SMC2187型摆线针轮行星传动的设计.docx
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SMC2187型摆线针轮行星传动的设计
优秀设计
本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题目：
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专业：
第一章绪论
1.1概述
近几年，小型及微型机械作为一种节能、低耗和技术密集型的高新技术，已成为人们在小型及微型范围内认识和改造普通机械传动的一种新型工具，由于小型及微型机械具有超小外形、操作尺度极小和传动精度高的特点，所以，小型及微型机械现已被列入”今后十年工业科技大改观的关键技术之一”，现今已收到工业发达国家及发展中国家科技界、产业界及政府部门的广泛重视，并已投入了大量的人力和财力进行研究开发，并取得了很好的经济效益。
1.2国内外发展现状
欧美等工业发达国家政府为了满足未来经济和社会发展的需要，利用军事技术等方面的优势，已将小型及微型机电系统作为战略性的研究领域之一，纷纷投入巨资进行专项研究。
美国国家自然科学基金。
先进研究计划中心。
国防部等投资1.4亿美元进行小型及微型机电系统（MEMS）技术研究，美国国家自然科学基金会预言：
小型及微型机械将成为新兴的大规模产业，将能引起一场新的产业革命。
美国的大学、国家实验室和公司已有大量的MEMS研究小组，并有几种实用化的MEMS产品进入市场。
欧共体为了加强各国之间的组织和合作，成立了多功能小型及微型系统研究合作机构（NEXUS）组织。
德国制定微机械系统技术计划，并发展了一种用于小型及细微加工的LIGA技术。
我国小型及微型系统研究起步也不晚，已经建立了一些较为先进的基础实验设施，并在基础研究和相关技术方面取得了一些有特色的成果，有些已经达到国际先进水平。
2002年，国家投入数亿元人民币进行MEMS研究与开发，逐步建立起我国MEMS研发体系和产业化基地，提高我国在MEMS领域的核心竞争力，为推动MEMS的可持续发展和产业化打下良好的基础，并在某些方面进入国际领先水平，随着中国经济的高速发展，在航天小型及微型技术、生物医学工程等领域，比如：
微型传感器、小型及微型执行机构、超小动力传递系统、手术机器人关节驱动等系统的应用越来越广泛在家电产品、汽车附件、办公设备、住宅设备、高级玩具等自动化、智能化等方面的要求也日趋提高，功率为几瓦到几十瓦的减速器应用场合越来越多。
在日本，住友重机株式会社每年生产大量的小型摆线针轮减速器用于如复印机、银幕卷动机、窗帘自动收放机以及高级电动玩具等小型及微型场合。
可以预见，随着计算机技术、网络技术的进一步发展，随着人口老龄化趋势对自动化、智能化要求的加强，家用的小型及微型减速器的应用也将会大为提高。
小型摆线针轮行星传动减速器，不仅具有结构紧凑、传动比范围大、寿命长等摆线传动的特点，而且具有重量轻、震动噪声低、价格低廉以及外表美观等特点，可以把小型摆线针轮行星传动减速器的使用空间拓宽到家用和商用的广阔领域。
目前已获得日益广泛使用的行星传动机构是动力传递机构之一，行星齿轮传动机构使用了多个行星轮来进行功率分流，从而有效地提高了其承载能力，同时还具有良好的同轴性。
多年来，人们一直把行星传动机构看作是一种结构紧凑、质量小、体积小，且能传递较大扭矩的传动机构，当然，这是将它与普通的齿轮传动机构相比较而言。
近几年，随着细微加工技术的出现和发展，这方面的研制工作已取得了长足的进步。
1.3课题研究内容
本课题以研究超小型摆线针型行星传动减速器为主要目标，了解国内外的行星传动技术，以及发展方向。
掌握传统型针摆传动的工作原理，根据当前掌握知识及学习分析并确定SMC2-187型摆线针轮行星传动的整体设计。
1）分析并确定SMC2-187型摆线针轮行星传动减速器的总体结构，完成方案设计和结构分析。
2）通过进行理论分析和设计计算，合理选择SMC2-187超小型摆线针轮行星传动减速器结构参数及几何参数。
3）编程进行受力分析及强度校核。
4）采用Pro/E工程软件，绘制该机型摆线针轮行星减速器的三维造型。
5）将Pro/E三维图转化为二维工程图，并通过AUTOCAD完善工程图。
第二章设计方案
2.1结构简介
摆线针轮行星传动，通常是由一个针轮、一个系杆和一个传递摆线轮自转的偏心输出机构所构成。
由于摆线轮与针轮的齿数通常相差为一个齿，所以称为一齿差摆线针轮行星传动。
它主要由转臂、摆线轮、针轮和输出机构四部分组成。
摆线针轮行星传动与其他传动相比较具有如下特点：
1）传动比范围大，单级摆线针轮行星传动传动比为11-119，这要比普通机械传动的传动比范围大的多，两级摆线针轮行星传动的传动比为121-14161，如果多级传动，则传动比更大。
2）同时啮合齿数多，理论上啮合齿数可以有总齿数的二分之一，运转平稳，传递扭矩大。
3）传动效率高，由于是滚动接触，所以摩擦损失小，所以传动效率要比其他传动要高一些。
4）结构紧凑，体积小，重量轻。
2.2机构分析
通用摆线针轮行星传动结构中，常采用两片相同的摆线轮，布置成偏心相差结构，输出采用传动的销轴式W机构股体积明显偏大。
与通用摆线针轮行星传动相比，小型摆线针轮行星传动由于其使用场合的特殊性，要求他体积小、重量轻，并具有较强扭矩传递能力。
本课题研究的超小型两级摆线针轮行星传动减速器，要求具有极小的轴向尺寸，并能实现大传动比的传动，其次该减速器的驱动具有稳定大扭矩输出的特性，针对这些要求，本课题结合通用摆线针轮行星传动减速器具有传动比大、输出扭矩大、效率高、运转平稳的特点，综合其传动优势，决定采用两级摆线针轮行星传动。
根据超小型两级摆线针轮行星传动减速器的特殊要求，重新进行了结构设计，具体技术措施如下：
1）单级摆线针轮由两片减少到一片，从而达到减小减速器体积的目的。
2）根据相对运动原理，人为地将输出柱销从原来的输出轴上移动到摆线轮上，并取消柱销套，而销孔则设计在输出轴上，这样设计即有利于零件的加工，又有利于整体结构的合理布置。
超小型摆线针轮行星传动减速器结构如图2-1所示
图2-1二级超小型摆线针轮行星传动减速器的结构图
3）内齿针齿轮取消针齿结构形式，采用圆弧齿廓，这样可以保证细微加工精度，减少零件累计误差，便于一次成型。
由于和通用的摆线针轮行星传动减速器相比，采用圆弧齿廓内齿轮结构，即针齿和针齿壳做为一体，和传统的二支点，三支点结构相比，可以完全避免圆弧内齿廓的弯曲破坏和弯曲刚度过低引起的破坏。
由于取消了针齿套，所以传动效率稍有降低。
另外，由于取消了针齿套，圆弧内齿廓可以做的更小，可以避免摆线针轮齿廓的干涉。
针齿轮结构如图2-2所示
图2-2二级超小型摆线针轮行星传动减速器针齿轮的结构图
4）由于传动部分所占重量比例不大，因此增加了和电动机直接相连的壳体，壳体内安装齿轮和其他部分。
5）超小型摆线针轮行星传动减速器其他主要零件三维造型图如图2-3至图2-5所示
图2-3二级超小型摆线针轮行星传动减速器摆线轮的结构图图
2-4二级超小型摆线针轮行星传动减速器法兰的结构图
图2-5二级超小型摆线针轮行星传动减速器摆线轮的结构图
2.3总体方案设计
根据上述对超小型两级传动摆线针轮行星传动减速器的结构分析，初步绘制出超小型两级摆线针轮行星传动减速器的传动简图，如图2-6所示
图2-6二级超小型摆线针轮行星传动减速器传动简图
二维装配图参见图2-7，主要由下面13个部分
图2-7二级超小型摆线针轮行星传动减速器二维装配图
1、输出法兰II2、端盖3、微型轴承4、微型轴承5、微型轴承6、偏心体
7、外壳8、摆线轮II9、针齿II10、中间支撑11、摆线轮I、12、针齿I
13摆线轮I
三维装配图如图2-8所示
图2-5二级超小型摆线针轮行星传动减速器三维装配图
第三章参数设计
3.1引言
一级摆线针轮行星传动可以实现传动比范围为11至119。
当传动比小于17时，可以根据要求采用二齿差结构，传动比大于等于43时，针齿可以采用抽齿结构。
两级小型摆线针轮行星传动减速器的外形尺寸和一级传动相比较体积并没有增加多少，而输出转速又可以达到用户的需要，减速比从121到14161之间均可以实现。
由于电机尺寸较小，电机的输出转速比较大而用户要求减速后输出的转速较小，因此在工程使用上，两级传动的应用更为普遍。
本课题是设计传动比为187的二级超小型摆线针轮行星传动减速器。
3.2原始依据
针齿中心圆半径
传动比
3.3参数设计
3.3.1电动机的选择
选择XJR-385S-16140型电机，如表3-1所示
表3-1XJR-385S-16140型电机性能参数表
电压
（V）
空载
最大效率下
制动
工作范围
额定电压
转速
rpm
电流
A
转速
rpm
电流
A
力矩
g.cm
功率
W
效率
%
力矩
g.cm
9-18
12
4720
0.071
3830
0.31
55.6
3.60
59.2
297
输入轴功率
输入轴转速
输入轴转矩
3.3.1一级传动参数设计
1.设计齿形参数：
传动比
摆线轮和针轮要实现连续正确地啮合，两轮节圆上的齿距必须相等。
摆线轮的实际齿廓在其节圆上对应的弧长成为摆线轮的节圆齿距，以表示，有：
摆线轮的齿数为：
针轮相应的齿数为：
其中代入得：
所以采用一齿差结构
摆线轮齿数
针齿齿数
计算输出轴转矩
其中为传动效率，可取
所以
初选摆线短幅系数以偏心距
短幅系数荐用值见表3-2
表3-2短幅系数荐用值表
0.48~0.65
0.55~0.74
0.54~0.67
初取
对取整，取并反求
则
计算摆线轮节圆半径
计算针轮节圆半径
计算滚圆半径与基圆半径
由于
所以可得：
计算啮合齿距
确定针齿半径
首先计算摆线轮啮合曲线的最小曲率半径
因为：
所以：
为避免摆线轮齿廓不产生尖角和根切，需满足：
初取
计算针径系数
针径系数荐用值
表3-3针径系数荐用值表
2.8~2.0
2~1.15
1.5~1.0
1.5~0.99
满足上表要求
因此，针齿半径取
摆线轮齿顶圆半径
摆线轮齿根圆半径
确定摆线轮宽度
为摆线轮的齿宽系数，一般取，通常取
所以
2.选择转臂轴承和中间支撑轴承
依据文献，按针轮半径，初步估计摆线轮的内孔半径：
选择轴承型号尺寸
初步选择宁波江北轴承有限公司生产的MF117微型轴承，详细参数见表3-4
表3-4MF117微型轴承详细参数表
型号
外形尺寸（mm）
额定负荷（N）
极限转速
×1000rpm
d
D
B
rs
Cr
Cor
MF117
7
11
3
0.15
455
202
50
3.确定输出机构参数
首先要确定摆线轮上柱销直径，柱销的直径由柱销的弯曲强度条件决定，在这里粗取柱销的直径为
则输出法兰上柱销孔的直径：
输出机构柱销孔中心圆直径：
取
根据下表3-5选择销轴数目
表3-5柱销数目参考值表
（mm）
6
8
10
12
由于m，所以取柱销个数为个
验算输出法兰上的销孔壁厚，见图3-1所示，保证最小壁厚不小于
初选
图3-1示意图
3.3.2二级传动参数设计
输入轴转矩
1.设计齿形参数：
传动比
摆线轮和针轮要实现连续正确地啮合，两轮节圆上的齿距必须相等。
摆线轮的实际齿廓在其节圆上对应的弧长成为摆线轮的节圆齿距，以表示，有：
摆线轮
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