（机械制造及其自动化专业论文）珠传动机构的研究.pdf

中文摘要 摘要 链传动是各种机械上使用十分广泛的基本传动形式之一，已应用于国民经济 的各个领域。本文总结了目前链条产品的基本状况，结果发现，尽管链传动技术 在制链技术的和新产品的开发应用这两个方面都有较好的发展，但是链传动还是 存在一些问题，如：结构复杂，成本高等，尤其是它不能实现空间传动。为此， 梁锡昌教授提出了珠传动机构这一新型传动形式。珠传动机构实现了主动轴和从 动轴相距较远、两者处于任意空间位置、保持准确传动比的传动，它的提出填补 了空间轴之间定比传动的空白，其意义重大。 论文在理论上证明了珠传动机构的合理性：珠传动机构主要包括珠条、主动 轮、从动轮和导轮四部分，本文首先介绍了它们的工作原理，同时对它们的主要 尺寸和相关数据进行了理论上的计算，并以具体的实例计算说明本计算方法的准 确性、完整性。然后依据计算出的实际尺寸，利用u g 软件创建出珠传动机构的 每个零件，最后将其装配成总三维实体模型。 其次介绍了材料、钢丝绳、电动机和调速方法的选择方法及选择理论，然后 依据这些方法和理论并考虑到成本、加工工艺、装配、实验等因素选择出了相应 的材料、钢丝绳、电动机和控制方法。 最后本文对珠传动机构主要部件之间的关系：传动比等于节圆直径的反比、 两主从动轴与导轮轴的位置关系和主从动轮端面与导轮外圆柱面的位置关系，以 及对普通珠装配和接头珠装配的优化设计进行了分析，同时也把珠传动机构与其 它传统传动机构进行了详细的比较，并且对典型零件，如主动轮和普通珠，也做 了有限元分析。分析表明本机构的设计是合理适用的。 在理论证明之后，本文进一步以主动轮的加工为实例，详细说明了它的加工 过程，编出了关键工序的n c 程序。在全部零件完全加工后，按设计的总装图将珠 传动机构一次性装配成功，并且能够正常运行。从实践上证明了珠传动机构的可 行性。 论文最后，分别在主动轮处、导轮处和从动轮处做了噪声试验，试验结果分 析表明了珠传动机构的噪声声压级符合标准，但根据噪声声压级越低越好的原则， 我们又优化了导轮套筒结构的设计，对珠传动机构做了进一步的降噪处理。 本文主要使用了实证主义方法，用珠传动机构试验装置的实际连续运行说明了 珠传动机构设计的可行性。 关键词：空间轴，定比，传动，机构 英文摘要 a b s t r a c t c h a i n - d r i v e ni so n eo fb a s i cd r i v i n gf o r m st h a ta r eq u i t ew i d e l ya p p l i c a t e di n v a r i o u s m a c h i n e , w h i c h h a s b e e n a p p l i e d i nv a r i o u sf i e l do fn a t i o n a l e c o n o m y f u n d a m e n t a ls t a t u so fc h a i np r o d u c t i o na tp r e s e n ti ss u m m a r i z e di nt h i s a r t i c l e i ti sf o u n dt h a tc h a i n - d r i v e nt e c h n o l o g yi sg r e a t l yd e v e l o p e di nb o t hp r o d u c i n g c h a i na n dd e v e l o p m e n to fn g w p r o d u c t i o n ，t h e r ea r es t i l ls u c hs h o r t c o m i n ga sc o m p l e x s t r u c t u r ea n dh i g l l c o s t ，e s p e c i a l l yi ti su n a b l et oc a r r yo u ts p a t i a ld r i v i n gi nc h a i n - d r i v e n y e t t h e r e f o r , p r o f e s s o rl i a n gx i c h a n gh a si n v e n t e dp e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s mt h a ti sa n e wt y p eo fd r i v eg e a r i ta c t u a l i z ec o n s t a n tp r o p o r t i o nd r i v i n gb e t w e e nc a p s t a ns h a f t a n dd r i v e ns h a f tt h a ta r ed i s t a n c ea n di n t e r s p a c e ，w h o s ee x t r a c t i o nf i l l su pb l a n k n e s so f c o n s t a n tp r o p o r t i o nd r i v i n gb e t w e e ns p a t i a ls h a f ta n dh a ss i g n a l i t y r a t i o n a l i t yo fp e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s mi st e s t i f i e di nt h e o r yi nt h ep a p e r ：p e a r l a c t u a t i n gm a c h a n i s mm o s t l yi n c l u d e sp e a r ls t r i p ，a c t i o nw h e e l ，d r i v e nw h e e la n da n g l e p u l l e y , f i r s tt h e i ro p e r a t i n gp r i n c i p l ea r ei l l u m i n a t e di nt h ep a p e r , a tt h es a m et i m et h e i r p r i m a r ym e a s u r e m e n ta n dc o h e r e n td a t aa r ec a l c u l a t e di nt h e o r y , m o r e o v e r , a c c u r a c ya n d i n t e g r a l i t y o ft h e c a l c u l a t i n gm e t h o di si l l u m i n a t e db yf r o n d o s ei n s t a n c e n u m e r a t i o n e v e r ya c c e s s o r yo fp e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s mt h a tw i l lb ea s s e m b l e da t r i d i m e n s i o n a lf u l l - s c a l em o c k - - u pi nt h ee n dw i l lb ef o u n db yu s i n gu gs o t h a r e a c c o r d i n gt ot r i ms i z ec a l c u l a t e d s e c o n dt h ep a p e ri n t r o d u c e st h em e t h o da n dt h e o r yc h o o s i n gs t u f f , a m t o u r e d r o p e ，e l e c t r o m o t o ra n ds p e e dm e t h o db yw h i c hh o m o l o g o u st h e mh a v eb e e nc h o o s e d s i m u l t a n c i t yi nv i e wo f c o s t ，p r o c e s s i n gt e c h n i c ，a s s e m b l a g ea n de x p e r i m e n te t c f i n a l l yt h ep a p e ra c c o u n t sf o rc o n n e c t i o na m o n gm o s t l yp a r t so fp e a r la c t u a t i n g m a c h a n i s m ：r a t i oo f t r a n s m i s s i o ne q u a lt oi n v e r s er a t i oo f p i t c hd i a m e t e r , u b i e t yb e t w e e n d r i v ea n dd r i v e ns h a f ta n dg u i d ew h e e ls h 姐a n do p t i m u md e s i g no fc o m m o n p e a r la n d j o i n tp e a r la s s e m b l a g ea r ea n a l y s e d ，a tt h es a m et i m ep e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s mi s d e t a i l e dc o m p a r e dw i t l lc o n v e n t i o n a la c t u a t i n gm e c h a n i s m m o r e o v e r , s u c ht y p i c a lp a r t s a sc a p s t a na n dc o n l n l o np e a r la r ec a r r i e do u tf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sw h o s er e s u l t i n d i c a t e st h a td e s i g no f t h em e c h a n i s mi sr a t i o n a l a f t e rc e r t i f i c a t i o ni nt h e o r yt h ep a p e rr a k e dc a p s t a na sa ne x a m p l et oe x p l i c a t ei t s c o u r s eo f w o r k i n ga n dp r o g r a mn cp r o g r a m m i n go f k e yp r o c e s s 蛆lo f p a r t sh a v e b e e n p r o c e s s e dl a t e rp e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s mi st r i u m p h a n t l ya s s e m b l e do n c ei nt e r m so f 1 1 1 重庆大学硕+ 学位论文 g e n e r a la s s e m b l yd r a w i n ga n da b l et on o r m a lw o r k p e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s mi s t e s t i f i e dt of e a s i b i l i t yi np r a c t i c e a tl a s t ，n o i s ee x p e r i m e n ti sm a d ea ta c t i o nw h e e l ，a n g l ep u l l e ya n dd r i v e nw h e e l w h o s er e s u l ti n d i c a t e st h a tn o i s ep r e s s u r el e v e lm e a s u r eu pt os t a n d a r d ，h o w e v e r , w e o p t i m i z ed e s i g no fa n g l ep u l l e ys l e e v es t r u c t u r ei no r d e rt om a k e n o i s el o w e ra c c o r d i n g t ot h ep r i n c i p l et h a tn o i s ei sl o w e ra n db e t t e r t h ep a p e rp r i m a r i l ym a k e su s eo fp o s i t i v i s mm e t h o d ，w h i c hi n d i c a t e st h a tt h e d e s i g no fp e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s mi sf e a s i b i l i t yb yc o n t i n u o u s l yw o r k i n go fi t s e x p e r i m e n t a lf a c i l i t y k e y w o r d s ：s p a t i a la r b o r , c o n s t a n tp r o p o r t i o n ，d r i v i n gm o t i o n ，m a c h a n i s m i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弥克锹签字日期：2 。孑年9 月。占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：弓券毛每戈导师签名： 签字日期：2 。4 7 年岁月26 日签字日期：矿97 年f 月1 7 日 l 绪论 1绪论 1 1 引言 链条作为一种“量大面广”的重要通用机械基础件，具有传动比稳定、传力大、 效率高、绕性好、寿命长、使用可靠及维修方便等优点。其应用范围正在同益扩 大，从农机链到摩托车链、汽车链、齿形链、平顶链、立体车库链、广泛应用于 国民经济的各个领域，特别在汽车、农业、提升、食品、输送、林业、矿山、冶 金、自动化设备中应用日益广泛【l 】。链条作为一种劳动密集与技术密集相结合的产 品，许多发展中国家和地区以其较为丰富和廉价的劳动力资源而发展链条生产， 我国的链条工业的发展也走过相似的道路，从而使我国的链条产品的覆盖面逐步 扩大，链条已经成为我国成批出口的机电产品之一，产品覆盖东南亚、欧洲、美 洲、大洋洲、非洲【2 捌。 随着我国国民经济的快速发展和世界工业自动化的不断发展与创新，国内外 市场对链条产品的需求将越来越大，从而为我国链条行业的进一步发展创造了有 利条件，对扩大链条产品的现实与潜在市场提供了新的空间。因此，我国链条行 业的发展前景看好，同时也对链条产品提出了更大、更新、更高的要求。在产量 上要有效扩大，不仅要满足国内链条生产企业日益增长需要，还应适应国外链条 生产发展新形势，扩大出口量。在品种上要不断增加，不仅要在原有基础上延伸， 更要努力开发新产品。在质量上要稳定可靠，不但要满足工艺要求确保链条加工 质量，更要进一步提高制链设备及工装模具的稳定性和使用寿命。在技术上要不 断创新，不但要巩固与发展国内现有先进制链技术的研制成果，缩小与国外先进 制链技术的差距，更要在学习、消化国外现代先进技术的基础上走“产、学、研” 相结合的产品开发新路子，创造具有中国自主知识产权的现代化先进制链技术及 装备。在应用上要加快推广，先进制链技术及装备不仅要在行业内的主要骨干企 业中积极应用，更要加快在全行业普及推广，这对促进我国链条设备市场的发展， 进一步提高我国链条行业整体水平和企业核心竞争力将产生积极作用【4 】。 1 2 链传动技术的发展 1 2 1 制链技术的发展 滚子链材质的改进有了新的发展，各种低碳合金钢、优质合金钢等材料已得 到广泛应用，采用这些材料生产的链条强度均达到了欧美和日本标准的平均破断 重庆大学硕- 1 = 学位论文 负荷。预计未来几年内纳米材料也将应用于链条行业。 提高原材料改制水平，淘汰落后的煤爝炉退火方式，采用氮气( 或氮氢混合气) 保护的罩式炉退火；采用先进、快速的连轧和连拉技术。 提高零件及整链制造水平，在现有基础上，加快新一代高速、精密制链专机 的研制与开发；广泛推广和应用国内外的先进工艺技术及高效精密的工装专机； 加快链板高速冲孔及销轴高速切断模具硬质合金化、销轴超级抛光、套筒采用比 勒机和m r p 预弯法最优加工、高速链条滚子的先进卷制法生产、大规格链条机械 装配等新工艺、新技术的研究与开发。其中链板进级式高速冲载和多颗落料工艺 在行业中已取得主导地位。中大规格链板或修孑l ，或钢球挤孔，或二次冲孔，且 后两种都是世界先进水平。套筒的加工，中大规格用无缝管，中小规格采用卷制， 最优法为比勒机和m r p 预弯法，重要链条套筒也可用冷挤压方法制造。 提高热处理技术水平，广泛采用可控气氛淬火和碳氮共渗、丙烷气渗碳新技 术；减少对转炉的依赖，厚渗层产品经箱式多用炉或气体井式炉替代；以硬度梯 度取代碳浓度梯度测定，以得到缓和的碳浓度梯度，改善脆性；水剂取代油淬火， 以减少污染。 提高链条检测手段，齐全链条测试设备，注重链条的疲劳试验和汽车、摩托 车时规链的高速磨损试验【5 j 。 1 2 2 新产品的应用 随着市场需求的不断变化，滚子链系列产品也呈现出多元化趋势。产品设计 合理、制造技术先进的汽车精密滚子链、汽车发动机正时链、汽车发动机平衡链 的研制成功，填补了国内空白；采用特殊铆接方法使外链板与销轴连接牢固的挖 掘机链条，提高了挖掘机的使用寿命，适用于矿山机械、冶金行业等输送量大且 平稳要求较高的行业；设计出了良好的耐磨性能、噪声低的高段速变速链条系列 产品；出现了应用于矿山、采石场、岩石钻探等领域的抗冲击和疲劳的重载链系 列产品；链条节距除向大、小节距两端延伸外，还在小节距范围内插入了新的节 距，使小节距分布紧密，更适用于不同工矿的传动；在尺寸相同的条件下，派生 出一系列不同疲劳强度、不同拉伸强度甚至不同磨损性能的变异产品；在服役工 况方面，出现了耐高温、耐腐蚀、耐强力磨损的产品系列。 链条产品在普通链、加重链型的基础上，派生出一系列轻窄产品，变异出带o 型圈滚子链的系列产品。o 形圈滚子链与普通滚子链的区别在于：o 形圈链条在 内外链节之间的套筒和销轴处增加了0 形橡胶密封圈，并在内链节上用套筒高出链 板部分定位。形圈。在装配整挂链条时，往套筒内孔注入润滑脂，而普通滚子链既无 。形圈，也不加润滑脂1 6 。 2 1 绪论 目前，链传动技术正朝着工作寿命更长、可靠性更高和维修时间更少的方向 发展，并在某些新的领域中开拓前进，取得了令人注目的进展。 n 改进牵引链 牵引链用于从散落区域送走木材和树皮之类的片状村料。链传动设计很简单， 可是链轮往往先于链条磨损。这是因为在工作过程中，链节圆滚子接触链轮齿以 后产生相对运动而引起的。可以设法使滚子接触链轮齿以后保持相对静止，让滚 子里面的衬套转动。这样的改进设计可使链轮寿命延长5 0 ，而不会使工作效率 受到影响。但不适合于在湿度大和腐蚀性强的环境中使用。 开发革新滚子链 就是在链条两侧加装密封圈，并将润滑剂密封在最需要润滑之处。这样既减 少了润滑剂的消耗，又防止了尘埃、杂物对润滑剂的污染。装有这种链条的多叶 片割草机非常适合在潮湿的环境中使用。加装密封圈的链条通常适合在中等速度 和中等负荷下工作。在无冲击振动负荷和难以润滑的场合使用时，其寿命可提高 到标准滚子链的l o 倍以上。 在链条彼此有相对运动的零件上使用涂层和烧结衬套，工作时不必另外添加 润滑剂。既减少了维修时间，又有利于保持工作环境的清洁。采用自润滑结构， 在涂固体润滑剂之前，先将链条销子电镀，然后装入烧结衬套，再在外面装上坚 固的滚子。在速度低于1 5 2 4 m m i n 时，这种链条可以代替标准滚子链工作而不必 另外施加润滑剂，其寿命能延长7 - 3 0 倍，与其它不润滑链条相比，寿命至少高出 2 0 倍。在正常条件下，这种链条传动的功率和速度能大大超过不润滑时传动的功 率和速度，但要尽量避免在潮湿环境中使用【9 。”。 圆采用高速链产品 普通链传动的速度一般不能超过1 0 6 6 8 m r a i n ，而高速链的速度可达 1 8 2 8 8 m m i n 。如果采用加强轴承和机座，并采用压力润滑的话，高速链的工作速 度可以达到2 1 3 3 6 m m i n 。这种链的传动效率为9 9 7 ，高于皮带传动，与大多数 齿轮传动差不多。若用无声链、调速皮带和单排滚子链来传递这么大的功率，则 机构要庞大得多。因此，高速链占据空间小，在其传动范围内，单位功率的成本 也最低。 开发塑料链 回为塑料链的链节是注塑而成的，几乎可以根据任何工作需要而将它们制成 特定的形状。虽然这类链条传递的功率通常比金属链低，但是它有许多难能可贵 的优点。例如不需要润滑、不会磁化、工作时无噪声、抗蚀性能优良等。 国外链条企业开发了一批具有国际先进水平的链条产品。美国科学家最近研 制出一种由比发丝还细的硅链环组成的微型链条，它能像常规尺寸的链条一样运 3 重庆大学硕士学位论文 转，这种微型链条有朝一日可用于驱动微型装置。这根由5 0 个硅链环组成的微型 链条是由美国国立桑迪亚实验所的一位技术专家设计的。每两个微型链环的中心 只相距5 0 微米，每个链环都可与邻近链环呈5 2 度角并朝任意方面旋转，支撑结 构不会受到破坏。科学家们指出，这种灵活性使得链条驱动的多个齿轮无需排成 一条直线。可以想象，这种齿轮和链条系统完全可以取代目前需要使用微机电系 统电动机驱动的多个传动轮。这种链条可以应用于许多传动轴旋转或者驱动离电 动机有一定距离的微机电系统装置。不过，微型齿轮相互之间的结合可能不如常 规齿轮紧密，这项新发明估计三四年后才能在工业领域中应用【l ”。 雷诺公司推出的部分链条新产品： ( 一) 免润滑的升降机或输送机链。 这是一种磨损寿命长达4 0 年以上的免润滑的升降机或输迭机上用的系列链 条。链条之所以能具有优秀耐磨损特性，是因为在链条的套筒与新式设计的钢制 承重销轴之间装有一个特殊设计的塑料套。这种链条从最初时己被设计成用于许 多其它输送工况，如：啤酒瓶清洗线上、主要汽车厂的运输系统、食品工业和烟 草加工业的运输机当中；现己广泛使用于公用设施类升降机上。 ( 二) 抗冲击和疲劳的重载链。 这种链条是专门针对变化剧烈的重载工矿下使用而设计的滚子链系列。链条 的超强体现在尺寸选用上可以比标准滚子链小一至二个规格。新型链条可做到与 任何与a n s i 链相互间的互换，并在大多数倩况下不用更换链轮便可达到系统简单 升级目的，该系列三种特别设计是加厚的链扳、更具硬度的销轴、或者二者结合， 它们将根据需要来确定。 新型链条技术成倍耐磨寿命。 这是一种具有成倍耐磨寿命的新型免润滑链。它的优越性是在一种新式套可 达到标准滚子链寿命的1 5 倍。它使用在很难或无法进行维护的那种地方。为使它 容易安装，这种链条被设计成与标准链条相同，可在相同的链轮上替换使用。这 种链条可用在任何需要防止润滑油污染处，包括那些食品加工、纺织业、包装、 纸张以及还有诸如由于废油积累而可能导致火灾发生的地方，如自动扶梯、电梯、 链式提升机以及受某些要求限制的场合。 具有坚固滚子的新系系列不锈钢链条。 这种链条是为在腐蚀环境和高温场合下使用而开发的。这种链条的关键特点 是它坚固的不锈钢滚子，可以有效地避免可能形成的任何污染，可在温度从最低 的4 0 度起温升4 0 0 度的范围内工作，对呈现在酸性或碱性的环境时，具有很高的 抗腐蚀性和稳定的工作状态【1 3 - ”】。 以上产品的诞生。对工业化进程产生了重要的影响。 4 1 绪论 1 3 国内外链条行业现状 近几十年来，国外链传动技术发展非常迅速。除了大幅度提高链传动的工作 能力、扩大链传动的使用范围外，一些以链条为主要工作部件的产品以及各种有 实用价值的链条机构也都有了很大的发展。为了克服链传动的多边形效应，国外 进行了大量的研究，首先是探讨链传动的啮合机理，在此基础上合理地设计链传 动的齿形与结构。为了提高链条的承载能力，国外还着重研究各种强化措旌，以 及相伴而进行的关于失效机理、设计方法、可靠性和标准化的研究。在输送链方 面，为适应各种工况要求，对链条结构进行较集中的研究发现了诸如双铰节链、 空间输送链、复合节距链、差动链等结构形式。 近年来我国链条行业科技创新迈出新的一步。一批接近国际先进水平的数控 链条成条装配机、数控高速精密自动压力机等新一代链条专用设备先后研制成功； 引进先进技术制造的级进模全自动生产线和采用新工艺等得到普遍推广。但是我 国链传动产品与国外先进水平相比有很大的差距。以目前工业链条生产总量看， 我国已跨入世界链条生产大国的行列，但从总体实力与发展水平看，我国链条人 均年产量仅为国际发达国家的1 5 左右，大部分摩托车链条在国际上还没有超越c 级水平，我国链条的国际市场占有率也只有4 5 左右，所以我国还远未跨进世界 链条强国的行列。因此，由链条生产大国向世界链条强国进军，走具有本行业特 色的新型工业化道路，这是今后一段时期中国链条行业发展的主攻方向。而在向 这方向奋进时，与之相关的基本要素，如：市场、品种、品质、品牌、技术、管 理等方面的发展将发生新的变化，相应的对策也须创新。 国内工程技术界，对链传动基础研究不够重视，使我国链传动产品与国外先 进水平相比有很大的差距。如我国生产的链条仅有静强度指标，尚无功率曲线， 不能为设计者提供正确选用的依据；国产滚子链高速性能低下，使用寿命短；产 品均匀性差，直接影响热处理滚子链的机械制造水平低下；新工艺应用不广泛。 我国目前存在的差距主要是：基础研究跟不上链传动产品开发的需要，不少 有广阔应用前景的科研成果停留在理论阶段或实验阶段，不能形成产品等。因此， 加快采用高新技术改造提升链条行业，发展“高效、精密、自动化、专业化”的制链 技术，是使我国由链条生产大国向链条生产强国进军的重要保证【1 6 - 1 9 。 1 4 课题学术和实用意义 珠传动机构是一种新型传动形式，实现了主动轴和从动轴相距较远，两者处 于任意空间位置、保持准确传动比的传动。填补了空间轴之间定比传动的空白。 重庆大学硕十学位论文 同时珠传动也能代替链传动实现远距离平行轴之间的定比传动。 珠传动机构具有零件少，传动比稳定、传力大、效率高、绕性好、安装要求 低、寿命长、使用可靠、适应性强、制造工艺简单，成本低廉等优点。当用作平 行轴之间的定比传动时，可代替链传动。其应用范围非常广，从自行车链到摩托 车链，汽车发动机链等各个范围。当用作空间轴之日j 的定比传动时，可代替蜗轮 蜗杆传动，尤其是长距离的蜗轮蜗杆传动。 1 5 课题研究的内容 研究珠传动机构( 专利发明人：梁锡昌；专利号：c n 2 0 0 5 1 0 0 5 7 0 9 5 1 ) 的特 点和优点，提供一种新的传动形式1 2 0 l 。依据专利对试验装置进行原理分析、理论 计算、结构设计、计算机模拟、仿真，复杂零件的工艺制定，并且将其制造出来， 进行有关性能试验。 1 6 本章小结 总结了目前链条产品的基本状况，虽然它已经有了很好的发展，但还是存在 一些问题，如：结构复杂，不能实现空间传动等。为此，我们提出了珠传动这一 新型传动形式。 6 2 珠传动机构的设计与实体造型 2 珠传动机构的设计与实体造型 2 1 引言 当机械上的主动轴或从动轴相距较远时，只能采用链传动或带传动。但是现 有的链传动或带传动只能完成平行轴间的传动。绳传动虽然可完成不平行轴间的 传动，但不能保持稳定的传动比。经联机检索，目前尚没有主动轴和从动轴相距 较远的、处于任意空间位置的、保持准确传动比的传动机构。于是我们提出了一 种新型传动机构珠传动机构 2 0 1 。这种传动机构制造成本低廉、工艺简单、性 能相当，更重要的是它能实现远距离空间轴之间的定比传动，它的提出加速了机 械传动形式的发展。 2 2 工作原理 本机构是提供一种主动轴和从动轴相距较远的，两者处于任意空间位置的、 保持准确传动比的珠传动机构。 本机构的技术内容为：一种珠传动机构，包括主动轮、珠条、从动轮，特征 在于：珠条为在钢丝绳上穿上球形珠和隔套的环形传动条，主动轮及从动轮上具 有与球形珠珠形一致的凹圆弧的齿，与珠条上的球形珠啮合，实现定比传动。 所述珠条为球形珠、隔套、钢丝绳组成的传动条，一个珠为一个齿，一个珠 加一个隔套的距离等于一个齿距，由若干对珠与隔套组成环形的传动珠条，在钢 丝绳的末端配置一个接头珠，制成环形珠条。 主动轮和从动轮的结构相同，主体为带凹圆弧齿的轮，两边加上挡圈，即使 珠条未对准分圆时，珠条亦能顺利进入传动轮。 可以在主动轮和从动轮设置导轮以改变珠条传动方向，使珠条尽量在分圆切 线方向进入主、从动轮。 具体实施方法为：如图2 1 所示是珠传动的相互位置及运动关系示意图，主动 轮1 的轴线5 和从动轮4 的轴线7 不平行，其间的夹角为口，而且，5 和7 不在同 一平面上，两者间距离为a 。由于钢丝绳8 在不同方向都可以弯曲，因此，珠条在 传动中可以在不同方向转弯，传动到需要转弯时安装导轮，如下图中的导轮2 、3 即可实现，这就得到了很大的灵活性。 如图2 1 ，当主动轮l 顺时针方向转动时，拉动右面的珠条向下移动，经导 轮3 拉动从动轮4 顺时针方向转动；同时，另一边的珠条被拉着向上移动。两个 导轮2 及3 被珠条带动，绕轴线6 在不同方向空转脚】。 7 重庆大学硕士学位论文 图2 1 珠传动机构工作原理图 f i 9 2 1t h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo f p e a r la c t u a t i n gm a c h a n i s m 2 3 试验装置设计 s 二，_ 整塑塑塑塑堡盐皇壅堡丝型 2 3 1 珠传动设计计算f 2 1 - 2 3 1 i 转矩计算 丁；9550 xp,v=纂(-m)f2 0 u u 式中 r 传递的转矩，m ： 晶功率，k w ； 拧转速，m i n ： f 静拉力，： d 分度圆直径，m i l l 。 2 功率计算 p = 型1 0 0 0 = 卫9 5 5 0 忙形) ” 、， 式中 ，速度，聊厶。 3 静拉力计算 ，= 1 0 0 0 ，x p _ ；2 0 _ 0 0 x t ，( 不考虑离心力) 1 ， d 、7 4 速度计算 v 2 器m s ) 式中z 齿数： p 节距，咖。 5 分度圆直径计算 d 2 焉矿m )1 8 0 ”、 7 s m z 6 实际功率计算 p o = p 石五征矿) 式中p o 实际功率，k w ； p 传动功率，k w ： 石工况系数； 五考虑齿数的系数。 7 动拉力计算 乃= f z ( 不考虑离心力) 9 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) 重庆大学硕士学位论文 式中乃动拉力，n ； f l 静拉力，n ； z 工况系数。 8 离心力计算 耳= q x v 2 ( ) 式中凡离心力，n ； g 珠条单位长度质量，培m 。 9 总拉力计算 = 乃+ f f ( n ) 式中，g 总拉力，。 1 0 珠节数计算 按两珠轮齿数和节距计算，无张紧元件： 齿数不同时； x o = 2 了a 0 + 半+ 等 p z 口n 齿数相同时： 工。：2 鱼+ z 式中j ，0 珠节数，圆整为整数x ； 初定空间中心距，m m ； 石不同齿数的珠轮系数，厶值可按下式计算： 厶= ( 警) 2 珠节数尽量圆整为偶数。 1 1 空间中心距计算 两珠轮齿数相同时： ：竿7mm)ap ( m m )= _ 一 两珠轮齿数不同时： a = 【2 x 一亿+ z ：) 】：l p ( m m ) 式中 口空间中心距，r i l l s ； 正不同齿数的珠轮系数。 1 0 ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 1 0 a ) ( 2 1 0 b ) ( 2 1 0 c ) ( 2 1 1 a ) ( 2 1 l b ) 2 珠传动机构的设计与实体造型 1 2 珠条总长计算 和2 一鬲繁亏 ( 6 + c + 哟) c o s a r c s i n 三 + 2 ( b a r 3 ) e o s 删n 考 式中工珠条总长度，m m 主动轮节圆半径，m m ，从动轮节圆半径，m m 导轮半径，m m d 主、从动轮中心距，m m 6 主动轮与导轮中心距，m m c 从动轮与导轮中心距，m m j j l 主、从动轴间距，m m 口主、从动轴夹角，t a d 2 3 2 计算实例 设：最大载荷：正= 2 0 0 n m 传动比：i = 1 5 电动机功率：p = 2 2 k w 以载荷最大，转速最大为例 1 载荷最大时，最大转速： 五= 巧 五= 最r 2 争：吾玉：；( e 、e 是一对作用力与反作用力，e ：兄) 正最，2 f 1 。 1。 可得：五= 五= 2 0 0 x 西1 = 1 3 3 3 历 z ：9 5 5 0 x p j 。n 脚 甩 9 5 5 0 2 2 p l i 2 1 万r m i n 仇= 1 5 7 6 r m i n ( 2 1 3 ) 正主动轮转矩，n 脚；互从动轮转矩，n m 重鏖盔兰堡堂堡丝苎 e 主动轮切向力，n ；e 从动轮切向力， ，1 1 主动轮转速，r m i n ；1 = 5 4 0 5 r a m ；r 2 = 8 0 6 r a m 。 2 静拉力计算 3 速度计算 。 1 0 0 0 日 ， = 一 v：2 0 0 = 0 一xt j , ( 不考虑离心力)z 只：2 0 0 0 x 2 0 0 n 1 6 1 e = 2 4 8 4 5 n 正= ，2 = 2 4 8 4 5 n v - = 型兰盥( m 6 0 0 0 0 s )i， 1 5 7 6 1 2 2 8 v l 2 面而矿一 v i = 0 8 8 3 m s z 1 = 1 2 ；p = 2 8 m m ；m 主动轮线速度 4 主动轮分度圆直径计算 小矗白m ) s l n 2 1 d i 靠m 所) 1 2 d i = 1 0 8 1 m m 毛= 1 2 5 从动轮分度圆直径计算 妒b m ) s l n - - - - - - - - - - 咖南m m ) s l n 1 8 d ，= 1 6 1 2 r a m 1 2 ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) 2 珠传动机构的设计与实体造型 0 2 = 1 8 6 动拉力计算 瓦= 五z ( u ) ( 不考虑离心力) 瓦= 2 4 8 4 5 1 o ( ) 兄2 2 4 8 4 5 n 石= 1 0 ( 此机构属于稳定机构) 7 离心力计算 艮= q x v t 2 ( ) = 1 2 5 5 6 x0 8 8 3 2 ( ) 晶2 0 9 7 9 n b 离心力，n ： g = 培m ；q 的计算如下： 球的体积公式y = ；廊3 球缺体积公式矿= - 警( 3 r 2 + _ 1 1 2 1 钢的密度为p = 7 8 5 x1 0 3 * g m 3 g =( 。警h 啊2 ) 一仍2 2 h 3 + 砌：以2 _ r 5 2 ) 1 川三 ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) 辉i f 4 u 1 3 二忑n x 0 0 0 0 3 2 ：0 0 0 2 5 2 1 3 6 9 6 8 + 0 0 0 8 ( 00 0 4 0 0 0 2 5 0 0 3 2 2 ) - 删0 0 2 5 l | | 、7 l i 驴而似 石z z ) f r = l o m m ；_ l l = o 3 2 r a m ；吩= 2 5 m m ；，4 = 4 r a m ；吩= 2 5 r a m ；h 2 = 8 r a m5 1 3 重庆大学硕士学位论文 x o = 2 a p 。+ 半+ 鲤a op z 舯厶= ( 警 2 = o 川2 故珈百7 3 5 5 + 半+ 可0 9 1 2 矿x 2 8 x o = 6 7 5 6 ，取x = 6 8 ( 2 2 1 ) 1 1 空间中心距计算 空间中心距为： 口= 2 x 一亿+ z ：) 】厶p ( m m ) a = 2 x 6 8 一( 1 2 + 1 8 ) x 0 2 4 9 8 3 x 2 8 舯当糍= 5 6 6 _ 9 3 时，六- 0 2 4 9 8 3 1 2 珠条总长计算 r1 工=(+屹1石一2孤cc08ii：每j+2(b+c+at,)cosaresinarc 考 i ( 6 + c + 咣) c o s s i n 号j 口 “ 础s 硒+ s o j 卜一陌蕊8 ，0 5 - 5 3 卜一罴 + 22 7 1 7 5 + 4 6 3 7 5 + 詈枷 c o s a r c s m 志埘) l = 1 9 0 4 m m ( 2 2 3 ) 其中：r 3 = 4 0 m m ；d = 7 3 5 5 r a m ；b = 2 7 1 7 5 r a m ；c = 4 6 3 7 5 r a m ；h = 4 2 r a m 岱= z 6 r a d 。 珠条总长度，m m 2 4 试验装置实体造型 2 4 1u n i g r a p h i c s 简介【2 卅 u n i g r a p h i c s ( 简称u g ) 最早应用于美国麦道飞机公司，1 9 9 7 年1 0 月将微机 1 4 2 珠传动机构的设计与实体造型 版的s o l l d e d g e 软件统一到p a r a s o l i d 平台上，形成了较为完善的企业级集成系 统。它是当前世界上最先进和紧密集成、面向制造业的c a d c a e c a m 高端软件 之一，是计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程和产品数据管理 ( c a d c a m c a e p d m ) - - 体化的软件系统。u g 自从1 9 9 0 年进入中国市场以来， 在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其他高科技应用领域的 机械设计和模具设计、加工等领域得到了广泛的应用。 u n i g r a p h i c sc a d c a m c a e 系统提供了一种基于过程的产品设计环境，使产 品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与 制造。u g 面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过程驱动技术 的环境中，用户的全部产品及其精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环 节保持相关，从而有效地实现了并行工程。 该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图等设计 功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真 模拟，从而提高了设计的可靠性。同时，可采用建立的三维模型直接生成数控代 码用于产品的加工。另外，它所提供的应用开发语言u g o p e ng r i p 和u g o p e n a p i 功能强大、简单易学，便于用户开发专用c a d 系统。具体来说，该软件具有 以下特点： ( 一) 具有统一的数据库，真正实现了c a d ，c a e 和c a m 等模块之间无数据交 换的自由切换，并且可实施并行工程。 采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与 参数化建模等建模技术融于一体。 采用基于特征的建模和编辑方法作为实体造型的基础，形象直观，类似于 工程师传统的设计方法，并能采用参数驱动。 二维图功能强大，可方便地从三维实体模型直接生成二维工程图，可以按 照i s o 标准和国标生成各种剖视图、标注尺寸、形位公差和汉字说明等。 回以p a r a s o l i d 为实体建模核心，目前许多著名c a d c a e c a m 软件均以此作 为实体造型的基础。 提供了界面良好的应用开发工具，并能通过高级语言接口，使u g 的图形 功能与高级语言的计算功能紧密结合，便于用户开发专用c a d 系统。 ( 甘具有良好的用户界面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时， 具有自动推理功能；在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正 确的选择。 2 4 2 本课题主要应用模块f 2 5 也7 1 1 5 重庆大学硕