【正文】 2 ABSTRACT Along with the mechanical manufacturing market petition intensifies, how to improve product quality, speed up product development and reduce leadtime is always a problem with mechanical manufacturing industry. Today39。要提高傳動(dòng)效率、節(jié)約能源，一方面應(yīng)盡量簡化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，使功率傳遞通過的運(yùn)動(dòng)副數(shù)目越少越好；另一方面應(yīng)設(shè)法減少運(yùn)動(dòng)副中的摩擦，如用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦等。它是科技領(lǐng)域中的前沿課題之一。我國已充分認(rèn)識(shí)到了 CAD技術(shù)的重要地位，已經(jīng)在大力推廣。它是通過鋼球在兩擺線滾道內(nèi)作純滾動(dòng)而實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的，具有效率高、重量輕、傳動(dòng)比大等一系列優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外市場中的潛力很大。但其傳動(dòng)形式仍然以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問題也未解決好。該減速器主要是通 過鋼球在擺線滾道內(nèi)作純滾動(dòng)而達(dá)到傳動(dòng)的目的，因而摩擦損耗小，傳動(dòng)效率很高，結(jié)構(gòu)又相當(dāng)簡單。 國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。 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(dòng)比，傳遞載荷的能力也大，效率亦高。 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(dòng)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(huì)影響其減速性能。最后繪制出裝配圖和零件圖。一般稱齒輪 3 為中心輪，齒輪 2 為行星輪，構(gòu)件 H 為系桿。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(dòng)可由另一個(gè)中心輪和系桿隨意輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的目的。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(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖 22 中所示。 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(duì)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(dòng)比愈大。 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(dòng)圓、滾圓） O O4半徑均為 r0。若令 nrRo 111? 、 nrRo 222?。 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(dòng)時(shí)， C D1點(diǎn)的軌跡稱為短幅擺線，如圖（ c）、（ d）所示。 擺線齒廓的嚙合原理 由上一節(jié)可知，擺線可按有包心和無包心兩種方法形成，在滿足一定條件時(shí)，兩種形成法形成的擺線是等效的。這表明，按有包心形成外擺線時(shí)， E E E??等點(diǎn)是等效動(dòng)點(diǎn)。（ 2）由等效點(diǎn) E E E??等形成的擺線在這些點(diǎn)處的法線都通過基圓上的 P 點(diǎn)，也就是說，過等效動(dòng)點(diǎn)的法線必定交于同一點(diǎn)。 O 3r 0O 4O 1O 2動(dòng)圓內(nèi)擺線外擺線動(dòng)點(diǎn)圓R 3R1 圖 26 雙擺線的嚙合過程 按此結(jié)論，一條內(nèi)擺線與一條外擺線必能按行星轉(zhuǎn)動(dòng)原理進(jìn)行嚙合傳動(dòng)。動(dòng)點(diǎn)圓圓心位于兩基圓連心線的中點(diǎn)。為此，把內(nèi)外擺線刻制在兩個(gè)平盤的表面上，配制后組成一條循環(huán)滾道，按動(dòng)點(diǎn)數(shù)放入滾動(dòng)體（鋼球），使內(nèi)外擺線間接嚙合。 θ1XX 1O 1O 2O 2Y 1 YR1R1 圖 27 公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)的關(guān)系 ?2 為動(dòng)圓繞基圓公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角， ? 為動(dòng)圓自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角。 Z CZdZaZb 圖 29 二級(jí)減速器簡化結(jié)構(gòu) 根椐圖 29 可方便的求出二級(jí)雙擺線鋼球行星傳動(dòng)減速器的傳動(dòng)比。以下分別討論各參數(shù)的 選擇原則。 對(duì)于減速器存在的四種結(jié)構(gòu)類型，由機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化法計(jì)算出的傳動(dòng)比計(jì)算式分別是： Vω Vω HHWa (n h)b (n e) 圖 31 一型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 一型： 21??ni bHV 外擺線盤作為固定中心輪，內(nèi)擺線盤作為行星輪，運(yùn)動(dòng)由系桿 H 輸入，由構(gòu)件 V 輸出（見圖 31） Vω Vω HHWa(n h)b(n e) 圖 32 二型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 二型： 2 1??? ni bHV 圖 32 中二型機(jī)構(gòu)中內(nèi)擺 線盤作為固定中心輪，外擺線盤為行星輪。 所以，對(duì)于一型和三型 nb=2i1，對(duì)于三型和四型 nb=12i= 12?i 滾圓半徑 r0 的選擇 1．滿足不干涉條件 當(dāng)擺線波數(shù)一定時(shí)， r0 值增大，基圓半徑 rnr hh 0? 和 rnr cc 0? 的值也隨之增大，減速器的徑向尺寸變大，鋼球分布圓上的周節(jié)就會(huì)增大。所以吩在滿足不干涉條件和鋼球承載力時(shí)，取最小值。在內(nèi)凹部分的 實(shí)際曲率半徑 Pa=P+rr 即為理論廓線曲率半徑與銑刀半徑之和。對(duì)短幅內(nèi)擺線，要求其內(nèi)凹部分的最小曲率半徑大 子銑刀半徑。南與勺一起決定著短幅外擺線的曲率半徑。 短幅系數(shù) k11 時(shí)，短幅外擺線在起止位置處向內(nèi)凹，短幅內(nèi)擺線則向外凸，實(shí)際齒廓在該處不會(huì)產(chǎn)生根切（參見 r0值的討論），而只在外擺線的外凸部分，內(nèi)擺線的內(nèi)凹部分， 且 rrρ? 時(shí)產(chǎn)生根切。由于嚙合點(diǎn)的壓力角各不相同，取最小壓力角與短幅系數(shù)作比較，由圖 36 可見，隨 k1 值的增大，最小壓力角逐漸減小。90176。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 其二，從輸出機(jī)構(gòu)考慮。比較圖 37（ a）和（ b）可以看到：由擺線輪中 Oe(Oh)到個(gè)嚙合點(diǎn)壓力作用線的垂直距離（及力臂）相應(yīng)減小。 結(jié)論 從以上分析可以得出，擺線參數(shù)方程中三個(gè)基本參數(shù)的選擇原則： （ 1） nb值由減速器的結(jié)構(gòu)形式和傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)要求計(jì)算得到。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 總體布局 雙擺線鋼球減速器總體結(jié)構(gòu)可類比擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)滾動(dòng)體為鋼球時(shí)，增 設(shè)軸向預(yù)緊裝置，通過預(yù)壓螺母、圓錐滾子軸承來調(diào)節(jié)；當(dāng)滾動(dòng)體為短圓柱時(shí)，軸向間隙可通過端蓋與殼體問的墊片來調(diào)節(jié)。避免了擺線針輪結(jié)構(gòu)中針輪易折斷的缺點(diǎn)。 （ 3）減速器的 外形結(jié)構(gòu)尺寸主要取決于鋼球直徑和鋼球分布圓直徑的大小，在滿足傳動(dòng)功率的條件下，可實(shí)現(xiàn)減速器的微型化，甚至可以設(shè)計(jì)成一種特制的減速軸承。這種情況一般通過強(qiáng)度計(jì)算保證其在壽命期內(nèi)不至 于出現(xiàn)。因此，擺線鋼球減速器的主要破壞失效形式是嗍： （ 1）擺線槽工作表面的磨損、接觸應(yīng) 力引起的膠合、疲勞點(diǎn)蝕等。因此，零件工作表面應(yīng)達(dá)到較高的硬度。22( dRd wwC m a x ??? （ 10）根據(jù)工作載荷、輸入轉(zhuǎn)速等，校驗(yàn)各接觸面的接觸強(qiáng)度、轉(zhuǎn)臂軸承壽命、輸入輸出軸的強(qiáng)度剛度； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 （ 11）精度等級(jí)按 IT6~8 級(jí)選配； （ 12）殼體內(nèi)腔徑向尺寸 20dC?? 。總傳動(dòng)比分配的一般原則如下 : （ 1）各級(jí)傳動(dòng)比都應(yīng)該在常用的合理范圍內(nèi)，以符合各種傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)，并使結(jié)構(gòu)比較緊湊。 根據(jù)上述原則分配傳動(dòng)比，是一項(xiàng)比較繁雜的工作，往往要經(jīng)過多次測算，擬定 多種方案進(jìn)行比較，最后確定一個(gè)比較合理的方案。 由于球徑系數(shù) 1/s in22 ?? dnRk bbb )/(π，因此可以得出： )/s in(2 ndR bbb ?? 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 )21/sin(2 10?? = 那么 5 4 7 ??? rnR bb 即 ?r 另外 2 ??k 即 4 7 ?? R b 0 ??? r 初步選取 k1＝ ，于是可以得到 ＝ e＝ ，選取 e=。另外，要確定擺線盤的徑向尺寸，必須先知道鋼球的滾動(dòng)半徑 Rb，根據(jù) rnR 0bb ??得出 Rb＝ 21?=? 34mm（ r0 取 ），再參考基圓半徑確定擺線盤的內(nèi)孔、外徑。 球窩最大半徑 AdR ww ?? 2m ax =5+2=7mm 球窩深 2)~(2 dt w? = ~ （取 t2 ＝ 3mm） 鋼球總數(shù) RRZn wbWb m a x2/2)3/2~2/1( ??? 14＜ Zw＜ （取 Zw＝ 12） 到此，減速器主要部件 的基本尺寸已經(jīng)確定，接下來就可以根據(jù)軸承內(nèi)徑確定輸入軸偏心段的直徑，然后依據(jù)軸的設(shè)計(jì)原則，依次確定各段直徑及長度，最終得出減速器各零件的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制 出裝配圖及 零件圖。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。 3．提出了一種復(fù)合齒形擺線盤設(shè)計(jì)和實(shí)體模型構(gòu)造的方法，為擺線盤的三維模型設(shè)計(jì)提供了一種新思路。 3．與有限元軟件結(jié)合進(jìn)行零部件的結(jié)構(gòu)分析。他那樸實(shí)的工作作風(fēng)以及忘我的工作精神是我今后學(xué)習(xí)的榜樣。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 致謝 本文是在黃石理工學(xué)院機(jī)電學(xué)院陳勉舟老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，在近三年的學(xué)習(xí)中，老師敏銳的思想、淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的風(fēng)范、無不讓我感動(dòng) 懷戀。具體有以下幾點(diǎn)： 1．因?yàn)闀r(shí)間有限，沒有研究減速器的潤滑問題。 本文在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造理論的指導(dǎo)下，對(duì)一種新型的“雙擺線鋼球減速器”進(jìn)行了研究，現(xiàn)將本文所做的工作和取得的成果總結(jié)如下： 1．研究了各項(xiàng)參數(shù)對(duì)減速器性能的影響。 它是科技領(lǐng)域中的前沿課題之一。 擺線盤外徑 )2(20 adRD bb ??? ＝ 2（ 39+a） mm88? 取 D0 =90mm 此數(shù)值基本可做為動(dòng)擺線盤（外擺）的徑向結(jié)構(gòu)尺寸，定擺線盤（內(nèi)擺）還得參考減速器整體尺寸來確定。 （ａ）短幅內(nèi)擺線 （ｂ）短幅外接線 圖 42 短幅內(nèi)外擺線 外擺線基圓半徑 nrr ee ?? 0 ，即 =re =，這里取 re ＝ 32mm。外擺波數(shù) ne=2