机械工程学报

作者：莫帅, 周长鹏, 王檑, 胡庆森, 高瀚君, 岑国建

单位：1. 广西大学机械工程学院 南宁 530004;2. 天津工业大学机械工程学院 天津 300387;3. 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室 武汉 430074;4. 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室 北京 100191;5. 宁波中大力德智能传动股份有限公司 宁波 315301

关键词：时变啮合刚度,变位齿轮,机电耦合动力学,故障诊断；

基金：国家自然科学基金(52265004)、中国科协青年人才托举工程 (2018QNRC001)、数字制造装备与技术国家重点实验室开放基金(DMETKF2021017)、直升机传动技术国防科技重点实验室开放基金(HTL-0-21G07)和江苏省泰州市双创计划资助项目。

服务机器人关节采用驱控一体化集成设计，并且传动系统采用小模数变位齿轮。关节频繁运动容易导致齿轮传动系统产生裂纹，裂纹引起刚度变化从而影响整个系统的动态特性。根据变位齿廓建立变位齿轮裂纹刚度计算模型，分别研究变位系数、多种裂纹形式对时变啮合刚度的影响；其次利用集中参数法构建了机器人关节机电耦合平移—扭转动力学模型，并将驱动电机的电磁特性、齿侧间隙等因素考虑入方程中；最后通过统计学分析裂纹对传动系统的影响。研究结果表明：正变位使刚度增大，负变位反之；双侧裂纹对刚度的影响明显大于单侧；随着裂纹加深，时变啮合刚度加速降低；随着传动系统级数的增加，裂纹对传动系统的影响逐渐减弱。研究结果为变位齿轮传动系统裂纹故障诊断提供理论基础。

来源：2022年第19期

《机械工程学报》期刊编辑部

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