精密傳動及系統(tǒng)概論

《精密傳動及系統(tǒng)》概論傳動：2、工作機構(gòu)常要求能夠變速，而用調(diào)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？

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(gòu)所要求的速度、轉(zhuǎn)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(gòu)，需要同一個動力機來帶動。3、工作機構(gòu)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(zhuǎn)運動。實驗室名稱成立時間及規(guī)模研究內(nèi)容研究特色產(chǎn)品領(lǐng)域英國紐卡斯爾大學齒輪技術(shù)研究中心1970年，24位工程師及技術(shù)人員齒輪設(shè)計、制造、分析、表面工程等研究及實驗技術(shù)齒面接觸特性、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(shù)人員齒輪、變速箱以及汽車傳動系統(tǒng)的設(shè)計、分析、摩擦學等研究及實驗技術(shù)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(shù)人員齒輪傳動的設(shè)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(shè)計理論與方法、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(guān)鍵基礎(chǔ)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(guān)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(shù)運載裝備。市場預(yù)測顯示，2008~2017年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(guān)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(yù)計在2008-2017年間，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(yù)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(diào)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(yù)計高速齒輪箱的產(chǎn)值將達到60億元。在城市軌道交通領(lǐng)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(guān)鍵設(shè)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(shù)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(chǔ)和技術(shù)發(fā)展不均衡，船舶基礎(chǔ)部件精細化設(shè)計技術(shù)薄弱、研發(fā)投入少，高承載輕量化齒輪箱技術(shù)發(fā)展緩慢依然落后于船舶整機技術(shù)水平，與國際先進技術(shù)水平存在明顯差距，高端領(lǐng)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(guān)節(jié)均采用電機直接驅(qū)動精密減速器的結(jié)構(gòu)，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(qū)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(wù)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)。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。

傳動的類型機械傳動、流體傳動、電力傳動、磁力傳動……半環(huán)型錐盤滾輪式駐車制動系統(tǒng)斜橋料車上料機(1)(2)(3)課程主要內(nèi)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(zhuǎn)矩在1.7Nm～3,400Nm范圍內(nèi)的傳動，擺線類精密傳動適用于額定扭矩在100Nm～7,000Nm范圍內(nèi)的傳動；在102Nm～3400Nm范圍內(nèi)，兩種技術(shù)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(zhuǎn)剛度高3倍以上。諧波齒輪減速器是由美國的C.WaltonMusser教授專門針對空間應(yīng)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(zhì)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(shè)計理論、加工制造及試驗應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)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、歐洲等先進國家已將該項技術(shù)大量應(yīng)用于空間飛行器的各種實施展開、驅(qū)動、精密指向、掃描、空間機器人活動關(guān)節(jié)等運動機構(gòu)上，并已推廣應(yīng)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(qū)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Lunarrover，Hubblespacetelescope，Iridiumsatellite，Marsobservation和Internationalspacestation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到25角秒以內(nèi)，最高已達到5角秒以內(nèi)。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(luò)減速器等。RV(RotaryVector)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(gòu)成封閉式行星傳動的組合結(jié)構(gòu)；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，如可換刀具的圓盤傳動帶、工作母機上的塔輪傳動、焊接設(shè)備、分度工作臺、機器人關(guān)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(nèi)。國內(nèi)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(nèi)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(gòu)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(zhuǎn)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(yīng)用，但國內(nèi)尚未開展相關(guān)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滾針，且針齒一端的錐形與殼體上的錐孔相配、預(yù)緊，可實現(xiàn)完全消隙。但該傳動為N-N型少齒差行星傳動結(jié)構(gòu)，傳動效率較低，且針齒為懸臂構(gòu)件，承載能力、扭