擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì)
擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì),擺線,行星減速器,設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告
題目:擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r
1、擺線針輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
本畢業(yè)設(shè)計(jì)一個(gè)擺線針輪行星傳動(dòng)裝置。已知傳動(dòng)比i=11，功率為22KW，輸入轉(zhuǎn)速為1450r/min。
1.1擺線輪的設(shè)計(jì)
根據(jù)擺線針輪減速器的具體要求，對(duì)擺線輪進(jìn)行計(jì)算。以確定擺線輪的相關(guān)具體數(shù)椐。
1.1.1確定傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)使用條件，確定為針輪固定的臥式減速器。
1.1.2確定擺線輪針輪的齒數(shù)
由設(shè)計(jì)的具體要求可知該擺線針輪減速器的傳動(dòng)比為i=11，由此可知：
11
為使擺線輪齒廓和銷軸孔能正好重疊加工，以提高生產(chǎn)率和精度，齒數(shù)盡可能取奇數(shù)，即i也盡可能取奇數(shù)，在平穩(wěn)載荷下選材料為GCr15,硬度為60HRC以上。
針輪齒數(shù)：=+1=12
選材料為GCr15,硬度為60HRC以上
1.1.3確定針輪半徑
針齒中心圓半徑
取
取
材料為軸承鋼58～62HRC時(shí),=1000～1200MPa
1.1.4確定短幅系數(shù)
初選短幅系數(shù)： =0.5
由文獻(xiàn)得=0.420～.55
實(shí)際短幅系數(shù)：
1.1.5針徑套半徑
，?。?2mm
1.1.6針齒銷跨距
由結(jié)構(gòu)及前面的擺線輪寬度，得L＝70采用三支點(diǎn)型式
1.1.7針齒銷轉(zhuǎn)角
＝
1.1.8擺線輪齒跟圓直徑
1.1.9擺線輪齒頂圓直徑
1.1.10擺線輪齒高
1.1.11柱銷直徑
取＝22 查文獻(xiàn)，?。?2。
1.1.12擺線輪柱銷孔直徑
為使柱銷孔與柱銷套之間有適當(dāng)間隙，值應(yīng)增加值：＝0.15；>550mm時(shí)，＝0.2～0.3。
1.2有上述計(jì)算畫出零件草圖
1.2.1擺線輪的零件草圖
圖1.2.1擺線輪的零件圖
1.2.2偏心輪的零件草圖
圖1.2.2偏心輪的零件圖
3.存在問題及解決措施
在設(shè)計(jì)過程中，由于找到的相關(guān)資料還不是很全面，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中也遇到了一些困難，故在后期的設(shè)計(jì)過程中還需查閱參考更多的資料。本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是計(jì)算和各零部件校核。
4.后期工作安排
接下來，我將繼續(xù)學(xué)習(xí)擺線針輪減速器設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，按計(jì)劃繼續(xù)完成零部件以及裝配的設(shè)計(jì)。撰寫論文，完成所需CAD零件圖繼續(xù)完善裝配圖。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與相應(yīng)的時(shí)間安排如下：
第9周 進(jìn)行輸出軸和輸入軸的計(jì)算
第10～11周 繪出主要的零件圖
第12～14周 用AutoCAD完善裝配圖
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題目：擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì)
1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景
近幾年，小型及微型機(jī)械作為一種節(jié)能、低耗能和技術(shù)密集型的高新技術(shù)，已成為人們?cè)谛⌒图拔⑿头秶鷥?nèi)認(rèn)識(shí)和改造普通機(jī)械傳動(dòng)的一種新型工具。而小型的擺線針輪行星傳動(dòng)減速器的使用空間也拓展到家用和商用的廣闊領(lǐng)域。
減速器是各種機(jī)械設(shè)備中最常見的部件，是連接動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)的應(yīng)用的通用傳動(dòng)機(jī)械。它的作用是將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減少或者增加到機(jī)械設(shè)備所需的轉(zhuǎn)速。擺線針輪行星減速器是利用擺線針輪行星傳動(dòng)原理制成的減速器。行星擺線減速機(jī)全部傳動(dòng)裝置可分為三個(gè)部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)的產(chǎn)品有X系列行星擺線針輪減速器、B系列（化工部標(biāo)準(zhǔn)）行星擺線針輪減速器、行星擺線針輪減速機(jī)、BJXJ系列行星擺線針輪減速機(jī)等。擺線針輪行星減速器在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的地位，它在礦山、冶金、化工、國(guó)防、起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、輕工機(jī)械，機(jī)床、機(jī)器人、汽車、飛機(jī)等各方面得到廣泛的應(yīng)用。
1.2研究意義
小型擺線針輪減速器不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比范圍大、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳遞效率高、承載能力大、工作可靠，而且具有體積小、重量輕、震動(dòng)噪聲低、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉以及外表美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)。在許多情況下可代替二級(jí)、三級(jí)的普通齒輪減速器和渦輪減速器，所以使用的越來越普及，為世界各國(guó)所重視。
本設(shè)計(jì)在全面考慮多齒嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的要求，實(shí)現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動(dòng)力學(xué)性能等指標(biāo)，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計(jì)了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況
20世紀(jì)20年代德國(guó)人發(fā)明了擺線針齒行星齒輪加速器，起初由于擺線齒輪工藝復(fù)雜，發(fā)展十分緩慢。隨著生產(chǎn)的需要，漸開線內(nèi)齒輪難以進(jìn)行齒面硬化的精加工，阻礙了其承載能力和傳動(dòng)精度的提高，而擺線針輪嚙合的內(nèi)齒輪是由針齒銷，套組裝而成的，比漸開線內(nèi)齒輪加工工藝簡(jiǎn)單，使這種傳動(dòng)有了發(fā)展的機(jī)遇，并在中等功率傳動(dòng)中獲得了可靠的應(yīng)用。由于擺線針輪行星傳動(dòng)的主要傳動(dòng)零件均采用軸承鋼并經(jīng)磨削加工，傳動(dòng)時(shí)又是多齒嚙合，故承載能力高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、效率高、壽命長(zhǎng)，但其加工難度大，精度要求較高，成本較高。
普通齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)笨重、體積龐大、并且使用壽命短：蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)緊
湊、傳動(dòng)比大、但傳動(dòng)效率低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，擺線齒輪行星傳動(dòng)以其外
廓尺寸小、傳動(dòng)比大、承載能力強(qiáng)和傳動(dòng)效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，取代了一些笨重龐
大的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。例如，在很多情況下擺線針輪行星減速器已代替了兩級(jí)、三級(jí)普
通圓柱齒輪減速器及圓柱蝸桿減速器，因此擺線針輪行星傳動(dòng)受到了國(guó)內(nèi)外的廣
泛重視。這種傳動(dòng)型式，國(guó)外是在20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的，我國(guó)約在1964年開始試制這種減速器，目前也有許多工廠進(jìn)行成批生產(chǎn)，已日益廣泛地應(yīng)用于礦山、
冶金、化工、紡織、船舶、石油、輕工、食品、印染、起重運(yùn)輸以及軍工等很多
部門的各種機(jī)械設(shè)背中。在國(guó)防工業(yè)方面，如火炮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、通訊設(shè)備的伺服系
統(tǒng)及各種兵工機(jī)械裝置中都獲得了較為廣泛的應(yīng)用：現(xiàn)代的鐘表、儀表也廣泛采
用擺線齒輪行星傳動(dòng)。
擺線針輪減速技術(shù)至今，雖在品種、規(guī)格等方面做了不少改進(jìn)，但再?zèng)]有作本質(zhì)、原理上的創(chuàng)新。現(xiàn)今擺線針輪減速器，其原理和結(jié)構(gòu)還是1926年德國(guó)的原型。
目前，擺線針輪的研究在國(guó)內(nèi)外都在積極發(fā)展，日本住友重機(jī)械株式會(huì)社的“80系列”極大提高了性能，從1990年開始，住友機(jī)械株式會(huì)社在“80系列”的基礎(chǔ)上推出最新“90樣本”的擺線針輪減速器，它的機(jī)型由15種擴(kuò)大為21種，傳動(dòng)比由8種擴(kuò)大為16種。我國(guó)對(duì)日本提高擺線針輪減速器性能的主要技術(shù)措施已進(jìn)行較深入的分析，而且在趕超世界水平方面也有自己的創(chuàng)新成果，如符合工程實(shí)際的對(duì)擺線輪與輸出機(jī)構(gòu)受力進(jìn)行分析及擺線輪齒形的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
這些年國(guó)內(nèi)對(duì)擺線針輪行星傳動(dòng)的研究一直在不斷發(fā)展，也取得了一些成果。主要如下：
(1) 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)何勝勇對(duì)行星擺線針輪減速機(jī)虛擬樣機(jī)的建造與有限元分析進(jìn)行了研究；
(2) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于影，于波，陳建新對(duì)擺線針輪行星減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；
(3) 大連交通大學(xué)何衛(wèi)東教授主持承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目《高承載能力高傳動(dòng)效率高可靠性新型針擺行星傳動(dòng)的研究》的科研成果《雙曲柄四環(huán)板針擺行星傳動(dòng)》于2005年4月通過成果鑒定；
(4) 浙江大學(xué)呂方研究開發(fā)一種新型的傳動(dòng)機(jī)械——長(zhǎng)幅外擺線針輪行星傳動(dòng)減速機(jī)；
(5) 大連鐵道學(xué)院張動(dòng)生采用國(guó)際上通用的非線性有限元分析軟件MSCMARC建立了擺線輪與各受力齒接觸計(jì)算模型；首次對(duì)針齒與擺線輪齒面接觸狀態(tài)進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，得出了擺線輪與針齒之間的接觸狀態(tài)等。
近年來出現(xiàn)了數(shù)種基于擺線針輪行星傳動(dòng)的新型傳動(dòng)型式，使其能夠適應(yīng)高
精度的運(yùn)動(dòng)傳遞與控制，用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)、雷達(dá)天線、精密機(jī)床等高精度擺線傳動(dòng)技術(shù)的研究及幾種新型精密擺線減速器產(chǎn)品，其中常用的有以下幾種：
(1) TWINSPFN減速器是最近由斯洛伐克的一家公司推出，這種軸承式減速器能同時(shí)承受非常大的徑向力和軸向力，使用壽命及傳動(dòng)效率也有所提高。
(2) RV減速器。RV減速器是日本帝人公司近年來推出的一種擺線傳動(dòng)，它是由第一級(jí)普通漸開線直齒輪(斜齒輪)減速器部分和第二級(jí)擺線針輪減速器部分組合而成的兩級(jí)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
(3) 三片擺線輪減速器，它是日本最著名的住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社的產(chǎn)品，
在這種傳動(dòng)中采用了三片呈120。布置的擺線輪的新結(jié)構(gòu)，增加了一片擺線輪提高了傳動(dòng)效率。
(4) Dojen減速器，它是由美國(guó)Mectrol公司生產(chǎn)，傳動(dòng)采用機(jī)芯式設(shè)計(jì)，每個(gè)針齒采用懸臂方式，并在針齒另一端加工有錐度，與機(jī)殼上的錐空相配合，能自動(dòng)定心，既保證了順利裝配又可消除全部間隙。
2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1本課題研究的主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)完成擺線針輪行星減速器的工作原理圖的設(shè)計(jì)，以及工作原理的分析說明。選擇AutoCAD為設(shè)計(jì)開發(fā)工具，完成擺線針輪減速器功能結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)和零部件的設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)擺線針輪減速器的傳動(dòng)比為i=11，功率為22kw，輸入轉(zhuǎn)速為1450r/min。有余力可完成零部件的三維實(shí)體建模和運(yùn)動(dòng)仿真。
2.2擬采用的研究方案、研究方法或措施
（1）擺線針輪減速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：收集、查閱典型的減速器機(jī)械結(jié)構(gòu)，到工廠進(jìn)行參觀記錄，根據(jù)已知的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行類比設(shè)計(jì)。
（2）擺線針輪減速器系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過收集資料、查閱熟悉通用減速器的原理及結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)要求初步擬定設(shè)計(jì)方案，通過使用相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)來計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)，最終完成原理圖。
2.3研究的方法或措施
如下圖所示為擺線針輪行星傳動(dòng)示意圖。其中為針輪，為擺線行星輪，H為系桿，V為輸出軸。運(yùn)動(dòng)由系桿H輸入，通過W機(jī)構(gòu)由V軸輸出。
圖2.1擺線針輪減速器原理圖
3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作
擺線針輪減速器以傳動(dòng)控制為主，要求傳動(dòng)比范圍大，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊等。既要滿足系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的要求，要注意提高系統(tǒng)效率，更重要的是系統(tǒng)要安全可靠，防止誤操作、元件意外損壞因素所導(dǎo)致的安全隱患。故本次課題研究的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)合理機(jī)械結(jié)構(gòu)和符合設(shè)計(jì)要求的減速器，難點(diǎn)在于如何提高減速器工作效率及保證減速器工作的安全可靠。
前期除已查閱各類資料對(duì)擺線針輪減速器及其減速器原理有了初步的認(rèn)知和了解，還加強(qiáng)了對(duì)機(jī)械制圖和AUTO-CAD的訓(xùn)練，即便后期制圖的順利進(jìn)行。
4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）
第1～2周 調(diào)研、收集擺線針輪行星減速器相關(guān)資料，熟悉課題內(nèi)容，了 解課題研究的背景和依據(jù)，以及本課題的研究意義和發(fā)展趨勢(shì)，完成開題報(bào)告。
第3周 了解擺線針輪行星減速器的傳動(dòng)原理和機(jī)構(gòu)特點(diǎn)
第4周 擺線針輪減速器傳動(dòng)的受力分析和主要強(qiáng)度件的計(jì)算
第5～6周 進(jìn)行擺線針輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算。擺線輪、針齒、柱銷的計(jì)算以及輸出軸和輸入軸的計(jì)算
第7～9周 用AutoCAD繪制擺線輪、輸出軸、針齒殼等主要零部件的二維圖
第10周 中期檢查，填寫中期檢查表
第11～12周 繪制擺線針輪減速器的裝配圖
第13～14周 用AutoCAD畫出完成減速器主體功能結(jié)構(gòu)總裝設(shè)計(jì)
第15周 提交初稿、修改、定稿及打印、答辯前準(zhǔn)備
第16周 畢業(yè)答辯
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師： 年 月 日
所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目：擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì)
擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì)
摘 要
擺線針輪行星減速器作為重要的機(jī)械傳動(dòng)部件具有體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)要全面考慮多齒嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動(dòng)力性能等多項(xiàng)指標(biāo)的情況下，還要便于制造、裝配和檢修，因此設(shè)計(jì)了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。
本次設(shè)計(jì)是對(duì)一種帶機(jī)架的臥式擺線針輪減速機(jī)進(jìn)行分析研究。其輸入功率P=22Kw，傳動(dòng)比11，輸出轉(zhuǎn)速為1450r/min.對(duì)于擺線針輪行星減速器而言，要求行星減速器滿足三項(xiàng)要求：傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜短期間斷工作。
本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)針輪輸出針擺行星傳動(dòng)進(jìn)行了研究:首先參照傳統(tǒng)針擺行星傳動(dòng)基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法對(duì)針輪輸出針擺行星傳動(dòng)主要零部件的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行受力分析并計(jì)算包括轉(zhuǎn)臂軸承和各支撐軸承的載荷大小，完成包括擺線輪、柱銷等主要零件強(qiáng)度校核計(jì)算和軸承的壽命計(jì)算，然后利用CAD畫出了主要零件圖和最后的裝配圖。
關(guān)鍵詞：擺線輪針輪；齒輪；行星齒輪減速器
The Design of Portable Drilling Machine for Railway Rails
Abstract
The cycloid—gear reducer is one of the most important transmission components of the pumping unit by its smaller volume，lighter weight and effective transmission. In order to realize four targets which include high transmission efficiency, high reliability and the excellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receive high efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly and inspection, we thought over all the requests in the round and design the rational structure cycloid—gear reducer.
The design of the rack of a horizontal cycloid reducer analysis. The input power P = 22Kw, drive more than 11, the output torque of 1450Nm. Cycloid reducer, requiring planetary reducer to meet three requirements:transmission ratio, compact, suitable for short-term intermittent work.
This paper researches the following aspects of the output pin wheel cycloid drive. First, the basic parameters and dimensions of main parts of the output pin wheel cycloid drive are designed referring to design and calculation methods of the traditional cycloid drive, and mechanical analysis of the transmission system and the load condition and life of rotary arm bearings and steady bearings of each shafts are calculated, and at the same time the calculations including the strength of cycloid wheel, pins and other major parts are completes. Then, using CAD to draw sketches of the main components and final assembly drawing.
Keywords:Pin-cycloidal gear planetary reducer;Gear;Pannetary gear reducer
主要符號(hào)表
i 傳動(dòng)比
ZC 擺線輪齒數(shù)
Zp 針輪齒數(shù)
K1 變幅（短幅或長(zhǎng)幅）系數(shù)
K2 針徑系數(shù)
P 功率 kw
n 輸入轉(zhuǎn)速 r/min
bc 擺線輪齒寬 mm
a 中心距（偏心距） mm
rp 齒中心圓半徑 mm
rrp 針齒套外圓半徑 mm
rsp 針齒銷半徑 mm
h 擺線輪齒高 mm
dac 擺線輪頂圓直徑 mm
1
目錄
1 緒 論 1
1.1 概述 1
1.2擺線針輪行星減速器研究目的和意義 1
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況 2
1.4本次設(shè)計(jì)擺線針輪行星傳動(dòng)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo) 3
1.5本次擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì)要求 3
2 擺線針輪減速器傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)方法 4
2.1擺線針輪減速器的傳動(dòng)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4
2.1.1擺線針輪行星傳動(dòng)的傳動(dòng)原理 4
2.1.2擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4
2.1.3擺線針輪行星傳動(dòng)的特點(diǎn) 4
2.2擺線針輪傳動(dòng)的嚙合原理 4
2.2.1擺線針輪傳動(dòng)的齒廓 4
2.2.2擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程 7
2.2.3 擺線輪齒廓曲率半徑 8
2.3擺線針輪傳動(dòng)的受力分析 9
2.3.1針齒與擺線輪齒嚙合時(shí)的作用力 10
2.3.2輸出機(jī)構(gòu)的柱銷（套）作用于擺線輪上的力 13
2.3.3轉(zhuǎn)臂軸承的作用力 14
2.4擺線針輪行星減速器主要強(qiáng)度件的計(jì)算 14
2.4.1齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 14
2.4.2針齒抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算 14
2.4.3轉(zhuǎn)臂軸承選擇 15
2.4.4輸出機(jī)構(gòu)柱銷強(qiáng)度計(jì)算 15
3 擺線針輪減速器的設(shè)計(jì) 17
3.1擺線輪、針齒、柱銷的計(jì)算 17
3.2 輸出軸的計(jì)算 20
3.3輸入軸的計(jì)算 23
4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28
4.1箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和要求 28
4.1.1機(jī)體應(yīng)具有足夠的剛度 28
4.1.2應(yīng)考慮便于機(jī)體內(nèi)零件的潤(rùn)滑、密封及散熱 29
4.1.3機(jī)體要有良好的工藝性 29
4.2減速器箱體密封 29
5 三維建模及仿真 31
5.1軟件簡(jiǎn)介 31
5.5.1 ProE的發(fā)展 31
5.5.2 ProE的基本特性 31
5.2建模過程 31
5.3仿真結(jié)果 32
5.3.1 擺線輪 32
5.2.2 箱體 32
5.2.3 輸出軸 33
5.3虛擬裝配 33
6結(jié)論 35
參考文獻(xiàn) 36
致謝 37
1 緒 論
1.1 概述
擺線針輪行星傳動(dòng)和漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)，同屬K-H-V行星齒輪傳動(dòng)，其工作原理和結(jié)構(gòu)基本相同。目前世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都在大批量生產(chǎn)這種減速器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 傳動(dòng)比范圍大：目前我國(guó)生產(chǎn)的單級(jí)傳動(dòng)比i=11-87；二級(jí)傳動(dòng)比i=121-5133；三級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)i=20339。
(2) 體積小、重量輕：由于采用行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)緊湊，與同功率的JZQ減速器相比，體積和重量均可減少1/2-2/3。
(3) 效率高：由于采用了針齒套、柱銷套、滾動(dòng)軸承等結(jié)構(gòu)，使滑動(dòng)摩擦損失大為減小，故傳動(dòng)效率較高，一般單級(jí)傳動(dòng)的效率可達(dá)0.9-0.97。
(4) 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低和過載能力較大：由于同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，在理論上有二分之一的齒同時(shí)嚙合傳動(dòng)，所以具有這幾點(diǎn)優(yōu)越性。
(5) 工作可靠，壽命長(zhǎng)：因零件很少過載，磨損又很小，故壽命長(zhǎng)。
(6) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
由于有上述優(yōu)點(diǎn)，這種減速器在很多情況下已代替兩級(jí)、三級(jí)普通齒輪減速器及蝸輪減速器，所以為世界各國(guó)所重視。我國(guó)從1964年開始試制，目前已有許多工廠進(jìn)行成批生產(chǎn)。這種減速器已廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、石油、化工、船舶、輕工、食品、紡織、印染、起重運(yùn)輸以及軍工等很多部門的設(shè)備中。
1.2擺線針輪行星減速器研究目的和意義
近幾年，小型及微型機(jī)械作為一種節(jié)能、低耗能和技術(shù)密集型的高新技術(shù)，已成為人們?cè)谛⌒图拔⑿头秶鷥?nèi)認(rèn)識(shí)和改造普通機(jī)械傳動(dòng)的一種新型工具。而小型的擺線針輪行星傳動(dòng)減速器的使用空間也拓展到家用和商用的廣闊領(lǐng)域。
減速器是各種機(jī)械設(shè)備中最常見的部件，是連接動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)的應(yīng)用的通用傳動(dòng)機(jī)械。它的作用是將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減少或者增加到機(jī)械設(shè)備所需的轉(zhuǎn)速。擺線針輪行星減速器是利用擺線針輪行星傳動(dòng)原理制成的減速器。行星擺線減速機(jī)全部傳動(dòng)裝置可分為三個(gè)部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)的產(chǎn)品有X系列行星擺線針輪減速器、B系列（化工部標(biāo)準(zhǔn)）行星擺線針輪減速器、行星擺線針輪減速機(jī)、BJXJ系列行星擺線針輪減速機(jī)等。擺線針輪行
星減速器在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的地位，它在礦山、冶金、化工、國(guó)防、起重運(yùn)
輸、工程機(jī)械、輕工機(jī)械，機(jī)床、機(jī)器人、汽車、飛機(jī)等各方面得到廣泛的應(yīng)用。
小型擺線針輪減速器不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比范圍大、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳遞效率高、承載能力大、工作可靠，而且具有體積小、重量輕、震動(dòng)噪聲低、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉以及外表美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)。在許多情況下可代替二級(jí)、三級(jí)的普通齒輪減速器和渦輪減速器，所以使用的越來越普及，為世界各國(guó)所重視。
本設(shè)計(jì)在全面考慮多齒嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的要求，實(shí)現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動(dòng)力學(xué)性能等指標(biāo)，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計(jì)了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況
20世紀(jì)20年代德國(guó)人發(fā)明了擺線針齒行星齒輪加速器，起初由于擺線齒輪工藝復(fù)雜，發(fā)展十分緩慢。隨著生產(chǎn)的需要，漸開線內(nèi)齒輪難以進(jìn)行齒面硬化的精加工，阻礙了其承載能力和傳動(dòng)精度的提高，而擺線針輪嚙合的內(nèi)齒輪是由針齒銷，套組裝而成的，比漸開線內(nèi)齒輪加工工藝簡(jiǎn)單，使這種傳動(dòng)有了發(fā)展的機(jī)遇，并在中等功率傳動(dòng)中獲得了可靠的應(yīng)用。由于擺線針輪行星傳動(dòng)的主要傳動(dòng)零件均采用軸承鋼并經(jīng)磨削加工，傳動(dòng)時(shí)又是多齒嚙合，故承載能力高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、效率高、壽命長(zhǎng)，但其加工難度大，精度要求較高，成本較高。
普通齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)笨重、體積龐大、并且使用壽命短：蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、但傳動(dòng)效率低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，擺線齒輪行星傳動(dòng)以其外廓尺寸小、傳動(dòng)比大、承載能力強(qiáng)和傳動(dòng)效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，取代了一些笨重龐大的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。例如，在很多情況下擺線針輪行星減速器已代替了兩級(jí)、三級(jí)普通圓柱齒輪減速器及圓柱蝸桿減速器，因此擺線針輪行星傳動(dòng)受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。這種傳動(dòng)型式，國(guó)外是在20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的，我國(guó)約在1964年開始試制這種減速器，目前也有許多工廠進(jìn)行成批生產(chǎn)，已日益廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、化工、紡織、船舶、石油、輕工、食品、印染、起重運(yùn)輸以及軍工等很多
部門的各種機(jī)械設(shè)背中。在國(guó)防工業(yè)方面，如火炮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、通訊設(shè)備的伺服系
統(tǒng)及各種兵工機(jī)械裝置中都獲得了較為廣泛的應(yīng)用：現(xiàn)代的鐘表、儀表也廣泛采
用擺線齒輪行星傳動(dòng)。
擺線針輪減速技術(shù)至今，雖在品種、規(guī)格等方面做了不少改進(jìn)，但再?zèng)]有作本質(zhì)、原理上的創(chuàng)新?，F(xiàn)今擺線針輪減速器，其原理和結(jié)構(gòu)還是1926年德國(guó)的原型。
目前，擺線針輪的研究在國(guó)內(nèi)外都在積極發(fā)展，日本住友重機(jī)械株式會(huì)社的“80系列”極大提高了性能，從1990年開始，住友機(jī)械株式會(huì)社在“80系列”的基礎(chǔ)上推出最新“90樣本”的擺線針輪減速器，它的機(jī)型由15種擴(kuò)大為21種，傳動(dòng)比由8種擴(kuò)大為16種。我國(guó)對(duì)日本提高擺線針輪減速器性能的主要技術(shù)措施已進(jìn)行較深入的分析，而且在趕超世界水平方面也有自己的創(chuàng)新成果，如符合工程實(shí)際的對(duì)擺線輪與輸出機(jī)構(gòu)受力進(jìn)行分析及擺線輪齒形的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。
這些年國(guó)內(nèi)對(duì)擺線針輪行星傳動(dòng)的研究一直在不斷發(fā)展，也取得了一些成果。主要如下：
(1) 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)何勝勇對(duì)行星擺線針輪減速機(jī)虛擬樣機(jī)的建造與有限元分析進(jìn)行了研究；
(2) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)于影，于波，陳建新對(duì)擺線針輪行星減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；
(3) 大連交通大學(xué)何衛(wèi)東教授主持承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目《高承載能力高傳動(dòng)效率高可靠性新型針擺行星傳動(dòng)的研究》的科研成果《雙曲柄四環(huán)板針擺行星傳動(dòng)》于2005年4月通過成果鑒定；
(4) 浙江大學(xué)呂方研究開發(fā)一種新型的傳動(dòng)機(jī)械——長(zhǎng)幅外擺線針輪行星傳動(dòng)減速機(jī)；
(5) 大連鐵道學(xué)院張動(dòng)生采用國(guó)際上通用的非線性有限元分析軟件MSCMARC建立了擺線輪與各受力齒接觸計(jì)算模型；首次對(duì)針齒與擺線輪齒面接觸狀態(tài)進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，得出了擺線輪與針齒之間的接觸狀態(tài)等。
1.4本次設(shè)計(jì)擺線針輪行星傳動(dòng)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)
1、具有良好的減速性能
2、具有良好的減速性能的穩(wěn)定性
3、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
1.5本次擺線針輪行星減速器的設(shè)計(jì)要求
擺線針輪減速器以傳動(dòng)控制為主，要求傳動(dòng)比范圍大，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊等。既要滿足系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的要求，要注意提高系統(tǒng)效率，更重要的是系統(tǒng)要安全可靠，防止誤操作、元件意外損壞因素所導(dǎo)致的安全隱患。故本次課題研究的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)合理機(jī)械結(jié)構(gòu)和符合設(shè)計(jì)要求的減速器，難點(diǎn)在于如何提高減速器工作效率及保證減速器工作的安全可靠。
2
2 擺線針輪減速器傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)方法
2.1 擺線針輪減速器的傳動(dòng)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1.1 擺線針輪行星傳動(dòng)的傳動(dòng)原理
圖所示為擺線針輪行星傳動(dòng)示意圖。其中為針輪，為擺線行星輪，H為系桿，V為輸出軸。運(yùn)動(dòng)由系桿H輸入，通過W機(jī)構(gòu)由V軸輸出。同漸開線一齒差行星傳動(dòng)一樣，擺線針輪傳動(dòng)也是一種K－H－V型一齒差行星傳動(dòng)。兩者的區(qū)別在于：擺線針輪傳動(dòng)中，行星輪的齒廓曲線不是漸開線，而是變態(tài)擺線，中心內(nèi)齒采用了針齒，以稱針輪，擺線針輪傳動(dòng)因此而得名。
同漸開線少齒差行星傳動(dòng)一樣，其傳動(dòng)比為
.
圖2.1 擺線針輪減速器原理圖
由于＝1，故＝－，“－”表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反，即利用擺線針輪行星傳動(dòng)可獲得大傳動(dòng)比。
2.1.2 擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
它主要由四部分組成：
（1） 行星架H，又稱轉(zhuǎn)臂，由輸入軸和偏心輪組成，偏心輪在兩個(gè)偏心方向互成。
（2） 行星輪C，即擺線輪，其齒廓通常為短幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線.為使輸入軸達(dá)到靜平衡和提高承載能力,通采用兩個(gè)相同的奇數(shù)齒擺線輪,裝在雙
35
偏心套上,兩位置錯(cuò)開,擺線輪和偏心套之間裝有滾動(dòng)軸承,稱為轉(zhuǎn)臂軸承,通常采用無外座圈的滾子軸承,而以擺線輪的內(nèi)表面直接作為滾道。近幾年來,優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)常將偏心套與軸承做成一個(gè)整體,稱為整體式雙偏心軸承。
(3) 中心輪b,又稱針輪,其齒廓是圓柱形，由針齒銷固定在針齒殼上，并在針齒銷上安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)的針齒套，是為了減少針齒銷和擺線輪之間的摩擦和磨損。
(4) 輸出機(jī)構(gòu)W, 與漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)一樣,通常采用銷軸式輸出機(jī)構(gòu)。它是由輸出軸上裝的幾根柱銷軸和它在懸臂上套裝的柱銷套一同插入擺線輪的銷孔內(nèi)組成。
2.1.3擺線針輪行星傳動(dòng)的特點(diǎn)
(1) 傳動(dòng)比范圍大。
(2) 體積小、重量輕。
(3) 效率高。
(4) 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。
(5) 工作可靠，壽命長(zhǎng)。
擺線針輪行星傳動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)臂軸承，因轉(zhuǎn)臂軸承在受力大，轉(zhuǎn)速也較高的工況下工作(其內(nèi)、外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)速等于輸入軸與輸出軸一者轉(zhuǎn)速絕對(duì)值之和)，所以在新系列中為保證轉(zhuǎn)臂軸承的壽命，往往須采用加強(qiáng)型的滾子軸承。
2.2擺線針輪傳動(dòng)的嚙合原理
2.2.1擺線針輪傳動(dòng)的齒廓
為了準(zhǔn)確描述擺線形成及其分類,我們引進(jìn)圓的內(nèi)域和圓的外域這一概念。所謂圓的內(nèi)域是指圓弧線包容的內(nèi)部范圍,而圓的外域是包容區(qū)域以外的范圍。
按照上述對(duì)內(nèi)域外域的劃分,則外擺線的定義如下:
外擺線:滾圓在基圓外域與基圓相切并沿基圓作純滾動(dòng),滾圓上定點(diǎn)的軌跡是外擺線。
外切外擺線:滾圓在基圓外域與基圓外切形成的外擺線(此時(shí)基圓也在滾圓的外域)。
內(nèi)切外擺線:滾圓在基圓外域與基圓內(nèi)切形成的外擺線(此時(shí)基圓在滾圓的內(nèi)域)。
短幅外擺線:外切外擺線形成過程中,滾圓內(nèi)域上與滾圓相對(duì)固定的某點(diǎn)的軌跡;或內(nèi)切外擺線形成過程中,滾圓外域上與滾圓相對(duì)固定的某點(diǎn)的軌跡。
長(zhǎng)幅外擺線:與短幅外擺線相反,對(duì)外切外擺線而言相對(duì)固定的某點(diǎn)在滾圓的外域;對(duì)內(nèi)切外擺線而言相對(duì)固定的某點(diǎn)在滾圓的內(nèi)域。
短幅外擺線與長(zhǎng)幅外擺線通稱為變幅外擺線。變幅外擺線變幅的程度用變幅系數(shù)來描述,分別稱之為短幅系數(shù)或長(zhǎng)幅系數(shù)。
外切外擺線的變幅系數(shù)定義為擺桿長(zhǎng)度與滾圓半徑的比值。所謂擺桿長(zhǎng)度是指滾圓內(nèi)域或滾圓外域上某相對(duì)固定的定點(diǎn)至滾圓圓心的距離。
（2.1）
式中 ——變幅系數(shù)。
a———外切外擺線擺桿長(zhǎng)度
———外切外擺線滾圓半徑
對(duì)于內(nèi)切外擺線而言,變幅系數(shù)則相反,它表示為滾圓半徑與擺桿長(zhǎng)度的比值。
（2.2）
式中 K1———變幅系數(shù)
r2′———內(nèi)切外擺線滾圓半徑
A———內(nèi)切外擺線擺桿長(zhǎng)度
根據(jù)變幅系數(shù)K1值的不同范圍,將外擺線劃分為3類:
短幅外擺線01。
變幅外切外擺線與變幅內(nèi)切外擺線在一定的條件下完全等同。這個(gè)等同的條件是,內(nèi)切外擺線滾圓與基圓的中心距等于外切外擺線的擺桿長(zhǎng)度a,相應(yīng)地外切外擺線滾圓與基圓的中心距等于內(nèi)切外擺線的擺桿長(zhǎng)度A。根據(jù)這一等同條件,就可以由外切外擺線的有關(guān)參數(shù)推算出等同的內(nèi)切外擺線的對(duì)應(yīng)參數(shù)。它們的參數(shù)關(guān)系參看圖2.2。令短幅外切外擺線基圓半徑代號(hào)為r1,滾圓半徑為r2,短幅系數(shù)為K1,則外切外擺線的擺桿長(zhǎng)度和中心距可分別表示如下(長(zhǎng)幅外擺線的表示形式完全相同):
根據(jù)式(2.1),擺桿長(zhǎng)度a=K1r2;
根據(jù)等同條件,中心距A=r1+r2。
按等同條件,上述A又是內(nèi)切外擺線的擺桿長(zhǎng)度,故推算出內(nèi)外擺線的滾圓半徑為r2′=k1A;內(nèi)切外擺線的基圓半徑為
根據(jù)上述結(jié)果,很容易推導(dǎo)出等同的兩種外擺線基圓半徑的相互關(guān)系為
（2.3）
兩種外擺線的參數(shù)換算關(guān)系歸納如表2.1
表2.1 參數(shù)表
參 數(shù) 名 稱
變幅外切外擺線 變幅內(nèi)切外擺線
基圓半徑
滾圓半徑
滾圓與基圓中心距
A
a
擺桿長(zhǎng)度
a
A
短幅外擺線以基圓圓心為原點(diǎn),以兩種外擺線的中心距和短幅系數(shù)為已知參數(shù),以滾圓轉(zhuǎn)角為變量的參數(shù)方程建立如下：
在以后的敘述中將滾圓轉(zhuǎn)角律記為,并稱之為相位角。
（1） 直角坐標(biāo)參數(shù)方程
根據(jù)圖1,擺線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)為
圖2.2 短幅外擺線原理圖
根據(jù)純滾動(dòng)原理可知，故，又，于是有， ， 將與γ的結(jié)果代入上述方程,
（2.4）
（2.5）
式(2.4)與式(2.5)是變幅外擺線通用直角坐標(biāo)參數(shù)方程。
若令上兩式中的K1=1,即可得標(biāo)準(zhǔn)外擺線的參數(shù)方程。對(duì)于外切外擺線,式中的A=r1+r2,a=r2。
對(duì)于內(nèi)切外擺線,式中的A=r2′,A=r2′-r1′。
為了與直角坐標(biāo)表示的曲線相一致,將Y軸規(guī)定為極軸,將極角沿順時(shí)針方向的角度規(guī)定為正方向,方程表述如下(參看圖2.2)：
（2.6）
（2.7）
同理,K1=1時(shí),變幅外擺線通用極坐標(biāo)參數(shù)方程變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)外擺線極坐標(biāo)方程,參數(shù)a和A的變換同上。
當(dāng)動(dòng)圓繞基圓順時(shí)針方向作純滾動(dòng)時(shí)，每滾過動(dòng)圓的周長(zhǎng)2時(shí)，動(dòng)圓上的一點(diǎn)B在基圓上就形成一整條外擺線。動(dòng)圓的周長(zhǎng)比基圓的周長(zhǎng)長(zhǎng)p=2-＝，當(dāng)圓上的B點(diǎn)在動(dòng)圓滾過周長(zhǎng)再次與圓接觸時(shí)，應(yīng)是在圓上的另一點(diǎn)，而＝，這也就是擺線輪基圓上的一個(gè)基節(jié)p，即
（2.8）
由此可得擺線輪的齒數(shù)為
（2.9）
針輪齒數(shù)為 （2.10）
2.2.2擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程
由上一節(jié)分析，選擇擺線輪的幾何中心作為原點(diǎn)，通過原點(diǎn)并與擺線輪齒槽對(duì)稱軸重合的軸線作為軸，見圖2.3，針齒中心圓半徑為，針齒套外圓半徑為 。
圖2.3 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：
（2.11）
實(shí)際齒廓方程
（2.12）
——針齒中心圓半徑 ——針齒套外圓半徑 ——轉(zhuǎn)臂相對(duì)某一中心矢徑的轉(zhuǎn)角，即嚙合相位角（） ——針齒數(shù)目
2.2.3 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
（2.13）
式中———變幅外擺線的曲率半徑
———x對(duì)的一階導(dǎo)數(shù),
———y對(duì)的一階導(dǎo)數(shù),
———x對(duì)的二階導(dǎo)數(shù),
———y對(duì)的二階導(dǎo)數(shù),
將式(2.4)和式(2.5)中x和y分別對(duì)取一階和二階
導(dǎo)數(shù)后代入的表達(dá)式得
（2.14）
以K1=1代入式(2—14),得標(biāo)準(zhǔn)外擺線的曲率半徑為=-[4A·a/(A+a)]sin(/2)
式中 A=r1+r2或A=r2′
a=r2或a=r2′-r1′
由本式可知,標(biāo)準(zhǔn)外擺線≤0,曲線永遠(yuǎn)呈外凸形狀,故它不適于作傳動(dòng)曲線。以K1>1代入式(2.14)進(jìn)行運(yùn)算表明,<0,故長(zhǎng)幅外擺線也永遠(yuǎn)呈外凸形狀,故它也不適合于用作傳動(dòng)曲線。以K1<1代入式(2.14)進(jìn)行運(yùn)算表明,曲率半徑呈現(xiàn)出由正值經(jīng)過拐點(diǎn)到負(fù)值的多樣性變化。
擺線輪實(shí)際齒廓曲線的曲率半徑為
＝+ （2.15）
對(duì)于外凸的理論齒廓（<0），當(dāng)>時(shí)，理論齒廓在該處的等距曲線就不能實(shí)現(xiàn)，這種情況稱為擺線齒廓的“頂切”，嚴(yán)重的頂切會(huì)破壞連續(xù)平穩(wěn)的嚙合，顯然是不允許的。當(dāng)＝時(shí)，＝0，即擺線輪在該處出現(xiàn)尖角，也應(yīng)防止，若為正值，不論取多大的值，都不會(huì)發(fā)生類似現(xiàn)象。
擺線輪是否發(fā)生頂切，不僅取決于理論外凸齒廓的最小曲率半徑，而且與針齒齒形半徑（帶針齒套的為套的半徑）有關(guān)。擺線輪齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角的條件可表示為
（2.16）
2.3擺線針輪傳動(dòng)的受力分析
擺線輪在工作過程中主要受三種力：針輪與擺線輪嚙合時(shí)的作用力;輸出機(jī)構(gòu)柱銷對(duì)擺線輪的作用力，轉(zhuǎn)臂軸承對(duì)擺線輪作用力。
2.3.1針齒與擺線輪齒嚙合時(shí)的作用力
（1） 確定初始嚙合側(cè)隙
標(biāo)準(zhǔn)的擺線輪以及只經(jīng)過轉(zhuǎn)角修形的擺線輪與標(biāo)準(zhǔn)針輪嚙合，在理論上都可達(dá)到同時(shí)嚙合的齒數(shù)約為針輪齒數(shù)的一半，但擺線輪齒形只要經(jīng)過等距，移距或等距加移距修形，如果不考慮零件變形補(bǔ)償作用，則多齒同時(shí)嚙合的條件便不存
圖2.4 修形引起的初始嚙合側(cè)隙
在，而變?yōu)楫?dāng)某一個(gè)擺線輪齒和針 輪齒接觸時(shí)，其余的擺線輪齒與針輪齒之間都存在大小不等的初始側(cè)隙，見圖2.4。對(duì)第i對(duì)輪齒嚙合點(diǎn)法線方向的初始側(cè)隙可按下式表計(jì)算：
（2.3—1）
式中，為第i個(gè)針齒相對(duì)轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角，為短幅系數(shù)。
圖2.5 輪齒嚙合力
令，由上式解得，即
這個(gè)解是使初始側(cè)隙為零的角度，空載時(shí)，只有在處的一對(duì)嚙合。從到的初始側(cè)隙分布曲線如圖2.6所示
圖2.6 與的分布曲線
（2） 判定擺線輪與針輪同時(shí)嚙合齒數(shù)的基本原理
設(shè)傳遞載荷時(shí)，對(duì)擺線輪所加的力矩為，在的作用下由于擺線輪與針齒輪的接觸變形W及針齒銷的彎曲變形f，擺線輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角，若擺線輪體、安裝針齒銷的針齒殼和轉(zhuǎn)臂的變形影響較小，可以忽略不計(jì)，則在擺線輪各嚙合點(diǎn)公法線方向的總變形W+f或在待嚙合點(diǎn)法線方向的位移為
（i=1，2，……）
式中 ——加載后，由于傳力零件變形所引起的擺線輪的轉(zhuǎn)角； ——第i個(gè)齒嚙合點(diǎn)公法線或待嚙合點(diǎn)的法線至擺線輪中心的距離
——擺線輪節(jié)圓半徑 ——第i個(gè)齒嚙合點(diǎn)的公法線或待嚙合點(diǎn)的法線與轉(zhuǎn)臂之間的夾角。
（3） 針齒與擺線輪齒嚙合的作用力
假設(shè)第i對(duì)輪齒嚙合的作用力正比于該嚙合點(diǎn)處擺線輪齒實(shí)際彈性變形。由于這一假設(shè)科學(xué)考慮了初始側(cè)隙及受力零件彈性變形的影響，已被實(shí)踐證明有足夠的準(zhǔn)確性。
按此假設(shè)，在同時(shí)嚙合傳力的個(gè)齒中的第對(duì)齒受力可表示為
式中在處亦即在或接近于的針齒處最先受力，顯然在同時(shí)受力的諸齒中， 這對(duì)齒受力最大，故以表示該對(duì)齒的受力。
設(shè)擺線輪上的轉(zhuǎn)矩為由i＝m至i=n的個(gè)齒傳遞，由力矩平衡條件可得
得最大所受力（N）為
＝
T——輸出軸上作用的轉(zhuǎn)矩; ——一片擺線輪上作用的轉(zhuǎn)矩，由于制造誤差和結(jié)構(gòu)原因，建議取＝0.55T；——受力最大的一對(duì)嚙合齒在最大力的作用下接觸點(diǎn)方向的總接觸變形，
——針齒銷在最大力作用下，在力作用點(diǎn)處的彎曲變形。
當(dāng)針齒銷為兩支點(diǎn)時(shí)，
當(dāng)針齒銷為三支點(diǎn)時(shí)，
2.3.2輸出機(jī)構(gòu)的柱銷（套）作用于擺線輪上的力
若柱銷孔與柱銷套之間沒有間隙，根據(jù)理論推導(dǎo)，各柱銷對(duì)擺線輪作用力總和為
式中，——輸出機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目
（1） 判斷同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩的柱銷數(shù)目
考慮到分配不均勻，設(shè)每片擺線輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為，（T——為擺線輪上輸出轉(zhuǎn)矩）傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，＝處力臂最大，必先接觸，受力最大，彈性變形也最大，設(shè)處于某任意位置的柱銷受力后彈性變形為，則因變形與力臂成正比，可得下述關(guān)系：
，
又因
故
柱銷是否傳遞轉(zhuǎn)矩應(yīng)按下述原則判定：
如果，則此處柱銷不可能傳遞轉(zhuǎn)矩；
如果，則此處柱銷傳遞轉(zhuǎn)矩。
（2） 輸出機(jī)構(gòu)的柱銷作用于擺線輪上的力
由于柱銷要參與傳力，必須先消除初始間隙；因此柱銷與柱銷孔之間的作用力大小應(yīng)與成正比。
設(shè)最大受力為，按上述原則可得
由擺線輪力矩平衡條件，整理得
2.3.3轉(zhuǎn)臂軸承的作用力
轉(zhuǎn)臂軸承對(duì)擺線輪的作用力必須與嚙合的作用力及輸出機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目的作用力平衡。將各嚙合的作用力沿作用線移到節(jié)點(diǎn)P，則可得
方向的分力總和為
Y方向的分力總和為 ＝
2.4擺線針輪行星減速器主要強(qiáng)度件的計(jì)算
為了提高承載能力，并使結(jié)構(gòu)緊湊，擺線輪常用軸承鋼GCr15、GCr15siMn,針齒銷、針齒套、柱銷、套采用GCr15。熱處理硬度常取58～62HRC。
2.4.1齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
為防止點(diǎn)蝕和減少產(chǎn)生膠合的可能性，應(yīng)進(jìn)行擺線輪齒與針齒間的接觸強(qiáng)度計(jì)算。
根據(jù)赫茲公式，齒面接觸強(qiáng)度按下式計(jì)算
式中 －針齒與擺線輪嚙合的作用力，
－當(dāng)量彈性模量，因擺線輪與針齒為軸承鋼，＝2.06105MPa
－擺線輪寬度，＝（0.1～0.15），－當(dāng)量曲率半徑。
2.4.2針齒抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算
針齒銷承受擺線輪齒的壓力后，產(chǎn)生彎曲變形，彎曲變形過大，易引起針齒銷與針齒套接觸不好，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，易引起針齒銷與針齒套接觸面發(fā)生膠合，并導(dǎo)致擺線輪與針齒膠合。因此，要進(jìn)行針齒銷的風(fēng)度計(jì)算，即校核其轉(zhuǎn)角值。另外，還必須滿足強(qiáng)度的要求。
針齒中心圓直徑<390mm時(shí)，通常采用二支點(diǎn)的針齒；時(shí)，為提高針齒銷的彎曲應(yīng)力及剛度，改善銷、套之間的潤(rùn)滑，必須采用三支點(diǎn)針齒。
二支點(diǎn)針齒計(jì)算簡(jiǎn)圖，假定在針齒銷跨距的一半受均布載荷，則針齒銷的彎曲強(qiáng)應(yīng)力（Mpa）和轉(zhuǎn)角（rad）為
三支點(diǎn)的針齒計(jì)算，針齒銷的彎曲應(yīng)力和支點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角為
式中
——針齒上作用之最大壓力，按式計(jì)算（N）；
L——針齒銷的跨度（mm）,通常二支點(diǎn)L=3.5.若實(shí)際結(jié)構(gòu)已定，應(yīng)按實(shí)際之L值代入；
——針齒銷的直徑
——針齒銷許用彎曲應(yīng)力，針齒銷材料為GCr15時(shí)，＝150～200MPa
——許用轉(zhuǎn)角，＝（0.001～0.003）
2.4.3轉(zhuǎn)臂軸承選擇
因?yàn)閿[線輪作用于轉(zhuǎn)臂軸承的較大，轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)外座圈相對(duì)轉(zhuǎn)速要高于入軸轉(zhuǎn)速，所以它是擺線針輪傳動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)。>650mm時(shí)，可選用帶外座圈的單列向心短圓柱滾子軸承。軸承外徑=（0.4～0.5），軸承寬度B應(yīng)大于擺線輪的寬度。
2.4.4輸出機(jī)構(gòu)柱銷強(qiáng)度計(jì)算
輸出機(jī)構(gòu)柱銷的受力情況，相當(dāng)一懸臂梁，在作用下，柱銷的彎曲應(yīng)力為
設(shè)計(jì)時(shí)，上式可化為
式中 ——間隔環(huán)的厚度，針齒為二支點(diǎn)時(shí)，，三支點(diǎn)時(shí)，若實(shí)際結(jié)構(gòu)已定，按實(shí)際結(jié)構(gòu)確定。
B——轉(zhuǎn)臂軸承寬度
——制造和安裝誤差對(duì)柱銷載荷影響系數(shù)，一般情況下?。?.35～1.5
3 擺線針輪減速器的設(shè)計(jì)
3.1擺線輪、針齒、柱銷的計(jì)算
表3.1 擺線針輪減速器的計(jì)算
項(xiàng)目
代號(hào)
單位
計(jì)算、結(jié)果及說明
功率
22
跟據(jù)使用條件,確定為針輪固定的臥式減速器,不帶電機(jī)
輸入轉(zhuǎn)速
r/min
1450
傳動(dòng)比
11
擺線輪齒數(shù)的確定
＝11
為使擺線輪齒廓和銷軸孔能正好重疊加工,以提高生產(chǎn)率和精度,齒數(shù)盡可能取奇數(shù),即也應(yīng)盡可能取奇數(shù),在平穩(wěn)載荷下選材料為GCr15,硬度為60HRC以上
針輪齒數(shù)
選材為GCr15,硬度為60HRC以上
輸出轉(zhuǎn)矩
T
由文獻(xiàn)[1]表2.7-8,取=0.92
初選短幅系數(shù)
＝0.5
由文獻(xiàn)[1]表2.7-2, =0.42~0.55
初選針徑系數(shù)
，由文獻(xiàn)[1]表2.7-3,
針齒中心圓半徑
mm
取
取
材料為軸承鋼58~62HRC時(shí),=1000~1200MPa
擺線輪齒寬
bc
mm
取
偏心距
a
mm
由文獻(xiàn)[3]表2.7-5查得＝6mm?。?mm
實(shí)際短幅系數(shù)
針徑套半徑
mm
，?。?2mm
驗(yàn)證齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角
＝47.32
由文獻(xiàn)[3]表2.7-1及公式2.7-17算得，由計(jì)算結(jié)果知，擺線齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角。
針齒銷半徑
mm
?。?mm
針齒套壁厚一般為2～6mm。
實(shí)際針徑系數(shù)
若針徑系數(shù)小于1.3，則考慮抽齒一半。
齒形修正
mm
＝0.35， ＝0.2
考慮合理修形，建立優(yōu)化模型，由計(jì)算機(jī)求出。
齒面最大接觸壓力
N
其中整個(gè)結(jié)果由計(jì)算機(jī)求出。
傳力齒號(hào)
m
n
m=2， n=4
參看上一章介紹，由計(jì)算機(jī)求出。
擺線輪嚙與針齒最大接觸應(yīng)力
MPa
＝1416.7MPa
__m~n齒中的最大值。
轉(zhuǎn)臂軸承徑向負(fù)載
N
＝＝16988
轉(zhuǎn)臂軸承當(dāng)量負(fù)載
P
N
＝1.0516988＝17837
時(shí)，=1.05
時(shí)，＝1.1。
選擇圓柱滾子軸承
mm
＝260（0.4～0.5）＝104～130
由文獻(xiàn)[13］GB/T283-94，選N2213軸承，d=65,B=31,=142,D=108.5。
轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)外圈相對(duì)轉(zhuǎn)速
n
r/min
＝1582
轉(zhuǎn)臂軸承壽命
h
＝＝10613
—壽命指數(shù)，球軸承＝3，滾子軸承＝10/3。
針齒銷跨距
L
mm
由結(jié)構(gòu)及前面的擺線輪寬度，得L＝70
采用三支點(diǎn)型式。
針齒銷抗彎強(qiáng)度
MPa
<
選用三支點(diǎn)，材料為軸承鋼時(shí)＝150～200MPa
針齒銷轉(zhuǎn)角
rad
＝
＝0.000618<，材料為軸承鋼時(shí)＝0.01～0.03rad。
擺線輪齒跟圓直徑
mm
擺線輪齒頂圓直徑
mm
擺線輪齒高
mm
銷孔中心圓直徑
mm
取，選取時(shí)考慮了同一機(jī)型輸出機(jī)構(gòu)的通用性。
間隔環(huán)
mm
＝15
柱銷直徑
mm
＝21.8
?。?2 由文獻(xiàn)[1]表2.7—7，取＝22。
柱銷套直徑
mm
＝32 由文獻(xiàn)[1]表2.7—7，知＝32
擺線輪柱銷孔直徑
mm
為使柱銷孔與柱銷套之間有適當(dāng)間隙，值應(yīng)增加值：＝0.15；>550mm時(shí)，＝0.2～0.3。
3.2輸出軸的計(jì)算
結(jié)構(gòu)圖如圖3.1，
圖3.1 輸出軸結(jié)構(gòu)裝配圖
3.2輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
項(xiàng)目
代號(hào)
單位
設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)果及說明
轉(zhuǎn)矩
T
N·mm
前面已經(jīng)算出，T＝1466353
輸出轉(zhuǎn)速
r/min
初步確定軸的最小直徑
mm
選材為鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表15-3，取A0＝110，mm
輸出軸最小直徑顯然安裝聯(lián)軸器與其配合的部分，為了使所選直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，須選取聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩＝，由文獻(xiàn)[12］表14-1，＝1.3，
＝
由文獻(xiàn)[13]表8-7，選HL5彈性柱銷聯(lián)軸器，軸孔徑為d=60,半聯(lián)軸器L＝142mm，?。?12mm。
軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
其裝配結(jié)構(gòu)圖如圖4-1，上選用滾動(dòng)深溝球軸承6214，由文獻(xiàn)[13]表6—1查得，d=70,D=125,B=24,=79，則可知=70，=65；上選用深溝球軸承6215，，D=130，B=25， =84，所以，=75，所以，=22，=30，=120，套筒長(zhǎng)93，外圈直徑84。軸承端蓋由減速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為33mm。軸上聯(lián)軸器定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻(xiàn)[13]GB/T1095-1979，選用平鍵＝，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證聯(lián)軸器與軸的配合，選擇配合為H7/k6，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為m6。由文獻(xiàn)[12]，表15-2，取軸端倒角為，各軸肩圓角半徑為.5 。
求軸上載荷
N
由前面的軸的結(jié)構(gòu)知， 、受力中心距離為116mm,、受力中心距離為50mm,因＝5600N，故
得＝8014N ， ＝2414N 。
按彎扭合成應(yīng)力校核
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面4）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
28.29Mpa，
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表15—1查得=60MPa，因此〈，故安全。
精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
1）判斷危險(xiǎn)截面
截面2、3、5、9只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面2、3、5、9 均無需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 4 和5 處過渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面4、5上的應(yīng)力最大。由于5軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面4上應(yīng)力最大，，因而該軸只需校核截面4左側(cè)即可。
2）截面4左側(cè)
抗彎截面系數(shù) ＝421875
抗扭截面系數(shù) ＝84375
彎矩 ＝560050＝280000
扭矩 T＝1466353
截面上的彎曲應(yīng)力 ＝6.637 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力＝17.38MPa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)［12］表15-1，得＝640MPa，＝275MPa，＝155MPa。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，按文獻(xiàn)［12］表3-2查取，因，，經(jīng)插值后可查得
＝2.0，＝1.3；又由[12]附圖3-1，可得材料敏性系數(shù)為，＝0.85。
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為
＝1.82
＝1.26
由文獻(xiàn)［12］附圖3-2得尺寸系數(shù)=0.67 ；由文獻(xiàn)［12］附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)= 0.82 。
軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為＝0.92
軸未經(jīng)表面強(qiáng)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)＝0.1，＝0.05
于是，計(jì)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(jì)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
表3.3輸入軸的計(jì)算
項(xiàng)目
代號(hào)
單位
計(jì)算、結(jié)果、說明
轉(zhuǎn)矩
T
N·mm
由前面已經(jīng)算出，T＝144897
公稱轉(zhuǎn)矩
N·mm
由文獻(xiàn)[12］表14-1，?。?.3，
＝
初步確定軸的最小直徑
mm
選材為鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)［12］表15-3，取A0＝110，mm
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=30 mm,D=90 mm,B=23 mm, =57.2 KN。
校核該軸承：
該軸承符合壽命要求，所以，＝30mm, =25mm
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
其裝配結(jié)構(gòu)圖如圖4-2，上選用滾動(dòng)深溝球軸承6408，由文獻(xiàn)[13]表6—1查得，d=40,D=110,B=27,= ，則可知=40，=40mm；=24mm,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，取＝60mm。軸承端蓋由減速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為57mm。軸上偏心輪和聯(lián)軸器周向定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻(xiàn)[13]GB/T1095-1979，分別選用平鍵＝和=,鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證聯(lián)軸器與軸的配合及偏心輪與軸的配合，選擇配合為H7/k6和H7/h6，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為m6。由文獻(xiàn)[12]，表15-2，取軸端倒角為，各軸肩圓角半徑為.
力的計(jì)算
由前面知， 作用點(diǎn)到、作用點(diǎn)的距離相等，都為54mm，
按彎扭合成強(qiáng)度校核
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面2）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
21.49 Mpa，
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表15－1查得=60MPa，因此〈，故安全。
精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
1）判斷危險(xiǎn)截面
截面4、5只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面4 、均無需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 2、3、4 處過渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面2、3上的應(yīng)力最大。所以只需校核2截面，顯然左側(cè)比右側(cè)直徑小，因而該軸只需校核截面2左側(cè)即可。
2）截面2左側(cè)
抗彎截面系數(shù) ＝42875
抗扭截面系數(shù) ＝85750
彎矩 ＝917352
扭矩 T＝144897
截面上的彎曲應(yīng)力 ＝11.89 MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力＝1.69 MPa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表15-1，得＝640MPa，＝275MPa，＝155MPa。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，按文獻(xiàn)[12]表3-2查取，因，，經(jīng)插值后可查得
＝1.34，＝1.66；又由文獻(xiàn)[12]附圖3-1，可得材料敏性系數(shù)為，＝0.85。
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為
＝1.2788
＝1.561
由文獻(xiàn)［12］附圖3-2得尺寸系數(shù)=0.95 ；由文獻(xiàn)［12］附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)= 0.9 。
軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為＝0.92
軸未經(jīng)表面強(qiáng)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)＝0.1，＝0.05
于是，計(jì)算安全系數(shù)值，則得
＝20.21
10.62
＝9.40S＝0.05
故可知其安全。
4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和要求
箱體設(shè)計(jì)首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問題：
1. 滿足強(qiáng)度和剛度要求。對(duì)受力很大的箱體零件，滿足強(qiáng)度是一個(gè)重要問題；但對(duì)于大多數(shù)箱體，評(píng)定性能的主要指標(biāo)是剛度，因?yàn)橄潴w的剛度不僅影響傳動(dòng)零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。
2. 散熱性能和熱變形問題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓绊懫錆?rùn)滑性能；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對(duì)箱體的精度和強(qiáng)度有很大的影響。
3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。如支點(diǎn)的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。
4. 工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。
5.造型好、質(zhì)量小連接和固定
速器箱體使用以支持和固定軸系零件并保證傳動(dòng)件的嚙合精度和良好潤(rùn)滑及軸系可靠密封的重要零件，其重量越占減速器總重的30～50％，因此設(shè)計(jì)機(jī)體結(jié)構(gòu)時(shí)必須綜合考慮傳動(dòng)質(zhì)量、加工工藝及成本等。
減速器箱體常用灰鑄鐵制造。灰鑄鐵具有良好的鑄造性能和減振性能，易獲得美觀外形，適宜于批量生產(chǎn)。對(duì)于重載或受沖擊載荷的減速器也可采用鑄鋼箱體。單件生產(chǎn)的減速器可采用鋼板焊接的箱體，其制造工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、材料省、重量輕、成本低，但對(duì)焊接技術(shù)要求較高。
減速器機(jī)體可以采用剖分式或整體式，剖分式機(jī)體結(jié)構(gòu)被廣泛使用，其剖分面多與傳動(dòng)零件軸線平面重合，一般減速器只有一個(gè)剖分面，但有些由兩個(gè)剖分面。 臥式減速器箱體常沿軸心線所在平面剖分成箱座和箱蓋兩部分，這樣有利于箱體制造和便于軸系零件的裝拆。
設(shè)計(jì)機(jī)體時(shí)應(yīng)在三個(gè)基本視圖上同時(shí)進(jìn)行，并考慮以下價(jià)格方面的問題：
4.1.1機(jī)體應(yīng)具有足夠的剛度
箱體剖分面應(yīng)加工平整，要由足夠的寬度；螺栓間距應(yīng)不大于100～150mm,以保證箱體的密封性。箱體連接處的剛度主要是結(jié)合面的變形和位移，它包括結(jié)合面的接觸變形，連接螺釘?shù)淖冃魏瓦B接部位的局部變形。為了保證連接剛
應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題：
(1)重要結(jié)合面表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。
(2)合理選擇聯(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。為了保證結(jié)合面之間的壓強(qiáng)，又不使螺釘直徑太大，結(jié)合面的實(shí)際接觸面積在允許范圍內(nèi)盡可能減小。如圖19-9。
(3)合理設(shè)計(jì)聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)
4.1.2應(yīng)考慮便于機(jī)體內(nèi)零件的潤(rùn)滑、密封及散熱
一般減速器其傳動(dòng)件圓周速度v≤12m/s,常采用浸油潤(rùn)滑，當(dāng)圓周速度v≥12m/s時(shí)應(yīng)采用噴油潤(rùn)滑。機(jī)體內(nèi)應(yīng)有足夠的潤(rùn)滑油，用以潤(rùn)滑和散熱，同時(shí)為了避免油攪動(dòng)時(shí)沉渣泛起，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯x不應(yīng)小于30～50mm。由此即可決定機(jī)座的高度。一般單級(jí)減速器每傳遞1KW功率，約需油量為0.35～0.7L，潤(rùn)滑油粘度大時(shí)，則用量較大，多級(jí)減速器則按級(jí)數(shù)成比例增加。
4.1.3機(jī)體要有良好的工藝性
（1）滿足鑄造工藝的要求；造型力求簡(jiǎn)單，壁厚均勻、過渡平緩，設(shè)置拔模斜度、活塊等以利于起模。
（2）滿足加工工藝的要求，加工面與非加工面要分開，減少加工面積，為減少箱體上的機(jī)加工面積，應(yīng)使加工面與非加工面分別處于不同表面。箱體上安裝軸承蓋、檢查孔蓋、通氣器、油標(biāo)尺、放油螺塞以及與地基結(jié)合面處應(yīng)設(shè)計(jì)凸臺(tái)，而螺栓頭和螺母支承面加工時(shí)應(yīng)锪出沉頭座，同一軸線上兩軸承孔的直徑、精度和表面精糙度應(yīng)盡量一致，以便于一次走刀加工。同一側(cè)的各軸承座端面最好位于同一平面內(nèi)，兩側(cè)軸承座端面應(yīng)相對(duì)于箱體中心平面對(duì)稱，以便于加工和檢驗(yàn)。凸臺(tái)及沉頭座加工方法。
4.2減速器箱體密封
減速器箱體密封包括軸承座端面與軸承端蓋之間的密封和減速器剖分面的密封兩方面：
(1）軸承座端面與軸承端蓋之間的密封，對(duì)于凸緣式端蓋采用墊片的形式進(jìn)行密封，此處的墊片還可以起到調(diào)整軸系軸向位置的作用；對(duì)于嵌入式端蓋，多采用O型密封圈進(jìn)行密封。必要時(shí)可在密封表面涂密封膠以增強(qiáng)密封效果。
（2）減速器剖分面的密封處，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的厚度，聯(lián)接表面應(yīng)精铇，表面粗糙度應(yīng)不大于6.3，密封要求高的表面要經(jīng)過刮研，為了提高密封性，在機(jī)座凸緣上常銑出回油溝，凸緣聯(lián)接螺栓之間的距離不宜太大，不大于100～150mm，并盡量均勻布置，以保證剖分面處的密封性，在剖分面上不可以使用墊片，必要時(shí)可在密封表面涂密封膠以增強(qiáng)密封效果。
5 三維建模及仿真
5.1軟件簡(jiǎn)介
5.5.1 ProE的發(fā)展
Pro/ENGINEER Wildfire是美國(guó)PTC公司推出的一套從設(shè)計(jì)到加工制造一體化三維設(shè)計(jì)分析軟件，已經(jīng)在機(jī)械、電子、航空、航天、汽車、船舶、軍工、建筑、輕工紡織等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于其強(qiáng)大的功能，Pro/ENGINEE
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