諧波齒輪減速器設(shè)計(jì)

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1、 中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：學(xué) 院、系：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械自動(dòng)化系專 業(yè)：機(jī)械電子工程設(shè) 計(jì) 題 目：諧波齒輪減速器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師: 2012年 3 月 13 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述一 諧波齒輪傳動(dòng)的背景 諧波齒輪傳動(dòng)是50年代末隨著空間科學(xué)、宇航尖端技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的。在諧波出現(xiàn)后的短短幾十年中，世界各工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家都集中了一批研究力量致力于這類新型技術(shù)的研究。它是建立在彈性變形理論基礎(chǔ)上的一種新型傳動(dòng)技術(shù)。1959年美國(guó)學(xué)者CW麥塞爾（Musser）取得該項(xiàng)技

2、術(shù)的發(fā)明專利后，于1960年正式展出了實(shí)物。 諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)于1961年由上海紡織科學(xué)研究院的孫偉工程師引入我國(guó)。此后，我國(guó)也積極引進(jìn)并研究發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)，1983年成立了諧波傳動(dòng)研究室，1984年“諧波減速器標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品”在北京通過(guò)鑒定，1993年制定了GB/T 14118-93諧波傳動(dòng)減速器標(biāo)準(zhǔn)，并且在理論研究、試制和應(yīng)用方面取得了較大的成績(jī)，成為掌握該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家之一。到目前為止，我國(guó)已有北京諧波傳動(dòng)技術(shù)研究所、北京中技克美有限責(zé)任公司、燕山大學(xué)、鄭州機(jī)械研究所、北方精密機(jī)械研究所等幾十家單位從事這方面的研究和生產(chǎn)，為我國(guó)諧波傳動(dòng)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用打下了較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二 設(shè)計(jì)諧波齒輪減

3、速器的意義 諧波齒輪傳動(dòng)是利用柔性構(gòu)件的彈性變形波進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種新型傳動(dòng)裝置，諧波齒輪減速器一般是由波發(fā)生器、柔輪和剛輪所組成的，如圖所示。 其優(yōu)點(diǎn)有: (1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，體積小，重量輕。與傳動(dòng)比相當(dāng)?shù)钠胀p速器比較，其零件約減少50%，體積和重量均減少1/3. （2) 傳動(dòng)比大，傳動(dòng)比范圍廣。單級(jí)諧波減速器傳動(dòng)比可在50300之間，雙級(jí)諧波減速器傳動(dòng)比可在300060000之間，復(fù)波諧波減速器傳動(dòng)比可在100140000之間。 （3）由于同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，齒面相對(duì)滑動(dòng)速度低，使其承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)且精度高，噪聲低。 （4）諧波齒輪傳動(dòng)的回差較小，齒側(cè)間隙可以調(diào)整，甚至可以

4、實(shí)現(xiàn)零側(cè)隙傳動(dòng)。 （5）在采用如電磁波發(fā)生器或圓盤(pán)波發(fā)生器等結(jié)構(gòu)型式時(shí)，可獲得較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 （6）諧波齒輪傳動(dòng)還可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，采用密封柔輪諧波傳動(dòng)減速裝置，可以驅(qū)動(dòng)工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)。 （7）傳動(dòng)效率較高，且在傳動(dòng)比很大的情況下，仍具有較高的效率。三、諧波齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用由于諧波齒輪傳動(dòng)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近幾十年來(lái)，諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)和傳動(dòng)裝置已被廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)、雷達(dá)通訊、能源、機(jī)床、儀器儀表、機(jī)器人、汽車(chē)、造船、紡織、冶金、常規(guī)武器、精密光學(xué)設(shè)備、印刷包裝機(jī)械以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用實(shí)踐證明，無(wú)論是作為高靈敏度隨動(dòng)系統(tǒng)的精密諧波傳動(dòng)，

5、還是作為傳遞大轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力諧波傳動(dòng)，都表現(xiàn)出了良好的性能;作為空間傳動(dòng)裝置和用于操縱高溫、高壓管路以及在有原子輻射或其它有害介質(zhì)條件下工作的機(jī)構(gòu)，更顯示了一些其它傳動(dòng)裝置難以比擬的優(yōu)越性。諧波齒輪一般都是小模數(shù)齒輪，諧波齒輪傳動(dòng)裝置一般都具有小體積和超小體積傳動(dòng)裝置的特征。諧波齒輪傳動(dòng)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用最多，在該領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)量超過(guò)總量的60%。諧波齒輪傳動(dòng)還在化工立式攪拌機(jī)、礦山隧道運(yùn)輸用的井下轉(zhuǎn)轍機(jī)、告訴靈巧的修牙機(jī)以及精密測(cè)試設(shè)備的微小位移機(jī)構(gòu)、精密分度機(jī)構(gòu)、小側(cè)隙傳動(dòng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。隨著軍事裝備的現(xiàn)代化，諧波齒輪傳動(dòng)更加廣泛地應(yīng)用于航空、航天、船舶潛艇、宇宙飛船、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、導(dǎo)航控制、光電

6、火控系統(tǒng)、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)等軍事裝備中，如在戰(zhàn)機(jī)的舵機(jī)和慣導(dǎo)系統(tǒng)中，在衛(wèi)星和航天飛船的天線和太陽(yáng)能帆板展開(kāi)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中都得到應(yīng)用。另外，精確打擊武器和微小型武器是未來(lái)軍事高科技的發(fā)展趨勢(shì)之一。先后出現(xiàn)了微型飛機(jī)、便攜式偵察機(jī)器人、微小型水下航行器、精確打擊武器及靈巧武器和智能武器等新概念微小型武器系統(tǒng)。他們具有尺寸小、成本低、隱蔽性好、機(jī)動(dòng)靈活等特征，在未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)、城市和狹小地區(qū)以及反恐斗爭(zhēng)中將占據(jù)重要位置和發(fā)揮不可替代的作用。為進(jìn)一步提高打擊精度，提高可靠性，降低成本，武器系統(tǒng)的關(guān)鍵功能部件正在向小型化方向發(fā)展，超小體積諧波齒輪傳動(dòng)裝置常用來(lái)構(gòu)成相關(guān)部件的傳動(dòng)裝置，以及提高武器系統(tǒng)的打擊精確性

7、。4、 國(guó)內(nèi)外諧波齒輪減速器的比較目前，國(guó)外小模數(shù)精密諧波齒輪減速器多采用短筒柔輪、其體積小、重量輕、承載能力高；我國(guó)采用的還是普通杯型柔輪，還沒(méi)有生產(chǎn)短筒柔輪諧波齒輪減速器。幾種國(guó)外短筒柔輪諧波齒輪減速器與國(guó)產(chǎn)精密杯形齒輪減速器的主要參數(shù)見(jiàn)表1，國(guó)外柔輪結(jié)構(gòu)比較見(jiàn)圖1由表1可知，我國(guó)諧波齒輪減速器尺寸大，承載能力反而小。國(guó)外短筒柔輪諧波齒輪減速器的體積僅是我國(guó)相同外徑產(chǎn)品的30%左右，而承載能力（轉(zhuǎn)矩）卻是我國(guó)相同外徑產(chǎn)品的1.392倍。從圖1可以直觀的看到，我國(guó)杯形柔輪的軸向尺寸比國(guó)外短筒柔輪的軸向尺寸要大得多。要在承載能力不變的情況下減小裝置的體積，就應(yīng)該下功夫研究短筒柔輪及其傳動(dòng)裝置。

8、另外，國(guó)外小模數(shù)諧波齒輪傳動(dòng)裝置中的齒輪精度一般比我國(guó)的齒輪精度高2級(jí)，運(yùn)動(dòng)精度和回差精度能夠小于3，而我國(guó)產(chǎn)品的回差一般都在6以上。五、諧波齒輪傳動(dòng)的前景隨著工業(yè)智能機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、無(wú)線電通訊等民用設(shè)備儀器的質(zhì)量、性能、可靠性的不斷提高以及武器裝備的不斷更新?lián)Q代，也就必然對(duì)其中的諧波齒輪傳動(dòng)提出越來(lái)越高的要求。諧波齒輪傳動(dòng)裝置的小型化、高精度和高可靠性將是諧波齒輪傳動(dòng)的主要發(fā)展趨勢(shì)，即齒輪模數(shù)將越來(lái)越小，零部件精度將越來(lái)越高，零件材料性能將更加優(yōu)良，短筒柔輪將得到普遍應(yīng)用，傳動(dòng)裝置的體積和重量將越來(lái)越小，結(jié)構(gòu)將更加緊湊合理，可靠性將不斷提高。六、諧波齒輪減速器的設(shè)計(jì)步驟1、傳動(dòng)裝

9、置的總體 a、確定傳動(dòng)方案：?jiǎn)渭?jí)諧波齒輪減速器。 b、電動(dòng)機(jī)的選擇。 c、傳動(dòng)比的計(jì)算及分配。 d、傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算。2、 外傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 a、減速器外傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)。 b、減速器內(nèi)傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算3、 諧波齒輪上作用力的計(jì)算4、 減速器裝配草圖的設(shè)計(jì)5、 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算6、 畫(huà)裝配草圖7、 減速器箱體的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)8、 潤(rùn)滑油的選擇與計(jì)算9、 畫(huà)裝配圖和零件圖參考文獻(xiàn)：1 沈允文，葉慶泰,諧波齒輪傳動(dòng)的理論和設(shè)計(jì).第一版 ed.1985 年9 月: 機(jī)械工業(yè)出版社.2 辛洪兵，謝金瑞,諧波傳動(dòng)技術(shù)及研究動(dòng)向.北京輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1999.17(1): p.30-36.3 北京諧波

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11、 Cutting error measurement of flexspline gears of harmonic speed reducers using laser probes Wei Gao July 200412 Non-linear mechanic and electric behavior of a robot axis with a “harmonic-drive” gear T. Marilier, J.A. Richard Available online 14 February 2003.13 The effect of gear oil viscosity and

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