精密傳動及系統(tǒng) 大作業(yè)

1、1. 對比擺線針輪行星傳動和RV行星傳動結構方面的主要區(qū)別，試分析RV行星傳動結構相對于擺線針輪行星傳動的改進所對其性能有哪些影響。答：擺線針輪行星傳動結構如圖所示，主要由轉臂H、擺線行星輪g、針輪、輸出機構四部分組成。圖1 擺線針輪行星傳動結構RV型行星傳動結構如圖所示。它是由第一級的直齒輪減速部分和第二級的擺線針輪減速部分組合而成的兩級行星傳動機構。在具體的結構上，它是由如下幾個構件所組成的。 圖2 RV型行星傳動結構通過對比可以發(fā)現(xiàn)RV型行星傳動結構比擺線針輪行星傳動多了一級直齒輪減速傳動。由于擺線針輪行星傳動轉臂軸承承受力較大，且位于高速軸端，所以，轉臂軸承是該傳動的薄弱環(huán)節(jié)，使高速軸

2、的轉速和傳遞的功率受到限制，而RV傳動增加了一級直齒輪減速傳動從而克服了這一缺點，增大承受力與傳動功率。2. 精密減速器中常見的輸出機構形式有那些，各有什么優(yōu)缺點。答：精密減速器中常見的輸出機構形式有：萬向聯(lián)軸式機構、平行四邊形機構、銷軸式機構和十字滑塊式輸出機構。其優(yōu)缺點為： （1）萬向聯(lián)軸式輸出機構：萬向聯(lián)軸器式輸出機構的平面視圖如圖3所示。萬向聯(lián)軸器式輸出機構就是用萬向聯(lián)軸器將行星輪與輸出構件V連接起來。萬向聯(lián)軸器式輸出機構的軸向尺寸較大，且不能同時聯(lián)接兩個行星齒輪，因此在少齒差行星傳動中很少采用。圖3聯(lián)軸器式輸出機構（2）平行四邊形輸出機構：允許有一定數(shù)量的徑向位移，又能等速比地傳動。

3、如圖4所示。圖4平行四邊形輸出機構（3）銷軸式輸出機構：前兩種機構或因其摩擦損失較大，或因其縱向尺寸較大等原因，因而很少采用。銷軸式輸出機構，由于其結構簡單、制造方便，且能同時連接兩個行星輪，故目前應用較廣泛。圖5所示是采用這種輸出機構的擺線針輪行星減速器的結構示意圖。圖5銷軸式輸出機構（4）十字滑塊式輸出機構：如圖6所示，這種結構是由兩個端面具有矩形棒的聯(lián)接盤和兩個端面具有凹槽的行星輪，以及一根帶凹槽的輸出軸所組成。它的優(yōu)點是結構簡單、制造容易，成本較低，且可以補償由于裝配或零件制造的誤差。但其承載能力和傳動效率均較銷軸式輸出機構低，故適用于傳遞小功率，低速和不連續(xù)運轉的條件下工作；或只有一

4、個行星齒輪的少齒差行星傳動的結構中。圖6十字滑塊輸出機構3. 一諧波減速器柔輪的齒數(shù)為100，內(nèi)齒輪的齒數(shù)為102，試畫出機構簡圖并計算其傳動比。答：如圖7所示為如圖所示，為兩個自由度（）的差動諧波齒輪機構。該機構含有三個基本構件：波發(fā)生器、柔輪和剛輪。當其中的一個基本構件被固定時，則上述差動諧波機構將變成為具有一個自由度（）的行星諧波齒輪機構；而差動機構中的每一個基本構件均可以成為固定件，或輸入件、或輸出件。由于上述諧波減速器沒有對給基本構件進行指明，故分為以下三種情況計算：圖7諧波減速器機構簡圖(1) 當波發(fā)生器固定()，（如圖8）其傳動比：圖8波發(fā)生器固定的諧波傳動簡圖a)柔輪輸入，剛輪

5、輸出時b)剛輪輸入，柔輪輸出時（2）當剛輪固定（），(如圖9)其傳動比為：圖9剛輪固定的諧波傳動簡圖a)波發(fā)生器輸入和柔輪輸出時b)柔輪輸入和波發(fā)生器輸出時（3）當柔輪固定（），（如圖10)其傳動比為圖10柔輪固定的諧波傳動簡圖a)波發(fā)生器輸入和剛輪輸出時b) 剛輪輸入和波發(fā)生器輸出時4. 分析諧波減速器的結構特點，試論述諧波減速器作為精密減速器在哪些方面可以做出改進？答：諧波傳動是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控的彈性變形波實現(xiàn)運動和動力傳遞的傳動。諧波減速器誕生于上世紀美蘇月球探測時期，主要是為了解決航天運動機構對結構緊湊、質(zhì)量輕、體積小而減速比大、傳動效率高、傳動精度高的減速器的迫切需求

6、。諧波機械傳動原理是前蘇聯(lián)工程師 A.摩察尤唯金于1947年首次提出，而美國的C. Walton Musseer根據(jù)空間應用需求于1953年發(fā)明了諧波減速器，并于1955年獲得美國專利，1960年在紐約展出諧波減速器實物。1961年諧波減速引入中國，國內(nèi)開始在諧波減速器的設計、制造和應用方面展開了研究。如圖11為諧波減速器，主要構件為波發(fā)生器、柔輪、剛輪。與一般傳動相區(qū)別，諧波齒輪傳動中存在著可通過波發(fā)生器使之產(chǎn)生可控的彈性變形波的撓性構件，其運動轉換，是依靠撓性構件的彈性變形來實現(xiàn)的，這種運動轉換原理稱為變形原理。圖11諧波減速器波發(fā)生器通常成橢圓形的凸輪，將凸輪裝入薄壁軸承內(nèi)，再將它們裝入

7、柔輪內(nèi)。當波發(fā)生器為主動時，凸輪在柔輪內(nèi)轉動，就迫使柔輪及薄壁軸承發(fā)生變形（可控的彈性變形），這時柔輪的齒就在變形的過程中進入（嚙合）或退出（嚙離）剛輪的齒間，在波發(fā)生器的長軸處處于完全嚙合，而短軸方向的齒就處在完全的脫開。 一、諧波傳動的特點：a）結構簡單，體積小，重量輕。b）傳動比范圍大。單級諧波減速器傳動比可在50300之間，優(yōu)選在75250之間；雙級諧波減速器傳動比可在300060000之間；復波諧波減速器傳動比可在200140000之間。c）同時嚙合的齒數(shù)多。雙波諧波減速器同時嚙合的齒數(shù)可達30%，甚至更多些。正是由于同時嚙合齒數(shù)多這一獨特的優(yōu)點，使諧波傳動的精度高，齒的承載能力大，

8、進而實現(xiàn)大速比、小體積。 d）承載能力大。諧波齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，在材料和速比相同的情況下，受載能力要大大超過其它傳動。其傳遞的功率范圍可為幾瓦至幾十千瓦。e）運動精度高。由于多齒嚙合，一般情況下，諧波齒輪與相同精度的普通齒輪相比，其運動精度能提高四倍左右。f）運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。齒的嚙入、嚙出是隨著柔輪的變形，逐漸進入和逐漸退出剛輪齒間的，嚙合過程中齒面接觸，滑移速度小，且無突然變化。g）齒側間隙可以調(diào)整。諧波齒輪傳動在嚙合中，柔輪和剛輪齒之間主要取決于波發(fā)生器外形的最大尺寸，及兩齒輪的齒形尺寸，因此可以使傳動的回差很小，某些情況甚至可以是零側間隙。h）傳動效率

9、高。與相同速比的其它傳動相比，諧波傳動由于運動部件數(shù)量少，而且嚙合齒面的速度很低，因此效率很高，隨速比的不同（u=60250），效率約在6596%左右（諧波復波傳動效率較低），齒面的磨損很小。i）同軸性好。諧波齒輪減速器的高速軸、低速軸位于同一軸線上。j）可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力。采用密封柔輪諧波傳動減速裝置，可以驅動工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間的機構，諧波傳動這一獨特優(yōu)點是其它傳動機構難于達到的。k）可實現(xiàn)高增速運動。由于諧波齒輪傳動的效率高及機構本身的特點，加之體積小、重量輕的優(yōu)點，因此是理想的高增速裝置。l）方便的實現(xiàn)差速傳動。由于諧波齒輪傳動的三個基本構件中，可以任意

10、兩個主動，第三個從動，那么如果讓波發(fā)生器、剛輪主動，柔輪從動，就可以構成一個差動傳動機構，從而方便的實現(xiàn)快慢速工作狀況。二、諧波減速器改進諧波齒輪傳動雖然優(yōu)點眾多,但仍有不足之處: a）容易疲勞損壞。柔輪在傳動運動過程中始終處于周期性變形狀態(tài)，不斷循環(huán)的彈性變形增加了疲勞損壞的幾率。所以應尋找更合適的材料制作柔輪，來增加諧波齒輪的壽命。 b）柔輪和波發(fā)生器制造需要嚴格的工藝，制造難度較大。因為材料和形狀的局限,對柔輪的加工和維修需要專門設備才能完成,制造成本加大。所以應重點研究諧波減速器柔輪的高效率高精度加工工藝，優(yōu)選工藝參數(shù)，制定工藝規(guī)范，并通過精密加工設備的合理增置和工裝改進，形成諧波減速

11、器批量化生產(chǎn)的工藝技術能力。例如，深化MEMS中LIGA工藝的研究，從而進行微型諧波減速器的制造工藝研究。5. 精密傳動中嚙合副消隙機構有哪些，分別論述其優(yōu)缺點。答：理論上一對齒輪在嚙合時應該無側隙，但實際上為了補償由于加工、安裝誤差及溫度變化而引起的尺寸變化，以防止被卡死，在輪齒的非工作面必須留有一定的齒側間隙，齒輪傳動機構都有側隙存在，側隙用來防止由于誤差和熱變形而使輪齒卡住，并且給齒面間的潤滑油膜留有空間。但側隙同時又給機構在反轉時帶來空程，使機構不能準確定位。為了減少或消除側隙給機構帶來的不利影響，需要采用消隙系統(tǒng)。常見的消隙機構有：一、機械消隙：1）可自動補償式機械消隙，通過彈性原件

12、自動補償間隙。（1）彈簧消隙：該機構是利用彈簧連接在一起的兩片齒輪同時嚙合在配對齒輪上。其中一片齒輪與軸固定，另一片齒輪為空套在軸上的浮動齒輪片。當齒輪轉動時，嚙合齒與工作齒面間的間隙，被彈簧拉緊的的另一片浮動齒輪輪齒所填滿。這種結構被廣泛應用在齒輪傳動副的消隙上。一些精密設備的轉臺就是通過這種結構進行消隙。（2）雙導程蝸桿消隙：雙導程蝸輪副中的蝸桿由兩部分組成：蝸桿軸以及空套在其上的空心蝸桿，二者通過脹緊套連接為一體，調(diào)整間隙時，只要將脹緊套的螺釘松開（不用拆下），使蝸桿軸的右齒面及空心蝸桿的左齒面分別與蝸輪的左右齒面接觸，從新擰緊脹緊套上的螺釘即可完成間隙的調(diào)整。（3）變齒厚蝸桿消隙：蝸桿

13、左右齒面的導程及導程角不同，蝸桿沿軸向移動可以得到任意的側隙。2）不可補償式機械消隙（1）斜齒輪隔墊消隙：這種方式原理上與彈簧消隙相同，只不過是通過在兩片斜齒輪間加上隔墊而達到充滿輪齒間空隙的效果，這種方法只適用于斜齒輪傳動。二、電控消隙：1）差補消隙：通過測量得到機構的返程間隙，在控制程序中對反轉進行差補來減少返程定位誤差。這種方法簡單，但因為每次返程的返程間隙并不完全相同，所以這種消隙精度不高。2）雙伺服電機消隙：原理是用相同的兩臺電機分別帶動兩套完全相同的減速機構，再由兩減速機構的輸出小齒輪帶動主軸大齒輪傳動。通過電氣控制，使主軸大齒輪在啟動和換向的過程中始終受到偏置力矩的作用-兩個輸出

14、小齒輪分別緊貼大齒輪的兩個相反的嚙合面，使主軸大齒輪不能在齒輪間隙中來回擺動，從而達到消除間隙，提高系統(tǒng)精度的目的。這種結構精度高，但實施起來比較復雜、成本高。6. 分析制約國內(nèi)精密減速器產(chǎn)業(yè)化的主要原因，試論述我國精密減速器產(chǎn)品要打破國外產(chǎn)品的壟斷可采取哪些途徑。答：制約國內(nèi)精密減速器產(chǎn)業(yè)化的主要原因： （1）企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模偏小，開發(fā)能力薄弱。我國減速機行業(yè)的特點是中小企業(yè)多，生產(chǎn)規(guī)?？傮w偏小，年產(chǎn)值在 10 億元人民幣以上的企業(yè)仍然偏少，而且還是近幾年才出現(xiàn)。而國外同類企業(yè)中規(guī)模在百億人民幣以上的企業(yè)已經(jīng)很多，營銷網(wǎng)絡遍及全球。（2）缺乏知品名牌，影響產(chǎn)品市場拓展。我國尚缺乏在國際上有影響力的傳動基礎件產(chǎn)品知名品牌，因此限制了產(chǎn)品在國內(nèi)外市場上的拓展及推廣。 （3）基礎技術研究不足，制約行業(yè)技術水平提升。 國內(nèi)傳動基礎件高端產(chǎn)品的系統(tǒng)性和應用性無法滿足行業(yè)的需要，一些基礎機理性研究如齒面微點蝕損傷研究，高端齒輪材料及熱處理技術開發(fā)，傳動系統(tǒng)動力學研究與應用等與國外差距較大等問題，一定程度上已影響了