減速器-圓錐圓柱齒輪減速器設計【鏈式輸送機傳動裝置】【F=2500M V=0.67ms D=445 L=800mm】

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在平行四桿機構中作為曲柄的輸入軸1和支撐軸2，是偏心輪部件的一部分。平行四桿機構中的聯(lián)接件3，即環(huán)板，同時也是一個裝在輸出軸4上的內齒輪與外齒輪嚙合旋轉圍繞的固定軸。輸入軸不旋轉的平移運動驅動環(huán)板3。三個平行四桿機構的設置，避免曲柄和聯(lián)接件在一直線時有不定度。這個相角是120度。單級傳動時傳動比的范圍在11-99，雙級傳動是可達到9801，如果需要可以達到更高。 為了達到可視化的目的，一個對稱的三環(huán)減速器CAD實體模型如圖3所示。 與其它變速箱相比，三環(huán)變速箱有高傳輸率，高承載能力，結構簡單，并且低生產成本等特征，因此引起了學術界和工業(yè)領域關注。 在中國，這一變速箱已經應用在冶金工業(yè)，采礦業(yè)，交通運輸，建筑和輕工業(yè)。不過，由于研究開發(fā)的局限和早期設計的缺點，仍然存在一些問題，如振動，環(huán)板破裂，軸承使用壽命短。在某種程度上，破壞了它的形象，也限制它進一步應用。 在本文中，是在受力分析，承載能力，平衡和減輕振動，機械效率和系列產品的設計方面做的評論。 圖.3.三環(huán)減速器（對稱） 二、 受力分析 這種環(huán)式變速箱，是一種過自由度機構，由于它對彈性變形的靈敏性和制造誤差，其受力分析是復雜的。列變形的相容性方程式是有必要的。 在20世紀90年代，有幾個工程人員論述了變速箱的受力分析。但這個基本的假設在工作中可能偏離實際的應用。因此，分析的結果還有待論證。 在對減速器的動力學與振動的深入分析中，對環(huán)式減速器動態(tài)性能的改進是必要的。楊和張[ 2 ]建立了變速箱的彈性動力學方程，并分析了固有頻率，振動方式和動態(tài)響應。由系統(tǒng)的動態(tài)行為引起的環(huán)板的變形的影響已不容忽視。 文獻[3,4]，采用有限元建模對環(huán)板的位移和變形進行了分析。據此顯示，環(huán)板的張力和彎曲變形對系統(tǒng)的運動學和動力學性能的影響是不容忽視的。因此，環(huán)板的兩種變形不能忽視，在文獻[ 4 ]中并作為相容性方程的參數之一。 一個許多因素都考慮在內的變速箱受力分析程序，可能已經投入實際使用[ 5 ] 。通過這個程序可以得到齒輪和軸承負載隨時間變化的關系曲線圖。 三、 承載能力 多齒嚙合的彈性效應是研究承載能力的重點，這是一個在少齒差內齒嚙合中特別的現象。如圖.4所示 ，當一雙0號齒嚙合時，相鄰的齒輪副工作表面的間隙（1- 4）非常小。當在荷載作用下牙齒變形，間隙可能消失，從而形成多齒嚙合。 圖.4. 多齒彈性嚙合 早在1965年ястребов [ 6 ]預言存在這種效應，并提出了計算間隙值的公式。后來Sunaga [ 7 ] 通過一個實驗進一步證明了它的實際存在?；邶X剛度，間隙和制造誤差，舒[8，9] 通過光彈性實驗推導出同時嚙合對齒的數目和測量出分布于齒對的載荷。 據Sunaga及舒的論證，同時嚙合對齒不能超過3-5 。但是，在他們的實驗中，他們未能給實驗齒輪誤差的標準值。然而該基圓齒距誤差是隨機的并且對負荷分布有很大的影響，他們的實驗結果不能作為多齒嚙合實際效應的證據。后來，文獻[ 10 ]作出類似的努力。因為該基圓齒距誤差遠遠大于3號和4號對齒的間隙，他們計算齒輪誤差的辦法是值得商榷的。 文獻[ 11 ]巧妙推導出間隙的理論值，計算出彈性變形，并取得了同時嚙合對齒的數量和負荷分布系數。結論是，通常同時工作的齒對只有3對 ，還不能像一些產品樣品要求的達成9-18。 基圓齒距誤差是影響最大的一個誤差。據文獻[ 11 ]基圓齒距誤差可能導致瞬時單齒嚙合。他們提出把負荷分布系數引入疲勞強度來評價牙齒彎曲，并認為最大彎曲應力發(fā)生在同一時間。對在載荷分布方面的誤差影響有更準確的估計是必要的。首先分析表明，這種現象的積極影響太重要以至于不能忽視，然而誤差的負面影響也應考慮。 四、平衡和減振 三個環(huán)板相互不平衡產生振動力。也存在著一個周期性振動力矩，使得減速器振動。在早期設計中使用非對稱裝置（如圖2所示）。 這種裝置使減速器振動強烈。對對稱裝置來說平衡也是必要的。因為在早期設計中的缺陷，人們不太接受這種減速箱。 文獻[ 12 ] 通過在輸入和支撐軸上安裝四個平衡錘，成功地解決了三環(huán)減速器的平衡問題，如圖6所示。 雙環(huán)式減速器（如圖5所示）設計，由王[ 13,14 ] ，用一個分裂軌道裝置來避免運動的欠自由度，有一個更好的動態(tài)性能。不過，結構復雜得多了。 圖.5 .有分裂軌道裝置的雙環(huán)減速器 上文作者提出了一種新型的雙環(huán)式減速器，如圖6所示，在圖中，兩個平行四桿機構之間的相位角不到180° ，撤銷了分裂軌道裝置。安在高速軸上的四個平衡錘使得這個變速箱平衡性很好[15] 。 圖. 6 .沒有分裂軌道裝置的雙環(huán)減速器 為了獲得三個平行機構的負載平衡，文獻[ 16-18 ]提出了彈性環(huán)和獨自油膜漂浮理論。 五、機械效率 小齒差內嚙合齒輪之間的相對滑動是輕微的。齒輪表面的摩擦，并不是功率損耗的主要原因。在這個方面它不同于其他變速器。劉[19,20]指出在凸、凹齒面之間幾乎沒有間隙。產生熱量是潤滑油膜被擠出主要原因，影響了機械效率。劉提議使用固體潤滑劑。他的實驗表明，用固體潤滑，工作效率可達到97.4 ％，而使用液體潤滑只有90.6 ％ 。 劉的這一點是被接受的，采用傳統(tǒng)機械效率評價公式不能正確評價減速器的效率。因此，環(huán)式減速器的效率低于2K- H型行星減速器。當在高功率和持續(xù)運行時，熱量平衡分析是必不可少的。 六、系列產品設計 生產這種減速機的廠大部分在中國，都采用了1995年由中國冶金工業(yè)部制定的標準 [21,22] 。理論分析和實踐經驗都表明，實際負荷能力遠大于給出的標準。明顯地，原來的設計沒有把多齒的彈性嚙合納入考慮范圍，承載能力評價也很保守。 現在，在對環(huán)式變速箱充分成熟的理論分析下，推動了先進的制造標準的成熟： 1．考慮環(huán)板變形的運動-彈性靜力學分析方法 [ 4 ] 。 2.考慮多齒的彈性嚙合的承載能力評價方法 [ 11 ] 。 3.CAD技術程序包，它可以自動地確定小齒差內嚙合齒輪幾何參數[23] 。 4.參數優(yōu)化方法，它可以保證一個合適的軸承壽命及齒輪強度[ 5 ] 。 通過總結了以上提到的所有論述，天津大學的機械傳動試驗室已經完成了系列產品的設計，其中包括400個模型（ 20個型號，每個有20個傳動比） 。全新設計的產品負載容量，遠遠高于舊標準，有些甚至高于硬齒面減速機[ 5 ] 。 七、提議與展望 這種變速箱具有廣闊的應用前景。在要求較低的應用中，許多普通齒輪和蝸桿減速器，甚至兩級行星齒輪減速器都應該被他代替。為了充分發(fā)揮其優(yōu)勢，以下工作應該得到實施。 1.齒輪彎曲強度的可靠性設計方法的確定，應把制造誤差考慮在內。 2.在更高的速度情況下（超過1500轉/每分鐘 ），一個完全的彈性動力學分析應該要想辦法核實它是否可以被使用。 一種新型雙環(huán)齒輪減速器的設計與運動仿真 摘要：一種獲得專利的雙環(huán)形齒輪減速機,本文闡述了它的設計原理及其動態(tài)性能模擬性能。這種新型的驅動器的一個獨特的特點是兩個平行四桿機構的相位角是不同的，并且略小于180度，四個安裝在兩曲軸上的平衡錘，以平衡這個機構的慣性力和慣性力矩。對它的工作原理、優(yōu)點和設計上的問題進行了論述?？紤]到環(huán)板、齒輪、軸承等的彈性變形，提出一個彈性動力學模型來分析其動態(tài)響應。模擬結果表明，與軸承套相比，行星軸承工作在更苛刻的條件下。齒輪和軸承波動載荷表明減速器振動的主要原因是系統(tǒng)的彈性變形而非機構的慣性力和慣性力矩。 關鍵詞：雙環(huán)齒輪減速器;行星齒輪傳動;彈性動力學 三環(huán)減速器，即內嚙合行星齒輪變速箱，有許多優(yōu)勢，包括大傳動比，高負荷能力，以及體積緊湊[ 1 ] 。但是，在其應用中也存在著一些弊端。一個是在曲軸工作過程中，軸承套有不平衡的慣性力矩產生。這個不平衡力矩就是振動力矩，有可能產生振動和噪聲負面的影響[ 2 ] 。由于輸入速度的增加，振動變得更加嚴重。另外一個弊端是偏心輪軸套的微動磨損[ 3 ] 。六個偏心軸襯不僅帶來裝配困難，而且使行星軸承過早疲勞。 為消除上述弊端，辛等人[ 4 ] 提出了一個完全平衡的三環(huán)減速器。中間和兩側環(huán)板的相位角差都是180度，中間環(huán)板厚度是兩側的兩倍。因此，三相位機構的慣性力和慣性力矩是完全平衡的。不過，從機理出發(fā)， 這種內嚙合行星齒輪傳動機構是三個平行四桿結構和內嚙合齒輪傳動機構的結合。 連接器和曲柄在一條直線時該誰運動將不確定。這一位置往往取名為"死點" 。由于兩個相鄰機構的相位角差是180度，平行四桿機構的三個相位將同時達到"死點"。因此，要克服"死點" ，這個設備需要增設兩個同步帶來同步驅動曲軸，這使得結構減速器更加復雜化。除了復雜的結構，偏心軸襯的微動磨損依然存在。為解決關于偏心軸襯的問題，唐等人提出了一個類似的雙環(huán)齒輪減速機[ 5 ] 。固定在兩個曲軸的四個平衡錘用來平衡慣性力矩。同樣，并置的平行四桿機構相位角差是180度，也是這個道理。由于"死點"問題 ，需要增設橋式齒輪副使輸入分流到兩個曲軸。上述兩個驅動器需要一個第一期傳輸，以克服"死點" ，這使得驅動裝置的結構相對松散。 在本文中，為消除前面所提到內嚙合行星齒輪傳動的弊端設計了一種新型的雙環(huán)齒輪減速機[ 6 ]?？紤]到零件的彈性變形，設計了一個彈性動力學模型系統(tǒng)來顯示其動態(tài)性能。 3.結論 一種新型的雙環(huán)齒輪減速機的設計及其動態(tài)性能用彈性動力學模型來模擬。這個驅動裝置的特點是有不到180度的相位差。這一設置使減速器單功率輸入，和體積減小變?yōu)榭赡堋０惭b在曲軸四個平衡錘來平衡這個機構的慣性力和慣性力矩。 與軸承套相比的動態(tài)仿真結果表明，行星齒輪機構在更苛刻的條件下工作。此調查表明，零件的彈性變形是這種新型雙環(huán)齒輪減速機振動的主要因素，而不是慣性力和慣性力矩，這是不同于慣性力和慣性力矩是環(huán)式齒輪減速機振動的主要因素這一主流認識的[ 2 ] 。