圆柱齿轮减速机

圆柱齿轮减速机2017-10-19讯

齿轮减速机：在机械设备的传动装置中，齿轮减速器具有稳定的传动比、很成熟的设计方法与工艺方法及专业化的加工、检测设备长期占领着国内外广大的市场；近年来，摆线针轮减速机又具有大减速比、小体积的优势而在很大范围内逐步取代齿轮减速器。但由于齿轮副在啮合周期中，除节点外始终存在着齿面间的相对滑动，从而摩擦、磨损不可避免，且体积和重量很难下来，由于最大齿数的限制，单个齿的负重载，耐冲击的性能是提高整个齿轮承载能力的瓶颈。摆线针轮减速机针轮又存在结构复杂、针齿等零件之薄弱环节很难克服，加之传动效率较低等固有缺陷。

　　摆线针轮减速机在重工业机械设备上应用，由于工况条件特别恶劣，要求轮齿承载能力大、抗弯强度很强、结构简单，具有较强的耐冲击性能，然而承载能力较大的凸轮机构又存在着压力角偏大，效率低的问题。

　　传动装置的设计，其基本模型如所示，其接触点由位置向量r来确定。其中r（必入）=/>（中）+入e（4）：中和入为直纹曲面参数；P为径向长度矢量。

　　对于主动凸轮盘上分布有N个子凸轮的机构，其输入输出关系存在=所以机构的减速比（叫=1N.滚子与凸轮的接触点向量为：2工作原理与分析减速器传动部分在多个平行凸轮减速装置的基础上，利用单个分度凸轮理论，采用平面分度齿式凸轮-滚子啮合方式，其特点是它的单个凸轮盘上具有多个自共轭齿式凸轮，且能保证分度期齿式凸轮具有连续的工作表面。与传统的凸轮传动相比，它易于满足给定的运动规律，获得良好的运动性能，具有体积小、结构简单、高速无冲击、低噪音、定位精度高、可靠性好等优点。

　　双排的平面分度齿式凸轮盘模型如所示，单个齿式凸轮的工作轮廓是一个特殊的齿，而非一般的渐开线齿形，是按共轭齿式凸轮的原理产生，位于同一平面凸轮盘上，称之为共轭凸轮齿。主动轮可以由单个或多个平行的平面凸轮盘组成，有一分布有5个凸轮齿的平行双排齿式凸轮盘。当动力源驱动主动件凸轮盘回转时，凸轮轮廓曲面推动从动件上的滚子，使滚子盘从动件回转，以传递运动和动力。设⑴1、⑴2分别为主、从动件的角速度，i为传动比，平为凸轮回转角，9为滚子盘从动件回转角，则：9=9当主动件等速回转n度时，凸轮的轮廓曲面推动分布在从动件上的滚子，使从动件匀速回转1/角度，从而获得减速运动。

　　在实际的物理样机制作过程中，选取的各项参数如下：以有5个凸轮的平行双排齿式凸轮为例，确定减速器传动比i=4中心距a=100mm滚子半径r=12根据上面滚子凸轮传动的曲线方程，可以确定出其它参数，并构造出此减速器CAD模型。

　　3基于ANSYS的力学性能分析（1）应力分布图由于减速器的凸轮轮齿不断受到冲击载荷，轮齿是减速器最危险的部分，因而需对单个齿轮进行静力分析。凸轮模型采用Slid95单元，将凸轮自由划分为55200个单元，242720个节点。在齿轮的内径表面上施加3个方向的位移约束，Ux=Uv=Uz=Q根据中心距是100nm的齿轮减速器的输出转矩为40N+m我们可以假定此凸轮减速器的等效力矩为40Nm考虑到齿轮间是面接触，把力矩等效成施加在接触平面上的分布力，并选取对齿根部的真实应力影响不大的表面为接触面。给出了齿轮的Vormises应力分布。可见，最大应力出现在根部，齿两侧根部的最大应力分别为：i，m=51.9987MPa（施加载荷的一侧）；w=47.4405MPa（无载荷的一侧）。

　　齿轮最大应力在负荷齿的施加载荷一侧的根部：图中切取的一块是施加载荷的区域。由于施加的载荷是等效的集中力，导致该区域存在虚假的应力集中，而且使得大部分区域的应力无法清楚的显示。为了更好的显示整体的应力分布，切去了施加载荷的区域，仅显示余下的部分。

　　给出了齿轮的Vormises应力分布。可见，最大应力出现在端面约束其两端最大剪应力为：max=93（2）模态分析在有限元模态分析时为了简化计算简化了实体模型中的一些结构特征。凸轮盘的模型简化为一个分度圆柱盘，从动的滚子盘简化为实心分度圆柱盘，将滚子从动盘和从动轴的过盈配合当作刚性连接，并忽略键槽。这两个部分使用45钢材料参数如表1对于减速箱体去除了倒圆、倒角、小孔等不影响结果又不便于处理的部分。箱体外壳为灰铸铁，材料参数如表1整个减速器有限元模型采用S4id45单元，通过自由网格划分为581108个单元，106660个节点。减速器底部固支。整个加速器模型如表1凸轮减速器各部件材料参数表部件材料常数弹性模量（Pa）泊松比轴、盘材料（45号钢）外壳材料（灰铸铁）减速器固有特性一般指固有频率和振型，属于减速器的动态特性，它对系统的动态响应、动载荷的产生与传递及系统振动的形式等具有重要意义。理论计算减速器的固有特性通常采用数值计算的方法求解，借助弹性力学有限元方法，可得到凸轮减速器的运动微分方程：其中：M为减速器质量；X为微位移量；C为系统阻尼系数；K为系统刚度系数。

　　由于系统为自由振动，加速器不受外力作用，即F（t）=0而且在求解结构自由振动的固有频率和固有振型时，阻尼对结果的影响并不大。所以无阻尼自由振动的运动微分方程为：X+-w2 =0：为凸轮减速器的固有频率。

　　使用ANSYS对本减速器进行模态分析，由于篇幅有限，为第一阶振型。表2仅列出了凸轮减速器的前10阶固有频率。

　　表2凸轮减速器前10阶固有频率/Hz阶数频率第1、2阶模态均为整体弯曲模态，第3阶模态为整体扭转模态。大于3阶的模态为整体和局部混合模态。

　　4结论本设计的目的在于提供一种制造工艺简单、制造成本低、传动效率高、结构简单和重量轻的新型减速器。文中用有限元方法分析了这种新型凸轮减速器的力学特性，从而初步证明了其性能的优点，有助于产品设计的合理化。