“精密传动及系统”

精密传动系统与控制第1页共8页“精密传动系统与控制”试题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所对其性能有哪些影响。答：1)RV行星传动结构增加了齿轮减速传动，能进一步增大传动比，以及提高输入转速；2)摆线轮的偏心运动由中心轮驱动变为多个行星轮驱动，功率进行了分流，故能够传递更大的功率；3)增加了支承圆盘，提高了输出机构的弯曲刚度，且偏心驱动由一根轴变为多根轴，故其扭转刚度增大。4)因为轴承是易损件，进行功率分流后，由一个轴承支承变为多个轴承支承，提高整体的承载能力；5)进过一级减速后，RV的摆线针轮传动级的速度降低，故其摩擦减小，传动效率提高。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：常用的输出机构有销轴式、十字滑块式、浮动盘式和零齿差式四种结构形式，其优缺点表如表2.1。表2.1四种输出机构的比较销轴式输出机构十字滑块式输出机构浮动盘式输出机构零齿差式输出机构优点传动效率高，可靠性好能用于功率较大的和连续运转的条件下工作。结构简单、制造容易、成本较低，且可以补偿由于装配或零件制造的误差。结构简单，装配方便，摩擦损失小，使用效果好；承载能力大结构简单紧凑、制造方便、零件数目较少，传动平稳，可靠性高缺点结构比浮动盘式复杂，柱销套与柱销孔表面易点蚀、胶合，径向尺寸较大承载能力和传动效率较低。摩擦损失大，不适用于高速工况浮动盘的惯性力难以平衡消除，不适用于高速工况适用于小功率和传动比≤60及齿数差为Zp=1~2的行星减速器。精密传动系统与控制第2页共8页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。解：如图3.1左上为谐波减速器结构简图，为一二自由度结构，构成差动轮系，定义如下参数：H——波发生器H的绝对角速度；1——柔轮1的绝对角速度，即柔轮变形端的当量角速度或平均积分角速度；2——刚轮2的绝对角速度。在整个轮系加上一个H，得到转化机构，柔轮相对转速HH11（3-1）钢轮相对转速HH22（3-2）则有uiHHHHH2121)(12（3-3）式中12zzu柔轮齿数内齿数，本题中为1.02。三种基本工作情况的传动比计算3.1、钢轮固定，即02（如图3.1a)）时若波发生器为主动轮，则50111)2(1uiHH(3-4)若柔轮为主动轮，则02.011)2(1)2(1uiiHH(3-5)精密传动系统与控制第3页共8页图3.1谐波减速器结构简图3.2当柔轮固定，即01(如图3.1b))时，若波发生器为主动，则5112)1(2uuiHH(3-6)若钢轮为主动轮，则511111)1(2)1(2uiiHH(3-7)3.3当波发生器固定，即0H(如图3.1c))时若柔轮为主动轮，则02.12112uiH(3-8)若钢轮为主动，则5150111221uiiHH(3-9)精密传动系统与控制第4页共8页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：谐波齿轮传动的主要构件只有三个：波发生器、柔轮、刚轮。与一般传动相区别，谐波齿轮传动中存在着可通过波发生器使之产生可控的弹性变形波的挠性构件，其运动转换，是依靠挠性构件的弹性变形来实现的，这种运动转换原理称为变形原理。谐波齿轮特点：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2×10^6。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。精密传动系统与控制第5页共8页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。缺点：1)柔轮周期性变形，工作情况恶劣，易于疲劳损坏；2)起动力矩大，且速比越小越严重；3)波发生器、柔轮等元件的工艺复杂；4)传动比的下限值高，齿数不能太少；5)齿啮合摩擦较大，不利于提高传动效率；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：5.1双齿轮消隙如图5.1所示，输入轴2上的两个斜齿轮齿数、模数等参数相同旋向相反，轴1和轴3上的两个齿轮齿数、模数等参数相同而斜齿旋向相反，分别与轴2上的两个斜齿轮啮合。齿轮4,6相同。运动由轴2输入，通过两对斜齿轮分别传给轴1和轴3，然后由齿轮4和6传动齿条5。如果在轴2上施加轴向力F,其上的两个斜齿轮产生微量轴向移动，这时轴1和轴3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4和6分别与齿条的两相反齿而贴紧，消除间隙。由于齿轮4,6分别与齿条的两相反齿而贴紧，当需要齿条反向运动时，齿轮4或6能马上驱动齿条换向，从而使反向传动时无间隙。1,3,4,6-轴；2-输入轴；5-齿条图5.1双齿轮消隙原理双齿轮消隙的优缺点主要有：双齿轮消隙传动结构精度要求低，容易制造安装，传动精度高，重复定位精度易于保证，适合于数控回转台进给传动中运用。精密传动系统与控制第6页共8页5.2预紧齿双齿轮消隙双传动链预紧齿轮的消隙方法如图5.2所示,齿轮4和5分别与齿条啮合,并利用预紧装置7在齿轮1上加载荷,于是齿轮1使左、右与其相啮合的齿轮2及3分别带动齿轮4和5贴紧齿条6的齿槽的左右侧,从而达到消隙的目的。1,2,3,4,5-齿轮；6-齿条图5.2预紧齿双齿轮消隙原理5.3齿轮中心距调整法消隙齿轮中心距可调消隙简化原理如图5.3所示,其中1、2为相啮合的齿轮副，为消侧隙，在一对齿轮副中,只要一个齿轮可调整就可以了，使其中的一个安装有齿轮的轴承使用轴承套，这个轴承套可以是偏心的，或是留有间隙的轴承套。在装配前先要测出齿轮副两个齿轮的偏心方向,装配时使它们的偏心相对,然后调整其中一个,向另一个靠拢,再用压板固定。1,2-齿轮图5.3可调齿轮中心距消隙简化原理齿轮中心距可调消隙的优缺点：可以补偿齿厚误差与中心距误差引起的尝值齿隙，但不能补偿偏心型误差引起的变值齿隙。5.4弹簧加载双片齿轮消隙如图5.4所示，该机构是利用弹簧连接在一起的两片齿轮同时啮合在配对齿轮上，其中一片齿轮与轴固定，另一片齿轮为空套在轴上的浮动齿轮片，当齿轮传动时，啮合齿与工作齿面间的齿隙被弹簧拉紧的另一片浮动齿轮所填满。精密传动系统与控制第7页共8页图5.4弹簧加载双片齿轮消隙机构弹簧加载双片齿轮消隙的优缺点：该结构广泛应用在齿轮传动副的消隙上，一些精密设备的旋转台就是通过这种结构进行消隙。同时也可将其推广到蜗杆传动中，能去的比较好的消隙效果。5.5摩擦消隙摩擦消隙结构如图5.5所示，此结构主要应用于天线单元中，轴套7被轴向定位在蜗轮1转轴上,摩擦盘2套在轴套上只能作横向移动，调节螺母5与轴套螺纹联接以调整弹簧3的张力来控制摩擦力矩，天线反射面在摩擦力矩的作用下不能来回游动,需要时可对电磁铁通电使其吸引摩擦盘脱离蜗轮1轮毂,从而解除摩擦力。图中4为弹簧挡圈，6为缓冲橡胶圈。1-涡轮；2-摩擦盘；3-弹簧；4-挡圈；5-螺母；6-橡胶圈；7-轴套图5.5摩擦消隙原理摩擦消隙结构的优缺点：以相对低廉的成本，可以实现消除回程误差的需要。精密传动系统与控制第8页共8页6、分析制约国内精密减速器产业化的主要原因，试论述我国精密减速器产品要打破国外产品的垄断可采取哪些途径。答：制约因素：1)核心技术无法突破。我国虽有高校发表一些相应的研究论文但多数也只是浮于理论分析缺乏相应的工程应用背景支持，虽然对摆线轮的齿形误差传动误差等方面进行了研究也取得了很大的成果，但对于降低回差保持运动的线性还有待提高。2)研发能力弱。我国的新产品研发能力与发达国家相比仍然存在较大差距，尤其是研制出具有结构紧凑，传动精度高，承载能力大的减速器一直是制约我国减速器发展的瓶颈，关键产品还得依赖于进口。3)工艺水平低，精密减速机质量差。我国在制造工艺，新型材料选用，以及实现系列化批量化生产方面还有待提高。4)研发环境差。整个产业链有研发能力的企业较少，企业研发意愿不足。措施：1)我国精密减速机产业要与国际先进水平接轨，就一定要从根本问题着手，要不断努力升级生产设备、重视技术创新和研发，提高减速机质量，这是核心问题。2)我国在RV减速器研制方面，应制定合理的零件制造工艺和可以补偿相关零件制造误差的装配工艺；严格控制影响减速器传动准确性传动平稳性及载荷分布均匀性误差的主要因素，合理控制各公差范围；增强减速器的扭转刚度。3)需深入系统地研究RV传动装臵优化设计理论与制造技术，努力开发新机型，提高我国自有知识产权的RV针摆驱动器的设计水平和性能，减少对国外技术的依赖，提高RV针摆驱动器的国产化技术水平。