工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用減速器的設(shè)計(jì)

I 摘 要 工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用減速器 作為重要的機(jī)械傳動(dòng)部件具有體積小、重量輕、傳動(dòng)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(dòng)學(xué)和動(dòng)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(dòng)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(zhuān)用減速器即 擺線針輪行星減速器。 本論文所涉及的科研項(xiàng)目主要通過(guò)對(duì)擺線針輪行星 減速器 的 主要零件的 概念進(jìn)行詳細(xì)闡述， 給 出了擺線針輪減速 器 的用途，使用說(shuō)明 以及 注意事項(xiàng)。 列 出了擺線針輪行星減速 機(jī) 的構(gòu)造即輸出部分，輸入部分。通過(guò) 對(duì)針擺行星傳動(dòng)減速器傳動(dòng)工作原理 和 特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)針輪輸出 機(jī)構(gòu)及 針擺行星傳動(dòng)這種傳動(dòng)方式進(jìn)行分析，以獲得其理論 設(shè)計(jì) 和方法。從 擺線針輪 行星傳動(dòng)的共同點(diǎn)出發(fā) 以及 針擺輪行星減速器相對(duì)于少齒差行星 減 速器的 優(yōu)點(diǎn)提出針擺行星傳動(dòng)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(duì) 擺線針輪行星 傳動(dòng)進(jìn)行了研究 :參照傳統(tǒng)針擺行星傳動(dòng)基本設(shè)計(jì)計(jì)算方法 以及 對(duì) 擺線針輪行星 傳動(dòng)主要零部件的基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì) 擺線輪、柱銷(xiāo)，針輪 進(jìn)行受力分析 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(xiāo)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(guò)程，然后利用 CAD 畫(huà)出了主要零件的草圖和最后的裝配圖。 關(guān)鍵詞 ： 擺線傳動(dòng) ； 擺線輪 ； 受力分析 V Abstract The cycloidgear reducer is one of the most important transmission components of the pumping unit by its smaller volume， lighter weight and effective transmission. In order to realize four targets which include high transmission efficiency, high 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 cycloidgear reducer. By analyzing characteristics and working principle of cycloid drive, and the output pin wheel cycloid drives working principle, we obtion the design theory and method of this new kind of reduce. This paper mainly complete works include that provide the design method and complete the prototype design and 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 cycloid 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 completes. Then, using CAD to draw sketches of the main components and final assembly drawing. Keywords： Planetcycloid Reducer； Cycloid ；force analysis VI III 目 錄 摘 要 . III Abstract . IV 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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) . 1 2 擺線針輪行星傳動(dòng)的簡(jiǎn)介 . 4 2.1 擺線針輪的概念 . 4 2.2 擺線針輪減速機(jī)的用途，使用說(shuō)明和注意事項(xiàng) . 4 2.2.1 用途 . 4 2.2.2 使用條件 . 4 2.2.3 潤(rùn)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 齒廓曲線的形成及其嚙合原理 . 6 2.5 擺線針輪行星傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 . 8 3 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) . 9 3.1 工業(yè)機(jī)器人的組成 . 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)器人的基本機(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 3.2.2 機(jī)器人的傳動(dòng)結(jié)構(gòu) . 10 3.3 機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析及總體方案的確定 . 11 3.3.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 . 11 3.3.2 總體方案的確定 . 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(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算和傳動(dòng)特點(diǎn) . 12 4.1 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算 . 13 4.2 嚙合的齒廓形成原理 . 14 5 擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 15 5.1 針輪行星輪系的材料 . 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)及材料 . 15 V IV 5.2.2 強(qiáng)度計(jì)算針齒中心圓半徑 . 15 5.2.3 計(jì)算擺線輪和針輪的幾何尺寸 . 16 5.2.4 轉(zhuǎn)臂軸承的選擇計(jì)算 . 17 5.2.5 針齒銷(xiāo)彎曲強(qiáng)度計(jì)算 . 18 5.2.6 W 輸出機(jī)構(gòu)銷(xiāo)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)及材料 . 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(xiāo)彎曲強(qiáng)度計(jì)算 . 22 5.3.6 W 輸出機(jī)構(gòu)銷(xiāo)軸彎曲強(qiáng)度計(jì)算 . 22 6 行星齒輪傳動(dòng)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 .29 致謝 . .30 參考文獻(xiàn) . 31 工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用減速器的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 課題研究的背景和依據(jù) 減速器是連接動(dòng)力機(jī) 部分 和工作機(jī) 部分 的應(yīng)用 最為 廣泛的通用傳動(dòng)機(jī)械， 行星 齒輪減速器對(duì)齒輪的齒廓曲線的 主要 要求是保 證 瞬時(shí)傳動(dòng)比 是 常數(shù)。目前，滿足這一要求 的 常用于齒輪傳動(dòng) 的 齒廓曲線主要 是 漸開(kāi)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(dòng)結(jié)構(gòu)上，將變幅外擺線的內(nèi)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廓曲線 以及 漸開(kāi)線少齒差行星傳動(dòng)模式，保留 Z-X-F 類(lèi) N 型行星齒輪傳動(dòng)。 此 發(fā)明專(zhuān)利被日本住友公司 于 1938 年買(mǎi)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(dòng) 與 普通漸開(kāi)線齒輪或蝸輪傳動(dòng) 相比 的 主要 優(yōu)點(diǎn) 有 ：高傳動(dòng)比和高效率，一級(jí)減速時(shí)傳動(dòng)比范圍是 11 87，兩級(jí)減速時(shí)的傳動(dòng)比范圍是 20 128；同軸輸出機(jī)構(gòu)重量輕 和 體積?。粋鲃?dòng)平穩(wěn) 且 噪音低； 因?yàn)獒様[ 傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒數(shù)要比漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)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(jiàn)的部件 ,它的作用是將電動(dòng)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(jí)、三級(jí)的普通齒輪減速器和渦輪減速器，所以使用越來(lái)越普及，為世界各國(guó)所重視。 擺線針輪行星減速器作為重要的機(jī)械傳動(dòng)部件具有體積小、重量輕、傳動(dòng)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(dòng)學(xué)和動(dòng)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(dòng)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 針擺齒輪 傳動(dòng) 與 普通漸開(kāi)線齒輪或蝸輪傳動(dòng) 相比 的優(yōu)點(diǎn) 有 ：傳動(dòng)比 高 和高效率 高 ；同軸輸出結(jié)構(gòu)體積小和重 量輕；傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲低。 因?yàn)?擺線針輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒 對(duì) 數(shù)要比漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒 對(duì) 數(shù)多， 所以 承載能力 更 大，嚙合效率 更 高；由于擺線輪以及 針輪輪齒均可精磨 、 淬硬， 比 漸開(kāi)線少齒差傳動(dòng)內(nèi)齒輪的被加工性好，齒面硬度 要 更高，因而使用壽命 更 長(zhǎng)；擺線輪的加工技術(shù)已經(jīng) 成熟 ，專(zhuān)業(yè)加工設(shè)備齊全， 因此 擺線輪已納入通用件，在國(guó)內(nèi)已做到通用化 大 批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本下降，因此擺線針輪 專(zhuān)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 方面做了改進(jìn)，但在 本質(zhì)、原理上 沒(méi)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(guó)的原型。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 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(guó)內(nèi)外都 得到了 積極發(fā)展，從 1990年開(kāi)始，住友機(jī)械株式會(huì)社在 “80系列 ”的基礎(chǔ)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(dòng)比由 8種擴(kuò)大 到 16種。我國(guó)對(duì)日本提高擺線針輪減速器性能的主要措施已進(jìn)行較深入的分析， 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 及 對(duì) 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(guó)研 發(fā) 直升飛機(jī)傳動(dòng)裝置所做的擺線針輪傳動(dòng) 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(dòng)平衡的新結(jié)構(gòu)，輸入轉(zhuǎn)速達(dá) 到 2000r/min，傳動(dòng)功率達(dá) 到 205KW。 這些年 來(lái) 國(guó)內(nèi)對(duì)擺線針輪傳動(dòng)的研究一直在不斷發(fā)展， 并且 也取得了一些成果。主要如下： (1) 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)何勝勇對(duì)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)行了研究； (2） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于影，于波，陳建新對(duì)擺線針輪行星減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； (3） 天津工程師范學(xué)院 的 戚厚軍建立 的 2K v 型擺線針輪 行星 減速器的動(dòng)力學(xué)模型 是以 2K-V6 型擺線針輪 行星 減速器為研究對(duì)象，在不改變減速器的外形尺寸 及 結(jié)構(gòu)的情況下，分析了擺線輪修形和短幅系數(shù)對(duì)擺線輪 齒 嚙合剛度的影響規(guī)律， 和 傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種零件的 剛度 及 針徑系數(shù)對(duì) 機(jī)器 整機(jī)振動(dòng)性能的影響； (4） 大連交通大學(xué)何衛(wèi)東教授主持的國(guó)家自然科學(xué)基金資助 的 項(xiàng)目高承載能力高傳動(dòng)效率高可靠性新型針擺行星傳動(dòng)的研究的科研成果雙曲柄四環(huán)板針擺行星傳動(dòng)于2005 年 4 月通過(guò)鑒定； (5） 浙江大學(xué)呂方 教授 開(kāi)發(fā) 了 一種新型的傳動(dòng)機(jī)械 長(zhǎng)幅外擺線針輪行星傳動(dòng)減速機(jī)； (6) 大連鐵道學(xué)院張動(dòng)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(duì)針齒 和 擺線輪齒面接觸進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，得出了擺線輪 和 針齒間的接觸狀態(tài)； (7) 四川大學(xué)張流俊在首次應(yīng)用有限元法取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行擺線針輪減速 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） 大連鐵道學(xué)院關(guān)天民 和 萬(wàn)朝燕對(duì)新型 擺線針輪 傳動(dòng)進(jìn)行理論及受力分析； (9) 大連鐵道學(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(dòng)銷(xiāo)孔式輸出機(jī)構(gòu)的受力分析理論，利用 此 理論可以 得到 整個(gè)工作過(guò)程中輸出機(jī)構(gòu)和柱銷(xiāo)的受力情況； (10） 鞍山鋼鐵學(xué)院高興蚊 、 黃秋波對(duì)具有雙面支撐輸出機(jī)構(gòu) 以及 多齒差齒形擺線針輪行星傳動(dòng)的齒廓 曲線 形狀和嚙合特性進(jìn)行了理論分析。擺線針輪減速器的發(fā)展趨勢(shì)是 達(dá)到 更高的運(yùn)動(dòng)精度，更 高 的傳遞功率 和 更廣的傳動(dòng)范圍。 自 20 世紀(jì) 90 年代 以來(lái) 來(lái)，在工業(yè) 專(zhuān)用 機(jī)器人回轉(zhuǎn)裝置選擇中。擺線 輪 傳動(dòng)作為一種比較 理 想的傳動(dòng)形式應(yīng)用其中。如 日 本住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社研發(fā)成功的機(jī)器人用 R v列， FA 系列 及 FT 系列產(chǎn)品均采用了 擺線針輪 傳動(dòng)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 。 工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用減速器的設(shè)計(jì) 3 近年來(lái)出現(xiàn)了 數(shù)種 在 擺線針輪行星傳動(dòng) 基礎(chǔ)上 的新型傳動(dòng)型式，使其能夠 更好 適應(yīng)高 精度的運(yùn)動(dòng)傳遞 和 控制，用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)、精密機(jī)床等高精度擺線 輪 傳動(dòng)技術(shù)的研究 ，其中常用的有以下幾種： (1). TWINSPFN 減速器 近來(lái) 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(dòng)效率也有所提高。 (2) .RV 減速器。 RV 減速器是 近年來(lái)由 日本帝人公司推出的一種擺線傳動(dòng)，是由第一級(jí)普通漸開(kāi)線直齒輪減速器部分和第二級(jí) 針擺 輪減速器部分組合成的兩級(jí)行星傳動(dòng)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(huì)社 推出的 產(chǎn)品，在 此傳動(dòng)中采用了三片 相互 呈 0120 角 布置的擺線輪結(jié)構(gòu)，增加了擺線輪 的數(shù)量 提高了傳動(dòng)效率。 (4). Dojen 減速器由美國(guó) Mectrol 公司生產(chǎn)，傳動(dòng) 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(dòng)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、內(nèi)擺線輪結(jié)合起來(lái)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(dòng)裝置，它具有體積小傳動(dòng)比范圍大壽命長(zhǎng)、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(dòng) 相比 有較高的疲勞強(qiáng)度、 大的 剛度和 長(zhǎng)的 壽命。兩且回差耪度高，因此 FA 減速機(jī)在工業(yè) 專(zhuān)用 機(jī)器人傳動(dòng)中正在得到越來(lái)越 廣泛的 的應(yīng)用：它還 廣泛用于 測(cè)量裝置 ， 微型大傳動(dòng)比減速裝置、辦公設(shè)備 、 擺線傳動(dòng)裝置，智能住宅傳動(dòng)裝置等機(jī)械系統(tǒng)中由于在這些精密傳動(dòng)中 ， 通常傳遞的載荷不大，但要求傳動(dòng) 精度高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確 ，因而 對(duì)其傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)要求較高。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 擺線針輪行星傳動(dòng)的簡(jiǎn)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(dòng)的第二和第三臂。擺線針輪行星傳動(dòng)的齒廓是一種 K-H-V 行星傳動(dòng)。行星的齒廓不是線而是擺線。中心內(nèi)齒采用了針輪。 圖 2.1 行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 行星齒輪減速機(jī)：主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽(yáng)輪，外齒圈。行星減速機(jī)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)原因單級(jí)減速最小為 3，最大一般不超過(guò) 10,常見(jiàn)減速比為 :3、 4、 5、 6、 8、 10,減速機(jī)級(jí)數(shù)一般不超過(guò) 3，膽有大部分減速機(jī)比 定制減速機(jī)有 4 級(jí)減速。相對(duì)其他減速機(jī)，行星減速機(jī)具有高剛性，高精度，高傳動(dòng)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(lái)降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。 2.2 擺線針輪減速機(jī)的用途，使用說(shuō)明和注意事項(xiàng) 2.2.1 用途 擺線針輪減速機(jī)采用擺線針齒嚙合，行星式傳動(dòng)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、礦山、冶金、建筑、發(fā)電等行業(yè)，作為驅(qū)動(dòng)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)及蝸輪蝸桿減速機(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，受到廣大用戶的普遍歡迎。 2.2.2 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(chǎng)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(jí)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 015 ，在超過(guò) 015 時(shí)應(yīng)采用其他措施保證潤(rùn)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。 2.2.3 潤(rùn)滑 （ 1) 臥式擺線減速機(jī)在正常情況下采用油池潤(rùn)滑，油面高度保持在視油窗的中部即工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用減速器的設(shè)計(jì) 5 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(rùn)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(rùn)滑油，為了提高減速機(jī)的性能、 延長(zhǎng)擺線針輪減速機(jī)的使用壽命，建議采用 70或 90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(rùn)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，一避免減速機(jī)的部件損壞。 （ 4） 加油時(shí)可旋開(kāi)幾座上部的通氣帽即可加油。放油時(shí)旋開(kāi)機(jī)座下部的油塞，即可放出油污，該減速機(jī)出廠時(shí)內(nèi)部無(wú)潤(rùn)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(duì)于延 長(zhǎng)減速機(jī)的壽命有著重要作用，在使用過(guò)程中應(yīng) 經(jīng)常補(bǔ)充潤(rùn)滑油。 2.2.4 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） 在基礎(chǔ)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，水平度及其相連部分的相關(guān)尺寸。校準(zhǔn)裝動(dòng)軸的同心度不應(yīng)超過(guò)聯(lián)軸器所允許的范圍。 （ 5） 減速機(jī)校準(zhǔn)時(shí)可用鋼制墊塊 或鑄鐵墊塊進(jìn)行，墊塊在高度方面不超過(guò)三塊，膽減速機(jī)校準(zhǔn)后應(yīng)換入平墊塊。 2.3 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(dòng)裝置可分為三部分：輸入部分、輸出部分、減速部分。在輸出軸上安裝有一錯(cuò)位 0180 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(dòng)由四部分組成，即 針輪、擺線行星輪、系桿 H 和輸出機(jī)構(gòu) W。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2.2 擺線針輪行星減速器的結(jié)構(gòu)圖 2.4 齒廓曲線的形成及其嚙合原理 擺線行星輪的齒廓曲線為短幅外擺線的等距曲線，這種曲線的形成如圖 3.2 所示。圖中圓 1 稱(chēng)為滾圓，半徑為 r1；圓 2 稱(chēng)為基圓，半徑為 r2。將滾圓 1 套在基圓 2 上并相對(duì)于基圓 2 作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)，則滾圓 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 ec 則稱(chēng)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(dòng)所產(chǎn)生的短幅外擺線 ec 是從屬于圓 2 的，而 M 點(diǎn)則是從屬于圓 1 上的點(diǎn)；如果將 ec 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(dòng)的兩個(gè)節(jié)圓，而用 ec 曲線和 M 兩齒廓的嚙合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩輪的定傳動(dòng)比傳動(dòng)。但是由 于工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用減速器的設(shè)計(jì) 7 與 ec 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(dòng)，可以以 M 點(diǎn)位圓心，以 r2 為半徑的小圓柱針?shù)N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(dòng)就是一短幅外擺線的等距曲線作為行星 2 的齒廓，一針?shù)N作為固定中心內(nèi)齒廓 1 的針齒而形成的一種行星傳動(dòng)裝置。 當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，由于擺線輪上齒廓曲線特點(diǎn)及其受針輪上針齒限制之故，擺線輪的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為 既有公轉(zhuǎn)，又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動(dòng)，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時(shí)，偏心套也轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線輪由于相反方向上轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒差從而的到 減速，再借助 W 輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)銷(xiāo)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(kāi)始滾動(dòng)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(kāi)基圓，當(dāng)滾圓 滾過(guò)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(guò)程中，滾圓 1 滾過(guò)的弧長(zhǎng) 為 2 r1；而基圓滾過(guò)的弧長(zhǎng)為 2 2r +AB。由于是純滾動(dòng)，故有 ABrr 2212 （ 2.1） 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 即 arrAB 2212 （ 2.2） 式中 a 為兩輪的中心距 又由于 222 zrAB （ 2.3） 故聯(lián)立（ 2.2）（ 2.3）兩式可 解得行星輪的齒數(shù) arz 22 （ 2.4） 而針齒的齒數(shù) 121212121 zararABrz （ 2.5） 這說(shuō)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(dòng)只能是一齒差行星傳動(dòng)。由于是一齒差行星傳 動(dòng)，故其傳動(dòng)比 2ziHV 。 2.5 擺線針輪行星傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 由以上所述可知，擺線針輪行星傳動(dòng)具有以下主要特點(diǎn) : (1) 減速比大。 一級(jí)減速比 6HVi 87，二級(jí)，三級(jí)串聯(lián)可獲得更大的減速比 （ 2) 結(jié)構(gòu)緊湊。 由于采用內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)，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小。 （ 3) 傳動(dòng)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，使工作表面相對(duì)滑動(dòng)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(dòng)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(kāi)線少齒差傳動(dòng)更能承受過(guò)載和沖擊。 （ 5） 使用壽命長(zhǎng)。 由于擺線輪和針輪均采用優(yōu)質(zhì)材料，又經(jīng)過(guò)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(dòng)摩擦減小，故磨損小，壽 命長(zhǎng)。 （ 6） 與漸開(kāi)線少齒差行星傳動(dòng)相比，無(wú)齒頂相碰和嚙合重疊干涉的現(xiàn)象。 其缺點(diǎn)在于 : (1) 制造成本高。 材料的優(yōu)質(zhì)本質(zhì)就是對(duì)材料的要求高，從而增加成本。 （ 2) 加工工藝復(fù)雜。加工擺線輪需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)床，對(duì)裝配工藝也有較嚴(yán)格的工藝要求。 擺線輪行星傳動(dòng)以其多方面的有點(diǎn)取代了一些笨重龐大的傳動(dòng)裝置，在機(jī)械傳動(dòng)中具有及其重要的作用，從而日益受到世界各國(guó)的重視，在軍工、礦山、冶金、化工、造船等工業(yè)部門(mén)的機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)用減速器的設(shè)計(jì) 9 3 工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) 3.1 工 業(yè)機(jī)器人的組成 3.1.1 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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器內(nèi)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力的裝置。采用的動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也 不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作、并檢測(cè)其正確與否。一般常見(jiàn)的為電氣與電子回路控制，計(jì)算機(jī)控制系統(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(lèi)型。若以控制的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)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 3.1.2 工業(yè)機(jī)器人的基本機(jī)能組成 設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人就是通過(guò)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(dòng)的完成給定的操作。從工業(yè)機(jī)器人的研究、使用和發(fā)展情況來(lái)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(dòng)機(jī)能，控制機(jī)能和檢測(cè)、識(shí)別機(jī)能。 3.2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析 3.2.1 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，其中大部分屬于 “示教再現(xiàn) ”型。如果將這些機(jī)器人稱(chēng)作第一代，那么，具有一定程度的視覺(jué)、觸覺(jué)或某些分析、判斷能力的機(jī)器人就屬于第二代了。不少國(guó)家正在積極研究具有觀察、觸覺(jué)等功能的機(jī)器人，并取得不少成果，但無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 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)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分構(gòu)成。及其部分有機(jī)器手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成；傳感器有測(cè)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(dòng)機(jī)器人，它通常放在與機(jī)器人不同的地方，通過(guò)導(dǎo)線連接。在工業(yè)機(jī)器人的控制裝置中，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、 PTP 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)和 CP 運(yùn)動(dòng)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(guò)信息傳輸裝置與機(jī)器人本體相連，多用于只能機(jī)器人。 如圖該機(jī)器人具有三自由度，及 大臂的回轉(zhuǎn)、臂的左右的擺動(dòng)、臂的上線擺動(dòng)。該三自由度機(jī)