1、 绪 论 摆线针轮行星传动属于 K-H-V 型的一种比较新型的传动。它与渐开线少齿差行星传动的区别，在于啮合齿廓的不同，它是一种以针齿齿轮与摆线齿轮为共轭齿廓的内啮合行星传动。这种传动形式，国外是在 30 年代出现的，我国在 60 年代已开始生产这种减速器。 自 20 世纪 60 年代以来，我国先后制订了 JB1130-70圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器 25 万台左右，对发展我国的机械产品 做 出了贡献。 20世 纪 60 年代的减速器大多是参照苏联 20 世纪 40-50 年代的
2、技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。 改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低 速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从 JB179-60 的 8-9 级提高到 GB10095-88 的 6 级，高速齿轮的制造精度可稳定在 4-5 级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力 、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。 我国自行设计制造的高速齿轮减 (增 )速器
3、的功率已达 42000kW ，齿轮圆周速度达 150m/s 以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。 通用减速器的发展趋势如下： 高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高 4 倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。 积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充 和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。
4、促使减速器水平提高的主要因素有： 理论知识的日趋完善，更接近实际 (如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等 )。 采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控 制水平提高。 结构设计更合理。 加工精度提高到 ISO5-6 级。 轴承质量和寿命提高。 润滑油质量提高。 现有的各类减速器多存在着消耗材料和能源较多，对于大传动比的减速器，该问题更为突出。由于减速装置在各部门中使用广泛，因此，人们都十分重视研究这个基础部件。不论在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提高承载能力以及降低成本等等方面，有所改进的话，都将会促进资源 (
5、包括人力、材料和动力 )的节省。 可以预见，新型减速器在国内外市场中的潜力是很大的，特别是我国超大型减速器(如水泥生产行业，冶 金，矿山行业都需要超大型减速器 )大多依靠进口，而本减速器的一个巨大优势就是可以做超大型的减速器，完全可以填补国内市场的空白，并将具有较大的经济效益和社会效益 。 第一章 减速器的工作原理、特点、功能 1.1 工作原理 在输入轴上装有一个错位 180的双偏心套，在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成 H 机构、两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构，（为了减小摩擦，在速比小的减速
6、机中，针齿上带有针齿套） 。 当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助 W输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。 1.2 特点 a) 体积小、重量轻 由于采用了行星传动结构与紧凑的 W 输出机构，使整个摆线针轮减速器装置结构十分紧凑，因此缩小了体积，减轻了重量，与同功率的定轴轮系图同减速器相比，摆线针减速器的体积可减小 1/22/3；重量约减轻 1/31/2. b) 传动比范围大。单级
7、传动为 6119,两级传动比为 1217569；三级传动比可达 658503 c) 效率高。一般单级效率为 0.90.95. d) 运行平稳，噪声低 摆线针齿啮合齿数较多，重迭系数大以及具有机械平衡的原理，使振动和噪声限制在最小程度。 e) 使用可靠，寿命长 由于摆线针轮行星减速器装置是多齿啮合，每个齿的承载相应减小，并且使部分滑动摩擦改善为滚动摩擦，有加上制造精度高，因此使用寿命比一般的减速装置提高 12 倍。 1.3 功能 减速器是一种动力传达机构， 将电动机输出的较 高转速通过直径、模数不同的齿轮传动 ，将回转数减速到所需要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速器用 来降低转速增大扭矩和降
8、低负载 /电机的转动惯量比 。 第二章 Pro/e 简介 1985 年， PTC 公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988 年， V1.0 的 Pro/ENGINEER 诞生了。经过 10 余年的发展，Pro/ENGINEER 已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER2000i2。 PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能， 还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。 Pro/ENGINEER 还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就 Pro/ENGINEER 的特点及主要模块进行简单的介绍
9、。 Pro Engineer Pro/Engineer 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。 Pro/Engineer 是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专 用功能来实现，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、倒角（ Chamfers）和抽空（ Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，
10、这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印 机。 Pro/Engineer 还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer 软件的其它模块或自行利用 C 语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下 (没有任何附加模块 )具有大部分的设计能力，组装能力 (人工 )和工程制图能力(不包括 ANSI， ISO， D
11、IN 或 JIS 标准 )，并且支持符合工业标准的绘图仪 (HP， HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 Pro/Engineer功能如下 ： 1） 特征驱动（例如：凸台、槽 、倒角、腔、壳等）； 2） 参数化（参数 =尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； 3） 通过零件的特征值之间，载荷 /边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。 4） 支持大型、复杂组合件的设计 (规则排列的系列组件，交替排列， Pro PROGRAM 的各种能用零件设计的程序化方法等 )。 5） 贯穿所有应用的完全相关性 (任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动 )。其它辅助模块
12、将进一步提高扩展 Pro ENGINEER的基本功能 。 Pro DETAIL Pro/ENGINEER 提供了一个很宽的生成工程图的能力，包括 ：自动尺寸标注、参数特征生成，全尺寸修饰，自动生成投影面，辅助面，截面和局部视图， Pro/DETAIL 扩展了 Pro/ENGINEER 这些基本功能，允许直接从 Pro/ENGINEER 的实体造型产品。 第三章 摆线针轮减速器传动理论与设计方法 3.1 摆线针轮减速器的传动原理与结构特点 3.1.1 摆线针轮行星传动的传动原理 图所示为摆线针轮行星传动示意图。其中 zZ 为针轮， bZ 为摆线行星轮， H为系杆， V为输出轴。运动由系杆 H输入
13、，通过 W机构由 V轴输出。同渐开线一齿差行星传动一样，摆线针轮传动也是一种 K H V 型一齿差行星传动。两者的区别在于：摆线针轮传动中，行星轮的齿廓曲线不是渐开线，而是变态摆线，中心内齿采用了针齿，以称针轮，摆线针轮传动因此而得名。 同渐开线少齿差行星传动一样，其传动比为 2 bH V H zbZii ZZ= = - -. 图 3 1 摆线针轮减速器原理图 由于 zbZZ- 1，故 HVi bZ ，“”表示输出与输入转向相反，即利用摆线针轮行星传动可获得大传动比。 3.1.2 摆线针轮减速器的结构特点 它主要由四部分组成： （ 1） 行星架 H，又称转臂，由输入轴 10 和偏心轮 9 组成
14、，偏心轮在两个偏心方向互成 180o 。 （ 2） 行星轮 C， 即摆线轮 6，其 齿廓通常为短幅外摆线的内侧等距曲线 .为使输入轴达到静平衡和提高承载能力 ,通采用两个相同的奇数齿摆线轮 ,装在双偏心套上 ,两位置错开 180o ,摆线轮和偏心套之间装有滚动轴承 ,称为转臂轴承 ,通常采用无外座圈的滚子轴承 ,而以摆线轮的内表面直接作为滚道。近几年来 ,优化设计的结构常将偏心套与轴承做成一个整体 ,称为整体式双偏心轴承。 (3) 中心轮 b,又称针轮 ,由针齿壳 3上沿针齿中心圆圆周上均布一组针齿销 5(通常针齿销上还装有针套 7)组成。 (4)输出机构 W, 与渐开线少齿差行星齿轮传动一样
15、 ,通常采用销轴式输出机构。 图 3 2 摆线针轮减速器基本结构图 1.输出轴 2.机座 3.针齿壳 4.针齿套 5.针齿销 6.摆线轮 7.销轴套 8.销轴 9.偏心轮 10.主动轴 图 3 2 为摆线针轮传动的典型结构 3.1.3 摆线针轮传动的啮合原理 为了准确描述摆线形成及其分类 ,我们引进圆的内域和圆的外域这一概念。所谓圆的内域是指圆弧线包容的内部范围 ,而圆的外域是包容区域以外的范围。 按照上述对内域外域的划分 ,则外摆线的定义如下 : 外摆线 :滚圆在基圆外域与基圆相切并沿基圆作纯滚动 ,滚圆上定点的轨迹是外摆线。 外切外摆线 :滚圆在基圆外域与基圆外切形成 的外摆线 (此时基圆
16、也在滚圆的外域 )。 内切外摆线 :滚圆在基圆外域与基圆内切形成的外摆线 (此时基圆在滚圆的内域 )。 短幅外摆线 :外切外摆线形成过程中 ,滚圆内域上与滚圆相对固定的某点的轨迹 ;或内切外摆线形成过程中 ,滚圆外域上与滚圆相对固定的某点的轨迹。 长幅外摆线 :与短幅外摆线相反 ,对外切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的外域 ;对内切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的内域。 短幅外摆线与长幅外摆线通称为变幅外摆线。变幅外摆线变幅的程度用变幅系数来描述 ,分别称之为短幅系数或长幅系数。 外切外摆线的变幅系数定义为摆杆长 度与滚圆半径的比值。所谓摆杆长度是指滚圆内域或滚圆外域上某相对固定的定点至滚圆圆
17、心的距离。 21 raK （ 3.1 1） 式中 1K 变幅系数。 a 外切外摆线摆杆长度 2r 外切外摆线滚圆半径 对于内切外摆线而言 ,变幅系数则相反 ,它表示为滚圆半径与摆杆长度的比值。 ArK 21（ 3.1 2） 式中 K1 变幅系数 r2 内切外摆线滚圆半径 A 内切外摆线摆杆长度 根据变幅系数 K1值的不同范围 ,将外摆线划分为 3类 : 短幅外摆线 01。 变幅外切外摆线与变幅内切外摆线在一定的条件下完全等同。这个等同的条件是 ,内切外摆线滚圆与基圆的中心距等于外切外摆线的摆杆长度a,相应地外切外摆线滚圆与基圆的中心距等于内切外摆线 的摆杆长度 A。根据这一等同条件 ,就可以由外切外摆线的有关参数推算出等同的内切外摆线的对应参数。它们的参数关系参看图 3 3。令短幅外切外摆线基圆半径代号为 r1,滚圆半径为 r2,短幅系数为 K1,则外切外摆线的摆杆长度和中心距可分别表示如下 (长幅外摆线的表示形式完全相同 ): 根据式 (1),摆杆长度 a=K1r2; 根据等同条件 ,中心距 A=r1+r2。
