CN117195592B - 一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摆线轮减速器设计技术领域，具体涉及一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法。该方法包括：获取第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵；对摆线轮轴承孔和曲柄轴偏心曲拐分别进行形位公差检测获取第一中心轴线和第二中心轴线；根据第一中心轴线上不重合的两点获取第一位置变化向量，根据第二中心轴线上不重合的两点获取第二位置变化向量；基于第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数；并对垂直度干涉表示函数进行分析获取选配条件；基于选配条件选配符合的摆线轮和曲柄轴进行装配。本申请避免了转臂轴承的干涉磨损、实现了摆线轮减速器的分组装配，保障了成品的使用寿命。

Description

一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法

技术领域

本发明涉及摆线轮减速器设计技术领域，具体涉及一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法。

背景技术

摆线轮减速器作为工业机器人的核心部件具有扭转刚度大、传动精度高、传动比范围广等优点，目前广泛应用于航空航天、数控加工、工程机械等领域。转臂轴承是摆线轮减速器中最薄弱的部分，由于转臂轴承特殊的结构，导致其很容易受到曲柄轴和摆线轮造成的干涉，导致转臂轴承承受额外的载荷，加速磨损进度，减少使用寿命。对于整个减速器而言无论是精度失准还是寿命降低往往都是从转臂轴承开始的。

目前摆线轮减速器的选配和装配大部分都是由人工进行，由于零部件的选配过程中没有一套完整的选取标准体系，实际装配中往往根据工人的个人经验进行随机装配，装配成功率低，生产效率低，并且由于没有公差选用参考标准，导致装配出来的摆线轮减速器转臂轴承在减速器运行过程中会存在运动干涉情况，这会影响转臂轴承承载能力和使用寿命，导致装配出来的摆线轮减速器质量出现问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，所采用的技术方案具体如下：

本发明一个实施例提供了一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，具体为：建立摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系；并根据曲柄轴的转动角度计算所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵；

对摆线轮轴承孔进行形位公差检测获取摆线轮轴承孔对应的第一中心轴线，对曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测获取曲柄轴偏心曲拐对应的第二中心轴线；

根据所述第一坐标转换矩阵和第一中心轴线上不重合的两点获取第一位置变化向量，根据所述第二坐标转换矩阵和第二中心轴线上不重合的两点获取第二位置变化向量；

基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数；并对所述垂直度干涉表示函数进行分析获取选配条件；基于所述选配条件选配符合的摆线轮和曲柄轴进行装配。

优选地，在所述建立摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系之前，还包括：

建立全局坐标系，所述全局坐标系的原点为针齿壳的几何中心点；获取转臂轴承极限载荷、极限载荷的方向和转臂轴承承受极限载荷时曲柄轴在一个周期内转过的角度。

优选地，根据曲柄轴的转动角度计算所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵，包括：

分别建立所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系的第一辅助坐标系和第二辅助坐标系；

基于所述摆线轮的局部坐标系、第一辅助坐标系、曲柄轴的转动角度、摆线轮减速器的输出角度、摆线轮减速器的偏心距离和摆线轮的厚度计算获取所述第一坐标转换矩阵；

基于所述曲柄轴的局部坐标系、第二辅助坐标系、曲柄轴的转动角度、摆线轮减速器的输出角度、摆线轮轴承孔中心到摆线轮中心的距离计算获取所述第二坐标转换矩阵。

优选地，对摆线轮轴承孔进行形位公差检测获取摆线轮轴承孔对应的第一中心轴线，包括：

构建摆线轮轴承孔的形位公差检测设备，包括标准检测基座、摆线轮定位销和位移传感器；利用所述摆线轮定位销将摆线轮全约束在标准检测基座上，利用位移传感器分别在摆线轮轴承孔的上端和下端转动一周，并采集位移数据；利用所述位移数据进行拟合，获取摆线轮轴承孔上端对应的第一拟合圆和摆线轮轴承孔下端对应的第二拟合圆，所述第一拟合圆和第二拟合圆的圆心的连线为第一中心轴线。

优选地，对曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测获取曲柄轴偏心曲拐对应的第二中心轴线，包括：

构建所述曲柄轴偏心曲拐的形位公差检测设备，包括曲柄轴定位夹具和位移传感器；利用所述曲柄轴定位夹具对曲柄轴偏心曲拐进行固定，利用所述位移传感器分别在曲柄轴偏心曲拐的上端和下端转动一周，并采集位移数据；利用所述位移数据进行拟合，获取曲柄轴偏心曲拐上端对应的第三拟合圆和曲柄轴偏心曲拐下端对应的第四拟合圆，所述第三拟合圆和第四拟合圆的圆心的连线为第二中心轴线。

优选地，根据所述第一坐标转换矩阵和第一中心轴线上不重合的两点获取第一位置变化向量，包括：

在第一中心轴线上任意选取不重合的两点，获取两点的位置矢量；分别将两点的位置矢量与第一坐标转换矩阵相乘获得两点的运动轨迹向量；将所述两点的运动轨迹向量相减得到第一位置变化向量。

优选地，根据所述第二坐标转换矩阵和第二中心轴线上不重合的两点获取第二位置变化向量，包括：

在第二中心轴线上任意选取不重合的两点，获取两点的位置矢量；分别将两点的位置矢量与第二坐标转换矩阵相乘获得两点的运动轨迹向量；将所述两点的运动轨迹向量相减得到第二位置变化向量。

优选地，基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数，包括：

基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量求取用于表示两个向量的夹角的多项式，所述用于表示两个向量的夹角的多项式为垂直度干涉表示函数。

优选地，对所述垂直度干涉表示函数进行分析获取选配条件，包括：

所述垂直度干涉表示函数为，

其中，τ表示曲柄轴转动过程中第一中心轴线和第二中心轴线的夹角；α表示由于垂直度误差引起的摆线轮轴承孔中心轴线倾斜的角度；表示由于垂直度误差引起的曲柄轴曲拐中心轴线倾斜的角度；β表示摆线轮轴承孔垂直度误差的方向；/>表示曲柄轴偏心曲拐垂直度误差的方向；θ表示曲柄轴转动的角度；

当时，垂直度干涉达到最大，当转臂轴承处于极限载荷时，曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差方向满足/>，其中γ_max为极限载荷的方向，θ_max表示曲柄轴在一个周期内转过的角度，基于/>和，求取当垂直度干涉最大时，摆线轮轴承孔垂直度误差的方向为/>，曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差的方向为/>；当位置度干涉最大时，摆线轮轴承孔的位置度误差的方向为/>，曲柄轴偏心曲拐的位置度误差的方向为/>；则摆线轮对应的选配条件为摆线轮的垂直度误差的方向不在/>和位置度误差的方向不在/>内；曲柄轴对应的选配条件为曲柄轴的垂直度误差的方向不在/>内和曲柄轴的位置度误差的方向不在内。

优选地，基于所述选配条件选配符合的摆线轮和曲柄轴进行装配，包括：

对待检测的摆线轮轴承孔进行形位公差检测，获取摆线轮轴承孔的垂直度误差的方向和位置度误差的方向，筛选垂直度误差的方向不在内且位置度误差的方向不在/>内的摆线轮，作为待装配摆线轮；

对待检测的曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测，获取曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差的方向和位置度误差的方向，筛选垂直度误差的方向不在内且位置度误差的方向不在/>内的曲柄轴，作为待装配曲柄轴；

将待装配摆线轮和待装配曲柄轴进行装配。

本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明建立摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系，同时计算所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵，方便后续对于干涉的计算；对摆线轮轴承孔进行形位公差检测获取摆线轮轴承孔对应的第一中心轴线，对曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测获取曲柄轴偏心曲拐对应的第二中心轴线，利用摆线轮轴承孔和曲柄轴偏心曲拐的中心轴线来替代摆线轮轴承孔的内壁和偏心曲拐的表面，使得分析过程更加简单，减少了计算的复杂性；进而获取第一位置变化向量和第二位置变化向量；基于第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数；并对所述垂直度干涉表示函数进行分析获取选配条件；选配符合选配条件的摆线轮和曲柄轴进行装配，避免转臂轴承出现极限工况—在受到最大负载的同时也受到最大的干涉，本申请避免了转臂轴承的干涉磨损、实现了摆线轮减速器的精密装配，提高了装配效率，保障了成品的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的全局坐标系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的摆线轮局部坐标系和曲柄轴局部坐标系的矩阵转变化原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的摆线轮轴承孔形位公差检测设备示意图；

图5为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的摆线轮轴承孔形位公差检测方法示意图；

图6为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的摆线轮轴承孔形位公差参数转换示意图；

图7为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的曲柄轴偏心曲拐形位公差检测设备示意图；

图8为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的曲柄轴偏心曲拐形位公差检测方法示意图；

图9为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的曲柄轴偏心曲拐形位公差参数转化示意图；

图10为本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的转臂轴承的承载情况示意图。

其中，1表示针齿壳，2表示曲柄轴，3表示摆线轮；4表示标准检测基座、5表示摆线轮定位销，6表示位移传感器，7表示待检测的摆线轮；8表示理想情况下摆线轮轴承孔的中心轴线的位置，9为实际摆线轮轴承孔的上端和下端位移传感器测测得的数据拟合形成的第一拟合圆和第二拟合圆，10为拟合圆圆心的连线，也即是第一中心轴线；11表示曲柄轴定位夹具，12表示待检测的曲柄轴，13表示位移传感器；14表示理想情况下曲柄轴偏心曲拐的中心轴线的位置，15表示曲柄轴偏心曲拐上端和下端分别对应的拟合圆，16表示存在形位公差时，曲柄轴偏心曲拐的实际的中心轴线，也即是第二中心轴线。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的具体方案。

实施例：

本发明的主要应用场景为：

在摆线轮减速器的装配过程中，需要对摆线轮和曲柄轴进行装配，但是由于制造工艺的原因，摆线轮和曲柄轴可能出现形位公差，此时如果不合适的摆线轮和曲柄轴，在运行过程中会对摆线轮减速器造成很大的影响，甚至会影响摆线轮减速器的使用寿命，所以摆线轮和曲柄轴的选配工作是非常重要的。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S1，建立摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系；并根据曲柄轴的转动角度计算所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵。

在对摆线轮减速器的摆线轮和曲柄轴的装配过程中，首选需要选配合适的摆线轮和曲柄轴，使得其干涉合适，不会影响摆线轮减速器的寿命，在使用过程中使得摆线轮减速器能够更加稳定持久的使用。

本发明选用RV20E型摆线轮减速器为例，首先对待检测的摆线轮减速器进行受载分析，结合摆线轮减速器的工作原理和力学原理可以求解得到随着曲柄轴的转动角度θ的变化，转臂轴承的受载大小变化规律和受载方向的变化规律。为避免转臂轴承极限工况的发生，将转臂轴承受到的最大载荷记为F_Qmax，也即是转臂轴承的极限载荷，力的方向记为γ_max，也即是极限载荷的方向，此时转臂轴承承受着最大载荷，曲柄轴在一个周期内转过的角度记为θ_max，需要说明的是转臂轴承转动的角度和曲柄轴转动的角度是相同的。

为了分析摆线轮和曲柄轴在减速器运行过程中的变化规律，需要建立摆线轮减速器的全局坐标系S_M，并根据摆线轮减速器各个零部件的装配关系建立摆线轮的局部坐标系S_B和曲柄轴的局部坐标系S_Q。如图2所示，图中的1表示针齿壳，2表示曲柄轴，3表示摆线轮，O_M、O_B、O_Q分别为全局坐标系S_M、摆线轮的局部坐标系S_B和曲柄轴的局部坐标系S_Q的坐标系的原点，分别位于针齿壳、摆线轮和曲柄轴的几何中心，由于在分析摆线轮和曲柄轴的运动时需要在三维空间内进行分析，因此都为三维坐标系。

需要说明的是，本发明中的所提到的方向都是用角度进行表示的，为与每个对应的坐标系中的X轴的夹角。

进一步的，需要分析曲柄轴转动一定角度时摆线轮和曲柄轴的运动规律，当曲柄轴的转动角度为θ时，分别求取摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵。

具体的，根据图3所示摆线轮和曲柄轴的局部坐标系S_B和S_Q的转换示意图计算得到任意时刻随着曲柄轴转动角度θ的变化，摆线轮和曲柄轴的局部坐标系S_B和S_Q分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵/>，图3为根据摆线轮减速器传动原理所建立的任意时刻随着曲柄轴转动角度θ的变化，在全局坐标系S_M中，摆线轮的局部坐标系S_B和曲柄轴的局部坐标系S_Q二者的位置转换示意图。根据摆线轮减速器的运动原理可知，摆线轮和曲柄轴在减速器运行过程中既有自转，也有公转，两个局部坐标系的运动实际为复合运动。

任意时刻摆线轮的局部坐标系S_B随着θ的变化，转换到了坐标系，同时建立坐标系S_BP，坐标系S_BP为便于计算而设置的辅助坐标系，记为第一辅助坐标系，因此从摆线轮局部坐标系到全局坐标系的转换过程为/>，根据微分几何引论可知这一过程中的第一坐标转换矩阵为/>，图3中的坐标系O_B-X_BY_BZ_B为摆线轮的局部坐标系S_B，O_BP-X_BPY_BPZ_BP为坐标系S_BP，/>为坐标系/>，则第一坐标转换矩阵为/>，其中，θ为任意时刻曲柄轴的转动角度；φ为摆线轮减速器的输出角度，H为摆线轮的厚度,/>表示任意时刻摆线轮的局部坐标系的第一坐标转换矩阵，M_MB表示局部坐标系S_B到全局坐标系S_M的转换矩阵；M_BP表示第一辅助坐标系S_BP到摆线轮的局部坐标系S_B的转换矩阵；/>表示坐标系/>到第一辅助坐标系S_BP的转换矩阵的转换矩阵。

同理，对于曲柄轴对应的局部坐标系，其对应的第二坐标转换矩阵的求取方法，具体为任意时刻曲柄轴的局部坐标系S_Q随着曲柄轴的转动角度θ的变化，转换到了坐标系，同时建立坐标系S_QP，坐标系S_QP为便于计算而设置的辅助坐标系，记为第二辅助坐标系，因此从曲柄轴局部坐标系到全局坐标系的转换过程为/>，根据微分几何引论可知这一过程中的曲柄轴的局部坐标系对应的第二坐标转换矩阵为，坐标系S_Q为图3中的O_Q-X_QY_QZ_Q坐标系，第二辅助坐标系S_QP为图3中的O_QP-X_QPY_QPZ_QP，坐标系/>为图3中的/>，则第二坐标转换矩为，其中，D表示摆线轮轴承孔中心到摆线轮中心的距离，/>为摆线轮减速器的输出角度，/>表示任意时刻曲柄轴的局部坐标系S_Q的第二坐标转换矩阵；M_MQ表示曲柄轴的局部坐标系S_Q到全局坐标系S_M的转换矩阵；M_QP表示第二辅助坐标系S_QP到曲柄轴的局部坐标系S_Q的转换矩阵；/>表示坐标系/>到第二辅助坐标系S_QP的转换矩阵。

至此可以获得摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵。

步骤S2，对摆线轮轴承孔进行形位公差检测获取摆线轮轴承孔对应的第一中心轴线，对曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测获取曲柄轴偏心曲拐对应的第二中心轴线。

本发明是通过研究摆线轮轴承孔和曲柄轴偏心曲拐的中心轴线来代替研究摆线轮轴承孔的内壁和偏心曲拐的表面，通过由于形位公差导致的两条中心轴线的相对位置和夹角在减速器运行过程中的变化来反映转臂轴承受到的运动干涉状况，因此需要对摆线轮轴承孔的中心轴线和曲柄轴偏心曲拐的中心轴线进行分析。

在步骤S1获取了摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵后，需要对待检测的摆线轮和曲线轴偏心曲拐进行形位公差的检测。

首先，需要构建摆线轮的形位公差检查设备，具体如图4所示，包括标准检测基座4、摆线轮定位销5，位移传感器6以及待检测的摆线轮7，待检测的摆线轮定位需要遵守三销定位原则，根据不同的摆线轮确定定位销轴的位置和尺寸，将摆线轮全约束在标准检测基座上，本发明中的标准检测基座为刚性检测底座，利用位移传感器分别在摆线轮轴承孔的上端和下端转动一周，需要说明的是，转动时，位移传感器沿着摆线轮轴承孔的内壁进行转动，如图4所示，转动时，分别需要摆线轮轴承孔上端和下端转动，然后分别进行数据采集，获得位移数据，然后利用所述采集的位移数据进行拟合，获取摆线轮轴承孔上端对应的第一拟合圆和摆线轮轴承孔下端对应的第二拟合圆，第一和第二拟合圆的圆心的连线即为第一中心轴线；理想情况下，摆线轮轴承孔的中心轴线的位置如图5中的8所示，是不存在形位公差的，图5中的9为实际摆线轮轴承孔的上端和下端位移传感器测测得的数据拟合形成的第一拟合圆和第二拟合圆，图5中的10为拟合圆圆心的连线，也即是摆线轮轴承孔实际上轴承孔的中心轴线的位置，也即是第一中心轴线的位置。

在对摆线轮轴承孔的形位公差进行检测后，需要对曲柄轴偏心曲拐的形位公差进行监测，构建曲柄轴偏心曲拐的形位公差检测设备，如图7所示，图7中的11表示曲柄轴定位夹具，12表示待检测的曲柄轴，13表示位移传感器，其检测的方法与检测摆线轮的轴承孔的检测方式大致相同，在检测过程中利用曲柄轴定位夹具对曲柄轴偏心曲拐进行固定，然后利用位移传感器在曲柄轴偏心曲拐的上端和下端转动一周，位移传感器转动时的位置如图7所示，在转动过程中，采集所测得的数据，记为位移数据，分别进行拟合，获得曲柄轴偏心曲拐上端对应的第三拟合圆和曲柄轴偏心曲拐下端对应的第四拟合圆，第三和第四拟合圆的圆心的连线为第二中心轴线。如图8所示，图8中的14表示理想情况下曲柄轴偏心曲拐的中心轴线的位置，15表示曲柄轴偏心曲拐上端和下端分别对应的拟合圆，16表示存在形位公差时，曲柄轴偏心曲拐的实际的中心轴线，也即是第二中心轴线的位置。

需要说明的是，在理想情况下，摆线轮轴承孔的中心轴线L_B和曲柄轴偏心曲拐的中心轴线L_Q在摆线轮减速器的运行过程中始终是重合的，对于在曲柄轴和摆线轮之间配合安装的转臂轴承来说没有运动干涉产生，但是实际生产中零部件的制造误差无法避免，因此将摆线轮轴承孔和曲柄轴偏心曲拐中的形位公差进行参数化转换，来对转臂轴承受到的运动干涉进行具体分析。

进一步的，还需要对第一中心轴线和第二中心轴线的位置矢量进行参数转换，进而分析转臂轴承的运动干涉情况。如图6所示，在摆线轮的局部坐标系S_B中，摆线轮轴承孔的中心轴线L_B由理想情况下，偏移到了第一中心轴线的位置，中心轴线L_B和第一中心轴线/>与局部坐标系中的XOY平面的交点分别为点B和点/>，连接这两点可得矢量/>，/>的模即为摆线轮轴承孔位置度误差的大小L，/>与局部坐标系中X轴正方向的夹角/>即为位置度误差的方向，而/>本身倾斜的角度α表示由于垂直度误差引起的摆线轮轴承孔中心轴线倾斜的角度，倾斜的方向与X轴正方向的夹角β即为垂直度误差的方向。

同理，对于曲柄轴偏心曲拐对应的第二中心轴线，在曲柄轴的局部坐标系S_Q中，理想情况下的曲柄轴偏心曲拐的中心轴线L_Q，偏移到了第二中心轴线的位置，中心轴线L_Q和第二中心轴线/>与局部坐标系中的XOY平面的交点分别为点Q和点/>，连接这两点可得矢量/>，/>的模即为曲柄轴偏心曲拐的位置度误差的大小/>，/>与局部坐标系中X轴正方向的夹角/>即为位置度误差的方向，而第二中心轴线/>本身倾斜的角度/>为表示由于垂直度误差引起的曲柄轴偏心曲拐中心轴线倾斜的角度，倾斜的方向与X轴正方向的夹角即为垂直度误差的方向。由此完成了第一中心轴线和第二中心轴线的参数转换，方便后续基于第一中心轴线和第二中心轴线进行分析。

步骤S3，根据所述第一坐标转换矩阵和第一中心轴线上不重合的两点获取第一位置变化向量，根据所述第二坐标转换矩阵和第二中心轴线上不重合的两点获取第二位置变化向量。

在步骤S2中对摆线轮轴承孔和曲柄轴偏心曲拐进行了形位公差检测，获取第一中心轴线和第二中心轴线，并在其相应的局部坐标系中进行了参数转换，进一步的，需要分析第一中心轴线和第二中心轴线在减速器运动过程中的运动变化规律。

以第一中心轴线为例，获取第一中心轴线上任意一点/>，获取该点的位置矢量；

以第二中心轴线为例，获取第一中心轴线上任意一点/>，获取该点的位置矢量/>；

其中，e表示摆线轮减速器的偏心距离，和/>则表示任一点/>和/>在各自对应的局部坐标系中的纵坐标。

当存在形位公差时，随着曲柄轴的转动角度θ的变化，和/>两点的运动轨迹为：

；

；

这里的运动轨迹是基于两点的位置矢量和其分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵相乘得到的，将其记为运动轨迹向量。

进一步的，为了确定第一中心轴线和第二中心轴线在曲柄轴转动过程中的位置，获取在第一中心轴线上任意选取不重合的两点和/>，获取两点的位置矢量，进而求取两点的运动轨迹向量/>和/>，将两点的运动轨迹向量相减得到第一位置变化向量：

；

在第二中心轴线上任意选取不重合的两点和/>，获取两点的位置矢量，进而求取两点的运动轨迹向量/>和/>，将两点的运动轨迹向量相减得到第二位置变化向量：

；

第一位置变化向量和第二位置变化向量可以用来表示第一中心轴线和第二中心轴线的变化规律，方便后续对于垂直度干涉和位置度干涉的分析。

步骤S4，基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数；并对所述垂直度干涉表示函数进行分析获取选配条件；选配符合选配条件的摆线轮和曲柄轴进行装配。

对于摆线轮和曲柄轴在减速器运行过程中的干涉，可以结合第一位置变化向量和第二位置变化向量进行分析，摆线轮轴承孔和曲柄轴偏心曲拐中心轴线垂直度误差引起的干涉记为垂直度干涉，主要是由于第一中心轴线和第二中心轴线的夹角导致的，将这个夹角记为，垂直度干涉的大小可以通过/>在摆线轮减速器运行过程中的大小变化来反映，而垂直度干涉的大小变化过程可以通过/>的结果来反映；由此求取第一位置变化向量和第二位置变化向量的夹角，具体为：

，

由于曲柄轴的转动角度是不断变化的，为用于表示第一位置变化向量和第二位置变化向量的夹角的多项式，记为垂直干涉度表示函数。

其中，τ表示曲柄轴转动过程中第一中心轴线和第二中心轴线的夹角；α表示表示由于垂直度误差引起的摆线轮轴承孔中心轴线倾斜的角度；表示由于垂直度误差引起的曲柄轴曲拐中心轴线倾斜的角度；β表示摆线轮轴承孔垂直度误差的方向；/>表示曲柄轴偏心曲拐垂直度误差的方向；θ表示曲柄轴转动的角度。

对垂直度干涉表示函数进行分析，可知当时，垂直度干涉满足达到最大的条件，达到最大；影响转臂轴承磨损的因素除了转臂轴承的干涉情况之外，转臂轴承的承载情况也是重要影响因素。转臂轴承的承载情况如图10所示。任意时刻当曲柄轴转过角度为θ时，摆线轮受到负载作用力为F，M为F的作用点，可以将F分解成一个径向分力F_R和切向分力F_T，Q为摆线轮轴承孔的中心，也是转臂轴承的中心，为了平衡摆线轮受到的负载作用力，转臂轴承对摆线轮轴承孔同样有作用力，其中分力F_i用于平衡F_R，分力F_j用于平衡F_T，分力F_k用于平衡F_T产生的力矩。根据受力平衡原则可知，转臂轴承对摆线轮轴承孔的作用力的三个分力实际上就是曲柄轴对转臂轴承的作用力的三个分力。连接转臂轴承的中心Q和摆线轮的中心O_B，先将转臂轴承受到的三个分力F_i，F_j和F_k合成到转臂轴承的径向方向F_r和切向方向F_t上，进一步的将径向力F_r和切向力F_t合成为一个力F_Q，F_Q就是转臂轴承受到总的载荷，方向γ定义为F_Q与F_t之间的夹角，随着曲柄轴转动角度θ的变化，F_Q和γ周期性变化，在一个周期之中某一时刻存在最大载荷F_Qmax，对应的方向记为γ_max，此时曲柄轴转过的角度为θ_max。

需要说明的是，图10中的所有力的方向不代表实际的力的方向，仅是示意，实际过程中力的方向需要进行具体分析获取。

同时当转臂轴承处于极限载荷时，此时转臂轴承受到最大载荷F_Qmax，且与最大干涉的方向相同，结合图10与图9可知，实际上曲柄轴局部坐标系S_Q中的X_Q与转臂轴承的分力F_j同向，Y_Q与分力F_i同向。因此，基于转臂轴承的受载规律可以求解出，当转臂轴承处于极限工况时曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差方向还满足，对和/>进行求解，获取垂直度干涉最大时，摆线轮轴承孔垂直度误差的方向为/>，曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差方向为/>；

由位置度误差造成的转臂轴承运动干涉则是因为运动过程中第一中心轴线和第二中心轴线的相对位置的变化引起的，它们对转臂轴承造成的干涉投影叠加到垂直度误差造成的干涉上，因此当位置度误差的方向与垂直度误差的方向重合时，即、，/>为摆线轮轴承孔的位置度误差的方向，/> 为曲柄轴偏心曲拐的位置度误差的方向，此时位置度干涉也满足达到最大量，此时位置度误差的方向与垂直度干涉同向，满足位置度干涉达到最大量的条件。

本发明是为了避免转臂轴承发生干涉，避免转臂轴承极限工况的发生，也就是避免转臂轴承受到最大载荷的同时受到的干涉量也达到最大，因此由得到的垂直度干涉达到最大时，摆线轮轴承孔垂直度误差的方向，曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差的方向/>，位置度干涉达到最大时，摆线轮轴承孔的位置度误差的方向/>，曲柄轴偏心曲拐的位置度误差的方向/>；进而可以获取摆线轮和曲柄轴对应的选配条件，摆线轮对应的选配条件为垂直度误差方向分别不在/>内和位置度误差的方向不在内；曲柄轴对应的选配条件为垂直度误差的方向不在内和位置度误差的方向不在/>内。

该选配条件表示轴承在工作时的受载区域为半圆，以受到的主要径向载荷的方向为中心向两侧延伸，作用力也向两侧递减；轴承受到干涉时的情况与之类似，轴承上有干涉产生时，受到干涉的区域同样为半圆，以发生最大干涉的部位为中心向两侧延伸，干涉量也向两侧递减。对于某一类确定型号的摆线轮减速器而言，转臂轴承在减速器运行过程中的受载变化规律是固定的，为避免转臂轴承受到最大载荷的同时受到的干涉量也达到最大，因此避免选取形位公差在摆线轮和曲柄轴各自对应的选配条件中的摆线轮和曲柄轴，使得转臂轴承受到的最大载荷方向和发生最大干涉方向的夹角大于等于90°，以延长转臂轴承的寿命。可以基于选配条件对摆线轮减速器进行装配时的摆线轮和曲柄轴进行选配。

具体过程为，在实际装配过程中，对于待检测的摆线轮轴承孔和待检测的曲柄轴偏心曲拐需要进行形位公差的检测，其检测的方法与本发明实施例中描述的检测方法一致，可以获取每个摆线轮轴承孔的垂直度误差的方向和位置度误差的方向，以及每个曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差的方向和位置度误差的方向；

然后，筛选垂直度误差的方向不在内且位置度误差的方向不在/>内的摆线轮，作为待装配摆线轮；

筛选垂直度误差的方向不在内且位置度误差的方向不在内的曲柄轴，作为待装配曲柄轴；将待装配摆线轮和待装配曲柄轴进行装配，就可以得到符合条件的摆线轮减速器。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，该方法包括：

建立摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系；并根据曲柄轴的转动角度计算所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵；

对摆线轮轴承孔进行形位公差检测获取摆线轮轴承孔对应的第一中心轴线，对曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测获取曲柄轴偏心曲拐对应的第二中心轴线；

根据所述第一坐标转换矩阵和第一中心轴线上不重合的两点获取第一位置变化向量，根据所述第二坐标转换矩阵和第二中心轴线上不重合的两点获取第二位置变化向量；

基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数；并对所述垂直度干涉表示函数进行分析获取选配条件；基于所述选配条件选配符合的摆线轮和曲柄轴进行装配；

所述基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数，包括：基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量求取用于表示两个向量的夹角的多项式，所述用于表示两个向量的夹角的多项式为垂直度干涉表示函数；

所述对所述垂直度干涉表示函数进行分析获取选配条件，包括：

所述垂直度干涉表示函数为，

其中，表示曲柄轴转动过程中第一中心轴线和第二中心轴线的夹角；α表示由于垂直度误差引起的摆线轮轴承孔中心轴线倾斜的角度；/>表示由于垂直度误差引起的曲柄轴曲拐中心轴线倾斜的角度；β表示摆线轮轴承孔垂直度误差的方向；/>表示曲柄轴偏心曲拐垂直度误差的方向；θ表示曲柄轴转动的角度；

当时，垂直度干涉达到最大，当转臂轴承处于极限载荷时，曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差方向满足/>，其中γ_max为极限载荷的方向，θ_max表示曲柄轴在一个周期内转过的角度，基于/>和/>，求取当垂直度干涉最大时，摆线轮轴承孔垂直度误差的方向为/>，曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差的方向为/>；当位置度干涉最大时，摆线轮轴承孔的位置度误差的方向为/>，曲柄轴偏心曲拐的位置度误差的方向为/>；则摆线轮对应的选配条件为摆线轮的垂直度误差的方向不在/>和位置度误差的方向不在/>内；曲柄轴对应的选配条件为曲柄轴的垂直度误差的方向不在/>内和曲柄轴的位置度误差的方向不在/>内；

建立全局坐标系，所述全局坐标系的原点为针齿壳的几何中心点；

所述根据曲柄轴的转动角度计算所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系分别对应的第一坐标转换矩阵和第二坐标转换矩阵，包括：

分别建立所述摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系的第一辅助坐标系和第二辅助坐标系；

基于所述摆线轮的局部坐标系、第一辅助坐标系、曲柄轴的转动角度、摆线轮减速器的输出角度、摆线轮减速器的偏心距离和摆线轮的厚度计算获取所述第一坐标转换矩阵；

基于所述曲柄轴的局部坐标系、第二辅助坐标系、曲柄轴的转动角度、摆线轮减速器的输出角度、摆线轮轴承孔中心到摆线轮中心的距离计算获取所述第二坐标转换矩阵；

所述第一坐标转换矩阵包括：任意时刻摆线轮的局部坐标系S_B随着θ的变化，转换到了坐标系，同时建立坐标系S_BP，坐标系S_BP为便于计算而设置的辅助坐标系，记为第一辅助坐标系，因此从摆线轮局部坐标系到全局坐标系的转换过程为/>，根据微分几何引论可知这一过程中的第一坐标转换矩阵为/>；

其中，表示任意时刻摆线轮的局部坐标系的第一坐标转换矩阵，M_MB表示局部坐标系S_B到全局坐标系S_M的转换矩阵；M_BP表示第一辅助坐标系S_BP到摆线轮的局部坐标系S_B的转换矩阵；/>表示坐标系/>到第一辅助坐标系S_BP的转换矩阵；

所述第二坐标转化矩阵包括：任意时刻曲柄轴的局部坐标系S_Q随着曲柄轴的转动角度θ的变化，转换到了坐标系，同时建立坐标系S_QP，坐标系S_QP为便于计算而设置的辅助坐标系，记为第二辅助坐标系，因此从曲柄轴局部坐标系到全局坐标系的转换过程为，根据微分几何引论可知这一过程中的曲柄轴的局部坐标系对应的第二坐标转换矩阵为/>；

其中，表示任意时刻曲柄轴的局部坐标系S_Q的第二坐标转换矩阵；M_MQ表示曲柄轴的局部坐标系S_Q到全局坐标系S_M的转换矩阵；M_QP表示第二辅助坐标系S_QP到曲柄轴的局部坐标系S_Q的转换矩阵；/>表示坐标系/>到第二辅助坐标系S_QP的转换矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，在所述建立摆线轮的局部坐标系和曲柄轴的局部坐标系之前，还包括：

建立全局坐标系，所述全局坐标系的原点为针齿壳的几何中心点；获取转臂轴承极限载荷、极限载荷的方向和转臂轴承承受极限载荷时曲柄轴在一个周期内转过的角度。

3.根据权利要求1所述的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，所述对摆线轮轴承孔进行形位公差检测获取摆线轮轴承孔对应的第一中心轴线，包括：

构建摆线轮轴承孔的形位公差检测设备，包括标准检测基座、摆线轮定位销和位移传感器；利用所述摆线轮定位销将摆线轮全约束在标准检测基座上，利用位移传感器分别在摆线轮轴承孔的上端和下端转动一周，并采集位移数据；利用所述位移数据进行拟合，获取摆线轮轴承孔上端对应的第一拟合圆和摆线轮轴承孔下端对应的第二拟合圆，所述第一拟合圆和第二拟合圆的圆心的连线为第一中心轴线。

4.根据权利要求1所述的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，所述对曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测获取曲柄轴偏心曲拐对应的第二中心轴线，包括：

构建所述曲柄轴偏心曲拐的形位公差检测设备，包括曲柄轴定位夹具和位移传感器；利用所述曲柄轴定位夹具对曲柄轴偏心曲拐进行固定，利用所述位移传感器分别在曲柄轴偏心曲拐的上端和下端转动一周，并采集位移数据；利用所述位移数据进行拟合，获取曲柄轴偏心曲拐上端对应的第三拟合圆和曲柄轴偏心曲拐下端对应的第四拟合圆，所述第三拟合圆和第四拟合圆的圆心的连线为第二中心轴线。

5.根据权利要求1所述的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，所述根据所述第一坐标转换矩阵和第一中心轴线上不重合的两点获取第一位置变化向量，包括：

在第一中心轴线上任意选取不重合的两点，获取两点的位置矢量；分别将两点的位置矢量与第一坐标转换矩阵相乘获得两点的运动轨迹向量；将所述两点的运动轨迹向量相减得到第一位置变化向量。

6.根据权利要求1所述的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，所述根据所述第二坐标转换矩阵和第二中心轴线上不重合的两点获取第二位置变化向量，包括：

在第二中心轴线上任意选取不重合的两点，获取两点的位置矢量；分别将两点的位置矢量与第二坐标转换矩阵相乘获得两点的运动轨迹向量；将所述两点的运动轨迹向量相减得到第二位置变化向量。

7.根据权利要求1所述的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，所述基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量获取垂直度干涉表示函数，包括：

基于所述第一位置变化向量和第二位置变化向量求取用于表示两个向量的夹角的多项式，所述用于表示两个向量的夹角的多项式为垂直度干涉表示函数。

8.根据权利要求1所述的一种摆线轮减速器转臂轴承免干涉零件选配方法，其特征在于，所述基于所述选配条件选配符合的摆线轮和曲柄轴进行装配，包括：

对待检测的摆线轮轴承孔进行形位公差检测，获取摆线轮轴承孔的垂直度误差的方向和位置度误差的方向，筛选垂直度误差的方向不在内且位置度误差的方向不在/>内的摆线轮，作为待装配摆线轮；

对待检测的曲柄轴偏心曲拐进行形位公差检测，获取曲柄轴偏心曲拐的垂直度误差的方向和位置度误差的方向，筛选垂直度误差的方向不在内且位置度误差的方向不在/>内的曲柄轴，作为待装配曲柄轴；

将待装配摆线轮和待装配曲柄轴进行装配。