【正文】 個(gè)自由度 W=1的組合式諧波齒輪機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為封閉諧波齒輪機(jī)構(gòu)。、按輪齒的嚙合類(lèi)型可分為a. 徑向嚙合式諧波齒輪傳動(dòng) 其特點(diǎn)是：嚙合齒輪副的輪齒是沿著圓柱形柔輪和剛輪的母線方向分布，即其輪齒方向與傳動(dòng)的回轉(zhuǎn)軸線相平行，因此，該諧波傳動(dòng)屬于平面嚙合的齒輪機(jī)構(gòu)。該諧波傳動(dòng)的特點(diǎn)是徑向力較小，內(nèi)力較平衡，對(duì)中性能好；偏心誤差較小。在軍事裝備方面，可用作火炮瞄準(zhǔn)機(jī)的減速裝置、坦克和自行火炮炮塔回轉(zhuǎn)機(jī)的減速器、無(wú)線電通訊天線的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、飛機(jī)螺旋槳的強(qiáng)力諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般情況是：傳動(dòng)比 i值越大，采用諧max波齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效果越好。e第 7 頁(yè) 共 23 頁(yè)j. 可實(shí)現(xiàn)向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。g. 空回量小，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)側(cè)隙傳動(dòng)。當(dāng)正確選擇嚙合參數(shù)時(shí)，柔輪的輪齒相對(duì)于剛輪的輪齒將沿著一條滑動(dòng)路徑很短的軌跡移動(dòng)。在承受載荷情況下，雙波傳動(dòng)同時(shí)嚙合齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的30%～50%；采用三波傳動(dòng)則更多。正因?yàn)橹芯€上各點(diǎn)的起始相位角不同，才使得柔輪的各個(gè)輪齒處于不同的嚙合狀態(tài)。?對(duì)于雙波傳動(dòng)（u=2） ，? ( )是以 為周期的函數(shù)關(guān)系。在旋轉(zhuǎn)波發(fā)生器迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形的過(guò)程中，對(duì)于柔輪上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況簡(jiǎn)述如下：根據(jù)柔輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將柔輪筒體視為一個(gè)圓柱彈性殼體來(lái)進(jìn)行分析。波發(fā)生器的橢圓長(zhǎng)軸比未變形柔輪的內(nèi)圓直徑略大/當(dāng)撥發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)圓時(shí)，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形，而使其變?yōu)闄E圓形。當(dāng)變形波數(shù) u=2，而齒數(shù)差 Z =Z Z =0 (零齒差)時(shí),這種零齒差的齒pbg,諧波齒輪減速器便轉(zhuǎn)化為諧波齒輪連軸器。第 3 頁(yè) 共 22 頁(yè)諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪機(jī)構(gòu)通常由波發(fā)生器 H、柔輪 g和剛輪 b（采用具有剛性齒輪的行星機(jī)構(gòu)相類(lèi)似的符號(hào)來(lái)表示）三個(gè)基本構(gòu)件所組成。選擇更適合諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪形態(tài)，可以有效的提高諧波齒輪傳動(dòng)的精度，延長(zhǎng)諧波齒輪使用壽命，并為以后進(jìn)行的諧波齒輪傳動(dòng)的科研工作和生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。但利用已有的方法類(lèi)似，邊界條件不易確定，建立模型時(shí)要經(jīng)過(guò)較多的簡(jiǎn)化。因此諧波齒輪傳動(dòng)的研究有很廣闊的市場(chǎng)前景。它們可以將反應(yīng)堆或加速器外部的高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部的慢速直線運(yùn)動(dòng),無(wú)需采用隔膜、波紋管和其它類(lèi)型的密封結(jié)構(gòu),就能簡(jiǎn)便可靠地保證有毒、有放射性和其它有害物質(zhì)或高溫高壓下的液體、氣體與外界隔離。例如,國(guó)外在自動(dòng)生產(chǎn)線的精密設(shè)備中,利用傳動(dòng)比為 12的諧波齒輪傳動(dòng)裝置來(lái)自動(dòng)改變精密鍵磨機(jī)的鎖磨頭直徑。如航天飛行器中用太陽(yáng)能天線陣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波齒輪裝置。諧波齒輪傳動(dòng)是20 世紀(jì) 50 年代中期開(kāi)始以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在航空航天等對(duì)機(jī)械傳動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用，但在其使用過(guò)程中也逐漸暴露出其不足之處。新的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換原理、新的嚙合特性，具有撓性構(gòu)件乃是開(kāi)發(fā)這種傳動(dòng)需要專(zhuān)門(mén)理論的原因。由于制造誤差和裝配誤差,普通傳動(dòng)裝置中存在的回差,將造成控制系統(tǒng)對(duì)位置的過(guò)度修正甚至可能產(chǎn)生振蕩,因此對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的要求:體積小、重量輕、減速比大、零回差等,因此具有這些特點(diǎn)以及較高位置精度和重復(fù)精度的諧波齒輪傳動(dòng)裝置被大量地應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)中,其傳動(dòng)精度比漸開(kāi)線齒輪驅(qū)動(dòng)裝置提高了 4倍之多。其終端驅(qū)動(dòng)裝置采用了直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的諧波齒輪傳動(dòng)裝置。礦山隧道運(yùn)輸用的井下轉(zhuǎn)轍機(jī)和醫(yī)療器械高速靈巧的修牙機(jī)。甚至這種機(jī)構(gòu)被一些國(guó)家作為直升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。它的主要特點(diǎn)是將要分析的連續(xù)體變換成離散結(jié)構(gòu)。在三維建模軟件 Pro/ENGINEER中建立柔輪的幾何模型并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后導(dǎo)入到有限元分析軟件 ANSYS中，生成有限元模型。畫(huà)機(jī)械設(shè)計(jì)圖，在根據(jù)要求查找資料，翻閱 pre有關(guān)書(shū)籍，進(jìn)行三維建模，對(duì)柔輪進(jìn)行分析。柔輪的變形波數(shù) u和剛輪 b與柔輪 g的齒數(shù)差 Z =Z Z 的選擇應(yīng)按p柔輪的強(qiáng)度條件和傳動(dòng)比的大小確定。它屬于行星少齒差派生機(jī)構(gòu)。正是由于存在著這種相互的錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，才能把輸入運(yùn)動(dòng)變成為輸出運(yùn)動(dòng)。如下圖所示： 圖 諧波齒輪傳動(dòng)漸開(kāi)線在彈性力學(xué)理論中，通常應(yīng)研究殼體中面上點(diǎn)的位移，即圓周切向的位移 v、徑向方向的位移w和軸向位移 u。而固連于 A點(diǎn)的柔輪的齒將隨 A點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng)，e第 6 頁(yè) 共 23 頁(yè)從而，推動(dòng)剛輪沿著與波發(fā)生器相同的方向旋轉(zhuǎn)。一般單級(jí)諧波齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為 i=60～100。由于諧波機(jī)構(gòu)同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，其輪齒誤差能相互補(bǔ)償一部分。諧波齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率與其結(jié)構(gòu)、加工精度、表面粗糙度和潤(rùn)滑有關(guān)。而且，柔輪的嚙入和嚙出是隨著其本身的變形而逐漸進(jìn)入和退出剛輪齒槽間的，因此，其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊現(xiàn)象。它的缺點(diǎn)如下： a. 諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比下限值較高，當(dāng)采用剛制柔輪時(shí)，其單級(jí)傳動(dòng)比不得小于 60。由上述可見(jiàn)，諧波齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)、蝸桿蝸輪傳動(dòng)等比較，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，而且日益得到人們的重視和廣泛應(yīng)用。該諧波傳動(dòng)的特點(diǎn)是柔輪產(chǎn)生彈性變形時(shí)，其表面應(yīng)力較小，易獲得大的傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率較高。因此，一般大都采用內(nèi)波發(fā)生器的諧波傳動(dòng)。 b. 雙級(jí)諧波齒輪傳動(dòng) 在諧波齒輪傳動(dòng)中，由兩個(gè)簡(jiǎn)單諧波齒輪傳動(dòng)串聯(lián)而成的組合式諧波齒輪機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為雙級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)。、 輪的結(jié)構(gòu)形式剛輪的結(jié)構(gòu)形式，主要有環(huán)行內(nèi)齒剛輪和帶凸緣內(nèi)齒剛輪兩種。W。?d選用同步轉(zhuǎn)速 1460r/min ；4 級(jí) ；型號(hào) 11kW 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取滾筒直徑 mD50?in/???（1）總傳動(dòng)比 ?wmni(2)分配動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比e第 2 頁(yè) 共 23 頁(yè)?ii則低速級(jí)的傳動(dòng)比 電機(jī)端蓋組裝 CAD 截圖 圖 電機(jī)端蓋 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 電動(dòng)機(jī)軸 mNrkWnPTpmd?? 高速軸 mNrkWnpTmd ?????e第 3 頁(yè) 共 23 頁(yè) 中間軸 mNrr kWnpTi ????????? 低速軸 mNrkWnpTi ????????? 滾筒軸 mNr kWnpTi ???????e第 4 頁(yè) 共 23 頁(yè) 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1按傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。?hz（3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1026 查得 ， ，??70?。已知使用系數(shù) 根據(jù) v= m/s,7 級(jí)精度，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 108,A查得動(dòng)載系數(shù) 。?SaSa（6）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1024c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 ；MPaFE01??MPFE3802?（7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1018 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，?KFN；（8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。2低速級(jí)取 m=3。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度ml854?? ，故取 h=6mm ，則軸環(huán)處的直徑 。其尺寸為 d D*T=35mm 72mm ，故??， ；6521??（2）取安裝低速級(jí)小齒輪處的軸段 23 段的直徑 ；齒md4532???輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。按 查表查得平鍵截面d54?b*h=22mm 14mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離 l=30mm，故取 。e第 19 頁(yè) 共 23 頁(yè)2在對(duì)話框中單擊 按鈕，然后將齒輪的各參數(shù)依次添加到參數(shù)列表框中，具體內(nèi)容如圖54所示，完成齒輪參數(shù)添加后，單擊“確定 ”按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。然后在記事本窗中選取“文件” “保存”選項(xiàng)保存設(shè)置。圖 518鏡像齒廓曲線（6）創(chuàng)建齒根圓實(shí)體特征1在右工具箱中單擊 按鈕打開(kāi)設(shè)計(jì)圖標(biāo)版。圖 524依次選取的 菜單2選取“平移”方式，并選取基準(zhǔn)平面 FRONT作為平移參照，設(shè)置平移距離為“B”，將曲線平移到齒坯的另一側(cè)。2在“掃描混合”操控面板內(nèi)單擊“參照”按鈕，系統(tǒng)彈出“參照”上滑面板，如圖 630所示。圖 536 旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置 圖 537復(fù)制生成的第二個(gè)輪齒2單擊復(fù)制特征工具欄中的“變換” ，在“設(shè)置”下拉菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng)，“方向參照”選取軸 A_1，可在模型數(shù)中選取，也可以直接單擊選擇。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法， ，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。.[7][M]. 北京。在此，謹(jǐn)向 e 老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 本論文的順利完成，離不開(kāi)各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。最后單擊 按鈕，完成輪齒的復(fù)制，生成如圖 637所示的第 2個(gè)輪齒。4在繪圖區(qū)單擊選取分度圓上的投影線作為掃描混合的掃引線，如圖 531示。最后生成如圖 526所示的另一端齒廓曲線。2在右工具箱中單擊 按鈕打開(kāi)“類(lèi)型”對(duì)話框，選擇其中的“環(huán)”單選e第 24 頁(yè) 共 23 頁(yè)按鈕，然后在工作區(qū)中選擇圖 519中的曲線 1作為草繪剖面。參照設(shè)置如圖 510所示。選擇 FRONT 基準(zhǔn)平面作為草繪平面，繪制如圖 54所示的任意尺寸的四個(gè)圓。按 查表查得平鍵截面d54?b*h=14mm*9mm ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 L=45mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，67nH選用平鍵為 14mm 9mm 70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為 m6。齒輪的右端采用l90軸肩定位，軸肩高度 ，故取 h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。ml565??4）軸承端蓋的總寬度為 20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定） 。30z由 ?i ?874???bd9013??圓整后取 mB5,34?e第 9 頁(yè) 共 23 頁(yè)表 1 高速級(jí)齒輪：計(jì) 算 公 式名　　稱(chēng)代號(hào) 　　　小齒輪 大齒輪模數(shù) m 2 2壓力角 ?20 20分度圓直徑d =2 27=54zm1??=2 109=218zdm2??齒頂高 ha 12?haa齒根高 f )()(1 ??cff齒全高 h a*2??齒頂圓直徑 da*1()aamz??mhzdaa)2(*2?表 2 低速級(jí)齒輪：計(jì) 算 公 式名　　稱(chēng)代號(hào) 　　　小齒輪 大齒輪模數(shù) m 3 3壓力角 ?20 20分度圓直徑d =3 27=54zm1??=2 109=218zdm2??齒頂高 ha 21aah?齒根高 f )()(1 ??cff齒全高 h a*2??齒頂圓直徑 da*1()aamz??mhzdaa)2(*2?e第 10 頁(yè) 共 23 頁(yè)4.　軸的設(shè)計(jì) 低速軸 求輸出軸上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩p3n3T3 若取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)的效率,則 mNrkWnpTi ????????? 求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 mmzd4014???NNFTtantrt ????????圓周力 ,徑向力 及軸向力 的t rFa 初步確定軸的最小直徑 45鋼,《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 153,取 ,于是得120? ????輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 .為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸d12器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào).聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 , 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則:TKAca3? ?KAmNmNTAca ????按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50142022或手冊(cè),cae第 11 頁(yè) 共 23 頁(yè)選用 LX4型彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器,其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為 2500000 .半聯(lián)軸器的孔徑mN? ,故取 ,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=112mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔md51?md5021??長(zhǎng)度 .L84 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）擬定軸上零件的裝配方案 圖 41（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度