连杆凸轮减速器的设计与动力学仿真

连杆凸轮减速器的设计与动力学仿真摘要基于连杆凸轮减速器成熟的理论和技术，分析与研究了连杆凸轮减速器的工作原理和结构，在搞清楚新型 连杆凸轮减速器的传动原理和其零部件 结构的基础上，利用CAD/CAE 软件绘制该减速器的三维零件模型和仿真。 为该 减速器的应用和推广进行了一些基础性的工作。关键词连杆凸轮减速器；凸轮；摆线针轮；PRO/E 三唯建模；参数化建模；运 动仿真。 CAM-LINKAGE REDUCER MOTION SIMULATIONAbstract: Based on the maturity techniques and theories of the cam-linkage reducer, analysis and research of the cam-linkage reducer works and structural features, on these bases, figure out the new clear link cam reducer drive principle and structure of all parts. Use the CAD/CAE soft to draw three-dimensional model of the all reducer parts and simulate. Do a number of basic works for the Promotion and use of the reducer.Key words:cam-linkage reducer, cam, Cycloidal gear, pro/e three dimension model building, parametric modeling，motion simulation. I目 录1 引 言 .11.1 概述 .11.2 减速器的类型及综合评价指标 .21.2.1 减速器的分类 .21.2.2 综合评价指标 .21.3 减速器的现状及发展趋势 .31.4 计算机辅助技术在制造业中的应用和发展现状 .41.4.1 计算机仿真 .41.4.2 CAD/CAE 研究现状及发展趋势 .42 连杆凸轮减速器的原理和结构 .62.1 机构的传动原理分析 .62.1.1 机构的组成 .62.1.2 机构的传动原理分析 .62.2 机构的传动比计算 .72.2.1 运动输入构件与输出构件的转向关系 .72.2.2 传动比的计算 .72.3 连杆凸轮减速器性能试验结果 .82.4 连杆凸轮减速器的机构设计 .102.4.1 凸轮的理论廓线方程 .102.4.2 理轮廓线的数学性质 .142.5 连杆凸轮减速器的结构 .192.5.1 主动曲柄 .202.5.2 连杆推杆（带滚子的环板） .212.5.3 从动曲柄 .222.5.4 凸轮 .222.5.5 输出轴 .232.5.6 箱壳 .232.5.7 惯性力的自平衡结构 .232.5.8 弹性均载环节 .243 减速器基本零件建模 .253.1 Pro/ENGINEER 简介 .253.2 输出轴模型的建立 .263.3 卡板模型的建立 .263.4 闷盖模型建立 .273.5 其余基本零件模型图 .274 减速器的装配和仿真 .30 II4.1 减速器的装配 .304.1.1 连板组件的装配 .304.1.2 输入轴组件的装配 .334.1.3 第三轴组件的装配 .334.1.4 中间轴组件的装配 .344.1.5 减速器总装 .364.2 基本仿真过程 .374.2.1 运动分析工作流程 .37致 谢 .42总 结 .43 1 引 言原动机、传动机和工作机（执行机）是机械系统的三大基本构成。原动机提供基本的运动和动力。工作机是机械具体功能的执行系统，随机械功能的不同，工作机的运动方式和结构形式千差万别。由于原动机运动的单一性、简单性与工作机运动的多样性、复杂性之间的矛盾，需用传动机将原动机的运动和动力，如速度、力或力矩的大小和方向等进行转换并传递给工作机，以适应工作机的需要。可见，只要原动机的运动和动力输出不能满足工作机的要求，传动机的存在就是必然的。目前在工程实际中，广泛使用的传动装置有齿轮传动机构，链传动、皮带传动、蜗轮蜗杆传动等。在普通齿轮传动中，单级传动比小，且由于重合度的限制，其承载能力受到一定的影响，因此研究一种新型，高性能的传动装置显得十分必要。在传动装置中，国内外大多采用的是齿轮传动及其变形，同时摆线针轮减速器等相继研制成功并推广使用。与齿轮减速器相比，连杆凸轮减速器的单级传动比大；借助一齿差原理大幅度提高了重合度，因而承载能力提高；高副处为滚动摩擦因而摩擦力小，机械效率高。采用的是一齿差原理，是一种传动比大，承载能力大，机械效率高的传动装置。在摆线针轮减速器中转臂轴承受力较大，其转速又高于高速轴的转速，而且转臂轴承的尺寸又受到限制，故转臂轴承成为薄弱环节。为克服上述减速传动的缺点并保留其优点，实现机械传动装置的高性能、低成本和小型轻量化，从传动原理上创新了一种新型的连杆凸轮减速器，该减速器与近年来成功研制的双曲柄环板针摆行星减速器类似，不仅保留了环板式传动可省去输出机构而输出轴刚性好；转臂轴承由行星轮内移至行星轮外，尺寸不再受限制，从而传递的转矩可以较现有的摆线针轮减速器更大等优点，而且又保留了原摆线针轮行星减速器同时啮合齿数多，总法向力与总圆周力间夹角小、摆线轮与针轮齿均为硬齿面等本质上的优点，克服了现有以渐开线为齿形的诸种环板式减速器难以避免的缺点。因此，连杆凸轮减速器是一种体积小、重量轻、传动比范围大、传动效率高、传动平稳、输出轴刚性大、传动转矩范围更大、并具有很高实用价值的新型减速器。1.1 概述减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速并相应的增大转矩，它是机械系统的重要组成部分，并直接影响机械系统的性能。由齿轮、轴、 轴承及箱体组成的齿轮减速器，用在原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递扭矩的作用，在现代机械中应用极为广泛，是一种不可缺少的机械传动装置此外；在某些场合，也有作增速的装置，并称为增速器。减速器是工程实际应用中常用的传动装置。就目前现有的机械系统发展情况来看，一般的机械系统通常包括三部分：原动机部分，执行部分，传动部分，其中传动部分位于原动机与执行部分之间。由于机械的功能是各式各样的，所以要求的运动形式也是各式各样的。同时，所要克服的阻力也会随着工作情况而异。但是原动机的运动形式、运动及动力参数却是有限的，而且是确定的，这就提出了必须把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动部分及运动参数问题，而这个任务就是传动部分来完成的，因此，传动系统是机械系统中不可缺少的重要部分。另外，我们使用机械时，所用的原动机（电动机）其输出转速是一定的，如果要达到需要的转速时，只需选用足够大的传动比即可，相反，如果采用低速电动机，经济上不划算，且低速电机体积庞大。因此，在机械系统中，最主要的是传动部分，其传动装置以减速器为代表。1.2 减速器的类型及综合评价指标1.2.1 减速器的