50超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計?—機械部分,50,超環(huán)面,行星,蝸桿,傳動,數(shù)控,轉(zhuǎn)臺,設(shè)計,機械,部分,部份
湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計工作中期檢查表系 機電系 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 06 興湘機二班 姓 名 陶柳 學(xué) 號 2006183910 指導(dǎo)教師 胡自化 指導(dǎo)教師職稱 教授題目名稱 超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計-機械部分題目來源 ■科研 企業(yè) 其它 課題名稱 超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計-機械部分題目性質(zhì) 工程設(shè)計 ■ 理論研究 科學(xué)實驗 軟件開發(fā) 綜合應(yīng)用 其它1、選題是否有變化 有 ■否 2、設(shè)計任務(wù)書 ■有 否資料情況3、文獻綜述是否完成 ■完成 未完成 4、外文翻譯 ■完成 未完成由學(xué)生填寫目前研究設(shè)計到何階段、進度狀況：通過對資料的查詢，已經(jīng)能夠?qū)Τh(huán)面行星蝸桿傳動機構(gòu)的傳動比計算，傳動的幾何關(guān)系，傳動中各傳動輪齒數(shù)與喉徑螺旋升角的關(guān)系，傳動的力分析等一些參數(shù)進行分析計算和設(shè)計選取。現(xiàn)階段著力對各個構(gòu)件的廓面方程進行計算推導(dǎo)和總體方案的設(shè)計。與此同時還通過對一些復(fù)雜的裝配圖形的裝配和仿真熟悉和了解三維制圖軟件工作進度預(yù)測（按照任務(wù)書中時間計劃）提前完成 按計劃完成 拖后完成 無法完成工作態(tài)度（學(xué)生對畢業(yè)論文的認(rèn)真程度、紀(jì)律及出勤情況）：認(rèn)真 較認(rèn)真 一般 不認(rèn)真質(zhì)量評價（學(xué)生前期已完成的工作的質(zhì)量情況）由老師填寫優(yōu) 良 中 差指導(dǎo)教師（簽名）：年 月 日建議檢查結(jié)果： 通過 限期整改 緩答辯系意見： 簽名：年 月 日注：1、該表由指導(dǎo)教師和學(xué)生填寫。2、此表作為附件裝入畢業(yè)設(shè)計（論文）資料袋存檔。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目： 超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計—機械部分 學(xué)號： 2006183910 姓名： 陶 柳 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 胡自化 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求1、熟悉和掌握超環(huán)面行星蝸桿傳動的工作原理； 2、熟悉和掌握超環(huán)面行星蝸桿傳動的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 3、總結(jié)和撰寫設(shè)計說明書一份（附光盤） ； 4、CAD 制圖，一張 A0 裝配圖紙及其零件圖，共計 2 張 A0 圖量； 5、翻譯相關(guān)外文資料一份； 二、重點研究的問題1、熟悉和掌握超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺相關(guān)性能方面的知識； 2、熟悉和理解超環(huán)面行星蝸桿傳動的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 三、進度安排序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間1 熟悉課題及基礎(chǔ)資料 第一周2 調(diào)研及收集資料 第二周3 方案設(shè)計與討論 第三～四周4 超環(huán)面行星蝸桿減速器各零件的設(shè)計與計算 第五～八周5 CAD 軟件的學(xué)習(xí) 第九周6 CAD 制圖 第十周7 撰寫說明書 第十一周8 英文文獻翻譯，答辯 第十二周四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻[1]秦大同.機械傳動科學(xué)與技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2003.[2]齒輪手冊編委會．齒輪手冊(上冊)．北京：機械工業(yè)出版社，1990 [3]付則紹．新型蝸桿傳動．北京：石油工業(yè)出版社，1992 [4]姚立綱,李尚信.超環(huán)面行星減速器的設(shè)計與制造研究[J].機械傳動, 2001, 25(4): 17-20. [5]姚立綱.超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合分析和加工研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 1996[6]許立忠,曲繼方,趙永生.超環(huán)面行星蝸桿傳動效率研究[J].機械工程學(xué)報, 1998, 34(5):20[7]張躍明.超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合理論研究.學(xué)位論文.哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械工程系,1993.7[8]張春麗,徐曉俊,董申.超環(huán)面?zhèn)鲃拥墓に嚫倪M方案及其齒面研究[J].中國機械工程, 2000, 11(7): 749-752.湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計—機械部分學(xué) 院：興湘學(xué)院 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué) 號：2006183910 姓 名：陶柳 指導(dǎo)教師：胡自化 (教授) 完成日期： 2010 年 6 月 7 號 1超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計摘要：多年以來國產(chǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺都有著剛性不足，在旋轉(zhuǎn)過程中承載能力差的弱點。主要是因為傳動鏈的最后一環(huán)的蝸桿蝸輪機構(gòu)品質(zhì)低劣，與國際上高品質(zhì)的蝸桿蝸輪副相去甚遠(yuǎn)。本文以超環(huán)面行星蝸桿傳動作為傳動的最后一環(huán)，它的傳動比大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。從而在輸出相同扭矩和傳動比的情況下體積小，同時通過大的傳動比來提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺的剛度和承載能力。通過此設(shè)計我們發(fā)現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺所能承載的扭矩大大提高。關(guān)鍵詞：超環(huán)面行星蝸桿傳動，廓面方程，傳動效率，The design of Super-toroidal drive NC rotary tableAbstract：Over the years, the NC rotary table has insufficient rigidity of the bearing during rotation of the weakness of poor. Mainly because the transmission chain of the last part of the worm gear institutions of inferior quality, and high-quality international vice far cry from the Worm..In this paper, super-toroidal drive as part of the final drive, and its transmission ratio, transmission efficiency, compact structure. Thus the output torque and gear ratio the same case of small size, while driving through the large NC rotary table than to increase the stiffness and load capacity. With this design we found that the NC rotary table bearing torque can be greatly increased.Key words：Super-toroidal drive；Profile equation；Transmission efficiency； 湘 潭 大 學(xué) 興湘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目 超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計—機械部分姓 名 陶柳 學(xué)號 2006183910專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 興湘學(xué)院機械二班指導(dǎo)教師 胡自化 職稱 教授填寫時間 2010 年 4 月 22 日2010 年 4 月說 明1．根據(jù)湘潭大學(xué)《畢業(yè)設(shè)計(論文)工作管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告》，由指導(dǎo)教師簽署意見，系主任批準(zhǔn)后實施。2．開題報告是畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報告不合格者不得參加答辯。3．畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告各項內(nèi)容要實事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4．本報告中，由學(xué)生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于 2000 字。5．開題報告檢查原則上在第 2～4 周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計開題檢查后， 應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報告。6. 填寫說明：(1) 課題性質(zhì) ：可填寫 A．工程設(shè)計；B． 論文；C. 工程技術(shù)研究；E.其它。(2) 課題來源：可填寫 A．自然科學(xué)基金與部、省、市級以上科研課題；B．企、事業(yè)單位委托 課題；C．校級基金課題；D．自擬課題。(3) 除自擬課題 外，其它課題必須要填寫課題的名稱。(4) 參考文獻不能少于 10 篇。(5) 填寫內(nèi)容的字體大小 為小四，表格所留空不夠可增頁。本科畢業(yè)設(shè)計 (論文)開題報告學(xué)生姓名 陶柳 學(xué) 號 2006183910 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其 自動化指導(dǎo)教師 胡自化 職 稱 教授 所在系 機電系課題來源 科研 課題性 質(zhì) 工程技術(shù)研究課題名稱 超環(huán)面行星蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計—機械部分一、選題的依據(jù)、課題的意義及國內(nèi)外基本研究情況隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心的需求也在增加，特別是四軸、五軸聯(lián)動的加工中心。作為數(shù)控機床的主要功能部件，數(shù)控轉(zhuǎn)臺在整個機床工具行業(yè)中的作用越來越重要。我湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院近期夠買的一臺國產(chǎn)4軸4聯(lián)動數(shù)控銑床配置的作為機床第四軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺就是TK13系列中的 TK13250型號。在使用中已經(jīng)充分暴露其剛性不足，在旋轉(zhuǎn)過程中承載能力差的弱點。這幾乎是國產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的通病。生產(chǎn)廠家在其說明書已經(jīng)明確的規(guī)定，轉(zhuǎn)臺處于非剎緊狀態(tài)時只能承受較低的切削扭矩的零件加工。因此，數(shù)控機床雖有多軸聯(lián)動的功能，卻很難再轉(zhuǎn)臺參與聯(lián)動的過程中進行實質(zhì)性的切削加工，極大地限制了數(shù)控機床的使用范圍。上述弊端的存在，主要是因為傳動鏈的最后一環(huán)的蝸桿蝸輪機構(gòu)品質(zhì)低劣，與國際上高品質(zhì)的蝸桿蝸輪副相去甚遠(yuǎn)。精度、強度、壽命等均不在一個檔次，所以要突破傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪傳動模式，以環(huán)面蝸桿、行星滾子齒輪為傳動鏈來改進，從而增大數(shù)控轉(zhuǎn)臺的切削能力，這我們選擇此題的重要依據(jù)及其意義所在。國內(nèi)外基本研究狀況：超環(huán)面行星蝸桿傳動機構(gòu)一經(jīng)出現(xiàn),立即引起國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的高度重視。迄今為止,對于超環(huán)面行星蝸桿傳動的研究主要有以下幾個方面:1，嚙合理論研究;2,關(guān)鍵零件定子加工制造技術(shù)研究;3，承載能力研究;4,其它問題研究。其中前兩方面的研究相對較多,而后兩方面的研究則很少。在嚙合理論研究方面,國內(nèi)研究相對較多,國外尚未見資料報道。文獻中給出了超環(huán)面行星蝸桿傳動定子齒面方程、蝸桿齒面方程、接觸線方程和螺旋線方程等。在該種傳動嚙合理論的研究方面有很大突破,文中不僅求解并比較了在三種不同行星輪齒形時行星輪與定子及蝸桿的接觸線,而且討論了根切界限點,并依據(jù)定子法截面內(nèi)齒形設(shè)計定子飛刀,把超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合理論與實際加工過程聯(lián)系起來。綜合而言,對于該種傳動的嚙合特尚需進行深入系統(tǒng)的研究。二、研究內(nèi)容、預(yù)計達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措施本課題對超環(huán)面行星蝸桿傳動的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和嚙合理論分析研究，中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒輪復(fù)雜齒面建模，傳動系統(tǒng)的運動、動力仿真以及數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計,主要完成以下研究內(nèi)容：1．研究超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論、關(guān)鍵零件的廓面方程、傳動效率以及一些重要零件的校核計算。2．超環(huán)面行星蝸桿傳動減速器進行運動學(xué)、動力學(xué)分析和數(shù)字仿真研究分析。預(yù)計達(dá)到的目標(biāo)：通過此次畢業(yè)設(shè)計今后自己能夠?qū)σ恍?fù)雜曲面的廓面方程進行很好的計算和分析，并能夠熟練的利用三維建模軟件對一些機構(gòu)及復(fù)雜的系統(tǒng)進行計算機模擬和仿真來解決一些困難的問題，同時開發(fā)這產(chǎn)品，提高在制造設(shè)計技能為今后的工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。關(guān)鍵理論和技術(shù)指標(biāo)：主要是對中心蝸桿，行星蝸輪以及內(nèi)超環(huán)面齒輪廓面方程的計算分析和機構(gòu)的動態(tài)仿真.完成課題的方案和主要措施：先在導(dǎo)師的幫助下查閱相關(guān)的資料，對課題進行初步的了解，然后通過對傳動比，廓面方程的分析計算對它做前面的了解，先通過三維軟件對之進行動態(tài)仿真，看所設(shè)計的參數(shù)是否合理，最后將此產(chǎn)品研發(fā)出來三、主要特色及工作進度主要特色：利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)，基于 UG、等軟件對理論設(shè)計的進行參數(shù)化建模，動態(tài)仿真。工作進度：收集查閱了有關(guān)超環(huán)面行星蝸桿傳動設(shè)計資料，現(xiàn)已經(jīng)對它的傳動比計算，傳動中各傳動輪齒數(shù)與喉徑螺旋升角的關(guān)系，傳動的裝配關(guān)系，行星蝸輪與中心蝸桿之間的力關(guān)系以及廓面方程有了足夠的理解，現(xiàn)已能過對其進行設(shè)計分析，并制定了設(shè)計提綱方案和計劃。四、主要參考文獻（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出）[1]秦大同．機械傳動科學(xué)與技術(shù)． ．北京：清華大學(xué)出版社，2003．[2]齒輪手冊編委會．齒輪手冊(上冊)．北京：機械工業(yè)出版社，1990[3]付則紹．新型蝸桿傳動．北京：石油工業(yè)出版社，1992.[4]姚立綱,鄭建祥,李尚信,徐曉俊,李華敏.超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合分析大慶石油學(xué)院學(xué)報, 1996.[5]姚立綱,李尚信.超環(huán)面行星減速器的設(shè)計與制造研究[J].機械傳動, 2001.[6]姚立綱.超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合分析和加工研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 1996[7]許立忠,曲繼方,趙永生.超環(huán)面行星蝸桿傳動效率研究[J].機械工程學(xué)報, 1998.[8]張躍明.超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合理論研究.學(xué)位論文.哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械工程系,1993.[9]張春麗,徐曉俊,董申.超環(huán)面?zhèn)鲃拥墓に嚫倪M方案及其齒面研究[J].中國機械工程, 2000.[10]徐曉俊,張春麗,董申.新型超環(huán)面?zhèn)鲃拥膬?nèi)齒輪齒面展成原理.機械傳動,1999.指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系意見 系主任簽名：年 月 日院意見 教學(xué)院長簽名： 年 月 日2第一章 引言1.1 概述隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心的需求也在增加，特別是四軸、五軸聯(lián)動的加工中心。作為數(shù)控機床的主要功能部件，數(shù)控轉(zhuǎn)臺在整個機床工具行業(yè)中的作用越來越重要。我湘潭大學(xué)機械工程學(xué)院近期夠買的一臺國產(chǎn)4軸4聯(lián)動數(shù)控銑床配置的作為機床第四軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺就是TK13系列中的TK13250型號。在使用中已經(jīng)充分暴露其剛性不足，在旋轉(zhuǎn)過程中承載能力差的弱點。這幾乎是國產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的通病。生產(chǎn)廠家在其說明書已經(jīng)明確的規(guī)定，轉(zhuǎn)臺處于非剎緊狀態(tài)時只能承受較低的切削扭矩的零件加工。因此，數(shù)控機床雖有多軸聯(lián)動的功能，卻很難再轉(zhuǎn)臺參與聯(lián)動的過程中進行實質(zhì)性的切削加工，極大地限制了數(shù)控機床的使用范圍。上述弊端的存在，主要是因為傳動鏈的最后一環(huán)的蝸桿蝸輪機構(gòu)品質(zhì)低劣，與國際上高品質(zhì)的蝸桿蝸輪副相去甚遠(yuǎn)。精度、強度、壽命等均不在一個檔次，所以要突破傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪傳動模式，以環(huán)面蝸桿、行星滾子齒輪為傳動鏈來改進1.2 超環(huán)面行星蝸桿傳動的發(fā)展概況超環(huán)面行星蝸桿傳動(Tropical Drive)，是1966年由美國later系統(tǒng)公司的M .R .Kushner提出的發(fā)明專利，它由中心蝸桿、行星蝸輪、面內(nèi)齒輪、行星架以及滾動體等組成。該機構(gòu)工作時，動由中心蝸桿軸并帶動行星蝸輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)超環(huán)面內(nèi)齒輪不動時，行星蝸輪作環(huán)狀的螺旋運動的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、承載能力、嚙合強度和加工工藝等，并成功地制造出這種傳動的減速器，傳動效率為90%左右，最高時可達(dá)95%。對這種傳動的關(guān)鍵技術(shù)，即傳動結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件內(nèi)齒蝸輪（超環(huán)面內(nèi)齒輪）的加工方法與加工工藝，亞琛工業(yè)大學(xué)的學(xué)者們提出了采用燒結(jié)、電塑、精鑄和旋風(fēng)銑削等方法來實現(xiàn)。但結(jié)果表明，除了旋風(fēng)銑削比較容易實現(xiàn)外，其它幾種方法費用昂貴而且工藝性較差。我國從八十年代中期也陸續(xù)出現(xiàn)了對超環(huán)面行星蝸桿傳動的研究報告，主要研究工作可分為兩個方面，一是對這種傳動的嚙合理論研究，另一方面是對傳動的結(jié)構(gòu)、加工工藝、效率、載荷計算和實驗等的研究。早期的嚙合理論研究只停留在繁雜的公式上，沒有從理論上探討各個嚙合參數(shù)對超環(huán)面行星蝸桿傳動特性的影響，也沒有進行數(shù)值計算和分析。20世紀(jì)末，福州大學(xué)姚立綱對傳動的嚙合理論進行了比較深入的研究，通過在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的嚙合分析，論證了當(dāng)行星輪輪齒為球體時，行星輪與超環(huán)面內(nèi)齒輪、行星輪與蝸桿的接觸線是過球面頂點的大圓，齒面沒有根切界線，二界曲線退化為滾珠的頂點。同時還探討了不同滾動體形狀對超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合特性的影響。對超環(huán)面行星蝸桿傳動的設(shè)計、制造和載荷計算等方面的研究，一般都集中3在對超環(huán)面內(nèi)齒輪的加工方法與加工工藝的研究。陳定方等人通過對滾齒機的改裝，加工出了這種傳動的超環(huán)面內(nèi)齒輪并完成了樣機的制造，但由于加工精度等原因，樣機“工作原理無誤，惜于制造精度不高，而未進行任何臺架實驗” 。姚立綱提出了采用飛刀粗切超環(huán)面內(nèi)齒輪齒形，然后再精確磨削的包絡(luò)加工方法，采用兩片超環(huán)面內(nèi)齒輪同時切齒，保證了加工與裝配精度，并成功地制造出了樣機，經(jīng)實驗，傳動效率可達(dá)85%。姚立綱還對這種傳動結(jié)構(gòu)參數(shù)選法，經(jīng)實際安裝和運行表明均載效果良好。燕山大學(xué)的許立忠等人在國家自然科學(xué)基金的資助下對超環(huán)面行星蝸桿傳動的效率和承載情況進行了研究，證明了這種傳動的嚙合由于以滾動摩擦為主而具有較高的嚙合效率，一般可達(dá)97%以上，而且，嚙合效率的高低與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取有直接關(guān)系，這也和德國學(xué)者研制的減速器的效率相一致，同時他們也對超環(huán)面蝸桿傳動的摩擦理論以及接觸應(yīng)力進行了研究，使得該傳動在理論上不斷完善。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的徐曉俊和張春麗等人在重慶大學(xué)國家重點實驗室的資助下提出了用內(nèi)斜齒輪近似代替螺旋超環(huán)面內(nèi)齒輪的方法，通過優(yōu)化設(shè)計和計算機代數(shù)系統(tǒng)計算，證明傳動機構(gòu)連續(xù)接觸，并制造出減速器樣機，但實驗結(jié)果表明“樣機傳動平穩(wěn)，載荷不大時噪音較低，而當(dāng)載荷逐漸增大時溫升較快、噪音較大。這導(dǎo)致齒面磨損加重，并在加載至實際承載能力的70%以上時，超環(huán)面行星蝸桿傳動的關(guān)鍵技術(shù)研究噪音加劇，不得不中斷實驗的繼續(xù)進行” 。超環(huán)面行星蝸桿傳動在國內(nèi)的研究尚未成熟，因此在不少領(lǐng)域存在理論和實踐空白，本文力爭在已有研究的基礎(chǔ)上解決一些關(guān)鍵技術(shù)問題。1.3 本文主要研究的內(nèi)容在給定的設(shè)計要求的前提下，設(shè)計一個高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺的減速器，重點是解決其蝸輪蝸桿的廓面方程、關(guān)鍵零件的廓面方程求解以及傳動效率的研究，并對其滾動軸承和其它零件進行壽命和強度的校核。4第二章 減速器的方案設(shè)計根據(jù)題目的設(shè)計要求，我們知道要實現(xiàn)較大的減速比，而一般的形式有多級齒輪傳動，蝸桿傳動以及行星齒輪傳動，另外還有近幾年被研究較多的超環(huán)面行星蝸桿傳動。下面對這幾種傳動方式一一介紹。2.1 三級齒輪傳動由于題目的設(shè)計要求傳動比較大，而圓柱齒輪傳動每級的傳動比閉式的為3-5，開式的為4-7，故使用齒輪傳動的話就要涉及成三級傳動。齒輪傳動雖然結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸的結(jié)構(gòu)不對稱，因此要求軸要有較大的剛度。同時采用多級齒輪傳動時，會使結(jié)構(gòu)的尺寸變大，相互尺寸不協(xié)調(diào)，成本高，制造和安裝不方便。而且不能兼顧到每一個齒輪的強度，不能很好的發(fā)揮每一個齒輪的全部承受能力，這樣就極大地浪費材料。特別是多級齒輪傳動的結(jié)構(gòu)尺寸大，這樣就給潤滑帶來了麻煩，不能集中潤滑；而且大的結(jié)構(gòu)尺寸帶來的直接后果是重量很大，這樣運輸和裝卸都很不方便。2.2 蝸桿傳動蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構(gòu)，能實現(xiàn)較大的傳動比，一般為5-80 。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它的蝸輪齒是不斷進入嚙合有逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒數(shù)又較多，顧沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。但蝸桿傳動在嚙合處有相對滑動，當(dāng)速度很大時，工作條件不夠良好時候會產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失大，效率低；當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時候，蝸桿傳動便具有自鎖性，此時效率只有0.4左右。同時由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需要有色金屬制造蝸輪。綜上所述，蝸桿傳動雖然有傳動平穩(wěn)和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，但它傳動效率低，摩擦與磨損嚴(yán)重，發(fā)熱量大，特別是在功率大的情況下不利于潤滑，會使工作環(huán)境更加惡化2.3 行星齒輪傳動行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動比較，具有質(zhì)量小，體積小，傳動比大，承載能力強以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點；這些已被我國越來越多的機械工程技術(shù)人員所了解和重視。由于在行星齒輪傳動中有效地利用了功率分流的特點和輸入輸出的同軸性以及合理的采用了內(nèi)嚙合，才使得其具有上述諸多優(yōu)點。行星齒輪傳動不僅適用于高速，大功率，而且適用于低速，大轉(zhuǎn)矩的機械傳動裝置上，可以用來減速，增速和變速傳動，運動的分解和合成，以及一些特殊的應(yīng)用中。行星齒輪的特性要求行星齒輪使用有色金屬的貴重材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計乜比較復(fù)雜，制造和安裝角困難，對裝配5的精度要求較高，樣就要求素質(zhì)較高的人員來安裝和維修，增加了成本。2.4 超環(huán)面行星蝸桿傳動超環(huán)面行星蝸桿傳動(Tropical Drive)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,它由中心桿、行星蝸輪、內(nèi)超環(huán)面齒輪、行星架和行星蝸輪齒(滾動體)組成。該機構(gòu)運動時,運動由中心蝸桿輸入帶動行星蝸輪旋轉(zhuǎn),當(dāng)內(nèi)超環(huán)面齒輪固定不動時,行星蝸輪作環(huán)狀的螺旋運動,并通過行星架實現(xiàn)運動的輸出,超環(huán)面行星蝸桿傳動減速器與其他類型傳動的減速器比較,在輸入功率,材料相同和傳動比不變的情況下,重量減少50%以上,而且最多嚙合點可達(dá)到30以上,是其它齒輪傳動(擺線針輪傳動、行星傳動、蝸桿傳動和圓柱齒輪傳動)的3-20倍。圖2-1 超環(huán)面行星蝸桿傳動減速器結(jié)構(gòu)圖綜上所述，雖然每種傳動裝置都有自己的優(yōu)點和缺點，也都可以用來完成設(shè)計任務(wù)，但是超環(huán)面行星蝸桿傳動較好的綜合了其他傳動方案的優(yōu)點，使其傳動性能更加優(yōu)越，能夠狠好的滿足設(shè)計的要求，故在本次畢業(yè)設(shè)計中我們采用超環(huán)面行星蝸桿傳動來做減速器2.5 電動機的選擇由設(shè)計條件可知：M2=3000Nm又由公式 ，已知 =180 得到 =16.7Nm21Mi??i1M由減速器的要求，選用交流伺服電機，選用韓國邁克彼恩 Mecapion 品牌的交流伺服電機。由圖 2-1 得到型號為 AMP-SB40GDK1G2180.6圖 2-2 型號選擇圖轉(zhuǎn)速-扭矩特性：圖 2-3 轉(zhuǎn)速-扭矩特性圖7外形尺寸由圖 2-4：圖 2-4 外形尺寸參數(shù)如下表 2-1表 2-1 電動機參數(shù)伺服電機型號（APM-） SB40G伺服驅(qū)動器型號（APD-） VS35法蘭規(guī)格（□） □220額定功率 [KW] 4[N.m] 16.7額定扭矩[kgf.cm] 170.5[N.m] 50.1最大扭矩[kgf.cm] 511.5額定轉(zhuǎn)速 [r/min] 1500最大轉(zhuǎn)速 [r/min] 3,000[㎏ · ㎡ ×10-4] 80.35慣量[gf · cm · s2] 81.99允許負(fù)載慣量 5 倍電機慣量額定功率響應(yīng)率 [KW/s] 34.758標(biāo)準(zhǔn)型號（注 1） 增量型 3000(P/R) 速度、位置、檢測型號選擇型號 絕對值,曼切斯特通信標(biāo)準(zhǔn)型號（注 1） 增量型 3000(P/R) 速度、位置、檢測型號選擇型號 絕對值,曼切斯特通信重量 [kg] 21.95第三章 超環(huán)面行星蝸桿傳動的基本原理、結(jié)構(gòu)分析9超環(huán)面行星蝸桿傳動中，中心蝸桿軸為運動輸入軸，其上有于行星輪輪齒想嚙合的滾道，滾道是由行星輪上的輪齒包絡(luò)而形成的。行星輪上均勻的分布著滾動體，這些滾動體可以自由轉(zhuǎn)動并分別與中心蝸桿和內(nèi)超環(huán)面齒輪上的滾道相嚙合。滾動體有圓錐體，圓柱體，球形體和鼓行齒等，本文以球形滾動體為研究對象。內(nèi)超環(huán)面齒輪相當(dāng)于一般行星傳動的內(nèi)齒輪，其齒形為均勻分布在內(nèi)圓環(huán)面上的螺旋齒，乜是由行星輪上的輪齒包絡(luò)形成。行星架上裝有行星輪，與該機構(gòu)的輸出軸相固連。嚙合過程中，行星輪分別為內(nèi)超環(huán)面齒輪和中心蝸桿的環(huán)面所包圍，工作時同時接觸點數(shù)多，是一種新型的傳動形式。3.1 超環(huán)面行星蝸桿傳動機構(gòu)的傳動比計算超環(huán)面行星蝸桿傳動的主要優(yōu)點之一是傳動比范圍廣且能實現(xiàn)較大傳動比，該傳動的傳動比計算同一般行星傳動相類似。假設(shè)中心蝸桿的旋轉(zhuǎn)角速度為 ω1，頭數(shù)為z1；行星蝸輪的角速度為 ω2，齒數(shù)為 z2；內(nèi)超環(huán)面齒輪的角速度為 ω3(實際工作時 ω3=0)，齒數(shù)為 3z；行星架的角速度為 ωh。應(yīng)用轉(zhuǎn)化機構(gòu)的方法，給整個輪系加上一公共角速度-ωh，則該機構(gòu)變?yōu)槎ㄝS輪系，此時傳動比為：當(dāng)中心蝸桿和內(nèi)超環(huán)面齒輪的螺旋方向相同時，取“+”號，反之取“-” 。由上式得：上式為超環(huán)面行星蝸桿傳動的傳動比計算公式，由于 通常較小，而 z3 較大固可1z以實現(xiàn)較大的傳動比。由設(shè)計要求的傳動比為 1/180，且由上述公式得可以取Z1 的頭數(shù)為 1Z2 的滾子數(shù)目為 10Z3 的齒數(shù)為 1793.2 超環(huán)面行星蝸桿傳動各計算圓直徑的確定超環(huán)面行星蝸桿傳動各傳動輪之間的幾何關(guān)系如右圖所示：122Hzi??233Hzi???131Hzi???10圖 3-1 鄰接關(guān)系圖中d1——中心蝸桿喉部節(jié)圓直徑d2——行星蝸輪輪齒滾動體幾何中心所在圓周直徑d3——內(nèi)超環(huán)面齒輪節(jié)圓直徑由圖可知，d1，d2，d3 之間應(yīng)有如下關(guān)系式：d3=d1+2d2所以由分析計算得取 d1=114，d2=130，d3=3743.3 超環(huán)面行星蝸桿傳動中各傳動輪齒數(shù)與喉徑螺旋升角的確定將中心蝸桿和內(nèi)超環(huán)面齒輪分別以喉部節(jié)圓和節(jié)圓為直徑的圓柱體展開，如圖下圖所示：圖 3-2 各零件升角關(guān)系圖中，λ1——中心蝸桿喉部計算圓螺旋升角λ3——內(nèi)超環(huán)面齒輪計算圓螺旋升角t1——中心蝸桿端面周節(jié)t2——行星蝸輪周節(jié)t3——內(nèi)超環(huán)面齒輪端面周節(jié)設(shè)中心蝸桿、內(nèi)超環(huán)面齒輪均為右旋，由上圖可得： 121/tant??11又由于：同理：所以由上面式子有：此即為為超環(huán)面行星蝸桿傳動中各傳動輪齒數(shù)與螺旋升角之間的關(guān)系。應(yīng)為 z1=1， Z2=10，Z3=179 且有：所以得各螺旋升角如下表二中。3.4 超環(huán)面行星蝸桿傳動的行星個數(shù)的確定為使行星傳動功率分流的優(yōu)點充分體現(xiàn)，除了采用環(huán)面蝸桿與內(nèi)超環(huán)面齒輪包容行星蝸輪而增加多點嚙合外，應(yīng)盡量采用多個行星蝸輪。因此，在裝配這些行星蝸輪時，應(yīng)考慮它們必須滿足一定的條件——即超環(huán)面行星蝸桿傳動的裝配條件。如圖下圖所示，設(shè) k 為均勻分布的行星蝸輪個數(shù)，則各行星蝸輪齒輻平面間的中心角323/tant??211tazd??323(tan)/dz????2t312ta/tzzz??011tancosHiR??????????12圖 3-3 裝配關(guān)系為 2π/k，設(shè)行星蝸輪 A 在 Ι-Ι 位置能與內(nèi)超環(huán)面齒輪嚙合，同時也與中心蝸桿嚙合，如果行星蝸輪的齒數(shù) Z2 為偶數(shù)，則在 Ι-Ι 位置時，中心蝸桿的凹槽與內(nèi)超環(huán)面齒輪的凹槽相對應(yīng)。如果行星輪的齒數(shù) Z2 為奇數(shù)，兩中心輪在 Ι-Ι 位置其齒為一凸一凹對應(yīng)。在裝上第一個行星蝸輪后，它們之間的運動關(guān)系即被確定而不能隨意調(diào)整。設(shè)內(nèi)超環(huán)面齒輪不動，將行星架沿順時針方向轉(zhuǎn)過為： ,則行星架上放置行星2/Hk???輪的 Ι-Ι 位置轉(zhuǎn)到了Ⅱ-Ⅱ位置，此時中心蝸桿轉(zhuǎn)過 角度，中心蝸桿端面原來在1Ι-Ι 位置時的 D 點，此時旋 轉(zhuǎn)到 D'， 可由1?下式算得：式中符號的意義同前現(xiàn)空出的 Ι-Ι 位置即可將第二個行星蝸輪裝入。設(shè)行星蝸輪 B 的齒數(shù)為 Z2 偶數(shù)，則要求蝸桿轉(zhuǎn)過的角度 剛好使凹齒與內(nèi)超環(huán)面齒輪凹齒相對應(yīng)，即應(yīng)為 t1 的整數(shù)倍。1?若行星蝸輪的齒數(shù) Z2 為奇數(shù)，則必有中心蝸桿的凸齒與內(nèi)超環(huán)面齒輪凹齒相對應(yīng)，在行星蝸輪轉(zhuǎn)過 2π/k 角度后，空出的 Ι-Ι 位置也同樣是凸齒與內(nèi)超環(huán)面齒輪的凹齒對應(yīng)，因此中心蝸桿轉(zhuǎn)過 角，也應(yīng)滿足其對應(yīng)的弧長為 t1 的整數(shù)倍，有：1其中 i 為正整數(shù)， 為中心蝸桿喉部計算圓半徑。由于 所以有：1r 112ztr??A由上兩式可得：kFs2，軸有向右移動的趨勢，使軸承Ⅱ"壓緊"，軸的右端將通過軸承Ⅱ受一平衡反力 Fs2'，由此可求出軸承Ⅱ的軸向力為：Fa2=Fs2+Fs2'=Fs1+FA因軸承Ⅰ只受附加軸向力，故：Fa1=FS1如果F S1+FA
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