综合轮系实验台的设计（全套CAD图纸+设计说明书+翻译）
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设计综合轮系实验台
摘 要
由于轮系在其结构和运动形式上的复杂性，使得同学们在理解和掌握该部分内容时非常困难。针对同学们的这一困惑设计了一种有利于同学们学习的轮系综合实验台。本轮系综合实验台结构简单、操作方便，并且可以在保证基本结构不变的情况下，只进行简单的拆装就可以组成所需要的轮系，从而把定轴轮系、行星轮系、差动轮系、复合轮系和空间轮系分别与支架构成一个齿轮系统。在该实验台上可以安装他们自己设计的轮系，进行实验。使同学们能更好的学习和了解各种轮系的结构特点和传动特性。
关键词：轮系；实验台；设计
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毕业设计说明书 第 1 页 共 9 页 外文翻译（译文） 双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动效率分析 李欣 (马里兰大学 ， 美国 ) 何卫东 (大连铁道学院机械工程系 ， 大连 ， 116028) 马里兰大学 ， 美国 ) 李力行 (大连铁道学院机械工程系 ， 大连 ， 116028) 摘要 ：由行星齿轮传动装置的传动效率的一般公式，可以推算出 双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动效率 的公式。为了证明这个理论，作者进行了试验性的研究。从实验中得出的这种新型的传动装置的传动效率值与所估计的一致。这表明新型传动装置不仅承载能力高，而且传动效率相当高。 关键 字： 双曲柄环板式 针摆行星传动装置 啮合效率 一、 前言 传统的 摆线针轮行星传动装置，齿面硬，啮合齿数多，具有一系列的优点，例如，体积小，重量轻，传动比范围大，传动效率高，传动平稳等。另一方面， 针摆行星传动装置具有一个本质的弱点，就是转臂轴承置于摆线轮内部，尺寸受到限制。正因为如此，承载能力也不能很好的发挥。 为了克服传统的摆针轮行星传动装置的弱点，我们研制了新型的 双曲柄环板式针摆行星传动装置 。新型传动装置保留了上述的所有优点。因为转臂轴承置于摆线轮外，尺寸便不再受到任何限制。这样整个装置 的承载能力就提高了。而且，这种装置不再像传统装置一样需要特殊的输出元件，这样输出轴的刚度就更大了。这表明 双曲柄环板式针摆行星传动装置 将为国民经济的各个工业部门提供一种体积小、重量轻、传动比范围大、传动效率高、传动平稳、输出轴刚度大、结构紧凑和传动能力高的新型装置。 因为新型传动装置与传统装置不同，因此我们有必要证实新型传动装置的传动效率进行研究。在这一论文中，我们将通过理论与实验的研究对这种新型传动装置的传动效率进行分析。 二、 工作原理 毕业设计说明书 第 2 页 共 9 页 双曲柄环板式针摆行星传动装置的机构简图如图 1 所示 。 在平行四杆机构连杆 装有针轮 ， 针轮的中心C 的中点 。 与针轮相啮合的摆线轮的中心D 的中点。针轮与摆线轮的中心距正圆）的大小等于主、从动曲柄的长度 。连杆随着传动装置的转动而转动。位于连杆或针轮上的一点，在以为半径的圆上运动。针轮的中点为半径的圆上运动。由于针轮的啮合上具有摆线轮，所以前者将使后者绕着固定轴 图 . 双曲柄环板式针摆行星传动装置 的传动机构简图 传动比公式为 1155z z （ 1） 这里，1 5 为了使构造达到静力平衡，两环板成 180；要达到动力平衡，我们采用另外一对对称的环板。为确保平行四杆结构中的传动轴平稳的经过终点，我们采用齿形带（如图 2）普通齿轮结构（将三个齿轮与两个曲柄连接）。在这种情况下，具有同等动力的发动机，驱动着各个曲柄（如图 3）。当然，我们也不必控制这种构造范围的大小。 三、 由一般公式推算双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动效率公式 毕业设计说明书 第 3 页 共 9 页 大多数的行星传动装置都可以看作是由 a、 b、 c 三部分组成的基本构造（如图4）。我们设 b 固定， c 为转臂轴承。用语计算基本构造的一般公式也适用于 双曲柄环板式针摆行星传动装置 。 图 曲柄环板式针摆行星传动装置的传动 简图 1. 输出轴 成 180 的 带针轮的环板 动曲柄的传动轴） 图 曲柄环板式针摆行星传动装置 1. 输出轴 成 180 的 带针轮的环板 动曲柄的传动轴） 5. 输入轴（驱动曲柄的传动轴） 图 我们来讨论以下四种情形： （ 1） b 固定， 如果 a 是主动轮，双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动效率为 毕业设计说明书 第 4 页 共 9 页 bb 如果 a 是从动轮，双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动效率为 bb 这里， b 固定的前提下， a， b 的功率。 以上两个等式可以化为一个通式 () p bc c c c a a n M n M （ 2） 这里，aM，a， c 的转矩； b 相关 a， c 的转速；与 b 相关 c， a 的传动比。 这种情况下 ， a 为主动轮时， p=+1，否则， p= 1。 （ 2） c 固定， 如果 a 是主动轮，双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动效率为 cc 如果 a 是从动轮，双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动效率为 cc 这里， c 固定的前提下， a， b 的功率。 以上两个等式可以化为一个通式 () q cb b b b a a n M n M （ 3） 这里，aM，a， b 的转矩； c 相关 a， b 的转速； c 相关 b， a 的传动比。 这种情况下， a 为主动轮时， q=+1，否则， q= 1。 除此之外， a， b， c 还有以下关系 毕业设计说明书 第 5 页 共 9 页 0a b M （ 4） 结合（ 2），（ 3），（ 4）可以得到 ( ) 1 1 ( ) b p a c 当 p=1， p=1/p 时，我们可以得到 1 1 ( ) b a c q （ 5） 等式（ 5）是表示 b ， c 之间关系的通式。这里 b 是在 b 固定的前提下，行星传动装置的传动效率； c 为与 c 相关，假设所有轴固定的前提下，行星传动装置的传动效率。 现在我们要解决另外一个问题。随着我们从固定 b 到固定 c， a 是怎样变化的，从主动轮到从动轮，还是从从动轮到主动轮。我们可以采用如下做法： 设与 a 相关， c， b 的传动比 /a a c bi n n我们可以将形式化为 a c ca c a a a b bb a a n n N 如果 , 则 a 的情况不变化； 动轮 主动轮 + +2 0 从动轮 从动轮 - - 4 0 主动轮 - + 毕业设计说明书 第 6 页 共 9 页 图 5. 双曲柄环板式针摆行星传动装置的传动简图 H（输入） V 固定 b（摆线轮，输出） 等式（ 5）中，如果 a=b， b=V， c=H，可以得到 1 1 ( ) V b H q pH b H V V 这里， 在不考虑啮合内部摩擦力的情况下，一对针轮、摆线轮的啮合效率 10b a b Z Z Z 这里， 因为 b 是从动轮， p=1， q=1。因此可以得出双曲柄环板式针摆行星传动装置的啮合效率 11 1 1 ( ) V b HH b H V V （ 6） 考虑到减速器中润滑油的损耗，这种带有齿形带的双曲柄环板式针摆行星传动装置的减速器的效率为 1 2 3 （ 7） 这里，1是轴承的传动效率； 2润滑油分溅后的效率； 3是齿形带的传动效率。 五、计算示例 毕业设计说明书 第 7 页 共 9 页 实验所用传动装置的基本参数： 针轮中心所在圆的直径： 150心距： 束的半径： 7的半径： 5 动比： 14 针数：5 摆线轮数：4 功率： 6矩： 720N m 双曲柄环板式针摆行星传动装置的啮合效率 以利用等式（ 6）得出 1 1 1 ( )V b HH b H V V 11 1 1 5 ( 1 0 . 9 9 7 ) 0 . 9 5 7 这里， 15 151 4 1 5b Z 我们设 线轮与针的相对运动齿面非常硬，没有摩擦力，所以传动效率非常高，通常为 我们设1=2 =1（用润滑脂替代润滑油），3=形带能量损耗小，因为只有达到平行四杆机构 终点时才会损耗能量，而此时两曲柄的转矩为零）。 最后我们得到减速器的效率为： 1 2 3 0 . 9 5 7 0 . 9 8 5 1 0 . 9 9 3 0 . 9 3 6 六、实验研究 我们已经成功研制了双曲柄环板式针摆行星传动装置的减速器（如图 6），并且进行了实验性的研究。试验装置如图 毕业设计说明书 第 8 页 共 9 页 图 图 减速器的输入轴和输出轴分别装有一台转矩转速传感器，并与机械效率仪联接。输入轴与直流电动机相连，输出轴与磁粉加载器相连。进行加载试验时，采用分级加载。载荷级分别为同样针齿中心圆直径的高性能通用摆线针轮 行星减速器额定载荷 360N m 的 25， 50， 75， 100， 125， 150， 175， 200。每级载荷分别加载 h，并每隔 30录一次转速、转矩、效率、噪声和振动等数据，每级载荷测一次温升，试验结果见表所示。 表 2 双曲柄环板式针摆行星减速器试验结果 图 8 为减速器的传动效率与输出转矩的关系曲线。从图 8 可以看出，该减速器的传动效率随着转矩的增大而增大，开始时增加较快，随着转矩的不断增大而 趋向平缓。 毕业设计说明书 第 9 页 共 9 页 图 8 传动效率与转矩的关系 为了证明该新型 双曲柄环板式针摆行星 减速器的额定功率与转矩确能较同样针齿中心圆直径的通用高性能摆线针轮行星减速器提高一倍，我们又让该新型环板式针摆行星减速器，在最大载荷下（功率为 6转矩为 720N M）下，连续运转 4h，其传动效率稳定在 93%94%之间，高于同样针齿中心圆直径的高性能摆线针轮行星减速器，且齿面热平衡温度仅为 75 C 。 实验结果表明：我们所研制 的 双曲柄环板式针摆行星 减速器传递的转矩，可比同样针齿中心圆直径的通用高性能摆线针轮行星减速器的额定功率提高一倍。同时，其传动效率可达到 七、结论 （ 1） 由计算行星传动
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