精密傳動及系統(tǒng)

1、研究生課程考核試卷科 目： 精密傳動及系統(tǒng) 教 師： XXX 姓 名： XXX 學 號： XXX 專 業(yè)： 機械設計及理論 類 別： XX 上課時間： 年 月至 年 月 考 生 成 績：卷面成績平時成績課程綜合成績閱卷評語： 閱卷教師 (簽名) 重慶大學研究生院1. 對比擺線針輪行星傳動和RV行星傳動結構方面的主要區(qū)別，試分析RV行星傳動結構相對于擺線針輪行星傳動的改進對其性能有哪些影響。答：RV行星傳動包括了擺線針輪行星傳動，是由第一級的直齒輪減速部分和第二級的擺線針輪減速部分組合而成的兩級行星傳動機械。 RV型行星傳動是在少齒差行星傳動的基礎上發(fā)展起來的一種新型精密傳動，自1986年日本開

2、發(fā)并投放市場以來，作為機器人用傳動裝置是剛性最高的一種低振動傳動裝置，因而得到廣泛應用。RV型行星傳動是一種具有擺線輪的封閉式行星傳動機構,它具有傳動比范圍大、承載能力大、傳動效率高和傳動軸扭轉剛性大等許多優(yōu)點，其結構如圖1-1所示。它是由第一級的直齒輪減速部分和第二級的擺線針輪減速部分組合而成的兩級行星傳動機械。RV型行星傳動機構是以具有兩級減速裝置和曲軸采用了中心圓盤支承結構為主要特征的封閉式擺線針輪行星傳動機構。該RV型行星傳動機構通過對擺線針輪行星傳動的改進，有了以下性能的改進：（1）傳動比范圍增大 改變第一級減速裝置中齒輪的齒數(shù)Za1 和 Zg1 ,可以方便地獲得范圍較大的傳動比;其

3、常用的傳動比范圍為i=57192。(2)可以提高輸入轉速n1 因為轉速n1經過第一級減速后,使得轉臂H軸承的轉速nH不會變得太高,從而有利于提高機構的使用壽命。(3)承載能力大 由于采用了n個均勻分布的行星輪g1和轉臂H可以進行功率分流,而且采用了具有圓盤 支承裝置的輸出機構,故其承載能力大。(4)傳動效率高 因為除了針輪的針齒銷支承部分外,其他構件均為滾動軸承支承,所以,其傳動效率高。而且各構件間所產生的摩擦和磨損較小,間隙也較小;故其傳動性能好,使用壽命長。圖1-1 RV擺線針輪行星傳動簡圖2. 精密減速器中常見的輸出機構形式有那些，各有什么優(yōu)缺點。答：精密減速器中經常利用到行星傳動，如少

4、齒差行星傳動。行星輪相對于中心輪有一個偏心，在傳動的時候行星輪不僅要做轉動，又要做平動。因此就需要一個能夠傳動平行軸之間旋轉運動的傳動比為1的等角速度傳動機構（即偏心輸出機構），以便把行星輪的轉動輸出來。常用的輸出機構有：（1） 平行四邊形機構圖2-1平行四邊形輸出機構平行四邊形輸出機構機構如圖所示，圖2-1（a）是該機構的平面圖。OaOH是轉臂的偏心距A。BC等于OaOH ，OaB等于OC，運動由OC桿引出，由于OaOHCB構成了平行四邊形，不論旋轉到任何位置OC桿的角速度等于OaB桿的角速度，而OaB就是行星輪的角速度，這樣就把行星輪的角速度等比傳遞到輸出軸上。該機構結構簡單，效率高，容易

5、安裝，但是偏心輪轉動過程中的離心力會產生振動，對精度有不利影響（2）孔銷式輸出機構為了避免齒輪做偏心運動時離心力產生振動，在實際中常采用兩個完全相同的奇數(shù)齒的齒輪，兩齒輪相差180°的安裝在轉臂上。這樣不僅可以達到靜平衡，并且能提高傳動系統(tǒng)地承載能力。該機構結構簡單，效率高，而且能夠消除偏心輪離心力的作用，達到靜平衡，避免產生嚴重振動。使用兩個齒輪，提高了減速機的承載能力。但是由于初始間隙存在， 銷軸必須克服其初始間隙后才能與銷孔接觸，真正參與傳遞動力。所以說孔銷輸出機構中各孔銷的受力是不均勻的，同時承載的孔銷數(shù)減少，使減速機的承載能力下降，運動精度降低。（3） 雙萬向聯(lián)軸器圖2-2

6、雙萬向聯(lián)軸器將萬向聯(lián)軸器成對使用即構成雙萬向聯(lián)軸器。萬向軸聯(lián)軸器輸入輸出瞬時角速度不相等，而用于兩平行軸之間的等速比傳動時，輸入、輸出軸之間的夾角相等。即當主動軸等角速度回轉時，盡管中間軸本身的轉速是不均勻的，但從動軸卻以與主動軸相等的角速度回轉，從而避免動載荷的產生。該機構結構簡單，造價低，但是傳動距離較長，精度和效率較低。（4）鋼球環(huán)槽輸出機構圖2-3鋼球環(huán)槽等速機構鋼球環(huán)槽結構如圖2-3所示。應用鋼球中介體嚙合，采用“幾何封閉法”使組成等速輸出機構運動副各元素有特殊的幾何結構，以保證它們工作時始終保持接觸，由此產生一種無隙嚙合的鋼球環(huán)槽等速傳動機構。鋼球環(huán)槽等速傳動機構由一個行星盤1、一

7、組鋼球2和一個繞定軸轉動的中心盤3組成，兩盤偏心距為a。鋼球1 環(huán)槽等速傳動機構的結構特點是在行星盤1右端面的圓周上，均布有若干個（圖中為6 個）截面為半月狀的環(huán)形槽，在與輸出軸固聯(lián)的中心盤3左端面上，均布有同樣數(shù)量的環(huán)形槽。兩環(huán)形槽的中心距等于輸入偏心軸的兩倍偏心距，即2 。在行星盤和中心盤相對各組環(huán)形槽的相交錯區(qū)，各放置一個鋼球，構成鋼球嚙合副。受這組鋼球的約束，其傳動原理相當于若干個平行四邊形機構的工作原理，因此鋼球環(huán)槽等速傳動機構實現(xiàn)了等角速度傳動。該機構方便加工，軸向尺寸較小，但是精度難以保證，承載能力不高。（5） 浮動盤式輸出機構在行星輪與輸出軸之間裝入浮動盤，其上有兩條互相垂直的

8、槽，行星輪和輸出軸大端裝上兩個銷軸，使行星輪與輸出軸作偏心傳動時，銷軸在浮動盤的槽內滑動（有滾子時是滾動）,如圖所示。這種輸出機構比銷軸式簡單，效率亦高，也適用于高速連續(xù)運動或功率稍大的場合。但是浮動盤除隨輸出軸轉動外，還作徑向移動， 慣性力是少齒差式行星齒輪傳動采用浮動盤輸出機構產生振動的極重要的激勵因素，而且這些慣性力很難通過平衡的辦法加以消除。所以浮動盤式輸出機構不利于高速轉動。（6）十字滑槽輸出機構圖2-4 十字滑槽式輸出結構該輸出機構為兩邊各有一個十字萬向節(jié)，每個十字萬向節(jié)構成為：在擺線輪一端加工有的滑槽，與十字滑板構成滑動副，并在滑動副中加入滾子成為滾動直線導軌副。Twinspin

9、擺線減速器就是十字滑槽機構的運用。這種輸出結構簡單，加工方便，能夠承受較大載荷，加入滾子成為滾動直線導軌副后效率較高，但是傳動精度較低。（7）零齒差式輸出機構圖2-5 零齒差式輸出機構如圖所示為零齒差輸出機構。該機構的特點是通過一對模數(shù)不同，零齒差齒輪副將行星輪的反向低速自傳運動穿個輸出軸。零齒差指內外嚙合副中的內、外齒輪的齒數(shù)相同，像齒輪聯(lián)軸器那樣，不同的是內外齒輪的齒間隙較大。通常在零齒差傳動中把外齒輪或內齒輪與行星輪做成一體，則另一齒輪就與輸出軸連接，這樣便把行星輪與輸出軸連接起來。這種結構形式零件較少，結構緊湊，使輸出機構大為簡化，用標準刀具在通用機床上很方便加工。缺點是由于齒間隙較大

10、，精度不高，回差較大。3.一諧波減速器柔輪的齒數(shù)為100，內齒輪的齒數(shù)為102，試畫出機構簡圖并計算其傳動比。繪制結構簡圖，如圖所示圖3-1諧波減速器機構簡圖解：如圖所示，為兩個自由度（W=2）的差動諧波齒輪機構。該機構含有三下載文檔到電腦，查找使用更方便個1下載券  25人已下載下載 還剩7頁未讀，繼續(xù)閱讀 基本構件：波發(fā)生器H、柔輪g和剛輪b。當其中的一個基本構件被固定時則上述差動諧波機構將變成為具有一個自由度（W=1）的行星諧波齒輪機構；而差動機構中的每一個基本構件均可以成為固定件，或輸入件、或輸出件。由于上述諧波減速器沒有對給基本構件進行指明，故分為以下三種情況計算

11、：（1）當波發(fā)生器H固定()，(如圖3（a）)其傳動比為： 圖3（a）a)柔輪輸入，剛輪輸出時，b)剛輪輸入，柔輪輸出時，（2）當剛輪固定（），(如圖3（b）)其傳動比為： 圖3（b）a)波發(fā)生器輸入和柔輪輸出時， b)柔輪輸入和波發(fā)生器輸出時， （3）當柔輪固定（），(如圖3（c）)其傳動比為：圖3（c）a)波發(fā)生器輸入和剛輪輸出時，b) 剛輪輸入和波發(fā)生器輸出時， 4.分析諧波減速器的結構特點，試論述諧波減速器作為精密減速器在哪些方面可以做出改進？答：諧波減速器的主要特點：(1)結構簡單，體積小，重量輕。主要構件只有三個，與傳動比相當?shù)钠胀p速器比較，其零件減少50%，體積和重量均減少1/

12、3左右或更多。(2)傳動比范圍大。一般單級傳動比可在50500范圍內變化；當采用行星式波發(fā)生器時為1504000；若采用雙級傳動或復式傳動則可達2×106。(3)同時嚙合齒數(shù)多。在承載情況下，雙波傳動的嚙合齒數(shù)一般可達總齒數(shù)的3040%左右，三波傳動則更多。而普通漸開線圓柱齒輪同時嚙合的齒數(shù)一般為兩對左右，即重疊系數(shù)小于2。(4)運動精度高。由于多齒嚙合，誤差有相互補償和消減的作用，因此傳動裝置的運動誤差小于剛輪(或柔輪)的運動誤差。一般情況下，其運動精度比同等精度等級的普通齒輪元件所組成的減速器高4倍左右。(5)承載能力大。諧波齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，在材料和速

13、比相同的情況下，受載能力要大大超過其它傳動。其傳遞的功率范圍可為幾瓦至幾十千瓦。(6)傳動效率高。與相同速比的其它傳動相比，諧波傳動由于運動部件數(shù)量少，而且嚙合齒面的相對滑動速度很低，再加上輪齒接近面接觸，因此齒面的磨損很小，而且均勻，效率很高，隨速比的不同（u=60250)，效率約在6596%左右。(7)齒側間隙可以調整。齒側間隙可由對波發(fā)生器的調整而得到，甚至獲得零側隙。(8)運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。齒的嚙入和嚙出是隨柔輪的變形逐步進入和退出剛輪齒間的，因而運動平穩(wěn)，無沖擊現(xiàn)象(9)同軸性好。輸出軸和輸入軸位于同一軸心線上?？梢允箓鲃友b置的結構簡化，外形尺寸縮小。(10)可實現(xiàn)向密閉空間

14、傳遞運動及動力。采用密封柔輪諧波傳動減速裝置，可以驅動工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質空間的機構，諧波傳動這一獨特優(yōu)點是其它傳動機構難于達到的。 (11)可實現(xiàn)高增速運動。由于諧波齒輪傳動的效率高及機構本身的特點，加之體積小、重量輕的優(yōu)點，因此是理想的高增速裝置。對于手搖發(fā)電機、風力發(fā)電機等需要高增速的設備有廣闊的應用前景。(12)方便的實現(xiàn)差速傳動。由于諧波齒輪傳動的三個基本構件中，可以任意兩個主動，第三個從動，那么如果讓波發(fā)生器、剛輪主動，柔輪從動，就可以構成一個差動傳動機構，從而方便的實現(xiàn)快慢速工作狀況。這一點對許多機床的走刀機構很有實用價值，經適當設計，可以大大改變機床走刀部分的結

15、構性能。 諧波減速器也有一些缺點：柔輪周期性變形，工作情況惡劣，易于疲勞損壞，起動力矩大，波發(fā)生器、柔輪等元件的工藝復雜等，這些方面都值得改進。5.精密傳動中嚙合副消隙機構有哪些，分別論述其優(yōu)缺點。答：由于傳動裝置嚙合副存在間隙，當傳動裝置的輸入軸旋向改變時，輸出軸的轉角與理論值相比會有一定的滯后量，這個滯后量就是回差。回差的存在使傳動系統(tǒng)啟動、制動以及換向時輪齒不能及時嚙合，輸入輸出軸短時間內失去運動聯(lián)系，造成輸出的瞬時突然中斷和運動傳遞關系成為非線性，同時在接觸瞬間還會產生沖擊。因此，回差的控制是精密傳動的要素之一。消除嚙合間隙的方法多種多樣，其目的是實現(xiàn)無側隙雙面嚙合。目前精密傳動中幾種

16、典型的消除間隙方法有:（1）變形消隙法：變形消隙法是利用零件的變形來消除嚙合間隙。諧波齒輪傳動是通過柔輪的彈性變形實現(xiàn)運動傳遞的，其嚙合間隙主要取決于波發(fā)生器外形的最大尺寸及兩齒輪的齒形尺寸。如圖所示為諧波齒輪傳動柔輪和剛輪的嚙合。圖5-1中虛線為變形前柔輪輪齒的位置和形狀，此時柔輪和剛輪齒距相等，存在嚙合間隙；變形后橢圓狀柔輪漳州量測的輪齒受到擠壓，輪齒齒頂增大的同時齒廓各向兩邊旋轉角度，從而消除嚙合間隙。優(yōu)點：結構簡單，精度較高，不需要增加其他零件。缺點：它的應用領域較窄，只能應用于特定種類的傳動中；由于當量變形較小，要獲得雙面嚙合還必須嚴格控制制造誤差。圖5-1柔輪和剛輪的嚙合（2）切向

17、消隙法切向消隙法是針對大小端相向安裝的連續(xù)變位的嚙合副，通過調整嚙合副的軸向位置，就可以獲得無側隙的雙面嚙合傳動。這種消隙機構結構比較簡單，傳動的剛度較好，能傳遞較大的運動和動力，但如果齒輪磨損后齒側間隙無法自動補償，所以在加工的時候對齒輪齒厚測量及齒距公差要求較為嚴格，否則傳動的靈活性和準確性將受到影響。（3）徑向消隙法圖5-2 Dojen擺線減速器中的徑向消隙法徑向消隙就是通過調整嚙合零件的徑向嚙合位置來消除嚙合副的嚙合間隙。如圖所示，Dojen擺線減速器通過帶有錐面定位的懸臂針齒，實現(xiàn)完全消除嚙合間隙。該傳動采用懸臂針齒和擺線輪嚙合的方式，針齒緊鄰機殼端加工有錐度，末端有螺紋。針齒錐度斷

18、與機殼上的錐孔配合能自動定心，旋緊針齒左端螺紋，使得針齒沿著即可錐孔頂部左移，則針齒嚙合段向下移動，在順利裝配的基礎上可消除全部間隙。這種方法的特點是結構簡單，但是側隙不能自動補償。（4）雙片齒輪錯齒調整法法：圖5-3 雙片齒輪錯齒調整法圖5-3所示是雙片齒輪周向可調彈簧錯齒消隙結構。兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪1和2與另個寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪可相對回轉。在兩個薄片齒輪1和2的端面均勻分布著四個螺孔，分別裝有凸耳3和8。齒輪1的端面上有另外四個通孔，凸耳可以在其中穿過，彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調節(jié)螺釘7上。用螺母5可以調節(jié)彈簧4的拉力，調節(jié)完后用螺母6鎖緊。通過彈簧的拉力可以使薄片齒輪1和2錯

19、位，即兩個薄齒輪的左右齒面分別與寬齒輪齒槽的左右齒面接觸，從而消除了齒側間隙。無論正向或反向旋轉，都因分別只有一個齒輪承受轉矩，所以承受能力受到限制，設計時須計算彈簧4的拉力，使其能克服最大轉矩。這種調整法的特別是結構較復雜，傳動剛度低，不宜傳遞大轉矩；對齒輪的齒厚和齒距要求較低，可始終保持嚙合無側間隙，尤其適用于檢測裝置。（5）制造誤差控制法制造誤差控制法就是主要依靠制造、裝配精度來保證嚙合零件擺線輪和針齒之間的側隙。RV傳動誤差控制主要依靠對運動鏈誤差的嚴格控制，尤其是對直接反映到輸出軸上二級傳動和行星輸出機構部分誤差的嚴格控制。制造中對齒形修形量的控制非常嚴格，其誤差不超過0.002mm

20、。這種方法不改變結構，從加工層面上來實現(xiàn)消隙，可應用領域較廣。但是加工技術要求較高，較難實現(xiàn)。6.分析制約國內精密減速器產業(yè)化的主要原因，試論述我國精密減速器產品要打破國外產品的壟斷可采取哪些途徑。答：國內的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進口，花去不少的外匯。60年代開始生產的少齒差傳動、擺線針輪傳動、諧波傳動等減速器具有傳動比大，體積小、機械效率高等優(yōu)點。但受其傳動的理論的限制，

21、不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動齒輪傳動的減速器，它可實現(xiàn)較大的傳動比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結構簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結構，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。 概況起來，制約國內精密減速器產業(yè)化的主要原因： （1）、企業(yè)生產規(guī)模偏小，開發(fā)能力薄弱。我國減速機行業(yè)的特點是中小企業(yè)多，生

22、產規(guī)模總體偏小，年產值在 10 億元人民幣以上的企業(yè)仍然偏少，而且還是近幾年才出現(xiàn)。而國外同類企業(yè)中規(guī)模在百億人民幣以上的企業(yè)已經很多，營銷網絡遍及全球。 （2）、缺乏知品名牌，影響產品市場拓展。 我國尚缺乏在國際上有影響力的傳動基礎件產品知名品牌，因此限制了產品在國內外市場上的拓展及推廣。 （3）、基礎技術研究不足，制約行業(yè)技術水平提升。 國內傳動基礎件高端產品的系統(tǒng)性和應用性無法滿足行業(yè)的需要，一些基礎機理性研究如齒面微點蝕損傷研究，高端齒輪材料及熱處理技術開發(fā)，傳動系統(tǒng)動力學研究與應用等與國外差距較大等問題，一定程度上已影響了行業(yè)的正常健康發(fā)展。我國精密減速器產品要打破國外產品的壟斷，從當前的現(xiàn)狀來看，減速器行業(yè)的發(fā)展并不是十分明顯，打造出足以抗衡的品牌是我國減速器企業(yè)發(fā)展的重點。據(jù)了解，從上世紀80年代開始，