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分 類 號(hào)
密 級(jí)
寧
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
一級(jí)雙波諧波齒輪減速器設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
摘 要
諧波齒輪傳動(dòng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、飛機(jī)、輪船、汽車、起重機(jī)、電工機(jī)械、儀表、化工業(yè)等許多領(lǐng)域諧波齒輪傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。
諧波齒輪減速器與普通減速器相比具有體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、傳動(dòng)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但其設(shè)計(jì)計(jì)算較過(guò)程復(fù)雜，軸承的受力較大、壽命較短。所以對(duì)于我們?cè)谠O(shè)計(jì)這類減速器時(shí)如何進(jìn)行參數(shù)的選擇，避免大量繁雜的計(jì)算，如何選擇好軸承使其使用壽命增加具有一定的設(shè)計(jì)意義。
對(duì)諧波減速器國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)、結(jié)構(gòu)型式和其傳動(dòng)原理進(jìn)行了一定的闡述。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)內(nèi)嚙合傳動(dòng)產(chǎn)生的各種干涉進(jìn)行了詳細(xì)驗(yàn)算；從如何提高軸承的壽命為出發(fā)點(diǎn)，來(lái)計(jì)算選擇減速器剛輪柔輪的模數(shù)，最終合理設(shè)計(jì)減速器的整體結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：諧波傳動(dòng)；減速器；內(nèi)剛輪柔輪副
V
Abstract
Harmonic gear drive has the advantages of small size, light weight, compact structure, large transmission ratio, high efficiency and so on. It is widely used in many fields such as mining, metallurgy, aircraft, ship, automobile, crane, electrical machinery, instrument, chemical industry and so on.
Compared with the common reducer, the harmonic gear reducer has the advantages of small size, light weight, stable transmission, high efficiency, large transmission ratio and so on. However, the design calculation is more complicated than the process, the bearing force is large, the life is short. So for us in the design of this kind of reducer, how to choose the parameters, to avoid a large number of complex calculations, how to choose a good bearing to increase the service life of a certain design significance.
The development status, advantages and disadvantages, structure type and transmission principle of harmonic reducer at home and abroad are discussed in this paper. In the design process, all kinds of internal meshing interference checking in detail; how to improve the bearing life as the starting point, to calculate the choice of reducer of rigid gear and flexible modulus, ultimate reasonable structure design of reducer.
Key words: harmonic drive; reducer; internal rigid wheel
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 選題背景和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài) 3
1.3 諧波減速器的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及應(yīng)用 3
第2章 諧波齒輪減速器的工作原理 6
2.1 諧波齒輪減速器的工作原理 6
2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 8
2.3 本文研究主要內(nèi)容 8
第3章 一級(jí)雙波諧波齒輪減速器傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9
3.1 電機(jī)選型 9
3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程 10
3.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的選擇 12
3.4 幾何參數(shù)的計(jì)算 13
3.5 輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算 13
3.5.1柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算 14
3.5.2柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 15
3.6 輸入軸的設(shè)計(jì) 16
3.7 輸出軸的設(shè)計(jì) 19
第4章 鍵連接的選擇計(jì)算 23
4.1 輸出軸鍵的選擇與校核 23
4.2 輸入軸鍵的選擇與校核 24
第5章 滾動(dòng)軸承的類型、代號(hào)及壽命計(jì)算 25
5.1 輸出軸軸承的選擇與校核 25
5.2 輸入軸軸承的選擇與校核 25
第6章 減速器鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì) 27
6.1 輸入軸與聯(lián)軸器聯(lián)接鍵的設(shè)計(jì) 27
6.1.1選用圓頭普通平鍵（A型） 27
6.1.2強(qiáng)度校核 27
6.2 輸入軸聯(lián)接鍵的設(shè)計(jì) 28
6.2.1 選用圓頭普通平鍵（A型） 28
6.2.2 強(qiáng)度校核 28
6.3 輸出軸鍵的設(shè)計(jì) 29
6.3.1 選用圓頭普通平鍵（A型） 29
6.3.2 校核強(qiáng)度 29
6.4 減速器的潤(rùn)滑 29
6.4.1 剛輪柔輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑 29
6.4.2 軸承的潤(rùn)滑 30
第7章 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
7.1 箱體的主要功能 31
7.2 設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)要求 33
7.3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33
總 結(jié) 39
參考文獻(xiàn) 41
致 謝 43
第1章 緒論
1.1 選題背景和意義
1.論文背景
諧波傳動(dòng)是上世紀(jì)五十年代后期隨著航天技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種重要的新型機(jī)械傳動(dòng)方式，被認(rèn)為是機(jī)械傳動(dòng)的重大突破。諧波機(jī)械傳動(dòng)原理是蘇聯(lián)工程師A.摩察尤唯金首先于1947年提出，1955年第一臺(tái)用于火箭的諧波齒輪傳動(dòng)是由美國(guó)人C.M .Musser發(fā)明的。1960年，C. Walt Musser在發(fā)表于美國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)雜志的論文中使用了Harmonic Drive一詞，中文翻譯為諧波傳動(dòng)或諧波齒輪傳動(dòng)。此后，在航天飛行器和航天設(shè)備上的多次使用，充分顯示了這種傳動(dòng)的優(yōu)越性。1959年取得了此項(xiàng)發(fā)明的專利后，于1960年正式公開(kāi)發(fā)表了該項(xiàng)技術(shù)的詳細(xì)資料，一九六一年開(kāi)始介紹到我國(guó)。由于諧波傳動(dòng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛的推廣。到上世紀(jì)七、八十年代，許多不同類型的諧波傳動(dòng)取得了專利。隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械化和自動(dòng)化水平的不斷提高，各工業(yè)部門需要大量的減速器，并要求減速器體積小，重量輕，傳動(dòng)比范圍大，效率高，承載能力大，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠以及壽命長(zhǎng)等。減速器的種類雖然很多，但普通的圓柱齒輪減速器的體積大，結(jié)構(gòu)笨重；普通的蝸輪減速器在大的傳動(dòng)比時(shí)，效率較低；擺線針輪行星減速器雖能滿足以上提出的要求，但成本較高，需要專用設(shè)備制造；而諧波齒輪減速器不但基本上能滿足以上提出的要求，并可用通用刀具在插齒機(jī)上加工，因而成本較低。能適應(yīng)特種條件下的工作，在國(guó)防，冶金，礦山，化工，紡織，食品，輕工，儀表制造，起重運(yùn)輸以及建筑工程等工業(yè)部門中取得廣泛的應(yīng)用。
我國(guó)在這種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)水平與國(guó)際上一些工業(yè)科技水平發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，還有很大的差距，主要由于我國(guó)從事該項(xiàng)技術(shù)研究設(shè)計(jì)及應(yīng)用的單位和個(gè)人比較少，同時(shí)相關(guān)的書(shū)籍和資料也相當(dāng)?shù)那啡?。?guó)外的減速器，以德國(guó)、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特殊在材料和締造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作可靠性好，利用壽命長(zhǎng)。但其傳動(dòng)格式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)題，也未解決好。日本研制的FA型高精度減速器和美國(guó)Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。但是我相信，在不久的將來(lái)我們做這種新型的減速器性能和構(gòu)造等能趕上外國(guó)先進(jìn)水平的。
目前，諧波齒輪減速器在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，還存在一些問(wèn)題，如輸出機(jī)構(gòu)精度要求較高，對(duì)大功率減速器無(wú)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一些計(jì)算方法和圖表還很不完善等等。有待今后將對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以求改進(jìn)和提高。
齒輪傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械工程技術(shù)的重要組成部分，在一定程度上標(biāo)志著機(jī)械工程技術(shù)的水平。因此，齒輪被工人為工業(yè)和工業(yè)化的象征。為了提高機(jī)械的承載能力和傳動(dòng)效率，減少外形尺寸質(zhì)量及增大減速器傳動(dòng)比等，國(guó)內(nèi)外的諧波齒輪傳動(dòng)正沿著高承載能力、高精度、高速度、高可靠性、高傳動(dòng)效率、小型化、低震動(dòng)、低噪音、低成本、標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化的方向發(fā)展的總趨勢(shì)。
諧波齒輪傳動(dòng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、飛機(jī)、輪船、汽車、起重機(jī)、電工機(jī)械、儀表、化工業(yè)等許多領(lǐng)域諧波齒輪傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前景。
諧波齒輪減速器與普通減速器相比具有體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、傳動(dòng)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但其設(shè)計(jì)計(jì)算較過(guò)程復(fù)雜，轉(zhuǎn)臂軸承的受力較大、壽命較短。所以對(duì)于我們?cè)谠O(shè)計(jì)這類減速器時(shí)如何進(jìn)行參數(shù)的選擇，避免大量繁雜的計(jì)算，如何選擇好轉(zhuǎn)臂軸承使其使用壽命增加具有一定的設(shè)計(jì)意義。
2.理論意義
普通剛輪柔輪傳動(dòng)的減速器，同時(shí)嚙合的齒數(shù)只有5%左右，而諧波齒輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，使諧波傳動(dòng)的精度高，齒的承載能力大，在速度比和材料都相同的情況下，受載能力要高出普通減速機(jī)不少，實(shí)現(xiàn)大速比、小體積。
3.現(xiàn)實(shí)意義
現(xiàn)在的普通減速機(jī)大多存在消耗材料和能源比較多的情況，諧波減速機(jī)傳動(dòng)的效率高和機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)，加上體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，是最適合的減速裝置。會(huì)促進(jìn)人力、資源材料和動(dòng)力的節(jié)省 。
而且諧波減速機(jī)也是一種比較節(jié)能的產(chǎn)品，會(huì)比較適合節(jié)約型社會(huì)的要求。
諧波減速機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)需要高增速的設(shè)備有廣闊的應(yīng)用前景，今后會(huì)有巨大的市場(chǎng)和應(yīng)用價(jià)值 。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)
諧波傳動(dòng)自50年代中期出現(xiàn)后成功地用于火箭、衛(wèi)星等多種傳動(dòng)系統(tǒng)中，使用證實(shí)這種傳動(dòng)較一般剛輪柔輪傳動(dòng)具有運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、傳動(dòng)比大、重量輕、體積小、承載能力大，并能在密封空間和輻射介質(zhì)的工況下正常工作等優(yōu)點(diǎn)。因此美、日、俄等技術(shù)先進(jìn)國(guó)家，對(duì)這方面的研制工作一直都很重視。如美國(guó)就有國(guó)家航空管理局路易斯研究中心、空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、貝爾航空空間公司、麻省理工學(xué)院、通用電氣公司等幾十個(gè)大型公司和研究中心都從事過(guò)這方面的研究工作。
諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)于1961年由上海紡織科學(xué)研究院的孫偉工程師引入我國(guó)。此后，我國(guó)也積極引進(jìn)并研究發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)，1983年成立了諧波傳動(dòng)研究室，1984年“諧波減速器標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品”在北京通過(guò)鑒定，1993年制定了GB/T14118-93諧波傳動(dòng)減速器標(biāo)準(zhǔn)，并且在理論研究、試制和應(yīng)用方而取得了較大的成績(jī)，成為掌握該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家之一。到目前為止我國(guó)已有北京諧波傳動(dòng)技術(shù)研究所、北京中技克美有限責(zé)任公司、燕山大學(xué)、鄭州機(jī)械研究所、北方精密機(jī)械研究所等幾十家單位從事這方面的研究和產(chǎn)品生產(chǎn)，為我國(guó)諧波傳動(dòng)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用打下了了較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
目前，美國(guó)將諧波齒輪傳動(dòng)應(yīng)用于精密加工和測(cè)星裝置的納米級(jí)調(diào)整系統(tǒng)，并取得了專利。前蘇聯(lián)從60年代初開(kāi)始，也大力開(kāi)展這方而的研制工作。如蘇聯(lián)機(jī)械研究所、莫斯科鮑曼工業(yè)大學(xué)、全蘇聯(lián)減速器研究所、基耶夫減速器廠和莫斯科建筑工程學(xué)院等單位都大力開(kāi)展諧波傳動(dòng)的研究工作。他們對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了較系統(tǒng)、深入的基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)研究，在諧波傳動(dòng)的類型、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方而有較大發(fā)展。日本自70年代開(kāi)始，從美國(guó)引進(jìn)全套技術(shù)，目前不僅能大批生產(chǎn)各種類型的諧波齒輪傳動(dòng)裝置，還完成了通用諧波齒輪傳動(dòng)裝置的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化工作。
1.3 諧波減速器的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及應(yīng)用
優(yōu)點(diǎn)：
1、傳動(dòng)速比大。單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)速比范圍為70~320，在某些裝置中可達(dá)到1000，多級(jí)傳動(dòng)速比可達(dá)30000以上。它不僅可用于減速，也可用于增速的場(chǎng)合。
2、承載能力高。這是因?yàn)橹C波齒輪傳動(dòng)中同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，雙波傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒數(shù)可達(dá)總齒數(shù)的30％以上，而且柔輪采用了高強(qiáng)度材料，齒與齒之間是面接觸。
3、傳動(dòng)精度高。這是因?yàn)橹C波齒輪傳動(dòng)中同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，誤差平均化，即多齒嚙合對(duì)誤差有相互補(bǔ)償作用，故傳動(dòng)精度高。在齒輪精度等級(jí)相同的情況下，傳動(dòng)誤差只有普通圓柱齒輪傳動(dòng)的1/4左右。同時(shí)可采用微量改變波發(fā)生器的半徑來(lái)增加柔輪的變形使齒隙很小，甚至能做到無(wú)側(cè)隙嚙合，故諧波齒輪減速機(jī)傳動(dòng)空程小，適用于反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
4、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。由于柔輪輪齒在傳動(dòng)過(guò)程中作均勻的徑向移動(dòng)，因此，即使輸入速度很高，輪齒的相對(duì)滑移速度仍是極低(故為普通漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的百分之—)，所以，輪齒磨損小，效率高(可達(dá)69%~96％)。又由于嚙入和嚙出時(shí)，齒輪的兩側(cè)都參加工作，因而無(wú)沖擊現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)少、安裝方便。僅有三個(gè)基本構(gòu)件，且輸入與輸出軸同軸線，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。
6、體積小、重量輕。與一般減速機(jī)比較，輸出力矩相同時(shí)，諧波齒輪減速機(jī)的體積可減小2／3，重量可減輕1／2。
7、可向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)。利用柔輪的柔性特點(diǎn)，輪傳動(dòng)的這一可貴優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有其他傳動(dòng)無(wú)法比擬的。
缺點(diǎn)：
1、柔輪周期性地發(fā)生變形，因而產(chǎn)生交變應(yīng)力，使之易于產(chǎn)生疲勞破壞。
2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和起動(dòng)力矩大，不宜用于小功率的跟蹤傳動(dòng)。
3、不能用于傳動(dòng)速比小于35的場(chǎng)合。
4、采用滾子波發(fā)生器(自由變形波)的諧波傳動(dòng)，其瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)。
5、散熱條件差。
應(yīng)用場(chǎng)合：
諧波齒輪減速機(jī)在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機(jī)械、常用軍械、機(jī)床、儀表、電子設(shè)備、礦山冶金、交通運(yùn)輸、起重機(jī)械、石油化工機(jī)械、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及醫(yī)療器械等方面得到日益廣泛的應(yīng)用，特別是在高動(dòng)態(tài)性能的伺服系統(tǒng)中，采用諧波齒輪傳動(dòng)更顯示出其優(yōu)越性。它傳遞的功率從幾十瓦到幾十千瓦，但大功率的諧波齒輪傳動(dòng)多用于短期工作場(chǎng)合。
43
第2章 諧波齒輪減速器的工作原理
2.1 諧波齒輪減速器的工作原理
諧波齒輪減速器是一種由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器組成，諧波齒輪減速機(jī)是齒輪減速機(jī)中的一種新型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，它是利用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對(duì)錯(cuò)齒來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點(diǎn)，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。
諧波齒輪減速機(jī)由剛輪、柔輪、和波發(fā)生器三個(gè)主要構(gòu)件組成。其中，波發(fā)生器是主動(dòng)件，剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件。固定剛輪是一個(gè)剛性的內(nèi)齒輪，柔輪是一個(gè)容易變形的薄壁圓筒外齒輪，它們一同具有三角形（或漸開(kāi)線）的齒形，且兩者的周節(jié)相等，但剛輪比柔輪多幾個(gè)齒（通常為兩齒）。波發(fā)生器由一個(gè)橢圓盤和一個(gè)柔性球軸承組成，或者由一個(gè)兩端均帶有滾子的轉(zhuǎn)臂組成。通常波發(fā)生器為原動(dòng)體，柔輪和剛輪之一為從動(dòng)體，另一個(gè)為固定件。
在未裝配前，柔輪及其內(nèi)孔呈圓形，當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)孔后，由于波發(fā)生器的長(zhǎng)度略大于柔輪的內(nèi)孔直徑，柔輪撐成橢圓形，迫使柔輪在橢圓的長(zhǎng)軸方向與固定的剛輪完全嚙合，在短軸方向完全分離，其余各處的齒視柔輪回轉(zhuǎn)位置的不同，或者處于“嚙入”狀態(tài)，或者處于“嚙出”狀態(tài)。由于剛輪固定，波發(fā)生器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，柔輪長(zhǎng)軸和短軸及“嚙入”、“嚙出”的位置隨之不斷變化，柔輪齒由嚙入轉(zhuǎn)向嚙出，又嚙合轉(zhuǎn)向嚙出，由嚙出轉(zhuǎn)向脫開(kāi)，如此，嚙入、嚙合、嚙出、脫開(kāi)、嚙入、嚙合……往復(fù)循環(huán)，迫使柔輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
柔輪隨著波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其中一個(gè)齒從與剛輪的一個(gè)齒嚙合到再一次與剛輪上的這個(gè)齒相嚙合時(shí)，柔輪恰好旋轉(zhuǎn)一周，而此時(shí)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)了很多圈，波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與柔輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)（1圈）之比，即為諧波齒輪減速器的減速比，故其減速比很大。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，柔輪的變形在柔輪圓周的展開(kāi)圖上是連續(xù)的簡(jiǎn)諧波形，因此，這一傳動(dòng)稱之為諧波齒輪傳動(dòng)。
諧波齒輪減速器按其機(jī)械波數(shù)目的多少可分為：?jiǎn)尾?、雙波及三波，其中最常用的是雙波傳達(dá)。在諧波傳動(dòng)中，剛輪與柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于機(jī)械波數(shù)的整數(shù)倍，通常取其等于波數(shù)。
由于諧波傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、體積小、傳動(dòng)精度高的特點(diǎn)，一開(kāi)始就被運(yùn)用在火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等飛行器中，實(shí)現(xiàn)了他的優(yōu)越性。目前這種傳動(dòng)技術(shù)已由航天飛行器，飛機(jī)中的應(yīng)用迅速推廣到原子能、雷達(dá)、通訊、造船、冶金、汽車、坦克、機(jī)床、儀表、防止、建筑、起重運(yùn)輸、醫(yī)療器械等各個(gè)部門。無(wú)論是作為數(shù)據(jù)傳遞的高精度傳動(dòng)，還是作為傳遞大轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力傳動(dòng)，都得到了比較滿意的效果。特別是，這種傳動(dòng)通過(guò)密封壁來(lái)傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而它用于操縱高溫，高壓的管路以及用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作在高真空，有原子輻射或其他有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu)，是現(xiàn)有的其他一切傳動(dòng)所不能比擬的。
諧波齒輪傳動(dòng)是五十年代后期隨著航天技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型傳動(dòng)。它與一般剛輪柔輪傳動(dòng)相比，具有傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、精度高、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。此外，它還具有通過(guò)密封殼體傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的功能，這一特點(diǎn)是機(jī)械傳動(dòng)所無(wú)法比擬的。諧波齒輪傳動(dòng)一問(wèn)世，就顯示出了它的顯著優(yōu)越性。因此，諧波齒輪傳動(dòng)是一種生命力強(qiáng)、發(fā)展前途十分寬廣的機(jī)械傳動(dòng)。
圖2-1 工作原理
2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)
設(shè)計(jì)參數(shù)（參考）：
擬設(shè)計(jì)一款通用性的一級(jí)雙波諧波齒輪減速器，已知原始數(shù)據(jù)：電動(dòng)機(jī)功率為3KW，輸入軸轉(zhuǎn)速為1500，傳動(dòng)比為160，工作年限為6年。工礦條件為單班制，載荷變化中等，中等沖擊，起動(dòng)時(shí)柔輪最大扭矩是名義扭矩的2倍。需要設(shè)計(jì)軸系和箱體。
2.3 本文研究主要內(nèi)容
了解諧波減速器的相關(guān)知識(shí)，確定本設(shè)計(jì)符合要求，滿足需要。具體設(shè)計(jì)方法如下：
1、查閱資料、結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，產(chǎn)生諧波減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路；
2、查閱各類機(jī)械機(jī)構(gòu)手冊(cè)，確定合理的諧波減速器結(jié)構(gòu)；
3、根據(jù)給定技術(shù)參數(shù)來(lái)選擇合適的零部件部位；
4、重點(diǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究；
5、通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外情況，確定本設(shè)計(jì)課題的重點(diǎn)設(shè)計(jì)；
6、完成2D裝配圖的設(shè)計(jì)和繪制，并由此繪制零件圖；
7、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
8、檢查并完善本設(shè)計(jì)課題。
本設(shè)計(jì)采用的方法是理論設(shè)計(jì)與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方案，所運(yùn)用的資料來(lái)源廣泛，內(nèi)容充足。
第3章 一級(jí)雙波諧波齒輪減速器傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1 電機(jī)選型
擬設(shè)計(jì)一款通用性的一級(jí)雙波諧波齒輪減速器，已知原始數(shù)據(jù)：電動(dòng)機(jī)功率為3KW，輸入軸轉(zhuǎn)速為1500，傳動(dòng)比為160，工作年限為6年。工礦條件為單班制，載荷變化中等，中等沖擊，起動(dòng)時(shí)柔輪最大扭矩是名義扭矩的2倍。需要設(shè)計(jì)軸系和箱體。
查書(shū)選擇選擇Y100L2-4型電動(dòng)機(jī)。
圖3-1 Y100L2-4電動(dòng)機(jī)
表3-1電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)比較
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
質(zhì)量/kg
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
Y100L2-4
3
1500
1440
2.2
38
選擇Y100L2-4型電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的外形、安裝尺寸見(jiàn)表2
表3-2電動(dòng)機(jī)的外形、安裝尺寸
型號(hào)
A
B
C
D
E
F
G
H
Y100L2-4
216
178
89
80
10
33
132
K
AB
AC
AD
HD
BB
L
12
280
270
210
315
200
475
3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程
①選擇材料、熱處理方式、精度等級(jí)及齒數(shù)
選擇剛輪材料45，調(diào)質(zhì)處理，硬度241~286HBS；柔輪材料30CrMnSiA，調(diào)質(zhì)處理，硬度229~286HBS。剛輪柔輪精度為8級(jí)。
因?yàn)樵撘患?jí)雙波諧波齒輪減速器傳動(dòng)比i=160，變形波數(shù)u=2，柔輪齒數(shù)： ，剛輪齒數(shù)：
②按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
a.確定各參數(shù)數(shù)值
初選載荷系數(shù)
由表7-5，初選齒寬系數(shù)
由表7-6，查得彈性系數(shù)
由圖7-12查取節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
由圖7-18,查得接觸疲勞強(qiáng)度極限，；
=1.91×104N.mm
剛輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
柔輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
由圖7-19查得接觸疲勞系數(shù)，（允許局部點(diǎn)蝕）
取安全系數(shù)，則：
b.確定傳動(dòng)尺寸
初算小分度圓直徑
圓周速度
查圖7-7得動(dòng)載荷系數(shù)；
由表7-2查得使用系數(shù)；
由表7-3，假設(shè)，得齒間載荷分配系數(shù)；
由圖查取齒向載荷分布系數(shù)（設(shè)軸剛性大）；
故載荷系數(shù)
按K值對(duì)修正，即
確定模數(shù)，根據(jù)GB/T 1357-1987，考慮到諧波減速器可能超載，所有模數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)取大一些，取m=0.3mm；
① 其他幾何尺寸的計(jì)算（，）
柔輪齒數(shù)：
剛輪齒數(shù)：
前面取模數(shù)：，則
柔輪分度圓直徑：
鋼輪分度圓直徑：
③校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
a.確定各參數(shù)
由表7-4查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
，；，
由圖7-17查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
由圖7-16查表得剛輪柔輪彎曲疲勞極限，
取安全系數(shù)，計(jì)算得許用彎曲應(yīng)力：
b.驗(yàn)算齒根彎曲強(qiáng)度
彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。
c.驗(yàn)算合適。
3.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的選擇
該減速器是電傳動(dòng)減速的諧波齒輪裝置。要求其傳動(dòng)比較大﹑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊﹑效率較高﹑承載力較高﹑通用性良好。因此本設(shè)計(jì)方案所選的結(jié)構(gòu)形式為剛輪固定﹑波發(fā)生器主動(dòng)和柔輪從動(dòng)比較合適。為了便于采用標(biāo)準(zhǔn)刀具來(lái)加工柔輪和剛輪，特選取壓力角的漸開(kāi)線齒廓。
3.4 幾何參數(shù)的計(jì)算
齒數(shù)的確定
柔輪齒數(shù)：
剛輪齒數(shù)：
前面取模數(shù)：，則
柔輪分度圓直徑：
鋼輪分度圓直徑：
柔輪齒圈處的厚度：
重載時(shí)，為了增大柔輪的剛性， 允許將δ1計(jì)算值增加20%，即
柔輪筒體壁厚：
為了提高柔輪的剛度，取
輪齒寬度：，考慮超載取大一些 B=25mm
輪齒過(guò)渡圓角半徑：
為了減少應(yīng)力集中，以提高柔輪抗疲勞能力，取
由于采用壓力角的漸開(kāi)線齒廓，傳動(dòng)的嚙合參數(shù)可按考慮到構(gòu)件柔度的計(jì)算公式，即按如下公式進(jìn)行計(jì)算。
3.5 輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計(jì)算
滾珠直徑：
柔輪齒圈處的內(nèi)徑：
則：
軸承外環(huán)厚度：由于工藝上的要求，可將外環(huán)做成無(wú)滾道的
軸承內(nèi)環(huán)厚度：
內(nèi)環(huán)滾道深度：
式中的是考慮到外環(huán)無(wú)滾道而內(nèi)環(huán)滾道加深量。
軸承內(nèi)外環(huán)寬度：所用為滾珠軸承，近似等于齒寬
軸承外環(huán)外徑：
軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)徑：
為了便于制造，采用雙偏心凸輪波發(fā)生器。
3.5.1柔輪齒面的接觸強(qiáng)度的計(jì)算
根據(jù)諧波傳動(dòng)傳動(dòng)比大的特點(diǎn)，其柔輪和剛輪的齒數(shù)較多，齒形很接近于直線。故實(shí)際諧波齒輪傳動(dòng)的載荷能力主要應(yīng)由柔輪齒側(cè)工作表面的最大接觸應(yīng)力所限制。因此，諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪齒側(cè)面應(yīng)滿足如下接觸強(qiáng)度條件：
接觸強(qiáng)度計(jì)算公式：
—輸出轉(zhuǎn)矩
—柔輪節(jié)圓半徑
—柔輪輪齒寬
—?jiǎng)傒唹毫?
—接觸系數(shù)（0.4~0.9）
對(duì)于一般雙波傳動(dòng)，輪齒寬許用接觸應(yīng)力
則：
所以滿足齒面的接觸強(qiáng)度要求。
3.5.2柔輪疲勞強(qiáng)度的計(jì)算
諧波齒輪傳動(dòng)中輪齒的工作特點(diǎn)是：齒面的摩擦滑移接觸和柔輪承受著反復(fù)的交變載荷。為了使柔輪在循環(huán)的彈性變形下能正常工作，除滿足耐磨條件外，還必須進(jìn)行柔輪的疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
柔輪材料采用 調(diào)制硬度229~269。
計(jì)算柔輪在反復(fù)彈性變形狀態(tài)下工作時(shí)所產(chǎn)生的交變應(yīng)力幅和平均應(yīng)力為
截面處正應(yīng)力：
切應(yīng)力：
由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力：
其中：
則：
驗(yàn)算安全系數(shù)：
疲勞極限應(yīng)力：
應(yīng)力安全系數(shù)：
其中，抗拉屈服極限：
剪切應(yīng)力集中系數(shù)：
則滿足疲勞強(qiáng)度條件。
3.6 輸入軸的設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
用于連接聯(lián)軸器，直徑大小為聯(lián)軸器的內(nèi)孔徑，d1=15mm。
軸材料選用45正火處理，，。
根據(jù)長(zhǎng)度關(guān)系把軸受力圖簡(jiǎn)化：
圖3-2 輸入軸的受力圖
水平面支反力
豎直面支反力
（4）畫(huà)彎矩圖
水平面：
垂直面：
合成彎矩
圖3-3 輸入軸的彎矩圖
（5）畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖
轉(zhuǎn)矩圖如圖：
圖3-4 輸入軸的轉(zhuǎn)矩圖
（6）許用應(yīng)力
由，查表9-4得，
則折合系數(shù)為：
（7）畫(huà)當(dāng)量彎矩圖
圖3-5 輸入軸的當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩
當(dāng)量彎矩在剛輪中間截面處
（8）校核軸徑
剛輪所在的截面對(duì)應(yīng)的當(dāng)量彎矩最大，且有較大應(yīng)力集中，故危險(xiǎn)截面為剛輪所在中間截面。
該截面抗扭截面模量為
則
故軸的尺寸滿足要求。
3.7輸出軸的設(shè)計(jì)
根據(jù)長(zhǎng)度關(guān)系把軸受力圖簡(jiǎn)化：
圖3-6 輸出軸的受力圖
水平面支反力
豎直面支反力
（4）畫(huà)彎矩圖
水平面：
垂直面：
合成彎矩
圖3-7 輸出軸的彎矩圖
（5）畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖
轉(zhuǎn)矩圖如圖：
圖3-8 輸出軸的轉(zhuǎn)矩圖
（6）許用應(yīng)力
由，查表9-4得，
則折合系數(shù)為：
（7）畫(huà)當(dāng)量彎矩圖
圖3-9 輸出軸的當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩
當(dāng)量彎矩在大剛輪柔輪中間截面處
當(dāng)量彎矩在小剛輪柔輪中間截面處
（8）校核軸徑
小剛輪柔輪所在的截面對(duì)應(yīng)的當(dāng)量彎矩最大，且有較大應(yīng)力集中，危險(xiǎn)截面為小剛輪柔輪所在中間截面。
該截面抗扭截面模量為
則
故軸的尺寸滿足要求。
第4章 鍵連接的選擇計(jì)算
4.1 輸出軸鍵的選擇與校核
（1）輸出軸鍵的選擇
輸出軸與大圓柱剛輪柔輪的連接。選用圓頭普通平鍵（A型），尺寸大小為，b=20mm，h=12mm，L=56mm。
輸出軸與輸送機(jī)聯(lián)軸器的連接。選用圓頭普通平鍵（A型），尺寸大小為，b=14mm，h=9mm，L=70mm。
（2）輸出軸與大圓柱斜剛輪柔輪的連接校核。
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值。
鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=56-20=36mm
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=6mm
則
鍵的強(qiáng)度符合要求。
（3）輸出軸與輸送機(jī)聯(lián)軸器的連接校核。
鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值。
鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=70-14=56mm.
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=4.5mm
則
鍵的強(qiáng)度符合要求。
4.2 輸入軸鍵的選擇與校核
（1）輸入軸鍵的選擇
輸入軸與大圓柱斜剛輪柔輪的連接。選用圓頭普通平鍵（A型），尺寸大小為，b=14mm，h=9mm，L=40mm。
（2）輸入軸與大圓柱斜剛輪柔輪的連接校核。
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值。
鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=40-14=26mm
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=4.5mm
則
鍵的強(qiáng)度符合要求。
第5章 滾動(dòng)軸承的類型、代號(hào)及壽命計(jì)算
5.1 輸出軸軸承的選擇與校核
（1）輸出軸軸承的選擇
輸出軸軸承處直徑為，選用角接觸軸承GB/T292-94，型號(hào)為7012AC，基本額定動(dòng)載荷，。
（2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
，
由于輸出軸上的軸承不承受軸向力，只承受徑向力，故
即：
（3）計(jì)算壽命
取較大者代入壽命計(jì)算公式，取，則
5.2 輸入軸軸承的選擇與校核
（1）輸入軸軸承的選擇
輸入軸軸承處直徑為，選用角接觸軸承GB/T292-94，型號(hào)為7207B，基本額定動(dòng)載荷，。
（2）計(jì)算內(nèi)部軸向力
，
可得，
（3）計(jì)算單個(gè)軸承的軸向載荷
由于
所以，軸承Ⅱ壓緊，軸承Ⅰ放松。因此
（4）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
由表得
則
（5）計(jì)算壽命
取較大者代入壽命計(jì)算公式，取，則
故軸承符合壽命要求，在三年大修期限時(shí)要檢修或更換軸承。
第6章 減速器鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì)
鍵聯(lián)接是最常見(jiàn)的軸、轂聯(lián)接方式，屬于可拆聯(lián)接，主要其周向固定作用。軸與回轉(zhuǎn)零件（如：剛輪柔輪、帶輪等）的輪轂之間用鍵聯(lián)接后，使它們一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以傳遞轉(zhuǎn)矩。
6.1 輸入軸與聯(lián)軸器聯(lián)接鍵的設(shè)計(jì)
鍵聯(lián)接有多種類型，而且都是標(biāo)準(zhǔn)件，有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械設(shè)計(jì)中，我們只要按使用要求選用適當(dāng)?shù)念愋秃统叽缂纯?，必要時(shí)驗(yàn)算其強(qiáng)度。
鍵聯(lián)接有普通平鍵、半圓鍵、楔鍵（斜鍵）、切向鍵等，根據(jù)功能需要選用普通平鍵。
普通平鍵工作時(shí)，鍵的側(cè)面是工作面（是承受載荷的面），靠鍵的工作面與鍵槽的側(cè)面相擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩。
特點(diǎn)：
6.1.1選用圓頭普通平鍵（A型）
按軸徑d=28mm查表[3]表3-1選擇鍵A8×78（GB1095-1990）用輪轂長(zhǎng)B=44mm，參考表3-1確定鍵的長(zhǎng)度：L= 34 mm0-10=50mm。
6.1.2強(qiáng)度校核
零件強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容，都是根據(jù)工作中可能的失效形式擬定的。
平鍵聯(lián)接的失效形式
雖然，鍵工作中受剪切，但實(shí)際上鍵的剪斷極為罕見(jiàn)。因此，靜聯(lián)接只需進(jìn)行擠壓強(qiáng)度校核。
鍵的材料選用45鋼，聯(lián)軸器材料為45鋼，查[3]表16-1，鍵聯(lián)接的許用應(yīng)力[σ]P=100~2000Mpa。
鍵的工作長(zhǎng)度： l=L-b=34-8=26mm0-12=38mm
擠壓應(yīng)力：
安全
合理
6.2 輸入軸聯(lián)接鍵的設(shè)計(jì)
6.2.1 選用圓頭普通平鍵（A型）
按軸徑d=55mm及輪轂長(zhǎng)B=43mm，查[3]表3-1，選鍵A16×10×9，參考表3-1確定建的長(zhǎng)度l=B-（5~10）=36mm8-10=58mm。
6.2.2 強(qiáng)度校核
鍵材料選用45鋼，大剛輪柔輪材料為45鋼，查[3]表16-1得，許用應(yīng)力[σ]P =100~120Mpa。
鍵的工作長(zhǎng)度：
l=L-b=36-16=20mm
擠壓應(yīng)力：
擠壓強(qiáng)度安全。
6.3 輸出軸鍵的設(shè)計(jì)
6.3.1 選用圓頭普通平鍵（A型）
按軸徑d=50mm查表3-1選擇鍵A14×90（GB1095-1990），根據(jù)輪轂B=84mm參考表3-1確定鍵的長(zhǎng)度l=B-（5-10）=7484-5=79mm
6.3.2 校核強(qiáng)度
鍵材料選擇45鋼，聯(lián)軸器材料為45鋼，查[3]表16-1得，許用應(yīng)力[σ]P =100~1200Mpa。鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=74-14=603mm
擠壓應(yīng)力
擠壓強(qiáng)度安全
6.4 減速器的潤(rùn)滑
6.4.1 剛輪柔輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑
剛輪柔輪傳動(dòng)時(shí)，相嚙合的齒面間有相對(duì)滑動(dòng)，因此就會(huì)產(chǎn)生摩擦和磨損，增加動(dòng)力消耗，降低傳動(dòng)效率。
對(duì)剛輪柔輪傳動(dòng)進(jìn)行潤(rùn)滑，就是為了避免金屬直接接觸，減少摩擦磨損，同時(shí)還可以起到散熱和防銹蝕的目的。
剛輪柔輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式有：開(kāi)式及半開(kāi)式剛輪柔輪傳動(dòng)或速度較低的閉式剛輪柔輪傳動(dòng)，通常采用人工周期性加油潤(rùn)滑。通用的閉式剛輪柔輪傳動(dòng)，常采用浸油潤(rùn)滑和噴油潤(rùn)滑。
潤(rùn)滑劑的選擇：剛輪柔輪傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑劑為潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)剛輪柔輪的工作情況（轉(zhuǎn)速高低、載荷大小、環(huán)境溫度等），選擇潤(rùn)滑劑的粘度、牌號(hào)。
因v<12m/s，所以采用浸油潤(rùn)滑，按[2]P143表7-13，選用HL-30（GBSYB110-62S），大剛輪柔輪浸入油中的深度為1~2個(gè)齒高，但不應(yīng)小于10mm。
6.4.2 軸承的潤(rùn)滑
滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑的目的可以降低滾動(dòng)軸承內(nèi)部的摩擦，減少磨損和發(fā)熱量；軸承的摩擦發(fā)熱使軸承升溫，油潤(rùn)滑可以到起冷卻作用，從而降低軸承的工作溫度，延長(zhǎng)使用壽命；
良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，可在滾動(dòng)體與滾道間形成一層使兩者隔開(kāi)的油膜，可以使接觸壓力減小
軸承零件表面覆蓋一層潤(rùn)滑劑，可以防止表面氧化生銹。
本減速器軸承的潤(rùn)滑，采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，選用HL-30（GBSYB110-62S），并在箱壁內(nèi)側(cè)設(shè)油槽，使油池中的油能進(jìn)入軸承以致潤(rùn)滑。
第7章 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1 箱體的主要功能
(1)支承并包容各種傳動(dòng)零件，如齒輪、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)精度。箱體還可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)零件的潤(rùn)滑。
(2)安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。
(3)使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。
(4)改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀。
2.箱體的分類
按箱體的功能可分為：
(1)傳動(dòng)箱體，如減速器、汽車變速箱及機(jī)床主軸箱等的箱體，主要功能是包容和支承各傳動(dòng)件及其支承零件，這類箱體要求有密封性、強(qiáng)度和剛度。見(jiàn)圖7-1。
圖7-1 傳動(dòng)箱體
(2)泵體和閥體，如齒輪泵的泵體，各種液壓閥的閥體，主要功能是改變液體流動(dòng)方向、流量大小或改變液體壓力。這類箱體除有對(duì)前一類箱體的要求外，還要求能承受箱體內(nèi)液體的壓力。
(3)支架箱體，如機(jī)床的支座、立柱等箱體零件，要求有一定的強(qiáng)度、剛度和精度，這類箱體設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意剛度和外觀造型。
按箱體的制造方法分，主要有：
(1)鑄造箱體，常用的材料是鑄鐵，有時(shí)也用鑄鋼、鑄鋁合金和鑄銅等。鑄鐵箱體的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)形狀可以較復(fù)雜，有較好的吸振性和機(jī)加工性能，常用于成批生產(chǎn)的中小型箱體。
2)焊接箱體，由鋼板、型鋼或鑄鋼件焊接而成，結(jié)構(gòu)要求較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期較短。焊接箱體適用于單件小批量生產(chǎn)，尤其是大件箱體，采用焊接件可大大降低成本。
(3)其它箱體，如沖壓和注塑箱體，適用于大批量生產(chǎn)的小型、輕載和結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單的箱體。
7.2 設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)要求
箱體設(shè)計(jì)首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問(wèn)題：
1.滿足強(qiáng)度和剛度要求。對(duì)受力很大的箱體零件，滿足強(qiáng)度是一個(gè)重要問(wèn)題；但對(duì)于大多數(shù)箱體，評(píng)定性能的主要指標(biāo)是剛度，因?yàn)橄潴w的剛度不僅影響傳動(dòng)零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。
2.散熱性能和熱變形問(wèn)題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓?，影響其?rùn)滑性能；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對(duì)箱體的精度和強(qiáng)度有很大的影響。
3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。如支點(diǎn)的安排、筋的布置、開(kāi)孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。
4.工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。
5.造型好、質(zhì)量小。
設(shè)計(jì)不同的箱體對(duì)以上的要求可能有所側(cè)重。
7.3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
箱體的形狀和尺寸常由箱體內(nèi)部零件及內(nèi)部零件間的相互關(guān)系來(lái)決定，決定箱體結(jié)構(gòu)尺寸和外觀造型的這一設(shè)計(jì)方法稱為"結(jié)構(gòu)包容法"，當(dāng)然還應(yīng)考慮外部有關(guān)零件對(duì)箱體形狀和尺寸的要求。
箱體壁厚的設(shè)計(jì)多采用類比法，對(duì)同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，參照設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)或設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋板和凸臺(tái)等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)于重要的箱體，可用計(jì)算機(jī)的有限元法計(jì)算箱體的剛度和強(qiáng)度，或用模型和實(shí)物進(jìn)行應(yīng)力或應(yīng)變的測(cè)定，直接取得數(shù)據(jù)或作為計(jì)算結(jié)果的校核手段。
1.箱體的毛坯、材料及熱處理
(1)箱體的毛坯：選用鑄造毛坯或焊接毛坯，應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行全面分析決定。鑄造容易鑄造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體毛坯，焊接箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較困難實(shí)現(xiàn)薄壁和大平面。
焊接箱體一般比鑄造箱體輕，鑄造箱體的熱影響變形小，吸振能力較強(qiáng)，也容易獲得較好的結(jié)構(gòu)剛度。
(2)箱體的材料和熱處理
箱體的常用材料有：
鑄鐵 多數(shù)箱體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動(dòng)性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強(qiáng)，動(dòng)態(tài)剛性和機(jī)加工性能好，價(jià)格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。具體牌號(hào)查閱有關(guān)手冊(cè)。
鑄造鋁合金 用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，有足夠的強(qiáng)度和較好的塑性。
鋼材 鑄鋼有一定的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，較好的導(dǎo)熱性和焊接性，機(jī)加工性能也較好，但鑄造時(shí)容易氧化與熱裂。箱體也可用低碳鋼板和型鋼焊接而成。
箱體的熱處理：
鑄造或箱體毛坯中的剩余應(yīng)力使箱體產(chǎn)生變形，為了保證箱體加工后精度的穩(wěn)定性，對(duì)箱體毛坯或粗加工后要用熱處理方法消除剩余應(yīng)力，減少變形。常用的熱處理措施有以下三類：
A)熱時(shí)效。鑄件在500～600°C下退火，可以大幅度地降低或消除鑄造箱體中的剩余應(yīng)力。
B)熱沖擊時(shí)效。將鑄件快速加熱，利用其產(chǎn)生的熱應(yīng)力與鑄造剩余應(yīng)力疊加，使原有剩余應(yīng)力松弛。
C)自然時(shí)效。自然時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效可以提高鑄件的松弛剛性，使鑄件的尺寸精度穩(wěn)定。
2.箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇
(1) 壁厚
鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表21-2中選取，表中N用下式計(jì)算：
N=（2L+B+H）/3000 （mm）
式中L-鑄件長(zhǎng)度（mm），L、B、H中，L為最大值；
B-鑄件寬度（mm）； H-鑄件高度（mm）；
表7-1 鑄造箱體的壁厚
儀器儀表鑄造外殼的最小壁厚參考表21-3選取
(2)加強(qiáng)筋
為改善箱體的剛度，尤其是箱體壁厚的剛度，常在箱壁上增設(shè)加強(qiáng)筋，若箱體中有中間短軸或中間支承時(shí)，常設(shè)置橫向筋板。筋板的高度H不應(yīng)超過(guò)壁厚t的（3-4）倍，超過(guò)此值對(duì)提高剛度無(wú)明顯效果。加強(qiáng)筋的尺寸見(jiàn)表7-2。
(3)孔和凸臺(tái)
箱體內(nèi)壁和外壁上位于同一軸線上的孔，從機(jī)加工角度要求，單件小批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡可能使孔的質(zhì)量相等；成批大量生產(chǎn)時(shí)，外壁上的孔應(yīng)大于內(nèi)壁上的孔徑，這有利于刀具的進(jìn)入和退出。箱體壁上的開(kāi)孔會(huì)降低箱體的剛度，實(shí)驗(yàn)證明，剛度的降低程度與孔的面積大小成正比。
在箱壁上與孔中心線垂直的端面處附加凸臺(tái)，可以增加箱體局部的剛度；同時(shí)可以減少加工面。當(dāng)凸臺(tái)直徑D與孔徑d的比值D/d≤2和凸臺(tái)高度h與壁厚t的比值t/h≤2時(shí)，剛度增加較大；比值大于2以后，效果不明顯。如因設(shè)計(jì)需要，凸臺(tái)高度加大時(shí)，為了改善凸臺(tái)的局部剛度，可在適當(dāng)位置增設(shè)局部加強(qiáng)筋。見(jiàn)圖7-2。
圖7-2 加強(qiáng)筋
(4)連接和固定
箱體連接處的剛度主要是結(jié)合面的變形和位移，它包括結(jié)合面的接觸變形，連接螺釘?shù)淖冃魏瓦B接部位的局部變形。為了保證連接剛度，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
1)重要結(jié)合面表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。
2)合理選擇聯(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。為了保證結(jié)合面之間的壓強(qiáng)，又不使螺釘直徑太大，結(jié)合面的實(shí)際接觸面積在允許范圍內(nèi)盡可能減小。
3)合理設(shè)計(jì)聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表7-3。
表7-3 聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
總 結(jié)
本章設(shè)計(jì)的諧波齒輪減速器的傳動(dòng)原理與普通諧波傳動(dòng)齒輪是相異的，它是利用柔性齒輪的受控彈性變形。因?yàn)椴òl(fā)生器由齒輪的變形所產(chǎn)生的彈性力的作用是大致對(duì)稱的諧波，使機(jī)械傳動(dòng)裝置是一個(gè)諧波驅(qū)動(dòng)。
為了改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)我們的新技術(shù)，新的高科技產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，以及機(jī)械行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注和改革，它已成為所有傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。機(jī)電一體化是機(jī)械，電子，計(jì)算機(jī)，機(jī)械和電子技術(shù)相結(jié)合的自動(dòng)化控制技術(shù)。這就是，為了獲得視圖最佳整體來(lái)看，是技術(shù)從系統(tǒng)或該系統(tǒng)的產(chǎn)物。近年來(lái)，世界上的制造技術(shù)，生產(chǎn)系統(tǒng)，柔性的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家為了提高智能水平，將競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化，傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)，生產(chǎn)和管理體制發(fā)生了重大變化，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，它帶來(lái)了驚人的，革命性的變化所帶來(lái)的好處。?所以本文所研究的項(xiàng)目是具有很大的意義的，相信將來(lái)會(huì)有很好的發(fā)展前景和很大的上升空間。通過(guò)進(jìn)一步的研究可以將此項(xiàng)目運(yùn)用到科學(xué)探索及軍事等領(lǐng)域。
設(shè)計(jì)中存在很多不完美、缺憾甚至是錯(cuò)誤的地方，但由于時(shí)間的原因，是不可能一一糾正過(guò)來(lái)的了。盡管設(shè)計(jì)中存在這樣或那樣的問(wèn)題，我還是從中學(xué)到很多東西。首先，我體會(huì)到參考資料的重要性，利用一切可以利用的資源對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。往往很多數(shù)據(jù)在教材上是沒(méi)有的，我們找到的參考資料也不齊全，這時(shí)參考資料的價(jià)值就立時(shí)體現(xiàn)出來(lái)了。其次，從設(shè)計(jì)過(guò)程中，我復(fù)習(xí)了以前學(xué)過(guò)的機(jī)械制圖知識(shí)，AUTOCAD的畫(huà)圖水平有所提高，Word輸入、排版的技巧也有所掌握，這些應(yīng)該是我最大的收獲。再次，嚴(yán)謹(jǐn)理性的態(tài)度在設(shè)計(jì)中是非常重要的，采用每一個(gè)數(shù)據(jù)都要有根據(jù)，設(shè)計(jì)是一環(huán)扣一環(huán)的，前面做錯(cuò)了，后面就要全改，工作量差不多等于重做。
通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),極大的提高了我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)這門課程的掌握和運(yùn)用，讓我們熟悉了手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的使用，并把我們所學(xué)的知識(shí)和將來(lái)的生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，提高了我們分析問(wèn)題并自己去解決問(wèn)題的能力，也提高了我們各個(gè)方面的素質(zhì)，有利于我們今后更順利地走上工作崗位。
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致 謝
在這里我要特別的感謝我的指導(dǎo)老師，在他的細(xì)心的指導(dǎo)下我順利的完成了設(shè)計(jì)，沒(méi)有老師的指導(dǎo)就沒(méi)辦法完成，在此向老師表示衷心的感謝！
在即將完成畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的學(xué)習(xí)之際，我首先特別感謝導(dǎo)師對(duì)我的無(wú)限關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。尤其在我最需要幫助的時(shí)候，導(dǎo)師給予我方方面面的照顧，使我能夠順利完成學(xué)業(yè)。老師嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)、精益求精的治學(xué)態(tài)度、循循善誘的悉心教導(dǎo)，使我受益非淺、能夠?qū)W有所成;不僅學(xué)到了許多知識(shí)，更重要的是學(xué)到了思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。論文研究工作的完成，不僅是我的辛勞付出，同時(shí)也傾注了導(dǎo)師的心血與關(guān)懷。在此向?qū)熈粞岳蠋熤乱灾孕牡母兄x!
同時(shí)感謝所有關(guān)心、愛(ài)護(hù)和幫助我的老師、同學(xué)和朋友們，感謝一起共同學(xué)習(xí)組友對(duì)我的幫助。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)融合在一起，綜合運(yùn)用所有的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，是課本知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。
在設(shè)計(jì)分析中引導(dǎo)我去思考了更多的設(shè)計(jì)思路，增強(qiáng)了我的學(xué)習(xí)能力，與我們一起討論問(wèn)題，使我對(duì)分析有了更清晰明確的認(rèn)識(shí)，使我受益非淺。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)、從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過(guò)程。一著手清理自己的設(shè)計(jì)結(jié)果，仔細(xì)回味畢業(yè)設(shè)計(jì)的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消。但一想起老師平時(shí)多耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無(wú)比震驚的事故，我不禁時(shí)刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)、一絲不茍的良好習(xí)慣。
我深深體會(huì)到這句千古言的真正含義。雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完的第一部，是我人生中的一點(diǎn)小小的勝利，然而它令我感到自己成熟了許多，使我我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正的貧乏，自己綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力是如此的不足，幾年來(lái)學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會(huì)用。想到這里，我真的有點(diǎn)心急了。
學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
說(shuō)實(shí)話，畢業(yè)設(shè)計(jì)真是有點(diǎn)累。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心、細(xì)致。經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計(jì)
許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂；有時(shí)應(yīng)為不小心計(jì)算出錯(cuò)，只能毫不留情地重做。
由于畢業(yè)時(shí)間的倉(cāng)促，很多本來(lái)應(yīng)該弄懂弄透的地方都沒(méi)有時(shí)間去細(xì)細(xì)追究來(lái)源，但我相信方向才是最重要的，因?yàn)榉较虼_定了，就會(huì)用最少的精力做好事情，這對(duì)于我以后的工作至關(guān)重要。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)生活中，要從事的工種是千差萬(wàn)別的，只有從中找到自己最拿手，最有發(fā)展前途的崗位，個(gè)人才有更多的熱情，也最可能在自己的崗位做出一些貢獻(xiàn)。