基于嵌套结构的无级变速器设计与分析

Abstract

目前，机器人关节减速机均为定比传动方式，造成关节电机难以达到峰值效率。基于嵌套结构，提出了一种机器人用紧凑型的无级变速器，通过实时改变传动比，可有效提高电机功率使用效率。首先，开展了变速传动机理研究，得到了传动比相对于行星轮与太阳轮半径之比的关系；设计了嵌套结构以及行星轮、太阳轮板轴向移动系统。其次，推导了行星轮、太阳轮包角、传动比以及金属带径向移动数学模型，基于多刚体动力学仿真软件对变速器的输出速度进行了仿真验证；结果表明，变速器正、反向偏差分别为1.89%、3.87%。最后，制作出变速器的原理样机并搭建转矩实验平台，设定输出转矩为特定值，测试了对应输入转矩；实验显示，测试数值与理论数值相比基本相同，平均传动效率为72.1%，间接验证了理论推导的正确性