外文翻译--采用表面微加工技术制造微型行星齿轮减速器 中文版

毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化专业 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 行星齿轮减速器设计方法研究 2008（ 09） 附 件： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 3 月 采用表面微加工技术制造微型行星齿轮减速器 摘要： 本文提出一个微型行星齿轮机构具有较高的齿轮减速比紧凑的尺寸。首脑会议采用 V 是被淘汰的制造方法，使组装部件的冗余。其中的设计规则也被检查。为了充分利用表面微机械加工的好处，行星式减速齿轮的设计，对使用的片上微引擎。计算预期的齿轮减速比，并与以往的链齿轮机构相比。本文介绍的微型行星齿轮机构，预计将有 162:1 的减速比利用更小的空间消耗。这是一个数量级高于先前报道的设计在一个单一的减速齿轮系。 关键词： MEMS，行星齿轮，减速齿轮表面微机械，首脑会议 的 V 过程。 1 什么是减速器 减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。 1.1减速器的作用 降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。减速同時降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。 1.2减速器的种类 一般的减速器有斜齿轮减速器 (包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等 )、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行 星摩擦式机械无级变速机等等。 1.3常见减速器 1.3.1 蜗轮蜗杆减速器 主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。 1.3.2 谐波减速器 谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。 1.3.3 行星减速器 其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很 大。但价格略贵一、对装配前零件的要求：滚动轴承用汽油清洗，其他零件用煤油清洗。所有零件和箱体内不许有任何杂质存在。箱体内壁和齿轮（蜗轮）等未加工表面先后涂两次不被机油侵蚀的耐油漆，箱体外表面先后涂底漆和颜色油漆（按主机要求配色）；零件配合面洗净后涂以润滑油。 2 安装和调整的要求 2.1滚动轴承的安装 滚动轴承安装时轴承内圈应紧贴轴肩，要求缝隙不得通过 0.05mm 厚的塞尺。 2.2轴承轴向游隙 对游隙不可调整的轴承（如深沟球轴承），其轴向游隙为 0.250.4mm；对游隙可调 整的轴承轴向游隙数值见表。点击查看圆锥滚子轴承轴向游隙；角接触球轴承轴向游隙。 2.3齿轮（蜗轮）啮合的齿侧间隙 可用塞尺或压铅法。即将铅丝放在齿槽上，然后转动齿轮而压扁铅丝，测量两齿侧被压扁铅丝厚度之和即为齿侧的大小。 2.4齿面接触斑点 圆柱齿轮齿面接触斑点 2-10-4；圆锥齿轮齿面接触斑 2-11-4；蜗杆传动接触斑点 2-12-4。 3 密封要求 箱体剖分面之间不允许填任何垫片，但可以涂密封胶或水玻璃以保证密封；装配时，在拧紧箱体螺栓前，应使用 0.05mm的塞尺检查箱盖和箱 座结合面之间的密封性；轴伸密封处应涂以润滑脂。各密封装置应严格按要求安装。 4 润滑要求 合理确定润滑油和润滑脂类型和牌号；轴承脂润滑时，润滑脂的填充量一般为可加脂空间的 1/2-2/3；润滑油应定期更换，新减速器第一次使用时，运转 714天后换油，以后可以根据情况每隔 3到 6个月换一次油。 5 试验要求 在额定转速下正、反运转 1-2小时；在额定转速、额定负荷下运转，至油温平衡为止；对齿轮减速器，要求油池温升不超过 35oC,轴承温升不超过 40oC；对蜗杆减速器，要求油池温升不超过 60oC,轴承温 升不超过 50oC；全部试验过程中，要求运转平稳，噪声小，联接固定处不松动，各密封、结合处不松动。 6 包装和运输要求 外伸轴及其附件应涂油包装；搬运、起吊时不得使用吊环螺钉及吊耳以上技术要求不一定全部列出，有时还需另增项目，主要由设计的具体要求而定。 7 技术要求 装配前，所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，不许有任何杂物存在。内壁涂上不被机油腐蚀的涂料两次；啮合侧隙用铅丝检验不小于 0.16mm，铅丝不得大于最小侧隙的 4倍；用涂色法检验斑点。按齿高接触点不小于 40%；按齿长接触斑 点不小于 50%。必要时可用研磨或刮后研磨以便改善接触情况；应调整轴承轴向间隙： 40 为 0.05-0.1mm, 55为 0.08-0.15mm；检验减速器剖分面、各接触面及密封处，均不许漏油。剖分面允许涂以密封油漆或水玻璃，不允许使用任何填料；机座内装 N100润滑油至规定高度。 8 下面介绍减速器的发展现状 减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国内使用的大型减 速器（ 500kw以上），多从国外（如丹麦、德国等）进口。 60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点 ?。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于 40kw。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。 90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速 器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率 /体积（或重量）比值仍小。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的 内平动齿轮减速器 不仅具有三环减速器的优点外，还有着大的功率 /重量（或体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线上的优点，处于国内领先地位。国内有少数高等学校和厂矿企业对平动齿轮传动中的某些原理做些研究工作，发表过一些研究论文，在利用摆线齿轮作平动减速器开展了一些工作。 平动齿轮减速器工作原理简介 ,平动齿轮减速器是指一对齿轮传动中，一个齿轮在平动发生器的驱动下作平面平行运动，通过齿廓间的啮合，驱动另一个齿轮作定轴减速转动，实现减速传动的作用。平动发生器可采用平行四边形机构，或正弦机构或十字滑块机构。本成果采用平行四边形机构作为平动发生器。平动发生器可以是虚拟的采用平行四边形机构，也可以是实体的采用平行四边形机构。有实用价值的平动齿轮机构为内啮合齿轮机构，因此又可以分为内齿轮作平动运动和外齿轮作平动运动两种情况。外平动齿轮减速器构，其内齿轮作平动运动，驱动外齿轮并作减速转动输出。该机构亦称三环（齿轮）减速器。由于内齿轮作平动，两曲柄中心设置 在内齿轮的齿圈外部，故其尺寸不紧凑，不能解决体积较大的问题。内平动齿轮减速，其外齿轮作平动运动，驱动内齿轮作减速转动输出。由于外齿轮作平动，两曲柄中心能设置在外齿轮的齿圈内部，大大减少了机构整体尺寸。由于内平动齿轮机构传动效率高、体积小、输入输出同轴线，故由广泛的应用前景。 本项目的技术特点 ,本新型的 内平动齿轮减速器 与国内外已有的齿轮减速器相比较，有如下特点： （ 1） 传动比范围大，自 I=10起，最大可达几千。若制作成大传动比的减速器，则更显示出本减速器的优点。 （ 2） 传递功率范围大：并可与电动机联成一体制造 。 （ 3） 结构简单、体积小、重量轻。比现有的齿轮减速器减少 1/3左右。 （ 4） 机械效率高。啮合效率大于 95%，整机效率在 85%以上，且减速器的效率将不随传动比的增大而降低，这是别的许多减速器所不及的。 （ 5） 本减速器的输入轴和输出轴是在同一轴线上。本减速器与其它减速器的性能比较见表 1。因缺少数据，表中所列的各减速器的功率 /重量比是最优越的。各类减速器比较 型号 功率（ kw） 减速比 质量（ kg） QI-450 93 31.5 1820 ZSY-250 95 31.5 540 NGW-92 88.1 31.5 577 SEW(德国 ) 90 28.61 1300 NP-100? 100 30 400 注： NP-100为内平动齿轮减速器， SEW减速器的质量含电机。 2.本项目的关键技术。由图 2可知， 内平动齿轮减速器 是由内齿轮 Z2、外齿轮 Z1和平行四边形机构组合而成的。它的传动原理是：电机输入旋转运动，外齿轮作平行移动，其圆心的运动轨迹是一个圆，与之啮合的内齿轮则作定轴转动。因为外齿轮作平行移动，所以称谓平动齿轮机构。齿轮的平行移动需要有辅助机构帮助实现的，可采用（ 612副）销轴、滚子作为虚拟辅助平动机构，也可以采用偏心轴作为实 体辅助平动机构。内平动齿轮减速器的关键技术和关键工艺是组成平行四边形构件的尺寸计算及其要求的加工精度、轮齿主要参数的选择。这些因数都将影响传动的能力和传动的质量。总的说，组成本减速器的各零部件都要求有较高的精度，它们将决定着减速器的整体传动质量。 3.本项目的概况本项目已获得中国实用新型专利，专利号： ZL95227767.0。 本项目自 1995年试制出第一台样机（功率 2.5kW，传动比 I=32）后，陆续与一些厂矿合作，设计了下面几种不同功率、不同传动比的减速器： （ 1） 电动推拉门用减速器，功率 550W，传动 比 I=26，与电机连成一体。 （ 2） 搅拌机用减速器，功率 370W，传动比 I=17。 （ 3） 某军品用的两种减速器，一种功率 370W，传动比 I=23.5；另一种功率 370W，传动比 I=103的二级传动减速器。 （ 4） 钢厂大包回转台减速器，功率 7.5kw，传动比 I=64。 （ 5）钢厂辊道减速器，功率 7.5kw，传动 I=11。在本专利的基础上，已研制出一种新型超大型减速器，功率可达 1000kw，目前正在研制超小型（外型尺寸为毫米级）的微型减速器。 在微机电系统中的齿轮结构通常希望用来在微小的体积内产生较大的扭矩。但是没有较 大重量的减速器，往往是很难达到这样的目的。研究发现拥有微行星齿轮的减速机构能够在狭小的空间内增加扭矩，这好像有点自相矛盾。这是因为微行星齿轮系统能在每单位体积内产生更大的传动比。然而它的结构是如此的复杂，以至于我们很少尝试将齿轮系统微型化。 Suzumori以及他的小组成员曾经用类似的行星齿轮结构来驱动一个机器人，并使它在直径为一寸的钢管里前后移动。他们利用一个马达来驱动高传动比的齿轮机构，通过微电线的放电加工技术能够实现这种齿轮机构的精确加工。但是这些部件应该在装配驱动马达之前安装在齿轮箱上。 Takeuchi 等人也用这种技术制造了微行星齿轮。他们建议用特殊的含陶合金和高碳钢作为最佳选择材料。当这种齿轮系统的传动比达到 200的时候，才可以安装马达并使之驱动。为了实现用芯片的方法来实现行星齿轮的驱动，在研究中我们采用 SUMMiT V 方法来加工微行星齿轮。 SUMMiT V过程是唯一可以实现对于总数为五层 (其中一层为地平面 )的硅中释放四层的铸造过程由于这个原因，它经常被用来通过安装在芯片上的电子执行器来驱动复杂的齿轮机构。然而 , 在许多情形 ,微电机不可能提供充足的转力矩来驱动机械负荷 ,因为它们的静电梳的典型驱动只产 生几十微牛顿的力。幸运的是 ,这些引擎能容易地达到每分钟几万转的速度。这就使将转矩转化为速度变成是可行的。罗杰等人设计了二个传动比为 12： 1的双重的水平齿轮。如此六个这样的模组的传输集合在以占据极大的空间为代价的前提下可以达到 2,985,984:1 的传动比。为了达到结构紧凑，同时达到高传动比的目的少比 , 行星齿轮系统将被作为研究对象。根据作者的认识，它将会是第一个使用表面微加工原理设计的行星齿轮结构。我们还将阐述行星齿轮的操作规则，加工过程和希望达到的行星齿轮系统的性能。 使用齿轮传输转矩的其它可行的 方法是将一个或者多个的齿轮 ,也就是 , 行星齿轮 ,在另一个齿轮的外面旋转 ,也就是太阳轮。按照传统的尺寸设计的行星齿轮减速器是使整体结构紧凑的常用的传输系统。图 1是上述的行星齿轮的示意图。自从用 AutoCAD 设计 SUMMiT V以来 ,图（ 1）可以通过软件自动产生 (附 1)。一个完整的行星齿轮系统是由六个齿轮组成的 : 一个太阳齿轮 a，三个行星齿轮 b，一个固定的内齿圈 c,一个旋转的内齿圈 d,和一个输出齿轮 e。除了行星齿轮之外 ,每个齿轮的齿数都不相同。太阳齿轮 a是输入齿轮，由与微引擎连接的机械手驱动。内 齿圈 d,被视为输出齿轮。举例来说 ,如果机械手驱动太阳轮按照顺时针方向方向旋转 , 那么行星轮 b, 将绕着它们自己的轴按照逆时针方向宣战，同时也将绕着太阳轮按照顺时针方向的方向旋转，这样就形成了行星运动。 由于多个行星齿轮 b 和固定内齿圈 c之间的运动相似，所以旋转的内齿圈 d将按照逆时针方向旋转。这也被叫做 3K行星齿轮。 加工过程和结构测试 SUMMiT V程序的特征体现了硅层结构、电解聚乙烯 , 以及传统的集成电路处理等技术水平的四个层次。 SUMMiT