一種二級擺線針輪減速器的設(shè)計

王馨饒 石成江 劉淑晶 王殿君 李鑫磊

摘 要：隨著當(dāng)代科技的飛速發(fā)展，對機械傳動部件的性能提出了越來越高的要求。擺線針輪減速器作為一種重要的機械傳動部件，具有傳動比范圍大、體積小、傳動精度高等特點。該設(shè)計在綜合考慮擺線針輪減速器結(jié)構(gòu)特點及功用的同時，巧妙地融入了多偏心軸輸入設(shè)計理念，提出了更加合理的擺線針輪減速器結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：二級擺線針輪減速器；多偏心軸輸入；可靠性；合理性

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

減速器作為一種獨立部件，將驅(qū)動機較高轉(zhuǎn)速減少至工作機械設(shè)備所要求的較低轉(zhuǎn)速，同時得到較大轉(zhuǎn)矩。減速器應(yīng)用范圍十分廣泛，從交通工具、重型機具、加工機具、自動化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活使用的家電等，幾乎存在于各類機械傳動系統(tǒng)中。近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，微型及小型機械越來越多，對結(jié)構(gòu)尺寸小、傳遞功率大的特殊減速器需求量越來越大。目前應(yīng)用最多的有行星輪系減速器、少齒差齒輪減速器和諧波滾針齒輪減速器等。這些減速器雖然質(zhì)量很好，但價格較高。為了降低成本，可采用擺線針輪減速器，且擺線針輪傳動較其他齒輪傳動的優(yōu)點為：高傳動比、高效率、體積小、質(zhì)量小、承載能力大，與同功率同速比的普通漸開線齒輪減速器相比較，其體積可減少1/2～2/3，重量可減輕1/2～1/3。

擺線針輪減速器作為驅(qū)動或減速裝置，其獨特的機械結(jié)構(gòu)在許多情況下可替代普通圓柱齒輪減速器及蝸輪蝸桿減速器，得到了各個國家的重視。該文主要闡述了一種二級擺線針輪減速器的設(shè)計，在設(shè)計中，齒輪傳動嚙合平穩(wěn)、承受載荷均勻，具有較高的承載能力、較高的傳動效率及較高的可靠性，并且動力學(xué)性能優(yōu)良。通過對其關(guān)鍵部件進(jìn)行受力分析、校核計算，工作空間及干涉檢查采用UG仿真實現(xiàn)。驗證了設(shè)計的可靠性與合理性。

1 二級擺線針輪減速器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

減速器全部傳動裝置可分為輸入、減速和輸出3部分。該文的二級擺線針輪減速器詳細(xì)工作原理圖如圖1所示。圖1中箭頭表示各軸的旋轉(zhuǎn)方向，角速度與旋轉(zhuǎn)方向相反，其中，ω1為輸入角速度，ω2為偏心擺線軸自轉(zhuǎn)角速度，ω3為輸出角速度。

運動由角速度ω1輸入，通過裝配在輸入軸上的齒輪1與齒輪2嚙合，達(dá)到第一級減速，其傳動比為i1=2。為了使減速器傳動平穩(wěn)，設(shè)計中特別采取了3個相同的齒輪（齒輪2）均勻分布，并同時與齒輪1做嚙合運動，此時齒輪2的角速度為ω2。齒輪2與曲軸連接，曲軸上安裝有擺線齒輪。為使二級輸入軸達(dá)到靜平衡，從而提高承載能力，采用2個相同的擺線齒輪裝配在雙偏心套上，且兩者位置相差1 800，擺線輪和偏心套之間的設(shè)計稱為轉(zhuǎn)臂軸承的滾針軸承。擺線齒輪與針齒嚙合，擺線輪在曲軸的帶動下做偏心運動，同時，由于受到針齒的阻礙，在以角速度ω2公轉(zhuǎn)的同時以ω3向反方向自轉(zhuǎn)，其傳動比i2=40。擺線齒輪套在輸出機構(gòu)的銷釘上以ω3的速度帶動輸出機構(gòu)轉(zhuǎn)動完成減速運動。

3 機械結(jié)構(gòu)建模

利用目前應(yīng)用較廣泛的UG NX6.0對所涉及的二級擺線針輪減速器進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模。通過實體建模，可以及時檢驗零件之間是否存在著干涉現(xiàn)象，并能及時修改。下面給出幾個主要部分圖，如圖3～圖6所示。

4 結(jié)論與展望

該文對一種規(guī)格參數(shù)的擺線針輪減速器進(jìn)行了具體設(shè)計，完成了減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和若干個主要零件的強度及剛度校核。結(jié)果表明，該減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，零件強度和剛度均滿足要求。該文使用了三維建模軟件，應(yīng)用電腦虛擬技術(shù)，繪制了減速器三維圖，降低了成本、節(jié)約了時間，提高了裝配質(zhì)量，使產(chǎn)品在較短時間完成了從計算、設(shè)計到樣機制造。

該文中的二級擺線針輪減速器，雖然在一定程度上做了理論研究與仿真分析，取得了一些有價值的結(jié)論成果，但仍有許多方面需要進(jìn)一步研究與完善。在今后研究中，還應(yīng)該注意：二級擺線針輪減速器的廣泛應(yīng)用需要更深厚的理論支持，對運動規(guī)劃的算法也有待進(jìn)一步提高。

擺線針輪減速器的研究在國內(nèi)外日益引起重視，表明了其應(yīng)用會愈加廣泛，產(chǎn)品會更加豐富。

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