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1、安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书摘要传统的摆线针轮减速机精确度不够，不能应用于精密传动的场合，本课题旨在改进传统的行星针轮摆线减速机，提高精度和效率。通过改进齿轮啮合副以及使用精度更高的等速输出机构来实现。本设计通过对基本机构的分析来确定本设计机构的可能性，然后通过接触强度的计算进行摆线轮尺寸的确定，摆线齿轮的尺寸确定后就可以确定针轮的尺寸，通过摆线齿轮的尺寸来初步确定十字盘的尺寸，通过对十字盘的校核来验算尺寸是否合格，不合格继续修改参数，进行下一轮计算，直到算出合格的参数为止。然后通过选取联轴器来确定轴的最小尺寸，在根据轴上零件尺寸来确定各轴段尺寸，最后确定整个减速器的尺寸。通过查阅公式
2、进行了一系列计算后，各零部件的强度都符合要求，确定了本设计的改进方案在理论上的合理性和可行性。关键词：行星传动 摆线齿轮 十字钢球等速输出机构 变齿厚 AbstractTraditional cycloidal reducer precision is not enough, can not be applied to precision transmission occasions, this subject aims to improve the traditional needle wheel planetary cycloid reducer, improve accuracy and
3、 efficiency. By improving the gear meshing pair and use higher precision constant output mechanism.This design through the analysis of basic mechanism to determine the possibility of the design organization, and then through the calculation of contact strength for determination of cycloid gear size,
4、 the size of the cycloidal gear is determined can determine the size of needle wheel, through the size of the cycloidal gear to preliminarily determine the dimensions of the cross plate, plate through the cross checking to check the size whether qualified, unqualified continue to modify parameters,
5、calculation of the next round until work out qualified parameters. Then select coupling to determine the minimum size of shaft, in according to the size of shaft parts to determine the various shaft section size, finally determine the size of the whole reducer.By looking at in a series of calculatio
6、n formula, the strength of the parts meet the requirements, determine the improvement scheme of the design in theory the rationality and feasibility.Keywords：Planetary-transmission; Cycloid ; Cross steel ball uniform output mechanism; Variable tooth thicknessI目录第1章 绪论11.1 目的和意义11.2 摆线针轮与钢球等速输出机构的国内外
7、研究概况11.2.1 摆线针轮减速器的国内外研究概况11.2.2 无隙钢球等速输出机构的研究现状21.3 主要研究内容3第2章 传动总体设计52.1 传动机构设计52.1.1 机构的改进方案52.2.1 总体的结构设计72.2 计算负载以及电机的选择8第3章 摆线齿轮的设计及校核103.1 摆线齿轮的受力分析103.2 摆线轮及针轮的校核计算133.2.1 齿面接触强度计算133.2.2 针齿抗弯曲强度计算及刚度计算133.3 摆线针轮的计算和校核过程143.4 转臂轴承的选择17第4章 十字钢球等速输出机构的计算及校核194.1 结构组成及工作原理194.2 无回差特性分析204.3 力学性
8、能分析214.3.1 钢球滚道槽啮合副的受力分析224.3.2 强度分析234.4 十字钢球等速输出机构的计算和校核25第5章 轴的设计计算及校核和键的校核285.1 轴的设计及校核过程285.1.1 输入轴的设计与校核285.1.2 输出轴的设计与校核325.2 键的校核36结论38致谢39参考文献40III 第1章 绪论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 目的和意
9、义减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力的传输工作，到小负荷精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。提高减速机的传动效率和精度，能有效的节约成本，提高生产力。本设计的行星针轮摆线减速机更是以结构比较紧凑，回程
10、间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩大的优点得到广泛应用。但是科学是不断进步的，虽然现在的传动效率和精度比较高了，但是科学是没有完美的，必然存在一些误差和缺点，我们要做的，就是不断改进，进一步提高传动效率和精度。1.2 摆线针轮与钢球等速输出机构的国内外研究概况1.2.1 摆线针轮减速器的国内外研究概况1926年德国人LBraren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ZXF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
11、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。目前，摆线针轮的研究在国内外都在积极发展，
12、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
13、率达205KW。由于行星齿轮传动技术自身所具有的一系列优点，同时也是由于我国工业近些年来的迅猛发展，这些都有力促进了行星齿轮传动技术在国内的快速发展及应用，各类行星齿轮传动技术及相应的产品均得以开发及应用，产品品种规格逐渐丰富，产品的最大传递载荷达到了一个前所未有的水平，产品的技术性能也已基本达到国外同类产品的先进水平。但在通用系列产品方面，国内产品及标准更新速度慢，品种规格不及国外种类多的问题仍然存在。随着国内相关制造企业装备条件的改善，近几年不少企业也加入行星齿轮箱制造商的行列，目前国内典型的行星齿轮传动研发设计及制造单位为：中国重型机械研究院有限公司、南京高精齿轮集团有限公司、重庆齿轮箱
14、有限责任公司、洛阳中重齿轮箱有限公司、荆州巨鲸传动机械有限公司、大连起重重工集团有限公司、第二重型机械集团公司等二十余家。1.2.2 无隙钢球等速输出机构的研究现状通过研究少齿差行星传动的发展历史，可以发现伴随着少齿差行星传动结构型式的不断创新，国内外己经推出了若干种结构型式的等速传动机构。本课题为了改进传统的摆线针轮行星减速器，进行无隙化改进，需要使用一种传动效率更高的无隙的等速输出机构。国内外开发出利用啮合中介体钢球，采用几何形状封闭，使组成传动机构运动副各元素有特殊的几何结构，以保证它们工作时始终保持接触的无侧隙啮合等速传动机构的结构型式，称具有上述结构型式的等速传动机构为无隙钢球等速传
15、动机构。例如近些年研究开发的钢球环槽等速传动机构和十字钢球式等速传动机构。本设计采用的是十字钢球式等速传动机构。国外对无隙钢球等速传动机构的研究较早，并己取得一些理论和应用成果。自20世纪90年代，日本学者对无隙钢球等速传动机构进行了较深入的理论研究和探讨，并在机器人的关节传动机构及有的精密机械中伺服传动机构上得到应用。美国在福特高级轿车的风窗刮水器传动机构中也应用了无隙钢球等速传动机构作为其摆线钢球行星减速传动机构的等速输出机构。在国内，燕山大学的曲继方教授和安子军教授在对摆线钢球行星传动进行研究和开发的过程中，率先对其无隙钢球等速传动机构做很多研究。根据W输出机构传动原理，应用机构演化方法，综合出三种无隙W输出机构，为开发仪器仪表及机器人用无隙行星齿轮驱动器提供了关键技术。建立了精密钢球行星传动机构的钢球环槽等速传动机构的力学分析模型，分析了多钢球啮合的作用力，并推出其计算公式，应用赫兹应力理论研究了啮合副的接触疲劳
