重慶大學(xué) 精密傳動及系統(tǒng) 作業(yè)

1、研究生課程考核試卷（適用于課程論文、提交報告）科 目： 教 師： 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 類 別： 上課時間： 年 月至 年 月 考 生 成 績：卷面成績平時成績課程綜合成績閱卷評語： 閱卷教師 (簽名) 重慶大學(xué)研究生院1 簡述3種常見的精密傳動及其特點精密傳動是機械傳動的一種形式，主要是應(yīng)用在機器人、數(shù)控車床等需要實現(xiàn)高精度運動的要求。精密齒輪傳動具有傳遞精度高、傳動回差小、間隙小、系統(tǒng)響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)比較緊湊等優(yōu)點。精密傳動的主要形式包括諧波傳動、擺線鋼球傳動、RV傳動。1.1 諧波齒輪諧波傳動是50年代中期隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在薄殼彈性變形的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動技術(shù)，

2、由于該傳動具有運動精度高、回差小、傳動比大、重量輕、體積小、承載能力大、并能在密閉空間和介質(zhì)輻射的工況下正常工作等優(yōu)點，現(xiàn)在這種傳動已經(jīng)被成功的應(yīng)用到能源、通訊、機床、儀器儀表、機器人、汽車、造船、常規(guī)武器、紡織、冶金、印刷機構(gòu)以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域，諧波傳動已成為應(yīng)用最廣泛的一種精密傳動形式。該傳動的基本原理由美國學(xué)者C.W.Musser于1955年提出，很快就引起世界各國學(xué)者的密切注意，并且積極的投入到該種傳動更深入的理論研究中。我國從1961年開始諧波齒輪傳動方面的研制工作，并先后研制成多種類型的諧波齒輪傳動裝置。如傳動誤差小于9、回差小于4的高精度諧波齒輪傳動裝置、噪聲小于45分貝的高靈敏

3、度小型諧波齒輪傳動裝置、用于水下極光探測儀的諧波傳動裝置，以及用于導(dǎo)彈發(fā)射架、雷達傳動系統(tǒng)中的動力諧波傳動裝置等，為我國諧波傳動的研制、開發(fā)工作打下了堅實的基礎(chǔ)。諧波齒輪特點如下：（1）結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積?。?）傳動比范圍大。單級諧波減速器傳動比可在 50300 之間。（3）同時嚙合的齒數(shù)多、運動精度高、承載能力大。雙波諧波減速器同時嚙合的齒數(shù)可達 30%，甚至更多些。對于直齒圓柱漸開線齒輪同時嚙合的齒數(shù)只有 12 對。多齒嚙合的誤差平均效應(yīng)可以提高諧波的傳動精度，嚙合齒對的增加也使其承載能力大大增強。（4）運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。諧波減速器齒的嚙入、嚙出是隨著柔輪的變形，逐漸進入和逐漸

4、退出剛輪齒間的，嚙合過程中齒面接觸，滑移速度小，且過程平穩(wěn)。（5）齒側(cè)間隙可以調(diào)整。柔輪和剛輪齒間齒側(cè)間隙主要取決于波發(fā)生器長軸的最大尺寸，及兩齒齒形誤差，因此可以通過調(diào)節(jié)減小其傳動回差，某些情況甚至可以是零側(cè)隙。（6）傳動效率高、齒面磨損小而均勻。當(dāng)正確選擇齒形參數(shù)時，柔輪齒與剛輪齒將沿一條滑動路徑很短的軌跡移動，加之柔輪齒的運動是靠波發(fā)生器產(chǎn)生的變形波來傳遞的，因而齒面的相對滑動速度低，并且由于嚙合齒面高度同曲接近面接觸，因此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，且嚙合齒面的相對滑動速度低，因此齒面磨損小而均勻。并且效率很高，隨速比的不同（i=60-250），效率約在 65

5、96%左右。（7）同軸性好通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，諧波齒輪減速器的高速軸、低速軸可位于同一軸線上。1.2 擺線鋼球傳動隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，精密機械對其伺服傳動機構(gòu)的工作精度及其他傳動性能的要求越來越高，為了適應(yīng)這一發(fā)展要求，近年來國內(nèi)外科研人員研發(fā)出了一種新型精密傳動機構(gòu)擺線鋼球行星傳動機構(gòu)。這種機構(gòu)利用活動的鋼球作為傳動中介體代替齒輪的輪齒作無側(cè)隙嚙合傳動，以傳遞同軸間的運動和動力，并完成運動速度的變換。該機構(gòu)具有無回差傳動、承載能力強、傳動比范圍廣和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。（1）無回差傳動 擺線鋼球行星傳動的結(jié)構(gòu)組成是在行星盤和中心盤的端面上分別加工有內(nèi)、外擺線封閉槽，在兩擺線封閉槽的交錯區(qū)域內(nèi)等距放

6、置鋼球來傳遞運動和動力，由于其嚙合副具有四點接觸的無側(cè)隙嚙合結(jié)構(gòu)，同時配以無隙等速輸出機構(gòu)和間隙調(diào)節(jié)機構(gòu)，因此具有無回差傳動的獨特性能，在經(jīng)常頻繁往復(fù)工作的高精度傳動機構(gòu)中具有良好的應(yīng)用前景。（2）承載能力強 擺線鋼球嚙合副具有空間四點接觸的嚙合結(jié)構(gòu)，鋼球與內(nèi)、外擺線封閉槽同時嚙合。在傳動過程中所有嚙合副均參與傳動，傳動重合度大，承載能力強。此外，采用短幅擺線齒形和無側(cè)隙嚙合結(jié)構(gòu)，使擺線封閉槽齒廓曲面過渡平穩(wěn)，鋼球與擺線封閉槽連續(xù)嚙合接觸，避免了傳動中的嚙入、嚙出沖擊，傳動平穩(wěn)、低噪聲。（3）傳動比范圍廣 擺線鋼球行星傳動采用少齒差行星傳動的基本結(jié)構(gòu)，單級結(jié)構(gòu)的傳動比為行星盤齒數(shù)的一半。二級串

7、聯(lián)和二級并聯(lián)等新型擺線鋼球行星傳動結(jié)構(gòu)的相繼提出，進一步擴大了傳動比的范圍。（4）結(jié)構(gòu)緊湊 在相同傳動比及承載能力條件下，擺線鋼球行星傳動機構(gòu)具有較小的結(jié)構(gòu)形式。1.3 RV傳動RV傳動是在少齒差行星傳動的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型精密傳動，自1986年日本開發(fā)并投放市場以來，作為機器人用傳動裝置是剛性最高的一種低振動傳動裝置，因而得到廣泛應(yīng)用。這種傳動裝置通常帶有W輸出機構(gòu)，稱為K-H-V型行星傳動。其基本特點可以概括以下： （1） RV 減速器的體積小，質(zhì)量輕，承載能力強，約是其他減速器的；（2） RV 減速器的傳動平穩(wěn)、噪音低，在兩級減速機構(gòu)中，處于第二級的擺線針輪傳動，兩片擺線輪呈 18

8、0°相位角對稱分布，嚙合齒數(shù)較多，曲柄軸與擺線輪之間通過滾動軸承接觸，極大地增加了整個傳動機構(gòu)的穩(wěn)定性，另外由于轉(zhuǎn)臂軸承個數(shù)的增多，使得軸承內(nèi)外環(huán)的相對轉(zhuǎn)速下降，從而提高了軸承的使用壽命；（3） 由于是二級減速，所以傳動比范圍大，N = 31171；其傳動效率高達 85% 92%；（4） 通過合理的設(shè)計方案，保證適當(dāng)?shù)闹圃彀惭b精度，可以實現(xiàn)較高的傳動精度與較小的回差；（5） 采用了行星架輸出，行星架左端是剛性的大圓盤，其扭轉(zhuǎn)剛度大，抗沖擊性能強。2 一諧波齒輪減速器柔輪的齒數(shù)為120，內(nèi)齒輪齒數(shù)為122，試畫出機構(gòu)簡圖并計算傳動比。繪制結(jié)構(gòu)簡圖，如圖所示圖1 諧波齒輪結(jié)構(gòu)簡圖解：如圖

9、所示，為兩個自由度（）的差動諧波齒輪機構(gòu)。該機構(gòu)含有三個基本構(gòu)件：波發(fā)生器、柔輪和剛輪。當(dāng)其中的一個基本構(gòu)件被固定時，則上述差動諧波機構(gòu)將變成為具有一個自由度（）的行星諧波齒輪機構(gòu)；而差動機構(gòu)中的每一個基本構(gòu)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(gòu)件進行指明，故分為以下三種情況計算：（1）當(dāng)波發(fā)生器固定（），（如圖2（a）其傳動比為：圖2a 波發(fā)生器固定a）柔輪輸入，剛輪輸出時，b）剛輪輸入，柔輪輸出時，（2）當(dāng)剛輪固定（），（如圖2（b）其傳動比為：圖2b 剛輪固定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(dāng)柔輪固定（），（如圖2（c

10、）其傳動比為：圖2c 柔輪固定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，3 畫出RV擺線針輪行星傳動的簡圖，簡述其傳動原理和特點，并計算其自由度。 圖3 RV擺線針輪行星傳動簡圖執(zhí)行電機的旋轉(zhuǎn)運動由中心輪傳遞給n個行星輪；且進行第一級減速。行星輪的旋轉(zhuǎn)運動傳給轉(zhuǎn)臂（曲軸）H，致使擺線輪產(chǎn)生偏心運動。當(dāng)針輪固定（與機架連成一體）時，擺線輪一邊隨轉(zhuǎn)臂H產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，一邊饒著軸產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，通過支撐圓盤上的軸承，將擺線輪的角速度傳遞給輸出軸，且有：；即使輸出圓盤與擺線輪組成傳動比i等于1的雙曲柄式輸出機構(gòu)。RV傳動是在擺線針輪傳動基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種封閉式行星傳動。RV（Rotary V

11、ector）傳動是日本80年代開發(fā)的新型減速器，特別適用于載荷大（輸出扭矩大于200NM）、過載能力高、剛度高的場合。RV傳動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(gòu)。RV減速器中采用雙支撐，將兩片擺線輪安裝于兩端軸承支撐的中空轉(zhuǎn)子中，輸出仍采用銷形輸出，但形狀為一扇形。這種設(shè)計使之結(jié)構(gòu)緊湊，剛性非常大。其特點為：（1） RV 減速器的體積小，質(zhì)量輕，承載能力強，約是其他減速器的；（2） RV 減速器的傳動平穩(wěn)、噪音低，在兩級減速機構(gòu)中，處于第二級的擺線針輪傳動，兩片擺線輪呈 180°相位角對稱分布，嚙合齒數(shù)較多，曲柄軸與擺線輪之間通過滾動軸承接

12、觸，極大地增加了整個傳動機構(gòu)的穩(wěn)定性，另外由于轉(zhuǎn)臂軸承個數(shù)的增多，使得軸承內(nèi)外環(huán)的相對轉(zhuǎn)速下降，從而提高了軸承的使用壽命；（3） 由于是二級減速，所以傳動比范圍大，N = 31171；其傳動效率高達 85% 92%；（4） 通過合理的設(shè)計方案，保證適當(dāng)?shù)闹圃彀惭b精度，可以實現(xiàn)較高的傳動精度與較小的回差；（5） 采用了行星架輸出，行星架左端是剛性的大圓盤，其扭轉(zhuǎn)剛度大，抗沖擊性能強。根據(jù)RV型行星機構(gòu)的傳動簡圖，其自由度計算如下： ， ， ，4 討論擺線針輪行星傳動的主要失效形式和計算準(zhǔn)則 失效形式主要有以下的三點：（1）擺線齒輪與針齒工作表明發(fā)生疲勞點蝕或膠合及針齒銷折斷。尤其在大功率或制造誤

13、差較大時，這種破壞往往是主要形式。（2）W機構(gòu)的柱銷彎曲強度不夠、柱銷彎斷；或柱銷套與柱銷孔工作表面的點蝕、膠合或柱銷的折斷。尤其在重載、間斷工作情況下，W機構(gòu)的柱銷可能是薄弱環(huán)節(jié)，減速器的承載能力將受W機構(gòu)的限制。（3）轉(zhuǎn)臂軸承的疲勞破壞。尤其在滿載、連續(xù)工作的情況下，減速器的承載能力和使用壽命往往受轉(zhuǎn)臂滾動軸承壽命的限制。計算準(zhǔn)則 為防止齒面發(fā)生疲勞點蝕和膠合破壞，要進行擺線輪和針齒嚙合齒面的接觸強度計算。為防止針齒銷折斷，要進行針齒銷的彎曲強度計算。轉(zhuǎn)臂軸承是擺線針輪行星傳動中的一個薄弱環(huán)節(jié)，所以要進行轉(zhuǎn)臂軸承的壽命校核。 5螺旋傳動有哪些類型？各有何優(yōu)缺點？螺旋傳動是通過螺桿

14、和螺母的旋合傳遞運動和動力。它主要是將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，以較小的轉(zhuǎn)矩得到很大的推力，或者用以調(diào)整零件的相互位置。當(dāng)螺旋不自鎖時，也可以將直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動。螺旋傳動由螺旋（螺桿）和螺母組成，一般用來將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，它具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、機械增益高和傳動均勾、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點，在小到精密儀器、大到重型軋鋼機等工業(yè)部門，獲得了廣泛的應(yīng)用。螺旋傳動的類型有以下情況：根據(jù)螺紋副的摩擦狀態(tài)，螺旋傳動可分為滑動傳動、滾動傳動、靜壓傳動三大類。（1）滑動螺旋的性能特點：摩擦阻力大，傳動效率低，一般僅0.30.7。當(dāng)螺旋伸角小于摩擦角時，反行程自鎖，此時效率低于0.5磨損快運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，

15、但低速或微調(diào)時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，螺紋間有側(cè)向間歇，定位精度低，軸向剛度較差；結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低。（2）滾動螺旋的性能特點：摩擦阻力大，傳動效率在0.9以上，具有傳動的可逆性；工作壽命長，平均約為滑動螺旋的10倍；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動時無顫動，低速時無爬行；可得到很高的定位精度和軸向剛度；不能自鎖，抗沖擊和及承受徑向載荷的能力差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高。（3）靜壓螺旋的性能特點：摩擦阻力極小，傳動效率在0.95以上。無自鎖性，具有傳動的可逆性；磨損小，壽命長；承載能力和抗振性好，工作平穩(wěn)，低速時不爬行；反向時無空行程，具有很高的定位精度和軸向剛度；螺母油腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高。

16、根據(jù)使用要求的不同，螺旋傳動分為三類：（1）傳力螺旋主要傳遞動力和能量（利用機械效益高的優(yōu)點），如用于螺旋壓力機，螺旋起重器等機械；（2）傳導(dǎo)螺旋，主要傳遞運動（利用傳動均勻、平穩(wěn)、準(zhǔn)確等優(yōu)點，并可以簡化傳動系統(tǒng)），如用于機床刀架、工作臺等進給機構(gòu)；（3）調(diào)整螺旋，調(diào)整并固定零部件間的相對位置（利用移動位移小的優(yōu)點），如用于電機在導(dǎo)軌上的調(diào)整和固定等。6滾珠絲杠副選擇的原則和方法是什么？ 滾珠絲杠副是一種新型的螺旋傳動元件，在機床工業(yè)、汽車工業(yè)、自動控制系統(tǒng)、航空工作、船舶工業(yè)和兵器工業(yè)等各個部門皆獲得了日益廣泛的應(yīng)用。滾珠絲杠副具有高效率和高精度的特點，并具有高速特性和耐磨損性及運動可逆性等

17、特性，是普通絲杠副不可能具備的，所以滾珠絲杠副已成為非常有效的、普遍適用的螺旋傳動元件。目前選用滾柱絲杠副的方法一般是按照滾珠絲杠副的額定靜載荷（其轉(zhuǎn)速）和額定動載荷（其轉(zhuǎn)速）及傳動比的要求，來確定所需要的滾珠絲杠副的公稱直徑和基本導(dǎo)程。從實際應(yīng)用中得知，滾柱絲杠副的螺紋滾道，在一定的軸向載荷作用下，經(jīng)歷一定的應(yīng)力循環(huán)后，就要產(chǎn)生疲勞點蝕現(xiàn)象。因此，當(dāng)滾柱絲杠副較高轉(zhuǎn)速（一般轉(zhuǎn)速）下工作時，應(yīng)按其壽命選擇其基本尺寸，并校核其載荷能力是否超過額定動載荷。當(dāng)滾柱絲杠副在較低轉(zhuǎn)速（一般轉(zhuǎn)速）下工作時，應(yīng)按其壽命和額定靜載荷兩種方法確定其基本尺寸，并選擇其中較大的。當(dāng)滾柱絲杠副在靜載荷下工作時，則只需

18、按額定靜載荷選擇其結(jié)構(gòu)尺寸。具體選擇流程如圖下圖所示：圖4 滾珠絲杠副選用原則7精密傳動中嚙合副消隙機構(gòu)有哪些？分別指出其優(yōu)缺點 理論上一對齒輪在嚙合時應(yīng)該無側(cè)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(cè)間隙，齒輪傳動機構(gòu)都有側(cè)隙存在，側(cè)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(cè)隙同時又給機構(gòu)在反轉(zhuǎn)時帶來空程，使機構(gòu)不能準(zhǔn)確定位。為了減少或消除側(cè)隙給機構(gòu)帶來的不利影響，需要采用消隙系統(tǒng)。常見的消隙機構(gòu)有：· 機械消隙：可自動補償式機械消隙，通過彈性原件自動補償間隙。（1）彈簧消隙：該機構(gòu)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(dāng)齒輪轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用在齒輪傳動