基于Solidworks的擺線針輪減速器設(shè)計計算目錄TOC\o"1-2"\h\u11713緒論 PAGEPAGE4摘要：在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中，針擺行星減速器是當(dāng)前比較主流的一種機械傳動部件，它的結(jié)構(gòu)體積很小、重量相對較輕、能源損耗量較少的優(yōu)勢。本次設(shè)計分別從齒輪嚙合、整體運轉(zhuǎn)、平均負(fù)載等角度出發(fā)，結(jié)合與力學(xué)、運動學(xué)相關(guān)的指標(biāo)，分析如何提高生產(chǎn)、裝配、維護(hù)效果，從而形成結(jié)構(gòu)科學(xué)、效率出色的針擺行星減速器。本次研究具體從下述幾點對針擺行星傳動作出探討：先按照常規(guī)傳動方式對應(yīng)參數(shù)，設(shè)計出與針擺行星傳動有關(guān)的零部組件參數(shù)，且結(jié)合傳動系統(tǒng)整體需要完成受力分析，通過公式運算等方式，完成齒面齒面最大接觸壓力和柱銷對擺線輪的作用力的計算等，隨后對其中的各項具體零件作出強度校核，采取數(shù)據(jù)計算的方式明確結(jié)構(gòu)規(guī)范，接著以CAD軟件為基礎(chǔ)獲得零件草圖、裝配圖。關(guān)鍵詞：減速器；擺線針輪；擺線傳動；結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論針擺行星傳動是典型的K-H-V型傳動，同時也是新時代背景下的新興傳動。這種類型傳動和傳統(tǒng)的漸開線少齒差彼此間有著很大程度上的區(qū)別，主要是體現(xiàn)在嚙合齒廓的區(qū)別。針擺行星傳動的齒輪分別為針齒型和擺線型。該類型傳動方式最早在上世紀(jì)三十年代出現(xiàn)于西方國家，我國在上世紀(jì)中葉起逐步引入，并發(fā)展為工業(yè)領(lǐng)域中的常見減速器。上世紀(jì)六十年代軸，我國陸續(xù)出臺多項與圓柱齒輪型減速設(shè)備有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和市場規(guī)范，不光主機生產(chǎn)單位通過自制配置的方式進(jìn)行使用，也出現(xiàn)一些專門的減速設(shè)備制造企業(yè)。我國減速設(shè)備產(chǎn)生單位已有近1000家，年產(chǎn)量約為25萬臺，為我國機械產(chǎn)品更新?lián)Q代帶來推動力。隨著全球一體化的持續(xù)發(fā)展，我們國家更加重視先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的引進(jìn)，科學(xué)消化、廣泛借鑒前沿技術(shù)之后，逐漸了解各項高低速齒輪裝置研究成果，并更新自身技術(shù)能力。同時材料領(lǐng)域發(fā)展和熱處理工藝質(zhì)量提升也為齒輪生產(chǎn)加工帶來幫助，使得圓柱齒輪全面生產(chǎn)以及市場競爭力提升獲得契機，通用圓柱齒輪、高素齒輪對應(yīng)的生產(chǎn)加工精度均不斷提升。減速器在配備了硬齒面以后，它的結(jié)構(gòu)規(guī)模還有質(zhì)量都在明顯地往下降，并且其承載能力獲得了很大提高、多增加了很多年的使用壽命，傳動效率也隨之提升，不僅有助于降低能源損耗，也可以顯著提升主機整體運行效果?，F(xiàn)階段，國內(nèi)研發(fā)設(shè)計生產(chǎn)的高品質(zhì)齒輪速度調(diào)整設(shè)備功率為4.2萬千瓦，齒輪圓周速度每秒超過150米。但大部分減速設(shè)備的技術(shù)水準(zhǔn)仍然不高，市場上的老產(chǎn)品無法被迅速取代，新老產(chǎn)品并行使用的情況較多。目前各項減速器在實際使用過程中均存有材料浪費較多、能源節(jié)約效果不佳等特點，且該情況在傳動比數(shù)值較大的減速器中更加明顯。減速設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中運用較多，這就需要社會各界重點關(guān)注該部件設(shè)計制造，分別從結(jié)構(gòu)體積減少、效率提升、承載水平提高、成本降低、節(jié)約能源等方面加強創(chuàng)新，以更好優(yōu)化資源配置，節(jié)省相關(guān)人力物力。這也表明，在新經(jīng)濟形勢下，新型減速設(shè)備在全球市場中具有較大發(fā)展空間，尤其是國內(nèi)經(jīng)濟建設(shè)中不少產(chǎn)業(yè)需要運用到大規(guī)模減速器，若混凝土制備、礦石運輸?shù)?，這也意味著高品質(zhì)減速器在我國市場中的需求量較大，通過設(shè)計和制備的方式獲得大型高品質(zhì)減速器，能夠充分展現(xiàn)出經(jīng)濟層面、社會層面效益。1.減速器的簡介1.1工作原理通過整體設(shè)計，可在輸入軸中安裝錯位角度為180度的雙偏心套，該物件配置2個轉(zhuǎn)臂形式的滾珠軸承，從而構(gòu)建出H機構(gòu)形式的滾道，且針齒輪和擺線輪能夠相互嚙合，并以此為基礎(chǔ)打造出齒差為1齒，且具有內(nèi)嚙合特征的減速結(jié)構(gòu)，通常在實際生產(chǎn)和使用過程中，為了減少摩擦，在速比比較低的減速設(shè)備里，能夠在針齒上設(shè)置一個專門使用的針齒套。在通電運行之后，擺線輪運動不單單是有著公轉(zhuǎn)的特征，還有著自轉(zhuǎn)的特征，這個時候輸入軸則是位于正轉(zhuǎn)周的狀態(tài)里，同時偏心套也能夠因此轉(zhuǎn)動一周，相應(yīng)的擺線輪能夠從反向位置轉(zhuǎn)過1個齒，因此能夠?qū)崿F(xiàn)減速，隨后以W輸出機構(gòu)為動力單位，使得擺線輪能夠在較低速度下完成自轉(zhuǎn)，并經(jīng)過銷軸，對外形成低速輸出。1.2特點1.體積小、重量輕減速器運用行星傳動結(jié)構(gòu)，同時配置W輸出機構(gòu)，這不僅可以使得整體結(jié)構(gòu)更為緊湊，也能夠以此為基礎(chǔ)縮小設(shè)備體積，且自身重量也隨之下降。研究發(fā)現(xiàn)，與功率一致的定周輪系圖比較，擺線針減速設(shè)備體積降低50%至65%，自身重量減輕35%至50%。2.傳動比范圍大。擺線針減速器的單級傳動比數(shù)值范圍為6至119，兩級傳動比數(shù)值范圍為121至7569，三級傳動比數(shù)值可以達(dá)到65萬多。3.效率高。通過測算發(fā)現(xiàn)，擺線針減速器單級效率約為0.925。4.運行穩(wěn)定、抗噪能力出色擺線針具有齒數(shù)非常多的特點，因此機械平衡能力較強，整體運行相對穩(wěn)定，且抗噪能力較好。5.使用可靠，壽命長在多齒嚙合環(huán)境下，各齒對應(yīng)承載的符合明顯下降，且滑動摩擦中的一定比例也轉(zhuǎn)變成滾動摩擦，加之生產(chǎn)精度較好，因此整體使用壽命相比傳統(tǒng)減速器提升1.5倍左右。1.3功能減速器屬于一項需要實現(xiàn)動力傳達(dá)的專用設(shè)備，可以將電機對外輸出的較高轉(zhuǎn)速采取齒輪傳動等途徑，使得回轉(zhuǎn)數(shù)下降至實際所需的回轉(zhuǎn)數(shù)，從而完成生產(chǎn)加工需要。諧波齒輪減速設(shè)備具體是指在新行星齒輪傳動技術(shù)支持下所形成的減速器，一般可以分為三個部分，即波發(fā)生設(shè)備、柔輪、剛輪（見圖1）。圖1諧波減速器從整體角度而言，諧波傳動具備精度較高、傳動比較大、結(jié)構(gòu)體積較小等特點，但在傳動階段，會出現(xiàn)2次橢圓變形現(xiàn)象，容易造成材料由于出現(xiàn)疲勞而損壞，且功率節(jié)約較難。在實際運用過程中還存在回程誤差數(shù)值較大、無自鎖能力的特點。上世紀(jì)中葉起，諧波減速器獲得快速推廣，隨后空間技術(shù)、彈性變形理論等在全球范圍內(nèi)獲得普及，這使得諧波減速器能夠更好的創(chuàng)新發(fā)展條件。美國學(xué)者CWaltMUSSEＲ經(jīng)過長期研究，提出諧波減速的概念，隨后日本在工業(yè)生產(chǎn)中對此加以運用。進(jìn)入新世紀(jì)后，諧波傳動大量出現(xiàn)在航天航空、精密儀器制造、雷達(dá)生產(chǎn)、醫(yī)療設(shè)備加工等過程中。上世紀(jì)六十年代起，我國加強對諧波領(lǐng)域的研制開發(fā)力度，但當(dāng)前國內(nèi)以諧波齒輪為主營業(yè)務(wù)生產(chǎn)制造的單位仍較少。目前日本、美國等國家在此領(lǐng)域處于領(lǐng)先定位，我國主要在北京、蘇州等地方生產(chǎn)諧波減速.2.擺線針輪減速器研究過程2.1擺線針輪減速器的傳動原理與結(jié)構(gòu)特點2.1.1擺線針輪行星傳動的傳動原理從圖中我們可以看到擺線針輪行星傳動的具體結(jié)構(gòu)流程。表示針輪，表示擺線行星輪，兩者之間互相配對，H表示系桿，V表示輸出軸。在整體運動過程中，從H進(jìn)行輸入，隨后經(jīng)過W機構(gòu)之后，從V完成輸出，與傳統(tǒng)的漸開線齒輪傳動模式一致，均為K－H－V型。不過它們不是一樣的，在進(jìn)行擺線針輪傳動的時候，行星輪所對應(yīng)的齒廓曲線并非為漸開線，而具有擺線特征，且中心內(nèi)齒屬于針齒結(jié)構(gòu)。同漸開線少齒差行星傳動一樣，其傳動比為.圖2擺線針輪減速器原理圖因為，所以，在這里“－”代表了輸入以及輸出間有轉(zhuǎn)向相反的特點，而這則代表了在進(jìn)行擺線針輪傳動的時候可以得到的傳棟比數(shù)值比較大。2.1.2擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點它的組件大體來說有四大部分，具體如下：①行星架，它有兩部分構(gòu)成，分別是偏心輪9和輸入軸10，其中前者所對應(yīng)的偏心方向是180°。②行星輪，它在圖中是用擺線輪6所表示，通常情況下，對應(yīng)齒廓跟短幅外擺線相關(guān)的等距曲線，如此就可以保證輸入軸處于靜平衡狀態(tài)，且承載水平得到提升，一般同時布置2個一致的擺線輪，錯開角度為180度。在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，擺線輪、偏心套間布置滾動軸承。近些年，在新產(chǎn)品中往往將偏心套、軸承設(shè)置為整體。③中心輪b，從針齒殼3上在中心圓位置均勻分布針齒銷5,在一些針齒銷上也可以布置專用針套。④輸出機構(gòu)W，該組件為銷軸式。圖2－2擺線針輪減速器基本結(jié)構(gòu)圖1.輸出軸2.機座3.針齒殼4.針齒套5.針齒銷6.擺線輪7.銷軸套8.銷軸9.偏心輪10.輸入軸2.1.3擺線針輪傳動的嚙合原理為了能夠更好的描述擺線是如何形成的以及有哪些類別，能夠使用圓內(nèi)外域的概念進(jìn)行基礎(chǔ)介紹。其中圓內(nèi)域主要是指圓內(nèi)所包括的范圍，圓外域是指內(nèi)域之外的其他范圍。根據(jù)此概念定義，外擺線能夠用下面方式進(jìn)行界定：外擺線：在具體構(gòu)造當(dāng)中，滾圓與基圓相切，且以基圓為基礎(chǔ)進(jìn)行純滾動，這個時候滾圓點所對應(yīng)的軌跡就是外擺線。外切外擺線：在具體構(gòu)造當(dāng)中，滾圓處在基圓外面并且跟其相切。內(nèi)切外擺線：在結(jié)構(gòu)中，滾圓在基圓外域位置與基圓進(jìn)行內(nèi)切。短幅外擺線：當(dāng)內(nèi)、外切外擺線形成的時候，前者是滾圓外域，后者是滾圓內(nèi)域跟滾圓某點不會有相對位置變化的軌跡。長幅外擺線:它正好是跟短幅外擺線的情況相反。這兩種外擺線則一起稱作是變幅外擺線。其變幅情況如何則是用變幅系數(shù)進(jìn)行描述,依次為短幅系數(shù)以及長幅系數(shù)。對于外切外擺線來說，其變幅系數(shù)大小是指擺桿長度以及滾圓半徑兩者間的比值。具體公式如下：（2.1—1）式中不過對于內(nèi)切外擺線來說，其變幅系數(shù)則是滾圓半徑和擺桿長度兩者間的比值。具體表示公式如下：（2.1—2）式中根據(jù)變幅系數(shù)值的大小從而能夠?qū)ν鈹[線進(jìn)行分成以下幾類：當(dāng)?shù)那闆r下，則是屬于短幅外擺線。當(dāng)?shù)那闆r下，則是屬于標(biāo)準(zhǔn)外擺線。當(dāng)?shù)那闆r下，則是屬于長幅外擺線。在某些情況下，變幅外切外擺線能夠與變幅內(nèi)切外擺線一致，此時內(nèi)切外擺線滾圓與基圓之間的中心距跟外切外擺線對應(yīng)的擺桿長度大小一樣，而外切外擺滾圓與基圓之間的中心距尺寸大小，與內(nèi)切外擺線對應(yīng)的擺桿長度尺寸一致，此時能夠完成參數(shù)關(guān)系分析。兩者的參數(shù)關(guān)系見圖2-3。在公式中，：通過公式1，我們就能夠得到擺桿長度以及中心距。由于也代表了內(nèi)切外擺線對應(yīng)的擺桿長度，所以就能得到內(nèi)外擺線的;而兩種外擺線的參數(shù)換算關(guān)系歸納如表1參數(shù)名稱主要參數(shù)代號變幅外切外擺線變幅內(nèi)切外擺線基圓半徑r1r1’滾圓半徑r2r2’滾圓與基圓中心距Aa擺桿長度aA表1從以上計算可以發(fā)現(xiàn)，我們能夠用下面的公式去表示兩種外擺線對應(yīng)的基圓半徑關(guān)系：（2.1—3）在進(jìn)行相應(yīng)的研究我們能得到，基圓的圓形情況能夠使用短幅外擺線的原點進(jìn)行反映，而這個時候我們已經(jīng)知道了兩種外擺線對應(yīng)中心距，且短幅系數(shù)也屬于一項已知參數(shù)，在方程構(gòu)建過程中，將滾圓轉(zhuǎn)角作為變量，即：后續(xù)分析過程中，滾圓轉(zhuǎn)角可以用進(jìn)行表述,并把其稱為相位角。（1）直角坐標(biāo)參數(shù)方程通過圖1,擺線上任意點的坐標(biāo)為圖2－3短幅外擺線原理圖根據(jù)純滾動原理我們能夠得到，因此，同時，這表明，，在計算中將所獲得的、γ代入方程中，（2.1—4）（2.1—5）上述兩個公式為變幅外擺線對應(yīng)的直角坐標(biāo)方程。設(shè)K1數(shù)值為1，這個時候我們就能夠得到標(biāo)準(zhǔn)外擺線所對應(yīng)的參數(shù)方程，然后用它去求解外切外擺線，也就是說能夠進(jìn)行求解，而且在這個時候a跟r2大小是一樣的。而對于內(nèi)切外擺線來說,則有公式A=r2′-r1′。而在具體計算的時候，我們能夠把極軸視為Y軸，而正方向跟順時針方向一致，所以就能夠得到以下方程（見圖2-3）：（2.1—6）（2.1—7）設(shè)K1數(shù)值為1，這個時候就能夠得到標(biāo)準(zhǔn)外擺線所對應(yīng)的極坐標(biāo)方程，然后把a、A兩者加以變換。在動圓沿著順時針進(jìn)行純滾動的過程中，達(dá)到動圓周長2時，點B則在能夠基圓上產(chǎn)生整個外擺線。此時動圓周長數(shù)值與基圓周長數(shù)值之間的差值為，在圓中的B點再次在動圓上滾動超過周長并和圓接觸，則可以在圓上形成，此時的數(shù)值為，可用p表示，計算公式如下（2.1—8）上面公式就能夠得到擺線輪的齒數(shù)公式如下（2.1—9）針輪齒數(shù)為（2.1—10）2.1.4擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程從上節(jié)論述中可以了解到，可將擺線輪對應(yīng)的幾何中心設(shè)定成原點，將原點所在且能夠與擺線輪齒槽對稱軸完成有效重合的相關(guān)軸線定義為軸，如圖3-4所示，、分別代表了針齒中心圓、以及套外圓半徑尺寸數(shù)值。圖2-4擺線輪參數(shù)方程圖則擺線輪的直角坐標(biāo)參數(shù)方程式如下：（2.1—11）實際齒廓方程（2.1—12）在上面的公式當(dāng)中，所代表的是嚙合相位角，所代表的是針齒數(shù)目。2.1.5擺線輪齒廓曲率半徑變幅外擺線曲率半徑參數(shù)方程的一般表達(dá)式為（2.1—13）式中對的一階、二階導(dǎo)數(shù)分別是、對的一階、二階導(dǎo)數(shù)分別是、如此我們就能夠?qū)綄?yīng)的對取一階，對應(yīng)的y對取二階。把上述所得的的數(shù)值代入到公式當(dāng)中就有（2.1—14）設(shè)K1數(shù)值為1，并代入該公式中，即標(biāo)準(zhǔn)外擺線對應(yīng)的曲率半徑公式如下：=-[4A·a/(A+a)]sin(/2)在此公式當(dāng)中或者是或a=r2′-r1′從該公式可以了解到，不超過0，此時曲線保持外凸?fàn)?，因此并不滿足傳動曲線需要。設(shè)K1數(shù)值大于1，則小于0，此時長幅外擺線保持外凸?fàn)?，因此也并不滿足傳動曲線需要。設(shè)K1數(shù)值小于1，則曲率半徑從正值至負(fù)值之間存在多元變化。擺線輪實際齒廓曲線的曲率半徑為＝+（2.1—15）在小于0的情況下，存在外凸現(xiàn)象，若大于，則理論齒廓在此處無法存在等距曲線，此時會影響嚙合穩(wěn)定性，因此不滿足使用需要；若等于，即為0，此時擺線輪處在尖角位置，也應(yīng)避免，而大于0，無論數(shù)值多少，均不會產(chǎn)生這些情況。擺線輪在何處以及有沒有不合理的情況發(fā)生，它跟以下兩方面的因素有關(guān)，首先是理論外凸齒廓的最小曲率半徑，其次則是針齒齒形半徑大小。即（2.1—16）2.2擺線針輪傳動的受力分析擺線輪在實際作業(yè)階段所面臨的力可以分為3種：其一，針輪跟其在嚙合過程當(dāng)中所產(chǎn)生的作用力，用加以表示；其二，柱銷對擺其所產(chǎn)生的作用力，用加以表示；其三，轉(zhuǎn)臂軸對其所產(chǎn)生的作用力，用加以表示。2.2.1針齒與擺線輪齒嚙合時的作用力（1）確定初始嚙合側(cè)隙在進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，然后就得到了如下結(jié)論，標(biāo)準(zhǔn)擺線輪和僅通過轉(zhuǎn)角修形的專項擺線輪，能夠在結(jié)構(gòu)布置中與標(biāo)準(zhǔn)針輪完成嚙合，從理論角度而言，能夠滿足同時嚙合的具體齒數(shù)均可通過針輪齒數(shù)的50%進(jìn)行計算，但擺線輪在使用過程中若不考慮由于零件變形而需要的補償，則無法形成多齒嚙合，如果當(dāng)擺線輪齒跟其配對的針輪在接觸的過程當(dāng)中，那么剩下一些輪齒就會出現(xiàn)相應(yīng)的間隙，而且大小各一，它們就被叫做是初始側(cè)隙（如圖2-5所示）。此時對第i對輪齒嚙合點法線方向的初始側(cè)隙可按下式表計算：圖2—5修形引起的初始嚙合側(cè)隙圖2—6輪齒嚙合力（2.2—1）式中，為第i個針齒相對轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角，所表示的短幅系數(shù)。在這里如果，那么就能夠得到，也就是說該解可以反映出初始側(cè)隙數(shù)值為0時的對應(yīng)角度，在空載狀態(tài)下，僅時存在一對嚙合，在為0至180°范圍中對應(yīng)的初始側(cè)隙數(shù)值分布曲線可見圖2-7。圖2—7與的分布曲線2.2.2輸出機構(gòu)的柱銷（套）作用于擺線輪上的力假如柱銷孔跟柱銷套緊密接觸在一起，通過相應(yīng)的理論我們就能夠得到柱銷對擺線輪所產(chǎn)生的作用力如下：式中，（1）判斷同時傳遞轉(zhuǎn)矩的柱銷數(shù)目如果站在分配不均勻?qū)用嫔线M(jìn)行分析，假定擺線輪對應(yīng)的傳遞轉(zhuǎn)矩為0.55倍的擺線輪輸出轉(zhuǎn)矩時，的數(shù)值為90度時的力臂最大，因此會首先被接觸，而且所承受的力也是最大，那么這個時候所產(chǎn)生的彈性變形就最明顯，如果使用代表此位置柱銷受力所對應(yīng)的彈性變形，而且因為變形跟力臂之間存在正相關(guān)關(guān)系，所以：，由于所以通過以下原則進(jìn)行評判柱銷是不是會傳遞轉(zhuǎn)矩：假如，那么就不會；假如，那么就會。（2）輸出機構(gòu)的柱銷作用于擺線輪上的力由于柱銷跟傳力有一定的聯(lián)系，所以就要讓初始間隙不會對其產(chǎn)生影響，其中柱銷和柱銷孔存在的作用力用表示，且與存在正相關(guān)關(guān)系。設(shè)最大受力為，因此就能夠得到根據(jù)擺線輪力矩平衡條件，我們就能夠得到2.3擺線針輪減速器主要零件的計算為進(jìn)一步提升承載效果，且使得結(jié)構(gòu)能夠保持高度緊湊，擺線輪以及其他零配組件一般均選擇GCr15材質(zhì)，熱處理硬度范圍為58至62HRC。2.3.1齒面接觸強度計算為了能夠降低點蝕所產(chǎn)生的影響以及膠合概率，我們就要計算出齒面之間的接觸強度。其計算公式如下：式中－，－，由于擺線輪跟針齒都是軸承鋼，所以－，，－。2.3.2針齒抗彎曲強度計算及剛度計算而在具體生產(chǎn)加工的時候，由于擺線齒輪會對針齒銷產(chǎn)生一定壓力從而使其變形，如果變形情況比較嚴(yán)重，那么就會造成針齒銷、套之間接觸效果下降，整體轉(zhuǎn)動也缺乏靈活性，從而引發(fā)針齒銷、套出現(xiàn)膠合，對針齒作用造成影響。這就需要對針齒銷對應(yīng)風(fēng)度作出計算，也就是要知道轉(zhuǎn)角數(shù)值，如何計算強度。如果針齒中心圓直徑不超過390mm的情況下，那么就使用二支點針齒，如果超過了390毫米，為提升針齒銷抗彎曲能力，并滿足剛度要求，需選用三支點針齒，確保生產(chǎn)加工進(jìn)行。如果我們把針齒銷對應(yīng)跨距假設(shè)其一半受到了均布載荷，那么計算二支點針齒進(jìn)行彎曲應(yīng)力、轉(zhuǎn)角公式如下。而三支點的計算公式如下：式中，按式計算（N）；，其單位為mm，一般二支點L長度為3.5倍。如果實際結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，則可直接選用L值?！橗X銷的直徑表示針齒銷對應(yīng)的許用彎曲應(yīng)力，材質(zhì)為GCr15，則范圍為150至200MPa表示許用轉(zhuǎn)角，＝（0.001～0.003）2.3.3轉(zhuǎn)臂軸承選擇因為擺線輪會對轉(zhuǎn)臂軸承產(chǎn)生比較大的作用力，因此轉(zhuǎn)臂軸承對應(yīng)的內(nèi)外座圈的具體轉(zhuǎn)速會超過入軸轉(zhuǎn)速，因此這也是擺線針輪傳動的實踐運用中的不足環(huán)節(jié)。超過650毫米，此時選擇配置外座圈的軸承，外徑尺寸通常是的40%至50%，軸承寬度B需超過擺線輪寬度。2.3.4輸出機構(gòu)柱銷強度計算輸出機構(gòu)的對應(yīng)柱銷類似于懸臂梁，在受到之后，其面臨的彎曲應(yīng)力可如下公式計算在實際設(shè)計過程中，上述公式可轉(zhuǎn)變?yōu)樵谠摴街?，，如果是使用二支點，那么，如果是使用三支點，那么，如果結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定了，那么就按照實際情況而定。，一般情況下它的大小在1.35至1.5。3.擺線針輪減速器的設(shè)計計算3.1擺線輪、針齒、柱銷的計算設(shè)計計算如下：項目代號單位計算、結(jié)果及說明功率選擇使用針輪固定特征的臥式減速器，而且不用配備電機輸入轉(zhuǎn)速傳動比擺線輪齒數(shù)的確定為了保證擺線輪齒廓與銷軸孔能夠重疊加工，并保障生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品精度，該數(shù)值盡量為奇數(shù)，而且材質(zhì)應(yīng)當(dāng)選擇使用GCr15，其硬度要大于60HRC針輪齒數(shù)材質(zhì)應(yīng)當(dāng)選擇使用GCr15，其硬度要大于60HRC輸出轉(zhuǎn)矩通過文獻(xiàn)[1]表,取初選短幅系數(shù)通過文獻(xiàn)[1]表,初選針徑系數(shù)，通過文獻(xiàn)[1]表,針齒中心圓半徑mm取數(shù)值為130毫米材料選擇軸承鋼58至62HRC范圍，此時擺線輪齒寬mm取偏心距通過文獻(xiàn)[3]表能夠得到實際短幅系數(shù)針徑套半徑，?。?2mm驗證齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角針齒銷半徑取通常情況下，針齒套壁厚大小是在2～6mm范圍內(nèi)。實際針徑系數(shù)如果針徑系數(shù)數(shù)值小于1.3情況下，那么就能夠考慮抽齒50%。齒形修正，齒面最大接觸壓力通過公式，結(jié)合計算機工具求出結(jié)果。傳力齒號M，nm數(shù)值為2，n數(shù)值為4以上章內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機工具求出結(jié)果。擺線輪嚙與針齒最大接觸應(yīng)力所表的是m~n齒中的最大值。轉(zhuǎn)臂軸承徑向負(fù)載＝＝16988轉(zhuǎn)臂軸承當(dāng)量負(fù)載，，選擇圓柱滾子軸承，通過文獻(xiàn)[13]以及國標(biāo)相關(guān)規(guī)定，數(shù)值為選N2213軸承，,,轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)臂軸承壽命＝所代表的是壽命指數(shù)，其中球軸承，滾子軸承針齒銷跨距Lmm從結(jié)構(gòu)以及前述擺線輪寬度尺寸，獲得針齒銷跨距長度為70，選擇三支點型式。針齒銷抗彎強度<如果是使用三支點型式，針齒銷轉(zhuǎn)角＝其大小是，小于，數(shù)值范圍為0.01至0.03rad。擺線輪齒跟圓直徑擺線輪齒頂圓直徑擺線輪齒高銷孔中心圓直徑滿足通用性需要。間隔環(huán)柱銷直徑取柱銷套直徑擺線輪柱銷孔直徑為了保證柱銷孔、套之間存在間隙，值需增多值：≤550毫米時，結(jié)果為0.15；＞550毫米時，結(jié)果范圍為0.2至0.3。3.2輸出軸的計算結(jié)構(gòu)圖如圖3-1，圖3-1輸出軸結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計計算如下：項目代號單位設(shè)計計算、結(jié)果及說明轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)速初步確定軸的最小直徑mm選擇材質(zhì)為45鋼，需經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理操作，從文獻(xiàn)[12]表15-3內(nèi)容獲知，毫米，輸出軸對應(yīng)的最小直徑尺寸與存在關(guān)聯(lián)，本次結(jié)構(gòu)選擇聯(lián)軸器，其轉(zhuǎn)矩矩＝，由文獻(xiàn)[12］表14-1，從文獻(xiàn)[13]表8-7內(nèi)容可以選定HL5聯(lián)軸器，對應(yīng)軸孔徑尺寸為60毫米，此時數(shù)值為112毫米。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計從圖3-1可以了解軸結(jié)構(gòu)，由文獻(xiàn)[13]表6—1查得，，通過計算獲得，=65；選擇的深溝球軸承型號為6215，d數(shù)值為75，D數(shù)值為130，B數(shù)值為25，數(shù)值為84。因此，數(shù)值為75，此時數(shù)值為22，數(shù)值為33，數(shù)值為120，套筒長度數(shù)值為93，外圈直徑尺寸數(shù)值為84。由文獻(xiàn)[13]GB/T1095-1979，以平鍵連接的方式完成軸定位，所選平鍵長度為90毫米，寬度為18毫米，高度為11毫米，以鍵槽銑刀作出加工，這也可以保障聯(lián)軸器、軸之間加強配合，由文獻(xiàn)[12]，表15-2此時軸端倒角為2×45度，軸肩圓角半徑尺寸為1.5。求軸上載荷N從前述內(nèi)容可以了解到和的受力中心之間的距離尺寸為116毫米，和受力中心之間的距離尺寸為50毫米，由于，因此即，。按彎扭合成應(yīng)力校核通過下述公式完成計算，α數(shù)值為0.6，對應(yīng)公式為：=28.29Mpa，已采用軸材料材質(zhì)為45鋼，由文獻(xiàn)[12]表15—1查得，由于小于，因此滿足安全需要。精確校核軸的疲勞強度1）判斷危險截面鍵槽、軸肩以及相應(yīng)的過渡配合造成的應(yīng)力集中都會導(dǎo)致軸對應(yīng)的疲勞強度受到影響，截面4與截面5存在過渡配合所造成的應(yīng)力集中十分嚴(yán)重；就實際情形而言，5軸直徑較大，因此截面4所承受的應(yīng)力最為明顯。2）截面4左側(cè)抗彎截面系數(shù)計算公式如下，結(jié)果數(shù)值為421875抗扭截面系數(shù)計算公式如下，彎矩計算公式如下0扭矩數(shù)值為彎曲應(yīng)力計算公式如下，結(jié)果數(shù)值為6.637MPa扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力計算公式如下，結(jié)果數(shù)值為17.38MPa由文獻(xiàn)［12］表15-1，能夠得到，，可獲得應(yīng)力集中系數(shù)、，由于，，經(jīng)插值后可查得，＝1.3；又由[12]附圖3-1，可得材料敏性系數(shù)為，。故有效應(yīng)力集中系數(shù)為由文獻(xiàn)［12］附圖3-2得尺寸系數(shù)；由文獻(xiàn)［12］附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為軸未經(jīng)表面強化處理，即，則按式得綜合系數(shù)值為＝2.8＝1.62又由文獻(xiàn)［12］及3-2得碳鋼的特性系數(shù)，于是，計算安全系數(shù)值，則得＝20.21=10.62＝9.40S＝0.05故可知其安全。3.3輸入軸的計算其結(jié)構(gòu)裝配圖如圖3-2圖3-2輸入軸結(jié)構(gòu)裝配圖項目代號單位計算、結(jié)果、說明轉(zhuǎn)矩公稱轉(zhuǎn)矩由文獻(xiàn)[12］表14-1，?。匠醪酱_定軸的最小直徑由文獻(xiàn)［12］表15-3，毫米輸出軸最小直徑顯然是安裝軸承的部分，為了使所選直徑與軸承孔徑相適應(yīng)，須選取軸承，由文獻(xiàn)[13]GB/T，選取圓柱滾子軸承N406，d=30mm,D=90mm,B=23mm,=57.2KN。校核該軸承：該軸承符合壽命要求，所以，＝30mm,L=25mm軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計從圖3-2可以了解軸結(jié)構(gòu)，由文獻(xiàn)[13]表6—1查得，d數(shù)值為40，D數(shù)值為110，B數(shù)值為27，數(shù)值為79，通過計算獲得數(shù)值為40，數(shù)值為40；數(shù)值為24。由減速器的結(jié)構(gòu)知，＝75mm，＝18mm。軸上第4-5段與聯(lián)軸器相配合,由文獻(xiàn)[13]表8-7，選HL3彈性柱銷聯(lián)軸器，軸孔徑為d=35,半聯(lián)軸器＝70mm，?。?0mm。軸承端蓋由減速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為57mm。由文獻(xiàn)[13]GB/T1095-1979，以平鍵連接的方式完成軸定位，所選平鍵長度為50或45毫米，寬度為10毫米，高度為8毫米，以鍵槽銑刀作出加工，這也可以保障聯(lián)軸器、軸之間加強配合，由文獻(xiàn)[12]，表15-2，此時軸端倒角為1×45度，軸肩圓角半徑尺寸為1。力的計算由前面知，作用點到、作用點的距離相等，都為54mm，得，＝8494N，＝8494N。按彎扭合成強度校核通過下述公式完成計算，α數(shù)值為0.6，對應(yīng)公式為：21.49Mpa，已采用軸材料材質(zhì)為45鋼，由文獻(xiàn)[12]表15－1查得為60MPa，由于小于，因此滿足安全需要。精確校核軸的疲勞強度1）判斷危險截面鍵槽、軸肩以及相應(yīng)的過渡配合造成的應(yīng)力集中都會導(dǎo)致軸對應(yīng)的疲勞強度受到影響，但截面4與截面5經(jīng)受扭矩影響。界面2、3應(yīng)力最大，且僅需校核2截面，且左側(cè)直徑更小，因此需對截面2左側(cè)進(jìn)行校核。2）截面2左側(cè)2）截面4左側(cè)抗彎截面系數(shù)計算公式如下，結(jié)果數(shù)值為42875抗扭截面系數(shù)計算公式如下，結(jié)果數(shù)值為85750彎矩計算公式如下數(shù)值為917352扭矩數(shù)值為T＝144897彎曲應(yīng)力計算公式如下，結(jié)果數(shù)值為11.89MPa扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力計算公式如下，結(jié)果數(shù)值為1.69MPa由文獻(xiàn)[12]表15-1，可以了解到數(shù)值為640MPa，數(shù)值為275MPa，數(shù)值為155MPa?？色@得應(yīng)力集中系數(shù)、，按文獻(xiàn)[12]表2-2查取，經(jīng)過插值處理后可獲知數(shù)值為1.34，數(shù)值為1.66；又由文獻(xiàn)[12]附圖2-1，材料敏性系數(shù)，數(shù)值為0.85。即，數(shù)值為1.2788，數(shù)值為1.561由文獻(xiàn)［12］附圖2-2數(shù)值為0.95，由文獻(xiàn)［12］附圖2-3扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)數(shù)值為0.9。根據(jù)磨削加工操作，結(jié)合附圖可知，對應(yīng)的表面質(zhì)量系數(shù)為0.92軸并未完成表面強化處理，，即＝2.8＝1.62又由文獻(xiàn)［12］及2-2得碳鋼的特性系數(shù)＝0.1，＝0.05對安全系數(shù)進(jìn)行計算，即數(shù)值為20.21數(shù)值為10.62＝9.40S＝0.05因此滿足安全性需要。4.減速器的關(guān)鍵零部件靜力學(xué)分析4.1輸入軸零件靜力學(xué)分析在SolidWorks中建立好輸入軸零件數(shù)學(xué)模型后，保存文件，在SolidWorks插件列表中，啟動Simulation插件，做好分析前準(zhǔn)備。4.1.1.模型材料設(shè)置輸入軸零件承受較大載荷，材質(zhì)選擇應(yīng)考慮強度要求和加工性能，可選擇強度高，加工性能好，耐磨損，成本較低的45鋼材質(zhì)。查閱相關(guān)資料。45鋼材料主要屬性如下：屬性名稱數(shù)值單位數(shù)值類型彈性模量209000MPa恒定屈服強度355MPa恒定密度7890Kg/m3恒定抗剪模量82300MPa恒定張力強度600MPa恒定泊松比0.269——恒定4.1.2.模型夾具設(shè)置根據(jù)輸入軸的安裝要求，在軸身實際安裝軸承的相應(yīng)部位設(shè)置軸承類型夾具。在軸肩與軸承限位的面上設(shè)置夾具固定軸段結(jié)構(gòu)平面的節(jié)點位移，類型選擇滾柱/滑桿，固定幾何體平面，使輸入軸在軸向固定。設(shè)置高級夾具，在負(fù)載安裝位置的鍵槽上，選擇附加參考類型夾具，參考圓柱面，設(shè)置圓周0rad，使軸不旋轉(zhuǎn)。4.1.3.載荷設(shè)置輸入軸在負(fù)載軸段受徑向力Fr=16988N，在輸入端和負(fù)載端傳遞扭矩T=145N·m，在模型對應(yīng)位置設(shè)置相應(yīng)載荷。4.1.4.網(wǎng)格設(shè)置網(wǎng)格劃分控制能建立對實體模型劃分網(wǎng)格所需要的各種參數(shù),如單元形狀、中間節(jié)點位置、單元大小等。此步驟是整個分析中最重要的因素之一，因為此階段的設(shè)置將決定生成的模型在分析時是否能夠滿足準(zhǔn)確性和經(jīng)濟性。為了兼顧計算的準(zhǔn)確性和減少計算機資源的占用，在易發(fā)生應(yīng)力集中的部位設(shè)置較高精度的網(wǎng)格，在其他部位設(shè)置低精度網(wǎng)格。4.1.5.結(jié)果分析求解運算后，得到該零件在模擬運算下的應(yīng)力和位移云圖。根據(jù)應(yīng)力云圖，應(yīng)力主要集中在不圖示同軸徑過渡的部位，最大應(yīng)力為250MPa，小于材料的屈服強度355MPa。因此輸入軸零件的強度符合要求。根據(jù)變形結(jié)果圖像，相對于負(fù)載部位，變形最大位置在軸的驅(qū)動端外緣部位，變形量大約為0.09mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于零件的整體尺寸，因此剛度滿足使用要求。4.2擺線輪零件靜力學(xué)分析在SolidWorks中建立好擺線輪零件數(shù)學(xué)模型后，保存文件，在SolidWorks插件列表中，啟動Simulation插件，做好分析前準(zhǔn)備。4.2.1.模型材料設(shè)置擺線輪零件傳遞較大扭矩，擺線輪針齒面易發(fā)生因接觸應(yīng)力過大產(chǎn)生失效，材質(zhì)選擇應(yīng)考慮強度和硬度要求，考慮軸承鋼材質(zhì)，可選擇強度高，耐磨損GCr15鋼材質(zhì)。查閱相關(guān)資料。GCr15鋼材料主要屬性如下：屬性名稱數(shù)值單位數(shù)值類型彈性模量219000MPa恒定屈服強度518.42MPa恒定密度7830Kg/m3恒定抗剪模量84700MPa恒定張力強度1617MPa恒定泊松比0.3——恒定4.2.2.模型夾具設(shè)置根據(jù)擺線輪的工況條件，在一端面上設(shè)置夾具固定平面的節(jié)點位移，類型選擇滾柱/滑桿，固定幾何體平面，使擺線輪在軸向固定。設(shè)置高級夾具，選擇圓柱面類型，設(shè)置圓周0rad，約束擺線輪不旋轉(zhuǎn)。4.2.3載荷設(shè)置擺線輪齒面最大接觸力F=6549N，傳遞扭矩T=1467N·m，在模型對應(yīng)位置設(shè)置相應(yīng)載荷。4.2.4網(wǎng)格設(shè)置為了兼顧計算的準(zhǔn)確性和減少計算機資源的占用，在易發(fā)生應(yīng)力集中的部位設(shè)置較高精度的網(wǎng)格，在其他部位設(shè)置低精度網(wǎng)格。4.2.5.結(jié)果分析求解運算后，得到該零件在模擬運算下的應(yīng)力和位移云圖。根據(jù)應(yīng)力云圖，在載荷條件下，擺線輪零件應(yīng)力主要集中在圖示柱銷孔和與針接觸的齒面部位，最大應(yīng)力為46.3MPa，小于材料的屈服強度518MPa。因此擺線輪零件的強度符合要求。根據(jù)變形結(jié)果圖像，中心軸孔部位，變形最大位置在針齒面部位，變形量大約為0.024mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于零件的整體尺寸，因此剛度滿足使用要求。5.零件的三維圖5.1箱體圖5-1箱體5.2輸出軸圖5-2輸出軸5.3最終裝配圖圖5-3裝配圖6.總結(jié)時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間已經(jīng)到了畢業(yè)的時刻。作為一位大學(xué)生，撰寫畢業(yè)論文是必不可少的。雖然在大二大三都有課程設(shè)計，感受到論文的大概框架，但這次真的把論文題目拿到手中時，卻又有點緊張。我的論文題目是基于Solidworks的擺線針輪減速器的設(shè)計，對于減速器的設(shè)計，在大二的時候做過一次課程