摆线针轮行星减速器的设计 - 修改

基于UG的摆线针轮减速器设计1摘要摆线针轮行星减速器作为重要的机械传动部件具有体积小、重量轻、传动效率高的特点。本设计在全面考虑多齿啮合、运转平稳、轮齿均载等运动学和动力学的要求，实现高承载能力、高传递效率、高可靠性和优良动力学性能等指标，而且要便于制造、装配和检修，设计了该具有合理结构的摆线针轮行星减速器。本设计建立了合理的动力分析数学模型，对摆线针轮传动中的摆线轮、转臂轴承、柱销及轴进行准确的受力分析，并其求解。计算并校核主要件的强度及转臂轴承、各支承轴承的寿命，分析结果可以看到，各轴承性能指标均符合要求。利用AutoCAD软件对摆线针轮减速器各零件建立几何三维模型、摆线针轮减速器虚拟装配及工程图生成。用本文的方法设计摆线针轮减速器，具有设计快捷、方便等特点。研究结果对提高设计的速度、质量具有重要意义。关键词：摆线传动摆线轮UGAbstractThecycloid—gearreducerisoneofthemostimportanttransmissioncomponentsofthepumpingunitbyitssmallervolume，lighterweightandeffectivetransmission.Inordertorealizefourtargetswhichincludehightransmissionefficiency,highreliabilityandtheexcellentdynamicsperformanceandguaranteecrediblelubricateability,receivehighefficiencyoftransmission,andmakeiteasyformanufacture,assemblyandinspection,wethoughtoveralltherequestsintheroundanddesigntherationalstructurecycloid—gearreducer.Inthisdesign，webuilttheexactforceanalysismathematicalmodelofthecycloid—gearreducer,analyzedtheforcesbornbythecycloid-gear,thebearingsandtheshaft,andproducetheMatlablanguagesoftwareanalyzeoftheforcesanalysis.Weanalyzedtheforcesofpartsinthecycloid—gearreducerandcalculatedtheintensityandthelifeofparts.Fromanalyzedtheresults,wefoundthepartsareourrequests.Whenweestablishthethree—dimensionalstructureofthePlanet—cycloidReducermodelwiththesoftwareUG，Carryonvisualdesignandvirtualassembleanddrawingpaper．TheresultofstudyhavetheguidemeaningtoacceleratedesignspeedandquantitiesofthePlanet—cycloidReducer．Keywords：Planet—cycloidReducer;Cycloid;UG基于UG的摆线针轮减速器设计2第一章绪论在科技飞速发展的今天,产品设计已经进入了一种全新的三维虚拟现实的设计环境中,以往的那种以二维平面设计模式为代表的设计方式已经逐渐退出“历史舞台”,取而代之的是各种先进数字化的三维设计技术。它的应用和发展引起全了社会和生产的巨大变革。减速器是各种机械设备中最常见的部件,它的作用是将电动机转速减少或增加到机械设备所需要的转速,摆线针轮行星减速器由于具有减速比大、体积小、重量轻、效率高等优点，在许多情况下可代替二级、三级的普通齿轮减速器和涡轮减速器，所以使用越来越普及，为世界各国所重视。1.1基本概念摆线针轮行星传动,简称摆线针轮传动。它与渐开线少齿差行星传动一样，同属于K-H-V型行星齿轮传动。摆线针轮传动的主要特征是：行星轮齿廓为变幅外摆线的内侧等距曲线，中心轮齿廓为圆形。摆线针轮减速器,利用摆线针轮行星传动原理制成的一种减速器,它的优点是减速比大、体积小、重量轻、效率高等。1.3摆线针轮减速器的发展1926年德国人L．Braren发明了摆线针轮减速器，他是在少齿差行星传动结构上，首先将变幅外摆线的内侧等距曲线用作行星轮齿廓曲线而把圆形作为中心轮齿廓曲线，和渐开线少齿差行星传动模式一样，保留z—X—F类N型行星齿轮传动。摆线针轮传动较之普通渐开线齿轮或蜗轮传动的优点是：高传动比和高效率；同轴输出，结构体积小和重量轻；传动平稳和噪声低。由于摆线针轮传动同时啮合的齿数要比渐开线外齿轮传动同时啮合的齿数多，因而承载能力较大，啮合效率要高；还由于摆线轮和针轮的轮齿均可淬硬、精磨，较渐开线少齿差传动中内齿轮的被加工性能要好，齿面硬度更高，因而使用寿命要长；加上摆线轮的加工技术已经过关，专业加工设备齐全，摆线轮已纳入专业通用件，在国内已做到通用化批量生产，生产成本下降，因此摆线针轮传动的减速器当前广为应用。摆线针轮减速技术至今，虽在品种、规格等方面做了不少改进，但再没有作本质、原理上的创新。现今摆线针轮减速器，其原理和结构还是1926年德国的原型。基于UG的摆线针轮减速器设计3目前，摆线针轮的研究在国内外都在积极发展，日本住友重机械株式会社的“80系列”极大提高了性能，从1990年开始，住友机械株式会社在“80系列”的基础上推出最新“90样本”的摆线针轮减速器，它的机型由15种扩大为21种，传动比由8种扩大为16种。我国对日本提高摆线针轮减速器性能的主要技术措施已进行较深入的分析，而且在赶超世界水平方面也有自己的创新成果，如符合工程实际的对摆线轮与输出机构受力进行分析及摆线轮齿形的优化设计等。摆线针轮减速器所传递的最大功率为132KW，输入轴最高转速为1800r/min。美国在研究直升飞机传动装置时所做的摆线针轮传动试验样机，采用四片摆线轮，可以保证输入轴动平衡的新结构，输入转速达2000r/min，传动功率达205KW。基于UG的摆线针轮减速器设计4第三章摆线针轮减速器传动理论与设计方法3.1摆线针轮减速器的传动原理与结构特点3.1.1摆线针轮行星传动的传动原理图所示为摆线针轮行星传动示意图。其中zZ为针轮，bZ为摆线行星轮，H为系杆，V为输出轴。运动由系杆H输入，通过W机构由V轴输出。同渐开线一齿差行星传动一样，摆线针轮传动也是一种K－H－V型一齿差行星传动。两者的区别在于：摆线针轮传动中，行星轮的齿廓曲线不是渐开线，而是变态摆线，中心内齿采用了针齿，以称针轮，摆线针轮传动因此而得名。同渐开线少齿差行星传动一样，其传动比为2bHVHzbZiiZZ==--.图3－1摆线针轮减速器原理图由于zbZZ-＝1，故HVi＝－bZ，“－”表示输出与输入转向相反，即利用摆线针轮行星传动可获得大传动比。3.1.2摆线针轮减速器的结构特点它主要由四部分组成：（1）行星架H，又称转臂，由输入轴10和偏心轮9组成，偏心轮在两个偏心方向互成180o。（2）行星轮C，即摆线轮6，其齿廓通常为短幅外摆线的内侧等距曲线.为使输基于UG的摆线针轮减速器设计5入轴达到静平衡和提高承载能力,通采用两个相同的奇数齿摆线轮,装在双偏心套上,两位置错开180o,摆线轮和偏心套之间装有滚动轴承,称为转臂轴承,通常采用无外座圈的滚子轴承,而以摆线轮的内表面直接作为滚道。近几年来,优化设计的结构常将偏心套与轴承做成一个整体,称为整体式双偏心轴承。(3)中心轮b,又称针轮,由针齿壳3上沿针齿中心圆圆周上均布一组针齿销5(通常针齿销上还装有针套7)组成。(4)输出机构W,与渐开线少齿差行星齿轮传动一样,通常采用销轴式输出机构。图3－2摆线针轮减速器基本结构图1.输出轴2.机座3.针齿壳4.针齿套5.针齿销6.摆线轮7.销轴套8.销轴9.偏心轮10.主动轴图3－2为摆线针轮传动的典型结构3.1.3摆线针轮传动的啮合原理为了准确描述摆线形成及其分类,我们引进圆的内域和圆的外域这一概念。所谓圆的内域是指圆弧线包容的内部范围,而圆的外域是包容区域以外的范围。按照上述对内域外域的划分,则外摆线的定义如下:外摆线:滚圆在基圆外域与基圆相切并沿基圆作纯滚动,滚圆上定点的轨迹基于UG的摆线针轮减速器设计6是外摆线。外切外摆线:滚圆在基圆外域与基圆外切形成的外摆线(此时基圆也在滚圆的外域)。内切外摆线:滚圆在基圆外域与基圆内切形成的外摆线(此时基圆在滚圆的内域)。短幅外摆线:外切外摆线形成过程中,滚圆内域上与滚圆相对固定的某点的轨迹;或内切外摆线形成过程中,滚圆外域上与滚圆相对固定的某点的轨迹。长幅外摆线:与短幅外摆线相反,对外切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的外域;对内切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的内域。短幅外摆线与长幅外摆线通称为变幅外摆线。变幅外摆线变幅的程度用变幅系数来描述,分别称之为短幅系数或长幅系数。外切外摆线的变幅系数定义为摆杆长度与滚圆半径的比值。所谓摆杆长度是指滚圆内域或滚圆外域上某相对固定的定点至滚圆圆心的距离。21raK（3.1——1）式中1K——变幅系数。a———外切外摆线摆杆长度2r———外切外摆线滚圆半径对于内切外摆线而言,变幅系数则相反,它表示为滚圆半径与摆杆长度的比值。ArK'21（3.1——2）式中K1———变幅系数r2′———内切外摆线滚圆半径A———内切外摆线摆杆长度根据变幅系数K1值的不同范围,将外摆线划分为3类:短幅外摆线0K11;标准外摆线K1=1;长幅外摆线K11。基于UG的摆线针轮减速器设计7变幅外切外摆线与变幅内切外摆线在一定的条件下完全等同。这个等同的条件是,内切外摆线滚圆与基圆的中心距等于外切外摆线的摆杆长度a,相应地外切外摆线滚圆与基圆的中心距等于内切外摆线的摆杆长度A。根据这一等同条件,就可以由外切外摆线的有关参数推算出等同的内切外摆线的对应参数。它们的参数关系参看图3－3。令短幅外切外摆线基圆半径代号为r1,滚圆半径为r2,短幅系数为K1,则外切外摆线的摆杆长度和中心距可分别表示如下(长幅外摆线的表示形式完全相同):根据式(1),摆杆长度a=K1r2;根据等同条件,中心距A=r1+r2。按等同条件,上述A又是内切外摆线的摆杆长度,故推算出内外摆线的滚圆半径为r2′=k1A;内切外摆线的基圆半径为arr''21两种外摆线的参数换算关系归纳如表3－1表3－1参数名称主要参数代号变幅外切外摆线变幅内切外摆线基圆半径1r'1r滚圆半径2r'2r滚圆与基圆中心距Aa摆杆长度aA根据上述结果,很容易推导出等同的两种外摆线基圆半径的相互关系为111'rkr（3.1——3）短幅外摆线以基圆圆心为原点,以两种外摆线的中心距和短幅系数为已知参数,以滚圆转角为变量的参数方程建立如下：在以后的叙述中将滚圆转角2律记为,并称之为相位角。（1）直角坐标参数方程根据图1,摆线上任意点iM的坐标为基于UG的摆线针轮减速器设计8sinsinsinsin11aAyaAx图3－3短幅外摆线原理图根据纯滚动原理可知221rr，故121/rr，又)(1，于是有aAKa11，aAKAK11，将1与γ的结果代入上述方程,aAKAKaaAKaAx111sinsin（3.1——4）aAKAKaaAKaAy111coscos（3.1——5）式(3.1——4)与式(3.1——5)是变幅外摆线通用直角坐标参数方程。若令上两式中的K1=1,即可得标准外摆线的参数方程。对于外切外摆线,式中的A=r1+r2,a=r2。对于内切外摆线,式