谐波齿轮减速器设计研究.pdf

计 说 明 书设计459919609969043202学 院：专 业：题 目： 谐波齿轮减速器的设计职称:职称:20*年*月*日任务书毕业论文（设计）题目 谐波齿轮减速器的设计主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）谐波齿轮传动是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型传动。它具有传动比大、侧隙小、精度高、零件数少、安装方便、承载能力大、效率高等特点。主要由波发生器、柔轮、刚轮等组成。本毕业设计要求设计一谐波齿轮减速器。主要性能指标为：传动比80、输入转速2800r/入转矩40体要求如下：1、设计图纸不得少于4张（0#），全部用、文的主要结构层次:1）前言：主要写设计的目的、意义、研究的现状、本毕业设计的主要内容。2）总体方案的拟定与计算：要有方案的比较、选优、必要的简图和设计计算，验证能达到上述设计目标。3）关键零件的强度的计算与分析。以用计算机辅助设计计算，但要写清采用的计算软件，对设计的已知条件和结果可以用图形、表格等方式整理。4）典型零件的结构设计说明：要有必要的插图，文字针对插图进行说明。5）设计总结：是对整个毕业设计主要成果的总结。在总结中应明确指出本毕业设计的优点和缺点（或没有考虑周全的地方)，对其应用前景和社会、经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步改进设计的方向与设想。6）致谢：对老师和给予指导或协助完成毕业设计工作的组织和个人表示感谢。内容应简洁明了、实事求是。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）波齿轮传动 推杆减速器 9954. （宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期 主要工作内容200111225前 查阅文献收集资料、体方案设计，完成总装图、业设计答辩要求完成日期：20 年 月 日 指导教师签名：接受任务日期：20 年 月 日； 学生本人签名：注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）选题审批表学 部： 理工学部 专业： 机械设计制造及其自动化毕业论文题目 谐波齿轮减速器的设计选题来源 （ ）结合科研课题 课题名称：（）生产实际或社会实际 （ ）其他选题性质 （）基础研究 （ ）应用研究 （ ）其他选题完成形式 （ ）毕业论文 （）毕业设计 （ ）提交作品，并撰写论文指导教师姓名 杨文敏 职称 副教授 是否主持或参与过科研课题 （）是（ ）否选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要（宋体五号，行间距单倍行距）谐波齿轮传动是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型传动。它具有传动比大、侧隙小、精度高、零件数少、安装方便、承载能力大、效率高等特点。主要由波发生器、柔轮、刚轮等组成。本毕业设计要求设计一谐波齿轮减速器。主要性能指标为：传动比入转速2800r/入转矩40业委员会意见 专业委员会主任签名：年 月 日注：请在选项前的“（）”内打“”；意见栏必须由相应责任人亲笔填写，不够填写时可另加页。本科生毕业论文（设计）中期检查表学 院： 东方科技学院学生姓名 学 号年级专业及班级指导教师姓名 指导教师职称论文（设计）题目 谐波齿轮减速器的设计毕业论文（设计）工作进度 已完成的主要内容 ： 年 月 日检查小组意见 组长签名： 年 月 日注：可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。目 录摘要.确定传动方案.传动比的计算及钢轮柔轮的齿数.柔轮和刚轮的材料.波发生器的形式及几何参数，确定原始曲线方程.传动模数的我初步确定.选定主要啮合参数（，）.柔轮和刚轮的主要几何尺寸.齿廓啮合干涉验算.保证传动正常工作性能的条件.轮和波发生器的结构设计.柔轮和刚轮.波发生器.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。关键词：谐波传动，齿轮，减速器is a in 950s,of in as as so No or as to so it it is as as in is 航尖端技术的发展而产生的。在谐波出现后的短短几十年中，世界各工业比较发达的国家都集中了一批研究力量致力于这类新型技术的研究。它是建立在弹性变形理论基础上的一种新型传动技术。1959年美国学者CW麦塞尔（得该项技术的发明专利后，于1960年正式展出了实物1。谐波齿轮传动技术于1961年由上海纺织科学研究院的孙伟工程师引入我国。此后，我国也积极引进并研究发展该项技术，1983年成立了谐波传动研究室，1984年“谐波减速器标准系列产品”在北京通过鉴定，1993年制定了14118且在理论研究、试制和应用方面取得了较大的成绩，成为掌握该项技术的国家之一2。到目前为止，我国已有北京谐波传动技术研究所、北京中技克美有限责任公司、燕山大学、郑州机械研究所、北方精密机械研究所等几十家单位从事这方面的研究和生产，为我国谐波传动技术的研究和推广应用打下了较坚实的基础谐波齿轮传动是利用柔性构件的弹性变形波进行运动或动力传递的一种新型传动装置，谐波齿轮减速器一般是由波发生器、柔轮和刚轮所组成的4。其优点有:(1)结构简单，零件少，体积小，重量轻。与传动比相当的普通减速器比较，其零件约减少50%，体积和重量均减少1/3.（2)传动比大，传动比范围广。单级谐波减速器传动比可在50300之间，双级谐波减速器传动比可在300060000之间，复波谐波减速器传动比可在100140000之间。（3）由于同时啮合的齿数多，齿面相对滑动速度低，使其承载能力高，传动平稳且精度高，噪声低。（4）谐波齿轮传动的回差较小，齿侧间隙可以调整，甚至可以实现零侧隙传动。（5）在采用如电磁波发生器或圆盘波发生器等结构型式时，可获得较小的转动惯量。（6）谐波齿轮传动还可以向密封空间传递运动和动力，采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构。（7）传动效率较高，且在传动比很大的情况下，仍具有较高的效率。目前，国外小模数精密谐波齿轮减速器多采用短筒柔轮、其体积小、重量轻、承载能力高；我国采用的还是普通杯型柔轮，还没有生产短筒柔轮谐波齿轮减速器4。我国谐波齿轮减速器尺寸大，承载能力反而小。国外短筒柔轮谐波齿轮减速器的体积仅是我国相同外径产品的30%左右，而承载能力（转矩）倍6。我国杯形柔轮的轴向尺寸比国外短筒柔轮的轴向尺寸要大得多。要在承载能力不变的情况下减小装置的体积，就应该下功夫研究短筒柔轮及其传动装置。另外，国外小模数谐波齿轮传动装置中的齿轮精度一般比我国的齿轮精度高2级，运动精度和回差精度能够小于3，而我国产品的回差一般都在6以上7。属工作原理如图1所示,它是由三个元件组成的,即波发生器、柔轮和刚轮。其中任何一件均可固定不动,其余两件作为输入件和输出件它可作为减速器使用,也可作为增速器使用。通常,刚轮为内齿轮,固定不动;波发生器为椭圆凸轮(或双滚轮),作输入轴;柔轮为外齿轮,作输出轴;而且大都采用2波传动,即波发生器转1转,柔轮变形两次;也即刚轮与柔轮的齿数差为2。若将波发生器装在柔轮中,将使柔轮变为椭圆形,此时,处于长轴的齿将与刚轮齿接触啮合,而处于短轴的齿则与刚轮齿脱开。当波发生器回转时,将迫使柔轮齿依次同刚轮齿啮合,由于相差2齿,故发生器转1转,将使柔轮在相反方向转过2齿,从而获得减速运动。图1 工作原理发生器作输入轴，柔轮作输出轴。柔轮的结构型式主要有杯形、环形和钟形三种。经常采用的是杯形柔轮,本设计也采用了杯形柔轮，其结构如图2所示。图2 柔轮结构简图结构简单，联接方便，刚性好，传动精度高。波发生器的结构型式主要有双滚轮式、四滚轮式、偏心盘式、柔性轴承凸轮式等。经常采用的是柔性轴承凸轮式或双滚轮式波发生器。其结构如图3所示。图3 凸轮式和双滚轮式波发生器载能力大,刚度好,适于标准化批量生产。双滚轮式波发生器结构简单,制造方便,但承载能力低,适于单件生产。本设计采用凸轮式波发生器。本设计的主要性能指标为：传动比80、输入转速2800r/入转矩40级传动的传动比为75够满足传动比要求，且结构建东效率较高，所以本设计采用单级传动。综上所述，传动方案采用双滚轮波发生器，钢轮固定，波发生器输入，柔轮输出的单级谐波齿轮传动。轮手册第9篇传动比计算公式：= （1）传动比：=1柔轮齿数：0.可靠的确定办法是实测，由于计算确定的值只可能是近似的。这是因为：减速器的具体情况，其细微差别很大；计算模型总是加以简化的；摩擦因数不易选准，等等。实际情况比简化了的计算要复杂得多，有些影响因素，难于列入计算式。但是，估算还是必要的。根据理论分析和实测表明，谐波齿轮传动的效率与如下众多的因素有关，如：1） 传动比2） 轮齿啮入深度3） 波数4） 钢、柔轮齿槽宽窄的比列5） 齿形角（或变位系数）6） 滚动和华东摩擦系数7） 回差值8） 柔轮的最大径向变形量和柔轮的弯曲刚度9） 转速10)负载大小11)减速器的结构和加工精度12）润滑剂的种类、有无搅油损失，等等。上述诸多因素中，4）、7)、9)、11）、12）在计算式中未加考虑。为了简化计算，对于常用的单级和复式谐波齿轮减速器，不论波发生器的类型和具体结构如何，其效率均统一近似的用一套公式计算。对于杯形柔轮，其变形力（滚轮式）可近似按下式计算： (39)式中J。齿圈段界面的惯性矩，考虑到轮齿的影响。以齿槽厚度增大6%8%作为光滑圆环段来计算，即，而=（s；简体光滑部分的界面惯性矩。取光滑简体长的1/3作为圆环长来计算，即；相当于光滑简体的圆环长度刚轮固定的减速传动 (40)(41)式中：f滑动摩擦因素，f=据润滑剂的种类及齿面加工精度适当选择）；当量滚动摩擦因素，取；R刚轮在平均齿高处的圆周半径（轮齿平均高度处的渐开线压力角低速轴上的转矩（Nm）i传动比的绝对值。带入数据求得传动效率8低速轴的设计轴的结构工艺性是指轴的结构工艺形式应便于加工和装配轴上的零件，并且生产率高，成本低。一般地说，轴的结构越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求的前提下，轴的结构应尽量简化。为了便于装备零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽，需切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应布置在同一母线上。为了减少刀具种类和提高生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽和退刀槽应尽可能采用相同的尺寸。本设计的轴只承受扭矩，故最小轴径的计算按扭转强度条件计算。轴的扭转强度条件为： (42)式中：扭转应力（轴所承受的扭矩（N轴的抗扭界面系数（n轴的转速，r/轴传递的功率（kW）d计算截面处轴的直径（许用扭转切应力（设计轴的材料采用45钢，调制处理，其材料的许用扭转切应力为2545公式（7）结论通过这次毕业设计，我把以前没有用到的和以前比较凌乱的知识，得到了很好的、系统的整理。这让我学到了更多，也让我认识到自己的知识水平是多么的有限。由于知识水平的限制，使得该设计必然存在着许多的不足与缺陷，在以后的工作中我会更加努力的学习专业知识，使自己能够在水利水电设计方面能够不断成长。通过这次毕业设计，我认识到了作为一名机械设计人员应该有着严谨科学的工作态度和对人民负责的重大责任感。这些都成为即将毕业参加工作的我一份宝贵的经验。参考文献1 沈允文，. 机械工业出版社,1985(9)：55 . 1994(1)3 辛洪兵，)4 乔峰丽，011.(1)：16 许洪基、陶燕光、010(2)：4 孙恒，陈作模，006(5):66 吴宗泽，006(5):5 全腊珍，007(8)9 濮良贵，006(5)10 009(8)11 00412 陈岱民 刘虹 然科学版，199713 辛洪兵 99914 孙瑞涛 00218 王延风 李书功 谢涛,谐波齿轮传动柔