精密传动及系统课程论文

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：教师：姓名：学号：专业：类别：上课时间：年月至年月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院1“精密传动系统与控制”试题1.试列举3中常见的可用于精密传动的啮合副齿廓类型，并分析其特点。1.渐开线圆柱齿轮传动渐开线圆柱齿轮传动的传动速度和功率范围很大，传动效率高。渐开线圆柱齿轮传动能够传递任意两轴间的运动和动力，传动平稳、可靠，效率高效率，寿命长，结构紧凑，传动速度和功率范围广。但需要专门设备制造，加工精度和安装精度较高，且不适宜远距离传动。2、滚珠丝杠滚珠丝杠又称滚珠螺杆，是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母组成，它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠的优点有：1)由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。2)滚珠丝杠副是一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、2湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。3)滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。4)滚珠丝杠副可以加与预压,由于预压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。5)滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。滚珠丝杠的缺点有：1)承载能力较低。2)加工成本高。3)运行噪音高。4)对使用环境要求高。5)不能自锁。3.谐波齿轮谐波齿轮传动的主要构件只有三个：波发生器、柔轮、刚轮。与一般传动相区别，谐波齿轮传动中存在着可通过波发生器使之产生可控的弹性变形波的挠性构件，其运动转换，是依靠挠性构件的弹性变形来实现的，这种运动转换原理称为变形原理。谐波传动的特点：1）结构简单，体积小，重量轻。2）传动比范围大。单级谐波减速器传动比可在50—300之间，优选在75—250之间；双级谐波减速器传动比可在3000—60000之间；复波谐波减速器传动比可在200—140000之间。3）同时啮合的齿数多。双波谐波减速器同时啮合的齿数可达30%，3甚至更多些。正是由于同时啮合齿数多这一独特的优点，使谐波传动的精度高，齿的承载能力大，进而实现大速比、小体积。4）承载能力大。谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，在材料和速比相同的情况下，受载能力要大大超过其它传动。其传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦。5）运动精度高。由于多齿啮合，一般情况下，谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高四倍左右。6）运动平稳，无冲击，噪声小。齿的啮入、啮出是随着柔轮的变形，逐渐进入和逐渐退出刚轮齿间的，啮合过程中齿面接触，滑移速度小，且无突然变化。7）齿侧间隙可以调整。谐波齿轮传动在啮合中，柔轮和刚轮齿之间主要取决于波发生器外形的最大尺寸，及两齿轮的齿形尺寸，因此可以使传动的回差很小，某些情况甚至可以是零侧间隙。8）传动效率高。与相同速比的其它传动相比，谐波传动由于运动部件数量少，而且啮合齿面的速度很低，因此效率很高，随速比的不同（u=60-250），效率约在65—96%左右（谐波复波传动效率较低），齿面的磨损很小。9)同轴性好。谐波齿轮减速器的高速轴、低速轴位于同一轴线上。10）可实现向密闭空间传递运动及动力。采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。11）可实现高增速运动。由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身4的特点，加之体积小、重量轻的优点，因此是理想的高增速装置。12）方便的实现差速传动。由于谐波齿轮传动的三个基本构件中，可以任意两个主动，第三个从动，那么如果让波发生器、刚轮主动，柔轮从动，就可以构成一个差动传动机构，从而方便的实现快慢速工作状况。2.精密减速器中常见的输出机构形式有那些，各有什么优缺点。精密减速器中常用的输出机构有：双万向联轴器、销轴式输出机构、钢球环槽输出机构、浮动盘输出机构、十字滑块联轴器、零齿差式输出机构。1.双万向联轴器图2.1双万向联轴器示意图双万向联轴器的优点有：1）保证联轴器中间轴两端的交叉平面位于同一平面内，且使中间轴与主、从动轴之间的夹角相等，则当主动轴等角速度回转时，尽管中间轴本身的转速是不均匀的，但从动轴却以与主动轴相等的角速度回转，从而避免动载荷的产生。2）结构紧凑，适合两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方（如汽车、多头钻床等传动系统）3）装拆维护方便、传扭能力强、传动效率高5等特点双万向联轴器的缺点有：1）噪音较大、振动和稳定性较差，传动质量有待提高，装配工艺亟需改善。2）双万向联轴器式输出机构轴向安装尺寸较大，且不能同时联接两个行星齿轮，因此在少齿差行星传动中很少采用2.销轴式输出机构。图2.2销轴式输出结构示意图销轴式输出机构的优点是：销铀式输出机构由于其结构简单、制造方便，且能同时连接两个行星轮，并且和其他输出机构相比可靠性高，摩擦损失小，故目前应用较广泛。销轴式输出机构的缺点是：输出机构会出现柱销弯曲强度不够，柱销弯断的情况，或柱销套与柱销孔工作表面的点蚀、胶合或柱销折断等情况。尤其在重载、间断工作情况下，输出机构的柱销可能是薄弱环节，而柱销直径又受到结构尺寸的限制，不得任意放大。因此，输出机构的优劣将限制减谏器的承载能力。63.钢球环槽输出机构图2.3钢球环槽输出机构示意图精密钢球行星传动机构是利用活动钢球作为中介体，通过无隙钢球啮合副实现两平行轴间传递运动和动力的一种新型精密传动机构，而精密钢球环槽等速传动机构是该传动机构的重要组成部分，它将其行星运动转换为定轴转动钢球环槽输出机构的优点有：1）结构紧凑、传动比大，传动无回差，摩擦损耗小，传动效率高等2）钢球环槽输出机构具有无回差传动、承载能力强、啮合效率高、传动比及其范围大、结构紧凑体积小和噪声小等一些很好的应用特性，在精密机械如机器人、机械手、伺服传动机构、机床分度机构及高级轿车等经常频繁往复工作的传动机构中具有很好的应用前景。74.浮动盘式输出机构图2.4浮动盘式输出机构示意图在行星轮与输出轴之间装入浮动盘，其上有两条互相垂直的槽，行星轮和输出轴大端装上两个销轴，使行星轮与输出轴作偏心传动时，销轴在浮动盘的槽内滑动（有滚子时是滚动），这种输出机构比销轴式简单，效率亦高，也适用于高速连续运动或功率稍大的场合。浮动盘式输出机构的有点有：1）结构简单，装配方便，摩擦损失少，承载能力较大2）浮动盘式等速传动机构，其结构新颖、加工容易、使用效果好。由于浮动盘做转动和移动的复合运动产生的惯性力难以通过平衡的办法消除，因此浮动盘式机构不适用于高速机械85.十字滑槽输出机构图2.5十字滑槽输出机构组成简图Twinspin摆线减速器就是十字滑槽机构的运用。其输出机构为两边各有一个十字万向节，每个十字万向节构成为：在摆线轮一端加工有的滑槽，与十字滑板构成滑动副，并在滑动副中加入滚子成为滚动直线导轨副。十字滑槽输出机构的优点有：1）主体轴套采用铝合金,体积轻巧2）安装方便、免维护、可抗油污抗腐蚀和电气绝缘3）结构简单，高扭矩,高刚性,高灵敏度联轴器4）容许大的径向和轴向偏差5）寿命长,性能安全可靠十字滑槽输出机构的缺点有：十字滑块联轴器式输出机构要承载能力低效率低，摩擦损失较大，故适用于传递小功率，低速和不连续运转的条件下工作，或只有一个行星齿轮的少齿差行星传动的结构中96.零齿差式输出机构：图2.6零齿差式等速传动机构的结构简图零齿差式等速传动机构是一个齿数相等的K-H型少齿差齿轮机构，采用负变位方法形成偏距—中心距a。虽然形成了行星传动，但两轮的转速相同。零齿差式等速传动机构的功能是将行星盘的低转速传递给输出轴，所以通常是等速传动机构的内齿轮与传动机构的动轮固联，而等速传动机构的外齿轮与输出轴固联。零齿差式输出机构的优点是：零齿差式等速传动机构的结构简单，制造也不困难，具有传动平稳、结构紧凑、可靠性高、适应性强、机械性能好等特点，适用于平行铀中心距较小的传动。零齿差式输出机构的缺点是：零齿差齿轮传动作为N型少齿差行星齿轮传动的输出机构，其主要失效形式之一是齿面磨损，至今尚无关于零齿差齿轮输出机构耐磨损研究的报道。103.给出RV减速机的传动简图，简述其传动的原理和特点，并给出各种输出形式下传动比的计算方法。图3.1RV型行星机构的传动简图1.原理：执行电机的旋转运动1由中心轮1a传递给n个行星轮1g；且进行第一级减速。行星轮1g的旋转运动1g传给转臂（曲臂）H，致使摆线轮2g产生偏心运动。当针轮2b固定（与机架连成一体）时，摆线轮2g一边随转臂H产生公转，一边绕着2gO产生自传。通过支承圆盘上的轴承，将摆线轮2g的角速度2g传递给输出轴V，且有：2Vg；即使输出圆盘W与摆线轮2g组成传动比i等于1的双曲柄式输出机构。2.RV传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种封闭式行星传动。其采用双支撑，将两片摆线轮安装于两端轴承支撑的中空转子中，输出仍采用销形输出，但形状为一扇形。这种设计使之结构紧凑，刚性非常大。RV型行星机构是以具有两级减速装置和中心圆盘支承结构为主要特征的封闭式摆线针轮行星传动机构。该行星机构的主要特点如下：1）传动比范围大。2）可以提高输入转速。3）能减小11RV减速器的惯性。4）传动轴的扭转刚性大。5）承载能力大。6）传动效率高。缺点是：1）RV传动为两级封闭式行星传动，结构复杂。2）受结构限制，通常适用于较大传动比的场合（i60）。3）其传动精度和回差决定于零件的制造精度，制造装配困难。3.RV型行星机构的传动比计算公式：图3.2RV型传动的结构简图该结构简图包括两个简单行星机构：1x和2x。输入件A为中心轮1a，输出件B为中心圆盘W和输出轴V；且有2Vg。支承件E为针轮2b。行星轮1g与转臂（曲轴）H均为辅助件d。利用结构简图2，按如下关系式计算其传动比1EBBABAddEiii由图1和图2可知，当针轮b2固定，支承圆盘W输出时11111gHBAdagaziiz222222222211bgBdEhbbHbgbgziizizz带入上式，则得该RV型行星传动机构的传动比计算公式为222121211gbbEABagavbaziiizz12当支承圆盘W和轴V固定，针轮b2输出时11111gHBAdagaziiz22222222222211gbbBdEHgHvgHgbbgziiizizz代入上式，则得该RV型传动的传动比公式为11222a1gEvABbgaziizz4.滚珠丝杠副选用的原则和方法是什么？滚珠丝杠副是一种新型的螺旋传动元件，在机床工业、汽车工业、自动控制系统、航空工作、船舶工业和兵器工业等各个部门皆获得了日益广泛的应用。滚珠丝杠副具有高效率和高精度的特点，并具有高速特性和耐磨损性及运动可逆性等特性，是普通丝杠副不可能具备的，所以滚珠丝杠副已成为非常有效的、普遍适用的螺旋传动元件。目前选用滚柱丝杠副的方法一般是按照滚珠丝杠副的额定静载荷aC0（其转速min/10rn）和额定动载荷aC（其转速min/10rn）及传动比的要求，来确定所需要的滚珠丝杠副的公称直径0d和基本导程0L。从实际应用中得知，滚柱丝杠副的螺纹滚道，在一定的轴向载荷作用下，经历一定的应力循环后，就要产生疲劳点蚀现象。因此，当滚柱丝杠副较高转速（一般转速min/1000rn）下工作时，应按其寿命选