精密传动及系统概论

《精密传动及系统》概论传动：2、工作机构常要求能够变速，而用调节动力机速度的方法来达到这一目的往往不很经济。为什么机器中要有传动？

是一种在距离间传递能量并兼实现某些其它作用的装置。1、工作机构所要求的速度、转矩或力，通常与动力机不一致。4、若干个运动形式和速度都不同的工作机构，需要同一个动力机来带动。3、工作机构往往需要多样的运动，而动力机的输出轴一般只作等速回转运动。实验室名称成立时间及规模研究内容研究特色产品领域英国纽卡斯尔大学齿轮技术研究中心1970年，24位工程师及技术人员齿轮设计、制造、分析、表面工程等研究及实验技术齿面接触特性、失效机理及表面改性风电、汽车、航空、国防德国慕尼黑工业大学齿轮研究中心1951年，45位工程师及技术人员齿轮、变速箱以及汽车传动系统的设计、分析、摩擦学等研究及实验技术齿轮的可靠性及振动特性汽车、航空、国防美国俄亥俄州齿轮传动实验室1980年，26位工程师及技术人员齿轮传动的设计与分析、接触力学，动力学及有限元分析、功率损耗和效率、接触和弯曲疲劳工程、表面磨损润滑摩擦机理、计量和测试方法齿轮动力学及噪声控制汽车、工程机械、机床、航空重庆大学机械传动国家重点实验室1988年，固定研究人员51人设计理论与方法、界面力学、系统动力学、高性能传动件、振动噪声控制、新型传感器及测试、机床装备、加工制造等方面新型传感器、齿轮啮合原理及齿面创成机床、工程机械、汽车、航空、船舶随着我国国民经济的高速发展，齿轮行业市场总规模和产销额每年以15%左右的速度增长，我国已成为名副其实的齿轮制造大国。2012年齿轮行业的年产值已近2000亿元，排名稳居世界第2位。齿轮是高端装备的关键基础件，而高端装备制造业是我国重点发展的七大战略新兴产业，相关研发工作体现了我国国民经济发展的需求和国家目标。直升机是航空飞行器的典型代表，是军民通用的高技术运载装备。市场预测显示，2008~2017年全世界直升机的新机总产量将达20000架以上，总产值约3000亿美元，2018年，中国将交付1500架左右的民用直升机，市场潜力巨大。直升机传动系统的作用是将发动机的运动和动力按一定比例传递到旋翼、尾桨和各附件，是发动机动力输出必不可少的传输部件。直升机传动系统性能指标有：功重比、安全性、寿命以及在贫油/无油情况下的生存能力。目前国外直升机主减器翻修间隔期（TBO）已达到5000小时，而我国只能达到2000小时左右。坦克的齿轮传动箱连接坦克发动机和变速箱，是坦克传动装置的一个关键部件。目前我国坦克年产量大约为500辆，已超越俄罗斯跃居世界第一。预计在2008-2017年间，全球坦克的总产量将达到大约6900辆，总价值高达279亿美元。国际预测公司报告显示，在今后10年中，中国制坦克将占据大约40%的市场份额。尽管我国坦克市场占有量及坦克性能有了大幅提高，但是其传动系统主要依赖进口或改制国外先进装备。因此研制重量更轻、更紧凑的高功率密度传动箱是当前亟待解决的问题。根据铁路中长期发展规划和东部铁路率先实现装备现代化的战略部署以及国家《中长期铁路网规划（2008年调整）》，到2015年，将在哈尔滨、沈阳、北京、济南、上海、郑州、南昌铁路局和广铁集团公司投入大约1500列动车组，总里程达1.3万公里的高速铁路客运专线和快速客运通道，预计高速齿轮箱的产值将达到60亿元。在城市轨道交通领域，到2015年前后，将新建79条轨道交通线路，总里程将达到2260公里，对齿轮箱需求量很大。高铁齿轮箱的基本要求是：高安全、轻量化、高速度、低噪声。到目前为止，我国时速160公里以上动车和高铁齿轮箱完全依赖进口。船用齿轮箱是船舶动力系统的主推进传动装置，具有倒顺、离合、减速和承受螺旋桨推力的功能，是船舶工业的重要关键设备。大功率船用齿轮箱由于其特殊的使用条件工况，要求承载能力高、体积小、重量轻，综合技术性能指标远远高于其它船用齿轮箱。由于我国齿轮行业整体基础和技术发展不均衡，船舶基础部件精细化设计技术薄弱、研发投入少，高承载轻量化齿轮箱技术发展缓慢依然落后于船舶整机技术水平，与国际先进技术水平存在明显差距，高端领域的大功率船舶齿轮箱依然采用进口高性能减速器是机器人系统的重要单元之一，且其性能对机器人的总体性能产生重要影响。通常，每台机器人使用3～100台减速器。如美国的移动式机器人，全身各关节均采用电机直接驱动精密减速器的结构，其中1个手臂就用了30个精密传动装置；苏联的移动机器人，其成对安装的8个轮子也分别采用了密闭式精密齿轮驱动装置；又如焊接机器人，其工况要求其自由度为5或者6，其精密减速器的需要为每台5套或者6套。工业机器人、服务机器人、军事机器人是机器人用高性能减速器的市场需求的典型行业。传动的形式a)单流传动动力机传动装置工作机动力机工作机b)分流传动动力机传动装置工作机传动装置工作机传动装置工作机c)汇流传动动力机传动装置动力机传动装置工作机动力机传动装置

机械传动，是利用机械方式传递动力和运动的传动。

传动的类型机械传动、流体传动、电力传动、磁力传动……半环型锥盘滚轮式驻车制动系统斜桥料车上料机(1)(2)(3)课程主要内容谐波齿轮传动摆线针轮行星传动滚动螺旋传动精密传动系统

常用的精密减速器以摆线减速器和谐波减速器为主；谐波传动通常适用于额定转矩在1.7Nm～3,400Nm范围内的传动，摆线类精密传动适用于额定扭矩在100Nm～7,000Nm范围内的传动；在102Nm～3400Nm范围内，两种技术产品原则上都可行；实际上谐波传动多用在额定输出扭矩小于200Nm的场合，在扭矩大于200Nm的情况下，摆线类传动明显占有优势；摆线类精密传动的承载能力比谐波传动高一倍以上，扭转刚度高3倍以上。谐波齿轮减速器是由美国的C.WaltonMusser教授专门针对空间应用需求于1953年发明的，1955年得美国专利，1960年在纽约展出实物；谐波减速器具有回差小、单级减速比范围大、运动平稳、低噪声传动效率高、承载力大、体积小、质量轻等多种其他减速器不具备的优点；美国、前苏联、日本、德国、英国等国家以及我国都开展了谐波减速器的设计理论、加工制造及试验应用等关键技术研究国外公司既生产可供海、陆、空使用的各种类型谐波传动装置，也生产可供民用的谐波传动系列产品。美国、日本、欧洲等先进国家已将该项技术大量应用于空间飞行器的各种实施展开、驱动、精密指向、扫描、空间机器人活动关节等运动机构上，并已推广应用到地面雷达天线、通讯、电子、医疗器械、工业机器人、仪器仪表等多种行业中，获得了巨大的军事收益和社会效益美国谐波驱动科技公司可生产两大类别7个系列的谐波减速器产品，已为NASA提供了3000台以上的谐波减速器用于空间飞行器，包括Lunarrover，Hubblespacetelescope，Iridiumsatellite，Marsobservation和Internationalspacestation等。到目前为止，国外谐波传动的经济传动精度和回差已达到25角秒以内，最高已达到5角秒以内。我国从1961年开始谐波齿轮传动方面的研制工作，并先后研制成多种类型的谐波齿轮传动装置样机。我国目前专业生产谐波齿轮的厂家很少，并且在传动精度、保精度寿命、可靠性等方面与国外产品均有较大差距。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、摆线二次包络减速器等。RV(RotaryVector)传动采用了普通渐开线齿轮行星传动与摆线针轮行星传动构成封闭式行星传动的组合结构；具有传动比范围大、刚性好、传动效率高等优点RV传动特别适用于载荷大(输出扭矩大于200Nm)、过载能力强、刚度高的场合，如可换刀具的圆盘传动带、工作母机上的塔轮传动、焊接设备、分度工作台、机器人关节等；目前日本生产的RV传动的精度和回差已稳定达到1角分以内。国内仅研制出RV减速器样机，其传动误差<1角分，回差<1.5角分，总体性能与国外同类减速器有较大差距；因此国内使用的RV精密减速器完全依赖进口。Twinspin摆线减速器是斯洛伐克推出的高性能精密传动，其突出的特点是：输出机构为滚子滑槽双浮动盘，专用轴承可同时承受大的轴向和径向力。Twinspin减速器的承载能力甚至可达RV的150%~200%，但扭转刚度略低于RV，且动力学性能稍差。Twinspin推出以来在欧洲获得了广泛应用，但国内尚未开展相关研究。Dojen摆线减速器是美国研发的新型传动，其主要特点是：针齿与针齿套之间有滚针，且针齿一端的锥形与壳体上的锥孔相配、预紧，可实现完全消隙。但该传动为N-N型少齿差行星传动结构，传动效率较低，且针齿为悬臂构件，承载能力、扭