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采用NURBS曲线的钢球减速器的型线设计研究

王娟娟 平雪良 周忠良 蒋路明

王娟娟, 平雪良, 周忠良, 蒋路明. 采用NURBS曲线的钢球减速器的型线设计研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(12): 1849-1855. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200258
引用本文: 王娟娟, 平雪良, 周忠良, 蒋路明. 采用NURBS曲线的钢球减速器的型线设计研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(12): 1849-1855. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200258
WANG Juanjuan, PING Xueliang, ZHOU Zhongliang, JIANG Luming. Research on Profile Design of Cycloid Steel Ball Reducer using NURBS Curve[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(12): 1849-1855. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200258
Citation: WANG Juanjuan, PING Xueliang, ZHOU Zhongliang, JIANG Luming. Research on Profile Design of Cycloid Steel Ball Reducer using NURBS Curve[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(12): 1849-1855. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200258

采用NURBS曲线的钢球减速器的型线设计研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200258
基金项目: 

江苏省研究生科研与实践创新计划项目 KYCX191879

详细信息
    作者简介:

    王娟娟(1996-), 硕士研究生, 研究方向为机电一体化, 1251991560@qq.com

    通讯作者:

    平雪良, 教授, 博士, ping@jiangnan.edu.cn

  • 中图分类号: TH132

Research on Profile Design of Cycloid Steel Ball Reducer using NURBS Curve

  • 摘要: 摆线钢球减速器在摆线盘型线设计与优化过程中对型线的自由度与可控性要求越来越高,由此本文提出了将NURBS曲线应用到减速器摆线盘的型线设计过程中,深入研究基于NURBS的摆线型线,通过对已知摆线型线进行采样,获取样本点,反求控制点、权因子、节点矢量,得到符合精度要求的拟合型线,并以此型线完成虚拟样机与试验样机的设计,仿真与实验结果显示NURBS曲线表示方法可以保证摆线钢球减速器的传动精度,为进一步提高摆线盘型线设计的灵活性与局部可调整性奠定了基础,并验证了减速器样机的传动误差和噪音等性能明显优于传统的行星减速器。
  • 图  1  摆线钢球减速器结构图

    图  2  摆线形成原理图

    图  3  NURBS曲线设计流程

    图  4  NURBS曲线拟合型线的误差图

    图  5  NURBS型线法摆线盘模型

    图  6  虚拟样机角速度仿真结果

    图  7  传动误差

    图  8  传动误差测试平台

    图  9  实验测试结果

    图  10  噪音检测试验

    表  1  摆线设计计算公式

    参数 计算公式
    钢球数nb 传动比确定
    偏心距A 传递功率和机型
    钢球直径db 传递功率和机型
    外摆基圆半径re re=Rbne/nb
    内摆基圆半径rh rh=Rbnh/nb
    滚圆半径r0 r0=Rb/nb
    钢球分布圆半径rs rs=nbr0
    外摆线波数ne ne=nb+1
    内摆线波数nh nh=nb+1
    短幅系数K k=Anb/(2Rb)
    球径系数K2 K2=[dzsin(π/nb)]/db
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    表  2  摆线盘型线设计参数

    钢球数 偏心距 钢球半径 短幅系数 滚圆半径
    21 1.4 3.5 0.894 25 1.118 25
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    表  3  摆线方程法传动误差分析

    速度 最小值/arc min 最大值/arc min 平均值/arc min
    1 000 d 0.796 1.125 1.024 5
    500 d 0.875 1.115 1.035 7
    100 d 0.915 1.070 1.022 9
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    表  4  NURBS型线法传动误差分析

    速度 最小值/arc min 最大值/arc min 平均值/arc min
    1 000 d 0.875 1.085 1.021 6
    500 d 0.955 1.124 1.036 5
    100 d 0.942 1.069 1.026 8
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    表  5  不同品牌行星减速器性能对比

    品牌 减速比 误差/arc min 噪音值/dB
    台湾精工 1∶10 精密≤3
    标准≤8
    ≤65
    纽格特 1∶10 7~10 ≤60
    样机 1∶10 1.049 47.6
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  • 收稿日期:  2020-01-04
  • 刊出日期:  2021-12-05

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