与静态有限元分析的结果相媲美。为了能够准确模拟摆线盘与环形齿轮之间的接触力，必须建立尽可能精确的模型。

摆线传动装置的运动学

利用任意坐标系，我们可以观察摆线齿轮箱内各部件的运动。我们观察到摆线盘绕固定销做圆周运动，而从动轴绕偏心凸轮旋转。此外，我们还看到输入轴偏心安装在滚动轴承上。
我们还观察到，摆线盘绕偏心轴承独立旋转，而从动轴绕对称轴旋转。由此可见，摆线盘在摆线齿轮箱的运动学中起着至关重要的作用。
为了计算摆线减速器的效率，我们采用了一种基于接触非线性刚度的模型。在该模型中，接触的非线性由接触力和接触变形的非线性决定。我们已经证明，摆线减速器的效率随载荷的增加而提高。此外，效率还取决于滑动速度和法向载荷的变形。这些因素被认为是决定摆线传动效率的关键变量。
我们还考虑了摆线减速器的效率与输入扭矩和输入转速的关系。效率可以通过环形齿轮上的净扭矩除以输出扭矩来计算。效率可以根据不同的运行条件进行调整。摆线传动的效率随着负载的增加而提高。
摆线齿轮箱是一种多级齿轮箱，由一根小轴和一根大轴组成。它有19个齿，并配有黄铜垫圈。外盘与中盘反向运动，且相隔180度。中盘的质量是外盘的两倍。摆线盘有九个叶片，驱动轴每旋转一周，叶片移动一个叶片。盘上的销钉数量应少于周围叶片上的销钉数量。
输入轴驱动偏心轴承，该轴承能够将动力传递至输出轴。此外，输入轴通过中间轴承对摆线盘施加力。摆线盘随后以360度旋转/枢轴/滚轮的方式前进。输出轴销在孔内移动，使输出轴持续旋转。输入轴施加正弦运动以保持基轴的恒定转速。该正弦波使从动轴产生微调。施加在内套筒上的力是平衡机构的一部分。
此外，我们可以观察到，摆线传动比行星齿轮传动能够传递更大的扭矩。这是因为摆线齿轮的轴向长度更长，而齿圈的孔径更小。通过固定环和圆盘之间的啮合，可以实现正配合。摆线盘通常设计成短摆线，以最大限度地减少高速运转时的不平衡力。

与行星齿轮箱的比较

与行星齿轮箱相比，摆线齿轮箱具有一些优势。这些优势包括：低齿隙、更好的过载能力、结构紧凑以及应用范围广泛。摆线齿轮箱在多轴机器人市场中越来越受欢迎。此外，该齿轮箱也越来越多地应用于第一关节和定位器中。
摆线齿轮箱是一种由四个基本部件组成的齿轮箱：摆线盘、输出法兰、环形齿轮和固定环。摆线盘由偏心轴驱动，以360°旋转/枢轴/滚轮方式前进。输出法兰是一个固定销盘，用于将动力传递至输出轴。环形齿轮是一个固定环，输入轴连接到伺服电机。
摆线齿轮箱专为控制高动态环境下的惯性而设计。这类齿轮箱通常用于机器人和定位器，用于定位重物。它们也广泛应用于各种工业领域。摆线齿轮箱具有更高的扭矩密度和更小的齿隙，使其成为重载应用的理想选择。
输出法兰的设计扭矩可达 500 Nm。虽然其转速低于行星齿轮箱，但输出扭矩却高得多。它是一款高性能齿轮箱，适用于需要高传动比和高扭矩密度的应用。摆线齿轮箱价格更低，齿隙也更小。然而，摆线齿轮箱也存在一些缺点，在设计齿轮箱时应予以考虑。主要问题是振动。
与行星齿轮箱相比，摆线齿轮箱体积更小，价格也更低。此外，摆线齿轮箱单级减速比更大。一般来说，摆线齿轮箱为单级或两级，三级较为少见。然而，摆线齿轮箱并非唯一采用这种结构的齿轮箱。单级行星齿轮箱也很常见。
摆线齿轮箱有多种类型，通常也被称为摆线减速器。这些齿轮箱专为使用伺服系统的行业而设计。与行星齿轮箱相比，它们更短，在相同扭矩下直径更大。部分摆线齿轮箱的减速比甚至可以低于30:1。
对于需要高转速和高扭矩的应用，摆线齿轮箱是一个不错的选择。与行星齿轮箱相比，摆线齿轮箱结构更紧凑，更适合高扭矩应用。此外，它们更加坚固耐用，能够承受冲击载荷。摆线齿轮箱还具有低齿隙、更高的精度和定位精度。它们被广泛应用于包括工业机器人在内的各种领域。

editor by CX 2023-04-20