【正文】 ........... 11 少齒差行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)研究現(xiàn)狀 ....................... 13 國(guó)內(nèi)三環(huán)傳動(dòng)減速器的研究現(xiàn)狀 ......................... 14 2 連桿凸輪減速器的原理分析 ................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 [關(guān)鍵詞 ]： 連桿凸輪減速器；凸輪；擺線針輪； PRO/E 三維建模；運(yùn)動(dòng) 仿真。 運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)向關(guān)系 ...... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 由理論廓線方程推出實(shí)際廓線方程 ........ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 從動(dòng)曲柄 ............................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 4 連桿凸輪減速器的建模 ....................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 ee III 輸入軸的裝配 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。各種機(jī)構(gòu)從廣義上也屬于機(jī)械傳動(dòng)，但機(jī)構(gòu)由于自身的特點(diǎn)，在學(xué)科分類上已作為一獨(dú)立分支學(xué)科 — 機(jī)構(gòu)學(xué) [14]。例如重合度過(guò)小，不僅 限制了其承載能力，而且影響傳動(dòng)平穩(wěn)性；嚙合角過(guò)大，不僅使傳動(dòng)效率降低，而且使轉(zhuǎn)臂軸承壽命顯著縮短；內(nèi)齒輪不能用硬齒面，使得整個(gè)減速器尺寸增大；絕大部分規(guī)格減速器的承載能力取決于熱功率（機(jī)械功率大于熱功率）等等。其目的是為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置的高性能、低成本，一方面適應(yīng)機(jī)械系統(tǒng)性能水平不斷提高的新要求，另一方面是確保在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。采用這些材料可大幅度提高傳動(dòng)系統(tǒng)的承載能力和使用壽命，從而減小傳動(dòng)裝置的體積和重量，降低成本。包括傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)因子的準(zhǔn)確計(jì)ee 4 算和評(píng)價(jià)；摩擦、薄壁效應(yīng)等對(duì)振動(dòng)特性的影響；載荷波動(dòng)及傳動(dòng)誤差對(duì)振動(dòng)特性的影響；傳動(dòng)副、軸、軸承和箱體耦合作用下傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和振動(dòng)控制；傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲傳遞建模及噪聲控制；傳動(dòng)副嚙合齒面三維修形設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)特性及減振降噪、齒間載荷分配及承載能力的關(guān)系等。解 決這一矛盾的方法是采用硬齒面高精度滾齒，這樣既可獲得高精度硬齒面的齒輪，也可大大提高加工效率。 18 世紀(jì)下半葉第一次工業(yè)革命促使了機(jī)械工程學(xué)科的發(fā)展，結(jié)果機(jī)構(gòu)學(xué)在原來(lái)機(jī)械力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一門分支學(xué)科，在對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究過(guò)程中形成了獨(dú)立 的體系和獨(dú)特的內(nèi)容。 現(xiàn)代機(jī)構(gòu)發(fā)展的特征可以歸納為三化：可控化、機(jī)電一體化和智能化。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)研究的對(duì)象主要是考慮拓?fù)浼s束的多體機(jī)械系統(tǒng)，主要內(nèi)容是：揭示機(jī)構(gòu)的組成規(guī)律、機(jī)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征以及它們與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性之間的內(nèi)在聯(lián)系；為建立機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn) 動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)理論提供基本依據(jù)；機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選，即構(gòu)思、發(fā)明新機(jī)構(gòu)，這是機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)中最有意義而且在當(dāng)前又最薄弱的一環(huán)。現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)研究的進(jìn)展相當(dāng)快。拓?fù)潢P(guān)系可以用矩陣（如關(guān)聯(lián)矩陣、鄰接矩陣、割級(jí)矩陣、通路矩陣等）表示，而且既便于運(yùn)算又便于計(jì)算機(jī)生成。完成運(yùn)動(dòng)方程的求解，便可知曉運(yùn)動(dòng)過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)特性的圖形顯示等。近年來(lái)有關(guān)間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)有重要進(jìn)展，內(nèi)容涉及到用混沌現(xiàn)象解釋間隙運(yùn)動(dòng)副脫離接觸時(shí)的動(dòng)力學(xué)行為等。在柔性機(jī)構(gòu)方面，柔性機(jī)構(gòu)發(fā)端于 20 世紀(jì) 70 年代， 1986年普渡大學(xué)的 Her對(duì)柔性機(jī)構(gòu)的概 念體系做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，近 10 年來(lái)有“偽剛體” 模型、“運(yùn)動(dòng)放大法”、“分布柔性”等概念的問(wèn)世。蛇蠕動(dòng)機(jī)理啟發(fā)了沿人體腸道內(nèi)移動(dòng)的仿蛇機(jī)器人，模仿魚擺尾和鳥撲翼產(chǎn) 生“半轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)”，被稱為“小東西”的機(jī)器蟹已經(jīng)用于掃雷實(shí)驗(yàn)。由于 MEMS 工藝上的特點(diǎn)，微機(jī)構(gòu)經(jīng)常被制作在若干平面層上，因此正交平面微型機(jī)構(gòu)也已經(jīng)問(wèn)世了，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（長(zhǎng) 300μ mm，寬 125μ mm，厚 2μ mm）、四連桿機(jī)構(gòu)等。機(jī)構(gòu)的類型由傳統(tǒng)的純剛性構(gòu)件擴(kuò)展為包含多種類型元件的廣義機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)及專家系統(tǒng)成為現(xiàn)代化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的主要手段。在平面與空間連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)研究方面，我國(guó)在世界上占有一席之地，借助軟件，在分析和設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈以及自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)類型方面取得頗豐的成果，如機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)單元及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征研究、主動(dòng)副存在的準(zhǔn)則、活動(dòng)度類型及其判定、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同構(gòu)判定、消極子運(yùn) 動(dòng)鏈判定等。平面與空間連桿機(jī)構(gòu)振動(dòng)力的完全平衡法和振動(dòng)力與振動(dòng)力矩完全平衡法在理論上得到較圓滿的解決，彈性連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性研究也取得進(jìn)展，同時(shí)考慮彈性和運(yùn)動(dòng)副間隙甚至彈流 狀態(tài)的動(dòng)力分析已有初步成果。在新機(jī)構(gòu)的研究方面，特種機(jī)器人為機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新提供了廣闊的天地，我國(guó)有關(guān)單位正在研究開發(fā)水下自主機(jī)器人、步行機(jī)器人、壁面爬行機(jī)器人、主從遙控移動(dòng)作 業(yè)機(jī)械手、管道機(jī)器人、伐樹根機(jī)器人、外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)等。即便有樣機(jī)，研究的連續(xù)性也不夠，急于求成，淺嘗輒止。齒輪減速器是把機(jī)械傳動(dòng)中的原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接起來(lái)，通過(guò)不同齒形和齒數(shù)的齒輪以不同級(jí)數(shù)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定傳動(dòng)比減速（或增速）和起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩的作用，減速時(shí)稱減速器（增速時(shí)稱為增速器）。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)題，也未解決好。生產(chǎn)減速器的廠家有數(shù)百家，年產(chǎn)通 用減速器近百萬(wàn)臺(tái)，年生產(chǎn)總值約 300億元，這些企業(yè)和廠家對(duì)發(fā)展我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品作出了貢獻(xiàn) [13]。 20 世紀(jì) 60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對(duì)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工ee 13 作，發(fā)表過(guò)一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開展了一些工作 [21]。 少齒差行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)研究現(xiàn)狀 少齒差行星齒輪傳動(dòng)是行星齒輪傳動(dòng)中的一種，由一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副，它采用 的是漸開線齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很小，故簡(jiǎn)稱為少齒差傳動(dòng)。這種傳動(dòng)的特點(diǎn)在于 :行星輪的齒廓曲線用凹ee 14 圓弧代替了擺線，輪齒與針齒在嚙合點(diǎn)的曲率方向相同，形成兩凹凸高副接觸。可用于礦山、冶金、石油、化工、橡膠塑料、建筑、起重、運(yùn)輸、食品、輕工等行業(yè)。 由于不可避免的制造安裝誤差及其傳遞功率時(shí)零件的變形 ， 三環(huán)減速器在工作時(shí)各片傳動(dòng)環(huán)板之間的載荷分配不均勻 ,尤其使用在重載高速機(jī)械設(shè)備上 ,輸入速度提高不上去 ,否則機(jī)體振動(dòng)劇烈、噪聲嚴(yán)重 ,影響三環(huán)傳動(dòng)形式的進(jìn)一步推廣。取 972?z 5 初選螺旋角。 ?HNK 。 由表 105 查得 。于是由 14c o o s11 ????? mdzn? 取 271?z ，則 2 ???z 取 。其尺寸為 d? D? T=65mm? 140mm? 36mm，故mmdd 657643 ?? ?? ；而 mmmm dl 82, 6565 ?? ?? 。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。4554 mmd ??齒輪的右端與右端軸承之間采用套筒定位。 ee 29 圖 42 初步選擇滾動(dòng)軸承 . （ 1）因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用 ,故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù) mmd 3521 ??,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承。已知齒輪輪轂的寬度為 90mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段 應(yīng)略短 于輪轂寬度，故取 mml 8554 ?? 。 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 mmmmmzdmzdnn22421814c o s2109c o s555414c o s227c o s2211???????????? mma dd 224552 21 ????? 計(jì)算齒輪寬度 mmb dd ???? ? 圓整后取 mmmm BB 61。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 105 查得 。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式（ 1012）得 ? ? MP aMP aSK HNH ???? ?? ? ? MP aMP aSK HNH ???? ?? （ 11）許用接觸應(yīng)力 ? ? ? ? ? ? MP aHHH 21 ??? ??? 計(jì)算 （ 1）試算小齒輪分度圓直徑 dt1 ? ?031 2 1t HEt d HKT ZZd ? ?? ? ? ????3 24 ?? = 3 3 9 ?? = ? =4 （ 2）計(jì)算圓周速度 v0 smnd t / 11 ?? ????? ??? （ 3）計(jì)算齒寬及模數(shù) 11c o s 4 9 . 5 6tnt mmdm z??? ?? zdm tnt11 cos ? 24 ?? = 24 ? =2mm h= ?ntm ? 2= ?hb （ 4）計(jì)算縱向重合度 ?? ??? ? 1zd ? 1? 24? tan ?14 = （ 5）計(jì)算載荷系數(shù) K。 （ 2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1030 選取區(qū)域系數(shù) ?hz 。 電動(dòng)機(jī)選擇 （倒數(shù)第三頁(yè)里有東東） 選擇電動(dòng)機(jī)類型 選擇電動(dòng)機(jī)容量 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為： ee 16 ?wdPP ? ； 工作機(jī)所需功率 wP 為： 1000FvPw ?； 傳動(dòng)裝置的總效率為： 4321 ????? ? ； 傳動(dòng)滾筒 ?? 滾動(dòng)軸承效率 ?? 閉式齒輪傳動(dòng)效 率 ?? 聯(lián)軸器效率 ?? 代入數(shù)值得： 2244321 ?????? ????? 所需電動(dòng)機(jī)功率為： kWkWFvP d 40100001000 ??? ??? ? dP? 略大于 dP 即可。 但由于該種減速器問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，生產(chǎn)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，目前產(chǎn)品中存在著振動(dòng)、噪聲大，發(fā)熱嚴(yán)重等問(wèn)題。這是因?yàn)橐环矫嬷挥胁捎闷鏀?shù)齒才能利用擺線輪齒高等于兩倍偏心距的特點(diǎn)，以保證每一個(gè)擺線輪都能同時(shí)與針齒相嚙合； 另一方面由于同一減速器的兩個(gè)擺線輪上的柱銷孔和齒廓同時(shí)精加工，采用奇數(shù)齒保證了兩個(gè)擺線輪在同一時(shí)間既能與每一個(gè)柱銷套同時(shí)接觸，又能與針齒（套）相嚙合。漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)以其適用于一切功率、速度范圍和一切工作條件，受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，成為世界各國(guó)在機(jī)械傳動(dòng)方面的重點(diǎn)研究方向之一。漸開線齒輪具有容易加工、維修容易、工藝成熟、裝配方便，中心距改變不影響其正常嚙合等優(yōu)點(diǎn)，因而在齒輪業(yè)中最為常見。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒(méi)有突破，因此，沒(méi)能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。 因此我國(guó)總體水平與國(guó)際水平有較大差距 [21]。 當(dāng)今國(guó)外的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展。 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，改變了制造業(yè)的傳統(tǒng)觀念和生產(chǎn)組織方式。復(fù)雜機(jī)構(gòu)研究的成功還受到傳感器、控制等系統(tǒng)集成技術(shù)的制約。折疊式伸縮臂、冗余度變幾何桁架機(jī)器人也引起我國(guó)學(xué)者的興趣。 20 世紀(jì) 80年代末期進(jìn)行了焊接、噴涂、裝配機(jī)器人以及諧波減速器、十字交叉滾子軸承、伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器等的技術(shù)攻關(guān)。在連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論研究方面，我國(guó)已居世界前列，我國(guó)提出的新方法有：解析法與優(yōu)化法結(jié)合的機(jī)構(gòu)尺度綜合法、機(jī)構(gòu)裝配構(gòu)形與尺度綜合的同倫法、圖譜法、以及采用數(shù)值化圖譜替代傳統(tǒng)的連桿曲線圖譜實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)綜合等等。在這一背景下，一些用于復(fù)雜機(jī)構(gòu)分析的功能強(qiáng)大的軟件相繼問(wèn)世，如數(shù)學(xué)處理軟件 Matlab、 Mathematica、 Mathcad，非線性復(fù)雜分析與設(shè)計(jì)的專用軟件 UG、 ADAMS、 ANSYS，機(jī)器人分析和仿真軟件 ROBCAD、 IGRIP、CimStation 等。貫 穿理論體系的基本思想之一是機(jī)械系統(tǒng)不同層次結(jié)構(gòu)單元、單元間的約束特性、單元所組成的系統(tǒng)的整體特性之間具有內(nèi)在的聯(lián)系和規(guī)律性。隨精確實(shí)現(xiàn)任意給定運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)智能化的要求，受控機(jī)構(gòu)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，其研究對(duì)象包括可調(diào)機(jī)構(gòu)（ adjustable mechanism）、伺服輸入機(jī)構(gòu)（ variable input mechanism）、混合輸入機(jī)構(gòu)（ hybrid mechanism），研究?jī)?nèi)容除受控連桿機(jī)構(gòu)的分析和綜合外，還涉及控制方法、系統(tǒng)和應(yīng)用。目前代表作品是本田公司的雙足步行機(jī)器人 ASIMO，它能以變步速和變步幅在平地行走、轉(zhuǎn)彎、上下樓梯和跨越障礙。在廣義機(jī)構(gòu)方面，光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了液壓、電氣、氣動(dòng)、磁性和光電等元件與機(jī)構(gòu)的融合，ee 8 廣義機(jī)構(gòu)的概念已經(jīng)被廣泛采用，廣義機(jī)構(gòu)類型及組成原理、設(shè)計(jì)方法大大豐富了傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)的內(nèi)容。選取樹狀機(jī)械系統(tǒng)廣義速率的一般方法也已經(jīng)給出 [1,13,5256]。借助運(yùn)動(dòng)特性（如奇異位形）和符號(hào)系統(tǒng)減少?gòu)?fù) 雜機(jī)構(gòu)裝配構(gòu)形計(jì)算量的方法頗受關(guān)注。機(jī)器人的手與手臂豐富了機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)，如按動(dòng)作形態(tài)機(jī)器人手臂可以分為直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、極坐標(biāo)、多關(guān)節(jié)型等。研究范圍涵蓋了對(duì)象的全工作歷程（穩(wěn)態(tài)、