SMC2-187型摆线针轮行星传动的设计[proe](毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 国内外发展现状 . 1 1.3 课题研究内容 . 2 第二章 设计方案 . 5 2.1 结构简介 . 5 2.2 机构分析 . 6 2.3 总体方案设计 . 9 第三章 参数设计 . 11 3.1 引言 . 11 3.2 原始依据 . 11 3.3 参数设计 . 11 3.3.1 电动机的选择 . 11 3.3.1 一级传动参数设计 . 12 3.3.2 二级传动参数设计 . 15 第四章 受力分析及强度校核 . 19 4.1 引言 . 19 4.2 受力分析 . 19 4.2.1 计算初始啮合间隙 . 19 4.2.2 判定摆线轮与针轮同时啮合的齿数 . 20 4.2.3 修正齿形摆线轮与针齿啮合时的受力分析 . 21 4.2.4 输出机构的柱销作用于摆线轮上的力 . 21 4.2.5 转臂轴承的作用力 . 22 4.3 强度校核 . 22 4.3.1 齿面接触强度计算 . 22 4.3.2 输出机构圆柱销的强度计算 . 23 4.3.3 转臂轴承寿命计算 . 23 4.4 计算结果分析 . 24 第五章 三维造型设计 . 26 5.1 引言 . 26 5.2 Pro/E 简介 . 26 5.3 Pro/ENGINEER 参数式设计的特征 . 26 5.4 三维实体造型 . 27 结论 . 32 谢 辞 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 33 附 录 . 34 1 第一章 绪论 1.1 概述 近几年，小型及微型机械作为一种节能、低耗和技术密集型的高新技术，已成为 人们在小型及微型范围内认识和改造普通机械传动的一种新型工具，由于小型及微型机械具有超小外形、操作尺度极小和传动精度高的特点，所以，小型及微型机械现已被列入 ”今后十年工业科技大改观的关键技术之一 ” ，现今已收到工业发达国家及发展中国家科技界、产业界及政府部门的广泛重视，并已投入了大量的人力和财力进行研究开发，并取得了很好的经济效益。 1.2 国内外发展现状 欧美等工业发达国家政府为了满足未来经济和社会发展的需要，利用军事技术等方面的优势，已将小型及微型机电系统作为战略性的研究领域之一，纷纷投入巨资进行专项研究。 美国国家自然科学基金。先进研究计划中心。国防部等投资 1.4 亿美元进行小型及微型机电系统（ MEMS）技术研究，美国国家自然科学基金会预言：小型及微型机械将成为新兴的大规模产业，将能引起一场新的产业革命。美国的大学、国家实验室和公司已有大量的 MEMS 研究小组，并有几种实用化的 MEMS 产品进入市场。欧共体为了加强各国之间的组织和合作，成立了多功能小型及微型系统研究合作机构（ NEXUS）组织。德国制定微机械系统技术计划，并发展了一种用于小型及细微加工的 LIGA 技术。 我国小型及微型系统研究起步也不晚，已经建立了一些 较为先进的基础实验设施，并在基础研究和相关技术方面取得了一些有特色的成果，有些已经达到国际先进水平。2002 年，国家投入数亿元人民币进行 MEMS 研究与开发，逐步建立起我国 MEMS 研发体系和产业化基地，提高我国在 MEMS 领域的核心竞争力，为推动 MEMS 的可持续发展和产业化打下良好的基础，并在某些方面进入国际领先水平，随着中国经济的高速发展，在航天小型及微型技术、生物医学工程等领域，比如：微型传感器、小型及微型执行机构、超小动力传递系统、手术机器人关节驱动等系统的应用越来越广泛在家电产品、汽车附件、办公设备、住 宅设备、高级玩具等自动化、智能化等方面的要求也日趋提高，功率为几瓦到几十瓦的减速器应用场合越来越多。在日本，住友重机株式会社每年生产大量的小型摆线针轮减速器用于如复印机、银幕卷动机、窗帘自动收放机以及高级电动玩具等小型及微型场合。可以预见，随着计算机技术、网络技术的进一步发展，随着人2 口老龄化趋势对自动化、智能化要求的加强，家用的小型及微型减速器的应用也将会大为提高。小型摆线针轮行星传动减速器，不仅具有结构紧凑、传动比范围大、寿命长等摆线传动的特点，而且具有重量轻、震动噪声低、价格低廉以及外表美观等特点，可以把小型摆线针轮行星传动减速器的使用空间拓宽到家用和商用的广阔领域。 目前已获得日益广泛使用的行星传动机构是动力传递机构之一，行星齿轮传动机构使用了多个行星轮来进行功率分流，从而有效地提高了其承载能力，同时还具有良好的同轴性。多年来，人们一直把行星传动机构看作是一种结构紧凑、质量小、体积小，且能传递较大扭矩的传动机构，当然，这是将它与普通的齿轮传动机构相比较而言。近几年，随着细微加工技术的出现和发展，这方面的研制工作已取得了长足的进步。 1.3 课题研究内容 本课题以研究超小型摆线针型行星传动减速器为主要目标， 了解国内外的行星传动技术，以及发展方向。掌握传统型针摆传动的工作原理，根据当前掌握知识及学习分析并确定 SMC2-187 型摆线针轮行星传动的整体设计。 1）分析并确 定 SMC2-187 型摆线针轮行星传动 减速器 的总体结构 ，完成方案设计和结构分析。 2）通过进行理论分析和设计计算， 合理选择 SMC2-187 超小型摆线 针轮行星传动减速器结构参数及 几何参数。 3） 编程进行受力分析及强度校核。 4） 采用 Pro/E 工程软件，绘制该机型摆线针轮行星减速器的三维造型。 5）将 Pro/E 三维图转化为二维工程图，并通过 AUTOCAD 完善工程图。 3 4 5 第二章 计方案 2.1 结构简介 摆线针轮行星传动，通常是由一个针轮、一个系杆和一个传递摆线轮自转的偏心输出机构所构成。由于摆线轮与针轮的齿数通常相差为一个齿，所以称为一齿差摆线针轮行星传动。它主要由转臂、摆线轮、针轮和输出机构四部分组成。摆线针轮行星传动与其他传动相比较具有如下特点： 1）传动比范围大，单级摆线针轮行星传动传动比为 11-119，这要比普通机械传动的传动比范围大的多，两级摆线针轮行星传动的传动比为 121-14161，如果多级传动，则传动比更大。 2）同时啮合齿数多， 理论上啮合齿数可以有总齿数的二分之一，运转平稳，传递扭矩大。 3）传动效率高，由于是滚动接触，所以摩擦损失小，所以传动效率要比其他传动要高一些。 6 4）结构紧凑，体积小，重量轻。 2.2 机构分析 通用摆线针轮行星传动结构中，常采用两片相同的摆线轮，布置成偏心相差 错误 !未找到引用源。 结构，输出采用传动的销轴式 W 机构股体积明显偏大。与通用摆线针轮行星传动相比，小型摆线针轮行星传动由于其使用场合的特殊性，要求他体积小、重量轻，并具有较强扭矩传递能力。本课题研究的超小型两级摆线针轮行星传动减速器，要求具有极小 的轴向尺寸，并能实现大传动比的传动，其次该减速器的驱动具有稳定大扭矩输出的特性，针对这些要求，本课题结合通用摆线针轮行星传动减速器具有传动比大、输出扭矩大、效率高、运转平稳的特点，综合其传动优势，决定采用两级摆线针轮行星传动。根据超小型两级摆线针轮行星传动减速器的特殊要求，重新进行了结构设计，具体技术措施如下： 1）单级摆线针轮由两片减少到一片，从而达到减小减速器体积的目的。 2）根据相对运动原理，人为地将输出柱销从原来的输出轴上移动到摆线轮上，并取消柱销套，而销孔则设计在输出轴上，这样设计即有利于零件的加 工，又有利于整体结构的合理布置。 超小型摆线针轮行星传动减速器结构如图 2-1 所示 7 图 2-1 二级超小型摆线针轮行星传动减速器的结构图 3） 内齿针齿轮取消针齿结构形式，采用圆弧齿廓，这样可以保证细微加工精度，减少零件累计误差，便于一次成型。 由于和通用的摆线针轮行星传动减速器相比，采用圆弧齿廓内齿轮结构，即针齿和针齿壳做为一体，和传统的二支点，三支点结构相比，可以完全避免圆弧内齿廓的弯曲破坏和弯曲刚度过低引起的破坏。由于取消了针齿套，所以传动效率稍有降低。另外，由于取消了针齿套，圆弧内齿廓可以做的更小， 可以避免摆线针轮齿廓的干涉。 针齿轮结构如图 2-2 所示 图 2-2 二级超小型摆线针轮行星传动减速器针齿轮的结构图 4）由于传动部分所占重量比例不大，因此增加了和电动机直接相连的壳体，壳体8 内安装齿轮和其他部分。 5）超小型摆线针轮行星传动减速器其他主要零件三维造型图如图 2-3 至图 2-5 所示 图 2-3 二级超小型摆线针轮行星传动减速器摆线轮的结构图图 2-4 二级超小型摆线针轮行星传动减速器法兰的结构图 图 2-5 二级超小型摆线针轮行星传动减速器摆线轮的结构图 9 2.3 总体方案设计 根 据上述对超小型两级传动摆线针轮行星传动减速器的结构分析，初步绘制出超小型两级摆线针轮行星传动减速器的传动简图，如图 2-6 所示 图 2-6 二级超小型摆线针轮行星传动减速器传动简图 二维装配图参见图 2-7，主要由下面 13 个部分 图 2-7 二级超小型摆线针轮行星传动减速器二维装配图 10 1、输出法兰 II 2、端盖 3、微型轴承 4、微型轴承 5、微型轴承 6、偏心体 7、外壳 8、摆线轮 II 9、针齿 II 10、中间支撑 11、摆线轮 I、 12、针齿 I 13 摆线轮 I 三维装配图如图 2-8 所示 图 2-5 二级超小型摆线针轮行星传动减速器三维装配图 11 第三章 参数设计 3.1 引言 一级摆线针轮行星传动可以实现传动比范围为 11 至 119。当传动比小于 17 时，可以根据要求采用二齿差结构，传动比大于等于 43 时，针齿可以采用抽齿结构。两级小型摆线针轮行星传动减速器的外形尺寸和一级传动相比较体积并没有增加多少，而输出转速又可以达到用户的需要，减速比从 121 到 14161 之间均可以实现。由于电机尺寸较小，电机的输出转速比较大而用户要求减速后输出的转速较小，因此在工程使用上，两级传动的应用更为普遍。本课题是设计传动比 为 187 的二级超小型摆线针轮行星传动减速器。 3.2 原始依据 针齿中心圆半径 错误 !未找到引用源。 传动比 错误 !未找到引用源。 3.3 参数设计 3.3.1电动机的选择 选择 XJR-385S-16140 型电机，如表 3-1 所示 表 3-1 XJR-385S-16140 型电机性能参数表 电压 (V) 空载 最大效率下 制动 工作范围 额定电压 转速 rpm 电流 A 转速 rpm 电流 A 力矩 g.cm 功率 W 效率 % 力矩 g.cm 9-18 12 4720 0.071 3830 0.31 55.6 3.60 59.2 297 输入轴功率 错误 !未找到引用源。 输入轴转速 错误 !未找到引用源。 输入轴转矩 错误 !未找到引用源。 3.3.1一级传动参数设计 1.设计齿形参数： 12 传动比 错误 !未找到引用源。 摆线轮和针轮要实现连续正确地啮合，两轮节圆上的齿距必须相等。摆线轮的实际齿廓在其节圆上对应的弧长成为摆线轮的节圆齿距，以 错误 !未找到引用源。 表示，有： 摆线轮的齿数 错误 !未找到引用源。 为： 针轮相应的齿数 错误 !未找到引用源。 为： 其中 错误 !未找到引用源。 代入得： 所以采用一齿差结构 摆线轮齿数 错误 !未找到引用源。 针齿齿数 错误 !未找到 引用源。 计算输出轴转矩 其中 错误 !未找到引用源。 为传动效率，可取 错误 !未找到引用源。 所以 错误 !未找到引用源。 初选摆线短幅系数 错误 !未找到引用源。 以偏心距 错误 !未找到引用源。 短幅系数 错误 !未找到引用源。 荐用值见表 3-2 表 3-2 短幅系数 错误 !未找到引用源。 荐用值表 0.480.65 0.550.74 0.540.67 初取 错误 !未找到引用源。 对 错误 !未找到引用源。 取整，取 错误 !未找到引用源。 并反求 错误 !未找到引用源。 则 错误 !未找到引用源。 计算摆线轮节圆半径 错误 !未找到引用源。 13 计算针轮节圆半径 错误 !未找到引用源。 计算滚圆半径 错误 !未找到引用源。 与基圆半径 错误 !未找到引用源。 由于 所以可得： 计算啮合齿距 错误 !未找到引用源。 确定针齿半径 错误 !未找到引用源。 首先计算摆线轮啮合曲线的 最小曲率半径 错误 !未找到引用源。 因为： 错误 !未找到引用源。 所以： 错误 !未找到引用源。 为避免摆线轮齿廓不产生尖角和根切，需满足： 错误 !未找到引用源。 初取 错误 !未找到引用源。 计算针径系数 错误 !未找到引用源。 针径系数 错误 !未找到引用源。 荐用值 表 3-3 针径系数 错误 !未找到引用源。 荐用值表 2.82.0 21.15 1.51.0 1.50.99 14 错误 !未找到引用源。 满足上表要求 因此，针齿 半径 错误 !未找到引用源。 取 错误 !未找到引用源。 摆线轮齿顶圆半径 错误 !未找到引用源。 摆线轮齿根圆半径 错误 !未找到引用源。 确定摆线轮宽度 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 为摆线轮的齿宽系数，一般取 错误 !未找到引用源。 ，通常取错误 !未找到引用源。 所以 错误 !未找到引用源。 2.选择转臂轴承和中间支撑轴承 依据文献，按针轮半径 错误 !未找到引用源。 ，初步估计摆线轮的内孔半径： 选择轴承型号尺寸 初步选择宁波江北轴承有限公司生产的 MF117 微型轴承，详细参数见表 3-4 表 3-4 MF117 微型轴承详细参数表 型号 外形尺寸 （ mm） 额定负荷 (N) 极限转速 1000rpm d D B rs Cr Cor MF117 7 11 3 0.15 455 202 50 3.确定输出机构参数 首先要确定摆线轮上柱销直径 错误 !未找到引用源。 ，柱销的直径 错误 !未找到引用源。 由柱销的弯曲强度条件决定，在这里粗取柱销的直径为 错误 !未找到引用源。 则输出法兰上柱销孔的直径 错误 !未找到引用源。 ： 输出机构柱销孔 中心圆直径 错误 !未找到引用源。 ： 取 错误 !未找到引用源。 根据下表 3-5 选择销轴数目 表 3-5 柱销数目参考值表 错误 !未找到引用源。 (mm) 6 8 10 12 15 由于 错误 !未找到引用源。 m，所以取柱销个数为 错误 !未找到引用源。 个 验算输出法兰上的销孔壁厚 错误 !未找到引用源。 ，见图 3-1 所示，保证最小壁厚不小于 错误 !未找到引用源。 初选 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 图 3-1 错误 !未找到引用 源。 示意图 3.3.2二级传动参数设计 输入轴转矩 错误 !未找到引用源。 1.设计齿形参数： 传动比 错误 !未找到引用源。 摆线轮和针轮要实现连续正确地啮合，两轮节圆上的齿距必须相等。摆线轮的实际齿廓在其节圆上对应的弧长成为摆线轮的节圆齿距，以 错误 !未找到引用源。 表示，有： 摆线轮的齿数 错误 !未找到引用源。 为： 针轮相应的齿数 错误 !未找到引用源。 为： 其中 错误 !未找到引用源。 代入得： 所以采用一齿差结构 摆线轮齿数 错误 !未找到引用源。 16 针齿齿数 错误 !未找到引用源。 计算输出轴转矩 其中 错误 !未找到引用源。 为传动效率，可取 错误 !未找到引用源。 所以 错误 !未找到引用源。 初选摆线短幅系数 错误 !未找到引用源。 以偏心距 a 短幅系数 错误 !未找到引用源。 荐用值见表 3-6 表 3-6 短幅系数 错误 !未找到引用源。 荐用值表 0.480.65 0.550.74 0.540.67 初取 错误 !未找到引用源。 对 错误 !未找到引用源。 取整，取 错误 !未找到引用源。 并反求 错误 !未找到引用源。 则 错误 !未找到引用源。 计算摆线轮节圆半径 错误 !未找到引用源。 计算针轮节圆半径 错误 !未找到引用源。 计算滚圆半径 错误 !未找到引用源。 与基圆半径 错误 !未找到引用源。 由于 所以可得： 计算啮合齿距 错误 !未找到引用源。 17 确定针齿半径 错误 !未找到引用源。 首先计算摆线轮啮合曲线的最小曲率半径 错误 !未找到引用源。 因为： 错误 !未找到引用源。 所以： 错误 !未找到引用源。 为避免 摆线轮齿廓不产生尖角和根切，需满足： 错误 !未找到引用源。 初取 错误 !未找到引用源。 计算针径系数 错误 !未找到引用源。 针径系数 错误 !未找到引用源。 荐用值 表 3-7 针径系数 错误 !未找到引用源。 荐用值表 2.82.0 21.15 1.51.0 1.50.99 错误 !未找到引用源。 满足上表要求 因此，针齿半径 错误 !未找到引用源。 取 错误 !未找到引用源。 摆线轮齿顶圆半径 错误 !未找到引用源。 摆线轮齿根圆半 径 错误 !未找到引用源。 确定摆线轮宽度 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 为摆线轮的齿宽系数，一般取 错误 !未找到引用源。 ，通常取错误 !未找到引用源。 所以 错误 !未找到引用源。 2选择转臂轴承和中间支撑轴承 依据文献，按针轮半径 错误 !未找到引用源。 ，初步估计摆线轮的内孔半径： 18 选择轴承型号尺寸 初步选择宁波江北轴承有限公司生产的 MF118 微型轴承，详细参数见表 3-8 表 3-8 MF118 微型轴承详细参数表 型号 外形尺寸 （ mm） 额定负荷 (N) 极限转速 1000rpm d D B rs Cr Cor MF118 8 12 3 0.15 655 285 50 3.确定输出机构参数 首先要确定摆线轮上柱销直径 错误 !未找到引用源。 ，柱销的直径 错误 !未找到引用源。 由柱销的弯曲强度条件决定，在这里粗取柱销的直径为 错误 !未找到引用源。 则输出法兰上柱销孔的直径 错误 !未找到引用源。 ： 输出机构柱销孔中心圆直径 错误 !未找到引用源。 ： 取 错误 !未找到引用源。 根据下表 3-9 选择销轴数目 表 3-9 柱销数 目参考值表 错误 !未找到引用源 。 (mm) 6 8 10 12 由于 错误 !未找到引用源。 ，所以取柱销个数为 错误 !未找到引用源。 个 验算输出法兰上的销孔壁厚 错误 !未找到引用源。 ，见图 3-2 所示，保证最小壁厚不小于 错误 !未找到引用源。 初选 错误 !未找到引用源。 19 第四章 受力分析及强度校核 4.1 引言 设计超小型两级摆线针轮行星传动减速器时，为了确定齿面的接触强度、输出机构销轴的弯曲强度和转臂轴承的寿命等，都需要计算摆线轮上所受的力，以 保证机器的正常使用。 同时设计超小型两级摆线针轮行星传动减速器时，既要保证减速器的尺寸尽量小，结构紧凑，又要保证有足够的强度，因此必须 对主要零件进行强度校核。 摆线针轮行星传动中标准的摆线轮和针齿啮合时没有间隙，理论上有半数针齿与摆线轮同时啮合传力，但实际上，为了补偿尺寸链误差、保持合理的侧隙便于润滑、保证拆装方便，更为了获得传动所需要的合理齿廓，对标准的摆线轮必须进行修形，修形后的实际摆线轮要比理论摆线轮少小些，本设计采用正等距 +负移距的组合修形方法对摆线轮进行修形。 移距修形量 错误 !未找到引用源。 等距修形量 错误 !未找到引用源。 4.2 受力分析 摆线轮在工作中主要受三种力：内齿轮圆弧齿廓与摆线轮轮齿啮合的作用力；输出机构销孔对摆线轮的作用力；转臂轴承对摆线轮的作用力（作用力中一般不计摩擦力）。 由于摆线轮与内齿轮在啮合传动过程中是多齿啮合，因此，摆线轮轮齿与各圆弧齿廓之间、以及摆线轮上柱销与输出机构上销孔之间的载荷分布较复杂。除了受接触变形影响意外，还受制造误差、啮合间隙等的影响。为了便于分析，假定传动中没有装配间隙，不考虑摩擦因素等。 4.2.1 计算初始啮合间隙 当摆线轮齿兼有等距修形与 移距修形时，各对轮齿沿待啮合点法线方向的初始间隙，可按式（ 4-1）计算。 式 4-1 式中 错误 !未找到引用源。 为第 错误 !未找到引用源。 个针齿相对于转臂的转角 错20 误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为短幅系数。 4.2.2 判定摆线轮与针轮同时啮合的齿数 输出轴的最大瞬时许用转矩为 错误 !未找到引用源。 在标准齿形摆线轮与针轮处于理论上的无隙啮合时，同时啮合的齿数约为摆线轮齿数的一半。 其中受力最大的齿为处于或最接近于 错误 !未找到引用源。 处的一对齿，所有受力错误 !未找到引用源。 可按式（ 4-2）计算。 式 4-2 若摆线轮齿形经过修正，与针轮处于有隙啮合状态，并且在 错误 !未找到引用源。处只一对齿啮合时，则作用力可按式（ 4-3）计算。 式 4-3 利用式 (4-4 4-6)，分别求出 错误 !未找到引用源。 与 错误 !未找到引用源。 作用时，受力最大的这对齿在接触点公法线方向的总的接触变形 错误 !未找到引用源。 表示为 错误 !未找到引用源。 与 错误 !未找到引用源。 。 式 4-4 式 4-5 式 4-6 其中， 错误 !未找到引用源。 为摆线轮 与针轮齿材料的泊松比，二者材料相同均为GCr15， 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为摆线轮与针轮齿材料的弹性模量，二者材料均为 GCr15， 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为摆线轮在 错误 !未找 到引用源。 处的齿廓曲率半径，由式 错误 !未找到引用源。 此处 错误 !未找到引用源。 为正时表示该处齿廓内凹，为负是表示该处 齿廓外凸。 按式（ 4-7），分别算出由 错误 !未找到引用源。 与 错误 !未找到引用源。 引起的摆线轮其他各齿沿接触点公法线或待啮合点法线方向 位移 错误 !未找到引用源。 与 错误 !未找到引用源。 。 21 式 4-7 4.2.3 修正齿形摆线轮与针齿啮合时的受力分析 由于实际的 错误 !未找到引用源。 必须在 错误 !未找到引用源。 与 错误 !未找到引用源。 之间，故取二者之平均值，作为用迭代逐次逼近法，求 错误 !未找到引用源。 是的初始值 错误 !未找到引用源。 ， 按式（ 4-8）计算 式 4-8 以之带入式 (4-4 4-6)求出 错误 !未找到引用源。 。 再以 错误 !未找到引用源。 之值带入式（ 4-9）求出 错误 !未找到引用源。 。 式 4-9 其中， 错误 !未找到引用源。 为输出轴上作用的转矩 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为第 错误 !未找到引用源。 齿接触点的公法线到摆线轮中心的距离，可按式（ 4-10）计算 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为摆线轮的节园半径，错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为第 错误 !未找到引用源。 齿处的初始间隙，可按式（ 4-1）计算 错误 !未找到引用源。 。 式 4-10 若 错误 !未找到引用源。 ，则应继续进行迭代逼近计算 。本课题的受力分析用计算机编程进行计算，将计算精度提高至要求 错 误 !未找到引用源。 。经过 错误 !未找到引用源。次迭代计算，即得到准确的结果 错误 !未找到引用源。 。 4.2.4 输出机构的柱销作用于摆线轮上的力 各柱销对摆线轮作用力总和为 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 为一片摆线轮所传递的转矩 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为柱销中心园的半径 错误 !未找到引用源。 。 摆线轮对柱销的最大作用力为 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 为输出机构柱销数 22 4.2.5 转臂轴承的作用力 转臂轴承对摆线轮的作用力，必与啮合的作用力及输出机构柱销对摆线轮的作用力平衡。 错误 !未找到引用源。 轴方向的分力总和为 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 轴方向的分力总和为 错误 !未找到引用源。 转臂轴承对摆线轮的作用力为 错误 !未找到引用源。 P 与 x 轴间夹角为 错误 !未找到引用源。 4.3 强度校核 为了减小传动件的尺寸，摆线轮常用轴承钢 GCr15、 GCr15SiMn，表面硬度 HRC6064，针齿销、柱销及柱销套 采用 GCr15，表面硬度 HRC58 62。 摆线针轮行星传动中，各主要件的实效形式有：摆线轮齿与针齿表面的疲劳点蚀和胶合；输出机构柱销与针齿销的弯曲折断，转臂轴承的疲劳点蚀等。 4.3.1 齿面接触强度计算 实践表明，摆线轮和针齿齿面的失效形式是疲劳点蚀和胶合，针齿销和针齿套有时也发生胶合。啮合齿面的接触应力、滑动速度、润滑情况以及零件的制造精度，都是影响齿面产生疲劳点蚀和胶合的因素。 为了防止产生点蚀和减少生产胶合的可能性，应进行摆线轮齿与针齿间的接触强度计算。 根据赫兹公式，齿面接触应力按式 （ 4-11） 计 算 式 4-11 式中 错误 !未找到引用源。 为 针齿与摆线轮齿在某一位置啮合中的作用力，由式（ 4-12） 计算 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为 当量弹性模量 错误 !未找到引用源。 ，因为摆线轮的弹性模量 错误 !未找到引用源。 与针齿的弹性模量 错误 !未找到引用源。 均为钢的弹性模量，故 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为 摆线轮的宽度，通常 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引 用源。 为 当量曲率半径， 错误 !未找到引用源。 可按式 （ 4-13） 计算 错误 !未找到引用源。 。 式 4-12 错误 !未找到引用源。 式 4-13 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 为 摆线轮在某啮合点的曲率半径， 错误 !未找到引用源。23 可按式 （ 4-14） 计算 错误 !未找到引用源。 式 4-14 错误 !未找到引用源。 因摆线轮齿在不同点啮合时， 错误 !未找到引用源。 与 错误 !未找到引用源。 的值也不同，故用 式 （ 4-11）进行强度验算时，应取 错误 !未找到引用源。 中的最大值 错误 !未找到引用源。 代入，即用下式验算 式中 错误 !未找到引用源。 为许用接触应力，材料为 GCr15 的针齿和摆线轮，硬度为 HRC58 62 时，单级减速器 错误 !未找到引用源。 ，对于双级减速器的低速级，因为速度低，动载荷小， 错误 !未找到引用源。 。 4.3.2 输出机构圆柱销的强度计算 输出机构圆柱销的受力情况相当于一悬臂梁，在 错误 !未找到引用源。 作用下，圆柱销的弯曲应力为 将 错误 !未找到引用源。 代入，得 设计时，此式可化为 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 为圆柱销数目。 错误 !未找到引用源。 为输出轴上作用的转矩 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为转臂轴承的宽度 错误 !未找到引用源。 。 错误 !未找到引用源。 为制造和安装误差对销轴载荷影响系数， 错误 !未找到引用源。 ，精度低时取大值，反之取小值。 错误 !未找到引用源。 为许用弯曲应力，当圆柱销采用 GCr15 时， 错误 !未找到引用源。 。 4.3.3 转臂轴承寿命计算 转臂轴承寿命计算公式为 错误 !未找到引用源。 其中 错误 !未找到引用源。 为转臂轴承的额定动载荷。 4.4 计算结果分析 根据以上分 析及计算，得到满足各个强度指标、工作寿命指标的超小型两级摆线针轮行星传动减速器的基本参数，如表 4-1、 4-2 所示。 表 4-1 超小型两级摆线针轮行星传动减速器的一级传动基本参数 （单位 错误 !未找到引用源。 ） 参数 针齿中心圆半径 针齿半径 中心距 柱销中心圆半径 柱销直径 摆线轮宽度 24 符号 值 12.5 1.5 0.5 8 11 1.875 表 4-2 超小型两级摆线针轮行星传动减速器的二级传动基本参数 （单位 错误 !未找到引用源。 ） 参数 针齿中心圆半径 针齿半径 中心距 柱销中心圆半径 柱销直径 摆线轮宽度 符号 值 12.5 1 0.4 8.5 11 1.875 根据上文的受力分析和强度校核公式，专门编写计算程序见附录，程序界面如图 4-1所示 图 4-1 受力分析与强度校核计算程序界面图 程序内部存储了本设计的一、二级传动计算参数，当您点击一级参数按钮时，程序会自动输入本课题的一级参数数据，当您再次点击确定按钮时，本程序就可以计算出如上图中的计算参数中的各个数据。并跟据相应的数据判断本级传动的强度及寿命是否满足工作需要。您 还可以通过点击自定参数按钮，输入您要计算的单级传动参数，来计算您的设计是否满足要求。 本设计所计算出来的一、二级传动受力分析与强度校核参数如图 4-2、 4-3 所示。 25 图 4-2 一级传动受力分析与强度校核程序计算结果图 图 4-3 一级传动受力分析与强度校核程序计算结果图 26 第五章 三维造型设计 5.1 引言 三维实体造型可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来。在前面的设计中，已经确定了超小型两级摆线针轮行星传动减速器的主要构件、形状和尺寸，为了验证零部件设计的正确性，我利用了国际上流行的工程 软件 Pro/ENGINERER 3.0对所涉及的减速器零部件进行三维实体造型，并装配出整机模型，最后将三维零件图和装配图转化为二维的 CAD 工程图。 5.2 Pro/E 简介 Pro/ENGINEER 是美国 PTC 公司的标志性软件，该软件将设计和生产过程集成在一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作。自 1988 年问世伊始，即引起CAD/CAE/CAM 届的极大震动，在短短的十几年间已经成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM 软件。它提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等概念改变 了 MDA(Mechanical Design Automation)的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界 MDA 领域的新标准。 Pro/ENGINEER 广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽机车、自行车、航天、家电、玩具等各行业，可谓是一个全方位的 3D 产品开发软件。 5.3 Pro/ENGINEER 参数式设计的特征 Pro/ENGINEER 独特的参数化设计概念，采用单一数据库的设计，有支持同步设计的功能，它包括了下面几个特征。 1.3D 实体模型（ solid） 3D 实体模型除了可以将用户的思想以最真实的模 型在计算机上表现出来外，借助于参数系统（ System parameters），用户还可以随时计算出产品的真实性，并补足传统面结构，线结构（ Wireframe）的不足。用户在产品设计过程中，可以随时掌握以上重点，设计物理参数，并减少许多人为计算时间。 2.单一数据库（ Single database） Pro/ENGINEER 可随时由 3D 实体模型产生 2D工程图，而且自动标注工程图尺寸。不论在 3D 还是在 2D 图形上作尺寸修正，其相关的 2D图和 3D 实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，这样可以确保 数据库的正确性，避免反复修正的耗时性。由于采用单一数据库，提供了所谓双向关联性的功能，这种功能也正符合了现代产业中所谓的同步工程（ Concurrent engineering）思想。 27 5.4 三维实体造型 在超小型两级摆线针轮行星传动减速器中，主要对下述零件进行三维实体造型：摆线轮 I、摆线轮 II、针轮、偏心套、输出法兰 I、输出法兰 II、外壳、中间支撑、微型轴承。以摆线轮 I 为例，其建模过程如下 建立摆线针轮齿廓曲线：插入 基准 曲线 从方程 完成 选取坐标系 笛卡尔坐标 输入摆线轮齿廓方程 完成，就会得到摆线 轮的齿廓曲线。 利用前面建立的摆线轮齿廓拉伸形成摆线轮实体特征：特征 创建 加材料 拉伸 实体 完成 单侧 完成 选取 FRONT 面作为草绘平面 正向 缺省 草绘 边 使用 选取摆线轮齿廓曲线 完成 盲孔 完成 输入拉伸长度既摆线轮的宽度值 完成 特征对话框中点击预览、确定。 创建摆线轮上柱销特征：特特征 创建 加材料 拉伸 实体 完成 单侧 完成 选取摆线轮一表面作为草绘平面 正向 （朝外，如不对可反向） 缺省 画草绘图 完成 盲孔 完成 输入柱销长度 2.5 错误 !未找到引用源。 完成 特征对话框中点击 预览、确定。 复制一个柱销特征，以便得到阵列时所需的驱动尺寸，其步骤是：特征 复制 移动 完成 选取前一步所画柱销作为复制对象 完成 完成 旋转 曲线 /边 /轴 选取摆线轮轴线作为旋转轴 按右手定则确定旋转方向（正向） 输入旋转角度 错误 !未找到引用源。 完成 特征对话框中点击预览、确定。 阵列柱销：特征 阵列 选取上一步复制出来的柱销作为阵列对象选择一般 完成 阵列尺寸增量选值，然后选取上一部复制的旋转角度 错误 !未找到引用源。 作为阵列驱动尺寸一输入尺寸增量值为 错误 !未找到引用源。 一回车一输入 阵列数目为 5（不包括第一个柱销）一回车一完成一特征对话框确定。 创建摆线轮内孔特征：特征一创建一实体一孔一选择直孔一输入孔径为 5mm 一深度为穿过所有一主参照选择摆线轮一侧表面一放置类型选择同轴一选择 A1 轴为轴参照一完成 创建倒圆角：特征一创建一倒圆角一简单一完成一常数一边链一相切链一选出需要倒角的边链一完成一输入倒圆角半径值一完成一特征对话框中预览、确定。 到此，摆线轮 I 三维造型完毕，其效果图见图 6-1 所示，其他零件及装配的三维效果图见图 6-2 错误 !未找到引用源。 6-15。 28 图 6-1 摆线轮 I ProE 三维造型图 图 6-2 摆线轮 II ProE 三维造型图 图 6-3 端盖 ProE 三维造型图 29 图 6-4 输出法兰 I ProE 三维造型图 图 6-5 输出法兰 II ProE 三维造型图 图 6-6 偏心体 ProE 三维造型图 30 图 6-7 箱体 ProE 三维造型图 图 6-8 转臂轴承 ProE 三维造型图 图 6-9 针齿 I ProE 三维造型图 31 图 6-10 针齿 II ProE 三维造型图 图 6-11 装配图 ProE 三维造型图 32 结论 本课 题主要研究两级超小型摆线针轮行星传动减速器的设计，本人在分析现有机械传动的基础上，并在对超小型摆线针轮行星传动减速器结构、原理进行学习、理解的基础上，重新进行超小型摆线针轮行星传动减速器结构的设计，通过几何参数设计和强度校核，达到了本课题的要求。本课题主要研究与设计工作结论如下： 针对课题要求，在充分研究现有成熟的摆线针轮行星传动的基础上，对超小型摆线针轮行星传动减速器重新进行了结构设计和总体方案设计。针对超小型摆线针轮行星传动与通用的摆线针轮行星传动不同，通过理论分析，确定了超小型摆线针轮行星传动减速器主 要的结构参数和几何参数。对减速器的关键零件，比如：摆线轮、输出机构等进行了受力分析和强度校核。 在对超小型摆线针轮行星传动减速器的机构设计、受力分析以及强度校核后，用Pro/E 工程软件对减速器进行三维设计，并转换成 CAD 工程图进行修改。 33 参考文献 1 关天民，雷蕾 .超小型摆线针轮行星传动减速器参数确定及其绘图软件的开发 .机械传动 J.2002(4) 2 关天民，孙英时 . 小型摆线针轮行星传动及其受力分析 .机械设计与制造 J.2001 3 徐灏 . 机械设计手册 M 第三卷二十四 篇 .机械工业出版社 .1992 4 单丽君 ,关天民 .摆线针轮行星传动动态理论回转误差计算与分析 . 机械传动J.2002 5 程静 ,孔宪庶 . Pro/Engineer Wildfire 三维造型与虚拟装配入门指导 . 国防工业出版社 .2007 6 刘学厚 ,黎巨泉 . 行星传动设计 .北京工业学院出版社 .1988 7 云杰媒体工作室 .Pro/ENGINEER3.0 中文版零件设计高级指南 .北京大学出版社 .2007 8 大连理工大学工程画教研室 .机械制图 .高等教育出版社 .1993 9 刘银远 ,张致祥 ,李力行 .摆线减速器计算机辅助绘图方法的研究 .大连铁道学院学报 .1992,1:57-61 10 东北大学 .机械零件设计手册编写组 .机械零件设计手册 下 .冶金工业出版社。1994 11 Li Lixing,Guan Tianmin .etc. The rational construction and the tooth profil on ccloid disk of large cycloid gearing.Chinese Journal of Mechanical Enginering.Volume 2,Number 1,1989 34 附 录 受力分析及强度校核计算程序 ,采用 VisualBasic.Net2005 代码 Public Class FrmCrack Dim P As Double Dim nH As Double Dim a As Double Dim i As Integer Dim rp As Double Dim rrp As Double Dim T As Double Dim K1 As Double Dim zc As Integer Dim zp As Integer Dim rc1 As Double Dim bc As Double Dim dt As Double Dim dtrp As Double Dim dtrrp As Double Dim F1 As Double Dim F2 As Double Dim mu As Double Dim Em As Double Dim ro As Doubl