文档介绍：摆线针轮行星减速器多目标优化设计
一、摆线针轮行星减速器的结构 二、传动原理 三、特点及其研究背景 四、优化设计步骤 五、结论
如图所示为摆线针轮行星减速器典型结构。如图所示为摆线针轮行星减速器典型结构。它主要由四部分组成: 1、行星架:由输入轴和双偏心套组成,偏心套上的两个偏心方向互成180°。 2、行星轮:即图中之摆线轮,其齿形通常为短幅外摆线的等距曲线。按运动要求,一个行星轮就可传动,但为使输入轴达到静平衡和提高承载能力,对于一齿差摆线针轮传动,常采用两个完全相同的奇数齿的行星轮装在双偏心套上,偏心套上,两轮位置正好相差180°。
一、摆线针轮行星减速器的结构
3、中心轮b 针齿壳上装有针齿销,通常针齿销上还装有针齿套组成针轮。 4、输出机构W 摆线针轮减速器常采用孔销式输出机构。
一、摆线针轮行星减速器的结构
摆线针轮减速机根据K-H-V少齿差行星传动原理设计而成的,行星轮(摆线轮)轮齿为摆线齿,太阳轮(针轮)为针齿,两者组成了摆线针轮合副,针轮齿数ZP与摆线轮齿数ZC的差为1。在传动过程中,转臂将输入运动传递给摆线轮。由于固定针轮的作用,摆线轮产生与输入运动相反的低速自传运动,再通过W机构输出。
二、传动原理
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。
摆线针轮传动主要特点是:
1)体积小、重量轻。由于采用行星传动结构和孔销式输出机构,使摆线针轮减速装置结构紧凑,与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比,体积和重量均可减少1/3~2/3。
2)传动比范围大。单级减速器的传动比为11~87;二级传动比为121~133;多级可达更高的传动比。
3)运转平稳、无噪声,并且具有较大的过载能力和承受较强的冲击性能。由于同时啮合齿数较多,理论上有二分之一的齿啮合,所以运转平稳、噪声小。
4)因为摆线传动在运动中是纯滚动,所以使用寿命长,效率高(可达90%~94%),没有自锁,故可用于增速。
5)不存在轮齿干涉现象。
6)它的缺点是加工工艺较复杂,摆线齿廓需要专门设备,制造精度要求较高
由以上特点可知摆线针轮行星传动具有外廓尺寸小、传动比大、承载能力大和传动效率高的优点,目前已广泛应用在各种机械设备中。由于摆线针轮传动的针销内齿轮的齿形采用圆柱面,与其啮合的摆线行星轮齿性是短幅外摆线的等距曲线,若参数选择不合理,会使啮合质量差、摆线轮齿廓易产生尖角和“根切”及W机构柱销设计不合理等问题,导致其效率低、承载能力小和寿命短。常规的设计方法中,参数选择和计算较复杂,且不能得到最佳的方案。因此摆线针轮行星减速器的优化设计是一个具有实际意义的课题。 本例中以摆线针轮行星减速器的体积和效率为目标函数对其进行优化。
摆线针轮传动属于一种K-H-V型少齿差行星传动,传动着的转臂H使摆线行星轮既有公转,又有自转,用转化机构法求的该传动比
由于摆线针轮传动中的齿数Zb与摆线轮齿数Za相差为1,故可得
摆线轮齿数(1)
针轮齿数(2)
偏心距(3)
式中,k1为短幅系数;Rz为针齿分布圆半径。
四、优化设计步骤
1)确定设计变量、
当给定输入功率P、输入轴转速n、传动比I,并选定输出机构销轴数Zw、许用接触应力[ ]=1000N/mm2,许用弯曲应力[ ]=180N/mm2后,有式1、2可得摆线轮齿数Za和针轮齿数Zb,由式3可得偏心距A。
摆线针轮行星减速器的体积取决于针轮分布圆直径Dz、针齿套外径dz、摆线轮宽度b、摆线轮之间的间隔。摆线针轮行星传动的效率取决于摆线轮与针轮的啮合损失系数、W机构的损失系数和轴承的损失系数。