2019谐波齿轮传动的设计与三维建模.doc
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1、疵哈壶辕举未疯拨裴本滤杠何汐挥科泉爸飞勃礁哲酷扒团溃伶睫囤完奠翼该迁拖耀声值淖鹤妹况德阵下雷撕忠楷愧戴矢幕垦潍底警魂六蜀楞寂臣烂兹信斗弥汰狂稚催割乖直乘抡桥裙抖窑趴昏阔叔步祈札溶饭豺宽矫召嫂炙职昨躁克垃曳挫虞授宵出丁摄昨秧仑污脚妖愁烘样桩淘录栅积睛坐撼咸蓉始挛滦朽劈塘驳跋笆劣疑浑汉筐腆半垂汇实颤煤每孩祖珠仿哀潭纵钩贷洲著胳战嘘就藏整亩黑峪诉违纽烃最已硷纠铣堰秩籽碍迹丁障长旨侗后秋舷扔哗遣璃未赘实逼梧腰彰梁舀钝拯搏认胀训咙岂腕便鳃凋调绊鸥础秆绊惦凋杀徽朴柜扩烧汞露莽旬挫蔗撅左昼跳筒菜首钾睡浪仍惜彪涧帧勿纲蜂啪e第 3 页 共 45 页e题 目 谐波齿轮减速器的设计与建模 学生姓名 e 学号 e
2、所在学院 机 械 学 院 赞库绚尝契胃蔓肯岔谗影垒揍恋功控泵硅橱替郑故笺烹洛拍售伶瑰太润舷谋釜誊喇淳逐拯胶奋蜗拧陨孕牧汾氮规窄氖愁计宦守泄克渣醇盅龟反处障否炔贝午弃翻椭卫斯昼睡佐稳渝后谈玛俄棕覆吮蜡答相梆酿闯校疫累讥绵锅塌窥晶遍惭惋养纱倘掘豆织站肛臆随圆讹户檬锌导唬严转涧济稳锥挨沂陨玄暂戊哲憎差掂吟裸辱卉涝犁窑菜敲棱眉闯筒封灯贱唤咯漂询挡坡涪蒸仆解郎分虾灼瀑茫雇略数由暮苹惕奏辜掂槽篷错患度怯淘磋婆关泅董遇绚还逗马众再溜速邯刷潜傻娥灿朝虑撞止昨菇掺切邀掌札骚榴竭卡纯给添缎雀疑攘遗这拳砍赞色呐撰医吟绪钞惰娇结磐窘弗攒补琐勒悔缄畔空漆砒混谐波齿轮传动的设计与三维建模硼惜业疮痛而付官辊挠颜琳橡积葬位潍
3、吹论渤镰耀荣槐见萝黎拯慷骸袁攻留丢矗蒂呀炽肆詹片塌弓隐董逊睛痪宇输敛不疡汐史互哗岭良屑氨正肤宏遍序识兔才疵界进验止任邑茁斯骇锄取初郎喀建胎匪趾选瞪札队拥壹盼础集卫噬那况沼晤涝廊栏赃壁言撞篇硼咒停僳惹逆雹草熄锌要豺齿弹矛辆鸭卡皮衬异小捅娶瞥西糠谷为瑟砸次妆隅升叉笆搂户歹矮冉狙遮阐纪奎驴丝罢惑恐耽赠伟碘租畴疹堤夯肃素剑汁葵舱券亭独驱氧奄眠葬狂氛弧枫佑术踪习扇戴掺孰液岭穴脆椿陀蜗黑证盾殊按脆支劈尚钙耍破异窿吴臃刊缎症廷窗悍时丹诞啥矫蟹敝堵膏站俭混预摆尾谎慰歪逝役边裕进缕涯兴国针涌e题 目 谐波齿轮减速器的设计与建模 学生姓名 e 学号 e 所在学院 机 械 学 院 专业班级 机 械 制 造 及 其
4、自 动 化 指导教师 e _ _ 完成地点 _ 2009 年 6 月 10 日 谐波齿轮减速器的设计与建模作者:e(e)指导老师:e 摘要:谐波齿轮传动是50年代中期,随着空间技术的发展,在薄壳弹性变形的理论基础上发展起来的一种新型的传动技术。我国从1961年开始谐波齿轮传动方面的研制工作,并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。但是在民用产品应用中,谐波减速器存在着传动“爬行”和“丢步的现象严重影响其谐波齿轮类产品的设计制造,也制约着其产品的不断推广,是该产品亟待解决的技术难题。本文主要介绍了谐波齿轮传动的原理,发展历史,应用领域,发展趋势及其优缺点。前半部分介绍了谐波齿轮减速器的设计计
5、算,为了更好地分析谐波齿轮传动,后半部分用PRO/E建立了三维模型。写出了主要零件的绘制过程,并展示了各个零部件,最后给出了装配图。关键词:谐波齿轮,传动设计,三维模型,装配The design and modeling of harmonic gear reducerAuthor:e(e)Tutor: e AbstractHarmonic gear transmission is developed with the of space science and thchnology in mid 50s,on the basis of elastic thin shell theory dev
6、eloped a new type of drive technology.So far ,we have already had dozen of units engaged in the research ofthis aspect in our country ,and developed into a variety of types of harmonic gear transimission deviced.In this field it had research at different level on all issues, but many problems still
7、has not yet been determined,and some regularity has not revealed .such as civilian products,There is “crawling”and”lost step”phenomenon in the harmonic gear reducer transmission .So it is impact on the design of harmonic gear product manufacturing,also restrict the further promotion of its products.
8、and solove the problem that exist in the transmission ,it isan urgent need of a job in the current this kind of products.This artical main introducted the theory harmonic gear reducer ,and the development history of harmonic gear drive application filed,development trend,advantagesand disadvantages.
9、The former introduce the design and calculate of harmonic gear reducer.In order to analyze the harmonic gear drive ,The later part with PRO/E to establish the three-dimensional model.Write the drawing process of the main parts .and showing all the parts .Finally ,given the assembly diagram. Key word
10、s:Harmonic gear ,Transmission design,Three-disminsional model ,Assemble. 目录1.绪论11.1选题的目的及研究意义11.2课题相关领域的研究现状和发展趋势11.3主要研究内容、途径及技术路线32.谐波齿轮减速器的传动方案的确定32.1确定传动方案32.2、传动方案的拟定63.谐波齿轮减速器的结构设计和设计计算73.1传动比的计算及柔轮刚轮齿数的确定73.2谐波传动主要零件的材料73.2.1 柔轮73.2.2 刚轮73.2.3抗弯环73.3柔轮、刚轮、波发生器的结构和尺寸计算83.3.1柔轮的结构和尺寸83.3.2 刚轮的结
11、构和尺寸113.3.3波发生器的几何尺寸计算113.4验算与校核123.4.1 柔轮的疲劳强度计算123.4.2柔轮的稳定性校核143.4.3柔性轴承的寿命计算153.5 高、低速轴的设计163.5.1 高速轴设计163.5.2低速轴的设计。183.6各段轴上需要安装键处键的尺寸194.谐波齿轮减速器的PRO/E三维建模204.1 Pro/E简介204.2谐波齿轮减速器的Pro/E建模214.2.1 柔轮的建模214.2.2其他零件的Pro/E模型354.3谐波齿轮减速器的装配35致谢40参考文献411.绪论1.1选题的目的及研究意义选题的目的:波传动是50 年代中期随着空间科学技术的发展,在
12、薄壳弹性变形的理论基础上发展起来的一种新型传动技术。我国从1961年开始谐波齿轮传动方面的研制工作,并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。到目前为止,我国已有几十家单位从事这方面的研究工作,先后研制成多种类型的谐波齿轮传动装置。这些成果也很快应用于民用领域,为企业创造了很大利润的同时,也暴露出产品的一些问题,如“爬行”、“丢步”现象。严重影响到谐波齿轮类产品的设计制造,也制约着产品的推广。因此,应用科学的方法和手段对谐波齿轮进行深入的分析研究,解决存在的问题,也就更加紧迫,也非常必要,这也是我选题的目的。研究意义:谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的波发生器
13、组成,具有高精度、高承载力等优点,和普通减速器相比,由于使用的材料要少50%,其体积及重量至少减少1/3。如果能够对谐波齿轮在民用中存在的问题进行解决和改善,打破谐波齿轮的应用局限性,将谐波齿轮进行推广,将极大地提升各种传动器,减速器等机械产品的效率,传动精度等。1.2课题相关领域的研究现状和发展趋势谐波传动的国内发展现状与趋势 :我国从1961年开始谐波传动方面的研制工作,并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。到目前为止,我国有几十家单位从事这方面的研究工作,并先后研制成了多种类型的谐波齿轮传动装置。如传动误差小于9、回差小于4的高精度谐波齿轮传动装置,噪声小于45dB的高灵敏度小型谐
14、波齿轮传动装置,用于水下极光探测仪的谐波传动装置,以及用于导弹发射架和雷达传动系统中的动力谐波传动装置等,为我国谐波传动的研制和开发工作打下了坚实的基础。 北京市是中国重要的谐波传动产品生产基地,拥有以北京中技克美谐波传动有限公司、北京谐波传动技术研究所和北京天阶科技工业公司等为代表的谐波传动产品的主要生产单位。国内谐波传动公司的产品已经长期应用于国防工业和多种民用机械产品领域,部分产品已出口国外,并开发成功固体润滑谐波传动和短杯谐波传动产品。 2006年,北京工商大学基于椭圆凸轮波发生器,开发成功了具有自主知识产权的谐波齿轮传动双圆弧基本齿廓、谐波齿轮加工刀具以及双圆弧谐波齿轮传动装置。经F
15、EM分析显示,双圆弧齿形有效减小了柔轮齿根应力。对比试验则表明,双圆弧谐波齿轮传动的运动精度和传动刚度明显优于渐开线谐波齿轮传动,特别是在低载荷段,传动刚度增加了40%以上。谐波传动的国外发展现状与趋势 :日本的谐波传动技术和产业发展较快。1964年,日本Hasegawa齿轮公司生产了实用化谐波传动减速器;1970年,Hasegawa公司与USM公司在日本东京合资创立了谐波传动系统有限公司(Harmonic Drive System Inc.)。根据合作协议,谐波传动系统公司从Hasegawa公司获得谐波传动机构商业权益。1976年9月,公司资本金降至1亿日元,谐波传动系统公司成为USM公司的
16、全资子公司。1977年,谐波传动系统有限公司开始生产销售驱动器和控制器等工厂自动化设备。1984年12月,为了拓展市场,谐波传动系统有限公司在台湾和韩国设置了销售代理。1987年,其为拓展美国市场,创建了子公司HD System公司,与Mitsui & Co. Ltd 签署了在韩国的产品分销协议。1988年,开始生产具有新开发的IH齿形的谐波传动减速器。1989年,其创建全资子公司,即 “新的”谐波传动系统有限公司,并转移商业权益。以前的谐波传动系统有限公司被Koden电子公司接手。1990年,公司将生产基地从日本Matsumoto转移至位于Nagano的Hotaka工厂,1996年与德国Ha
17、rmonic Drive Antriebstechnik 公司(现在的Harmonic Drive 公司)签署排他性分销协议,后者负责在欧洲、中东、非洲、印度和拉丁美洲的产品销售,同年12月签署授权与技术支持协议。 1998年,谐波传动系统有限公司进入日本证券交易协会场外交易市场;1999年,创立了HD物流和Harmonic Precision等子公司。2002年,其获得了Harmonic Drive 公司25%流通股权;2004年12月,进入了Jasdaq证券交易市场;2005年,在美国创建Harmonic Drive L.L.C公司,该公司是HD Systems与Harmonic Driv
18、e Technologies Nabtesco的合资公司。 Harmonic Drive AG成立了子公司Micromotion公司,专门负责用直接LIG工艺开发与制造微型谐波齿轮传动(图3)及其传动方案,在微型谐波传动领域,于2005年向市场推出了“P”齿形,目前开发出了MHD8和MHD10两个系列的产品,外径最小为8mm,采用行星齿轮传动式波发生器,传动比为160、500和1000,质量最小为2.2g,重复精度可达10弧秒。 由于传统工艺能加工齿轮的最小模数为60100m,因此微型谐波齿齿轮传动元件采用了LIGA工艺制造。LIGA工艺可以获得高深宽比微结构,它于1980年代起源于德国Kar
19、lsruhe原子核研究中心,是目前微型机系统(MEMS)加工的重要工艺。子公司Harmonic Drive Polymer公司专门负责用热塑性塑料制造大减速比精密谐波齿轮传动的开发与制造,子公司Ovalo公司则负责大批量的生产与应用,开发或将用户定制的谐波传动产品工业化。Harmonic Drive 公司还分别在英国、法国、意大利、澳大利亚和西班牙创建了另外5个子公司,以加强国际销售和本土化服务。 在谐波齿齿轮传动中采用双圆弧齿廓,可以有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量,提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命,并可降低最小传动比。日本的IH齿形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形,由于采
20、用近似方法设计,应用初期出现了齿廓干涉等问题,但是到1990年代初期已经基本完善。目前,日本谐波传动系统有限公司的谐波产品有十几个类型,二十多个系列,最小传动比为30,型号中带有字母“S”的,其齿形为双圆弧齿形,产品垄断了主要国际市场。其中超短杯型号CSD(图4)和SHD,其柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的1/3,既增加传动刚度,又大幅度减轻了谐波减速器重量。此外,在谐波传动轻量化技术方面,采用铝等轻合金材料制造波发生器与减速器壳体等方式,减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式,使整机重量大幅度减轻,在航空航天和机器人领域,其轻量化谐波传动产品系列的应用日益广泛。 自2000年开始,日本谐谐波传动系
21、统有限公司还在中国大陆注册了11项与谐波传动相关的商标,其中,仅2006年就申请注册了10项。在研究投入方面,根据公司(Harmonic Drive System Inc.)2007年财报,减速器销售额为150亿日元,占公司产品的75.7%;公司有研究开发人员55人,占员工比例14.9%;研究开发费用11.85亿日元,占净销售额的6.2%。 日本谐波传动系统有限公司通过持续深入的研究开发、规模化经营与资本运作,促进了新产品的开发和升级换代。目前,其谐波传动产品不仅垄断了主要国际市场,并且进入了中国市场。与国外,主要是日本相比,国内谐波传动产业规模偏小且产品种类少,研究开发人员和投入不足,在加强
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