槽式翻抛机RV减速器传动偏差理论分析_王飞跃.pdf

引用本文格式王飞跃，王飞，郭宪峰，等槽式翻抛机 RV 减速器传动偏差理论分析 J农业工程，2023，13（1）：85-90 DOI：10.19998/ki.2095-1795.2023.01.016 WANG Feiyue，WANG Fei，GUO Xianfeng，et al Theoretical analysis on transmission deviation of RV reducer for slot tippingmachineJAgricultural Engineering，2023，13（1）：85-90槽式翻抛机 RV 减速器传动偏差理论分析王飞跃1，王飞2，郭宪峰1，曹哲统1，丁旻1，冷治涛1，刘利君1（1.中国农业机械化科学研究院集团有限公司，北京 100083；2.正大汉鼎现代农业科技有限公司，北京 100020）摘要：行星齿轮作为一级传动系统和二级系统摆线针轮共同组成 RV 减速机。在减速器整机装配过程中，各零部件的偏差源通过偏差传递后偏差值的大小直接影响传动精度。重点研究了槽式翻抛机 RV 减速器在装配过程中偏差传递机理对传动精度的影响，基于蒙特卡洛法对 RV-40E 型减速器及整机的装配偏差统计量进行求解，结果表明，第 2 级传动偏差值对减速器整机偏差传递影响最大，对促进减速器的研究开发及对我国有机肥翻抛系统的开发具有重要的工程实际意义。关键词：槽式翻抛机；RV 减速器；偏差传递机理；传动精度；偏差有向图中图分类号：S224文献标识码：A文章编号：2095-1795（2023）01-0085-06DOI：10.19998/ki.2095-1795.2023.01.016Theoretical Analysis on Transmission Deviation of RV Reducer for Slot Tipping MachineWANG Feiyue1，WANG Fei2，GUO Xianfeng1，CAO Zhetong1，DING Min1，LENG Zhitao1，LIU Lijun1（1 Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences Group Co.，Ltd.，Beijing 100083，China；2 Zhengda Handing Modern Agricultural Technology Co.，Ltd.，Beijing 100020，China）Abstract：Planetary gear，as primary transmission system and the secondary system cycloidal pinwheel，together form the RVreducerDuring assembly process of complete reducer，deviation source of each component directly affects transmission accuracythrough transmission of deviation valueThe focus of this study was on influence of deviation transmission mechanism on transmissionaccuracy of RV reducer of slot flip throwing machine during assembly processBased on the Monte Carlo method，assembly deviationstatistics of the RV-40E reducer and entire machine were solved，and conclusion was drawn that the second level transmission deviationvalue has the greatest impact on transmission of reducers overall deviationThis has important engineering practical significance forpromoting research and development of reducers and development of organic fertilizer tipping systems in ChinaKeywords：trough tipping machine，RV reducer，deviation transfer mechanism，transmission accuracy，bias directed graph0引言RV 减速机是在摆线针轮传动基础上创新发展起来的一种新型传动1。由一个行星齿轮和一个摆线针轮前后二级组合而成。RV 减速器在农业精密装置、军工航天、搬运装置等领域有着广泛的应用2-3。随着新农村经济结构的调整，集约化、规模化、现代化使得农村中小型畜禽养殖业得到迅猛的发展4。然而，目前我国各类畜禽养殖场所产生的粪便、污水大部分乃至90%以上都随意排放或露天堆沤，造成了十分严重的环境污染问题，因此，工厂化的规模堆肥势在必行。堆肥的核心设备槽式翻抛机用于有机废弃物好氧发酵过程中的物料翻抛，以达到物料充氧及移动的目的。研究人员对 RV 减速器传动精度进行了大量深入的研究，但对减速器零件偏置传递方面的研究仍存在不足5-6。针对这个问题，对翻抛机 RV 减速器的传动系统进行深入的研究与分析，特别是影响装配精度偏差源信息和相关的关键技术问题，对促进 RV 减速器的研究、开发、生产和应用，以及有机肥产业的发展具有重要的工程现实意义。1RV 减速器传动特性研究1.1内部构造RV 减速器由 2 个传动系统组成，RV-40E 型减速收稿日期：2022-08-08修回日期：2022-10-28基金项目：国有资本金项目“智能农机装备关键技术升级与攻关”之子项目“深槽好氧发酵工艺及关键装备技术升级与攻关”作者简介：王飞跃，硕士，主要从事有机固废处理设备研究、工艺开发及推广工作E-mail：第 13 卷 第 1 期农业工程Vol.13No.12023 年 1 月AGRICULTURAL ENGINEERINGJan.2023器 2 级核心零部件按照传动链顺序层次展开如图 1 所示。其中第 1 减速部分为正齿轮减速机构即输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮，按齿数比进行减速；第 2 减速部分为差动齿轮减速机构即直齿轮与曲柄轴相连接，变为第 2 减速部的输入。图 1RV-40E 型减速器传动链零件Fig.1 RV-40E reducer transmission chain parts1.2传动原理把针齿壳固定好，太阳齿轮和输入轴相啮合连接，中心齿轮带动 3 个呈 120布置的行星齿轮转动，3 个行星齿轮绕中心齿轮轴心公转的同时并与公转相逆的方向自转，3 个行星齿轮带动相应的曲柄轴同速转动，曲柄轴和两片相位差 180的摆线针轮铰接并带动其转动，摆线针轮在转动过程中与固定的针轮相啮合，其轴线绕针轮轴线公转的同时，还将反方向自转。输出机构将把摆线针轮上的自转矢量以一定的速比传递出来。2RV 减速器偏差源分析在 RV 减速器传动过程中，偏差的主要来源分为零件尺寸及形位的加工偏差、零部件装配顺序和装配定位偏差。为了便于分析偏差源的传递，在 RV 减速器静态下，研究影响传动精度的偏差7-8。偏差源可以分为3 类。（1）零件的几何位置偏差，定为第 1 类偏差 E1。如 RV 减速器中的输入轴轴线与曲柄轴轴线的平行度偏差。（2）零件的几何形状偏差，定为第 2 类偏差 E2。如摆线针轮的线面轮廓度。（3）零件的装配位置偏差，定为第 3 类偏差 E3。如曲柄轴与行星齿轮啮合定位偏差。在 RV 减速器装配过程中 3 种主要偏差源耦合作用下，影响 RV 减速器的传动精度。3偏差传递机理分析3.1偏差源有向图表达基于 RV 减速器偏差源的分类方法，应用有向图的理论推导出 RV 减速器各个零部件 3 类偏差源的有向图，如图 2 所示，建立了 4 种基本偏差流模型，gij为零件 i上序号为 j 的功能几何模型，dk为第 1 类或第 2 类偏差源模型8-9。第 3 类偏差源 E3，可以看作第 1 类偏差的修正。图 24 种偏差流Fig.2 Four deviation flows3.2配合关系配合关系是 RV 减速器各个零件之间装配的基础，零部件之间的配合关系直接影响偏差的传递，即影响RV 减速器传递精度10。零部件间的配合有 3 种类型。（1）Mgg型配合几何都为偏差几何 g，配合精度受 3 类偏差源的共同作用。（2）MDD型配合几何都为基准几何或理想几何 D，配合精度只受装配位置偏差的作用。（3）MgD型配合几何一个为偏差几何 g，另一个为基准几何或理想几何 D，配合精度受偏差几何 3 类偏差源的作用。3.3偏差传递方式偏差在零件之间的传递通常基于两种方式，其中零件间的配合又分为非间隙配合 Mf和间隙配合 Mj。86 农业工程设计制造与理论研究（1）非间隙配合时，前一零件 g1的几何偏差引起后装配零件 g2的位置变动；几何偏差发生耦合，实现偏差的累积。（2）间隙配合时，由于配合间隙的影响，g1零件偏差累积发生间断；装配精度受后一零件 g2装配位置偏差 T2 的影响，重新开始传递。3.4配合关系及其有向图的表达方式Mgg型配合在非间隙配合 Mf和间隙配合 Mj状态下的偏差有向图如图 3 所示。图 3配合状态Fig.3 Fit state对于 Mgg、MgD和 MDD型 3 种配合关系，假设 MDD的基准几何或者理想几何只受装配位置偏差的影响，在 Mf和 Mj配 合 状 态 下 的 偏 差 传 递 统 计 量 如 表 1所示。表 1Mgg、MgD和MDD型在不同配合状态时的配合偏差统计量Tab.1 Mating deviation statistics of Mgg，MgD and MDD indifferent mating states配合类型配合状态配合偏差统计量MggMfd1+d2MjT2+d2MgDMfd1+D2MjT2+D2MDDMfD2MjT23.5偏差统计量假设结合面上偏差矢量各个方向分量都服从正态分布。线性部分u (1,S1),v (2,S2),w (3,S3)（1）旋转部分 (4,S4),(5,S5),(6,S6)（2）式中i均值Si方差，1i6u、v、w 尺寸矢量位置参数、尺寸矢量方向参数则多元偏差统计模型为F(Ei)=23(detP)1/2e1/2(Ei)TP1（Ei)（3）则其均值矢量和协方差矩阵分别为=(1，2，3，4，5，6)（4）P=|S11S12.S16S21S22.S26.S61S62.S66|（5）式中Sij协方差，1i，j6假设上下差为 t1、t2，如图 2 所示，平行平面偏差域偏差矢量有|maxw=t2t1=tmax=2tL1max=2tW1u=0v=0=0（6）则其均值矢量为=(00maxw2max2max20)（7）约束条件为|w+L12 tw+W12 tw+L12+W12 t（8）偏差统计量 e 在 Oxyz 坐标系的距离偏差评价为|U=0V=0W=wA=C11B=C11K=0（9）其在 Oxyz 坐标系的角度偏差评价为|u=0v=0w=w/C11a=b=k=0（10）C11为其配合面上的角度偏差作用半径，线性偏差和角度偏差如下E=(W2+A2+B2)1/2e=(w2+a2+b2)1/2（11）4RV-40E 型减速器偏差传递分析4.1核心零件配合关系及其评价RV 减速器零件之间装配的基本环节是配合，因而零件与零件之间的配合关系直接影响着零件装配时的偏差传递，零件间的配合精度直接影响着 RV 减速器的装配精度，对偏差