球面摆线钢球传动的应力分析文献综述

文献综述

机械传动作为整个机械工业的基础，担负着传递运动和动力的作用，其主要形式有摩擦传动和啮合传动两大类。随着近代工业的高速发展以及理论的不断创新，现代传动装置正向高性能、高精度、小型轻量、高速重载等方面发展，特别是在精密机械领域，对其传动性能及精度的要求不断提高^[1]。为满足工业生产中通用机械传动装置更新换代的要求，运用新技术开发出新型高性能机械传动装置已然是制造学科中的一个重要研究课题^[2]。

摆线钢球行星传动机构作为一种新型的活齿传动机构，具有结构紧凑、无回差、承载能力强、传动比大且范围广、低噪音、高效率等较好的应用特性，在机器人、精密测量仪器、航天器、医疗器械等精密机械中有很好的应用前景^[3]，这同时也引起了国内外科研人员广泛的关注。

在国外，美国和日本对摆线钢球行星传动的研究比较早。20世纪80年代初，美国的格斯·麦法兰德提出了一种新型钢球传动技术，利用轴承中的钢球和滚道的滚滑接触副代替传统的齿轮副，可以实现间隙可调及零回差传动的特性，这种新型的钢球传动即为摆线钢球行星传动的原型^[4]。美国工程人员将摆线钢球传动机构用在了风窗玻璃刮水器的减速机构上。90年代初，日本山梨大学的Terada和Makino等对摆线钢球行星传动进行了比较深入的理论研究，在传动特点与原理、受力分析、强度及啮合效率等方面开展了一系列的研究和探讨，并对样机性能进行了测试和分析，将摆线钢球减速器应用在了机器人的关节传动机构及伺服传动机构上^[5-8]。1991年，德国的Glad. G. M. L教授对摆线钢球传动的特征参数一间隙调节力矩进行了研究^[9]。1993年，英国的W. Kewis教授根据有限元理论对摆线钢球传动的三维接触应力进行了分析^[10]。2002年，Hiroyuki O等研究了钢球在传动中的运转情况，测绘出钢球的运动轨迹，分析了钢球滚滑行为对输出轴转角误差的影响^[11]。

在国内，从90年代开始，我国学者对摆线钢球行星传动的理论开展了一系列的研究，主要有燕山大学的曲继方、安子军，陕西科技大学的李思益、刘昌棋、高东强，杭州电子工业学院的周建军等，先后分别在摆线钢球减速机构的传动特点与原理、摆线方程、传动比计算、参数选择、间隙调节机构、压力角分析、受力及强度分析、动平衡和振动分析、CAD/CAM等方面进行了一系列的研究，为摆线钢球传动技术在国内的发展提供了比较深入的研究基础^[12-15]。

此外，周建军提出一种密珠摆线传动减速器，其钢球之间紧密排列，同时提出利用陶瓷球代替钢球的传动方案，并对研制的样机进行了试验研究^[16];李思益等成功研制了摆线钢球减速器样机，并初步对样机进行测试试验，其各项传动性能优良，是一种理想的传动装置^[17]。

陕西科技大学的张彩丽等建立了减速器的力学模型，分别进行了力学及强度分析，并推到出相应的计算公式^[18-19];吴勤保等对摆线钢球减速器的摆线槽形状，以及摆线槽的数控加工进行了研究^[20];李进、姚素芬利用UG和SolidWorks对摆线钢球传动机构进行了参数化、系列化的研究^[21-22]。王广欣、唐永辉等建立了摆线钢球传动机构的三维装配模型，进行了简单的运动仿真^[23-24]。

燕山大学的杨作梅等研究了基本设计参数对摆线槽齿面根切的影响作用，得出了不产生根切应满足的条件^[25];宋敬稳等建立了钢球环槽式输出机构的等效机构模型，并对该等效机构的运动精度和可靠性进行了分析^[26];张鹏等建立了啮合副的非线性力学模型，对啮合力的变化规律，啮合副的接触变形与应力分布进行了研究^[27];雷建中对啮合副的效率及润滑状态进行了研究^[28]。

随着工业技术和工业生产向高、精、尖方向快速发展，特别是机器人、机械手、航天器、精密测量机构和精密加工机床等机械设备的广泛应用，就要求有与之适应并具有良好性能的传动机构。而球面摆线钢球传动是优良的精密传动机构，能够很好的解决一些机器的传动精度问题。而本课题是基于UG建模与ANSYS分析，对球面钢球摆线传动中运动状态进行分析，利用ANSYS有限元软件对传动副中的关键零部件进行应力分析，探索这一机构的薄弱环节，为可靠设计结构参数的提供支撑。