【正文】 ...................... 36 致謝 ................................................................ 37 參考文獻(xiàn) ............................................................ 38 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 課題目的背景及意義 能源緊缺成為世界難題已是不爭的事實(shí)，尤其在近幾年，各國因?yàn)槟茉磫栴}引發(fā)的紛爭不斷升級，這一嚴(yán)峻問題已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。溫家寶總理在政府工作報(bào)告中提出，緩解我國能源 資源和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的矛盾必須立足國內(nèi)，顯著提高能源資源利用效率，這說明提高能源效率已經(jīng)成為解決能源短缺與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展矛盾的重要手段。 一般說來，一個(gè)傳動系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)越復(fù)雜，運(yùn)動副越多，運(yùn)動鏈越長，則各運(yùn)動副中的摩擦損耗越大，傳動效率必然較低。要提高傳動效率、節(jié)約能源，一方面應(yīng)盡量簡化機(jī)械傳動系統(tǒng)，使功率傳遞通過的運(yùn)動副數(shù)目越少越好；另一方面應(yīng)設(shè)法減少運(yùn)動副中的摩擦，如用滾動摩擦代替滑動摩擦等。而現(xiàn)有的多數(shù)減速器都存在著消耗材料和能源較多的問題，對于大傳動比的減速器，該問題更為突出。由于減速裝置被許多企業(yè)廣泛 使用，因此不論在減小體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長使用壽命和提高承載能力以及降低成本等等方面，有所改進(jìn)的話，都將會促進(jìn)資源（包括人力、材料和穗能源）的節(jié)省。 CAD 技術(shù)具有高智力、高效益、知識密集、更新速度快、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)。它是科技領(lǐng)域中的前沿課題之一。 CAD 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科技和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。 CAD 技術(shù)從根本上改變了過去的手工設(shè)計(jì)繪圖，憑圖樣組織整個(gè)生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式，而變成了在計(jì)算機(jī)上交互設(shè)計(jì)，用數(shù)據(jù)文件定義產(chǎn)品。在統(tǒng)一的數(shù)字化產(chǎn)品模型下進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè) 計(jì)、分析計(jì)算、制訂工藝規(guī)程、設(shè)計(jì)工藝裝備、數(shù)控加工、質(zhì)量控制等。我國已充分認(rèn)識到了 CAD技術(shù)的重要地位，已經(jīng)在大力推廣。 國內(nèi)很多軟件商都以“甩掉圖板”為口號促銷其產(chǎn)品，造成很多初學(xué)者以為CAD 不過是代替鉛筆、圓規(guī)和直尺而已。誠然 CAD 固然可以甩掉圖板，大量減輕設(shè)計(jì)者手工設(shè)計(jì)和繪圖的勞動量，但這只是 CAD 最基本的功能而己， CAD 的實(shí)質(zhì)不單是甩掉圖板，更本質(zhì)的是可以幫你省去繁重重復(fù)的工作，幫你進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)理分析，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在還沒生產(chǎn)出來之前就可以得知其合理性，避免造成生產(chǎn)上的損失，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的風(fēng) 險(xiǎn)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，更快地將新產(chǎn)品打入市場，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力，從而解決企業(yè)的根本問題 —— 效率和效益。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 本課題在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造理論的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)出一種新型的減速裝置。它是通過鋼球在兩擺線滾道內(nèi)作純滾動而實(shí)現(xiàn)減速傳動的，具有效率高、重量輕、傳動比大等一系列優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外市場中的潛力很大。特別是我國小型減速器（如航空航天器、醫(yī)療器械等領(lǐng)域）大多依靠進(jìn)口，而本減速器的一個(gè)巨大優(yōu)勢就是可以做超小型的減速器，完全可以填補(bǔ)國內(nèi)市場的空白。并將具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外的減速器，以德 國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍然以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題也未解決好。據(jù)最近報(bào)導(dǎo)，日本住友重機(jī)研制的擺線針輪高精度減速器，意大利 STM 公司研制的 X 系列減速器，在傳動原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相近，都為目前先進(jìn)的減速器。當(dāng)今的減速器正向著大傳動比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還應(yīng)該在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，擺線鋼球傳動原理的出現(xiàn)就是一例。該減速器主要是通 過鋼球在擺線滾道內(nèi)作純滾動而達(dá)到傳動的目的，因而摩擦損耗小，傳動效率很高，結(jié)構(gòu)又相當(dāng)簡單。如果用這種裝置代替蝸桿傳動，就能夠節(jié)約大量的能源。目前，超小型減速器的研究成果尚不多見。在醫(yī)療、生物工程、機(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機(jī)已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機(jī)的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。 國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是小型的減速器問題更加突出，使用壽命 不長。國內(nèi)使用的小型減速器，多從國外（如丹麥、德國等）進(jìn)口，花去不少的外匯。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳動比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。 90 年代初期，國內(nèi)出現(xiàn)的擺線針輪減速器，也是一種擺線減速器，它可實(shí)現(xiàn)較 大的傳動比，傳遞載荷的能力也大，效率亦高。但是擺線針輪減速器也存在針輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，擺線輪加工困難的缺點(diǎn)。國內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)也對雙擺線鋼球傳動中的某些原理做了一些研究工作，發(fā)表過一些研究論文。到目前，在我國減速器市場尚無此減速器， 該項(xiàng)目將會填補(bǔ)此項(xiàng)空白。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 主要研究的內(nèi)容 減速器幾何參數(shù)的計(jì)算與選取 雙擺線鋼球減速器具有傳動比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等特點(diǎn)，但是如果相關(guān)參數(shù)選擇不當(dāng)同樣會影響其減速性能。本文討論了確定擺線波形的基本設(shè)計(jì)參數(shù) nb、 r0和 kl，提出了各幾何、運(yùn)動參數(shù)的選擇原則及其設(shè)計(jì)計(jì)算公式。 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 雙擺線鋼球減速器由殼體、輸入輸出軸、擺線盤、鋼球和軸承幾部分組成，該減速器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：確定減速器的總體布局；確定擺線盤結(jié)構(gòu)尺寸；確定 W 機(jī)構(gòu)尺寸；確定殼體尺寸；選擇軸承型 號。 繪制裝配圖和零件圖 繪制裝配圖和零件圖 一項(xiàng)重要工作，其主要內(nèi)容包括：分析 減速器的整體機(jī)構(gòu)；統(tǒng)計(jì)減速器各零件的尺寸；分析各零件之間的配合關(guān)系。最后繪制出裝配圖和零件圖。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 雙擺線鋼球行星傳動機(jī)構(gòu)的傳動原理及結(jié)構(gòu) 行星傳動的原理及結(jié)構(gòu)類型 在輪系中，如果其中有一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件的軸線的位置不是固定的，而可以繞其它齒輪的固定軸線回轉(zhuǎn)，則這種輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系。如在圖 中，外齒輪 1 和內(nèi)齒輪 3 均可繞固定軸線 O1O2回轉(zhuǎn)。套裝在構(gòu)件 H 上的齒輪 2 既可以繞自身軸線 O2自轉(zhuǎn)，又可 隨構(gòu)件 H 繞 OH 公轉(zhuǎn)。一般稱齒輪 3 為中心輪，齒輪 2 為行星輪，構(gòu)件 H 為系桿。 O 2O 1O 3. O HO 2O 1O 3. O HPA 圖 21 周轉(zhuǎn)輪系的基本結(jié)構(gòu) 對于圖 21(a)自由度為 F=3? 42? 42=2，稱為差動輪系。 21(b)自由度為F=3?32?32=1，稱為形星輪系。 由圖可以看出，基本的行星輪系有三個(gè)基本的構(gòu)件，兩個(gè)中心輪用 K 表示，一個(gè)系桿用 H 表示，簡稱 2KH 機(jī)構(gòu)。在這種機(jī)構(gòu)中，固定兩個(gè)中心輪的任一個(gè)，則運(yùn)動可由另一個(gè)中心輪和系桿隨意輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)傳動的目的。按照行星傳動機(jī)構(gòu)組成的基本要求，可對基本的行星機(jī)構(gòu)三個(gè)基本的構(gòu)件作適當(dāng)?shù)难莼?。如在圖21(b)中，取掉中心輪 3 的任一個(gè)，以系桿Ｈ和行星輪 2 作為主動件或從動件，亦可實(shí)現(xiàn)傳動的目的。但因行星 輪 2 作平面運(yùn)動，動力必須通過能夠傳遞平行軸之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的聯(lián)軸器（偏心輸出機(jī)構(gòu)）來傳遞。一般用 V 表示偏心輸出機(jī)構(gòu)，則畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 把這種行星輪系簡稱 KHV 行星傳動機(jī)構(gòu)，如圖 22 中所示。 O 1V23PO 2HO 3 圖 22 KHV 行星傳動機(jī)構(gòu) 行星輪系傳動比的計(jì)算有好幾種方法，如轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法、角位移變化分析法、列表法等。根椐速度瞬心法亦可方便的求出傳動比。 對于圖 21 中 (b)所示的 2KH 機(jī)構(gòu)，行星輪 2 沿固定齒輪 3 內(nèi)圈作純滾動，則嚙合點(diǎn) P 就是行星輪２的速度瞬心。 輪 1 與輪 2 的嚙合點(diǎn) A 的速度 Va 為： ωAPωAOV 211a ?? 即 r1 ?1 =2r2 ?2 輪 2 與系桿 H 的聯(lián)接點(diǎn) O2 的速度 V02為： ωOOωOPV H212202 ?? 即 ?? Hrrr )( 2122 ?? 由幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系： rrrr 31)( 212 ??? 聯(lián)立以上各式解之： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 r rri HH 1 3111 ????? ZZ131?? 同理，對于圖 22 所示的 KHV 機(jī)構(gòu)，輪 2 與系 桿 H 的聯(lián)接點(diǎn) O2 的速度 V 為： ωOωOO 22H23 PV ?? 即 ?? 2231 )( rrr H ?? r rri HH 2 2322 ???? ?? zzz223?? 式中： r各輪半徑 Z各輪齒數(shù) 由式（ 22）看出，中心輪和行星輪齒數(shù)差愈小，傳動比愈大。與 2KH 機(jī)構(gòu)相比較， KHV 行星傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，而且能獲得較大的傳動比，所以， KHV行星傳動機(jī)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用。在 KHV 行星傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用不同的結(jié)構(gòu)形式嚙合齒廓曲線就形成了不同的 KHV 行星傳動機(jī)構(gòu)。如擺線針輪行星傳動、鏈條圓弧齒傳動，圓弧針齒傳動等。 擺線的形成 按有無包心形成內(nèi)外擺線 如圖 23，設(shè)兩個(gè)大圓（定圓、基圓） O O2半徑為 R R2，兩個(gè)小圓（動圓、滾圓） O O4半徑均為 r0。當(dāng)滾圓 O3在基圓 O1圓周外作純滾動時(shí)，滾圓上點(diǎn)C 的軌跡稱為外擺線，如圖 23(a)所示。 當(dāng)滾圓 O4在基圓 O2圓周內(nèi)作純滾動時(shí)，滾圓上點(diǎn) D 的軌跡稱為內(nèi)擺線，如圖 23(b)所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 θ1O 3Cr 0P 1n 1o 3CR 1θ 3o 1o 2R 2P 2n 2 （ａ）外擺線 （ｂ）內(nèi)擺線 n 1O 1R 1C 1O 3r 0θ 3θ1P 1C 1O 3O 2D 1r oo 4R 2P 2D 1n 2θ 4θ2 （ｃ）短幅外擺線 （ｄ）短幅內(nèi)擺線 圖 23 擺線的形成原理 從圖中可以看出，擺線是以滾圓自轉(zhuǎn)角 θ3 、 θ4 等于 ?2 為周期的循環(huán)曲線。若令 nrRo 111? 、 nrRo 222?。 那么，要在基圓上形成一條封閉的具有 n1 、 n2 個(gè)完整周期的擺線，則 n1 、 n2必須為整數(shù)， n1 、 n2 稱為內(nèi)外擺線波數(shù)。 同時(shí) 也可以看出，滾圓上任何其它的點(diǎn)都不可能形成和 C、 D 的軌跡完全重合的擺線。這表明，按無包心形成內(nèi)外擺線時(shí)，動點(diǎn)數(shù) C、 D 是唯一的。 若在滾圓內(nèi)固結(jié)一點(diǎn) C1(D1)，并使 krDOrCO 1014013 // ?? （短幅系數(shù)），這樣當(dāng)滾圓在基圓上作純滾動時(shí)， C D1點(diǎn)的軌跡稱為短幅擺線，如圖