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灵敏度规律 · 传动误差对谐波修形的闭式解

本站唯一一个主题是「我们怎么工作」而不是「减速器怎么工作」的页面 —— 一个假设怎么被数据否掉

本页报的是灵敏度(比值),不是绝对传动误差。 这个区别是实质的:接触刚度 K_HERTZ = 1.6e5未经台架标定的演示值, 绝对传动误差对它敏感,而灵敏度作为比值对它不敏感 —— 所以本页的结论可以用来 定设计空间和排优先级,不能用来承诺整机精度
模型口径:单盘、含间隙的多齿承载分配。不含柱销孔输出机构、曲柄轴承、零件柔度, 也不含制造公差、热变形、装配预紧、油膜。已知力臂偏差 +9.1%(演示样机)/ +2.6%(现役机), 方向非保守(对机架中心取矩而非盘心)。

你的机器

∂TEpp / ∂c₁ = 11.46 ″/µm
一阶谐波修形每加 1 µm,传动误差峰峰值增加这么多角秒

这是闭式解,实时算的

2 × 206.265 / (e · zp)。只依赖 e·zp —— 力臂的尺度。 与针齿分布圆 Rp 无关,与短幅系数 K₁ 无关,与针齿半径 rp 无关。
⚠ 右侧散点是归档的 36 组实测,不是这个滑块算出来的。 滑块只画闭式解 —— 声称和证据是两件事,本页把它们并排放

物理读法

一个间隙扰动产生的转角 = 扰动 ÷ 力臂。而力臂 l ∝ e·z_p。 系数 2 来自峰峰 = 2 × 幅值。
我们一开始猜的是 K₁ —— 下面这两块把它否掉了
同一个 K₁ = 0.20,左边 11.31,右边 45.71。差 4.04 倍。
两块都在把短幅系数 K₁ 从 0.20 扫到 0.90,z_p = 40 固定。 唯一的区别是靠改哪个参数去扫。 如果 K₁ 是支配参数,两条曲线应该重合。
族 B:固定 e = 0.9,拖 Rp
11.31 → 11.33
Rp 从 180 mm 缩到 40 mm,K₁ 从 0.20 抬到 0.90 —— 灵敏度纹丝不动(0.9 倍程内变化 0.2%)
族 A:固定 Rp = 45,拖 e
45.71 → 10.06
e 从 0.225 mm 加到 1.0125 mm,K₁ 同样 0.20 → 0.90 —— 变 4.5 倍

两族对照:灵敏度 vs K₁

族 A(变 e) 族 B(变 Rp 闭式解 2×206.265/(e·z_p) 你的机器(跟随左侧滑块)

紫线必然是横的 —— 闭式解里没有 K₁,而横轴正是 K₁。 那条横线本身就是本页的结论,不只是个定位标记。
红绿两族与散点都是归档的实测数据,不随滑块变(滑块只驱动紫线与左栏那个数)。 它们是这一页的证据,不是它的输出。
「根因必须解释全部现象」 —— 只解释族 A 为什么会变,会漏掉族 B 为什么是平的。 闭式解(蓝)同时穿过两族,K₁ 假设做不到。

闭式解 vs 36 组实测

36 组配置:zp 12–60、e 0.3–1.5 mm、K₁ 0.3–0.85。 中位相对差 1.59%,最差 7.20%(zp = 12)。
误差是系统性的,不是噪声:全部为负(实测低于闭式),且随 zp 单调收敛 —— z=12 时 −7%,z=60 时 −0.3%。那是有限针齿数对谐波的采样效应。 知道误差的形状,比知道它的大小更有用:闭式解在针齿数少时偏保守, 而不是随机失准。

⚠ 高阶谐波不可分离 —— 一个否定结果

k = 2 的增益比在 z=12 是 0.499,在 z=40 是 0.812。试过按 zp/k 归一,不收敛。
c₂ 及以上必须逐个求值,那是 O(ms) 的几次计算,不是 DOE。 这条写出来是为了阻止下一个人假设可分离 —— 给一条假的规律比不给更糟。

这个结论凭什么可信 —— 两份独立实现互证

上面的实测点来自一份独立 Python 参考实现不是从 Julia 引擎移植的。 它按记录在案的实测值定标,逐项对上:
定标过程中出现过一次 1.2% 的偏差,而它有名字 —— 漏了离心惯性项 M_disc·e·ω²·R_p: 0.85 × 0.0015 × 157.08² × 0.06 = 1.888 N·m = 额定的 1.26%, 而接触力严格线性于扭矩。补上之后相对差降到 1.2e-05
有名字的偏差是验证过的模型,没名字的是猜。

这条结论买到了什么,没买到什么

  • 买到了:一阶修形量的敏感度分析不需要 DOE。 标准做法是 Plackett-Burman 或最优拉丁超立方抽样 → 跑几十到几百次多体动力学 → 出 Tornado 图。对 c₁ 而言,那几百次仿真买到的是一个现在有闭式解的数。
  • 买到了:不需要遗传算法。NSGA-II 是给高维、不连续、黑箱问题用的; 这一维是解析的。
  • 没买到:高阶谐波。见上,不可分离。
  • 没买到:绝对传动误差。只有台架标定能把「相对」变成「绝对」 —— RecurDyn 也不行,它的接触刚度同样是选出来的参数。它给的是更多物理, 不是被验证的物理
  • 没买到:最优修形量。本页不给推荐值,与几何设计页同一条纪律 —— 该修多少还取决于公差等级、热变形、装配预紧、受载弹性变形与油膜厚, 这五样本页一样都不算,而它们的量级往往和修形量相当。