精密传动及系统

研究生课程考核试卷科目：精密传动及系统教师：XXX姓名：XXX学号：XXX专业：机械设计及理论类别：XX上课时间：年月至年月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院1.对比摆线针轮行星传动和RV行星传动结构方面的主要区别，试分析RV行星传动结构相对于摆线针轮行星传动的改进对其性能有哪些影响。答：RV行星传动包括了摆线针轮行星传动，是由第一级的直齿轮减速部分和第二级的摆线针轮减速部分组合而成的两级行星传动机械。RV型行星传动是在少齿差行星传动的基础上发展起来的一种新型精密传动，自1986年日本开发并投放市场以来，作为机器人用传动装置是刚性最高的一种低振动传动装置，因而得到广泛应用。RV型行星传动是一种具有摆线轮的封闭式行星传动机构,它具有传动比范围大、承载能力大、传动效率高和传动轴扭转刚性大等许多优点，其结构如图1-1所示。它是由第一级的直齿轮减速部分和第二级的摆线针轮减速部分组合而成的两级行星传动机械。RV型行星传动机构是以具有两级减速装置和曲轴采用了中心圆盘支承结构为主要特征的封闭式摆线针轮行星传动机构。该RV型行星传动机构通过对摆线针轮行星传动的改进，有了以下性能的改进：（1）传动比范围增大改变第一级减速装置中齿轮的齿数Za1和Zg1,可以方便地获得范围较大的传动比;其常用的传动比范围为i=57～192。(2)可以提高输入转速n1因为转速n1经过第一级减速后,使得转臂H轴承的转速nH不会变得太高,从而有利于提高机构的使用寿命。(3)承载能力大由于采用了n个均匀分布的行星轮g1和转臂H可以进行功率分流,而且采用了具有圆盘支承装置的输出机构,故其承载能力大。(4)传动效率高因为除了针轮的针齿销支承部分外,其他构件均为滚动轴承支承,所以,其传动效率高。而且各构件间所产生的摩擦和磨损较小,间隙也较小;故其传动性能好,使用寿命长。图1-1RV摆线针轮行星传动简图2.精密减速器中常见的输出机构形式有那些，各有什么优缺点。答：精密减速器中经常利用到行星传动，如少齿差行星传动。行星轮相对于中心轮有一个偏心，在传动的时候行星轮不仅要做转动，又要做平动。因此就需要一个能够传动平行轴之间旋转运动的传动比为1的等角速度传动机构（即偏心输出机构），以便把行星轮的转动输出来。常用的输出机构有：（1）平行四边形机构图2-1平行四边形输出机构平行四边形输出机构机构如图所示，图2-1（a）是该机构的平面图。OaOH是转臂的偏心距A。BC等于OaOH，OaB等于OC，运动由OC杆引出，由于OaOHCB构成了平行四边形，不论旋转到任何位置OC杆的角速度等于OaB杆的角速度，而OaB就是行星轮的角速度，这样就把行星轮的角速度等比传递到输出轴上。该机构结构简单，效率高，容易安装，但是偏心轮转动过程中的离心力会产生振动，对精度有不利影响（2）孔销式输出机构为了避免齿轮做偏心运动时离心力产生振动，在实际中常采用两个完全相同的奇数齿的齿轮，两齿轮相差180°的安装在转臂上。这样不仅可以达到静平衡，并且能提高传动系统地承载能力。该机构结构简单，效率高，而且能够消除偏心轮离心力的作用，达到静平衡，避免产生严重振动。使用两个齿轮，提高了减速机的承载能力。但是由于初始间隙存在，销轴必须克服其初始间隙后才能与销孔接触，真正参与传递动力。所以说孔销输出机构中各孔销的受力是不均匀的，同时承载的孔销数减少，使减速机的承载能力下降，运动精度降低。（3）双万向联轴器图2-2双万向联轴器将万向联轴器成对使用即构成双万向联轴器。万向轴联轴器输入输出瞬时角速度不相等，而用于两平行轴之间的等速比传动时，输入、输出轴之间的夹角相等。即当主动轴等角速度回转时，尽管中间轴本身的转速是不均匀的，但从动轴却以与主动轴相等的角速度回转，从而避免动载荷的产生。该机构结构简单，造价低，但是传动距离较长，精度和效率较低。（4）钢球环槽输出机构图2-3钢球环槽等速机构钢球环槽结构如图2-3所示。应用钢球中介体啮合，采用“几何封闭法”使组成等速输出机构运动副各元素有特殊的几何结构，以保证它们工作时始终保持接触，由此产生一种无隙啮合的钢球环槽等速传动机构。钢球环槽等速传动机构由一个行星盘1、一组钢球2和一个绕定轴转动的中心盘3组成，两盘偏心距为a。钢球1环槽等速传动机构的结构特点是在行星盘1右端面的圆周上，均布有若干个（图中为6个）截面为半月状的环形槽，在与输出轴固联的中心盘3左端面上，均布有同样数量的环形槽。两环形槽的中心距等于输入偏心轴的两倍偏心距，即2。在行星盘和中心盘相对各组环形槽的相交错区，各放置一个钢球，构成钢球啮合副。受这组钢球的约束，其传动原理相当于若干个平行四边形机构的工作原理，因此钢球环槽等速传动机构实现了等角速度传动。该机构方便加工，轴向尺寸较小，但是精度难以保证，承载能力不高。（5）浮动盘式输出机构在行星轮与输出轴之间装入浮动盘，其上有两条互相垂直的槽，行星轮和输出轴大端装上两个销轴，使行星轮与输出轴作偏心传动时，销轴在浮动盘的槽内滑动（有滚子时是滚动）,如图所示。这种输出机构比销轴式简单，效率亦高，也适用于高速连续运动或功率稍大的场合。但是浮动盘除随输出轴转动外，还作径向移动，惯性力是少齿差式行星齿轮传动采用浮动盘输出机构产生振动的极重要的激励因素，而且这些惯性力很难通过平衡的办法加以消除。所以浮动盘式输出机构不利于高速转动。（6）十字滑槽输出机构图2-4十字滑槽式输出结构该输出机构为两边各有一个十字万向节，每个十字万向节构成为：在摆线轮一端加工有的滑槽，与十字滑板构成滑动副，并在滑动副中加入滚子成为滚动直线导轨副。Twinspin摆线减速器就是十字滑槽机构的运用。这种输出结构简单，加工方便，能够承受较大载荷，加入滚子成为滚动直线导轨副后效率较高，但是传动精度较低。（7）零齿差式输出机构图2-5零齿差式输出机构如图所示为零齿差输出机构。该机构的特点是通过一对模数不同，零齿差齿轮副将行星轮的反向低速自传运动穿个输出轴。零齿差指内外啮合副中的内、外齿轮的齿数相同，像齿轮联轴器那样，不同的是内外齿轮的齿间隙较大。通常在零齿差传动中把外齿轮或内齿轮与行星轮做成一体，则另一齿轮就与输出轴连接，这样便把行星轮与输出轴连接起来。这种结构形式零件较少，结构紧凑，使输出机构大为简化，用标准刀具在通用机床上很方便加工。缺点是由于齿间隙较大，精度不高，回差较大。3.一谐波减速器柔轮的齿数为100，内齿轮的齿数为102，试画出机构简图并计算其传动比。绘制结构简图，如图所示图3-1谐波减速器机构简图解：如图所示，为两个自由度（W=2）的差动谐波齿轮机构。该机构含有三个基本构件：波发生器H、柔轮g和刚轮b。当其中的一个基本构件被固定时则上述差动谐波机构将变成为具有一个自由度（W=1）的行星谐波齿轮机构；而差动机构中的每一个基本构件均可以成为固定件，或输入件、或输出件。由于上述谐波减速器没有对给基本构件进行指明，故分为以下三种情况计算：（1）当波发生器H固定(0H)，(如图3（a）)其传动比为：图3（a）a)柔轮g输入，刚轮b输出时，1021.02100gHbgbbgzizb)刚轮b输入，柔轮g输出时，1000.9804102gHbbggbziz（2）当刚轮b固定（0b），(如图3（b）)其传动比为：图3（b）a)波发生器H输入和柔轮g输出时，10050102100gbHgbgzizzb)柔轮g输入和波发生器H输出时，102100110050bgbgHgzziz（3）当柔轮g固定（0g），(如图3（c）)其传动比为：图3（c）a)波发生器H输入和刚轮b输出时，10251102100gbHbbgzizzb)刚轮b输入和波发生器H输出时，102120110251bggbHbzziz4.分析谐波减速器的结构特点，试论述谐波减速器作为精密减速器在哪些方面可以做出改进？答：谐波减速器的主要特点：(1)结构简单，体积小，重量轻。主要构件只有三个，与传动比相当的普通减速器比较，其零件减少50%，体积和重量均减少1/3左右或更多。(2)传动比范围大。一般单级传动比可在50~500范围内变化；当采用行星式波发生器时为150~4000；若采用双级传动或复式传动则可达2×106。(3)同时啮合齿数多。在承载情况下，双波传动的啮合齿数一般可达总齿数的30~40%左右，三波传动则更多。而普通渐开线圆柱齿轮同时啮合的齿数一般为两对左右，即重叠系数小于2。(4)运动精度高。由于多齿啮合，误差有相互补偿和消减的作用，因此传动装置的运动误差小于刚轮(或柔轮)的运动误差。一般情况下，其运动精度比同等精度等级的普通齿轮元件所组成的减速器高4倍左右。(5)承载能力大。谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，在材料和速比相同的情况下，受载能力要大大超过其它传动。其传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦。(6)传动效率高。与相同速比的其它传动相比，谐波传动由于运动部件数量少，而且啮合齿面的相对滑动速度很低，再加上轮齿接近面接触，因此齿面的磨损很小，而且均匀，效率很高，随速比的不同（u=60~250)，效率约在65~96%左右。(7)齿侧间隙可以调整。齿侧间隙可由对波发生器的调整而得到，甚至获得零侧隙。(8)运动平稳，无冲击，噪声小。齿的啮入和啮出是随柔轮的变形逐步进入和退出刚轮齿间的，因而运动平稳，无冲击现象(9)同轴性好。输出轴和输入轴位于同一轴心线上。可以使传动装置的结构简化，外形尺寸缩小。(10)可实现向密闭空间传递运动及动力。采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。(11)可实现高增速运动。由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身的特点，加之体积小、重量轻的优点，因此是理想的高增速装置。对于手摇发电机、风力发电机等需要高增速的设备有广阔的应用前景。(12)方便的实现差速传动。由于谐波齿轮传动的三个基本构件中，可以任意两个主动，第三个从动，那么如果让波发生器、刚轮主动，柔轮从动，就可以构成一个差动传动机构，从而方便的实现快慢速工作状况。这一点对许多机床的走刀机构很有实用价值，经适当设计，可以大大改变机床走刀部分的结构性能。谐波减速器也有一些缺点：柔轮周期性变形，工作情况恶劣，易于疲劳损坏，起动力矩大，波发生器、柔轮等元件的工艺复杂等，这些方面都值得改进。5.精密传动中啮合副消隙机构有哪些，分别论述其优缺点。答：由于传动装置啮合副存在间隙，当传动装置的输入轴旋向改变时，输出轴的转角与理论值相比会有一定的滞后量，这个滞后量就是回差。回差的存在使传动系统启动、制动以及换向时轮齿不能及时啮合，输入输出轴短时间内失去运动联系，造成输出的瞬时突然中断和运动传递关系成为非线性，同时在接触瞬间还会产生冲击。因此，回差的控制是精密传动的要素之一。消除啮合间隙的方法多种多样，其目的是实现无侧隙双面啮合。目前精密传动中几种典型的消除间隙方法有:（1）变形消隙法：变形消隙法是利用零件的变形来消除啮合间隙。谐波齿轮传动是通过柔轮的弹性变形实现运动传递的，其啮合间隙主要取决于波发生器外形的最大尺寸及两齿轮的齿形尺寸。如图所示为谐波齿轮传动柔轮和刚轮的啮合。图5-1中虚线为变形前柔轮轮齿的位置和形状，此时柔轮和刚轮齿距相等，存在啮合间隙；变形后椭圆状柔轮漳州量测的轮齿受到挤压，轮齿齿顶增大的同时齿廓各向两边旋转角度，从而消除啮合间隙。优点：结构简单，精度较高，不需要增加其他零件。缺点：它的应用领域较窄，只能应用于特定种类的传动中；由于当量变形较小，要获得双面啮合还必须严格控制制造误差。图5-1柔轮和刚轮的啮合（2）切向消隙法切向消隙法是针对大小端相向安装的连续变位的啮合副，通过调整啮合副的轴向位置，就可以获得无侧隙的双面啮合传动。这种消隙机构结构比较简单，传动的刚度较好，能传递较大的运动和动力，但如果齿轮磨损后齿侧间隙无法自动补偿，所以在加工的时候对齿轮齿厚测量