No2Apr
第2期（总第225期）
2021 年4 月机 械 工 程 与 自 动 化
MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION
文章编号= 1672-6413（2021）02-0019-03
櫜
程小刚12，李涛涛3，雷有巧12，王 鑫12
（1.宝鸡文理学院机械工程学院，陕西宝鸡721016； 2.陕西省机器人关键零部件先进制造与评估省市 共建重点实验室，陕西宝鸡 721016； 3.陕西北方动力有限责任公司，陕西宝鸡 721300）
摘要：以秦川RV-40E 减速器为研究对象，利用减速器综合测试平台测试不同转速下的振动信号，通过时域 分析研究减速器整体振动特性，通过频域分析到特征频率的主要峰值，对比随转速变化的频谱图得到振动 特性变化规律。研究发现早期振动以齿轮碰摩特征为主，固有频率及干扰信号影响剧烈。
关键词：机器人；RV 减速器；振动特性
中图分类号： TH13246 文献标识码： A
0引言
有关高精度RV 减速器的性能研究与试验分析是 近几年才发展起来的，虽然时间较短没有谐波减速器 的研究完善，但也涵盖了齿廓修型传动精度⑵、仿
真与疲劳寿命3、实验测试［4］及故障诊断囚等方面。 对于RV 减速器的运行监测，振动特性更能反映其运 行状况，但目前该项研究还不够充分，现有研究也仅就 固有特性、振动测试等进行了分析。因此深入研 究RV 减速器随转速变化的振动特性对于其结构设计 与优化、系统运行监测都具有理论指导意义。
本文以秦川机床厂生产的RV-40E 减速器为研究 对象，测试与分析机器人减速器振动信号随输入转速 变化的频率特性，并对比理论计算与测试结果，得到 RV 减速器的振动特性。
1测试方案
1.1 测试仪器与测试系统
本文采用机器人减速器综合测试系统进行试验测 试与分析，该系统由输入轴驱动电机、输入扭矩传感
器、RV 减速器、输出扭矩传感器、输出轴同步电机等 构成，如图1所示。采用加速度传感器对秦川RV- 40E 减速器进行升速过程的信号采集，采样频率为 2 000 Hz,X 、Y 、Z 三个方向的测点布置见图2。1. 2 RV-40E 减速器的结构参数
RV 减速器有两级传动装置，第一级为渐开线圆 柱齿轮行星减速机构，第二级为摆线针轮行星减速机 构，其传动简图如图3所示。
RV-40E 的中心轮齿数z 1 =12，行星轮齿数z 2 = 36，摆线轮齿数z 4=39，针齿轮齿数z 5=40；输出转速
为"0，输入转速为"1，转速比R = "1 = 1 + ―（狕狕—）。
"0 z 1 Q z 5—z 4 ）
根据文献［9,10］中的计算公式可得到RV 减速器的特 征频率，输入转速为400 r/mm 时的特征频率值如表1 所示。
图1机器人减速器综合测试系统
图2测点布置
2测试数据对比分析2. 1 时域分析
采用机器人减速器综合测试系统测试减速器的时
域振动信号。在此仅列出RV-40E 减速器在电机转速 为400 r/min 、空载状态下采样频率为2 000 Hz 时X 、
櫜陕西省重点研发计划项目（2019GY-091）；宝鸡文理学院国家级大学生创新创业训练计划项目（S202010721016）
收稿日期：2020-10-23；修订日期：2021-01-18
作者简介：程小刚（1998-），男，陕西安康人，在读本科生，专业为机械电子工程
。
•20•机械工程与自动化2021年第2期Y^Z三个方向的时域振动信号，如图4所示。动系统振动的一般规
律。计算整理此时三个方向的振
图3RV-40E减速器传动简图
由图4可见，三个方向整体振动均围绕0m/s2上下波动，漂移较小，相比而言，X（水平）、Z（竖直）方向振动幅值较小，而Y（轴向）向振动较大，该特征符合传
表2RV-40E减速器振动性能
方向平均值（m/s2）最大值（m/s2）标准差（m/s2）X（水平）—0.04260.19430.034
Y（轴向）—0.10870.66580.1755
Z（竖直）0.00320.26680.0319
由表2中可见:RV-40E减速器X、Y、Z三个方向的振幅平均值分别为—00426m/s2、—01087m/s2、0.0032m/s2，整体漂移较小，说明信号的直流分量、外界随机噪声干扰较小。查得日本帝人公司生产的RV减速器在工作情况下振动加速度小于0.1m/s2：11：，由此可知RV-40E减速器X、向振动信号符合标准, Y向轻微超差。信号的最大值及标准差在Y方向较大，下面仅针对振动信号最为剧烈的犢向进行频谱分析。
2.2输入转速为400r/min时的频率特性
测试输入转速为400r/min时的振动信号并进行傅里叶变换得到RV-40E减速器振动信号频谱图，如图5所示。
50100150200250
频率/Hz
中国盐业协会
图5输入转速为400r/min时减速器振动信号频谱图
由图5可见：在400r/min的输入转速下，其振动信号峰值主要位于行星齿轮啮合频率/gear、针齿啮合频率九in、中心齿轮回转频率/1、二级传动啮合频率九「和其2倍频2/犮。表1的理论计算结果与测试结果相吻合，验证了测试数据的正确性，这为分析RV-40E减速器随转速变化的频率特性提供了理论基础；低频处中心齿轮回转频率/1和针齿啮合频率/pn较为明显，两者中针齿啮合频率/pn幅值略高，其余峰值动信号，求解最大值、平均值、标准差等数据，得到RV-40E减速器振动性能指标，如表2所示。
表1RV-40E减速器特征频率Hz 特征频率计算公式数值行星齿轮啮合频率/gear/gear=宛0，2(，5—1)/6077.22
摆线轮自转频率//=狀/600.055
针齿壳特征频率/3/=2狀o(g—1)/(60g)0.107
行星齿轮自转频率/2/2=狀g—1)/602.145
针齿啮合频率/pin/pn=2狀o(g—1)/604.29
中心齿轮回转频率/1/1=狀1/606.7
一级传动啮合频率/犮/1c=g/180
二级传动啮合频率/犮/2c=g g/1g87
中二级传动啮合频率2倍频2九「的幅值最高，其次是行星齿轮啮合频率/gear，最后为二级传动啮合频率九犮出现了几个幅值极高等间距的未知峰值频率，其位置分别位于75Hz、125Hz、175Hz以及225Hz处，其中行星齿轮啮合频率/gear与75Hz重合，二级传动啮合频率2倍频2/犮与175Hz重合。
2.3输入转速为800r/min时的频率特性
测试输入转速为800r/min时的振动信号并进行傅里叶变换得到该转速下的减速器振动信号频谱图，如
图6所示。
未来的冲击图6输入转速为800r/min时减速器振动信号频谱图
对比图5、图6可知：75Hz、125Hz、175Hz以及225Hz处同样出现了等间距峰值，该峰值不随转速变化而变化，说明造成该峰值的原因可能是系统的固有频率或是电信号干扰，不属于RV减速器的特征频率；在特征频率中，二级传动啮合频率九「的幅值由于与175Hz重合幅值最高，除此之外幅值由高到低依次是行星齿轮自转频率/2、二级传动啮合频率的二分之一倍频£/犮、中心齿轮回转频率/1、行星齿轮啮合频率
/gear及二级传动啮合频率的二倍频2九犮升速过程中，行星齿轮啮合频率/gear和中心齿轮回转频率/1的幅值都有所降低，二级传动啮合频率二倍频2九「由于不再与175Hz重合，幅值回归正常。
行星齿轮自转频率/2由于其频率较小，鉴于频谱图的分辨率，在转速较低时并未出现，转速升高后明显，同时针齿啮合频率/pin也随之消失。二级传动啮合频率的二分之一倍频£九c的出现一般来源于系统
2021 年第2 期程小刚，等：机器人RV 减速器振动测试与分析• 21 •
的油膜涡动或碰摩故障，由于减速器中采用的是固体
润滑油，经温度传感器测量，减速器温度大约在19°左 右，油温适当，不会产生油膜涡动状况，同时频谱中还 出现了二级传动啮合频率二倍频2f 犮，该特征与碰摩 特征相符，即在频谱上除转子工频外，还存在非常丰富 的高次谐波与分频成分，减速器为新机，正处于磨合阶
段，因此可以判定该特征为碰摩引起的。2. 4 升速过程中的频率特性
测试输入转速分别为1 200 r/min 、1 600 r/min 及2 000 r/min 时的振动信号，进行傅里叶变换得到不 同转速下的减速器振动信号频谱图，如图7〜图9 所示。
图7输入转速为1 200 r/min 减速器 图8输入转速为1 600 r/min 减速器
图9输入转速为2 000 r/min 减速器
振动信号频谱图振动信号频谱图振动信号频谱图
对比图6、图7发现：主要峰值完全相同；幅值方 面，几个峰值的幅值均有所升高，高频幅值增长更多, 最高峰值500 Hz 为固定频率与二级传动啮合频率二
倍频2f 犮的共振频率。金花清感方
在图8中：犳1及f gear 消失；由于一级传动啮合频 率f 犮与325 Hz 重合，新增f 犮及其二倍频2f 犮。
在图9中：低频处仅见中心齿轮回转频率犳；二 级齿轮啮合频率f 2e 不再与其他频率重合幅值回归 正常。
综上所述，通过对比随转速升高的频谱图变化 (图5〜图9)可见：
(1) RV 减速器的主要特征频率为二级啮合频率
f 犮及行星齿轮啮合频率f gear ，伴有由于二级啮合碰摩 产生的二倍频及二分之一倍频，一级传动啮
合频率f1c 几乎不可见。
(2) 低频部分主要为行星齿轮自转频率九及中 心齿轮回转频率f 1，无边频带。
03年高考作文
(3) 幅值方面，RV 减速器的特征频率幅值不高, 但结构固有频率及电信号干扰偏高；当个别特征频率 与固定频率重合时发生共振，出现个别突出峰值。
(4) 随转速增大特征频率幅值有小幅升高，但与 固定不变的频率峰值相比幅值依然偏低。3结论
本文分析了 RV-40E 减速器从转速400 r /min 升 速到2 000 r/min 的过程中其振动特性的变化。研究 发现其特征频率以二级啮合频率f 犮为主，以行星齿轮 啮合频率f gear 为辅，伴有由于二级啮合碰摩产生的二 倍频及二分之一倍频。 随转速增大特征频率幅值有小
幅升高，但与频谱中的结构固有频率及电信号干扰相
比幅值较低。因此推断在RV 减速器进入疲劳失效以 前影响机器人精度的抖动主要来源于结构固有频率以 及特征频率与固有频率发生的共振。
参考文献：
[1] 安小涛，李天兴，邢春荣，等.RV 减速器摆线轮齿廓的逆 向主动修形方法[J ].机械传动,2019,43(9):8186,165.[2]
新一代的洗衣粉Tan Peng , Qi Hou-jun , Han Lin , et al . Research on
transmission accuracy characteristic analysis of RV
reducer[J ]. International Journal of Plant Engineering and Management,2019,24(3) : 157-168.
[3]
崔迪，张迎辉，葛宰林，等.RV 减速器有限元动态仿真与铁水预处理
接触疲劳强度设计[J ].机械设计,2019,36(9):5056.
[4]
彭鹏，柯梁亮，汪久根.噪声干扰下的RV 减速器故障诊 断[J ].机械工程学报,2020(1):3036.
[5]
Peng Peng, Wang Jiu-gen . NOSCNN : A robust method for
fault diagnosis of RV reducer [J ]. Measurement, 2019,
138：652-658
[6] 刘柏希，王文军，聂松辉.RV 减速器扭转振动的固有特性
及灵敏度分析[J ].中国机械工程,2016,27(3):323327.
[7]
孟聪.RV 减速器动力学特性分析[D ].天津：天津大学,
2016：28-39
[]张跃明，赵飞，纪姝婷，等.RV 减速器振动的在线检测研
究[J ].机械设计与制造,2019(6):240243.
[9]
黄迪山，刘金磊，顾京君.RV 减速器的扭振动测试与诊断
研究[J ].机械传动,2016,40(10):70-73.
[10] 徐宏海，王文涛，刘学翱，等.RV 减速器工作频率理论计 算与 ADAMS 仿真[J ].机械传动,2015,39(7):3841,46.
[11]
陈李果，汪久根，张靖.RV 减速器振动测试与信号分析 [J ].机械传动,2018,42(3):8084.
Vibration Test and Analysis of Robot RV Reducer
CHEN Xiao-gang 1，, LI Tao-tao 3 , LEI You-qiao 1，, WANG Xin 1，
(1. College of Mechanical Engineering , Ba_oji University of Arts and Sciences , Ba_oji 721016, China ； 2. Shaanxi Province Key Laboratory of Advanced Manufacturing and Evaluation of Robot Key Components , Ba_oji 721016, China ； 3. Shaanxi North Dynamic Co . , Ltd. , Ba_oji 721300, China )
Abstract : Take the Qinchuan RV-40E reducer as the research object , use the reducer comprehensive test platform to test the
vibration signal at different speeds , and study the overall vibration characteristics of the reducer through time domain analysis. Find
the main peak of the characteristic frequency through frequency domain analysis , and compare the frequency spectrum with the
rotation speed to get the law of vibration characteristics. The study found that early vibration is dominated by gear rubbing
characteristics , and the natural frequency and interference signals have a strong influence .Keywords : robot ； RV reducer ； vibration
characteristics
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议