畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-諧波齒輪減速器設(shè)計(jì)(含全套CAD圖紙)

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優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763目 錄摘 要 ..............................................................................................................................1Abstract.........................................................................................................................1第一章 緒論 ..................................................................................................................21.1 研究諧波齒輪傳動(dòng)的背景及意義 ...................................................................21.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)況 ..............................................................................................21.3 諧波齒輪傳動(dòng)原理 ..........................................................................................3第二章 總體設(shè)計(jì) ..........................................................................................................52.1 設(shè)計(jì)要求 ...........................................................................................................52.2 傳動(dòng)方案的選定 ..............................................................................................52.3 傳動(dòng)比及齒數(shù)的計(jì)算 ......................................................................................72.4 材料選定 ...........................................................................................................72.4.1 柔輪材料 ................................................................................................72.4.2 剛輪材料 ................................................................................................92.4.3 凸輪輪材料 ............................................................................................92.5 波發(fā)生器的形式及幾何參數(shù)的選定 ...............................................................92.6 傳動(dòng)模數(shù)的初步確定 ....................................................................................11第三章 主要幾何尺寸計(jì)算 ........................................................................................133.1 選定主要嚙合參數(shù)（ ， ， ， ） .................................................13??1??2??0 ???3.1.1 基準(zhǔn)齒形角 ..........................................................................................13優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633.1.2 變位系數(shù) ..............................................................................................133.1.3 徑向變形量系數(shù) ..................................................................................133.1.4 齒廓工作段高度 ..................................................................................143.2 柔輪和剛輪的主要幾何尺寸 ........................................................................143.3 齒廓嚙合干涉驗(yàn)算 ........................................................................................153.4 保證傳動(dòng)正常的條件 ....................................................................................16第四章 主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................................174.1 柔輪和剛輪 ....................................................................................................174.2 波發(fā)生器 .........................................................................................................204.2.1 柔性軸承的結(jié)構(gòu) ..................................................................................204.2.2 保持器 ..................................................................................................224.2.2 凸輪 ......................................................................................................224.3 低速軸的設(shè)計(jì) .................................................................................................23第五章 設(shè)計(jì)驗(yàn)算與校核 ............................................................................................245.1 柔輪的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算與穩(wěn)定性校核 .............................................................245.2 柔性軸承的壽命計(jì)算 .....................................................................................255.3 傳動(dòng)效率估算 .................................................................................................26結(jié) 論 ............................................................................................................................28參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................29致 謝 .............................................................................................................................30優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763摘 要諧波傳動(dòng)是五十年代中期出現(xiàn)的一種新型傳動(dòng)，它隨著空間技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來。由于諧波傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、體積小、傳動(dòng)精度高的特點(diǎn)，一開始就被運(yùn)用在火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等飛行器中，實(shí)現(xiàn)了他的優(yōu)越性。目前這種傳動(dòng)技術(shù)已由航天飛行器，飛機(jī)中的應(yīng)用迅速推廣到原子能、雷達(dá)、通訊、造船、冶金、汽車、坦克、機(jī)床、儀表、防止、建筑、起重運(yùn)輸、醫(yī)療器械等各個(gè)部門。本文首先分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)況，再根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選定適合此次設(shè)計(jì)要求的方案，接著對諧波齒輪減速器各主要部件，包括剛輪、柔輪、凸輪、柔性軸承、軸等進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與校核，然后才有 Pro/E 三維設(shè)計(jì)軟件對該諧波齒輪減速器進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，最后用 AutoCAD 軟件繪制了其裝配圖和主要零件圖。關(guān)鍵詞：諧波傳動(dòng)，齒輪，減速器AbstractHarmonic drive is a new drive appears mid-fifties, which along with the development of space technology and developed rapidly. Since the harmonic drive with transmission ratio, small size, high transmission accuracy, beginning to be used in rockets, missiles, satellites, aircraft, and realized his superiority. Currently this transmission technology has been spacecraft, aircraft applications quickly extended to atomic energy, radar, communications, shipbuilding, metallurgy, automobiles, tanks, machine tools, instrumentation and prevent various departments construction, material handling, medical equipment. This paper analyzes the current research status at home and abroad for the design requirements of the program and then selected based on design parameters, then the harmonic gear reducer for all major components, including just wheels, flexible wheel, cam, flexible bearings, shafts, etc. detailed design and verification, and then have Pro / E design software for three-dimensional three-dimensional design of the harmonic gear reducer, finally drawn its main assembly drawing and parts drawing using AutoCAD software.優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763Key words: Harmonic Drive; Gear; Reducer第一章 緒論1.1 研究諧波齒輪傳動(dòng)的背景及意義諧波齒輪傳動(dòng)是 50 年代末隨著空間科學(xué)、宇航尖端技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的。在諧波出現(xiàn)后的短短幾十年中，世界各工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家都集中了一批研究力量致力于這類新型技術(shù)的研究。它是建立在彈性變形理論基礎(chǔ)上的一種新型傳動(dòng)技術(shù)。1959 年美國學(xué)者 C·W·麥塞爾（ Musser）取得該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明專利后，于 1960 年正式展出了實(shí)物 [1]。諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)于 1961 年由上海紡織科學(xué)研究院的孫偉工程師引入我國。此后，我國也積極引進(jìn)并研究發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)，1983 年成立了諧波傳動(dòng)研究室，1984 年“諧波減速器標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品” 在北京通過鑒定，1993 年制定了 GB/T 14118-93 諧波傳動(dòng)減速器標(biāo)準(zhǔn)，并且在理論研究、試制和應(yīng)用方面取得了較大的成績，成為掌握該項(xiàng)技術(shù)的國家之一 [2]。到目前為止，我國已有北京諧波傳動(dòng)技術(shù)研究所、北京中技克美有限責(zé)任公司、燕山大學(xué)、鄭州機(jī)械研究所、北方精密機(jī)械研究所等幾十家單位從事這方面的研究和生產(chǎn)，為我國諧波傳動(dòng)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用打下了較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)諧波齒輪傳動(dòng)是利用柔性構(gòu)件的彈性變形波進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種新型傳動(dòng)裝置，諧波齒輪減速器一般是由波發(fā)生器、柔輪和剛輪所組成的 [4]。其優(yōu)點(diǎn)有:(1) 結(jié)構(gòu)簡單，零件少，體積小，重量輕。與傳動(dòng)比相當(dāng)?shù)钠胀p速器比較，其零件約減少 50%，體積和重量均減少 1/3.（2) 傳動(dòng)比大，傳動(dòng)比范圍廣。單級諧波減速器傳動(dòng)比可在 50～300 之間，雙級諧波減速器傳動(dòng)比可在 3000～60000 之間，復(fù)波諧波減速器傳動(dòng)比可在100～140000 之間。（3）由于同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，齒面相對滑動(dòng)速度低，使其承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)且精度高，噪聲低。（4）諧波齒輪傳動(dòng)的回差較小，齒側(cè)間隙可以調(diào)整，甚至可以實(shí)現(xiàn)零側(cè)隙傳動(dòng)。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763（5）在采用如電磁波發(fā)生器或圓盤波發(fā)生器等結(jié)構(gòu)型式時(shí)，可獲得較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（6）諧波齒輪傳動(dòng)還可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，采用密封柔輪諧波傳動(dòng)減速裝置，可以驅(qū)動(dòng)工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)。（7）傳動(dòng)效率較高，且在傳動(dòng)比很大的情況下，仍具有較高的效率。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)況目前，國外小模數(shù)精密諧波齒輪減速器多采用短筒柔輪、其體積小、重量輕、承載能力高；我國采用的還是普通杯型柔輪，還沒有生產(chǎn)短筒柔輪諧波齒輪減速器。幾種國外短筒柔輪諧波齒輪減速器與國產(chǎn)精密杯形齒輪減速器的主要參數(shù)見表 1，國外柔輪結(jié)構(gòu)比較見圖 1由表 1 可知，我國諧波齒輪減速器尺寸大，承載能力反而小。國外短筒柔輪諧波齒輪減速器的體積僅是我國相同外徑產(chǎn)品的 30%左右，而承載能力（轉(zhuǎn)矩）卻是我國相同外徑產(chǎn)品的 1.39～2 倍。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763從圖 1 可以直觀的看到，我國杯形柔輪的軸向尺寸比國外短筒柔輪的軸向尺寸要大得多。要在承載能力不變的情況下減小裝置的體積，就應(yīng)該下功夫研究短筒柔輪及其傳動(dòng)裝置。另外，國外小模數(shù)諧波齒輪傳動(dòng)裝置中的齒輪精度一般比我國的齒輪精度高 2級，運(yùn)動(dòng)精度和回差精度能夠小于 3'，而我國產(chǎn)品的回差一般都在 6'以上。1.3 諧波齒輪傳動(dòng)原理波發(fā)生器通常成橢圓形的凸輪，將凸輪裝入薄壁軸承內(nèi)，再將它們裝入柔輪內(nèi)。此時(shí)柔輪由原來的圓形而變成橢圓形，橢圓長軸兩端的柔輪與之配合的剛輪齒則處于完全嚙合狀態(tài)，即柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒沿齒高嚙合。這是嚙合區(qū)，一般有 30%左右的齒處在嚙合狀態(tài)；橢圓短軸兩端的柔輪齒與剛輪齒處于完全脫開狀態(tài)，簡稱脫開；在波發(fā)生器長軸和短軸之間的柔輪齒，沿柔輪周長的不同區(qū)段內(nèi)，有的逐漸退出剛輪齒間，處在半脫開狀態(tài)，稱之為嚙出。波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形，此時(shí)波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，就使柔輪齒的嚙入—嚙合—嚙出—脫開這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來的嚙合狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱之錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，正是這一錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，作為減速器就可將輸入的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動(dòng)。對于雙波發(fā)生器的諧波齒輪傳動(dòng)，當(dāng)波發(fā)生器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 1/8 周時(shí)，柔輪齒與剛輪齒就由原來的嚙入狀態(tài)而成嚙合狀態(tài)，而原來脫開狀態(tài)就成為嚙入狀態(tài)。同樣道理，嚙出變?yōu)槊撻_，嚙合變?yōu)閲С?，這樣柔輪相對剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)（角位移）了 1/4 齒；同理，波發(fā)生器再轉(zhuǎn)動(dòng) 1/8 周時(shí)，重復(fù)上述過程，這時(shí)柔輪位移一個(gè)齒距。依此類推，波發(fā)生器相對剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，柔輪相對剛輪的位移為兩個(gè)齒距。柔輪齒和剛輪齒在節(jié)圓處嚙合過程就如同兩個(gè)純滾動(dòng)（無滑動(dòng)）的圓環(huán)一樣，兩者在任何瞬間，在節(jié)圓上轉(zhuǎn)過的弧長必須相等。由于柔輪比剛輪在節(jié)圓周長上少了兩個(gè)齒距，所以柔輪在嚙合過程中，就必須相對剛輪轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒距的角位移，這個(gè)角位移正是減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了減速的目的。波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使柔輪上的一點(diǎn)不斷的改變位置，這時(shí)在柔輪的節(jié)圓的任一點(diǎn)，隨著波發(fā)生器角位移的過程，形成一個(gè)上下左右相對稱的和諧波，故稱之為：“諧波 ”。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763第二章 總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)2.1.1 原始參數(shù)要求本課題要求設(shè)計(jì)一臺(tái)地腳板安裝式的諧波減速器。技術(shù)參數(shù)：傳動(dòng)比 i=100；輸出軸扭拒 M2=75N.m；輸出軸轉(zhuǎn)速 n2=14r/min2.1.2 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763mNnPTKWnTri ???????87.0143.950.8.1.0in/411221?2.2 傳動(dòng)方案的選定諧波齒輪傳動(dòng)就其本質(zhì)來說, 是屬 Z-X-V 型行星齒輪傳動(dòng)。其工作原理如圖 1 所示, 它是由三個(gè)元件組成的, 即波發(fā)生器、柔輪和剛輪。其中任何一件均可固定不動(dòng), 其余兩件作為輸入件和輸出件它可作為減速器使用, 也可作為增速器使用。通常, 剛輪為內(nèi)齒輪, 固定不動(dòng); 波發(fā)生器為橢圓凸輪( 或雙滾輪) , 作輸入軸; 柔輪為外齒輪, 作輸出軸 ; 而且大都采用 2 波傳動(dòng) , 即波發(fā)生器轉(zhuǎn) 1 轉(zhuǎn), 柔輪變形兩次; 也即剛輪與柔輪的齒數(shù)差為 2。若將波發(fā)生器裝在柔輪中, 將使柔輪變?yōu)闄E圓形, 此時(shí), 處于長軸的齒將與剛輪齒接觸嚙合, 而處于短軸的齒則與剛輪齒脫開。當(dāng)波發(fā)生器回轉(zhuǎn)時(shí), 將迫使柔輪齒依次同剛輪齒嚙合, 由于相差 2 齒, 故發(fā)生器轉(zhuǎn)1 轉(zhuǎn), 將使柔輪在相反方向轉(zhuǎn)過 2 齒, 從而獲得減速運(yùn)動(dòng)。圖 1 工作原理Fig 1 Working principle優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763本設(shè)計(jì)采用鋼輪固定不動(dòng)，波發(fā)生器作輸入軸，柔輪作輸出軸。柔輪的結(jié)構(gòu)型式主要有杯形、環(huán)形和鐘形三種。經(jīng)常采用的是杯形柔輪,本設(shè)計(jì)也采用了杯形柔輪，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。圖 2 柔輪結(jié)構(gòu)簡圖Fig 2 Flexible wheel structure diagram杯形柔輪雖然工藝性較差，但結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接方便，剛性好，傳動(dòng)精度高。波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)型式主要有雙滾輪式、四滾輪式、偏心盤式、柔性軸承凸輪式等。經(jīng)常采用的是柔性軸承凸輪式或雙滾輪式波發(fā)生器。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖 3 凸輪式和雙滾輪式波發(fā)生器優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763Fig3 Cam and double wheel wave generator柔性軸承凸輪式波發(fā)生器能全面控制柔輪變形, 承載能力大, 剛度好, 適于標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)。雙滾輪式波發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單, 制造方便, 但承載能力低, 適于單件生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)采用凸輪式波發(fā)生器。本設(shè)計(jì)的主要性能指標(biāo)為：傳動(dòng)比80、輸入轉(zhuǎn)速2800r/min、輸入轉(zhuǎn)矩40Nm。單級傳動(dòng)的傳動(dòng)比為75-500，能夠滿足傳動(dòng)比要求，且結(jié)構(gòu)建東效率較高，所以本設(shè)計(jì)采用單級傳動(dòng)。綜上所述，傳動(dòng)方案采用凸輪式波發(fā)生器，鋼輪固定，波發(fā)生器輸入，柔輪輸出的單級諧波齒輪傳動(dòng)。2.3 傳動(dòng)比及齒數(shù)的計(jì)算以下所有公式與表格均出自《此輪手冊》第 9 篇傳動(dòng)比計(jì)算公式： = （1）??2??1- ??1??2???1傳動(dòng)比： =-100??2??1鋼輪齒數(shù)：z2=101柔輪齒數(shù)：z1=1002.4 材料選定2.4.1 柔輪材料在諧波齒輪傳動(dòng)中，柔輪是在反復(fù)彈性變形的的狀態(tài)下工作的，即要承受狡辯彎曲應(yīng)力，又要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，工作條件惡劣，因此應(yīng)使用疲勞極限 ≥350MPa???1和調(diào)制硬度 280~320HBS 的合金鋼制造柔輪。另外根據(jù)承受載荷情況的不同，所選的柔輪材料也應(yīng)有區(qū)別。對于重載荷且傳動(dòng)比較小的的柔輪，推薦采用對應(yīng)力集中敏感性小的高韌度的結(jié)構(gòu)鋼。例如 38CrMoAlA，40CrNiMoA 等。中等載荷與輕載荷的柔輪，可以用腳廉價(jià)優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763的 30CrMnSiA、35CrMnSiA 或 60Si2、40Cr 等。目前我國通用諧波齒輪減速器及前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)的通用諧波齒輪減速器，柔輪的材料主要采用 30CrMnSiA。不銹鋼 Cr18Ni10T 具有很高的塑性，便于控制及旋壓，但卻貴而稀缺。密封諧波傳動(dòng)的柔輪常采用此種材料。上述材料的熱處理方法通常采用調(diào)制（280~320HBS） 。熱處理之后，不需要進(jìn)行光整工序就可以進(jìn)行直接加工，包括齒形加工。柔輪的齒圈，包括齒槽在內(nèi)，通常要進(jìn)行冷作硬化。冷作硬化可以提高疲勞極限 值得 10%~15%。同樣，對齒圈進(jìn)行???1氮化也是有效的方法。氮化不僅能提高疲勞極限值得 30%~40%，而且還可以減少齒輪的磨損。柔輪常用金屬材料的熱處理規(guī)范和力學(xué)性能見表 2.3.1表 1 金屬柔輪材料及熱處理規(guī)范Table 1 Metal material and heat treatment of flexible wheel range力學(xué)性能鋼的牌號 熱處理方法 熱處理規(guī)范 抗拉強(qiáng)度（ MPa）????疲勞極限??-1（ ??????）硬度30CrMnSiA 1.油中淬火 880℃+油中回火 540℃850 380調(diào)制2 油中淬火 890~910℃+油中回火 540℃1100 420等溫淬火 用個(gè)硝酸鉀等溫淬火880~890℃+加熱到370℃空氣冷卻1090 450300~320HBS調(diào)制+噴丸冷作硬化 1100 480~500 28~32HRC調(diào)制+噴丸冷作硬化調(diào)制+氮化調(diào)制+氮化 1100 600~650 50~54HRC優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763芯部280~320HBS35CrMnSiA 調(diào)制 油中淬火 880℃+水或油中回火 540℃880 380 300~280HBS等溫淬火 用個(gè)硝酸鉀等溫淬火880℃+加熱到280~310℃空氣冷卻1300 45060Si2 調(diào)制 油中淬火 870℃+空氣中回火 460℃1400 50050CrMn 調(diào)制 油中淬火 840℃+空氣中回火 490℃1100 610 240~280HBS40CrNiMoA 調(diào)制 油中淬火 850℃+空氣中回火 600℃950 53040Cr 調(diào)制 油中淬火 850℃+油中回火 550℃900 40038CrMoAlA 調(diào)制 油中淬火 9400℃+油中回火 6400℃1000 400~490 表面65~70HRC芯部 320HBS調(diào)制+氮化 調(diào)制+氮化 1000 620~630Cr18Ni10T 安供應(yīng)狀況 600 280本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比較小，中等載荷，30CrMnSiA 調(diào)制處理后能夠達(dá)到力學(xué)性能的要求，且價(jià)格便宜，所以本設(shè)計(jì)選用 30CrMnSiA 調(diào)制處理作為柔輪的材料。2.4.2 剛輪材料鋼輪的應(yīng)力狀態(tài)大大低于柔輪。因此剛輪可以此阿勇普通結(jié)構(gòu)鋼，例如優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976345、40Cr 等。亦可用鑄鐵件與箱體鑄在一起，材料應(yīng)選用搞強(qiáng)度的鑄鐵或球墨鎂鑄鐵等。鑄鐵剛輪與鋼制柔輪形成減摩副，可以減輕表面磨損。本設(shè)計(jì)采用 45 作為剛輪材料，剛輪與箱體采用連接件鏈接。2.4.3 凸輪輪材料凸輪材料無需要求，常用 45 鋼，調(diào)制處理。2.5 波發(fā)生器的形式及幾何參數(shù)的選定波發(fā)生器是迫使柔輪產(chǎn)生預(yù)期變形規(guī)律的元件。安變形波數(shù)分，有單波、雙波和三波發(fā)生器，按柔輪變形特性不同，又可分為自由變形波發(fā)生器和確定變形波發(fā)生器兩類，前者不能完全控制柔輪的變形狀態(tài)，而后者則能在柔輪的各點(diǎn)上控制其變形。按波發(fā)生器與柔輪相互作用的原理的不同，可分為機(jī)械波發(fā)生器、液壓波發(fā)生器、氣壓波發(fā)生器和電磁波發(fā)生器，其中以機(jī)械波發(fā)生器應(yīng)用最廣。常用的機(jī)械波發(fā)生器有滾輪式，偏心盤式和凸輪式，其中凸輪式柔輪變形全部控制，承載能力較大，剛度較好，精度也較高。是目前國內(nèi)外最通用的結(jié)構(gòu)。所以本設(shè)計(jì)選取凸輪式波發(fā)生器。如下圖：圖 4 凸輪波發(fā)生器Fig 4 Cam-wave generator優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763凸輪形式主要有標(biāo)準(zhǔn)橢圓凸輪，此種凸輪加工簡單方便，為目前最常用的一種凸輪；以四力作用下圓環(huán)變形曲線為廓線的橢圓凸輪，此種凸輪的加工雖較前者復(fù)雜，但只要改變 角，便可獲得所需之各種凸輪性狀，當(dāng) = 時(shí)，柔輪中峰值?? ??200~300力克達(dá)到最??；雙偏心圓弧凸輪，此種凸輪加工方便，嚙合區(qū)較大，但柔輪中的應(yīng)力較大。本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓凸輪形式。圖 5 凸輪輪廓線Fig 5 Cam contour凸輪長半軸：a=0.5（ ）+ ????+? ??0（2）凸輪短半軸：b= 19[（ 6?????7??） =41.5???????2??2]（3）——考慮補(bǔ)償波發(fā)生器徑向尺寸鏈總的間隙量?——柔性軸承內(nèi)徑????凸輪廓線方程： = （4）??????????2sin.2????+??2cos.2????凸輪波發(fā)生器的原始曲線可看作凸輪廓線的外等距曲線。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763計(jì)算得：（mm）a=54.4 b=50.562.6 傳動(dòng)模數(shù)的初步確定由于諧波齒輪傳動(dòng)兩輪的齒數(shù)均很多，故輪齒嚙合時(shí)很接近于面接觸，因此齒面磨損可由工作表面的比壓來控制。于是，齒面比壓 p 為：P= （5）8000????1εφ????21????????????式中： ——用在柔輪上的轉(zhuǎn)矩（N·m）??1——柔輪分度圓直徑??1——齒廓工作段高度，其精確值應(yīng)由集合計(jì)算確定，近似取 = m，其中 ??? ??????=1.4~1.6，m 為模數(shù)???——齒寬系數(shù)， =b/ ，一般取 0.1~0.2，b 為齒寬φ ?? φ?? ??1——當(dāng)量與沿齒廓工作段高度接觸的全齒合工作齒數(shù)， =0.25???? ???? ε ??1——嚙合齒數(shù)站總齒數(shù)的百分?jǐn)?shù)，一般取 =0.3~0.5ε εK——計(jì)算載荷系數(shù)，當(dāng)靜載荷時(shí)，取 K=0.1，工作中有沖擊和震動(dòng)時(shí)，取K=1.15~1.5——許用比壓。齒圈材料，且在潤滑條件下工作時(shí)，對不同鋼種及熱處理????條件，可取 =20~40N/ ，當(dāng)潤滑不良時(shí)， 值應(yīng)適當(dāng)降低，對塑???? ????2 ????料齒圈， 。?????8??/????2在計(jì)算時(shí)， ，齒面磨損條件往往用來大致確定傳動(dòng)模數(shù)，由式（2.3-1）得m （6）?20??13 ????1ε φ ?????????取 =100，K=1.5， =0.887N·m， =0.4， =0.1， ， =30N/ 按??1 ??1 ?? φ ?? ???=1.5???? ????2公式（2.5-2）求得 m 1.41，本設(shè)計(jì)取模數(shù)為 1.5。?優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763第三章 主要幾何尺寸計(jì)算3.1 選定主要嚙合參數(shù)（ ， ， ， ）??1 ??2 ??0 ???漸開線諧波齒輪傳動(dòng)嚙合參數(shù)合理選擇所遵循的基本原則是：在保證傳動(dòng)不發(fā)生嚙合干涉的情況下，獲得較大的嚙合深度和嚙合區(qū)，且保證有合理的嚙合側(cè)隙。因而在齒形確定之后，影響傳動(dòng)性能的參數(shù)主要是基準(zhǔn)齒形角 ，變?yōu)橄禂?shù) 、 ，?? ??1 ??2徑向變形量系數(shù) 和齒廓工作段高度 。??0 ???3.1.1 基準(zhǔn)齒形角我國目前諧波齒輪傳動(dòng)中柔輪、剛輪所采用的均為漸開線窄槽齒，基準(zhǔn)齒形角分別采用 、 四種。為防止干涉，均采用短齒。對于 =200 250、 28036， 和 300 ??的大壓力角齒形，可不變位或取較小變位。對于 = 的漸開線齒形，28036， 和 300 ??200可采用變位的方法來防止嚙合干涉。因?yàn)槟壳案鲊鴳?yīng)用最廣泛的是漸開線齒形，所以本設(shè)計(jì)取齒形基準(zhǔn)角 = 的漸開線齒形，同時(shí)采用適當(dāng)?shù)淖兾幌禂?shù)來防止干涉。??2003.1.2 變位系數(shù)從增大嚙入深度和嚙合區(qū)的觀點(diǎn)出發(fā)，變位系數(shù)應(yīng)選大些，但其極限受齒頂變尖的限制。現(xiàn)設(shè)定柔輪用滾刀加工，剛輪用用插刀加工，則對于采用非標(biāo)準(zhǔn)柔性軸承的凸輪波發(fā)生器，圓盤波發(fā)生器和滾輪波發(fā)生器的諧波齒輪傳動(dòng)，柔輪和剛輪的變位系數(shù)可大致?。?（1.35- ）/（0.85 -0.04） ??1 ??0 ??-131（7）= +（ -1） (8)??2??1 ??0對于采用標(biāo)準(zhǔn)柔性軸承的凸輪波發(fā)生器的諧波齒輪傳動(dòng)，= /m (9)??1[0.5（ ????-????1） +??+（ ???+??） ??]式中： ——徑向變形量系數(shù)??0優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763——柔性軸承外徑（mm）????——齒頂高系數(shù)???S——柔輪齒圈壁厚（mm）C——徑向間隙系數(shù)。3.1.3 徑向變形量系數(shù)徑向變形量系數(shù)定義為 = /m（其中 為柔論的最大徑向變量）在其他條件不??0?? ??變時(shí)， 增加，可使嚙合深度增加大，所需的變位系數(shù)減??；但此時(shí)嚙合區(qū)縮小，??0柔輪中的應(yīng)力增大。一般取 =0.9~1.1。在動(dòng)力傳動(dòng)中，亦可?。??0=0.89+8 +2 /m (10)??0 ×10?5??1 ??????而 /m=Tb/（ +4 （i-60） (11)?????? ??21??1????） ×10?4式中： ——空載時(shí)在嚙合區(qū)應(yīng)保證的間隙（mm）??????T——輸出力矩（N·mm）b——柔輪齒圈寬度（mm）——柔輪光滑圓柱部分的壁厚（mm）??1G——剪切彈性模量（N/ ）????2由于本設(shè)計(jì)為非動(dòng)力傳動(dòng)，所以直接取 =1.0??03.1.4 齒廓工作段高度通常，齒廓工作段高度 隨 的增加而增加。一般取 =（1.3~1.6）m，或推薦按下??? ??0 ???式確定：= m (12)???[4??0?(4.6?4??0)×10?3??1?2.48]本設(shè)計(jì)取 =1.0， =1.5m=2.7,再由式（7） 、(8)、 （9）求得：??0 ???=1.2??1優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763=1.2??2應(yīng)該指出， ， ， 和 的選擇是相互關(guān)聯(lián)的，因而最合理的值應(yīng)該用優(yōu)化??1 ??2 ??0 ???的方法確定。3.2 柔輪和剛輪的主要幾何尺寸柔輪： 分度圓直徑 ??1=????1齒頂圓直徑 ????1=????1+2???齒根圓直徑 ????1=??[??1+2（ ??1???????） ]式中： ——柔輪齒上漸開線起始圓直徑????1（13）????1=??（ ??1?2???+2??1）2+4（ ??????1tan??0） 2由上式求得： =150??1=157????1=153.7????1剛輪： 分度圓直徑 =??2????2齒頂圓直徑 =????2????2+2???齒根圓直徑 =2（ + ）????2 ??02????0式中： ——?jiǎng)傒嘄X上漸開線終止圓直徑????2=2 （14）????2 [??02sin??，02+??2??0+??2??0]+??2??22——插削剛輪時(shí)的切齒嚙合角??，02——插削剛輪時(shí)的切齒中心距??02——?jiǎng)傒喕鶞?zhǔn)半徑????2， ——插齒刀的頂元和基圓半徑 ????0??02優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763由上式得： =151.5??2=150????2=158.5????23.3 齒廓嚙合干涉驗(yàn)算根據(jù)大量的計(jì)算和使用時(shí)間證明，齒廓重疊干涉大多都發(fā)生在柔輪齒頂與剛輪齒廓嚙合之處，因而只需驗(yàn)算柔輪齒頂與剛輪齒廓干涉與否即可。設(shè)柔輪齒頂坐標(biāo)為 （ ，以 = 為半徑作弧與相鄰剛輪齒廓相交，即得到對應(yīng)??1 ????1， ????1） ??????2??1+??2??2點(diǎn) （ ）當(dāng)嚙合處在第一相線時(shí)，嚙合位置不放生干涉的條件為：??2 ????2， ????2- ， - 0 （15）????2????1?0 ????1????2?其中點(diǎn) ， 的坐標(biāo)為：??1 ??2= ????1??1{sin[ψ ?（ ????1???1） ]+????1cos??0cos[ψ ?（ ????1???1+??0） ]}+ ??sin??1?????sinψ（16）= ????1??1{cos[ψ ?（ ????1???1） ]?????1cos??0sin[ψ ?（ ????1???1+??0） ]}+ ??cos??1?????cosψ(17)= (18)ψ ??1+??式中 ——柔輪和剛輪的分度圓半徑（mm）??1， ??2——柔輪變形前的中線圓半徑（mm）????——原始曲線的極半徑Ρ進(jìn)行齒廓嚙合干涉驗(yàn)算時(shí)，理論上講，此驗(yàn)算應(yīng)在全嚙合范圍內(nèi)進(jìn)行。但是根據(jù)大量計(jì)算可知，對于 1 的傳動(dòng)，只需驗(yàn)算 三個(gè)位置即可；而??0? ??=00， 50和 100對于 1 的傳動(dòng)，則驗(yàn)算 三個(gè)位置。若驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)有干涉??0> ??=00， ?50和 ?100現(xiàn)象，則需要相應(yīng)的增大 或 ，或減小 ，重新計(jì)算。??0 ??1 ???經(jīng)驗(yàn)算，沒有干涉現(xiàn)象，嚙合參數(shù)無需改動(dòng)。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633.4 保證傳動(dòng)正常的條件為保證傳動(dòng)正常工作性能，除保證無嚙合干涉的條件以外，還要滿足如下條件：（1） 不產(chǎn)生渡曲線干涉：(19)????0.5（ ????2?????1） ???（2） 為保證傳動(dòng)的承載能力，其最大嚙入深度不應(yīng)小于 m0.5（ (20)????1?????2） +??0???（3） 保證有一定的頂隙0.5（ (21)????2?????1） ???0?0.2??（4） 齒廓工作段高度不應(yīng)超過允許的極限值m（0.5 (22)??1+??1+???） ?0.5????1????（5） 齒頂不變尖，????1?0.25??????2?0.25??式中： ， ——柔輪和剛輪的齒頂厚。????1????2帶入數(shù)據(jù)驗(yàn)算，均滿足要求。優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763第四章 主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 柔輪和剛輪諧波齒輪傳動(dòng)的主要構(gòu)件柔輪、剛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確與否，嚴(yán)重影響到波發(fā)生器的工作性能。如壽命、承載能力、剛度、效率、精度等。因此正確的選擇柔輪、剛輪的結(jié)構(gòu)要素是完成諧波齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的重要主城部分。柔輪最常見的的柔輪結(jié)構(gòu)形式是杯形柔輪結(jié)構(gòu)，它可以采用圖元或花鍵與輸出軸相連接，或者直接與軸做成整體形式。其次是具有齒嚙輸出形式的環(huán)狀柔輪，以及用于外復(fù)式傳動(dòng)具有雙排齒圈的環(huán)行柔輪。此外，還有鐘形柔輪以及向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)的密閉式柔輪結(jié)構(gòu)。杯形柔輪結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接方便，剛性好，傳動(dòng)精度高。在相同直徑的柔輪中，比別的結(jié)構(gòu)形式的柔輪承載能力大。是國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。如下圖：優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖 6 柔輪Fig 6 Flexible wheel幾何尺寸：d= ????1?2??S=（0.01~0.03） ??1當(dāng) i 150；或者載荷大時(shí)，即 T/ 0.3MPa 時(shí)取大值，反之取小? ??31>值。推薦最佳壁厚系數(shù)為 0.0125 ，即??1S=0.0125??1=（0.6~0.9）s??1??2≈??1帶輸出軸的整體式柔輪部分尺寸與普通杯形柔輪相同，適用于小直徑的輪。環(huán)形柔輪結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，軸向尺寸較小，但扭轉(zhuǎn)剛度、傳動(dòng)精度，承載能力等于杯形柔輪相比，有所降低。嚙合輸出柔輪的承載能力約降低 1/3 左右。幾何尺寸：L=2(b+c+f)+a尺寸 c、b 同上，尺寸 f 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763a (23)???2??0?（ ????0??） 2——滾刀外圓半徑????0h——柔輪全齒高密封柔輪，A-A 面和底部需進(jìn)行強(qiáng)度校核，多用于密閉諧波齒輪傳動(dòng)。幾何尺寸：s ≈（ 0.01~0.03） ??1常取 s=0.0125??1=??1(0.7~1)??d=????1?2????2?1.3??????1或 ??2=（ 1~1.25） ??1??=5°本設(shè)計(jì)采用杯形柔輪，按幾何計(jì)算公式求得起集合尺寸為：=144??1S=0.0125 =1.8??1=（0.6~0.9）s=1.2??1??2≈??1剛輪常用的剛輪結(jié)構(gòu)主要有環(huán)狀和帶凸緣的兩種。環(huán)狀剛輪的結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制造成本低，故通用性廣；帶凸緣的剛輪可利用凸緣徑向定位，因而安裝定位比環(huán)狀剛輪靈活、方便，但加工略較復(fù)雜。剛輪齒寬一般比柔輪齒寬大 2~5mm，剛輪齒圈的厚度應(yīng)保證有一定的徑向剛度。環(huán)狀剛輪和帶凸緣的剛輪結(jié)構(gòu)尺寸的推薦值見下表：(mm)優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763表 2 環(huán)狀剛輪的結(jié)構(gòu)尺寸Table 2 Circular drum structure size機(jī)型 ???? A ??1 G Q ??1 ??225 9 400-0.01634 6 3.5 3+0.010M332 10 500-0.01643 6 3.5 3+0.010M340 11 600-0.01951 6 4.5 4+0.0120M450 12 700-0.02962 6 4.5 4+0.0120M460 14 850-0.03575 6 5.5 5+0.0120M580 18 1150-0.035100 6 6.5 6+0.0120M6100 24 1350-0.040120 6 9 8+0.0150M8120 28 1700-0.040150 6 11 10+0.0150M10160 38 2200-0.046195 6 13 12+0.0180M12200 40 2700-0.052240 6 18 16+0.0180M1625 55 3300-0.05295 6 21 20+0.020M18表 3 帶凸緣剛輪的結(jié)構(gòu)尺寸Table 3 Flanged drum structure size機(jī)型 b c ???? A ??1 ??2 G Q32,40 8 2 12 50 44 38 6 3.550 14 3 20 70 60 54 6 3.560 16 3 22 85 75 67 6 4.5優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976380 20 3 26 110 100 90 6 5.5100 25 4 33 135 120 110 6 6.5120 30 4 38 170 150 135 6 9160 40 5 50 215 195 177 6 11200 50 6 62 265 240 218 6 11250 60 6 72 330 290 272 6 14本設(shè)計(jì)選擇帶凸緣的剛輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)之前計(jì)算的剛輪輪齒的幾何尺寸，從表 3中選擇型號 200 的剛輪。圖 7 剛輪Fig 7 Rigid wheel4.2 波發(fā)生器4.2.1 柔性軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763實(shí)踐表明，使諧波齒輪減傳動(dòng)的承載能力、工作性能、及壽命收到限制的又一薄弱環(huán)節(jié)是柔性軸承。諧波齒輪傳動(dòng)工作時(shí)，柔性軸承的外環(huán)不斷反復(fù)變形，因此常出現(xiàn)的破換形式是是外環(huán)的疲勞斷裂。而內(nèi)環(huán)在裝配時(shí)只是一次變形，故常出現(xiàn)的破壞形式是點(diǎn)蝕。除此之外，保持器設(shè)計(jì)制造不合理也會(huì)產(chǎn)生斷裂或運(yùn)動(dòng)干涉。因此，正確的設(shè)計(jì)及確定柔性軸承的結(jié)構(gòu)尺寸，嚴(yán)格保證材料的性能質(zhì)量（我國制造柔性軸承的材料選用 ZGCr15——軍用甲級鋼。嚴(yán)格按軍用技術(shù)條件檢驗(yàn)其化學(xué)成分和控制碳化物偏析等級） 、合理的制造工藝，是保證柔性軸承壽命及其性能的關(guān)鍵。柔性軸承外環(huán)與柔輪內(nèi)孔的配合為 ；柔性軸承的內(nèi)環(huán)的內(nèi)環(huán)與凸輪的配合取??7?7。如果柔性軸承裝入柔輪內(nèi)孔過緊，竟會(huì)引起遠(yuǎn)見內(nèi)應(yīng)力增加，發(fā)熱，使軸承效??7????6率降低，最后導(dǎo)致破壞。柔性軸承外環(huán)的硬度為 55~60HRC,內(nèi)環(huán)的硬度為 61~65HRC。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)、外環(huán)為等壁厚的柔性軸承，這種柔性軸承的外環(huán)兩端可倒角，以改善柔輪齒圈的應(yīng)力集中。同時(shí)在承載時(shí)柔輪內(nèi)壁不會(huì)因?yàn)榕まD(zhuǎn)變形翹1°30，曲使軸承劃傷柔輪內(nèi)壁。其幾何尺寸：??1=??2=（ 0.02?0.023） ????????=(0.09~0.10)????????≈21~23Γ 1≈Γ 2=（ 0.05?0.06） ??????1≈（ 0.54~0.55） ??????2≈(0.515~0.525)??????=(0.15~0.17)????????=(0.71~0.76)????優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763常取 ????=0.75????——柔性周琛外徑????——鋼球直徑????——鋼球數(shù)????——滾道深度Γ 1， Γ 2——外環(huán)滾道半徑??1——內(nèi)環(huán)滾道半徑??2B——柔性軸承寬度——柔性軸承內(nèi)徑????我國生產(chǎn)的諧波齒輪減速器用柔性球軸承規(guī)格以標(biāo)準(zhǔn)化，在齒輪手冊列出供選擇，本設(shè)計(jì)根據(jù)柔輪尺寸選擇型號 2000921AKT2 的柔性求軸承。其外形尺寸（mm）和額定值如下：外徑 D=145內(nèi)徑 d=105寬度 B/C=24最大徑向變形 1.1輸入轉(zhuǎn)速 3000r/min輸出力矩 800N·m通過給出的數(shù)據(jù)求得其他結(jié)構(gòu)尺寸：=2.9??1=??2=21????優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763????=15.80.79Γ 1≈Γ 2=??1=8.69??2=8.304.2.2 保持器保持器多采用尼龍整體式保持器，我國在一些大功率動(dòng)力諧波傳動(dòng)中，還有用黃銅的分離塊式保持器。概括說來，在設(shè)計(jì)保持器時(shí)，應(yīng)注意當(dāng)柔性套在凸輪上變形時(shí)后，要求保持器內(nèi)徑不應(yīng)與柔性軸