汽車減速器殼加工工藝及專用機床設(shè)計【鉆8φ20H7孔及鉆14-φ12H7孔】【說明書+CAD+3D】
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機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯
設(shè)計題目: 汽車減速器殼加工工藝及專用機床設(shè)計
譯文題目: 少齒差環(huán)式齒輪減速器研究評述
學(xué)生姓名: 劉延輝
學(xué) 號: 2004142023
專業(yè)班級: 機自0402
指導(dǎo)教師: 馬玉平
正文:外文資料譯文 附 件:外文資料原文
指導(dǎo)教師評語:
簽名: 年 月 日
正文:
機械工程學(xué)院,天津大學(xué),天津,300072,P.R.中國
少齒差環(huán)式齒輪減速器研究評述
摘要--由于少齒差環(huán)式齒輪減速器有高傳輸率,高承載能力,結(jié)構(gòu)簡單及低制造成本的特點,從而在中國學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域被引起高度重視。但是,因為缺乏系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計理論,它的應(yīng)用是有限的。本文對環(huán)式減速器的介紹涉及到受力分析,承載能力,平衡和減輕振動,機械效率和系列產(chǎn)品設(shè)計方面。此外,還介紹了一些尚待解決問題。
關(guān)鍵詞:環(huán)式齒輪減速器,受力分析,承載能力,平衡,減振,效率。
一、 引言
少齒差環(huán)式齒輪減速器的前身是K-H-V少齒差同軸行星齒輪系,它有兩個缺點:行星齒輪軸的極限尺寸和它的使用壽命短;并且必須有輸出聯(lián)接機構(gòu),如圖1所示。
圖.1 K-H-V 傳輸草圖
1985年,一名中國工程師陳宗元,發(fā)明了三環(huán)傳輸,巧妙地克服了K-H-V傳輸?shù)纳鲜鰡栴}[ 1 ]。
三環(huán)傳輸如圖2所示。
圖.2三環(huán)傳輸
在平行四桿機構(gòu)中作為曲柄的輸入軸1和支撐軸2,是偏心輪部件的一部分。平行四桿機構(gòu)中的聯(lián)接件3,即環(huán)板,同時也是一個裝在輸出軸4上的內(nèi)齒輪與外齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)圍繞的固定軸。輸入軸不旋轉(zhuǎn)的平移運動驅(qū)動環(huán)板3。三個平行四桿機構(gòu)的設(shè)置,避免曲柄和聯(lián)接件在一直線時有不定度。這個相角是120度。單級傳動時傳動比的范圍在11-99,雙級傳動是可達到9801,如果需要可以達到更高。
為了達到可視化的目的,一個對稱的三環(huán)減速器CAD實體模型如圖3所示。
與其它變速箱相比,三環(huán)變速箱有高傳輸率,高承載能力,結(jié)構(gòu)簡單,并且低生產(chǎn)成本等特征,因此引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域關(guān)注。
在中國,這一變速箱已經(jīng)應(yīng)用在冶金工業(yè),采礦業(yè),交通運輸,建筑和輕工業(yè)。不過,由于研究開發(fā)的局限和早期設(shè)計的缺點,仍然存在一些問題,如振動,環(huán)板破裂,軸承使用壽命短。在某種程度上,破壞了它的形象,也限制它進一步應(yīng)用。
在本文中,是在受力分析,承載能力,平衡和減輕振動,機械效率和系列產(chǎn)品的設(shè)計方面做的評論。
圖.3.三環(huán)減速器(對稱)
二、 受力分析
這種環(huán)式變速箱,是一種過自由度機構(gòu),由于它對彈性變形的靈敏性和制造誤差,其受力分析是復(fù)雜的。列變形的相容性方程式是有必要的。
在20世紀90年代,有幾個工程人員論述了變速箱的受力分析。但這個基本的假設(shè)在工作中可能偏離實際的應(yīng)用。因此,分析的結(jié)果還有待論證。
在對減速器的動力學(xué)與振動的深入分析中,對環(huán)式減速器動態(tài)性能的改進是必要的。楊和張[ 2 ]建立了變速箱的彈性動力學(xué)方程,并分析了固有頻率,振動方式和動態(tài)響應(yīng)。由系統(tǒng)的動態(tài)行為引起的環(huán)板的變形的影響已不容忽視。
文獻[3,4],采用有限元建模對環(huán)板的位移和變形進行了分析。據(jù)此顯示,環(huán)板的張力和彎曲變形對系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)性能的影響是不容忽視的。因此,環(huán)板的兩種變形不能忽視,在文獻[ 4 ]中并作為相容性方程的參數(shù)之一。
一個許多因素都考慮在內(nèi)的變速箱受力分析程序,可能已經(jīng)投入實際使用[ 5 ] 。通過這個程序可以得到齒輪和軸承負載隨時間變化的關(guān)系曲線圖。
三、 承載能力
多齒嚙合的彈性效應(yīng)是研究承載能力的重點,這是一個在少齒差內(nèi)齒嚙合中特別的現(xiàn)象。如圖.4所示 ,當(dāng)一雙0號齒嚙合時,相鄰的齒輪副工作表面的間隙(1- 4)非常小。當(dāng)在荷載作用下牙齒變形,間隙可能消失,從而形成多齒嚙合。
圖.4. 多齒彈性嚙合
早在1965年ястребов [ 6 ]預(yù)言存在這種效應(yīng),并提出了計算間隙值的公式。后來Sunaga [ 7 ] 通過一個實驗進一步證明了它的實際存在。基于齒剛度,間隙和制造誤差,舒[8,9] 通過光彈性實驗推導(dǎo)出同時嚙合對齒的數(shù)目和測量出分布于齒對的載荷。
據(jù)Sunaga及舒的論證,同時嚙合對齒不能超過3-5 。但是,在他們的實驗中,他們未能給實驗齒輪誤差的標(biāo)準(zhǔn)值。然而該基圓齒距誤差是隨機的并且對負荷分布有很大的影響,他們的實驗結(jié)果不能作為多齒嚙合實際效應(yīng)的證據(jù)。后來,文獻[ 10 ]作出類似的努力。因為該基圓齒距誤差遠遠大于3號和4號對齒的間隙,他們計算齒輪誤差的辦法是值得商榷的。
文獻[ 11 ]巧妙推導(dǎo)出間隙的理論值,計算出彈性變形,并取得了同時嚙合對齒的數(shù)量和負荷分布系數(shù)。結(jié)論是,通常同時工作的齒對只有3對 ,還不能像一些產(chǎn)品樣品要求的達成9-18。
基圓齒距誤差是影響最大的一個誤差。據(jù)文獻[ 11 ]基圓齒距誤差可能導(dǎo)致瞬時單齒嚙合。他們提出把負荷分布系數(shù)引入疲勞強度來評價牙齒彎曲,并認為最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在同一時間。對在載荷分布方面的誤差影響有更準(zhǔn)確的估計是必要的。首先分析表明,這種現(xiàn)象的積極影響太重要以至于不能忽視,然而誤差的負面影響也應(yīng)考慮。
四、平衡和減振
三個環(huán)板相互不平衡產(chǎn)生振動力。也存在著一個周期性振動力矩,使得減速器振動。在早期設(shè)計中使用非對稱裝置(如圖2所示)。 這種裝置使減速器振動強烈。對對稱裝置來說平衡也是必要的。因為在早期設(shè)計中的缺陷,人們不太接受這種減速箱。
文獻[ 12 ] 通過在輸入和支撐軸上安裝四個平衡錘,成功地解決了三環(huán)減速器的平衡問題,如圖6所示。
雙環(huán)式減速器(如圖5所示)設(shè)計,由王[ 13,14 ] ,用一個分裂軌道裝置來避免運動的欠自由度,有一個更好的動態(tài)性能。不過,結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多了。
圖.5 .有分裂軌道裝置的雙環(huán)減速器
上文作者提出了一種新型的雙環(huán)式減速器,如圖6所示,在圖中,兩個平行四桿機構(gòu)之間的相位角不到180° ,撤銷了分裂軌道裝置。安在高速軸上的四個平衡錘使得這個變速箱平衡性很好[15] 。
圖. 6 .沒有分裂軌道裝置的雙環(huán)減速器
為了獲得三個平行機構(gòu)的負載平衡,文獻[ 16-18 ]提出了彈性環(huán)和獨自油膜漂浮理論。
五、機械效率
小齒差內(nèi)嚙合齒輪之間的相對滑動是輕微的。齒輪表面的摩擦,并不是功率損耗的主要原因。在這個方面它不同于其他變速器。劉[19,20]指出在凸、凹齒面之間幾乎沒有間隙。產(chǎn)生熱量是潤滑油膜被擠出主要原因,影響了機械效率。劉提議使用固體潤滑劑。他的實驗表明,用固體潤滑,工作效率可達到97.4 %,而使用液體潤滑只有90.6 % 。
劉的這一點是被接受的,采用傳統(tǒng)機械效率評價公式不能正確評價減速器的效率。因此,環(huán)式減速器的效率低于2K- H型行星減速器。當(dāng)在高功率和持續(xù)運行時,熱量平衡分析是必不可少的。
六、系列產(chǎn)品設(shè)計
生產(chǎn)這種減速機的廠大部分在中國,都采用了1995年由中國冶金工業(yè)部制定的標(biāo)準(zhǔn) [21,22] 。理論分析和實踐經(jīng)驗都表明,實際負荷能力遠大于給出的標(biāo)準(zhǔn)。明顯地,原來的設(shè)計沒有把多齒的彈性嚙合納入考慮范圍,承載能力評價也很保守。
現(xiàn)在,在對環(huán)式變速箱充分成熟的理論分析下,推動了先進的制造標(biāo)準(zhǔn)的成熟:
1.考慮環(huán)板變形的運動-彈性靜力學(xué)分析方法 [ 4 ] 。
2.考慮多齒的彈性嚙合的承載能力評價方法 [ 11 ] 。
3.CAD技術(shù)程序包,它可以自動地確定小齒差內(nèi)嚙合齒輪幾何參數(shù)[23] 。
4.參數(shù)優(yōu)化方法,它可以保證一個合適的軸承壽命及齒輪強度[ 5 ] 。
通過總結(jié)了以上提到的所有論述,天津大學(xué)的機械傳動試驗室已經(jīng)完成了系列產(chǎn)品的設(shè)計,其中包括400個模型( 20個型號,每個有20個傳動比) 。全新設(shè)計的產(chǎn)品負載容量,遠遠高于舊標(biāo)準(zhǔn),有些甚至高于硬齒面減速機[ 5 ] 。
七、提議與展望
這種變速箱具有廣闊的應(yīng)用前景。在要求較低的應(yīng)用中,許多普通齒輪和蝸桿減速器,甚至兩級行星齒輪減速器都應(yīng)該被他代替。為了充分發(fā)揮其優(yōu)勢,以下工作應(yīng)該得到實施。
1.齒輪彎曲強度的可靠性設(shè)計方法的確定,應(yīng)把制造誤差考慮在內(nèi)。
2.在更高的速度情況下(超過1500轉(zhuǎn)/每分鐘 ),一個完全的彈性動力學(xué)分析應(yīng)該要想辦法核實它是否可以被使用。
一種新型雙環(huán)齒輪減速器的設(shè)計與運動仿真
摘要:一種獲得專利的雙環(huán)形齒輪減速機,本文闡述了它的設(shè)計原理及其動態(tài)性能模擬性能。這種新型的驅(qū)動器的一個獨特的特點是兩個平行四桿機構(gòu)的相位角是不同的,并且略小于180度,四個安裝在兩曲軸上的平衡錘,以平衡這個機構(gòu)的慣性力和慣性力矩。對它的工作原理、優(yōu)點和設(shè)計上的問題進行了論述??紤]到環(huán)板、齒輪、軸承等的彈性變形,提出一個彈性動力學(xué)模型來分析其動態(tài)響應(yīng)。模擬結(jié)果表明,與軸承套相比,行星軸承工作在更苛刻的條件下。齒輪和軸承波動載荷表明減速器振動的主要原因是系統(tǒng)的彈性變形而非機構(gòu)的慣性力和慣性力矩。
關(guān)鍵詞:雙環(huán)齒輪減速器;行星齒輪傳動;彈性動力學(xué)
三環(huán)減速器,即內(nèi)嚙合行星齒輪變速箱,有許多優(yōu)勢,包括大傳動比,高負荷能力,以及體積緊湊[ 1 ] 。但是,在其應(yīng)用中也存在著一些弊端。一個是在曲軸工作過程中,軸承套有不平衡的慣性力矩產(chǎn)生。這個不平衡力矩就是振動力矩,有可能產(chǎn)生振動和噪聲負面的影響[ 2 ] 。由于輸入速度的增加,振動變得更加嚴重。另外一個弊端是偏心輪軸套的微動磨損[ 3 ] 。六個偏心軸襯不僅帶來裝配困難,而且使行星軸承過早疲勞。
為消除上述弊端,辛等人[ 4 ] 提出了一個完全平衡的三環(huán)減速器。中間和兩側(cè)環(huán)板的相位角差都是180度,中間環(huán)板厚度是兩側(cè)的兩倍。因此,三相位機構(gòu)的慣性力和慣性力矩是完全平衡的。不過,從機理出發(fā), 這種內(nèi)嚙合行星齒輪傳動機構(gòu)是三個平行四桿結(jié)構(gòu)和內(nèi)嚙合齒輪傳動機構(gòu)的結(jié)合。
連接器和曲柄在一條直線時該誰運動將不確定。這一位置往往取名為"死點" 。由于兩個相鄰機構(gòu)的相位角差是180度,平行四桿機構(gòu)的三個相位將同時達到"死點"。因此,要克服"死點" ,這個設(shè)備需要增設(shè)兩個同步帶來同步驅(qū)動曲軸,這使得結(jié)構(gòu)減速器更加復(fù)雜化。除了復(fù)雜的結(jié)構(gòu),偏心軸襯的微動磨損依然存在。為解決關(guān)于偏心軸襯的問題,唐等人提出了一個類似的雙環(huán)齒輪減速機[ 5 ] 。固定在兩個曲軸的四個平衡錘用來平衡慣性力矩。同樣,并置的平行四桿機構(gòu)相位角差是180度,也是這個道理。由于"死點"問題 ,需要增設(shè)橋式齒輪副使輸入分流到兩個曲軸。上述兩個驅(qū)動器需要一個第一期傳輸,以克服"死點" ,這使得驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)相對松散。
在本文中,為消除前面所提到內(nèi)嚙合行星齒輪傳動的弊端設(shè)計了一種新型的雙環(huán)齒輪減速機[ 6 ]。考慮到零件的彈性變形,設(shè)計了一個彈性動力學(xué)模型系統(tǒng)來顯示其動態(tài)性能。
3.結(jié)論
一種新型的雙環(huán)齒輪減速機的設(shè)計及其動態(tài)性能用彈性動力學(xué)模型來模擬。這個驅(qū)動裝置的特點是有不到180度的相位差。這一設(shè)置使減速器單功率輸入,和體積減小變?yōu)榭赡?。安裝在曲軸四個平衡錘來平衡這個機構(gòu)的慣性力和慣性力矩。
與軸承套相比的動態(tài)仿真結(jié)果表明,行星齒輪機構(gòu)在更苛刻的條件下工作。此調(diào)查表明,零件的彈性變形是這種新型雙環(huán)齒輪減速機振動的主要因素,而不是慣性力和慣性力矩,這是不同于慣性力和慣性力矩是環(huán)式齒輪減速機振動的主要因素這一主流認識的[ 2 ] 。
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