精密傳動及系統(tǒng)概論

1、精密傳動及系統(tǒng) 概 論 傳動傳動： 2、工作機構常要求能夠變速，而用調節(jié)動力機速度的方法來 達到這一目的往往不很經(jīng)濟。 為什么機器中要有傳動？為什么機器中要有傳動？ 是一種在距離間傳遞能量并兼實現(xiàn)某些其它作用的裝置。 1、工作機構所要求的速度、轉矩或力，通常與動力機不一致。 4、若干個運動形式和速度都不同的工作機構，需要同一個動 力機來帶動。 3、工作機構往往需要多樣的運動，而動力機的輸出軸一般只 作等速回轉運動。 實驗室名稱成立時間及規(guī)模研究內容研究特色產(chǎn)品領域 英國紐卡斯爾 大學齒輪技術 研究中心 1970年，24位工 程師及技術人員 齒輪設計、制造、分 析、表面工程等研究 及實驗技術 齒

2、面接觸特性、失 效機理及表面改性 風電、汽車、 航空、國防 德國慕尼黑工 業(yè)大學齒輪研 究中心 1951年，45位工 程師及技術人員 齒輪、變速箱以及汽 車傳動系統(tǒng)的設計、 分析、摩擦學等研究 及實驗技術 齒輪的可靠性及振 動特性 汽車、航空、 國防 美國俄亥俄州 齒輪傳動實驗 室 1980年，26位工 程師及技術人員 齒輪傳動的設計與分 析、接觸力學，動力 學及有限元分析、功 率損耗和效率、接觸 和彎曲疲勞工程、表 面磨損潤滑摩擦機理、 計量和測試方法 齒輪動力學及噪聲 控制 汽車、工程機 械、機床、航 空 重慶大學機械 傳動國家重點 實驗室 1988年，固定研 究人員51人 設計理論與方法

3、、界 面力學、系統(tǒng)動力學、 高性能傳動件、振動 噪聲控制、新型傳感 器及測試、機床裝備、 加工制造等方面 新型傳感器、齒輪 嚙合原理及齒面創(chuàng) 成 機床、工程機 械、汽車、航 空、船舶 隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，齒輪行業(yè)市場總規(guī)模和產(chǎn)銷 額每年以15%左右的速度增長，我國已成為名副其實的齒輪制 造大國。 2012年齒輪行業(yè)的年產(chǎn)值已近2000億元，排名穩(wěn)居世界第2 位。齒輪是高端裝備的關鍵基礎件，而高端裝備制造業(yè)是我國 重點發(fā)展的七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，相關研發(fā)工作體現(xiàn)了我國國民 經(jīng)濟發(fā)展的需求和國家目標。 直升機是航空飛行器的典型代表，是軍民通用的高技術運載 裝備。市場預測顯示，20082017年

4、全世界直升機的新機總產(chǎn) 量將達20000架以上，總產(chǎn)值約3000億美元，2018年，中國將 交付1500架左右的民用直升機，市場潛力巨大。 直升機傳動系統(tǒng)的作用是將發(fā)動機的運動和動力按一定比例 傳遞到旋翼、尾槳和各附件，是發(fā)動機動力輸出必不可少的傳 輸部件。 直升機傳動系統(tǒng)性能指標有：功重比、安全性、壽命以及在 貧油/無油情況下的生存能力。目前國外直升機主減器翻修間隔 期（TBO）已達到5000小時，而我國只能達到2000小時左右。 坦克的齒輪傳動箱連接坦克發(fā)動機和變速箱，是坦克傳動 裝置的一個關鍵部件。 目前我國坦克年產(chǎn)量大約為500輛，已超越俄羅斯躍居世 界第一。預計在2008-2017年

5、間，全球坦克的總產(chǎn)量將達到 大約6900輛，總價值高達279億美元。國際預測公司報告顯 示，在今后10年中，中國制坦克將占據(jù)大約40%的市場份額。 盡管我國坦克市場占有量及坦克性能有了大幅提高，但是 其傳動系統(tǒng)主要依賴進口或改制國外先進裝備。因此研制重 量更輕、更緊湊的高功率密度傳動箱是當前亟待解決的問題。 根據(jù)鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃和東部鐵路率先實現(xiàn)裝備現(xiàn)代化的戰(zhàn) 略部署以及國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2008年調整），到2015 年，將在哈爾濱、沈陽、北京、濟南、上海、鄭州、南昌鐵路局和 廣鐵集團公司投入大約1500列動車組，總里程達1.3萬公里的高速 鐵路客運專線和快速客運通道，預計高速齒輪箱的產(chǎn)

6、值將達到60億 元。 在城市軌道交通領域，到2015年前后，將新建79條軌道交通線 路，總里程將達到2260公里，對齒輪箱需求量很大。高鐵齒輪箱的 基本要求是：高安全、輕量化、高速度、低噪聲。 到目前為止，我國時速160公里以上動車和高鐵齒輪箱完全依賴 進口。 船用齒輪箱是船舶動力系統(tǒng)的主推進傳動裝置，具有倒順、 離合、減速和承受螺旋槳推力的功能，是船舶工業(yè)的重要關 鍵設備。 大功率船用齒輪箱由于其特殊的使用條件工況，要求承載 能力高、體積小、重量輕，綜合技術性能指標遠遠高于其它 船用齒輪箱。 由于我國齒輪行業(yè)整體基礎和技術發(fā)展不均衡，船舶基礎 部件精細化設計技術薄弱、研發(fā)投入少，高承載輕量化

7、齒輪 箱技術發(fā)展緩慢依然落后于船舶整機技術水平，與國際先進 技術水平存在明顯差距，高端領域的大功率船舶齒輪箱依然 采用進口 高性能減速器是機器人系統(tǒng)的重要單元之一，且其性能對機 器人的總體性能產(chǎn)生重要影響。通常，每臺機器人使用3 100臺減速器。如美國的移動式機器人，全身各關節(jié)均采用電 機直接驅動精密減速器的結構，其中1個手臂就用了30個精密 傳動裝置；蘇聯(lián)的移動機器人，其成對安裝的8個輪子也分別 采用了密閉式精密齒輪驅動裝置；又如焊接機器人，其工況要 求其自由度為5或者6，其精密減速器的需要為每臺5套或者6 套。 工業(yè)機器人、服務機器人、軍事機器人是機器人用高性能減 速器的市場需求的典型行業(yè)

8、。 傳動的形式傳動的形式 a)單流傳動 動力機傳動裝置工作機 動力機 工作機 b)分流傳動 動力機 傳動裝置工作機 傳動裝置工作機 傳動裝置工作機 c)匯流傳動 動力機傳動裝置 動力機傳動裝置工作機 動力機傳動裝置 機械傳動，是利用機械方式傳遞動力和運動的 傳動。 傳動的傳動的類型類型 機械傳動、流體傳動、電力傳動、磁力傳動 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳

9、動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸

10、棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 半環(huán)型錐盤滾輪式 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器

11、 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 駐車制動系統(tǒng) 斜橋料車上料機 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 (1)(2)(3) 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動

12、機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪

13、傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 摩擦輪傳動 直接接觸 摩擦式無級變速器 摩擦傳動帶傳動 有中間撓性件 帶式無級變速器 繩傳動 普通齒輪傳動 行星齒輪傳動 直

14、接接觸 諧波齒輪傳動 蝸桿傳動 機械傳動 嚙合傳動 螺旋傳動 鏈傳動 有中間撓性件 鏈式無級變速器 同步帶傳動 凸輪傳動 直接接觸 棘輪傳動 推壓傳動 槽輪傳動 有中間撓性件連桿機構 課程主要內容 諧波齒輪傳動 擺線針輪行星傳動 滾動螺旋傳動 精密傳動系統(tǒng) 常用的精密減速器以擺線減速器和諧波減速器為主； 諧波傳動通常適用于額定轉矩在1.7Nm3,400Nm范圍內 的傳動，擺線類精密傳動適用于額定扭矩在100Nm 7,000Nm范圍內的傳動； 在102Nm3400Nm范圍內，兩種技術產(chǎn)品原則上都可行； 實際上諧波傳動多用在額定輸出扭矩小于200Nm的場合， 在扭矩大于200Nm的情況下，擺線類傳

15、動明顯占有優(yōu)勢； 擺線類精密傳動的承載能力比諧波傳動高一倍以上，扭轉 剛度高3倍以上。 諧波齒輪減速器是由美國的C.Walton Musser教授專門針對 空間應用需求于1953年發(fā)明的，1955年得美國專利，1960年 在紐約展出實物； 諧波減速器具有回差小、單級減速比范圍大、運動平穩(wěn)、低 噪聲傳動效率高、承載力大、體積小、質量輕等多種其他減速 器不具備的優(yōu)點； 美國、前蘇聯(lián)、日本、德國、英國等國家以及我國都開展了 諧波減速器的設計理論、加工制造及試驗應用等關鍵技術研究 國外公司既生產(chǎn)可供海、陸、空使用的各種類型諧波 傳動裝置，也生產(chǎn)可供民用的諧波傳動系列產(chǎn)品。美國、 日本、歐洲等先進國家已

16、將該項技術大量應用于空間飛行 器的各種實施展開、驅動、精密指向、掃描、空間機器人 活動關節(jié)等運動機構上，并已推廣應用到地面雷達天線、 通訊、電子、醫(yī)療器械、工業(yè)機器人、儀器儀表等多種行 業(yè)中，獲得了巨大的軍事收益和社會效益 美國諧波驅動科技公司可生產(chǎn)兩大類別7個系列的諧波減 速器產(chǎn)品，已為NASA提供了3000臺以上的諧波減速器用于 空間飛行器，包括Lunar rover，Hubble spacetelescope， Iridium satellite，Mars observation和International space station等。到目前為止，國外諧波傳動的經(jīng)濟傳動精度和回 差已達

17、到25角秒以內，最高已達到5角秒以內。 我國從1961年開始諧波齒輪傳動方面的研制工作，并先 后研制成多種類型的諧波齒輪傳動裝置樣機。我國目前專業(yè) 生產(chǎn)諧波齒輪的廠家很少，并且在傳動精度、保精度壽命、 可靠性等方面與國外產(chǎn)品均有較大差距。 擺線類精密傳動的基本原理是擺線針輪行星傳動，主要包 括RV傳動、Twinspin、Dojen、擺線二次包絡減速器等。 RV(Rotary Vector)傳動采用了普通漸開線齒輪行星傳動與 擺線針輪行星傳動構成封閉式行星傳動的組合結構； 具有傳動比范圍大、剛性好、傳動效率高等優(yōu)點 RV傳動特別適用于載荷大(輸出扭矩大于200Nm)、過載 能力強、剛度高的場合，

18、如可換刀具的圓盤傳動帶、工作母 機上的塔輪傳動、焊接設備、分度工作臺、機器人關節(jié)等； 目前日本生產(chǎn)的RV傳動的精度和回差已穩(wěn)定達到1角分以 內。國內僅研制出RV減速器樣機，其傳動誤差1角分，回差 1.5角分，總體性能與國外同類減速器有較大差距； 因此國內使用的RV精密減速器完全依賴進口。 Twinspin擺線減速器是斯洛伐克推出的高性能精密傳動， 其突出的特點是：輸出機構為滾子滑槽雙浮動盤，專用軸 承可同時承受大的軸向和徑向力。Twinspin減速器的承載能 力甚至可達RV的150%200%，但扭轉剛度略低于RV，且 動力學性能稍差。Twinspin推出以來在歐洲獲得了廣泛應用， 但國內尚未開展相關研究。 Dojen擺線減速器是美國研發(fā)的新型傳動，其主要特點是： 針齒與針齒套之間有