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1、 商学院 摆线针轮减速器的设计 汇报人 傅秋鑫指导老师 姜少杰 工程学院 目录 CONTENTS 01 02 03 04 课题背景 构造及原理 优化设计 研究内容 01 课题背景 课题背景 传统的齿轮减速器应用广泛 但已经跟不上当代工业传动的高级要求 而摆线针轮减速器作为一种拥有更小体积 更大传动比 更轻重量 而且精度更高的传动装置 广泛应用于现代工业机械中 这几年该类减速器开始向工业机器人领域发展 从2013年开始 中国成为全球最大的机器人市场 在当时 我们国家机器人零件自产自足的比例只占到5 左右 而在2015工博会上 秦川机床展示了机器人基础关键件 机器人关节 国产化率已达70 秦川机床
2、不仅研发出机器人关节 而且能够制造生产机器人关节的机床 在这种势头之下 机器人用摆线针轮减速器的研究和优化迫在眉睫 对工业机器人国产化的推动起着重要作用 02 构造及原理 原理 虽然之前对减速器有一定的接触 但是拿到课题的时候 对摆线传动这种原理是一无所知的 然后经过较长时间的资料查询 和自己的学习理解 终于搞懂了其中的原理 摆线针轮减速器 首先顾名思义我们明确一个摆线的概念 摆线就是一个圆沿着一条直线作纯滚动 那么圆上一个固定点经过的轨迹就称为摆线 外切外摆线是滚圆在基圆外域与基圆外切形成的外摆线 此时基圆在滚圆的外域 短幅外摆线是指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
3、 而短幅外摆线的内侧等距曲线的传动齿廓就是我们需要的摆线齿廓 传动机构简图 构造 构造 1 转臂转臂是摆线针轮减速器的输入构件 它一般由输入轴 偏心套和转臂轴承组成 其中 输入轴与电机轴相连 偏心套有两个 径向对称地安装于输入轴上 分别用于安装相位相差180 的两个摆线轮 偏心套与摆线轮之间通过滚动轴承连接 该组轴承称为转臂轴承 近年来 转臂轴的结构常与偏心套制作为一个整体 成为整体式双偏心轴承 它是摆线轮的旋转轴 2 摆线轮摆线轮是以短幅外摆线的内侧等距曲线作为传动齿廓的传动齿轮 它是摆线针轮减速器的核心构件 分析该减速器的传动原理可知 理论上一个摆线轮就能实现运动的传递 但实际机构一般采用
4、两个相同的摆线轮沿径向对称安装 以使摆线轮在与针轮啮合过程中实现静力平衡 减轻振动 提高减速器的承载能力 3 针轮针轮是摆线针轮减速器的关键部件之一 它主要由针齿壳 针齿销和针齿套组成 当摆线轮与针齿套相啮合时 针齿套可绕针齿销转动 因而将其与摆线轮啮合中的相对滑移运动转化为纯滚动 以减少啮合摩擦损失 4 W输出机构摆线针轮减速器中 摆线轮作既有公转又有自转的平面一般运动 要将其自转运动输出为输出轴的定轴转动 需通过W输出机构实现 W输出机构主要由法兰盘 若干柱销和摆线轮上开有的柱销孔组成 其中 柱销的一端固定在输出轴的法兰盘上 另一端插入两摆线行星轮端面的等分孔中 在柱销的悬臂上装有可移动的
5、柱销套以减少摩擦损失 经过W输出机构传递后 摆线轮的自转运动可1 1地传递到输出轴上 带动输出轴转动 03 优化设计 优化方案 国内主要生产使用的摆线针轮减速器结构存在一些问题 影响减速器整体性能的主要设计原理上的根本问题在于摆线轮与固定针齿销之间因相对滑动而导致效率损失 噪声 发热等问题 也是长久以来困扰国内企业 最难克服的问题 本文的解决思路呢是 通过增大针齿销的直径 并给针齿销加上针齿套 同时依靠对摆线轮的齿廓修形使摆线轮与针齿之间变为滚动摩擦 以减少啮合和相对滑动造成的摩擦损失 但是当针齿套半径大于理论摆线齿廓的最小曲率半径时 就会使得在生成实际摆线齿廓时产生顶切现象 在实际齿廓上出现
6、尖点 所以要进行相关计算验证 具体设计 查询工业机器人相关资料 从常用大小的机器人出发 取30kw为功率 1500r min为转速 25为传动比 进行了摆线轮齿数 针齿数 输出转矩的一系列确定 和一系列计算 以上是主要的设计计算 论文中还有输入轴和输出轴的计算以及密封轮滑设计 04 研究内容 研究内容 根据得到的公式数据利用solidworks进行了三维绘图 这里重点讲一下摆线轮的绘制 因为摆线齿廓的复杂程度 不可能直接画出来 具体方法呢是把计算得到的摆线轮齿廓曲线数据记下来 把程序得到的720个点坐标保存为txt格式 然后在solidworks3014中采用插入 曲线 通过xyz点的曲线 再浏览导入数据来生成齿廓曲线 就得到了摆线齿廓曲线 最后进行拉伸 和柱销孔的切除和阵列命令就得到了我们需要的摆线轮 零件图 我的具体绘图 摆线轮 我的具体绘图 输入轴 我的具体绘图 偏心的转臂轴承 我的具体绘图 针齿壳 我的具体绘图 针齿销和针齿套 我的具体绘图 法兰盘 零件图 爆炸图 爆炸图视频 2D图 装配图2D 2D图 摆线轮2D 2D图 端盖图2D 2D图 法兰盘2D 2D图 偏心转臂轴承2D 2D图 输入轴2D 2D图 针齿壳2D 感谢各位老师 指导老师 姜少杰
