!! 0.75KW摆线针轮减速机设计论文2.doc
(全套带图)0.75KW摆线针轮减速机(含全套CAD图纸)
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宁XX大学设计(论文)0.75KW摆线针轮减速机设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日21目 录目 录II第1章 绪论41.1国内外发展现状41.2课题研究内容4第2章 摆线针轮减速器总体设计52.1 摆线针轮减速器的传动原理与结构特点52.1.1 摆线针轮行星传动的传动原理52.1.2 摆线针轮减速器的结构特点62.1.3 摆线针轮传动的啮合原理72.1.4 摆线轮的齿廓曲线与齿廓方程102.1.5 摆线轮齿廓曲率半径112.2 摆线针轮传动的受力分析122.2.1 针齿与摆线轮齿啮合时的作用力122.2.2 输出机构的柱销（套）作用于摆线轮上的力152.2.3 转臂轴承的作用力162.3 摆线针轮行星减速器主要强度件的计算172.3.1 齿面接触强度计算172.3.2 针齿抗弯曲强度计算及刚度计算172.3.3 转臂轴承选择182.3.4 输出机构柱销强度计算18第3章 摆线针轮减速器的设计计算193.1摆线轮、针齿、柱销的计算193.2 输出轴的计算223.3输入轴的计算263.4 润滑与密封30结论31参考文献32第1章 绪论1.1国内外发展现状美国国家自然科学基金。先进研究计划中心。国防部等投资1.4亿美元进行小型及微型机电系统（MEMS）技术研究，美国国家自然科学基金会预言：小型及微型机械将成为新兴的大规模产业，将能引起一场新的产业革命。美国的大学、国家实验室和公司已有大量的MEMS研究小组，并有几种实用化的MEMS产品进入市场。欧共体为了加强各国之间的组织和合作，成立了多功能小型及微型系统研究合作机构（NEXUS）组织。德国制定微机械系统技术计划，并发展了一种用于小型及细微加工的LIGA技术。我国摆线针轮减速机研究起步也不晚，已经建立了一些较为先进的基础实验设施，并在基础研究和相关技术方面取得了一些有特色的成果，有些已经达到国际先进水平。2002年，国家投入数亿元人民币进行MEMS研究与开发，逐步建立起我国MEMS研发体系和产业化基地，提高我国在MEMS领域的核心竞争力，为推动MEMS的可持续发展和产业化打下良好的基础，并在某些方面进入国际领先水平，随着中国经济的高速发展，在航天小型及微型技术、生物医学工程等领域，比如：微型传感器、小型及微型执行机构、超小动力传递系统、手术机器人关节驱动等系统的应用越来越广泛在家电产品、汽车附件、办公设备、住宅设备、高级玩具等自动化、智能化等方面的要求也日趋提高，功率为几瓦到几十瓦的减速器应用场合越来越多。在日本，住友重机株式会社每年生产大量的小型摆线针轮减速器用于如复印机、银幕卷动机、窗帘自动收放机以及高级电动玩具等小型及微型场合。可以预见，随着计算机技术、网络技术的进一步发展，随着人口老龄化趋势对自动化、智能化要求的加强，家用的小型及微型减速器的应用也将会大为提高。小型摆线针轮行星传动减速器，不仅具有结构紧凑、传动比范围大、寿命长等摆线传动的特点，而且具有重量轻、震动噪声低、价格低廉以及外表美观等特点，可以把小型摆线针轮行星传动减速器的使用空间拓宽到家用和商用的广阔领域。目前已获得日益广泛使用的行星传动机构是动力传递机构之一，行星齿轮传动机构使用了多个行星轮来进行功率分流，从而有效地提高了其承载能力，同时还具有良好的同轴性。多年来，人们一直把行星传动机构看作是一种结构紧凑、质量小、体积小，且能传递较大扭矩的传动机构，当然，这是将它与普通的齿轮传动机构相比较而言。近几年，随着细微加工技术的出现和发展，这方面的研制工作已取得了长足的进步。1.2课题研究内容本课题以研究摆线针型行星传动减速器为主要目标，了解国内外的行星传动技术，以及发展方向。掌握传统型针摆传动的工作原理，根据当前掌握知识及学习分析并确定0.75KW摆线针轮行星传动的整体设计。1）分析并确定摆线针轮行星传动减速器的总体结构，完成方案设计和结构分析。2）通过进行理论分析和设计计算，合理选择摆线针轮行星传动减速器结构参数及几何参数。3）进行受力分析及强度校核。第2章 摆线针轮减速器总体设计2.1 摆线针轮减速器的传动原理与结构特点2.1.1 摆线针轮行星传动的传动原理图所示为摆线针轮行星传动示意图。其中为针轮，为摆线行星轮，H为系杆，V为输出轴。运动由系杆H输入，通过W机构由V轴输出。同渐开线一齿差行星传动一样，摆线针轮传动也是一种KHV型一齿差行星传动。两者的区别在于：摆线针轮传动中，行星轮的齿廓曲线不是渐开线，而是变态摆线，中心内齿采用了针齿，以称针轮，摆线针轮传动因此而得名。同渐开线少齿差行星传动一样，其传动比为.图21 摆线针轮减速器原理图 由于1，故，“”表示输出与输入转向相反，即利用摆线针轮行星传动可获得大传动比。2.1.2 摆线针轮减速器的结构特点 它主要由四部分组成：（1） 行星架H，又称转臂，由输入轴10和偏心轮9组成，偏心轮在两个偏心方向互成。（2） 行星轮C，即摆线轮6，其齿廓通常为短幅外摆线的内侧等距曲线.为使输入轴达到静平衡和提高承载能力,通采用两个相同的奇数齿摆线轮,装在双偏心套上,两位置错开,摆线轮和偏心套之间装有滚动轴承,称为转臂轴承,通常采用无外座圈的滚子轴承,而以摆线轮的内表面直接作为滚道。近几年来,优化设计的结构常将偏心套与轴承做成一个整体,称为整体式双偏心轴承。(3) 中心轮b,又称针轮,由针齿壳3上沿针齿中心圆圆周上均布一组针齿销5(通常针齿销上还装有针套7)组成。(4)输出机构W, 与渐开线少齿差行星齿轮传动一样,通常采用销轴式输出机构。图32 摆线针轮减速器基本结构图 1.输出轴 2.机座 2.针齿壳 4.针齿套 5.针齿销 6.摆线轮 7.销轴套 8.销轴 9.偏心轮 10.主动轴图22为摆线针轮传动的典型结构第3章 摆线针轮减速器的设计计算3.1摆线轮、针齿、柱销的计算设计计算如下：项目代号单位计算、结果及说明功率0.75 跟据使用条件,确定为针轮固定的卧式减速器,不带电机输入转速r/min1000传动比10摆线轮齿数的确定10为使摆线轮齿廓和销轴孔能正好重叠加工,以提高生产率和精度,在平稳载荷下选材料为GCr15,硬度为60HRC以上针轮齿数选材为GCr15,硬度为60HRC以上输出转矩T由文献1表2.7-8,取=0.92初选短幅系数0.5由文献1表2.7-2, =0.420.55初选针径系数，由文献1表2.7-3,针齿中心圆半径mm取取材料为轴承钢5862HRC时,=10001200MPa摆线轮齿宽bcmm取偏心距amm 由文献3表2.7-5查得取6mm实际短幅系数针径套半径mm，取12mm验证齿廓不产生顶切或尖角47.32由文献3表2.7-1及公式2.7-17算得，由计算结果知，摆线齿廓不产生顶切或尖角。针齿销半径mm取7mm针齿套壁厚一般为26mm。实际针径系数若针径系数小于1.3，则考虑抽齿一半。齿形修正mm0.35， 0.2考虑合理修形，建立优化模型，由计算机求出。齿面最大接触压力N其中整个结果由计算机求出。传力齿号mnm=2， n=4参看上一章介绍，由计算机求出。摆线轮啮与针齿最大接触应力MPa1416.7MPa_mn齿中的最大值。转臂轴承径向负载N16988转臂轴承当量负载PN1.051698817837时，=1.05时，1.1。选择圆柱滚子轴承mm260（0.40.5）104130由文献13GB/T282-94，选N2213轴承，d=65,B=31,=142,D=108.5。转臂轴承内外圈相对转速nr/min1582转臂轴承寿命h10613寿命指数，球轴承3，滚子轴承10/3。针齿销跨距Lmm由结构及前面的摆线轮宽度，得L70采用三支点型式。针齿销抗弯强度MPa选用三支点，材料为轴承钢时150200MPa针齿销转角rad0.000618550mm时，0.20.3。3.2 输出轴的计算结构图如图4-1，图3-1 输出轴结构装配图设计计算如下：项目代号单位设计计算、结果及说明转矩TNmm前面已经算出输出转速r/min初步确定轴的最小直径mm选材为钢，调质处理，由文献12表15-3，取A0110，mm输出轴最小直径显然安装联轴器与其配合的部分，为了使所选直径与联轴器的孔径相适应，须选取联轴器，联轴器的计算转矩，由文献12表14-1，1.3，由文献13表8-7，选HL5弹性柱销联轴器，轴孔径为d=60,半联轴器L142mm，取112mm。轴结构设计其装配结构图如图4-1，上选用滚动深沟球轴承6214，由文献13表61查得，d=70,D=125,B=24,=79，则可知=70，=65；上选用深沟球轴承6215，D=130，B=25， =84，所以，=75，所以，=22，=30，=120，套筒长93，外圈直径84。轴承端盖由减速器结构定，总宽度为33mm。轴上联轴器定位采用平键联接，由文献13GB/T1095-1979，选用平键，键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证联轴器与轴的配合，选择配合为H7/k6，滚动轴承与轴的周向定位借过渡配合来保证，安装轴承处选轴的尺寸公差为m6。由文献12，表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径为.5 。求轴上载荷N由前面的轴的结构知， 、受力中心距离为116mm,、受力中心距离为50mm,因5600N，故得8014N ， 2414N 。按弯扭合成应力校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面4）的强度。根据下式及上表中的数值，并取=0.6，轴的计算应力28.29Mpa，前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表151查得=60MPa，因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度1）判断危险截面截面2、3、5、9只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面2、3、5、9 均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 4 和5 处过渡配合引起的应力集中较为严重；从受载的情况来看，截面4、5上的应力最大。由于5轴径也较大，故不必做强度校核。截面4上应力最大，因而该轴只需校核截面4左侧即可。2）截面4左侧抗弯截面系数 421875抗扭截面系数 84375弯矩 560050280000扭矩 T1466353截面上的弯曲应力 6.637 MPa截面上的扭转切应力17.38MPa轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表15-1，得640MPa，275MPa，155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献12表2-2查取，因，经插值后可查得2.0，1.3；又由12附图2-1，可得材料敏性系数为，0.85。故有效应力集中系数为1.821.26由文献12附图2-2得尺寸系数=0.67 ；由文献12附图2-3的扭转尺寸系数= 0.82 。轴按磨削加工，又附图的表面质量系数为0.92轴未经表面强化处理，即，则按式得综合系数值为2.81.62又由文献12及2-2得碳钢的特性系数0.1，0.05于是，计算安全系数值，则得20.2110.629.40S0.05故可知其安全。3.3输入轴的计算其结构装配图如图4-2图4-2 输入轴结构装配图项目代号单位计算、结果、说明转矩TNmm由前面已经算出，T144897公称转矩Nmm由文献12表14-1，取1.3，初步确定轴的最小直径mm选材为钢，调质处理，由文献12表15-3，取A0110，mm输出轴最小直径显然是安装轴承的部分，为了使所选直径与轴承孔径相适应，须选取轴承，由文献13GB/T ，选取圆柱滚子轴承N406，d=30 mm,D=90 mm,B=23 mm, =57.2 KN。校核该轴承：该轴承符合寿命要求，所以，30mm, =25mm轴的结构设计其装配结构图如图4-2，上选用滚动深沟球轴承6408，由文献13表61查得，d=40,D=110,B=27,= ，则可知=40，=40mm；=24mm,由减速器的结构知，75mm，18mm。轴上第4-5段与联轴器相配合,由文献13表8-7，选HL3弹性柱销联轴器，轴孔径为d=35,半联轴器70mm，取60mm。轴承端盖由减速器结构定，总宽度为57mm。轴上偏心轮和联轴器周向定位采用平键联接，由文献13GB/T1095-1979，分别选用平键和=,键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证联轴器与轴的配合及偏心轮与轴的配合，选择配合为H7/k6和H7/h6，滚动轴承与轴的周向定位借过渡配合来保证，安装轴承处选轴的尺寸公差为m6。由文献12，表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径为.力的计算由前面知， 作用点到、作用点的距离相等，都为54mm，得，8494N，8494N。按弯扭合成强度校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面2）的强度。根据下式及上表中的数值，并取=0.6，轴的计算应力 21.49 Mpa，前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表151查得=60MPa，因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度1）判断危险截面截面4、5只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面4 、均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 2、3、4 处过渡配合引起的应力集中较为严重；从受载的情况来看，截面2、3上的应力最大。所以只需校核2截面，显然左侧比右侧直径小，因而该轴只需校核截面2左侧即可。2）截面2左侧抗弯截面系数 42875抗扭截面系数 85750弯矩 917352扭矩 T144897截面上的弯曲应力 11.89 MPa截面上的扭转切应力1.69 MPa轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表15-1，得640MPa，275MPa，155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献12表2-2查取，因，经插值后可查得1.34，1.66；又由文献12附图2-1，可得材料敏性系数为，0.85。故有效应力集中系数为1.27881.561由文献12附图2-2得尺寸系数=0.95 ；由文献12附图2-3的扭转尺寸系数= 0.9 。轴按磨削加工，又附图的表面质量系数为0.92轴未经表面强化处理，即，则按式得综合系数值为2.81.62又由文献12及2-2得碳钢的特性系数0.1，0.05于是，计算安全系数值，则得20.2110.629.40S0.05故可知其安全。3.4 润滑与密封本减速机采用油浴润滑，润滑油选择中极齿轮油。若在低温或高温环境以及在启动频烦的场合，须跟据情况重新选择适宜润滑油。对于本减速器，在严重恶劣负荷条件中工作时，推荐采用双曲线齿轮油。密封件选择J型无骨架油封。针齿壳上开有沟槽，油浸深度为2040mm。 结论本课题主要研究摆线针轮行星传动减速器的设计，本人在分析现有机械传动的基础上，并在对摆线针轮行星传动减速器结构、原理进行学习、理解的基础上，重新进行超小型摆线针轮行星传动减速器结构的设计，通过几何参数设计和强度校核，达到了本课题的要求。本课题主要研究与设计工作结论如下：针对课题要求，在充分研究现有成熟的摆线针轮行星传动的基础上，对超小型摆线针轮行星传动减速器重新进行了结构设计和总体方案设计。针对超小型摆线针轮行星传动与通用的摆线针轮行星传动
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