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      柔輪設計

      2014-08-13 09:44 作者:管理員11 來源:未知 瀏覽: 字號:

      摘要:柔輪設計 諧波齒輪傳動可由于其元件的任何一種失效而導 致井個傳動喪失工作能力。因此分析諧波齒輪傳動的 失效原因,確立其合理的工作能力準則,是研究和設 計諧波齒輪傳動的重要課題。通過柔輪破損斷口的分 析與柔輪應力洲試,柔輪破損應屬于以拉彎為主的 低

      柔輪設計
          諧波齒輪傳動可由于其元件的任何一種失效而導
      致井個傳動喪失工作能力。因此分析諧波齒輪傳動的
      失效原因,確立其合理的工作能力準則,是研究和設
      計諧波齒輪傳動的重要課題。通過柔輪破損斷口的分
      析與柔輪應力洲試,柔輪破損應屬于以拉·彎為主的
      低應力高循環疲勞性質。因此柔輪的強度計算、結構
      設計與工藝安排,均應以此為出發點。
       柔輪分度圓直徑與波高的確定
          在初步設計時,可根據圖9.4-4來選擇柔輪的分
      度圓直徑與波高。
          若工作負載情況有變化,應對承級能力圖進行修
      正,即將轉矩除以系數,而系數值根據工作條件不同
      而變化。
          1)無沖擊負荷,一天工作8~10h,系數二1.0,
          2)有間斷沖擊負荷,一天工作8一10h,系數=
      1. 1,
          3)有間斷沖擊負荷,一天工作24h,系數=
      1.3。
          4)間斷工作,不經常使用時,負毅可高于圖內
      數值,也可用圖中轉矩值而減小減速器尺寸,即系數
      小于1.0.
          選擇的具體步驟如下:
          1)在圖的縱軸上找到所需的輸出轉矩,過此點
      作一水平線,交圖上曲線于若千點。
          2)由交點作水平軸的垂線,求得若干分度圓直
      徑。這是在某個波高的情況下.柔輪能夠承受輸出轉
      矩時的最小分度圓直徑。


          4)當算出的傳動比較所需的傳動比小時,可增
      大分度圓直徑來湊所器的傳動比。從而得到滿足輸出
      轉矩及傳動比時的波高與分度圓直徑。
      諧波齒輪傳動承載能力圖

       齒形幾何關系的確定
          1)用諧波齒輪刀具加工時的齒形參數(見圖
      9.4-5和表9.4-4)。目前已有幾種規格的雙波滾刀、捅
      刀定型生產,其波高(mm)為0.4, 0.6, 1.0, 1.5,
      2.0等。

          2)采用200或300標準小模數刀具,用移距變位
      方法加工時的齒形參數(見表9.4-5),
          3) S齒形簡介近年來又提出了一種新型的S
      齒形。其優點如下:①它比以往齒形的同時喻合齒數
      多,可達到總齒數的20%以上。②由于輪齒具有撓
      性.降低了齒根的彎曲應力。③由于輪齒承受的載荷
      減少而降低了齒部的應力。④與以往機種相比,其強
      度能提高200%,剛度提高200%,瞬間最大允許轉
      矩可提高150%以上。此種齒形的諧波減速器已成功
      地應用子工業機器人的某些關節的驅動部分、機床的
      進給與分度機構、必須實現高精度定位及高回轉精度
      的精密機械等。
      諧波齒輪齒形幾何參數計算公式
      齒形幾何參數計算公式1
      齒形幾何參數計算公式2
      柔輪結構尺寸的確定(見表9.4-6)
      柔輪結構尺寸
      柔輪的應力分析
          柔輪計算模型的建立比較復雜。因為同時嚙合的
      實際齒數及齒間的載荷分布規律、柔輪與發生器的有
      矩理論包角等都未知,且隨載荷變化而變化。為簡化
      向題的分析.以光滑圓柱亮體的計算模型來進行應力
      分析,然后再根據試驗結果進行適當的修正。其計算
      應力公式如下






          設柔輪筒體的微元體處于平面應力狀態,即受沿
      筒體母線方向和圈周方向的正應力及由變形和扭轉產
      生的切應力?紤]到σ較小,引用系數K。來計及影
      響。柔輪疲勞強度計算采用校驗雙向秘定變應力狀態
      下的安全系數。
          因諧波齒輪傳動在工作時.柔輪筒體處于變應力
      狀態,正應力荃本上呈對稱變化,而切應力呈脈動變


      柔輪強度計算舉例
          例2設計一諧波齒輪傳動,要求傳動比i= 100,
      輸出轉矩M1=500N·m。無沖擊負荷,一天工作8-
      10b,輸人電動機轉速3000r/min。并校驗其強度。
          解
          (1)求柔輪分度圓直徑與波高
          無沖擊負荷,一天工作8-10b,由圖9.4-4注可
      知,承載能力修正系數為1.0。并由此圖求得柔輪分
      度圓直徑及波高為

          (2)柔輪與剛輪齒數的確定
          由傳動比i=100,并選定波發生器輸入,剛輪固
      定,柔輪輸出,波數n=2時

          (3)計算齒形幾何參數
          采用諧波齒輪刀具加工,則由表9.4-4求得齒形
      的各種幾何參數

          (4)柔輪結構參數的確定
      由表9.4-6可求得柔輪壁厚、柔輪亮體中性層半
      徑及柔輪長度

          (5)選擇波發生器形式
          選用凸輪廓線為四力作用彈性曲線的薄壁軸承積
      極式波發生器。


      (10)結論
      柔輪旋勞強度滿足要求。
      柔輪材料
          柔輪承受較大的交變應力,在起動時沖擊負荷較
      大.為此對材料的選擇提出了更離的要求。
          疲勞斷裂主要經過生核、擴展與斷裂3個階段,
      且裂紋一般都在表面形成,然后向內部擴展。選擇的
      材料最好使其既不易生核又要使裂紋擴展速率最低,
      使裂紋擴展到更大范圍時才進行最后斷裂。這可通過
      選擇強度和沖擊韌度都高的材料來達到.一般而言,
      提高了強度,沖擊韌度就降低了。另一途徑是通過表
      面強化,減少表面缺陷和改餐表面應力狀態,阻礙疲
      勞裂紋在表面生核,此外還可使零件的中心具有強度
      和沖擊韌度的良好配合,降低疲勞裂紋的擴張速率
      da/dN,
          選擇材料時,應提高材料的純度之要求原始坯料
      中存在的雜質、非金屬夾雜物必須很少,偏析值也很
      小,且不得有白點存在)、減小晶粒度及適當提高材
      料的硬度。這對周于高循環疲勞的柔輪來講是有益
      的。
          一般推薦采用含碳量(質雖分數)為35%-
      40%的鉻翎系列鋼種。見表9.4-9、表9.4-10.
      主要零件的材料
      諧波齒輪傳動主要零件的材料、熱處理規范和表面硬度1
      諧波齒輪傳動主要零件的材料、熱處理規范和表面硬度2

      柔輪的坯料加工及熱處理
          柔輪坯料通常為鍛打,鍛打時應盡量使金屬纖維
      方向成為環形,這有利于提高柔輪疲勞強度。
          采用熱模鍛成形的方法?墒咕Я6冗_到8級,
      材料的強度與疲勞強度均得到提高,加工余量較少。
          采用壓模中冷擠壓成形的方法,能提高成形精
      度,機加工量極少,材料利用率達90%一95%,與
      熱模鍛相比可減少加工里30% -40%。零件的尺寸
      精度在2~3級。表面粗糙度低。此外,采用這種冷
      擠壓成形時,根據材料的塑性變形程度,材料的抗拉
      強度增加0.5~1倍,而屈服極限增加1~1.5倍,從
      而顯著地提高了所加工零件的力學性能。
          采用金屬強力旋壓技術。材料經強力旋壓后,其
      組織結構與力學性能均發生變化,晶粒細化并形成具
      有連續纖維狀的特性,強度可提高60%一90%,硬
      度可提高20% -30%,伸長率則有所降低,可在同
      一制品上獲得多種不同的力學性能。旋壓后產品的粗
      糙度得到很大改善,柔輪壁厚的均勻度可在0.02mm
      以下。與機加工相比可節省材料20%一30%,有的
      材料利用血可達90%。金屬旋壓有自檢作用,在旋
      壓過程中坯料的夾渣、裂紋等缺陷會自行暴露。從而
      提商了零件使用的可靠性,F已有各種規格的柔輪批
      量生產。
          柔輪毛坯經旋壓形變強化之后,再進行恰當的相
      變熱處理,使兩者有機地相結合,材料的綜合力學性
      能在形變強化的墓礎上又進一步強化。
          對于筒形柔輪可采用焊接方法來改替工藝。焊口
      位置應設計在靠近簡底的圖周上。推薦選用徽束等離
      子弧焊及鴿極紐弧焊。
          柔輪可采用等溫淬火的熱處理工藝,等沮淬火適
      合于處理第一類回火脆性較嚴重的鋼材,如
      30CrMnSiA, 4OCTMnMoA, 30CrMnSi,等鋼種。等溫
      淬火后,若柔輪的硬度高于規定時,不允許采用在較
      高沮度下回火的方法來降低硬度,因為這樣會使沖擊
      韌度大大降低。這時可提高等沮溫度重新淬火。
          裂紋通常在表面產生,并向內部擴展,可采用各
      種表面強化和表面處理工藝,以求得具有離強度及殘
      余壓應力的表面,提高疲勞壽命。采用氣體軟氮化工
      藝時.工件變形量小,使疲勞強度得到提高(一般
      來說,杭拉強度提高的幅度:碳鋼為60%一80%,
      低碳合金鋼為30% -50%),而且耐磨(比淬火回火
      處理提高三倍),發熱及抗攘傷被合的性能也有較大
      的改善。氮化引人殘余壓應力,還有抵翻有害環境的
      保護作用。
          冷滾壓也可在表面引人殘余壓應力,既改善了表
      面缺陷的情況,又使零件的表面粗樁度得到降低。
          當然還可采用低碳馬氏體、形變熱處理、輝光離
      子氮化及滲金屬處理等新工藝。
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