畢業(yè)設(shè)計(jì)二齒差活齒減速器虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)說明

1、 . PAGE27 / NUMPAGES27目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294524013摘要 PAGEREF _Toc294524013 h 3HYPERLINK l _Toc294524014ABSTRACT PAGEREF _Toc294524014 h 4HYPERLINK l _Toc2945240151 前言 PAGEREF _Toc294524015 h 7HYPERLINK l _Toc2945240161.1國外現(xiàn)狀研究以與發(fā)展前景展望 PAGEREF _Toc294524016 h 7HYPERLINK l _Toc2945240

2、171.2 本課題的研究意義和預(yù)期研究目標(biāo) PAGEREF _Toc294524017 h 8HYPERLINK l _Toc2945240181.2.1本課題的研究意義 PAGEREF _Toc294524018 h 8HYPERLINK l _Toc2945240191.2.2 本課題的預(yù)期研究目標(biāo) PAGEREF _Toc294524019 h 9HYPERLINK l _Toc2945240202 活齒傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) PAGEREF _Toc294524020 h 10HYPERLINK l _Toc2945240212.1典型活齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與原理 PAGEREF _Toc2945

3、24021 h 10HYPERLINK l _Toc2945240222.1.1 套筒活齒傳動(dòng) PAGEREF _Toc294524022 h 10HYPERLINK l _Toc2945240232.1.2 擺動(dòng)活齒傳動(dòng) PAGEREF _Toc294524023 h 11HYPERLINK l _Toc2945240242.1.3 滾柱活齒傳動(dòng) PAGEREF _Toc294524024 h 11HYPERLINK l _Toc2945240252.1.4 推桿活齒輪傳動(dòng) PAGEREF _Toc294524025 h 12HYPERLINK l _Toc2945240262.1.5 平面

4、滾珠傳動(dòng) PAGEREF _Toc294524026 h 12HYPERLINK l _Toc2945240272.2 活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比的分析方法 PAGEREF _Toc294524027 h 13HYPERLINK l _Toc2945240282.2.1相對角速度法確定傳動(dòng)比 PAGEREF _Toc294524028 h 13HYPERLINK l _Toc2945240292.2.2 轉(zhuǎn)角分析法確定傳動(dòng)比 PAGEREF _Toc294524029 h 14HYPERLINK l _Toc2945240303 二齒差活齒減速器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294524030 h 1

5、7HYPERLINK l _Toc2945240313.1幾何建模環(huán)境簡介 PAGEREF _Toc294524031 h 17HYPERLINK l _Toc2945240323.1.1三維建模軟件Solidworks簡介 PAGEREF _Toc294524032 h 17HYPERLINK l _Toc2945240333.1.2 二維幾何建模軟件AutoCAD的簡介 PAGEREF _Toc294524033 h 18HYPERLINK l _Toc2945240343.2二齒差活齒減速器的基本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc294524034 h 19HYPERLINK l _Toc2

6、945240353.2.1 雙相激波器 PAGEREF _Toc294524035 h 19HYPERLINK l _Toc2945240363.2.2 活齒輪 PAGEREF _Toc294524036 h 20HYPERLINK l _Toc2945240373.2.3中心輪 PAGEREF _Toc294524037 h 21HYPERLINK l _Toc2945240384 二齒差活齒減速器零件的計(jì)算校核 PAGEREF _Toc294524038 h 22HYPERLINK l _Toc2945240394.1傳動(dòng)比的計(jì)算以與活齒和中心輪的數(shù)量的確定 PAGEREF _Toc294

7、524039 h 22HYPERLINK l _Toc2945240404.1.1從動(dòng)論轉(zhuǎn)向的確定 PAGEREF _Toc294524040 h 22HYPERLINK l _Toc2945240414.1.2活齒齒數(shù)與中心輪齒數(shù)的確定 PAGEREF _Toc294524041 h 22HYPERLINK l _Toc2945240424.2 二齒差活齒傳動(dòng)的基本參數(shù) PAGEREF _Toc294524042 h 22HYPERLINK l _Toc2945240434.2.1基本參數(shù) PAGEREF _Toc294524043 h 22HYPERLINK l _Toc294524044

8、4.2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc294524044 h 23HYPERLINK l _Toc2945240454.2.3傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 PAGEREF _Toc294524045 h 23HYPERLINK l _Toc2945240464.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 PAGEREF _Toc294524046 h 23HYPERLINK l _Toc2945240474.3.1高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 PAGEREF _Toc294524047 h 23HYPERLINK l _Toc2945240484.3.2 低速軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 PAGEREF _Toc2945

9、24048 h 27HYPERLINK l _Toc2945240495二齒差減速器在Solidworks環(huán)境中的實(shí)體建模 PAGEREF _Toc294524049 h 31HYPERLINK l _Toc2945240505.1 輸出軸的三維設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294524050 h 31HYPERLINK l _Toc2945240515.2 輸入軸和軸承的裝配 PAGEREF _Toc294524051 h 32HYPERLINK l _Toc2945240526 結(jié)論 PAGEREF _Toc294524052 h 34HYPERLINK l _Toc294524053參考

10、文獻(xiàn) PAGEREF _Toc294524053 h 35HYPERLINK l _Toc294524054致 PAGEREF _Toc294524054 h 361 前言1.1國外現(xiàn)狀研究以與發(fā)展前景展望 活齒傳動(dòng)是活齒少齒差行星齒輪傳動(dòng)的簡稱，又被稱為活齒波動(dòng)傳動(dòng)是一種用來傳遞兩同軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的新型傳動(dòng)方式1?；铨X減速器具有傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、體積小、重量輕、噪聲小與壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)?；铨X傳動(dòng)最初的結(jié)構(gòu)型式是在20世紀(jì)30年代由德國人提出來的，到了40年代，他們就把活齒傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中了2。第二次世界大戰(zhàn)曾使活齒傳動(dòng)研究一度沉寂下來。50年代，聯(lián)學(xué)者對活齒傳動(dòng)

11、的一種型式“柱塞傳動(dòng)”進(jìn)行了理論研究，提出了它的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力的計(jì)算方法。美國學(xué)者提出了推桿活齒減速裝置與少齒差減速機(jī)，分析了傳動(dòng)原理，對傳動(dòng)比和作用力進(jìn)行了計(jì)算，分析了其傳動(dòng)性能。70年代，美兩國積極開發(fā)活齒傳動(dòng)的新型式，聯(lián)推出了“正弦滾珠傳動(dòng)”，美國推出了“無齒齒輪傳動(dòng)技術(shù)”，曾引起各國科技工作者的極大興趣。英國推出的“滑齒減速器”形成了系列產(chǎn)品，并投入國際市場。到了80年代，國際上研究活齒傳動(dòng)更加積極，日本、英國、保加利亞、捷克斯治伐克等國先后公布了一些有關(guān)活齒傳動(dòng)的專利和發(fā)明。這表明，活齒傳動(dòng)的研究和應(yīng)用，在國外已經(jīng)成為行星齒輪研究中相當(dāng)活躍的領(lǐng)域。后來伴隨著新的金屬加工工藝和數(shù)字加工設(shè)備

12、的出現(xiàn)，這種傳動(dòng)形式獲得了長足的發(fā)展，在有些國家已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，并在機(jī)械、冶金、建筑、采礦等工業(yè)部門獲得廣泛的應(yīng)用，活齒傳動(dòng)這一技術(shù)逐步的走向成熟。到了21世紀(jì)今天，經(jīng)過這么多年的研究發(fā)展，國外的活齒減速器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的層次，并已經(jīng)基本形成了一套技術(shù)體系。目前仍在進(jìn)一步完善之中。與外國相比，出于各種客觀原因，我國對活齒傳動(dòng)的研究起步較晚。從70年代起，我國的科技工作者才開始注意國外活齒傳動(dòng)的發(fā)展，并在條件簡陋、資料與資金缺乏的條件下研究活齒傳動(dòng)技術(shù)，經(jīng)十幾年的開拓，在理論研究和產(chǎn)品開發(fā)方而都取得不少成績，先后推出多種專利技術(shù)。1986年北航仕賢教授提出了推桿活齒針

13、齒減速機(jī)，其結(jié)構(gòu)與樣機(jī)榮獲國際大獎(jiǎng)。1987年，周有強(qiáng)教授等人提出了另外一種新的活齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，擺動(dòng)活齒減速機(jī)并個(gè)申報(bào)了國家專利。九十年代，江陰東亞減速機(jī)廠的嚴(yán)明工程師也提出一種新型結(jié)構(gòu)的活齒傳動(dòng)-移位滾柱減速機(jī)，并獲得國和國際大獎(jiǎng)。在這些活齒減速機(jī)中，推扦活齒減速機(jī)和滾柱(鋼球)活齒減速機(jī)是最早開發(fā)出的典型結(jié)構(gòu)，有的活齒減速機(jī)形成了工業(yè)生產(chǎn)能力，有的還在國際、國獲獎(jiǎng)，活齒傳動(dòng)理論研究方面也取得不少成果。然而到目前為止，由于我國活齒傳動(dòng)的研究和開發(fā)時(shí)間短，基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)人員少且分散，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累不足，與先進(jìn)國家相比，總體上仍存在較大差距。經(jīng)過世界各國機(jī)械工程技術(shù)人員的不懈努力的開發(fā)創(chuàng)新，已經(jīng)成功

14、研制出以下多種結(jié)構(gòu)形式的活齒傳動(dòng)形式，其中發(fā)展比較成熟的有套筒活齒傳動(dòng)，平面滾珠傳動(dòng)，擺動(dòng)活齒傳動(dòng)，滾柱活齒傳動(dòng)，推桿活齒傳動(dòng)等。從活齒傳動(dòng)誕生至今，已有多位機(jī)械專業(yè)的學(xué)者寫了多篇文獻(xiàn),對活齒傳動(dòng)進(jìn)行了廣泛的研究3-6, 文獻(xiàn)3中對擺動(dòng)活齒減速器的虛擬設(shè)計(jì)做了一個(gè)較為詳細(xì)的介紹，從各種典型的活齒傳動(dòng)形式到虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，并就基于齒輪嚙合原理,對擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的工作原理、特點(diǎn)和傳動(dòng)比進(jìn)行分析,對齒形進(jìn)行綜合正解,為進(jìn)一步進(jìn)行齒廓修形提供了理論基礎(chǔ)。建立了擺動(dòng)活齒減速器虛擬樣機(jī)模型,完成了虛擬設(shè)計(jì)和裝配,實(shí)現(xiàn)了變量化設(shè)計(jì)。對Solid Edge和ADAMS之間的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行初步探討,成功完成

15、二者之間的幾何模型轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)4中主要研究了擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的參數(shù)化仿真、三維造型設(shè)計(jì)和彈流潤滑問題,同時(shí)對二齒差活齒傳動(dòng)進(jìn)行了一些研究對擺動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析,并用“反轉(zhuǎn)法”和“三心定理”推導(dǎo)了擺動(dòng)活齒傳動(dòng)齒圈的齒廓方程、擺動(dòng)活齒的相對角速度方程和相對角加速度方程。然后以這些方程為基礎(chǔ),應(yīng)用Visual basic語言對擺活齒傳動(dòng)進(jìn)行了仿真分析。研究了擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的各尺寸參數(shù)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系,分析了各尺寸參數(shù)對擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的影響。文獻(xiàn)5分別給出了中心輪常用齒形曲線與對應(yīng)的等效機(jī)構(gòu);應(yīng)用等效機(jī)構(gòu)法,推導(dǎo)出齒形綜合反解的激波凸輪原始輪廓方程與其等距方程;齒形綜合反解實(shí)例驗(yàn)證了方法的實(shí)用性。

16、文獻(xiàn)6則究二齒差齒活齒傳動(dòng)的齒形綜合正解:給出了激波凸輪常用曲線與對應(yīng)的等效機(jī)構(gòu);應(yīng)用瞬時(shí)等效機(jī)構(gòu)法與轉(zhuǎn)角等距移距直接修形法,推導(dǎo)出齒形綜合正解的理論齒形和實(shí)際齒形方程式;給出齒形綜合正解實(shí)例。1.2 本課題的研究意義和預(yù)期研究目標(biāo) 二齒差活齒減速器的虛擬樣機(jī)建模和性能分析是在充分分析當(dāng)前二齒差活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)傳動(dòng)特點(diǎn)和研究現(xiàn)狀的前提下，依據(jù)當(dāng)前的硬件技術(shù)水平，利用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)理念提出來的。1.2.1本課題的研究意義隨著現(xiàn)代高科技技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械逐步向高速、精密等方向發(fā)展，而減速器作為現(xiàn)代機(jī)械中的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，也隨之對其提出了更高的要求。當(dāng)今世界各國減速器技術(shù)發(fā)展的總體趨勢是小

17、型化、輕量化、高效率和高可靠度的不斷升。減速器的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國家的工業(yè)水平。因此，開拓和發(fā)展減速器技術(shù)在我國有著廣闊的前景。二齒差活齒傳動(dòng)作為新型的傳動(dòng)形式，具有的優(yōu)點(diǎn)在這里不再一一贅述，因其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使之具有傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)形式不可比擬的優(yōu)越傳動(dòng)性能，在一定的工作條件下，是傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)形式理想的替換產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)過程中，由于其復(fù)雜要求較高的齒廓曲線，如果參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)引起各種各樣的問題，比如會(huì)引起活齒與中心輪的的嚙合質(zhì)量差，系統(tǒng)的傳遞效率低下等。在常規(guī)的設(shè)計(jì)方法下，其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)和計(jì)算較為復(fù)雜，并且難以得出最優(yōu)方案7。虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用可以很好的解決

18、這些不足之處，在二齒差活齒的研究設(shè)計(jì)中具有重要意義，不僅可以縮短開發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用，方便的修改參數(shù)，還可以對在設(shè)計(jì)出物理樣機(jī)之前對虛擬樣機(jī)做出故障診斷。1.2.2 本課題的預(yù)期研究目標(biāo) 本課題提出二齒差活齒減速器的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，將充分發(fā)揮虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的強(qiáng)大優(yōu)勢，并進(jìn)行相關(guān)的校核和仿真分析，最終得出最優(yōu)方案。 （1） 基于三維模型設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行有關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)實(shí)體建模和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并完成減速器的虛擬裝配。 （2）按照設(shè)計(jì)的尺寸，對活齒傳動(dòng)的輸入軸和輸出軸進(jìn)行校核。2 活齒傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)2.1典型活齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與原理經(jīng)過世界各國機(jī)械工程技術(shù)人員的不懈努力的開發(fā)創(chuàng)新，已經(jīng)成功

19、研制出以下多種結(jié)構(gòu)形式的活齒傳動(dòng)形式，其中發(fā)展比較成熟的有套筒活齒傳動(dòng)，平面滾珠傳動(dòng)，擺動(dòng)活齒傳動(dòng)，滾柱活齒傳動(dòng)，推桿活齒傳動(dòng)，活齒針輪傳動(dòng)8。2.1.1 套筒活齒傳動(dòng) 圖 2.1 套筒活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型和傳動(dòng)原理圖 圖2.1為套筒活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型以與原理圖9。它的基本組成包括激波器，中心輪和活齒輪，其中激波器是由雙偏心套，轉(zhuǎn)臂軸承和外齒圈組成，雙偏心套與輸入軸固聯(lián)，雙偏心套外輪廓上套裝轉(zhuǎn)臂軸承，轉(zhuǎn)臂軸承外環(huán)上套裝激波環(huán)與套筒活齒外圓柱面接觸?；铨X輪是由上面帶有均布柱銷的活齒架和套裝在柱銷上的一組套筒所組成。套筒活齒的圓柱面與活齒架上均布柱銷的外圓柱面嚙合，外圓柱面與轉(zhuǎn)臂軸承外環(huán)嚙合。中心輪

20、是具有包絡(luò)曲線齒形的齒輪，用圓柱銷固定在機(jī)座上。套筒活齒傳動(dòng)嚙合副由三個(gè)高副組成，三格高副是其突出的結(jié)構(gòu)特征。套筒活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)原理：當(dāng)它作為減速器使用的時(shí)候，假設(shè)中心輪不動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力輸入后，輸入軸帶動(dòng)激波器以等角速度H順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，激波器靠徑向尺寸變化的外輪廓，推動(dòng)套筒活齒運(yùn)動(dòng)，套筒活齒外圓柱面與固定中心輪凹齒形曲面嚙合滾轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與套筒活齒圓柱面嚙合的柱銷運(yùn)動(dòng)，柱銷又通過活齒架帶動(dòng)輸出軸以等角速度G逆時(shí)針減速轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，與中心輪非工作齒形接觸的諸套筒活齒受活齒架上柱銷的反推作用，順序地返回工作起始位置。2.1.2 擺動(dòng)活齒傳動(dòng)圖 2.2 擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型和傳動(dòng)原理圖圖2.2是擺動(dòng)活齒傳

21、動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型和傳動(dòng)原理圖。擺動(dòng)活齒傳動(dòng)由激波器，活齒輪和中心輪三個(gè)基本構(gòu)件組成。激波器的結(jié)構(gòu)形式由雙偏心套，深溝球軸承以與激波環(huán)組成。活齒輪由活齒架與一組擺動(dòng)活齒組成，擺動(dòng)活齒與活齒架上的均布柱銷組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，活齒架與輸出軸固聯(lián)。中心輪是一個(gè)具有包絡(luò)曲線的齒圈，它與機(jī)座轉(zhuǎn)動(dòng)副連接或固聯(lián)。傳動(dòng)原理：輸入驅(qū)動(dòng)力，軸帶動(dòng)激波器以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，激波器輪廓曲線通過與擺動(dòng)活齒側(cè)滾柱組成高副，推動(dòng)擺動(dòng)活齒繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使擺動(dòng)活齒外側(cè)滾柱與中心輪齒廓嚙合，推動(dòng)中心輪以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如果中心輪固定，則擺動(dòng)活齒外側(cè)滾柱與中心輪齒形嚙合的同時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副推動(dòng)活齒輪以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。2.1.3 滾柱

22、活齒傳動(dòng)圖 2.3 滾柱活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型和傳動(dòng)原理圖圖2.3為滾柱活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型和傳動(dòng)原理10。它是由激波器，活齒輪和中心輪三個(gè)基本構(gòu)件組成。滾柱活齒傳動(dòng)與推桿活齒傳動(dòng)的激波器結(jié)構(gòu)完全一樣，不同的是活齒輪推桿活齒由滾柱活齒所代替，活齒架變成了薄壁筒，中心輪的齒形不能自由選定，是滾柱活齒圓族的包絡(luò)曲線，所以不能設(shè)計(jì)成針輪的結(jié)構(gòu)。其傳動(dòng)原理：驅(qū)動(dòng)力輸入后輸入軸帶動(dòng)激波器旋轉(zhuǎn)，激波器半徑變化的輪廓曲線產(chǎn)生徑向推力，迫使與中心輪固定工作齒形接觸的諸活齒，在沿活齒架徑向?qū)Р垡苿?dòng)的同時(shí)，沿著中心輪工作齒廓滑滾，并通過活齒架的徑向?qū)Р弁苿?dòng)活齒輪以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于是滾柱活齒傳動(dòng)完成了轉(zhuǎn)速變換運(yùn)動(dòng)。

23、2.1.4 推桿活齒輪傳動(dòng)圖 2.4 推桿針輪活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型與傳動(dòng)原理圖 圖2.4為推桿活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型以與傳動(dòng)原理圖。推桿針輪活齒傳動(dòng)由激波器，活齒輪和中心輪組成。其中激波器是由偏心套，圓柱滾子軸承組成。活齒輪是由活齒架以與徑向?qū)Р壑械膶?dǎo)槽中的推桿活齒組成，活齒輪與輸出軸固聯(lián)。中心輪是由針輪與針齒殼組成，中心輪與機(jī)座固聯(lián)。其傳動(dòng)原理：輸入軸帶動(dòng)激波器以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，激波器的偏心量迫使活齒輪徑向?qū)Р壑械膫€(gè)推桿活齒依次作徑向外移，因推桿活齒與針齒套相互接觸時(shí)，當(dāng)推桿做徑向移動(dòng)時(shí)，由于受到活齒套的約束，從而使推桿活齒帶動(dòng)活齒輪作圓周運(yùn)動(dòng)，由于輸出軸與活齒輪固聯(lián)，所以獲得減速的運(yùn)動(dòng)。2.

24、1.5 平面滾珠傳動(dòng)圖 2.5 平面鋼球傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型圖 圖2.5為平面鋼球傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型。機(jī)座的左軸承上裝有主動(dòng)軸，右軸承上裝有與保持架固聯(lián)的從動(dòng)軸，與主動(dòng)軸固聯(lián)的面向保持架的端面上具有波數(shù)為z1封閉槽，與機(jī)座固聯(lián)的定盤面向保持架的端面具有波數(shù)為z2的封閉槽，再兩個(gè)盤相互交錯(cuò)的區(qū)域，裝有循環(huán)鋼球，保持架與循環(huán)鋼球有數(shù)量相等的徑向槽。其傳動(dòng)原理：如上圖a所示，鋼球5與動(dòng)盤3升程槽面接觸情況，主動(dòng)軸帶動(dòng)動(dòng)盤3以等角速度1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)盤3上的封閉槽在z1推動(dòng)循環(huán)鋼球5沿保持架6的徑向槽移動(dòng)，同時(shí)循環(huán)鋼球5受定盤7上的封閉槽z2的約束，反推保持架6以等角速度2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，于是平面鋼球傳動(dòng)完成了轉(zhuǎn)速

25、變換運(yùn)動(dòng)。2.2 活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比的分析方法 活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比定義為激波器，活齒輪，中心論三個(gè)基本構(gòu)件中的任意兩構(gòu)件之間的角速度之比。按照慣例，用i來表示傳動(dòng)比，上標(biāo)和下標(biāo)表示相應(yīng)構(gòu)件的運(yùn)行狀態(tài)。2.2.1相對角速度法確定傳動(dòng)比 相對角速度法是一種應(yīng)用相對運(yùn)動(dòng)原理，將其中某個(gè)部位固定，使其轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，借助有關(guān)定軸輪系的結(jié)論確定傳動(dòng)比的一種方法。假設(shè)激波器H，中心輪K和活齒輪G的角速度分別為HKG,設(shè)其方向均為順時(shí)針方向。現(xiàn)在給整個(gè)活齒傳動(dòng)加一個(gè)與激波器H角速度大小相等，方向相反的附加角速度。依據(jù)相對運(yùn)動(dòng)原理，這并不影響活齒傳動(dòng)中任意兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系。這樣，激波器H可以視為固定不動(dòng)，

26、該活齒傳動(dòng)就轉(zhuǎn)化為沒有行星輪的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)。在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，三個(gè)基本件相對于激波器H的角速度為,。轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的角速度的關(guān)系如下：=HH=0，=GH, =KH。 （2.1） 在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，任意的兩構(gòu)建的傳動(dòng)比，可以用定軸輪系傳動(dòng)比公式計(jì)算，所以活齒輪G和中心輪K的傳動(dòng)比可表示為 （2.2） 由上式得 （2.3）上述式子被稱為活齒傳動(dòng)基本構(gòu)件角速度關(guān)系式，表示激波器H，活齒輪G，中心輪K間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。應(yīng)用該式子可以比較方便的求出當(dāng)三個(gè)構(gòu)件中任一構(gòu)件固定時(shí)，其他兩構(gòu)件間的傳動(dòng)比。 下面僅就中心輪固定時(shí)的情況進(jìn)行演示計(jì)算。當(dāng)中心輪固定K（K=0）時(shí)，可以得到激波器H 主動(dòng)，活齒輪G從動(dòng)的傳動(dòng)比或者活齒

27、輪G主動(dòng)，激波器從動(dòng)的傳動(dòng)比,其結(jié)果如下: （2.4）活齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)向用其主從動(dòng)件轉(zhuǎn)向一樣或相反來表示，它與活齒輪G的齒數(shù)中心輪K的齒數(shù)和由固定件所確定的傳動(dòng)型式有關(guān)。通常用基本件的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系來判別。 根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)原理，對于活齒傳動(dòng)中繞主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)或平行于主軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的三個(gè)基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比，可以表示成 （2.6）式中，角標(biāo)ABC可以代表活齒傳動(dòng)中任意三個(gè)基本構(gòu)件。該式子為計(jì)算活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比通用方程式。2.2.2 轉(zhuǎn)角分析法確定傳動(dòng)比因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)件的角速度與轉(zhuǎn)角的關(guān)系為，所以根據(jù)傳動(dòng)比的定義，活齒傳動(dòng)任意兩基本構(gòu)件間的傳動(dòng)比，可表示為兩構(gòu)件間的轉(zhuǎn)角比。如當(dāng)中心輪K固定，激波器H主動(dòng)，活齒輪G從

28、動(dòng)的傳動(dòng)比可表示為 （2.7）式中分別為激波器H活齒輪G相對于固定坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)角。通過分析三個(gè)基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)角與他們之間的關(guān)系來確定活齒傳動(dòng)傳動(dòng)比的方法稱“轉(zhuǎn)角分析法”。(1)中心輪K 固定 中心輪齒數(shù)大于活齒輪齒數(shù)，激波器H以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過=，角等于外圈K的1/2個(gè)齒所對的圓心角，即=，活齒推動(dòng)活齒輪G順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過=角，將轉(zhuǎn)角代入傳動(dòng)比方程式得到 （2.8）式子中，傳動(dòng)比為負(fù)號(hào)表示主動(dòng)件激波器H和從動(dòng)件活齒輪G的轉(zhuǎn)向相反。當(dāng)外圈的齒數(shù)小于活齒輪齒數(shù)時(shí)，激波器H以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度時(shí)，活齒推動(dòng)活齒輪的G轉(zhuǎn)過了=，傳動(dòng)比 （2.9）式中，傳動(dòng)比為為正號(hào)表示主動(dòng)件激波器H和從動(dòng)件G的轉(zhuǎn)

29、向一樣。 （2)活齒輪固定 活齒輪G固定，激波器H主動(dòng)，中心輪K從動(dòng)。 中心輪齒數(shù)大于活齒輪齒數(shù)時(shí)，設(shè)主動(dòng)件激波器H以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)激波器H轉(zhuǎn)過,活齒推動(dòng)中心輪K順時(shí)針轉(zhuǎn)角度。此時(shí)傳動(dòng)比為： （2.10）式中，傳動(dòng)比為正號(hào)表示主動(dòng)件激波器H和從動(dòng)件中心輪K轉(zhuǎn)向一樣。 當(dāng)中心輪齒數(shù)小于活齒數(shù)，激波器H以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，激波器H轉(zhuǎn)過，活齒推動(dòng)中心輪K順時(shí)針轉(zhuǎn)角，傳動(dòng)比為： （2.11） (3)激波器H固定 激波器H固定后，活齒傳動(dòng)演化為嚙合定軸齒輪副，當(dāng)活齒G順指針轉(zhuǎn)過角度=,中心輪K順時(shí)針轉(zhuǎn)過角度=+,傳動(dòng)比： （2.12）由嚙合齒輪副的傳動(dòng)特點(diǎn)所決定，活齒輪和中心輪無論哪個(gè)為主動(dòng)

30、件，它們的轉(zhuǎn)向總是一樣的，與齒數(shù)無關(guān)。 綜上所述，用“轉(zhuǎn)角分析法”確定活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可得到如下結(jié)論：中心輪K固定 傳動(dòng)比 主從動(dòng)件轉(zhuǎn)向 一樣 一樣28.84mm+28.84(0.030.05 )mm=29.70mm30.28mm取dmin=30mm。(4) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸承機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)與構(gòu)想如圖3.3所示，結(jié)合活齒減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，減速器的外殼采用垂直剖分的結(jié)構(gòu)。按照傳動(dòng)的特點(diǎn)，軸承采用如下的結(jié)構(gòu)模式。按軸上零件的安裝順序，從最小直徑開始設(shè)計(jì)。圖 3.3 輸入軸的設(shè)計(jì)圖 軸段的軸徑和長度計(jì)算 軸段基本不承受軸向力，所以其上可以安裝一個(gè)滾珠軸承，其軸承代號(hào)為6006，查表

31、得知軸承徑為d=30mm，外徑D=55mm，寬度B=13mm，圈定位軸肩直徑da=36mm，外圈定位軸肩徑Da=49mm，可以初步確定該段軸的直徑d130mm。至于長度的選取為了便于散熱，以與安裝和潤滑的方便初步選定為l1=26mm。 軸段的軸徑和長度計(jì)算 軸承上安裝激波器，為了便于激波器的安裝，d2應(yīng)略大于d1，而且該軸段還要安裝一個(gè)滾珠軸承，查表可知可選取軸承代號(hào)為6207的軸承，該軸承的基本尺寸如下，軸承徑d=35mm，外徑D=72mm，寬度B=17mm，圈定位軸肩直徑da=42mm，外圈定位軸肩徑Da=65mm。可以初步確定軸的直徑d2=35mm。為了保證激波器的尺寸40mm寬度，可以

32、初步確定軸段的長度為l2=65mm。 軸段的軸徑和長度計(jì)算 軸肩為滾動(dòng)軸承提供定位，其半徑不應(yīng)高于滾球軸承的圈的上部。其軸肩高度圍為（0.070.1）d2=2.453.5mm,并且軸段上還需要安裝一個(gè)氈圈，同時(shí)為了便于氈圈的選取，確定該段軸的直徑d4=40mm，選取的氈圈的型號(hào)為35 /ZQ 46061997基本尺寸如下，氈圈徑d=34mm，氈圈外徑D=49mm，氈圈的厚度b=7mm，安裝氈圈的槽的尺寸如下，槽的外徑D0=48mm，徑d0=36mm，寬度b0=6mm。為了保證軸的勻稱性并且照顧到外殼的尺寸，軸段長可以為l3=15mm。 軸段的設(shè)計(jì) 軸段上需要安裝一個(gè)將結(jié)構(gòu)。通常，軸肩兩側(cè)的軸段

33、直徑一樣，確定該段軸的直徑d4=35mm，同時(shí)為了便于與電動(dòng)機(jī)的配合，這里選取軸段得長度l4=25mm。（軸上倒角均為1mm）（5） 鍵連接 激波器與軸段之間需采用鍵連接，可采用平鍵。查表可知，依據(jù)該軸段的直徑尺寸，確定平鍵的型號(hào)為1040 GB/T 10961990，軸段上的鍵選取的型號(hào)為1022 GN/T 10961990。（6） 軸的受力分析 繪制軸的受力分析圖，由于軸承在徑向上通常取壓力角為20，在激波器處得圓周力為 徑向力為 =2758.69N其受力分析圖如下圖 3.4 輸入軸的受力分析 求支承反力 在水平方向上 FA1=- Fr25.5/70.5= -997.82N FB1= -

34、Fr45/70.5= -1760.87N 其中符號(hào)表示所示力的方向相反，以下同 在垂直方向上 FA2= -Ft25.5/70.5= -2741.5N FB2= -Ft45/70.5= -4837.93N 故軸承A的總支承反力為 (3.9) 軸承B的總支承反力為 (3.10) 彎矩的計(jì)算在水平面上M1=FA145=FB125.5=44902Nmm在垂直面上 M2=FA245=FB225.5=123367.5Nmm合成后最大彎矩在Ft所在圓的圓心C處為 (3.11) 繪制彎矩圖 ，如上圖所示 計(jì)算轉(zhuǎn)矩并繪制轉(zhuǎn)矩圖 （3.12）轉(zhuǎn)矩圖如圖3.4所示（7）校核軸的強(qiáng)度 由圖可知，激波器中心點(diǎn)C處得彎矩

35、較大，而且軸徑較小，故該處為危險(xiǎn)剖面，其抗彎截面系數(shù)為 （3.13）抗扭截面系數(shù)為 （3.14）最大彎曲應(yīng)力為 （3.15）扭剪應(yīng)力為 （3.16） 按彎矩合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算 對于單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸按脈動(dòng)循環(huán)處理，故折合系數(shù)=0.6，則當(dāng)量應(yīng)力為 （3.17） 查表得知，45鋼調(diào)制處理后抗拉強(qiáng)度極限A=650MPa，軸的許用彎曲應(yīng)力-1b=60MPa,e -1b,強(qiáng)度滿足要求。（8）校核鍵連接的強(qiáng)度激波器處的鍵連接的擠壓應(yīng)力為 （3.18）電動(dòng)機(jī)與軸連接處的鍵連接的擠壓應(yīng)力為 （3.19） 鍵，軸，以與激波器的材料均為鋼鋼質(zhì)材料，查表得知P=125150MPa，PPA,故只需要校核軸承B。

36、由以下公式計(jì)算其壽命 （3.20）4.3.2 低速軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算（1）已知條件 低速軸傳遞的功率是 P2=9kW 轉(zhuǎn)速 n2=120r/min 傳遞的扭矩 T2=716.25Nm（2）材料的選擇 因所需要傳遞的功率不大，以與對重量和結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有特殊要求，由表可查知，選用常用的材料45鋼，并進(jìn)行調(diào)制處理。（3）軸的最小直徑 軸的最小直徑可由下列公式計(jì)算得出 其中A0可由表查知A0=106135 取A0=120則 （3.21）由于軸的末端需與聯(lián)軸器連接，這里有鍵連接，應(yīng)增大軸徑3%5%之間，所以 d50.60mm+50.60(0.030.05 )mm=52.12mm53.13mm為了選取鍵的方便

37、這里取最小軸徑dmin=54mm。（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸承機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)與構(gòu)想如下圖所示，結(jié)合活齒減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，減速器的外殼采用垂直剖分的結(jié)構(gòu)。按照傳動(dòng)的特點(diǎn)，軸承采用如下的結(jié)構(gòu)模式。按軸上零件的安裝順序，從最小直徑開始設(shè)計(jì)。圖 3.5 輸出軸的設(shè)計(jì)圖 軸段的設(shè)計(jì) 軸段上需要安裝下一級機(jī)。由最小軸徑可以初步確定該段的直徑d1=54mm，并且其上還有一個(gè)通過聯(lián)軸器與下一級結(jié)構(gòu)連接的鍵。選擇該段的長度l1=40mm。 軸段的設(shè)計(jì)該段軸徑上需要安裝一個(gè)氈圈，為了便于氈圈得選取，這里取軸的直徑d2=55mm，氈圈得型號(hào)為55/ZQ 46061997，其基本尺寸如下，氈圈徑d=53m

38、m， 氈圈外徑D=74mm，氈圈的厚度b=8mm，安裝氈圈的槽的尺寸如下，槽的外徑D0=72mm，徑d0=56mm，寬度b0=7mm。為了保證軸的勻稱性并且照顧到外殼的尺寸，軸段長可以為l2=15mm。 軸段的軸徑和長度計(jì)算 軸段上需要安裝一個(gè)軸承，而且該軸段還要大于軸段，為了便于軸承的選取，其直徑初步選為d3=60mm，軸承的代號(hào)為6212，其基本參數(shù)由查表得知軸承徑為d=60mm，外徑D=110mm，寬度B=22mm，圈定位軸肩直徑da=69mm，外圈定位軸肩徑Da=101mm，由于該軸段只安裝一個(gè)軸承外，還有一個(gè)套筒，為了整體的穩(wěn)定性，可以選取稍長點(diǎn)的長度，這里暫取l3=60mm。 軸段

39、的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸段需要安裝一個(gè)軸承，而且該軸段的直徑需要大于軸段，因此可以取直徑d4=65mm，選取的軸承的代號(hào)為6213，其基本參數(shù)由查表得知軸承徑為d=65mm，外徑D=120mm，寬度B=23mm，圈定位軸肩直徑da=74mm，外圈定位軸肩徑Da=111mm，由于該軸段只需要安裝一個(gè)軸承，故其長度應(yīng)略小于軸承的寬度，取l4=22mm。 軸段的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于軸段4上安裝軸承，需要一個(gè)過渡來與軸段6接觸，否則軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)出現(xiàn)問題，這里取軸段5的半徑為=33.5mm，軸段5僅是一個(gè)過渡作用，所以長度不需要過長，這里取=2mm。軸段的設(shè)計(jì)計(jì)算對于軸段，這里取=11.5mm，=37.5mm，=3mm

40、，其中最左端的空腔應(yīng)該能容下輸入軸的左端部分，所以取其半徑=25.8mm，從左數(shù)第二個(gè)空腔需要安裝輸入軸左端安裝的軸承，所以依據(jù)軸承的外徑取=27.5mm，軸段的長度應(yīng)大于所安裝軸承的厚度，這里取=16mm，=76.5mm，對于軸段，=12.5mm，=95mm，=120mm，。（5） 鍵連接 聯(lián)軸器與軸段之間的鍵采用A型普通平鍵連接，由表查知鍵的型號(hào)是鍵1656 GB/T 10961990。（6） 軸的受力分析 由于軸承的分布情況，軸不受彎矩的影響，在軸的自身重力不計(jì)的情況下，軸承不需要校核，軸承的壽命也不要校核。軸的強(qiáng)度校核也沒有必要，因?yàn)檩S的設(shè)計(jì)的時(shí)候，就是依據(jù)給定的功率和轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)出來的

41、（7）校核鍵連接的強(qiáng)度 輸入軸的左端的鍵連接處的擠壓應(yīng)力為 （3.22）取鍵、軸的材料均為鋼，查表可知=125-150MPa,滿足強(qiáng)度要求。5二齒差減速器在Solidworks環(huán)境中的實(shí)體建模軟件Solidworks完成最主要的功能就是創(chuàng)建實(shí)體模型20。應(yīng)用該軟件的零件的模塊，可以方便的設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形態(tài)各異的零件。Solidworks對零件的設(shè)計(jì)，主要是通過拉伸凸臺(tái)基體、拉伸切除、旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)基體、旋轉(zhuǎn)切除等命令塑造零件。利用Solidworks建立實(shí)體模型的基本步驟如下：1、選擇參考平面;2、在參考平面上繪制草圖；3、利用各種命令繪制實(shí)體；4、對需要修改的部位進(jìn)行進(jìn)一步的編輯。同樣，對于

42、裝配體的組裝，Solidworks足有強(qiáng)大的裝配能力，可以利用配合中的各種命令對零件間的各種位置關(guān)系進(jìn)行限定，按照一定的關(guān)系裝配在一起21。 5.1 輸出軸的三維設(shè)計(jì)在Solidworks的起始頁中，點(diǎn)擊“新建”，在彈出的選項(xiàng)卡中，選擇“零件”，單擊“確定”，在該模式下進(jìn)行輸出軸的三維設(shè)計(jì)。點(diǎn)擊“草圖繪制”，按照左邊彈出的提示選擇參考平面，點(diǎn)擊“直線”命令，繪制出輸出軸的正面投影一半視圖，可以按照設(shè)計(jì)的尺寸逐步回執(zhí)，也可以先繪制出大體形狀，后利用智能尺寸，逐一修改為設(shè)定的尺寸值。草圖繪制完成后，點(diǎn)擊“退出草圖”，然后點(diǎn)擊“特征”按鈕，點(diǎn)擊“旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)基體”按鈕，在繪制出的軸的半側(cè)的選擇按鈕，選擇

43、軸的中心線作為旋轉(zhuǎn)軸線，半剖面作為旋轉(zhuǎn)地所選輪廓，然后單機(jī)“完成”，旋轉(zhuǎn)出沒有孔，沒有鍵槽的軸。點(diǎn)擊左邊的“草圖繪制”，選擇軸的左端面為參考平面，然后點(diǎn)擊右邊“草圖繪制”，在軸的左端的平面上出繪制出軸端面的一條半徑，點(diǎn)擊“退出草圖”。點(diǎn)擊“插入”，選擇“參考幾何體”中的“基準(zhǔn)面”，在左側(cè)的選項(xiàng)欄中選擇“垂直于曲線”，點(diǎn)擊剛剛繪制的直線，出現(xiàn)了新建的參考平面。點(diǎn)擊該基準(zhǔn)面邊框，選擇其為操作平面，點(diǎn)擊“直線”命令，繪制出該段圓柱曲面的一條母線，分別點(diǎn)擊“圓”和“直線”命令，按照選定的鍵的尺寸，繪制出鍵槽的投影曲線形狀，刪掉輪廓線部的曲線，點(diǎn)擊“退出草圖”，回到特征操作界面，點(diǎn)擊“拉伸切除”，選擇剛才回執(zhí)的鍵槽形狀投影，設(shè)定需要拉伸的深度，點(diǎn)擊“完成”，繪制出鍵槽。點(diǎn)擊左側(cè)的“草圖繪制”，點(diǎn)擊軸的右端面，點(diǎn)擊右邊的“繪制草圖”命令，依據(jù)設(shè)定的螺絲的尺寸，以軸的中心線與右端面的交點(diǎn)為中心點(diǎn)，以螺孔的中心線到軸的中心線的距離為半徑，繪制出螺孔中心點(diǎn)所在的圓，然后分隔60度繪制一個(gè)圓孔，共繪制出6個(gè)螺孔的形狀，點(diǎn)擊“退出草圖”，回到“特征”選項(xiàng)界面，點(diǎn)擊“拉伸切除”，按照設(shè)計(jì)好的螺孔深度，選定正確的方向,點(diǎn)擊“完成”。繪制出的零件的形