2015年精密传动及系统试题(重庆大学)

硕士学位课程考试试卷考试科目：精密传动及系统考生姓名：考生学号：学院：机械工程学院专业：机械工程考生成绩：任课老师(签名)考试日期：2015年5月27日“精密传动系统与控制”试题1.试列举3中常见的可用于精密传动的啮合副齿廓类型，并分析其特点。答:现有主要的精密传动形式有谐波传动、泛摆线类精密传动和精密蜗轮蜗杆传动等。谐波传动：一般传动的运动转换是按照杠杆原理或斜面原理来实现的。谐波齿轮传动的运动转换，是依靠挠性构件的弹性变形来实现的。谐波传动与一般的齿轮传动相比较，具有：(1)结构简单，体积小，重量轻。(2)传动比范围大。(3)同时啮合齿数多。(4)运动精度高。(5)承载能力大。(6)传动效率高。(7)齿侧间隙可以调整。(8)运动平稳，无冲击，噪声小。(9)同轴性好。(10)可实现向密闭空间传递运动及动力。(11)可实现高增速运动。(12)方便的实现差速传动。但是，谐波齿轮传动也有一些缺点，如：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。同时，谐波齿轮传动的主要失效形式是柔轮疲劳断裂、柔性轴承损坏、齿面磨损或传动滑移，不过现有的设计规范和工艺可以保证谐波齿轮传动具有额定的工作寿命。泛摆线类精密传动：泛摆线类精密传动的基本原理是摆线针轮行星传动，主要包括RV传动、Twinspin、Dojen等。摆线针轮行星传动的主要特点有：1）体积小，重量轻。与同功率齿轮传动减速器相比，体积可减小1/2~2/3，重量减小1/3~1/2。2）传动比范围大。单级传动比6-119，两级传动比121-7569，三级传动比可达658503。3）运转平稳、无噪声。啮合齿数多；各运动构件的接触为相对滚动。4）传动效率高，寿命长。滚动摩擦；零件加工和安装精度较高。缺点是：1）制造精度要求较高。2）转臂轴承受力较大，且位于高速轴端，所以转臂轴承是该传动相对薄弱的环节，高速轴的转速和传递的功率受到转臂轴承的限制。摆线针轮行星传动主要应用在矿山、冶金、化工、纺织、国防工业等；多用于高速轴转速1500~1800r/min，传递功率≤132kW的场合。精密蜗杆传动：精密蜗杆传动是滚齿机、磨齿机、加工中心等机床的核心传动部件，同时精密重载蜗杆传动在工程机械、冶金机械、电梯曳引机有着广泛的应用。现有的蜗杆通常有高精度的“运动传动”和高承载能力的“动力传动”两大类，但不能满足许多工业领域对蜗杆传动提出的低/无齿隙或侧隙可调、具有高的传动精度又具有相当的承载能力的要求。侧隙可调式变齿厚平面包络环面蜗杆传动是张光辉教授发明的一种新型精密动力蜗杆传动，简称为“变齿厚平面蜗轮传动”。它克服了以往各种类型蜗杆传动“高强度、低精度”或“高精度、低强度”的缺点，集高强度、高精度、高寿命、易精加工等诸多优点于一身，既保留了普通平面一次包络环面蜗杆传动的诸多优点，又克服了其几乎不能调整侧隙、补偿蜗轮齿面磨损减薄量的缺点。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。常用的输出机构有销轴式、十字滑块式、浮动盘式和齿啮式四种结构形式。1)销轴式输出机构优点：传动效率高，适用于功率较大的和连续运转的条件下工作。缺点：结构比浮动盘式复杂，同时，销轴和销轴孔的加工精度要求较高，故该机构的制造成本较高。再由于转臂轴承上所受的载荷较大，机构的径向尺寸也较大。2)十字滑块式输出机构优点：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。缺点：承载能力和传动效率较销轴式机构低。3)浮动盘式输出机构优点：结构简单、新颖，安装方便，摩擦损失小，使用效果好；承载能力较十字滑块式大。缺点：零件数目较多，制造成本相应地较高。4)齿啮式输出机构优点：结构紧凑、制造方便、零件数目较少，故成本较低。缺点：适用于小功率和传动比||60i及齿数差为1~2pz的行星减速器3.给出RV减速机的传动简图，简述其传动的原理和特点，并给出各种输出形式下传动比的计算方法。1)RV摆线针轮行星传动简图图1RV摆线针轮行星传动简图2)RV摆线针轮行星传动原理及特点执行电机的旋转运动1由中心轮1a传递给n个行星轮1g；且进行第一级减速。行星轮1g的旋转运动传给转臂（曲轴）H，致使摆线轮2g产生偏心运动。当针轮2b固定（与机架连成一体）时，摆线轮2g一边随转臂H产生公转，一边绕着轴2gO产生自转，通过支撑圆盘上的轴承，将摆线轮2g的角速度传递给输出轴，且有：2vg；即使输出圆盘与摆线轮W组成传动比i等于1的双曲柄式输出机构。RV传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种封闭式行星传动。RV(RotaryVector)传动是日本80年代开发的新型减速器，特别适用于载荷大(输出扭矩大于200NM)、过载能力高、刚度高的场合。RV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构。RV减速器中采用双支撑，将两片摆线轮安装于两端轴承支撑的中空转子中，输出仍采用销形输出，但形状为一扇形。这种设计使之结构紧凑，刚性非常大。该行星机构的主要特点：（1）传动比范围大，因为即使摆线齿数不变，只改变渐开线齿数就可以得到很多的速度比。其传动比57~192i；（2）可以提高输入转速；（3）能减小RV减速器的惯性；（4）传动轴的扭转刚性大；（5）承载能力大；（6）传动效率高，其传动效率0.85~0.92。3)传动比计算RV减速器的传动比计算和少齿差行星传动的传动比计算是相同的。其传动比计算公式，同样可以用“转臂固定法”求得，即经转化后可把行星传动化为定轴传动。其转化机构的传动比为：HggHHbgbHbbHgziz（1）式中gz————摆线行星轮的齿数bz————中心轮的齿数当中心轮b固定时，即0b，将其带入到（1）中，可得到转臂H输入，摆线行星轮g输出时的传动比公式为gbHHggbgzizz由于摆线针轮行星传动中的针轮齿数bz与摆线行星轮的齿数gz的差为1，故由于上式可得：bHHgggiz（2）式中“—”号表示输出件摆线轮g与输入件转臂H的转向相反。当柱销固定时，摆线行星轮g不能转动时，即0g，将其带入到（1）式，可求得转臂H输入，中心轮b输出时的传动比公式为gbHHbbbgzizz因为1bgzz，代入上式得gHbbiz（3）式中“+”表示输出件针轮b与输入件转臂H的转向相同。4.滚珠丝杠副选用的原则和方法是什么？目前选用滚珠丝杠副的方法一般是按照滚珠丝杠副的额定静载荷0aC（其转速n10r/min）和额定动载荷aC（其转速n10r/min）及传动比的要求，来确定所需要的滚珠丝杠副的公称直径0d和基本导程0L。从实际应用中得知，滚珠丝杠副的螺纹滚道，在一定的轴向载荷作用下，经历一定的应力循环后，就要产生疲劳点蚀现象。因此，当滚珠丝杠副较高转速（一般转速n1000r/min）下工作时，应按其寿命选择其基本尺寸，并校核其载荷能力是否超过额定动载荷。当滚珠丝杠副在较低转速（一般转速n30r/min）下工作时，应按其寿命和额定静载荷两种方法确定其基本尺寸，并选择其中较大的。当滚珠丝杠副在静载荷下工作时，则只需按额定静载荷选择其结构尺寸。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：啮合副消隙机构分为刚性消隙法和柔性消隙法。刚性消隙法包括偏心套（轴）调整法。轴向垫片调整法及斜齿轮法。柔性消隙法包括双片薄齿轮错齿调整法和斜齿轮轴向压簧调整法。刚性消隙法的优点均是是结构简单，缺点是齿侧间隙不能自动补偿，轴向垫片调整法不如偏心套调整法方便，斜齿轮传动调整法比较费时。双片薄齿轮错齿调整法的特点是可以双向调整齿间间隙，且反向时不会出现死区，其缺点是受到周向圆弧槽及弹簧尺寸的限制，仅适用于读数装置而不适用于驱动装置。斜齿轮轴向压簧调整法的特点是齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不够紧凑。6.试论述目前国内精密减速器研究现状，分析制约国内精密减速器产业化的主要原因。答:国内的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。制约国内精密减速器产业化的主要原因：1）技术水平的差距2）生产规模的差距。以FLENDER公司为例,同样（或基本接近）的中心距1995年样本的额定功率比1988年样本提高10～20%,1997年样本又比1995年样本提高了约20%,1999年样本又比1997年样本提高了约10%。除个别公司外,国外著名公司产品样本的承载能力大致在同一条水平线上。承载能力能提高的主要原因,是技术的成熟、质量控制水平的提高和稳定,部分公司采用了修形技术等。而我国现在仍然一直在唱主角的ZBJ19004-88和TB/T050-93减速器的额定功率仅分别和FLENDER1985，1988年样本值相当，即使能达到标准的水平(很多厂达不到),也比人家落后16年,且差距越来越大。同时,由于国外质量控制水平的提高和稳定,选用系数减小。实际选下来，有时国外的减速器可能比我们国产的轻一半左右，就造成选国外的报价会比国产的便宜。质量不如人家，价格上的优势又丧失，国产减速器就压根没法与国外竞争。针对这些,我们在看到国外产品优势的同时,应该认真去学习它、研究它,吸取众家之长,长为我所用,同时又不迷信它,针对它的不足去解决它、完善它,以人之长,补已之短,紧紧结合国情付予它新的特点,我们一定能开发出能与国外比美、比高低的产品。