混凝土钻孔机传动装置优化设计.pdf
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1、j l 2 6卷 j l 5期 2 0 0 3丰 1 0月 合 肥 工 业 大 学 学 报 ( 自 然科学版) J OURNAL OF HEFEI UNI VERSI TY OF TECHNOLOGY V0 1 2 6 No 5 Oc t 2 0 03 混凝土钻孔机传动装置优化设计 李兵 , 柯 尊忠 ( 合肥工业大学 机械与汽车工程学院, 安徽 合肥2 3 0 0 0 9 ) 一 , 针对谐波齿轮传动的特点, 该文提出一种用谐波齿轮传动代替机器的一般齿轮传动的方案 这种方案能够改善混凝 土佑孔机中传动系统的穗定性 , 同时也可以达到减轻其减速器的质量、 减小体积的目的 文中对谐波齿轮传动的啮
2、合参致进 行 了优 化设 计 关胃 , 谐波齿轮传动I 优化设计I 啮合参致, 齿倜问隙 中置分羹号, T H1 3 2 4 3文献标识码 , A 文章编号: 1 0 0 3 5 0 6 0 ( 2 0 0 3 ) 0 5 0 9 9 6 0 4 Opt i m a l de s i g n o f t r a ns m i s s i o n de v i c e i n t he c o nc r e t e dr i l l e r LI Bi n g, KE Z u n - z h o n g ( Sc I 啪 t o f Ma c h i n e r y a n d Aut o mo
3、 b i l e En gi ne e r i ng。He f e i Uni v e r s i t y of Te c h n ol o g y。He f e i 2 3 0 00 9,Ch i n a) Ab s t r a c t : I n t h e l i g h t o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h a r mo n i c g e a r d r i v e, a d e s i g n i n g p l a n o f u s i n g h a r mo n i c g e a r d r i v e t o t
4、 a k e t h e p l a c e o f g e n e r a l g e a r d r i v e i n t h e c o n c r e t e d r i l l e r i s p u t f o r wa r dTh e s t a b i l i t y o f t he t r a n s mi s s i o n s y s t e m i s i mp r o v e d, a n d t h e we i g h t a n d v o l u me o f t h e r e d u c e r a r e r e d u c e d a t t h
5、e s a me t i me M e s h i n g p a r a me t e r s i n h a r mo n i c g e a r d r i v e a r e o p t i mi z e d i n t h e p a p e r Ke y wo r d s : h a r mo n i c g e a r d r i v e I o p t i ma l d e s i g n;me s h i n g p a r a me t e r s,g e a r b a c k l a s h 0 引 言 混 凝土钻孔机 是建筑和安 装工程中较为理 想的一 种钻孔机具 。
6、 目前 , 这类产 品的传 动装置主要采 用 的是 一般齿轮 传动 , 但 是这种传动方 案在实际应用过程 中存在 以下 问题 : ( 1 )由于其减速器的传动比较大 , 需要二级以上齿轮传动, 这样造成减速器的质量和体积都较大。 ( 2 )混 凝土钻孔机转速 高 , 采 用一般齿轮传动产 生的噪音很大 , 传动不平稳 。 采用谐波齿 轮传动 方案可 以较好地解决 上述 问题 。谐波齿轮传 动是 一种依靠柔性 齿轮 ( g P 柔轮 ) 所 产生的可控弹性变形波来传递运动和力的新型机械传动 。 其基本构件为波发生器日, 柔轮 和刚轮 。 本 文选 用的谐波齿 轮传动结构 型式如 图1所示 。刚
7、轮 。 固定 , 运动 由波发 生器日 输入 , 柔轮 输 出。当 波 发生器 日 转动 时 , 迫 使柔轮产 生弹性 变形 , 使 它的齿与刚轮 的齿 相互作用从而 实现传动 目的 。 就传动 的机理而言 , 谐波齿轮传动与一般的齿轮传动有本质的区别。谐波齿轮传动的运动转换为变形原理 , 而 一 般齿轮 传动的运动转 换则是按 啮合原理实现 的 。在传动过 程中 , 波发生器 转 1圈, 柔轮上 某点变形 t一 日期 , 3 0 0 3 0 3 0 4 作者介 , 李兵( 1 9 8 0 -) , 男 , 安徽舒城人, 合肥工业大学硬士生, 柯】 _ 【 惠( 1 9 4 0 -) , 男
8、, 湖北武汉人, 合肥工业大学教授 , 博士生导师 维普资讯 http:/ 第 5期 李 兵 , 等 : 混凝土钻孔机 传动装置优化设计 9 9 7 的循环次 数称为 波数 【 , , 常用 的有双波和三波 2种 。本 文选用的是双波 传动 ( U-2 ) , 传 动 中柔轮 的应力 较 小 , 结构 比较简单 , 容 易获得大的传动 比。 针对上述问题 , 用谐波齿轮传动替代一般齿轮传动的主要 原因为: 谐波齿轮传动的传动 比大且范围宽, 例如单级传动的传 动比可在 5 0 ,- - 5 0 0 范围内; 谐波齿轮传动工作时, 同时参与啮合 的齿对数 多 , 传动平 稳 , 承载能力高 ;
9、在相 同的工 作条件下 , 谐 波 齿轮 传动 减 速器 的体积 一般 可 比普 通齿轮 减 速器 的体积 减少 2 O “5 0 , 质 量减少 3 O “5 0 嵋 。 1 优化数学模型 E=L- , , c: 田 1 谐 波齿 轮传 动结 构 简圈 1 1 确 定设 计变量 谐波齿轮 传动 的啮合参 数受到诸 多因素 的限制 , 其中 以柔轮变 位系数 、 刚轮变位 系数 。 、 齿廓工 作段高度 和柔轮非变形端转角 的变化对啮合性能的影响最为显著 。 故取设计 变量为 一 1 , 2 , 3 , 一 1 , 2 , , h 1 2 建立 目标函 数 谐 波齿轮 的传 动质量 很大 程度
10、上取决于合理 的齿侧 间 隙, 为此 采 用 最佳 啮合侧 隙的设计 方法 3 来确定 啮合参数 。 这种设计方法 的实质是 : 在啮合参数满足一 系列约束的条件下 , 使 I 五一 I 的值 为最小 。 其 中 , 五为切 向侧 隙 , 岫 为按照 传动使用 要求 给定 的最小 允许侧 隙值 。计算侧 隙 , 如 图 2所示 。 J_一 设柔轮齿顶坐标为 K ( 墨 , ) , 以r M 一x: + 为半径作弧与 相邻 刚轮齿廓相交 , 求得 对应点 K。 ( Xz 。 , Yz 。 ) 。通过计算 K 和 K。 点的 坐标便可 以求 出齿侧 间隙 。经计算 圈2 计算 隙简圈 f l r
11、1 s i n b 一 ( 。 1 0 1 ) + u , l c o s a o c o s b 一 ( 。 1 0 1 + 口 o ) ) + p s i n 一 r M s i n l 1 = r 1 c 0 s 一 ( 。 1一 O D一 u , l c o s a o s i n 一 ( 。 1 0 1 + 口 o ) )+ p c o s i F M C O S f XK 2 = r z s i n 一 ( 。 K 2 一 O t ) + u x z c o s a o c o s 一 ( u z z 一 0 2 + 口 o ) ) 1 = r 2 c o s E 一 ( 。 l
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