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1、连杆凸轮减速器的运动仿真作者：ee （ee）指导老师：ee 摘要：连杆凸轮减速器主要借助于一齿差原理、摆线针轮减速器和渐开线三环减速器的部分结构特点研制而成。此次毕业设计主要是熟悉连杆凸轮器的工作原理，分析该减速器的结构特点；推导实现定传动比、连续传动的条件和凸轮廓线的数学方程；对连杆凸轮减速器进行简单的结构设计，完成对给定参数下的减速器部分零部件建模及三维装配工作，并进行仿真。 关键词：连杆凸轮减速器；凸轮；摆线针轮；PRO/E 三维建模；运动 仿真。The virtual movement emulation of Cam-linkage ReducerAuthor: ee(ee)Inst
2、ructor:eeAbstract: The cam-linkage reducer is mainly through the principle of one tooth difference, cycloid gear reducer and three-ring reducer from the development of structural characteristics. The graduation project is familiar with the working principle of the cam-linkage reducer, analysis the s
3、tructural characteristics of the cam-linkage reducer; derivation the set transmission ratio to achieve and continuous transmission of the conditions and profile of cam the mathematical equation; cam-linkage reducer on the structure of simple design, completion to the given parameters of the reducer
4、part and three-dimensional modeling and motion simulation.Key words: cam-linkage reducer, cam, Cycloidal gear, pro/e three dimension model building, simulation.目 录1 绪 论11.1 选题的背景及研究的意义11.2 本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势21.2.1 国内、外机械传动科学与技术的研究现状21.2.2 国内、外机构学的研究现状41.2.3 国内、外减速器的研究现状111.2.4少齿差行星齿轮传动技术研究现状131.2.
5、5 国内三环传动减速器的研究现状142 连杆凸轮减速器的原理分析162.1 机构的传动原理分析162.1.1 机构的组成162.1.2 机构的传动原理分析172.2 机构的传动比计算172.2.1 运动输入构件与输出构件的转向关系172.2.2 传动比的计算182.3凸轮理论廓线方程及性质192.3.1凸轮理论廓线方程192.3.2 凸轮理论廓线的性质212.4 凸轮压力角与机构中构件的力关系232.4.1 凸轮理论廓线压力角232.4.2 机构中主从动构件的力矩关系式232.4.3由理论廓线方程推出实际廓线方程272.5 连杆凸轮减速器工作原理282.6摆线针轮的设计282.7摆线轮的建模方
6、程303连杆凸轮减速器结构设计313.1 连杆凸轮减速器的结构313.1.1 主动曲柄323.1.2 连杆推杆（带滚子的环板）323.1.3 从动曲柄333.1.4 凸轮333.1.5 输出轴343.1.6 箱壳343.1.7 惯性力的自平衡结构343.1.8 弹性均载环节343.2连杆凸轮减速器与渐开线三环式减速器相比的优点353.3连杆凸轮减速器和传统的摆线针轮行星传动相比的优点364 连杆凸轮减速器的建模374.1减速器基本零件建模374.1.1凸轮模型的建立374.1.2连板模型的建立394.1.3其他零部件建模405 连杆凸轮减速器的装配和仿真425.1减速器的装配425.1.1连板
7、装配425.1.2输入轴的装配435.1.3第三轴的装配445.1.4输出轴组件的装配455.1.5三连板的装配455.1.6减速器总装465.2 基本仿真过程475.2.1运动分析工作流程47致 谢：53参考文献541 绪 论1.1 选题的背景及研究的意义原动机、传动机和工作机（执行机）是机械系统的三大基本构成。原动机提供基本的运动和动力，常见的原动机有蒸汽机、内燃机、电动机等，风力、人力、水力、人畜动力机也属于原动机。工作机是机械具体功能的执行系统，随机械功能的不同，工作机的运动方式和结构形式千差万别。由于原动机运动的单一性、简单性与工作机运动的多样性、复杂性之间的矛盾，需用传动机将原动机
8、的运动和动力如速度、力或力矩的大小和方向等进行转换并传递给工作机，以适应工作机的需要。由此可见，只要原动机的运动和动力输出不能满足工作机的要求，传动机的存在就是必然的1。机械系统中的传动分为机械传动、流体传动和电传动，机械传动由于其恒功率输出，传递运动的精度高，速度响应快，传动效率高等优点，难于被其它传动完全替代，因而在多数机械系统中仍然是主要的传动形式。机械传动的类型也有多种，如各种齿轮传动、带传动、链传动、摩擦轮传动等。各种机构从广义上也属于机械传动，但机构由于自身的特点，在学科分类上已作为一独立分支学科机构学1-4。随着科学技术的迅猛发展，信息科学、材料科学、生命科学和现代控制科学不断交
9、叉融合，使传统的机械科学发生了深刻的变革，机械传动作为机械科学的基础“硬件”，一方面要适应学科交叉发展的变革，不断产生新的研究内涵，另一方面也要不断提高性能质量5-6。机械传动领域中国内外广泛采用的是渐开线齿轮传动、摆线针轮行星传动等，这些传统传动型式的理论与技术由于经历了较长的发展历史并进行了较为系统的研究，总体上已相对成熟7-11。但其存在以下缺点：在渐开线齿轮传动中，由于啮合原理与加工制造等方面的限制，普通渐开线齿轮传动的重合度有限，即使在渐开线少齿差齿轮传动中，重合度虽有所提高，但内齿轮只能作成软齿面，从而限制了其承载能力12。在摆线针轮传动中，需要制造精度要求较高的输出机构，结构复杂
10、，且输入、输出轴只能布置成悬臂式结构，支承刚性较差；转臂轴承的径向和轴向尺寸均受到严格的限制，成为该类传动的薄弱环节，使啮合副的承载能力不能充分发挥12。近年来国内部分研究单位相继研制成功了一些新型传动装置，如重庆钢铁设计研究院研制的三环减速器、西安重型机械研究所和重钢集团机械制造有限公司研制的RH二环减速器，已形成机械行业标准逐渐推广使用7。以渐开线作为齿形的二、三环减速器，因传动比大，比以前通用的渐开线少齿差减速器省去输出机构且输出轴刚性好，此外转臂轴承由在行星轮内尺寸受限制变为转臂轴承在行星轮外，尺寸不受限制，能显著提高传递的转矩，从而作为一种新型传动出现在机械传动领域。但遗憾的是，它仍
11、然保留着通用渐开线少齿差减速器的一些本质上的缺点。例如重合度过小，不仅限制了其承载能力，而且影响传动平稳性；啮合角过大，不仅使传动效率降低，而且使转臂轴承寿命显著缩短；内齿轮不能用硬齿面，使得整个减速器尺寸增大；绝大部分规格减速器的承载能力取决于热功率（机械功率大于热功率）等等。为了克服上述减速传动的缺点并保留其优点，进一步实现机械传动装置的高性能、低成本和小型轻量化，本研究从传动原理上创新地提出了一种新型的连杆凸轮减速器，这种减速器与近年来成功研制的高承载能力双曲柄环板针摆行星减速器类似12，不仅保留了环板式传动可省去输出机构而输出轴刚性好；转臂轴承由行星轮内移至行星轮外，尺寸不再受限制，从
12、而传递的转矩可以较现有的摆线针轮减速器更大等优点，而且又保留了原摆线针轮行星减速器同时啮合齿数多，总法向力与总圆周力间夹角小、摆线轮与针轮齿均为硬齿面等本质上的优点，可以克服现有以渐开线为齿形的诸种环板式减速器难以避免的缺点。因此，连杆凸轮减速器是一种体积小、重量轻、传动比范围大、传动效率高、传动平稳、输出轴刚性大、传动转矩范围更大、并具有很高实用价值的新型减速器。本论文主要对连杆凸轮减速器的关键技术进行研究与开发，制定其系列化设计参数，使该项技术成果尽快转化成系列化产品。1.2 本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势1.2.1 国内、外机械传动科学与技术的研究现状传统的机械传动科学与技术的
13、发展经历了较长的时期，在世界范围内已达到较高水平。但随着机械向高效、高速、精密、多功能方向发展、对传动机的功能和性能的要求也越来越高，而机械的工作性能、使用寿命、能源消耗、振动噪声等在很大程度上取决于传动系统的性能，因此世界各国都非常重视对传动系统的研究5-6。我国的实情仍和发达国家存在较大的差距，主要表现在传动系统的静态和动态性能（如使用寿命和振动噪声等）、制造技术（高精度硬齿面滚齿、轮齿数控三维修形、三维共轭曲面多坐标数控加工等）、材料及热处理（高强度新材料的使用、表面改性、复合表面处理及表面镀层等）、润滑及摩擦学设计（油品及添加剂、固体润滑技术）等方面。世界发达国家如欧美和日本等国尽管在
14、上述领域已达到相当先进的水平，但仍在不断深入的研究。其目的是为了进一步实现传动装置的高性能、低成本，一方面适应机械系统性能水平不断提高的新要求，另一方面是确保在日益激烈的市场竞争中立于不败之地。1997年日本机械学会在全国范围内组织的以“传动装置现实技术发展境界及其境界的超越”为题目的大规模系统调研所形成的报告中，明确把传动装置的小型轻量、高性能、低成本作为研究努力的方向，并制定了相应的目标1，5-6。随着科学技术的发展和进步，为了适应机械系统性能水平不断提高的新要求,保证其产品的竞争能力，国内外仍在不断的研究和发展各种新型机械传动。目前机械传动学科研究领域主要集中在1,5-6：（1）新型传动
15、方式的研究。为实现传动系统小型轻量化，有必要探索传动装置的新型式、新种类，从传动原理和结构上进行创新，创造体积小、重量轻、承载能力大的新型传动。（2）传动副的新材料及表面处理研究。材料科学与技术是21世纪重点发展的科学与技术领域之一，各种新材料在机械传动中的应用已经推动并继续推动机械传动科学技术的发展和性能的提高。梯度材料、陶瓷材料、高分子聚合材料、纳米材料及智能材料等由于其独特的性能特点，将对机械传动的性能甚至功能都会产生重要影响。采用这些材料可大幅度提高传动系统的承载能力和使用寿命，从而减小传动装置的体积和重量，降低成本。机械传动中的材料表面工程技术对传动零件的表面疲劳强度、摩擦磨损性能和使用寿命至关重要，因而也一直是机械传动研究的重要领域之一。它是通过在传动零件表面涂层、表面改性等，使零件表面获得特殊的材料成分、组织结构以提高传动副的服役性能。进行表面涂层或表面改进性能同样可以提高传动元件及系统的承载能力，从而减小传动体积、重量和降低成本。已用于传动零件的表面工程技术有：挤压、轧制、喷丸等机械强化技术，电镀、气相沉积等表面涂层技术，堆焊、热喷涂等表面缺陷修复和表面性能增强技术。（3）传动副的破坏机理及强度设计研究。传动副元件表面显微缺陷诱
