谐波齿轮减速器设计及性能仿真【全套三维图CAD图纸说明书齐全】
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包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 业设计（论文） 题目 谐波齿轮减速器设计及性能仿真 学院 机械设计制造及其自动化专业 学生姓名 学 号 指导教师 系 主 任 二级学院院长 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 I 摘 要 谐波齿轮传动具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高等优点。广泛应用于矿山、冶金、飞机、轮船、汽车、起重机、电工机械、仪表、化工业等许多领域谐 波齿轮传动有着广泛的发展前景。 谐波齿轮减速器与普通减速器相比具有体积小、重量轻、传动平稳、效率高、传动比范围大等优点。但其设计计算较过程复杂，轴承的受力较大、寿命较短。所以对于我们在设计这类减速器时如何进行参数的选择，避免大量繁杂的计算，如何选择好轴承使其使用寿命增加具有一定的设计意义。 对 谐波 减速器国内外的发展现状、优缺点、结构型式和其传动原理进行了一定的阐述。在设计过程当中，对内啮合传动产生的各种干涉进行了详细验算；从如何提高轴承的寿命为出发点，来计算选择减速器齿轮的模数，最终合理设计减速器的整体结构 。 关键词： 谐波传动； 减速器；内齿轮副 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 V 包含有 纸和三维建模及说明书 ,咨询 in of a so is we in of of to a of to to of so it a at be In to as a to of of 录 摘 要 . . 1 章 绪论 . 1 述 . 1 波齿轮减速器研究内容拟解决的问题 . 1 文研究主要内容 . 2 第 2 章 谐波齿轮减速器设计 . 3 . 3 . 3 轮波发生器及其薄壁轴承的计算 . 4 轮齿面的接触强度的计算 . 5 轮疲劳强度的计算 . 6 结构尺寸设计 . 7 的受力分析及计算 . 7 承的寿命校核 . 8 轴的强度校核计算 . 10 入轴的强度校核 . 10 的校核计算 . 13 联轴器处键的校核 . 13 偏心套处键的校核 . 13 支座处键的校核 . 13 承的校核计算 . 13 第 3 章 谐波齿轮减速器三维设计图 . 20 总结 . 22 致 谢 . 23 参考文献 . 24 1 第 1 章 绪论 述 随着现代工业的高速发展，机械化和自动化水平的不断提高，各工业部门需要大量的减速器，并要求减速器体积小，重量轻，传动比范围大，效率高，承载能力大，运转可靠以及寿命长等。减速器的种类虽然很多，但普通的圆柱齿轮减速器的体积大，结构笨重；普通的蜗轮减速器在大的传动比时，效率较低；摆线针轮行星减速器虽能满足以上提出的要求，但成本较高， 需要专用设备制造；而 谐波 减速器不但基本上能满足以上提出的要求，并可用通用刀具在插齿机上加工，因而成本较低。能适应特种条件下的工作，在国防，冶金，矿山，化工，纺织，食品，轻工，仪表制造，起重运输以及建筑工程等工业部门中取得广泛的应用。 波齿轮减速器研究内容拟解决的问题 谐波传动是五十年代中期出现的一种新型传动，它随着空间技术的发展而迅速发展起来。由于谐波传动具有传动比大、体积小、传动精度高的特点，一开始就被运用在火箭、导弹、卫星等飞行器中，实现了他的优越性。目前这种传动技术已由航天飞行器，飞机中的应用 迅速推广到原子能、雷达、通讯、造船、冶金、汽车、坦克、机床、仪表、防止、建筑、起重运输、医疗器械等各个部门。无论是作为数据传递的高精度传动，还是作为传递大转矩的动力传动，都得到了比较满意的效果。特别是，这种传动通过密封壁来传递机械运动，因而它用于操纵高温，高压的管路以及用来驱动工作在高真空，有原子辐射或其他有害介质空间的机构，是现有的其他一切传动所不能比拟的。 谐波齿轮传动是五十年代后期随着航天技术发展而出现的一种新型传动。它与一般齿轮传动相比，具有传动比大、体积小、重量轻、精度高、噪音小等优点。此外，它还具有通过密封壳体传递运动和动力的功能，这一特点是机械传动所无法比拟的。谐波齿轮传动一问世，就显示出了它的显著优越性。因此，谐波齿轮传动是一种生命力强、发展前途十分宽广的机械传动。 2 文研究主要内容 通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了解 谐波减速器 的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。具体设计方法如下： 1、查阅资料、结合所学专业课程，产生 谐波减速器 结构设计的基本思路； 2、查阅各类机械机构手册，确定合理的 谐波减速器 结构； 3、根据给定技术参数来选择合适的 零部件 部位； 4、重点 对驱动机构进行设计研究； 5、通过研究国内外情况，确定本设计课题的重点设计； 6、完成 2由此绘制零件图； 7、编写设计说明书； 8、检查并完善本设计课题。 本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。 3 第 2 章 谐波齿轮减速器设计 谐波减速器： 型号： 定输出转矩： 减速比： 00 设谐波减速器的的传递效率为： %90 ，步进电机应输出力矩为： 011 20 0 . 2 2 2 0 0 . 9T N (选择 应式步进电机 型号： 55转矩： 距角： 该减速器是电传动减速的谐波齿轮装置。要求其传动比较大结构简单紧凑效率较高承载力较高通用性良好。因此本设计方案所选的结构形式为刚轮固定波发生器主动和柔轮从动比较合适。为了便于采用标准刀具来加工柔轮和刚轮，特选取压力角200 的渐开线齿廓。 齿数的确定 柔轮齿数： 2001002 r 刚轮齿数： 2 0 22 0 02 ， 则 柔轮分度圆直径： 0 02 0 钢轮分度圆直径： 0 12 0 柔轮齿圈处的厚度： 4 0)42 0 075(10)475( 441 重载时，为了增大柔轮的刚性， 允许将 1 计算值增加 20%，即 柔 轮筒体壁厚： 为了提高柔轮的刚度，取 轮齿宽度： r 轮毂凸缘长度： 15) 取 4 柔轮筒体长度： r 1 0 0,1 2 0801 0 0) 取 轮齿过渡圆角半径： 为了减少应力集中，以提高柔轮抗疲劳能力，取 由于采 用压力角 200 的渐开线齿廓，传动的啮合参数可按考虑到构件柔度的计算公式，即按如下公式进行计算。 轮波发生器及其薄壁轴承的计算 滚珠直径： 柔轮齿圈处的内径： 100 m m则： 100 m m轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的 1 1 1101 1 11 . 60 . 0 5 0 . 0 5 8 0 . 41 . 6 1 . 6 1 . 5 0 . 4 2d m ma h m m 轴承内环厚度：211 . 8 1 . 8 1 . 5 2 . 7a m m 内环滚道深度：2 0 10 . 1 0 . 5 0 . 1 8 0 . 5 0 . 4 1h d h m m 轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽 15B 轴承外环外径： 100 m m轴承内环内径： 1 2 2 02 ( ( )1 0 0 2 2 ( 2 . 7 0 . 8 ) 8 7 6 a a h 5 为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。 则凸轮圆弧半径： 42 其中是偏心距： 3 . 1 4 1 0 1 1 0 0 1 . 3 82 2 3 . 1 4 2 2m m （刚轮分度圆直径，柔轮分度圆直径） 则凸轮圆弧半径： 3 . 1 4 7 6 4 1 . 3 8 3 7 . 1 2 3 72 3 . 1 4TR m m 凸轮长半轴： 3 7 . 1 2 1 . 3 8 3 7 . 1 3 9 e m m m m 凸轮短半轴： 37 m m轮齿面的接触强度的计算 根据谐波传动传动比大的特点，其柔轮和刚轮的齿数较多，齿形很接近于直线。故实际谐波齿轮传动的载荷能力主要应由柔轮齿侧工作表面的最大接触应力所限制。因此，谐波齿轮传动的柔轮齿侧面应满足如下接触强度条件： 接触强度计算公式： t a jj M 输出转矩 r 柔轮节圆半径 b 柔轮轮齿宽 刚轮压力角 k 接触系数（ 对于一般双波传动，轮齿宽 许用接触应力 9 则： a 0t a 所以满足齿面的接触强度要求。 6 轮疲劳强度的计算 谐波齿轮传动中轮齿的工作特点是：齿 面的摩擦滑移接触和柔轮承受着反复的交变载荷。为了使柔轮在循环的弹性变形下能正常工作，除满足耐磨条件外，还必须进行柔轮的疲劳强度计算。 柔轮材料采用 调制硬度 229269。 计算柔轮在反复弹性变形状态下工作时所产生的交变应力幅和平均应力为 截面处正应力：27E 0m 切应力： 0 由扭矩产生的剪切应力： 22M 其中： ）（ G P 0 0, 0 0,1 0 0 0 M P 0100(0100(则： M P 2( 验算安全系数： )( 122 疲劳极限应力： 应力安全系数： 2k) 48 5 0121 M P 7 其中，抗拉屈服极限： 50剪切应力集中系数： k 2 结构尺寸设计 考虑到轴的载荷较大，材料选用 45,热处理调质处理 ,取材料系数 1120 有该轴的最小轴径为 : 333 1 03= 1 5 考虑到键槽的影响，所以 值为 17体结构如下： 的受力分析及计算 轴的受力模型简化 (见图 7)及受力计算 8 图 轴的受力分析知： 4 0 0 02222222 6 5 3 22221222122 9 9 0 12221122112承的寿命校核 鉴于调整间隙的方便 ,轴承均采用正装 承寿命为 3 年即 12480h. 校核步骤及计算结果见下表 : 表 1 轴承寿命校核步骤及计算结果 计算步骤及内容 计算结果 6014 由手册查出 e、 0r=e=算比值 r e 确定 X、 0 查载荷系数 9 计算当量载荷 P= 算轴承寿命 )m a x (16670 110 于 12480h 由计算结果可见轴承 60146007 均合格，最终选用轴承 6014。 四、轴的强度校核 经分析知 C、 D 两处为可能的危险截面， 现来校核这两处的强度： （ 1）、合成弯矩 6 6 38M（ 2）、扭矩 T 图 9100603 T （ 3）、当量弯矩 612046)( 232 C （ 4）、校核 由手册查材料 45 的强度参数 9 1 C 截面当量弯曲应力： 0( 由计算结果可见 C 截面安全。 各轴键、键槽的选择及其校核 因减速器中的键联结均为静联结 , 因此只需进行挤压应力的校核 . 一、 电机键的选择及校核 : 10 带轮处键 :按照带轮处的轴径及轴长选 键 长 50,1096 联结处的材料分别为 : 45 钢 (键 ) 、 40 ) (1) 刚轮处键 : 按照轮毂处的轴径及轴长选 键 1096 联结处的材料分别为 : 20轮毂 ) 、 45 钢 (键 ) 、 20 ) 此时 , 键联结合格 . (2)输出轴处键 : 按照联轴器处的轴径及轴长选 键 16长 100,1096 联结处的材料分别为 : 45 钢 (联轴器 ) 、 45 钢 (键 ) 、 45(轴 ) 其中键的强度最低 ,因此按其许用应力进行校核 ,查手册其 10 4 1 0 0 6 022 43134 pp 该键联结合格 . 轴的强度校核计算 由于行星轮与内齿轮齿廓曲率半径很接近，齿轮接触面积较大，接触应力小，因此常不计算齿面接触 应力。而且在设计齿轮计算齿轮模数时就是应用弯曲应力计算的，固齿轮的齿面弯曲应力是满足的，在此不必在对齿轮进行校核。现对销轴进行校核。 悬臂式销轴的弯曲应力校核公式：m a x 30 . 1 式中： 制造和安装误差对销轴载荷影响系数 。度低时取大值，反之取小值，在次取 行星轮对销轴的作用力（上节算得 销轴直径（28） 许用弯曲应力（销轴的材料为 20据销轴材料查取 150 200） 1 中取得， 约为 50，则： m a x 331 . 3 5 3 1 9 5 . 6 7 5 0 9 8 . 2 60 . 1 0 . 1 2 8 L M P 入轴的强度校核 轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。在进行州的强度校核时，应根据轴的具体受载及应力情况采用相应的计算方法，并恰当的选取许用应力。在此，输入轴受到弯矩和 11 扭矩，按弯扭合成强度条件进行计算，其核算公式为： 2211 式中： 轴的计算应力， M 轴所受的弯矩， N； T 轴所受的扭矩， N； W 轴的抗弯截面系数， 3 1 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。 1)做出轴的计算简图（即力学模型） 在计算轴所受载荷时，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。各支承处所受的反力和应力集中点的反力、转矩都已在图中表示出来了。个支承处与应力集中点之间的距离算得结果在图中也已表明。如图 12。 2）做出弯矩图 轴所受的载荷是从轴上的偏心套传来的，而偏心套所受的力又是行星轮传递的。行星轮所受的力在 周力为（节圆上）为向力为为 轴所受的力。为了求出各支承处的水平反力 1502100 1502100 联立以上四个方程可得出：1 弯矩 196593 m m， 164377 m m。 总弯矩为 2212 1 9 6 5 9 3 1 6 4 3 7 7 2 5 6 2 5 9M M N m m 3）做出扭矩图 传递扭矩 T=6 11149 . 5 5 1 0 9 5 5 0 0 0 0 3 9 7 9 1 . 6 7960 m 。 12 扭矩图如图 4）校核轴的强度 在轴上，偏心套联接处为危险截面（即截面 B）如图所示。对 轴的抗弯截面系数 W 的计算公式查课本机械设计中表 15 32()3 2 2d b t d 。由附图可知 d=45，b 14， t=代入数据得出 W 在此处的扭转应力为静应力，故取 ，轴的计算应力： 22 221 2 5 6 2 5 9 ( 0 . 3 3 9 7 9 1 . 6 7 ) 3 3 . 77 6 1 1 . 3 P 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理， 查课本机械设计中表 15出 1 60 。因此 30 50 ，取 4 40箱体内壁至箱底距离 0h ： 0h 20速器中心高 H： a 2 4 0 249H R + + h 4 0 2 0 1 8 4 . 5 m ，取 H 185 箱 盖外壁圆弧直径 R： a 2 1 249R R + + 1 0 8 m 箱体内壁至轴承座孔外端面距离 1L C 1 + C 2 + + （ 5 10 ） 8+18+16+8 50箱体内壁轴向距离 2 1 2L b + 2 m m 1 2 + 2 1 0 32 两侧轴承座孔外端面间距离 3 2 1L L + 2 L 3 2 2 5 0 m m 132 2、附件的设计 （ 1）检查孔和盖板 查机械基础 20 4，取检查孔及其盖板的尺寸为： A 115， 160， 210， 260， 360,460，取 A 1151 957570B 90mm 目 n 4 R 10 h 3 A B 1 2 h R n d L 1 9 9 7 7 5 3 1 4 M 1 18 15 0 5 0 5 0 0 6 5 （ 2）通气器 选用结构简单的通气螺塞，由机械基础 20 5，取检查孔及其盖板的尺寸为（单位： d D L l a 22 2 2 29 15 4 7 （ 3）油面指 示器 由机械基础 录 31，取油标的尺寸为： 视孔 0 4 21 23 6 A 形密封圈规格 （ 4）放油螺塞 螺塞的材料使用 带有细牙螺纹的螺塞拧紧，并在端面接触处增设用耐油橡胶制成的油封圈来保持密封。由机械基础 20 6，取放油螺塞的尺寸如下（单位： d l a D S 24 2 34 31 16 4 2 26 （ 5）定位销 定位销直径 62d d 0 . 8 1 0 8 m m ，两个，分别装在箱体的长对角线上。 1Lb+b 12+12 24，取 L 25 （ 6）起盖螺钉 起盖螺钉 10个，长度 L箱盖凸缘厚度 2 L 15端部制成小圆柱端，不带螺纹，用 35 钢制造，热处理。 （ 7）起吊装置 箱盖上方安装两个吊环螺钉，查机械基础 录 13， 取吊环螺钉尺寸如下（单位： 19 d（ D） d1(称） d2(h1(h 8 0 18 36 r1 r(l( 公称 ) a(b（ 称 公称4 1 16 0 13 座凸缘的下方铸出吊钩，查机械基础 20 7 得， B=2=18+16=34=4*h=b=2 =2*8=1620 第 3 章 谐波齿轮减速器 三维设计图 利用 作三维图，如下所示： 图 3观整体图 图 3部解剖图 21 图 3视图 22 总结 1速器 与普通相比 具有结构紧凑、体积小、重量轻 、 传动比范围大 、效率高 、 运转平稳、噪音小、承载能力大结构简单、加工方便、 成本低、安装和使用较为方便 、 运转可靠、使用寿命长 等优点。因此，对于研究和开发设计此类减速器有一定的价值。 2内齿轮和外齿轮的齿数差很少，内外齿轮应制成变位齿轮。在选择变位系数时候要充分考虑啮合传动当中的各种干涉问题。我们可以通过试凑法来选取变位系数，但此方法比较繁琐。也可以通过查表法来选择，这种方法简单， 在具体的计算验证过程中发现通过查表所得数据，虽满足各种限制条件，却并非最优。 所以 如何设计出高效的减速器，还有待进一步研究。 3波 减速器中的一个薄弱环节，增大齿轮的 模数，可以使行星轮的
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