精密钢球环槽等速传动机构运动精度及可靠性分析

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1、第33卷第2期燕山大学学报Vol.33No.22009年3月JournalofYanshanUniversityMar.2009文章编号：精密钢球环槽等速传动机构运动精度及可靠性分析宋敬稳1,2，安子军1,*，胡瑞雪3（1.燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004；2.中冶京诚工程技术有限公司，北京100176；3.河北交通职业技术学院，河北石家庄050091）摘要：在分析精密钢球环槽等速传动机构结构基础上，利用其等效机构和误差分析理论，研究了钢球环槽等速传动机构结构参数对其机构传动精度的影响规律，应用机构可靠性理论，建立了钢球环槽等速传动机构的运动精度可

2、靠性模型，并研究分析了机构的运动精度可靠性，研究结果为精密钢球行星传动的设计和应用提供了理论依据。关键词：钢球；环槽；等速传动机构；运动精度；可靠性中图分类号：文献标识码：0引言1机构组成及传动原理精密钢球行星传动机构是利用活动钢球作为应用钢球中介体啮合，采用“几何封闭法”使中介体，通过无隙钢球啮合副实现两平行轴间传递组成等速输出机构运动副各元素有特殊的几何结运动和动力的一种新型精密传动机构，而精密钢球构，以保证它们工作时始终保持接触，由此产生一环槽等速传动机构是该传动机构的重要组成部分，种无隙啮合的钢球环槽等速传动机构如图1所示。它将其行星运动转换为定轴转动

3、。精密钢球行星传动机构具有结构紧凑，传动比大，传动无回差，摩擦损耗小，传动效率高等特点，在精密测量仪器、机器人等精密机械传动中具有很好的应用前景。现代工业对机械传动机构的运动误差精度要求越来越高，因此对传统机械传动机构和探索新型机械传动机构，都必须特别重视其机构传动精度的[1-3]理论与应用研究，研究取得了诸多成果。在精密钢球行星传动机构的齿形综合、结构与力分析等[4-5]方面取得了一些研究成果，在钢球环槽等速传动机构的结构、力学性能和创新设计方面，文献图1钢球环槽等速传动机构结构[6-8]作了较全面深入的研究。本文根据精密钢球Fig.1Steelballri

4、ng-grooveequal-speedtransmissionmechanism行星传动机构的精密传动性能要求，对其应用的钢球环槽等速传动机构的运动精度进行分析和研究，钢球环槽等速传动机构由一个行星盘1、一组将随机变量引入到钢球环槽等速传动机构的等效钢球2和一个绕定轴转动的中心盘3组成，两盘偏机构各项原始误差中，构建了传动机构的可靠性分心距为。钢球1环槽等速传动机构的结构特点是析模型并进行分析，其研究成果为精密钢球行星传在行星盘1右端面的圆周上，均布有若干个（图中动机构的设计和应用开发提供理论依据。为6个）截面为半月状的环形槽，在与输出轴固联收稿日期：200

5、9-01-12基金项目：河北省教育厅科技计划项目资助（2005079）；重庆大学机械传动国家重点实验室访问学者项目（200816）作者简介：宋敬稳（1983-），女，河北宁晋人，硕士，主要研究方向为机构创新设计；*通讯作者：安子军（1960-），男，吉林长岭人，教授，博士生导师，主要研究方向为现代机械传动理论与技术应用、机械创新设计，Email：zjan@ysu.edu.cn。96燕山大学学报2009的中心盘3左端面上，均布有同样数量的环形槽。并整理可得两环形槽的中心距等于输入偏心轴的两倍偏心距，±2+22即2。在行星盘和中心盘相对各组环形槽的相交错3=arc

6、tan区，各放置一个钢球，构成钢球啮合副。受这组钢+3sin3球的约束，其传动原理相当于若干个平行四边形机2=arctan+3cos3构1234的工作原理，因此，钢球环槽等速传动机构实现了等角速度传动。=41cos12钢球环槽等速传动机构误差分析=1sin12.1钢球环槽等速传动机构的等效机构2+2+2232=23由钢球环槽等速传动机构的结构和工作原理知，其等效机构为平行四边形机构1234，如图不考虑输入轴转角1的误差，则输出构件转1所示，其[9]14杆长1为行星盘上环形槽分布圆半角3的误差可写成径；34杆长2为环槽中钢球直径；23杆长3为中3333(2)心盘

7、3上环槽分布圆半径；12杆长4为两盘之间3=1+2+3+41234的偏心距。从上式可知，若将各参数的误差传递系数2.2等效机构的误差分析3、3、3、3求出，即可容易求得输出1234由于加工误差、装配误差和传递扭矩时的接触轴转角误差3。变形的影响，钢球环槽等速传动机构的平行四边形当考虑各构件的尺寸误差时，利用误差独立等效机构的尺寸条件被破坏，其等效机构变成非平作用原理，即考虑某一尺寸误差时，其余构件的行四边形机构如图2所示，此时等速传动机构中的尺寸误差和转角误差不计，仅为该的独立作用影传动比则不等于1，从而改变了等速传动机构的传响机构输出构件转角误差3，因此，利

8、用式(1)动性质。因此，有必要对钢球环