工業(yè)機(jī)器人專用減速器地設(shè)計(jì)

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1、word 摘 要 工業(yè)機(jī)器人專用減速器作為重要的機(jī)械傳動部件具有體積小、重量輕、傳動效率高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)全面考慮到運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、多齒嚙合、輪齒均載等運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的要求，從而實(shí)現(xiàn)承載能力高、傳遞效率高、可靠性高和動力學(xué)性能優(yōu)良等指標(biāo)，并且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計(jì)了具有合理結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人專用減速器即擺線針輪行星減速器。 本論文所涉與的科研項(xiàng)目主要通過對擺線針輪行星減速器的主要零件的概念進(jìn)展詳細(xì)闡述，給出了擺線針輪減速器的用途，使用說明以與須知事項(xiàng)。列出了擺線針輪行星減速機(jī)的構(gòu)造即輸出局部，輸入局部。通過對針擺行星傳動減速器傳動工作原理和特點(diǎn)進(jìn)展分析，對針輪輸出機(jī)構(gòu)與針擺行星傳動

2、這種傳動方式進(jìn)展分析，以獲得其理論設(shè)計(jì)和方法。從擺線針輪行星傳動的共同點(diǎn)出發(fā)以與針擺輪行星減速器相對于少齒差行星減速器的優(yōu)點(diǎn)提出針擺行星傳動形式的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 本論文主要從以下方面出發(fā)對擺線針輪行星傳動進(jìn)展了研究:參照傳統(tǒng)針擺行星傳動根本設(shè)計(jì)計(jì)算方法以與對擺線針輪行星傳動主要零部件的根本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對擺線輪、柱銷，針輪進(jìn)展受力分析最終計(jì)算出轉(zhuǎn)臂軸承和各支撐軸承所能承受的載荷大小，完成包括擺線輪、柱銷等主要零件強(qiáng)度校核計(jì)算和軸承的壽命計(jì)算，給出主要零件機(jī)械加工的工藝過程，然后利用CAD畫出了主要零件的草圖和最后的裝配圖。 關(guān)鍵詞：擺線傳動 ； 擺線輪 ； 受力分析

3、 30 / 34 Abstract The cycloid—gear reducer is one of the most important transmission ponents of the pumping unit by its smaller volume，lighter weight and effective transmission. In order to realize four targets which include high transmission efficiency, h

4、igh reliability and the excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive high efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational structure cycloid—gear reducer.

5、By analyzing characteristics and working principle of cycloid drive, and the output pin wheel cycloid drive’s working principle, we obtion the design theory and method of this new kind of reduce. This paper mainly plete works include that provide the design method and plete the prototype design and

6、dynamics analysis of virtual prototype. This paper researches the following aspects of the output pin wheel cycloid drive. First, the basic parameters and dimensions of main parts of the output pin wheel cycloid drive are designed referring to design and calculation methods of the traditional cyclo

7、id drive, and mechanical analysis of the transmission system and the load condition and life of rotary arm bearings and steady bearings of each shafts are calculated, and at the same time the calculations including the strength of cycloid wheel, pins and other major parts are pletes. Then, using CAD

8、 to draw sketches of the main ponents and final assembly drawing. Keywords：Planet—cycloid Reducer; Cycloid ;force analysis 目 錄 摘 要III AbstractIV 目 錄V 1 緒論1 1.1 課題研究的背景和依據(jù)1 1.2 本課題的研究意義1 1.3 課題國外研究現(xiàn)狀與開展趨勢1 2 擺線針輪行星傳動的簡介4 4 2.2 擺線針輪減速機(jī)的用

9、途，使用說明和須知事項(xiàng)4 2.2.1 用途4 2.2.2 使用條件4 2.2.3 潤滑4 2.2.4 安裝5 2.3 擺線針輪行星減速器的構(gòu)造5 2.4 齒廓曲線的形成與其嚙合原理6 2.5 擺線針輪行星傳動的特點(diǎn)與應(yīng)用8 3工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)9 9 3.1.1 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成9 3.1.2 工業(yè)機(jī)器人的根本機(jī)能組成9 3.2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析9 3.2.1 機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)的概念9 10 11 3.3.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求11 12 3.3.3 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)12 4 擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比計(jì)算和傳動特點(diǎn)12 13 14 5

10、擺線針輪行星齒輪傳動設(shè)計(jì)15 15 5.2 第一套擺線針輪加速器的設(shè)計(jì)15 5.2.1 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)與材料15 5.2.2 強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑15 16 5.2.4 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算17 5.2.5 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算18 5.2.6 W輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算19 5.3 第二套擺線針輪減速器的設(shè)計(jì)20 5.3.1 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)與材料20 5.3.2 接觸強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑20 5.3.3 計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸20 5.3.4 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算21 5.3.5 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算22 5.3.6 W輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算22

11、 6行星齒輪傳動輸出軸的軸承選擇24 7 主要零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程25 7.1 擺線輪的加工工藝路線25 7.2 針齒殼的加工工藝路線26 7.3 輸出軸加工工藝26 7.4 偏心套加工工藝27 8結(jié)論與展望29 8.1 結(jié)論................................................................................................................................29 8.2 展望.................................

12、...............................................................................................29 致.30 參考文獻(xiàn)31 1緒論 課題研究的背景和依據(jù) 減速器是連接動力機(jī)局部和工作機(jī)局部的應(yīng)用最為廣泛的通用傳動機(jī)械，行星齒輪減速器對齒輪的齒廓曲線的主要要保證瞬時(shí)傳動比是常數(shù)。目前，滿足這一要求的常用于齒輪傳動的齒廓曲線主要是漸開線和擺線。 1926年L.Braren發(fā)明了擺線針輪減速器，在少齒差行星傳動結(jié)構(gòu)上，將變幅外擺線的側(cè)等距曲線首先用于行星輪廓曲線并且把圓弧作為中心輪齒

13、廓曲線以與漸開線少齒差行星傳動模式，保存Z-X-F類N型行星齒輪傳動。此發(fā)明專利被日本住友公司于1938年買斷，當(dāng)時(shí)日本人執(zhí)行的是“引進(jìn)—消化—創(chuàng)新〞技術(shù)路線。 擺線針輪傳動與普通漸開線齒輪或蝸輪傳動相比的主要優(yōu)點(diǎn)有：高傳動比和高效率，一級減速時(shí)傳動比圍是11～87，兩級減速時(shí)的傳動比圍是20～128；同軸輸出機(jī)構(gòu)重量輕和體積??；傳動平穩(wěn)且噪音低；因?yàn)獒様[傳動同時(shí)嚙合的齒數(shù)要比漸開線齒輪傳動同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，所以承載能力較大，嚙合效率較高。 1.2 本課題的研究意義 減速器是各種機(jī)械設(shè)備中最常見的部件,它的作用是將電動機(jī)轉(zhuǎn)速減少或增加到機(jī)械設(shè)備所需要的轉(zhuǎn)速,擺線針輪行星減速器由于具有減速

14、比大、體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在許多情況下可代替二級、三級的普通齒輪減速器和渦輪減速器，所以使用越來越普與，為世界各國所重視。 擺線針輪行星減速器作為重要的機(jī)械傳動部件具有體積小、重量輕、傳動效率高的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在全面考慮多齒嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的要求，現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動力學(xué)性能等指標(biāo)，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計(jì)了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。 1.3 課題國外研究現(xiàn)狀與開展趨勢 針擺齒輪傳動與普通漸開線齒輪或蝸輪傳動相比的優(yōu)點(diǎn)有：傳動比高和高效率高；同軸輸出結(jié)構(gòu)體積小和重量輕；傳動平穩(wěn)和噪聲低。因?yàn)閿[線針輪傳動同時(shí)嚙合的齒對

15、數(shù)要比漸開線齒輪傳動同時(shí)嚙合的齒對數(shù)多，所以承載能力更大，嚙合效率更高；由于擺線輪以與針輪輪齒均可精磨、淬硬，比漸開線少齒差傳動齒輪的被加工性好，齒面硬度要更高，因而使用壽命更長；擺線輪的加工技術(shù)已經(jīng)成熟，專業(yè)加工設(shè)備齊全，因此擺線輪已納入通用件，在國已做到通用化大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)本錢下降，因此擺線針輪專用減速器當(dāng)前得到廣泛應(yīng)用。擺線針輪減速技術(shù)到現(xiàn)在，雖在品種、規(guī)格等許多方面做了改良，但在本質(zhì)、原理上沒有創(chuàng)新?，F(xiàn)如今擺線針輪減速機(jī)，其原理和結(jié)構(gòu)依然是1926年德國的原型。 圖1.1 擺線針輪減速器的應(yīng)用 　　目前，擺線針輪減速器的研究在國外都得到了積極開展，從1990年開始，住友機(jī)械株

16、式會社在“80系列〞的根底上推出最新“90樣本〞的擺線針輪減速器，它的機(jī)型由15種擴(kuò)大到21種，傳動比由8種擴(kuò)大到16種。我國對日本提高擺線針輪減速器性能的主要措施已進(jìn)展較深入的分析，并且在趕超世界水平的同時(shí)也有了自己的創(chuàng)新成果，如與工程實(shí)際相符的擺線輪與輸出機(jī)構(gòu)受力分析以與對擺線輪齒形的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。 擺線針輪減速器所能傳遞的最大功率為132KW，輸入軸的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min。美國研發(fā)直升飛機(jī)傳動裝置所做的擺線針輪傳動裝置試驗(yàn)樣機(jī)，采用的是四片擺線輪，可以達(dá)到輸入軸動平衡的新結(jié)構(gòu)，輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r/min，傳動功率達(dá)到205KW。 這些年來國對擺線針輪傳動的研究一直在不斷開展

17、，并且也取得了一些成果。主要如下： (1) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)何勝勇對行星擺線針輪減速機(jī)虛擬樣機(jī)的建造與有限元分析進(jìn)展了研究； (2〕工業(yè)大學(xué)于影，于波，建新對擺線針輪行星減速器進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計(jì)； (3〕工程師學(xué)院的戚厚軍建立的2K．v型擺線針輪行星減速器的動力學(xué)模型．是以2K-V6型擺線針輪行星減速器為研究對象，在不改變減速器的外形尺寸與結(jié)構(gòu)的情況下，分析了擺線輪修形和短幅系數(shù)對擺線輪齒嚙合剛度的影響規(guī)律，和傳動系統(tǒng)中的各種零件的剛度與針徑系數(shù)對機(jī)器整機(jī)振動性能的影響； (4〕交通大學(xué)何衛(wèi)東教授主持的國家自然科學(xué)基金資助的項(xiàng)目《高承載能力高傳動效率高可靠性新型針擺行星傳動的研究》的科研成果《

18、雙曲柄四環(huán)板針擺行星傳動》于2005年4月通過鑒定； (5〕大學(xué)呂方教授開發(fā)了一種新型的傳動機(jī)械——長幅外擺線針輪行星傳動減速機(jī)； (6) 鐵道學(xué)院動生采用非線性有限元分析軟件MSCMARC建立了擺線輪與各受力齒接觸模型；首次對針齒和擺線輪齒面接觸進(jìn)展靜態(tài)有限元分析，得出了擺線輪和針齒間的接觸狀態(tài)； (7) 大學(xué)流俊在首次應(yīng)用有限元法取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)展擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并提供了一個(gè)通用的擺線針輪減速機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件包。 (8〕鐵道學(xué)院關(guān)天民和萬朝燕對新型擺線針輪傳動進(jìn)展理論與受力分析； (9) 鐵道學(xué)院關(guān)天民教授提出了一種較為準(zhǔn)確的針擺輪行星傳動銷孔式輸出機(jī)構(gòu)的受力

19、分析理論，利用此理論可以得到整個(gè)工作過程中輸出機(jī)構(gòu)和柱銷的受力情況； (10〕鋼鐵學(xué)院高興蚊、黃秋波對具有雙面支撐輸出機(jī)構(gòu)以與多齒差齒形擺線針輪行星傳動的齒廓曲線形狀和嚙合特性進(jìn)展了理論分析。擺線針輪減速器的開展趨勢是達(dá)到更高的運(yùn)動精度，更高的傳遞功率和更廣的傳動圍。 自20世紀(jì)90年代以來來，在工業(yè)專用機(jī)器人回轉(zhuǎn)裝置選擇中。擺線輪傳動作為一種比擬理想的傳動形式應(yīng)用其中。如日本住友重機(jī)械工業(yè)株式會社研發(fā)成功的機(jī)器人用R．v列，F(xiàn)A系列與FT系列產(chǎn)品均采用了擺線針輪傳動結(jié)構(gòu)形式，由于采用了最新的設(shè)計(jì)理論。從而產(chǎn)品外型美觀大方、結(jié)構(gòu)合理、傳遞功率得到提高。 近年來出現(xiàn)了數(shù)種在擺線針輪行星傳動

20、根底上的新型傳動型式，使其能夠更好適應(yīng)高 精度的運(yùn)動傳遞和控制，用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動、精細(xì)機(jī)床等高精度擺線輪傳動技術(shù)的研究，其中常用的有以下幾種： (1). TWINSPFN減速器近來由斯洛伐克的一家公司推出，這種軸承式減速器不僅能承受非常大的徑向力而且還能承受軸向力，并且使用壽命和傳動效率也有所提高。 (2).RV減速器。RV減速器是近年來由日本帝人公司推出的一種擺線傳動，是由第一級普通漸開線直齒輪減速器局部和第二級針擺輪減速器局部組合成的兩級行星傳動機(jī)構(gòu)。 (3).三片擺線輪減速器，是由日本著名的住友重機(jī)械工業(yè)株式會社推出的產(chǎn)品，在此傳動中采用了三片相互呈角布置的擺線輪結(jié)構(gòu)，增加了擺

21、線輪的數(shù)量提高了傳動效率。 (4).Dojen減速器由美國Mectrol公司生產(chǎn)，傳動機(jī)構(gòu)采用了機(jī)芯式設(shè)計(jì)，每個(gè)針齒都采用懸臂方式，在針齒另一端加工有錐度，和機(jī)殼上的錐孔相配合，能自動定心，不僅能保證順利裝配又能消除全部間隙。 (5).擺線球齒減速器，是一種將外擺線、擺線輪結(jié)合起來的雙擺線減速器，既將針輪改為鋼球齒輪，又將兩擺線輪改為擺線溝槽，因而是擺線針輪減速器的一種變形。 FA高精度減速器是當(dāng)今世界上最新的傳動裝置，它具有體積小．傳動比圍大．壽命長、稽度保持穩(wěn)定、效率高等一系列的優(yōu)點(diǎn)．由于它與機(jī)器人中常用的諧波傳動相比有較高的疲勞強(qiáng)度、大的剛度和長的壽命。兩且回差耪度高，因此FA減速

22、機(jī)在工業(yè)專用機(jī)器人傳動中正在得到越來越廣泛的的應(yīng)用：它還廣泛用于測量裝置，微型大傳動比減速裝置、辦公設(shè)備、擺線傳動裝置，智能住宅傳動裝置等機(jī)械系統(tǒng)中．由于在這些精細(xì)傳動中，通常傳遞的載荷不大，但要求傳動精度高，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確，因而對其傳動鏈的設(shè)計(jì)要求較高。 2 擺線針輪行星傳動的簡介 2.1 擺線針輪的概念 本課題研究的是工業(yè)機(jī)器三自由度手臂采用擺線針輪行星輪傳動的第二和第三臂。擺線針輪行星傳動的齒廓是一種K-H-V行星傳動。行星的齒廓不是線而是擺線。中心齒采用了針輪。 圖2.1 行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡圖 行星齒輪減速機(jī)：主要傳動結(jié)構(gòu)為：

23、行星輪，太陽輪，外齒圈。行星減速機(jī)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)原因單級減速最小為3，最大一般不超過10,常見減速比為:3、4、5、6、8、10,減速機(jī)級數(shù)一般不超過3，膽有大局部減速機(jī)比定制減速機(jī)有4級減速。相對其他減速機(jī)，行星減速機(jī)具有高剛性，高精度，高傳動比，高的扭矩/體積比，終身免維修等特點(diǎn)。因?yàn)檫@些特點(diǎn)，行星減速機(jī)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。 擺線針輪減速機(jī)的用途，使用說明和須知事項(xiàng) 用途 擺線針輪減速機(jī)采用擺線針齒嚙合，行星式傳動原理，所以通常也叫行星擺線減速機(jī)，行星擺線針輪減速機(jī)可以廣泛應(yīng)用于石油、環(huán)保、化工、水泥、輸送、紡織、制藥、食品 、印刷、起重、礦

24、山、冶金、建筑、發(fā)電等行業(yè)，作為驅(qū)動或減速裝置其獨(dú)特的平穩(wěn)結(jié)果在許多情況下可以替代普通圓柱齒輪減速機(jī)與蝸輪蝸桿減速機(jī)，因此行星擺線針輪減速機(jī)在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，受到廣闊用戶的普遍歡迎。 使用條件 〔1〕擺線針輪減速機(jī)允許使用在連續(xù)工作的場合，同時(shí)允許正反兩個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。 〔2) 輸入軸的轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn)/分，在輸入功率大于18.5千瓦時(shí)建議采用960轉(zhuǎn)/分的6級電機(jī)配套使用。 〔3〕臥式安裝擺線針輪減速機(jī)的工作位置均為水平位置。在安裝是最大的水平傾斜角一般小于，在超過時(shí)應(yīng)采用其他措施保證潤滑充足和防止漏油。 〔4〕擺線針輪減速機(jī)的輸出軸不能受較大的軸向

25、力和徑向力，在有較大軸向力和徑向力時(shí)須采取其他措施。 潤滑 〔1) 臥式擺線減速機(jī)在正常情況下采用油池潤滑，油面高度保持在視油窗的中部即可，在工作條件惡劣，環(huán)境溫度處于高溫時(shí)可采用循環(huán)潤滑。 〔2〕擺線針輪減速機(jī)在常溫下一般選用40＃或50＃機(jī)械潤滑油，為了提高減速機(jī)的性能、延長擺線針輪減速機(jī)的使用壽命，建議采用70?；?0＃極壓齒輪油，在高溫情況下高溫情況下工作時(shí)也可應(yīng)重新考慮潤滑油。 〔3〕立式安裝行星擺線針輪減速機(jī)要嚴(yán)防油泵斷油，一防止減速機(jī)的部件損壞。 〔4〕加油時(shí)可旋開幾座上部的通氣帽即可加油。放油時(shí)旋開機(jī)座下部的油塞，即可放出油污，該減速機(jī)出廠

26、時(shí)部無潤滑油。 〔5〕第一次加油運(yùn)轉(zhuǎn)100小時(shí)應(yīng)跟換新油，以后再連續(xù)工作，每半年跟換一次，如果工作條件惡劣可適當(dāng)宿短換油時(shí)間，實(shí)踐證明減速機(jī)的經(jīng)常換油對于延 長減速機(jī)的壽命有著重要作用，在使用過程中應(yīng)經(jīng)常補(bǔ)充潤滑油。 安裝 〔1〕在擺線針輪減速機(jī)的輸出軸上安裝聯(lián)軸器、皮帶輪、鏈輪等連接件時(shí)不允許采用直接錘擊方式，因?yàn)闇p速機(jī)的輸出軸結(jié)構(gòu)不能承受軸向的錘擊力，可用軸端螺孔旋入螺釘壓入聯(lián)結(jié)件。 〔2〕輸出軸輸入軸的軸徑選用GB1568-79配合。 〔3〕減速機(jī)上的吊環(huán)螺釘只限起吊減速機(jī)。 〔4〕在根底上安裝減速機(jī)時(shí)應(yīng)校準(zhǔn)減速機(jī)的安裝中心線標(biāo)準(zhǔn)你高，水平度

27、與其相連局部的相關(guān)尺寸。校準(zhǔn)裝動軸的同心度不應(yīng)超過聯(lián)軸器所允許的圍。 〔5〕減速機(jī)校準(zhǔn)時(shí)可用鋼制墊塊或鑄鐵墊塊進(jìn)展，墊塊在高度方面不超過三塊，膽減速機(jī)校準(zhǔn)后應(yīng)換入平墊塊。 擺線針輪行星減速器的構(gòu)造 行星擺線針輪減速機(jī)全部傳動裝置可分為三局部：輸入局部、輸出局部、減速局部。在輸出軸上安裝有一錯位的雙偏心套，在偏心套上安裝有兩個(gè)滾珠軸承，形成H結(jié)構(gòu)，兩個(gè)擺線輪的中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的真齒輪相嚙合，以組成少齒差嚙合減速機(jī)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上講，擺線針輪行星傳動由四局部組成，即針輪、擺線行星輪、系桿H和輸出機(jī)構(gòu)W。 圖2.2 擺線針輪行星

28、減速器的結(jié)構(gòu)圖 齒廓曲線的形成與其嚙合原理 擺線行星輪的齒廓曲線為短幅外擺線的等距曲線，這種曲線的形成如下列圖。圖中圓1稱為滾圓，半徑為r1；圓2稱為基圓，半徑為r2。將滾圓1套在基圓2上并相對于基圓2作無滑動的純滾動，如此滾圓1上的P在基圓2上所形成的軌跡ec為一條外擺線。而在滾圓外與滾圓相固連的一點(diǎn)M在基圓上所描述的軌跡如此稱為短幅外擺線。 圖2.3 齒輪齒廓齒廓的嚙合原理 上述兩圓純滾動所產(chǎn)生的短幅外擺線是從屬于圓2的，而M點(diǎn)如此是從屬于圓1上的點(diǎn)；如果將和M分別作為圓2與圓1上的齒廓，那么可將圓2、圓1作為保持純滾動的兩個(gè)節(jié)圓，而用曲線和M兩齒廓的嚙合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)兩輪

29、的定傳動比傳動。但是由于與曲線相嚙合的是圓1上的M點(diǎn)，而實(shí)際齒廓不可能做成一點(diǎn)，所以要實(shí)現(xiàn)兩齒廓的嚙合傳動，可以以M點(diǎn)位圓心，以r2為半徑的小圓柱針銷代替M點(diǎn)作為圓1上的齒廓相應(yīng)與之嚙合的圓2上的齒廓將是上述短幅外擺線的等距曲線C1C5.擺線針輪傳動就是一短幅外擺線的等距曲線作為行星2的齒廓，一針銷作為固定中心齒廓1的針齒而形成的一種行星傳動裝置。 當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動一周時(shí)，由于擺線輪上齒廓曲線特點(diǎn)與其受針輪上針齒限制之故，擺線輪的運(yùn)動稱為既有公轉(zhuǎn)，又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時(shí)，偏心套也轉(zhuǎn)動一周，擺線輪由于相反方向上轉(zhuǎn)過一個(gè)齒差從而的到 減速，再借助W輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自

30、轉(zhuǎn)運(yùn)動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。 圖2.4 擺線行星輪的齒廓曲線 由圖中可以看出，在圓滾1開始滾動時(shí)，滾圓上的P點(diǎn)與基圓上的A點(diǎn)相接觸，接著點(diǎn)P將離開基圓，當(dāng)滾圓 滾過一周時(shí)，滾圓上的P點(diǎn)再次與基圓相接觸，接觸點(diǎn)已到了基圓上的B點(diǎn)，從點(diǎn)A到點(diǎn)B是一個(gè)完整的擺線齒廓，從M1到M2也是一個(gè)完整的短幅外擺線齒廓。整個(gè)過程中，滾圓1滾過的弧長為2r1；而基圓滾過的弧長為2+AB。由于是純滾動，故有 〔2.1〕 即

31、 〔2.2〕 式中a為兩輪的中心距 又由于 〔2.3〕 故聯(lián)立〔〕〔〕兩式可解得行星輪的齒數(shù) 〔2.4〕 而針齒的齒數(shù) 〔2.5〕 這說明針輪和擺線行星輪的齒數(shù)差只能為1，即擺線針輪傳動只能是一齒差行星傳動。由于是一齒差行星傳動，故其傳動比。 擺線針輪行星傳動的特點(diǎn)與應(yīng)用 由以上所述可知，擺線針輪行星傳動具有以下主要特點(diǎn): (1) 減速比大。 一級減速比～87，二級，三級串聯(lián)可獲得更大的減速比 〔2) 結(jié)構(gòu)緊湊。 由于采用嚙合行星傳動，加之?dāng)[線行星輪的齒廓曲線為短幅外曲線，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，體積和重量均大大減

32、小。 〔3) 傳動效率高。由于擺線輪和針輪嚙合處輸出機(jī)構(gòu)上均裝有滾套，使工作外表相對滑動小，因此減少了功率損耗；又由于其嚙合角較小，減輕了軸承的載荷，從而提高了效率。其效率一般可達(dá)90～94%。 〔4〕傳動穩(wěn)定，載荷能力較高。由于采用短幅外擺線作為行星輪的齒廓，增大了齒廓的曲率半徑，從而使輪齒的接觸強(qiáng)度得到提高，使其比漸開線少齒差傳動更能承受過載和沖擊。 〔5〕 使用壽命長。 由于擺線輪和針輪均采用優(yōu)質(zhì)材料，又經(jīng)過淬火處理提高了機(jī)械性能；加之針齒上加有套筒，使針齒與擺線輪之間的滾動摩擦減小，故磨損小，壽命長。 〔6〕與漸開線少齒差行星傳動相比，無齒頂相碰和嚙合

33、重疊干預(yù)的現(xiàn)象。 其缺點(diǎn)在于: (1) 制造本錢高。 材料的優(yōu)質(zhì)本質(zhì)就是對材料的要求高，從而增加本錢。 〔2) 加工工藝復(fù)雜。加工擺線輪需要專門的機(jī)床，對裝配工藝也有較嚴(yán)格的工藝要求。 擺線輪行星傳動以其多方面的有點(diǎn)取代了一些笨重龐大的傳動裝置，在機(jī)械傳動中具有與其重要的作用，從而日益受到世界各國的重視，在軍工、礦山、冶金、化工、造船等工業(yè)部門的機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 3工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的組成 工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)組成 工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。 目前具有人工智能系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人即智能

34、機(jī)器人還處于研究實(shí)驗(yàn)階段。而應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的多數(shù)是那些具有執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人。 〔1)執(zhí)行系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成握取工件實(shí)所需的各種運(yùn)動的機(jī)械部件，包括；手部、腕部、臂部，還有機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)。 〔2〕驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力的裝置。采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)有四種；液壓式、氣壓式、電氣式、機(jī)械式。 〔3) 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人或機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它他控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)展工作、并檢測其正確與否。一般常見的為電氣與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控

35、制系統(tǒng)也不斷增加。就其控制方式，可分為分散控制和集中控制兩種類型。假如以控制的運(yùn)動軌跡來分，有兩種；點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制。 圖3.1 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的具體組成圖 工業(yè)機(jī)器人的根本機(jī)能組成 設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人就是通過設(shè)計(jì)，恰好的賦予工業(yè)機(jī)器人某些機(jī)能，以便使機(jī)器人能夠自動的完成給定的操作。從工業(yè)機(jī)器人的研究、使用和開展情況來看，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該具有的機(jī)能可以歸納為三個(gè)方面，即運(yùn)動機(jī)能，控制機(jī)能和檢測、識別機(jī)能。 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析 機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)的概念 目前，世界上已有許多工業(yè)機(jī)器人，其局部屬于“示教再現(xiàn)〞型。如果將這些機(jī)器人稱作第一代，那么，具有一定程度的視覺、觸

36、覺或某些分析、判斷能力的機(jī)器人就屬于第二代了。不少國家正在積極研究具有觀察、觸覺等功能的機(jī)器人，并取得不少成果，但是，真正將這些成果應(yīng)用于實(shí)際的還為數(shù)不多。在實(shí)際生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用的機(jī)器人，示教再現(xiàn)型還是較多。 一般的機(jī)器人，它由機(jī)器人的機(jī)構(gòu)局部、傳感器組、控制局部與信息處理局部構(gòu)成。與其局部有機(jī)器手和移動機(jī)構(gòu)組成；傳感器有測量機(jī)器人自身位置狀態(tài)和速度、加速度的裝置，只要不是自住型移動機(jī)器人，它通常放在與機(jī)器人不同的地方，通過導(dǎo)線連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中，有電動機(jī)驅(qū)動電路、PTP運(yùn)動目標(biāo)點(diǎn)和CP運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)的記憶裝置和定位控制電路等。信息處理裝置通過信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多用于只

37、能機(jī)器人。 如圖該機(jī)器人具有三自由度，與大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右的擺動、臂的上線擺動。該三自由度機(jī)器人的運(yùn)動情況說明如下：首先，由電動機(jī)M1經(jīng)過傳動系統(tǒng)帶動大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，且與大臂相連的所有其他手臂與機(jī)械構(gòu)件也隨大臂一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動；而后另一手臂由電動機(jī)M2直接驅(qū)動作左右擺動；還有，第三臂由電動機(jī)M3直接驅(qū)動作上下擺動。 圖3.2 三軸工業(yè)機(jī)器人效果總圖 3.2.2 機(jī)器人的傳動結(jié)構(gòu) 圖工業(yè)機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu) 第一軸 圖3.4 大臂機(jī)構(gòu)圖 第一臂，也即大臂，該手臂實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，整個(gè)系統(tǒng)由伺服電動機(jī)驅(qū)動。為了實(shí)現(xiàn)傳動的設(shè)計(jì)要求以與機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化

38、設(shè)計(jì)要求，整個(gè)減速系統(tǒng)采用了三級斜齒輪傳動，且所有的斜齒輪都裝在一個(gè)箱體。然而，與一般情況不同的是，第三級斜齒輪直接固定在機(jī)座上，從而使其他的傳動系統(tǒng)繞著它轉(zhuǎn)動，且電動機(jī)又固定在大臂上，所以導(dǎo)致大臂帶著電動機(jī)、減速箱一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 第二軸的結(jié)構(gòu) 該軸實(shí)現(xiàn)第二臂的擺動運(yùn)動。為了減輕重量與結(jié)構(gòu)緊湊，此傳動系統(tǒng)如此采用擺線針輪行星齒輪傳動。這種傳動由減速機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)兩局部組成。減速機(jī)構(gòu)采用由擺線輪，固定針輪和轉(zhuǎn)臂H組成的行星嚙合機(jī)構(gòu)，常用-=1，輸出機(jī)構(gòu)采用由擺線輪上的銷孔和輸出軸銷盤上的銷軸組成的銷孔式W機(jī)構(gòu)，最后的輸出軸直接與第二臂相連，也就是說第二臂就是輸出軸。 第三軸的組成 當(dāng)然

39、，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，第三臂的傳動結(jié)構(gòu)與第二軸的傳動一樣的，采用擺線針輪行星齒輪傳動。 3.3 機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析與總體方案確實(shí)定 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 本次設(shè)計(jì)是針對三軸工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。主要設(shè)計(jì)要求如下： 第一軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角圍0～/s 第二軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角圍0～/s 第三軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角圍0～/s 工作負(fù)荷為：5㎏〔最遠(yuǎn)距離時(shí)〕 最大工作圍：2000㎜ 總體方案確實(shí)定 圖3.5 三自由度機(jī)器人模型圖 本次設(shè)計(jì)的主要容是三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該機(jī)器人的主要功能就是把一個(gè)物體從一個(gè)地方搬到另一個(gè)地

40、方。 圖3.6 機(jī)器人的運(yùn)動見圖 該機(jī)器人的三軸運(yùn)動情況分別是： 第一軸：通過斜齒輪傳動來實(shí)現(xiàn)大臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 第二軸：通過擺線針輪行星齒輪傳動來實(shí)現(xiàn)第二臂的擺動。 第三軸：通過擺線針輪行星齒輪傳動來實(shí)現(xiàn)第三臂的擺動。 3.3.3 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 具體的技術(shù)參數(shù)為： 〔1〕 最大工作直徑：2000㎜； 〔2〕第一軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角圍0～/s; 〔3〕第二軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角圍0～/s; 〔4) 第三軸： 轉(zhuǎn)動角速度/s，轉(zhuǎn)角圍0～/s; (5)工作負(fù)荷為：5㎏〔最遠(yuǎn)距離時(shí)〕; 主要特色：實(shí)現(xiàn)各軸的傳動所采用

41、的機(jī)械都是機(jī)構(gòu)緊湊，傳動效率高，傳動平穩(wěn)，無噪聲；而擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比大。 4 擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比計(jì)算和傳動特點(diǎn) 4.1 擺線針輪行星齒輪傳動的傳動比計(jì)算 擺線針輪行星傳動屬于一種K-H-V型行星傳動，如下列圖 這種傳動一般由減速機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)兩局部組成。減速機(jī)構(gòu)采用由擺線輪C、固定針輪P和轉(zhuǎn)臂H組成的行星嚙合機(jī)構(gòu)，常用,輸出機(jī)構(gòu)采用由擺線輪上的銷孔和輸出軸銷盤上的銷軸組成的孔銷式W機(jī)構(gòu)。 擺線針輪行星齒輪傳動減速機(jī)構(gòu)的傳動比可用行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)求出。這種機(jī)構(gòu)的傳動比為 〔4.1〕 式中-擺線輪C

42、的齒數(shù)； -針輪P的齒數(shù)。 由于帶入式〔〕中得： 〔4.2〕 在輸出機(jī)構(gòu)中，由于擺線針輪裝在中心距為a的偏心套上作行星運(yùn)動，為將擺線輪的運(yùn)動經(jīng)過銷孔和銷軸傳給輸出軸V，擺線輪上的銷孔直徑應(yīng)大于柱銷上的銷套直徑，并取差值經(jīng)過銷孔和銷套是連續(xù)接觸，可將擺線輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動傳給輸出軸V。而且，由于銷孔和銷套中心的連線總是與偏心輪上的偏心線O1O2平行等長，使銷孔中心、銷孔中心、擺線輪中心O1和輸出軸中心O2形成一個(gè)平行四邊形，即⊥O1O2=a，O1⊥O2=。 所以，不管擺線輪和輸出軸轉(zhuǎn)到任何位置，二者的角速度總是相等的，即 嚙合的齒廓形成原理 如下列圖，一半徑r

43、1的圓1作固定圓，用半徑r2的圓2作滾動圓套在固定圓1上，兩圓的中心距離a=r2-r1。當(dāng)滾動圓2繞固定圓1作純滾動是=時(shí)，固結(jié)在滾動圓上的任一點(diǎn)描出的軌跡都稱為外擺線。顯然，當(dāng)滾圓2繞固定圓1滾過全周長2r2時(shí)，該點(diǎn)便形成一條完整的外擺線。這種形成的外擺線的發(fā)方法稱為滾法。如果該點(diǎn)位于滾圓的圓周上，如P1點(diǎn)所示，由P1形成的外擺線P1P2P3P5稱為普通外擺線。當(dāng)該點(diǎn)位于滾圓之外時(shí)，如M1所示，由M1點(diǎn)形成的外擺線M1M3M5稱為短幅外擺線。在擺線針輪行星齒輪傳動中，擺線輪C是以短幅外擺線M1M3M5作為理論齒廓的，而固定針輪P以M1作為理論齒形。但是，實(shí)際針齒不可能做成一點(diǎn)，必須做成半徑為

44、的圓柱形。因而，以擺線輪的理論齒廓上個(gè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓。這些圓的包絡(luò)線C1C5就是擺線輪的實(shí)際齒廓，又稱為短幅外擺線的等距曲線；而針輪的實(shí)際齒廓就是半徑為的圓。 5 擺線針輪行星齒輪傳動設(shè)計(jì) 5.1 針輪行星輪系的材料 為減小傳動尺寸和提高傳動比元件的強(qiáng)度，擺線輪、針齒〔套〕和柱銷〔套〕應(yīng)采用高強(qiáng)度的材料〔如GCr15〕，并用熱處理方法提高工作外表的硬度。偏心套、輸入軸和輸出軸可采用45號剛，其他零件如針齒殼和機(jī)座一般采用鑄鐵和鑄鋼。輪系的主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力如表5-1 表5-1輪系的主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力 零件名稱 推薦材料

45、 硬度 許用應(yīng)力 擺線輪 GCr15 HRC60～64 -- 針齒輪 GCr25SiMn HRC58～62 =850～1200 針齒銷 GCr15 HRC58～62 =850～1200 柱銷 GCr15 HRC58～62 =850～1200 套銷 GCr15 HRC56～60 -- 雙偏心套 45 -- -- 輸入軸 45 HB220～250 -- 輸出軸 45 HB220～250 -- 針齒殼 HT200 HT300 -- -- 機(jī)座 ZG25 ZG25 HT200 -- -- -- --

46、 根據(jù)此表，擺線輪、針齒〔套〕和柱銷〔套〕采用GCr15，而偏心套、輸入軸、輸出軸采用45號鋼，針齒殼采用HT200。 第一套擺線針輪加速器的設(shè)計(jì) 第三臂是采用擺線針輪行星齒輪傳動的，條件，電動機(jī)的功率為P=0.9KW，轉(zhuǎn)速n=1000r/min,傳動比u=66.7,如此設(shè)計(jì)如下： 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)與材料 材料 擺線輪：GCr HRC 60～64 〔針齒固定〕 =67 機(jī)座 針齒殼 HT200 強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑 (1)輸出軸轉(zhuǎn)矩 (2) 選怎短幅系數(shù) 取 表5-2短幅系數(shù)K1薦用值表 《11 13～

47、23 25～59 61～87 K1 (3) 選針齒系數(shù) 5-3針齒系數(shù)K2薦用值表 <12 12～24 24～36 36～60 60～88 K2 取 (4) 合位置系數(shù) (5) 齒寬系數(shù)-擺線輪的齒寬系數(shù)，一般取=0.1～0.2，這里取 (6) 許用接觸應(yīng)力 根據(jù)所選的材料查擺線針輪行星傳動主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力表，查得=850MPa (7) 針齒中心圓半徑 圓整后取=100mm 計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸 (1) 偏心距 a (2) 校正短幅系數(shù) K1

48、 (3) 擺線輪節(jié)圓半徑 (4) 針輪節(jié)圓半徑 (5) 滾圓半徑 (6) 基圓半徑 = (7) 嚙合齒距 (8) 針齒套半徑 (9) 針齒銷半徑 (10) 擺線輪齒頂圓半徑 (11) 擺線輪齒根圓半徑 (12) 擺線輪寬度 圓整后取 =18mm，校正后 (13) 擺線輪齒廓頂切驗(yàn)算 查擺線輪理論齒廓的最小曲率半徑系數(shù)表〔見機(jī)械傳動手冊5-3-1〕，查的，而計(jì)算的<,所以，擺線輪理論齒廓無頂切現(xiàn)象，滿足要求。 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算 (1) 估計(jì)擺線輪孔半

49、徑 =〔0.4～0.5〕=40～50mm (2) 選擇軸承型號尺寸 經(jīng)查表選用502310E C=105000N =71000N D1=97mm d=50mm da=60mm Da=89.6mm a=5mm (3) 名義徑向載荷 R (4) 當(dāng)量動載荷 P -動載荷系數(shù)，一般取=1.2～1.5。 (6) 軸承相對轉(zhuǎn)速 n /min (7) 軸承壽命 因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命》15000h,所以滿足要求。 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算 針齒結(jié)構(gòu)如下列圖： 當(dāng)針輪齒針齒的支承寬度較小時(shí)

50、，如圖針齒銷可視為雙支點(diǎn)簡支梁，承受的集中載荷為擺線輪對銷軸的最大作用力，按式計(jì)算 〔5.1〕 而： 〔5.2〕 針齒銷上作用的最大彎矩為 〔5.3〕 取 得 〔5.4〕 而式中 -擺線輪的寬度 -間隔環(huán)的寬度 -擺線輪與針齒殼側(cè)端面間的間隙 -針齒殼端部壁厚。一般取》》 (1) 針齒結(jié)構(gòu)尺寸 =0.5×18+4+0.5×10=18mm =1.5×18+9+4+0.5×10=45mm (=27-18=9) (2) 最大彎矩 =150MPa (3) 校核彎曲應(yīng)力 因?yàn)?[],所以滿足要求。

51、 W輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算 (1) 銷軸數(shù)目 5-4 W機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目參考表 dp 《100 >100～200 >200～300 >300～400 >400 Zw 6 8 10 12 》12 因?yàn)閐p=200,所以，取=8； (2) 銷軸中心圓半徑 (3) 柱銷直徑 查表： 5-5 W機(jī)構(gòu)柱銷和銷套直徑參數(shù)表 dzw 12 14 17 22 26 32 35 45 55 drw 17 20 26 32 38 45 50 60 75 取dsw=22，drw=32 (4) 柱銷套直徑

52、 =32mm (5) 銷孔壁厚驗(yàn)算 最小孔壁厚不小于[]，[]=0.03×200=6mm 滿足要求 第二套擺線針輪減速器的設(shè)計(jì) 第二臂的傳動采用擺線針輪行星齒輪傳動，條件為，電動機(jī)功率P=4.5KW，轉(zhuǎn)速n=1000,傳動比u=50，如此設(shè)計(jì)如下： 選擇結(jié)構(gòu)形式，齒數(shù)與材料 材料 擺線輪：GCr HRC 60～64 〔針齒固定〕 =50 機(jī)座 針齒殼 HT200 接觸強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑 (1) 輸出軸轉(zhuǎn)矩 mm (2) 初選短幅系數(shù) 根據(jù)針徑系數(shù)K2薦用值，見前面的表，取 (3) 嚙合位置系數(shù) (

53、4) 齒寬系數(shù)-擺線輪的齒寬系數(shù)，一般取=0.1～0.2，這里取 (5) 許用接觸應(yīng)力 根據(jù)所選的材料查擺線針輪行星傳動主要零件的推薦材料和許用應(yīng)力表，查得=850MPa (6) 針齒中心圓半徑 圓整后取=130mm 計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸 (1) 偏心距 a 圓整后取 a=2 mm (2) 校正短幅系數(shù) (3) 擺線輪節(jié)圓半徑 mm (4) 針輪節(jié)圓半徑 (5) 滾圓半徑 (6) 基圓半徑 (7) 嚙合齒距 (8) 針齒套半徑 (10) 針齒銷半徑

54、 =7 mm (11) 擺線輪齒頂圓半徑 (12) 擺線輪齒根圓半徑 (13) 擺線輪寬度 圓整后取 =20 mm,校正后 (15) 擺線輪齒廓頂切驗(yàn)算 查擺線輪理論齒廓的最小曲率半徑系數(shù)表，查得，而計(jì)算的<,所以，擺線輪理論齒廓無頂切現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算 （1） 估計(jì)擺線輪的孔半徑 =〔0.4～0.5〕=52～65 mm (2) 選擇軸承型號尺寸 經(jīng)查表選用502313 C=114600N D=65mm b=33mm da=77mm Da=114.6mm a=7mm (3)

55、名義徑向載荷 R (4) 當(dāng)量載荷 P (5) 軸承相對轉(zhuǎn)速 n /min (6) 軸承的壽命 因?yàn)樗蟮玫妮S承壽命》15000h,所以滿足要求。 5.3.5 針齒銷彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （1） 針齒結(jié)構(gòu)尺寸 〔〕 （2） 最大彎矩 （3） 許用彎曲強(qiáng)度 （4） 校核彎曲應(yīng)力 = 因?yàn)?,所以滿足要求。 W輸出機(jī)構(gòu)銷軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算 (1) 銷軸數(shù)目 因?yàn)閐p=260，由W機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目參考表查得，去=10； (2) 銷軸中心圓半徑 (3) 柱銷直徑

56、查表W機(jī)構(gòu)柱銷和銷套直徑參考表，取=26，=38 (4) 銷孔壁厚驗(yàn)算 最小孔壁厚不小于[]，[ 滿足要求。 6行星齒輪傳動輸出軸的軸承選擇 行星齒輪傳動輸出軸上的軸承主要起支承作用，根據(jù)輸出軸的直徑，第三軸傳動系統(tǒng)中支承用的軸承選用GB285-64中3182120：第二軸傳動系統(tǒng)中支承用的軸承選用GB285-64Z中的31表124。 7 主要零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程

57、擺線輪的加工工藝路線 根據(jù)擺線輪的技術(shù)要求，確定擺線輪的工藝路線如下： 下料→鍛造→球化退火→粗車〔、外圓與兩平面〕→粗鉆銷孔→時(shí)效→半精車→半精鏜銷孔 ─────→銑擺線齒廓→淬火─────────→磨兩平面→磨軸承孔→磨銷孔→磨擺線齒廓─────→倒角。其中標(biāo)記應(yīng)成對打在同一位置，以后的銑齒、磨銷孔、磨齒等工序必須記重疊成對加工。 擺線輪齒的加工方法主要有一下幾種： 〔1〕在滾齒機(jī)上改裝銑削頭用立銑刀銑擺線齒廓這種加工方法是根據(jù)短幅外擺線的第一種形成方法，即外滾法來加工擺線輪齒廓的。 如如下圖所示，當(dāng)滾圓r相對基圓R做純滾動時(shí)，滾圓點(diǎn)M的軌跡就是短幅外擺線。如假如把一個(gè)半徑為

58、的圓的圓心固定在M點(diǎn)上，當(dāng)滾圓r相對于基圓R做純滾動時(shí)即可得到與圓相切的短幅外擺線的等距曲線。 現(xiàn)在假定將半徑為的銑刀裝在M點(diǎn)的位置上，或者說把銑刀安裝在銑削頭的偏心軸套上，其偏心距為a，而將擺線輪毛坯固定在滾齒機(jī)的工作臺上。加工擺線輪齒廓時(shí)，銑刀自轉(zhuǎn)的同時(shí)還饒偏心軸套的中心做偏心轉(zhuǎn)動，工件繞工作臺中心轉(zhuǎn)動。如果偏心軸套的轉(zhuǎn)速〔銑刀偏心運(yùn)動轉(zhuǎn)速〕與工作臺的轉(zhuǎn)速之比滿足/=R/r=,此時(shí)銑刀就將在擺線輪上銑出一條連續(xù)的短幅外擺線的等距曲線，即齒數(shù)為的擺線輪的齒廓曲線。 〔2〕在插齒機(jī)上用半圓頭插刀插齒 這是將插齒機(jī)改裝成靠磨插齒機(jī)對擺線輪進(jìn)展擺線齒廓切削加工的一種方法。其齒廓的形狀

59、是由靠模凸輪的形狀確定的。 〔3〕在Y3280擺線銑齒機(jī)上銑齒 Y3280銑齒機(jī)銑齒是用凸半圓盤狀銑刀，以展成原理對擺線輪齒廓進(jìn)展連續(xù)切削加工的。當(dāng)銑刀的偏心運(yùn)動，與工作臺的分度運(yùn)動滿足一定的比例關(guān)系相對運(yùn)動時(shí)，便可使工作臺上的擺線輪連續(xù)切削出擺線齒廓來。 〔4〕 用專用的擺線齒滾刀在普通滾齒機(jī)上滾齒 這種加工方法是在普通的滾齒機(jī)上，利用特殊設(shè)計(jì)制造的擺線齒形滾刀以展成方法來進(jìn)展擺線輪的擺線齒廓加工的。其原理與具體操作與普通滾齒機(jī)加工漸開線齒輪完全一樣。 它看似一種簡單易行的方法并有較高的生產(chǎn)效率和加工精度，但其擺線齒形滾刀通用性很差，每一種參數(shù)的擺線輪就須一把專門的滾刀，因此要求滾

60、刀數(shù)量很多，特別是對于批量小，規(guī)格多的廠家，將大提高本錢。同時(shí)對于齒數(shù)少、齒距大的滾刀，在設(shè)計(jì)制造上，目前尚存在一定困難。 〔5〕在擺線磨床上磨齒 磨床的工作原理是模擬擺線針輪行星減速器的傳動原理，砂輪相當(dāng)與針齒工作臺上的工件相當(dāng)于做行星運(yùn)動的擺線輪。在加工過程中，砂輪對工件的切削運(yùn)動就相當(dāng)于一個(gè)針齒與擺線輪的嚙合運(yùn)動，砂輪外表修整成針齒半徑R的圓弧，磨削時(shí)砂輪除轉(zhuǎn)動外，還做上下往復(fù)運(yùn)動，因此形成擺線的展成運(yùn)動是由工作臺的行星運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。 7.2 針齒殼的加工工藝路線 根據(jù)針齒殼的技術(shù)要求確定針齒殼的加工工藝如下： 鑄造→清沙→人工時(shí)效→粗車→二次人工時(shí)效→精車→鉆、鏜、鉸針齒銷孔

61、→鉆孔與攻螺紋→銑擺線〔或車孔〕→去毛刺。 在整個(gè)針齒殼的機(jī)械加工過程中，針齒銷孔的加工最為重要。它的加工精度上下將直接影響擺線針輪行星減速器傳動性能的好壞，因此，它就成為針齒殼機(jī)械加工工藝中的關(guān)鍵。另外，針齒殼擺線的加工也是比擬困難的，因?yàn)樗募庸o法在普通機(jī)床上完成，需要在專用設(shè)備上加工。 目前針齒殼針齒銷孔的加工方法很多，主要有以下幾種：臥式雙向加工、立式雙向加工、立式單向深孔加工、臥式單向深孔加工。 7.3 輸出軸加工工藝 根據(jù)輸出軸的技術(shù)要求，確定其加工工藝路線如下： 備料→鍛造→正火→粗車→調(diào)質(zhì)處理→研磨中心孔→精車→磨削→銑鍵槽→鏜軸承孔→鉆、鏜、滾壓柱銷孔→鉆斜孔→去

62、毛刺。 在輸出軸加工中，柱銷孔的加工是其關(guān)鍵所在，柱銷孔加工精度的上下將直接影響擺線針輪行星減速器的傳動質(zhì)量和性能。 輸出軸柱銷孔的加工工藝規(guī)程為： 鉆孔→粗鏜孔→精鏜孔→滾壓。 輸出軸柱銷孔的加工方法有兩種：臥式專用機(jī)床加工與立式鉆床加工。 〔1〕對于機(jī)型號B10、B15的輸出軸可在機(jī)床上直接鉆孔，然后粗鏜，精鏜柱銷孔；對機(jī)型號B15以上的輸出軸可先用磚模鉆孔，然后在專用機(jī)床上粗鏜、精鏜銷孔，最后對柱銷孔冷擠壓即滾壓加工。 粗鏜柱銷孔的切削參數(shù)為： 鏜刀轉(zhuǎn)速：500～1500r/min 加工余量：B10、B15機(jī)型號的輸出軸為0.75～1.5mm；B15以上機(jī)型的輸出

63、軸為2～3mm。 精鏜柱銷孔的切削參數(shù)為： 鏜刀轉(zhuǎn)速：600～1500r/min 刀具材料為硬質(zhì)合金。 滾壓加工的有關(guān)工藝參數(shù)為： 經(jīng)滾壓加工后，其外表粗糙度可減小1～2級以上。 〔2〕在Z535立式鉆床上加工柱銷孔，需在工作臺上配置一縱向滑板，滑板上裝一夾具體，用以上同樣方式安裝夾緊，利用分度盤進(jìn)展柱銷孔的分度。 Z535立式鉆床加工柱銷孔的工藝參數(shù)為： 鉆頭轉(zhuǎn)速：275～590r/min 粗鏜鏜刀轉(zhuǎn)速：400～750r/min 精鏜鏜刀轉(zhuǎn)速：530～1200r/min 鏜刀刀頭材料為硬質(zhì)合

64、金。 7.4 偏心套加工工藝 偏心套的材料通常采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼，其中尤以45優(yōu)質(zhì)碳素鋼最為常用。對于強(qiáng)度高、尺寸小或者有其他特殊要求的偏心套，也可采用合金鋼。 根據(jù)偏心套的技術(shù)要求，確定其加工工藝路線如下： 下料→粗車→調(diào)質(zhì)→精車孔→插鍵槽→精車雙偏心外圓→精鏜雙偏心外圓。 在偏心套的整個(gè)機(jī)械加工過程中，其雙偏心外圓的加工是關(guān)鍵所在。它的加工精度將直接影響到擺線針輪行星減速器的傳動質(zhì)量和性能。 偏心套雙偏心外圓多采用偏心的中心孔心軸在車床上和外圓磨床上進(jìn)展加工的。 當(dāng)偏心距大于4mm 時(shí)，采用有雙偏心中心孔的心軸，利用兩個(gè)偏離心軸中心線對稱180°分布的兩個(gè)中心孔，分別加工偏心套的

65、雙偏心外徑。 當(dāng)偏心距小于4mm時(shí)，只能用有一個(gè)偏心中心孔的心軸。加工偏心套時(shí)，可在加工完一個(gè)偏心外圓時(shí)，從心軸上取下偏心套，將其調(diào)轉(zhuǎn)180°重新裝入心軸上再加工另一個(gè)偏心外圓。為了保證調(diào)頭時(shí)定位的準(zhǔn)確性，可采用圓柱銷做為定位 8結(jié)論與展望 結(jié)論 做完這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，通過理論學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)計(jì)算；我能得到一些結(jié)論： （1） 以前學(xué)的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要完成畢業(yè)設(shè)計(jì)是需要許多廣泛而系統(tǒng)的知識的；除了要熟悉、鞏固以往學(xué)過的根底知識外，還要自己去學(xué)習(xí)、掌

66、握新的知識，虛心向他人請教；通過圖書館等廣泛查閱相關(guān)資料。使我明白要完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)是需要花費(fèi)許多功夫的。 〔2〕 擺線針輪傳動同漸開線少齒差行星傳動一樣，具有減速比大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于冶金機(jī)械、食品工業(yè)、軍工、礦山等領(lǐng)域。此外，與漸開線少齒差行星傳動相比，由于它有近半數(shù)的齒同時(shí)嚙合，因此，它的承載能力更大，使用壽命更長；同時(shí)，它無齒頂相碰和齒廓重疊干預(yù)等問題，具有更大的適應(yīng)性，越來越受世界各國重視。它的主要弱點(diǎn)是工藝復(fù)雜，加工本錢較高；但現(xiàn)在以有所改善。 〔3〕 在擺線針輪減速器裝置的設(shè)計(jì)中：為使擺線輪的承載能力最大，建立了數(shù)學(xué)模型，并用計(jì)算機(jī)求解，選擇了最優(yōu)的齒頂修形參數(shù);在針齒殼的設(shè)計(jì)中，采用了三支點(diǎn)式的齒銷，控制了針齒的彎曲變形;在裝置的布置中，兩片擺線輪成布置，這樣能使軸的受力平衡，減少W機(jī)構(gòu)中軸承的受力，提高該軸承的壽命。 8.2 展望 雖然在畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中存在各種困難，但在導(dǎo)師跟同學(xué)的幫助下最終克制了各種困難完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，并且學(xué)到了許多有用的只是知識。所以我堅(jiān)信通過這次鍛煉，我們在不久的將來將更加輕松地找到我們滿意的工作。