重庆大学 精密传动及系统 作业

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 简述3种常见的精密传动及其特点精密传动是机械传动的一种形式，主要是应用在机器人、数控车床等需要实现高精度运动的要求。

精密齿轮传动具有传递精度高、传动回差小、间隙小、系统响应快、结构比较紧凑等优点。

精密传动的主要形式包括谐波传动、摆线钢球传动、RV传动。

1.1 谐波齿轮谐波传动是50年代中期随着空间科学技术的发展，在薄壳弹性变形的理论基础上发展起来的一种新型传动技术，由于该传动具有运动精度高、回差小、传动比大、重量轻、体积小、承载能力大、并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作等优点，现在这种传动已经被成功的应用到能源、通讯、机床、仪器仪表、机器人、汽车、造船、常规武器、纺织、冶金、印刷机构以及医疗器械等领域，谐波传动已成为应用最广泛的一种精密传动形式。

该传动的基本原理由美国学者C.W.Musser于1955年提出，很快就引起世界各国学者的密切注意，并且积极的投入到该种传动更深入的理论研究中。

我国从1961年开始谐波齿轮传动方面的研制工作，并先后研制成多种类型的谐波齿轮传动装置。

如传动误差小于9’’、回差小于4’’的高精度谐波齿轮传动装置、噪声小于45分贝的高灵敏度小型谐波齿轮传动装置、用于水下极光探测仪的谐波传动装置，以及用于导弹发射架、雷达传动系统中的动力谐波传动装置等，为我国谐波传动的研制、开发工作打下了坚实的基础。

谐波齿轮特点如下：（1）结构简单、质量轻、体积小（2）传动比范围大。

单级谐波减速器传动比可在50—300 之间。

（3）同时啮合的齿数多、运动精度高、承载能力大。

双波谐波减速器同时啮合的齿数可达30%，甚至更多些。

对于直齿圆柱渐开线齿轮同时啮合的齿数只有1—2 对。

多齿啮合的误差平均效应可以提高谐波的传动精度，啮合齿对的增加也使其承载能力大大增强。

（4）运动平稳，无冲击，噪声小。

谐波减速器齿的啮入、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，且过程平稳。

（5）齿侧间隙可以调整。

柔轮和刚轮齿间齿侧间隙主要取决于波发生器长轴的最大尺寸，及两齿齿形误差，因此可以通过调节减小其传动回差，某些情况甚至可以是零侧隙。

（6）传动效率高、齿面磨损小而均匀。

当正确选择齿形参数时，柔轮齿与刚轮齿将沿一条滑动路径很短的轨迹移动，加之柔轮齿的运动是靠波发生器产生的变形波来传递的，因而齿面的相对滑动速度低，并且由于啮合齿面高度同曲接近面接触，因此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，且啮合齿面的相对滑动速度低，因此齿面磨损小而均匀。

并且效率很高，随速比的不同（i=60-250），效率约在65～96%左右。

（7）同轴性好通过特殊的结构设计，谐波齿轮减速器的高速轴、低速轴可位于同一轴线上。

1.2 摆线钢球传动随着现代工业的发展，精密机械对其伺服传动机构的工作精度及其他传动性能的要求越来越高，为了适应这一发展要求，近年来国内外科研人员研发出了一种新型精密传动机构——摆线钢球行星传动机构。

这种机构利用活动的钢球作为传动中介体代替齿轮的轮齿作无侧隙啮合传动，以传递同轴间的运动和动力，并完成运动速度的变换。

该机构具有无回差传动、承载能力强、传动比范围广和结构紧凑等优点。

（1）无回差传动摆线钢球行星传动的结构组成是在行星盘和中心盘的端面上分别加工有内、外摆线封闭槽，在两摆线封闭槽的交错区域内等距放置钢球来传递运动和动力，由于其啮合副具有四点接触的无侧隙啮合结构，同时配以无隙等速输出机构和间隙调节机构，因此具有无回差传动的独特性能，在经常频繁往复工作的高精度传动机构中具有良好的应用前景。

（2）承载能力强摆线钢球啮合副具有空间四点接触的啮合结构，钢球与内、外摆线封闭槽同时啮合。

在传动过程中所有啮合副均参与传动，传动重合度大，承载能力强。

此外，采用短幅摆线齿形和无侧隙啮合结构，使摆线封闭槽齿廓曲面过渡平稳，钢球与摆线封闭槽连续啮合接触，避免了传动中的啮入、啮出冲击，传动平稳、低噪声。

（3）传动比范围广 摆线钢球行星传动采用少齿差行星传动的基本结构，单级结构的传动比为行星盘齿数的一半。

二级串联和二级并联等新型摆线钢球行星传动结构的相继提出，进一步扩大了传动比的范围。

（4）结构紧凑 在相同传动比及承载能力条件下，摆线钢球行星传动机构具有较小的结构形式。

1.3 RV 传动RV 传动是在少齿差行星传动的基础上发展起来的一种新型精密传动，自1986年日本开发并投放市场以来，作为机器人用传动装置是刚性最高的一种低振动传动装置，因而得到广泛应用。

这种传动装置通常带有W 输出机构，称为K-H-V 型行星传动。

其基本特点可以概括以下：（1） RV 减速器的体积小，质量轻，承载能力强，约是其他减速器的1233:； （2） RV 减速器的传动平稳、噪音低，在两级减速机构中，处于第二级的摆线针轮传动，两片摆线轮呈 180°相位角对称分布，啮合齿数较多，曲柄轴与摆线轮之间通过滚动轴承接触，极大地增加了整个传动机构的稳定性，另外由于转臂轴承个数的增多，使得轴承内外环的相对转速下降，从而提高了轴承的使用寿命；（3） 由于是二级减速，所以传动比范围大，N = 31~171；其传动效率高达 85% ~ 92%；（4） 通过合理的设计方案，保证适当的制造安装精度，可以实现较高的传动精度与较小的回差；（5） 采用了行星架输出，行星架左端是刚性的大圆盘，其扭转刚度大，抗冲击性能强。

2 一谐波齿轮减速器柔轮的齿数为120，内齿轮齿数为122，试画出机构简图并计算传动比。

绘制结构简图，如图所示图1 谐波齿轮结构简图解：如图所示，为两个自由度（2W =）的差动谐波齿轮机构。

该机构含有三个基本构件：波发生器H 、柔轮g 和刚轮b 。

当其中的一个基本构件被固定时，则上述差动谐波机构将变成为具有一个自由度（1=W ）的行星谐波齿轮机构；而差动机构中的每一个基本构件均可以成为固定件，或输入件、或输出件。

由于上述谐波减速器没有对给基本构件进行指明，故分为以下三种情况计算：（1）当波发生器H 固定（0=H ω），（如图2（a ））其传动比为：图2a 波发生器固定a ）柔轮g 输入，刚轮b 输出时，0167.1120122====g b b g H gb z z i ωω b ）刚轮b 输入，柔轮g 输出时，9836.0122120====b g g b H bg z z i ωω （2）当刚轮b 固定（0=b ω），（如图2（b ））其传动比为：图2b 刚轮固定a ）波发生器H 输入和柔轮g 输出时，60120122120-=--=--=g b gb Hg z z z ib ）柔轮g 输入和波发生器H 输出时，601120120122-=--=--=g gb b gH z z z i （3）当柔轮g 固定（0=g ω），（如图2（c ））其传动比为：图2c 柔轮固定a ）波发生器H 输入和刚轮b 输出时，61120122122=-=-=g b b g Hb z z z i b ） 刚轮b 输入和波发生器H 输出时， 611122120122=-=-=b gb g bH z z z i3 画出RV 摆线针轮行星传动的简图，简述其传动原理和特点，并计算其自由度。

图3 RV 摆线针轮行星传动简图执行电机的旋转运动1ω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 的旋转运动传给转臂（曲轴）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，一边饶着轴2g O 产生自转，通过支撑圆盘上的轴承，将摆线轮2g 的角速度传递给输出轴，且有：2V g ωω=；即使输出圆盘与摆线轮2g 组成传动比i 等于1的双曲柄式输出机构。

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。

RV （Rotary Vector ）传动是日本80年代开发的新型减速器，特别适用于载荷大（输出扭矩大于200NM ）、过载能力高、刚度高的场合。

RV 传动是由第一级的直齿轮减速部分和第二级的摆线针轮减速部分组合而成的两级行星传动机构。

RV 减速器中采用双支撑，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。

其特点为：（1） RV 减速器的体积小，质量轻，承载能力强，约是其他减速器的1233:； （2） RV 减速器的传动平稳、噪音低，在两级减速机构中，处于第二级的摆线针轮传动，两片摆线轮呈 180°相位角对称分布，啮合齿数较多，曲柄轴与摆线轮之间通过滚动轴承接触，极大地增加了整个传动机构的稳定性，另外由于转臂轴承个数的增多，使得轴承内外环的相对转速下降，从而提高了轴承的使用寿命；（3） 由于是二级减速，所以传动比范围大，N = 31~171；其传动效率高达 85% ~ 92%；（4） 通过合理的设计方案，保证适当的制造安装精度，可以实现较高的传动精度与较小的回差；（5） 采用了行星架输出，行星架左端是刚性的大圆盘，其扭转刚度大，抗冲击性能强。

根据RV 型行星机构的传动简图，其自由度计算如下：5=n ，6=L p ， 2=H p ，121625323=⨯-⨯-⨯=--=H L p p n F 4 讨论摆线针轮行星传动的主要失效形式和计算准则失效形式主要有以下的三点：（1）摆线齿轮与针齿工作表明发生疲劳点蚀或胶合及针齿销折断。

尤其在大功率或制造误差较大时，这种破坏往往是主要形式。

（2）W 机构的柱销弯曲强度不够、柱销弯断；或柱销套与柱销孔工作表面的点蚀、胶合或柱销的折断。

尤其在重载、间断工作情况下，W 机构的柱销可能是薄弱环节，减速器的承载能力将受W 机构的限制。

（3）转臂轴承的疲劳破坏。

尤其在满载、连续工作的情况下，减速器的承载能力和使用寿命往往受转臂滚动轴承寿命的限制。

计算准则为防止齿面发生疲劳点蚀和胶合破坏，要进行摆线轮和针齿啮合齿面的接触强度计算。

为防止针齿销折断，要进行针齿销的弯曲强度计算。

转臂轴承是摆线针轮行星传动中的一个薄弱环节，所以要进行转臂轴承的寿命校核。

5螺旋传动有哪些类型？各有何优缺点？螺旋传动是通过螺杆和螺母的旋合传递运动和动力。

它主要是将旋转运动变成直线运动，以较小的转矩得到很大的推力，或者用以调整零件的相互位置。

当螺旋不自锁时，也可以将直线运动变成旋转运动。

螺旋传动由螺旋（螺杆）和螺母组成，一般用来将回转运动转变为直线运动，它具有结构简单紧凑、机械增益高和传动均勾、准确、平稳、易于自锁等优点，在小到精密仪器、大到重型轧钢机等工业部门，获得了广泛的应用。