谐波齿轮减速器的设计与建模
作者:e
（e）
指导老师：ee
[摘要]：谐波齿轮传动是50年代中期，随着空间技术的发展，在薄壳弹性变形的理论基础上发展起来的一种新型的传动技术。我国从1961年开始谐波齿轮传动方面的研制工作，并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。但是在民用产品应用中，谐波减速器存在着传动“爬行”和“丢步的现象严重影响其谐波齿轮类产品的设计制造，也制约着其产品的不断推广，是该产品亟待解决的技术难题。本文主要介绍了谐波齿轮传动的原理，发展历史，应用领域，发展趋势及其优缺点。前半部分介绍了谐波齿轮减速器的设计计算，为了更好地分析谐波齿轮传动，后半部分用PRO/E建立了三维模型。写出了主要零件的绘制过程，并展示了各个零部件，最后给出了装配图。
[关键词]谐波齿轮，传动设计，三维模型，装配
The design and modeling of harmonic gear reducer
Author:e
(e)
Tutor:e
[Abstract]Harmonic gear transmission is developed with the of space science and thchnology in mid 50s,on the basis of elastic thin shell theory developed a new type of drive technology.So far ,we have already had dozen of units engaged in the research ofthis aspect in our country ,and developed into a variety of types of harmonic gear transimission deviced.In this field it had research at different level on all issues, but many problems still has not yet been determined,and some regularity has not revealed .such as civilian products,There is “crawling”and”lost step”phenomen on in the harmonic gear reducer transmission .So it is impact on the design of harmonic gear product manufacturing,also restrict the further promotion of its products.and solove the problem that exist in the transmission ,it isan urgent need of a job in the current this kind of products.This artical main introducted the theory harmonic gear reducer ,and the development history of harmonic gear drive application
filed,development trend,advantagesand disadvantages.The former introduce the design and calculate of harmonic gear reducer.In order to analyze the harmonic gear drive ，The later part with PRO/E to establish the three-dimensional model.Write the drawing process of the main parts .and showing all the parts .Finally ,given the assembly diagram.
[ Key words]:Harmonic gear ,Transmission design,Three-disminsional model ,Assemble.
目录
1.绪论 (1)
1.1选题的目的及研究意义 (1)
1.2课题相关领域的研究现状和发展趋势 (1)
1.3主要研究内容、途径及技术路线 (3)
2.谐波齿轮减速器的传动方案的确定 ............................................................. 错误！未定义书签。
2.1确定传动方案 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
2.2、传动方案的拟定 ............................................................................... 错误！未定义书签。
3.谐波齿轮减速器的结构设计和设计计算 ..................................................... 错误！未定义书签。
3.1传动比的计算及柔轮刚轮齿数的确定 .............................................. 错误！未定义书签。
3.2谐波传动主要零件的材料 .................................................................. 错误！未定义书签。
3.2.1 柔轮 .......................................................................................... 错误！未定义书签。
3.2.2 刚轮 .......................................................................................... 错误！未定义书签。
3.2.3抗弯环 ....................................................................................... 错误！未定义书签。
3.3柔轮、刚轮、波发生器的结构和尺寸计算 ...................................... 错误！未定义书签。
3.3.1柔轮的结构和尺寸 ................................................................... 错误！未定义书签。
3.3.2 刚轮的结构和尺寸 .................................................................. 错误！未定义书签。
3.3.3波发生器的几何尺寸计算 ..................................................... 错误！未定义书签。
3.4验算与校核 .......................................................................................... 错误！未定义书签。
3.4.1 柔轮的疲劳强度计算 ............................................................ 错误！未定义书签。
3.4.2柔轮的稳定性校核 ................................................................. 错误！未定义书签。
3.4.3柔性轴承的寿命计算 ............................................................. 错误！未定义书签。
3.5 高、低速轴的设计 ............................................................................. 错误！未定义书签。
3.5.1 高速轴设计 .............................................................................. 错误！未定义书签。
3.5.2低速轴的设计。 ....................................................................... 错误！未定义书签。
3.6各段轴上需要安装键处键的尺寸 ...................................................... 错误！未定义书签。
4.谐波齿轮减速器的PRO/E三维建模............................................................ 错误！未定义书签。
4.1 Pro/E简介............................................................................................ 错误！未定义书签。
4.2谐波齿轮减速器的Pro/E建模 ........................................................... 错误！未定义书签。
4.2.1 柔轮的建模 .............................................................................. 错误！未定义书签。
4.2.2其他零件的Pro/E模型 ............................................................ 错误！未定义书签。
4.3谐波齿轮减速器的装配 ...................................................................... 错误！未定义书签。致谢.................................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献............................................................................................................ 错误！未定义书签。外文翻译............................................................................................................ 错误！未定义书签。
1.绪论
1.1选题的目的及研究意义
选题的目的：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。我国从1961年开始谐波齿轮传动方面的研制工作，并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。到目前为止，我国已有几十家单位从事这方面的研究工作，先后研制成多种类型的谐波齿轮传动装置。这些成果也很快应用于民用领域，为企业创造了很大利润的同时，也暴露出产品的一些问题，如“爬行”、“丢步”现象。严重影响到谐波齿轮类产品的设计制造，也制约着产品的推广。因此，应用科学的方法和手段对谐波齿轮进行深入的分析研究，解决存在的问题，也就更加紧迫，也非常必要，这也是我选题的目的。
研究意义：谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，具有高精度、高承载力等优点，和普通减速器相比，由于使用的材料要少50%，其体积及重量至少减少1/3。有以下优点
1.结构简单，体积小，重量轻；
2.传动比范围大
3.同时啮合的齿数多。
4.承载能力大。
5.运动精度高。
6.运动平稳
7.齿侧间隙可以调整。
8.传动效率高。
9.同轴性好。
10.可实现向密闭空间传递运动及动力。
1.2课题相关领域的研究现状和发展趋势
谐波传动的国内发展现状与趋势：我国从1961年开始谐波传动方面的研制工作，并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。到目前为止，我国有几十家单位从事这方面的研究工作，并先后研制成了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45dB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和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和开发工作打下了坚实的基础。
北京市是中国重要的谐波传动产品生产基地，拥有以北京中技克美谐波传动有限公司、北京谐波传动技术研究所和北京天阶科技工业公司等为代表的谐波传动产品的主要生产单位。国内谐波传动公司的产品已经长期应用于国防工业和多种民用机械产品领域，部分产品已出口国外，并开发成功固体润滑谐波传动和短杯谐波传动产品。
2006年，北京工商大学基于椭圆凸轮波发生器，开发成功了具有自主知识产权的谐波齿轮传动双圆弧基本齿廓、谐波齿轮加工刀具以及双圆弧谐波齿轮传动装置。经FEM分析显示，双圆弧齿形有效减小了柔轮齿根应力。对比试验则表明，双圆弧谐波齿轮传动的运动精度和传动刚度明显优于渐开线谐波齿轮传动，特别是在低载荷段，传动刚度增加了40%以上。
谐波传动的国外发展现状与趋势：日本的谐波传动技术和产业发展较快。1964年，日本Hasegawa齿轮公司生产了实用化谐波传动减速器；1970年，Hasegawa公司与USM公司在日本东京合资创立了谐波传动系统有限公司（Harmonic Drive System Inc.）。根据合作协议，谐波传动系统公司从Hasegawa公司获得谐波传动机构商业权益。1976年9月，公司资本金降至1亿日元，谐波传动系统公司成为USM公司的全资子公司。1977年，谐波传动系统有限公司开始生产销售驱动器和控制器等工厂自动化设备。1984年12月，为了拓展市场，谐波传动系统有限公司在台湾和韩国设置了销售代理。1987年，其为拓展美国市场，创建了子公司HD System公司，与Mitsui & Co. Ltd 签署了在韩国的产品分销协议。1988年，开始生产具有新开发的IH齿形的谐波传动减速器。1989年，其创建全资子公司，即“新的”谐波传动系统有限公司，并转移商业权益。以前的谐波传动系统有限公司被Koden电子公司接手。1990年，公司将生产基地从日本Matsumoto转移至位于Nagano 的Hotaka工厂，1996年与德国Harmonic Drive Antriebstechnik 公司（现在的Harmonic Drive 公司）签署排他性分销协议，后者负责在欧洲、中东、非洲、印度和拉丁美洲的产品销售，同年12月签署授权与技术支持协议。
1998年，谐波传动系统有限公司进入日本证券交易协会场外交易市场；1999年，创立了HD物流和Harmonic Precision等子公司。2002年，其获得了Harmonic Drive 公司25%流通股权；2004年12月，进入了Jasdaq证券交易市场；2005年，在美国创建Harmonic Drive L.L.C公司，该公司是HD Systems与Harmonic Drive Technologies Nabtesco的合资公司。
Harmonic Drive AG成立了子公司——Micromotion公司，专门负责用直接LIG工艺开发与制造微型谐波齿轮传动（图3）及其传动方案，在微型谐波传动领域，于2005年向市场推出了“P”齿形，目前开发出了MHD8和MHD10两个系列的产品，外径最小为8mm，采用行星齿轮传动式波发生器，传动比为160、500和1000，质量最小为2.2g，重复精度可达10弧秒。
由于传统工艺能加工齿轮的最小模数为60~100m，因此微型谐波齿齿轮传动元件采用了LIGA工艺制造。LIGA工艺可以获得高深宽比微结构，它于1980年代起源于德国Karlsruhe原子核研究中心，是目前微型机系统（MEMS）加工的重要工艺。子公司Harmonic Drive Polymer公司专门负责用热塑性塑料制造大减速比精密谐波齿轮传动的开发与制造，子公司Ovalo公司则负责大批量的生产
与应用，开发或将用户定制的谐波传动产品工业化。Harmonic Drive 公司还分别在英国、法国、意大利、澳大利亚和西班牙创建了另外5个子公司，以加强国际销售和本土化服务。
在谐波齿齿轮传动中采用双圆弧齿廓，可以有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量，提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命，并可降低最小传动比。日本的IH齿形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形，由于采用近似方法设计，应用初期出现了齿廓干涉等问题，但是到1990年代初期已经基本完善。目前，日本谐波传动系统有限公司的谐波产品有十几个类型，二十多个系列，最小传动比为30，型号中带有字母“S”的，其齿形为双圆弧齿形，产品垄断了主要国际市场。其中超短杯型号CSD（图4）和SHD，其柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的1/3，既增加传动刚度，又大幅度减轻了谐波减速器重量。此外，在谐波传动轻量化技术方面，采用铝等轻合金材料制造波发生器与减速器壳体等方式，减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式，使整机重量大幅度减轻，在航空航天和机器人领域，其轻量化谐波传动产品系列的应用日益广泛。
自2000年开始，日本谐谐波传动系统有限公司还在中国大陆注册了11项与谐波传动相关的商标，其中，仅2006年就申请注册了10项。在研究投入方面，根据公司（Harmonic Drive System Inc.）2007年财报，减速器销售额为150亿日元，占公司产品的75.7%；公司有研究开发人员55人，占员工比例14.9%；研究开发费用11.85亿日元，占净销售额的6.2%。
日本谐波传动系统有限公司通过持续深入的研究开发、规模化经营与资本运作，促进了新产品的开发和升级换代。目前，其谐波传动产品不仅垄断了主要国际市场，并且进入了中国市场。与国外，主要是日本相比，国内谐波传动产业规模偏小且产品种类少，研究开发人员和投入不足，在加强知识产权保护、加快新产品开发、产品升级换代以及经营管理等方面，日本谐波传动系统有限公司的发展可以作为有益的借鉴。
应用领域：航天、航空、航海、舰船、军工、数控机床、加工中心、机器人、机械臂、假肢、纺织机械、化纤机械、化工机械、石油机械、冶金机械、矿山机械、轻工机械、食品机械、印刷喷绘机械、纸箱包装机械、橡塑机械、能源机械、节能设备、农林牧渔机械、医疗设备、通讯设备、电子产品制造设备、雷达设备、卫星地面接收设备、气象设备、真空制造设备、半导体制造设备、玻璃制造设备、晶体制造设备、自动控制设备、建材机械、电动工具、自动焊接设备、电缆制造设备、电动阀门、高级仪器仪表、计量仪器、分析仪器、电工工具、光学制造设备、核设施、高能物理实验研究设备、空气动力实验研究设备……
1.3主要研究内容、途径及技术路线
本设计先确定总体思路、设计总体布局，然后以Pro/E软件作为设计工具，使用该软件的参数化绘图功能，做出减速器传动系统的参数化模型，在Pro/E环境下，按照减速器结构方案对减速器中的零部件进行装配，建立运动模型。
具体研究内容：
1.设计计算部分：分析谐波齿轮机构传动方案，通过计算分析，确定传动零件的各项参数并进
行校核；在整机设计开发背景下，结合运动参数完成建模。
2.三维建模部分：本文利用三维建模软件Pro/E 对谐波齿轮减速器进行三维建模，并完成整机的装配。
主要研究途径和技术路线
1、对国内外现有减速器成型设备的技术水平、生产过程、控制等进行调研，归纳，调查国内减速器情况和国内需求情况，采用本行业专家建议结合本课题的设计，采用PEO/E 建模成型及其仿真原理设计减速器。
2、查阅有关减速器、机械原理、PRO/E 软件功能等与设计相关方面的资料，研究国内外相关的设计手册或书籍，在保证设计方案可行性的基础上，用PRO/E 设计出减速器的结构。
3、利用计算机三维造型软件对机构进行三维造型，及时发现问题，及时修改
2.电机选择
2.1电动机选择（倒数第三页里有东东） 2.1.1选择电动机类型 2.1.2选择电动机容量
电动机所需工作功率为： ηw
d P P =；
工作机所需功率w P 为：
1000
Fv
P w =
； 传动装置的总效率为：
4321ηηηηη=；
传动滚筒
96.01=η
滚动轴承效率 96.02=η 闭式齿轮传动效率 97.03=η 联轴器效率 99.04=η
代入数值得：
8.099.097.099.096.02244321=???==ηηηηη
所需电动机功率为：
kW kW Fv P d 52.1060
10008.040
100001000=???==
η d P ε略大于d P 即可。
选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW
2.1.3确定电动机转速
取滚筒直径mm D 500= min /6.125500100060r v n w =?=π
1.分配传动比 （1）总传动比 6
2.116
.1251460===w m n n i (2)分配动装置各级传动比
取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比
03.44.101==i i 则低速级的传动比 88.203
.462.110112===i i i
2.1.4 电机端盖组装CAD 截图
图2.1.4电机端盖
2.2 运动和动力参数计算 2.2.1电动机轴
m
N r kW
n
P
T n n p p m
d
?======81.689550min
/146052.100
2.2.2高速轴
m N r kW
p T n n p p m
d
?=?======09.68146041
.1095509550min
/146041.101
1
1
1
4
1
η 2.2.3中间轴
m N r r kW n p T i n n
p p p
?=?======??===
6.2632.36210
.1095509550min /2.362min /03.4146010.1097.099.052.102
2
2
01
1
2
3
200112
ηηη
2.2.4低速轴
m
N r kW n p T i
n n p p p
?=?======??===
8.735955076.12569
.99550min /76.12588.22.36269.997.099.010.103
3
3
12
2
3
3
210223
ηηη 2.2.5滚筒轴
m N r kW n p T i
n n p p p
?=?=====??===
72076.12549
.995509550min /76.12549.999.099.069.94
4
4
23
3
4
4
220334
ηηη
3.齿轮计算
3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1>按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。
2>绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。
3>材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280 HBS ，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS ，二者材料硬度差为40 HBS 。
4>选小齿轮齿数241=z ，大齿轮齿数76.9603.4242=?=z 。取97
2=z
5初选螺旋角。初选螺旋角?=14β
3.2按齿面接触强度设计
由《机械设计》设计计算公式（10-21）进行试算，即
[]3
0112H
E
H d t t Z Z T K d σμ
μεφα
+=
3.2.1确定公式内的各计算数值
（1）试选载荷系数6.1=t k 1。
（2）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数433.2=h z 。
（3）由《机械设计》第八版图10-26查得78
.01=εα，87
.02
=ε
α，则
65
.121=+=ε
εεααα
。
（4）计算小齿轮传递的转矩。 mm N mm N n p T .108.6.146041.10105.95105.95451051?=??=??=
（5）由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数1=d φ
（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数MPa Z e 8.189= （7）由《机械设计》第八版图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限
MPa H 6001lim =σ ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5002lim =σ 。
13计算应力循环次数。
911103.61530082114606060?=??????==h jL n N
91
21056.103
.4?==
N N
（9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数
90.01=HN K ;95.02=HN K 。
（10）计算接触疲劳许用应力。
取失效概率为1%，安全系数S=1，由《机械设计》第八版式（10-12）得 []MPa MPa S
K HN H 5406009.01lim 11=?==σσ
[]MPa MPa S
K HN H 5.52255095.02
lim 22=?==σσ
（11）许用接触应力
[][][]
MPa H H H 25.5312
21=+=σσσ
3.2.2计算
（1）试算小齿轮分度圆直径d t 1
1t d =
32486.01046.16??=341046.167396.0??=10738.1213?=4
9.56mm
（2）计算圆周速度v 0
s m n d t /78.31000
6056
.4914601000
601
1=???=
?=
ππν
（3）计算齿宽及模数
11
cos 49.56t
nt
mm d
m
z
β
==
=
=z
d
m
t
nt
1
1cos β
2414cos 56.49??=24
97
.056.49?=2mm
h=2.25=nt m 2.25?2=4.5mm
=h
b 49.56/4.5=11.01
（4）计算纵向重合度
==βφ
ε
β
tan 318.01
z d
0.318?1?24?tan ?14=20.73
（5）计算载荷系数K 。
已知使用系数,1=K A 根据v= 7.6 m/s,7级精度，由《机械设计》第八版图10-8查
得动载系数;11.1=K v
由《机械设计》第八版表10-4查得K H β
的值与齿轮的相同，故;
42.1=K H β
由《机械设计》第八版图 10-13查得
35
.1=βf K
由《机械设计》第八版表10-3查得4.1==βαH H K K .故载荷系数
==βαH H V A K K K K K 1?1.11?1.4?1.42=2.2
（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a ）得
==3
11K
d d t
t K
mm 11.55375.156.496
.12
.256.4933
=?=? （7）计算模数
=
=z d m n 1
1
c o s βmm 22.22411.5597.02414cos 11.55=?=?? 3.3按齿根弯曲强度设计
由式（10-17）
[]
3
2
2
112cos σε
φα
ββ
F
Sa
Fa
d
n Y Y z Y T m K ??≥
3.3.1确定计算参数
（1）计算载荷系数。
==βαf f V A K K K K K 35.14.111.1???=2.09 （2）根据纵向重合度
903
.1=ε
β
，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角
影响系数88
.0=Y β
（3）计算当量齿数。
37.2691.024********.0cos cos 3
3
3
11=====
βz z V 59.10691
.0971497cos cos 3
3
22
====βz z
v （4）查齿形系数。
由表10-5查得18
.2;57.221==Y Y Fa Fa
（5）查取应力校正系数。
由《机械设计》第八版表10-5查得79
.1;6.121
==Y Y Sa Sa
（6）由《机械设计》第八版图10-24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 5001=σ
；大齿轮的弯曲强度极限 MPa FE 3802=σ
；
（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 85
.01=K FN ，88.02=K FN ；
（8）计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S ＝1.4,由《机械设计》第八版式（10-12）得
[][]
MPa MPa S F MPa MPa S F FE FN FE FN K K 86.2384
.138088.057.3034
.185500.0222
111
=?=====σσσσ
（9）计算大、小齿轮的[]
σF
Y Y Sa Fa 并加以比较。
[]
1363..057.303596
.1592.21
11=?=
σF Y
Y Sa Fa
[]
σF Y
Y Sa Fa 2
22
=
01642.086
.238774
.1211.2=?
由此可知大齿轮的数值大。
3.3.2设计计算
m
m m m m m
n
59.1085.4342.401642.065
.1*88.08.610.22332
3
2
2
4
97.024
)
14(cos 10==?=??????≥?
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m n 大于由齿面齿根弯曲疲
劳强度计算 的法面模数，取=
m n 2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由
73.26214cos 11.55cos 1
1=??==m d z n
β
取
27
1
=
z，则81.
108
03
.4
27
2
=
?
=
z取;
109
2
=
z
3.4几何尺寸计算
3.4.1计算中心距
a=()
mm
m
z
z n
2.
140
97
.0
136
14
cos
2
2
)
109
27
(
cos
2
2
1=
=
?
?
+
=
+
β
将中以距圆整为141mm.
3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角
?
=
=
?
?
+
=
+
=06
.
14
97
.0
arccos
2.
140
2
2
)
109
27
(
arccos
2
)
(
arccos2
1
a
m
z
z n
β
因β值改变不多，故参数
εα、kβ、Z H等不必修正。
3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径
m m
m m
m
z
d
m
z
d
n
n
224
97
.0
218
14
cos
2
109
cos
55
97
.0
54
14
cos
2
27
cos
2
2
1
1
=
=
?
=
=
=
=
?
=
=
β
β
mm
a
d
d
5.
139
2
224
55
2
2
1=
+
=
+
=
3.4.4计算齿轮宽度
mm b d
d
5567.5511
=?==φ
圆整后取mm mm B B 61;5612==. 低速级
取m=3;;303=z 由88.23
412==
z
z i
4
2.883086.4z =?= 取874=z m m
m m m z d
z d 2618739030344
33=?===?==
mm mm a d
d 5.1752
261
902
4
3
=+=
+=
mm mm b d
d
909013
=?==φ
圆整后取mm mm B B 95,9034==
表 1高速级齿轮：
表2低速级齿轮：
4. 轴的设计
4.1低速轴
4.1.1求输出轴上的功率
p
3
转速n 3和转矩T 3
若取每级齿轮的传动的效率,则
m N r kW n p T
i n n
p p p
?=?======?===
842.735955076.12569
.99550min /76.12588
.22.36269.997.990.010.103
3
3
12
2
3
3
210223
ηηη 4.1.2求作用在齿轮上的力
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为
m m m z d
404101444
=?==
N
N N
F
F
F F d
T F t
a n t
r
t
90814tan 3642tan 136697
.03639
.0364214cos 20tan 3642cos tan 36424041000
8.735224
3
=??==
=?=???
===??=
=ββ
α
圆周力F t ,径向力 F r 及轴向力F a 的
4.1.3初步确定轴的最小直径
先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据《机械设计》第八版表15-3,取112
0=A ,于是得
m m
n
p A
d 64.47077.011276
.12569
.911233
3
3
3
0min
=?=?== 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d 12.为了使所选的轴直径与联轴
兰州工业学院学院 毕业设计 题目二级直齿圆柱齿轮减速器系别机电工程学院 专业机械设计与制造 班级机设 姓名***** 学号****** 指导教师**** 日期2013年12月
设计任务书 题目： 带式运输机传动系统中的二级直齿圆柱齿轮减速器设计要求： 1：运输带的有效拉力为F=2500N。 2：运输带的工作速度为V=1.7m/s。 3：卷筒直径为D=300mm。 5：两班制连续单向运转（每班8小时计算），载荷变化不大，室内有粉尘。6：工作年限十年（每年300天计算），小批量生产。 设计进度要求： 第一周拟定分析传动装置的设计方案： 第二周选择电动机,计算传动装置的运动和动力参数： 第三周进行传动件的设计计算，校核轴，轴承，联轴器，键等： 第四周绘制减速器的装配图： 第五周准备答辩 指导教师（签名）：
摘要 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用极为广泛。 本设计讲述了带式运输机的传动装置——二级圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容）。运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。 关键词：齿轮啮合轴传动传动比传动效率
目录 1、引言 (1) 2、电动机的选择 (2) 2.1. 电动机类型的选择 (2) 2.2．电动机功率的选择 (2) 2.3．确定电动机的转速 (2) 3、计算总传动比及分配各级的传动比 (4) 3.1. 总传动比 (4) 3.2．分配各级传动比 (4) 4、计算传动装置的传动和动力参数 (5) 4.1.电动机轴的计算 (5) 4.2.Ⅰ轴的计算(减速器高速轴) (5) 4.3.Ⅱ轴的计算(减速器中间轴) (5) 4.4.Ⅲ轴的计算(减速器低速轴) (6) 4.5.Ⅳ轴的计算(卷筒轴) (6) 5、传动零件V带的设计计算 (7) 5.1.确定计算功率 (7) 5.2.选择V带的型号 (7) 5.3.确定带轮的基准直径d d1 d d2 (7) 5.4.验算V带的速度 (7) 5.5.确定V带的基准长度L d 和实际中心距a (7) 5.6.校验小带轮包角ɑ 1 (8)
安徽理工大学继续教育学院 毕业设计 题目二级直齿圆柱齿轮减速器 系别 专业机械电子工程 班级 09 姓名汪凡凯 学号 指导教师 日期 2011年5月
摘要 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用极为广泛。 本设计讲述了带式运输机的传动装置——二级圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容）。运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。 关键词：齿轮啮合轴传动传动比传动效率
目录 1、引言 (1) 2、电动机的选择 (2) 2.1. 电动机类型的选择 (2) 2.2．电动机功率的选择 (2) 2.3．确定电动机的转速 (2) 3、计算总传动比及分配各级的传动比 (4) 3.1. 总传动比 (4) 3.2．分配各级传动比 (4) 4、计算传动装置的传动和动力参数 (5) 4.1.电动机轴的计算 (5) 4.2.Ⅰ轴的计算(减速器高速轴) (5) 4.3.Ⅱ轴的计算(减速器中间轴) (5) 4.4.Ⅲ轴的计算(减速器低速轴) (6) 4.5.Ⅳ轴的计算(卷筒轴) (6) 5、传动零件V带的设计计算 (7) 5.1.确定计算功率 (7) 5.2.选择V带的型号 (7) 5.3.确定带轮的基准直径d d1 d d2 (7) 5.4.验算V带的速度 (7) 5.5.确定V带的基准长度L d 和实际中心距a (7) 5.6.校验小带轮包角ɑ 1 (8)
武汉工业学院 毕业设计（论文）开题报告 2010届 毕业设计题目:基于AutoCAD的圆柱齿轮三维参数化设计 院（系）:机械工程学院 专业名称:过程装备与控制工程 学生姓名: 学生学号: 指导教师:杨红军
武汉工业学院学生毕业设计（论文）开题报告表 课题名称基于AutoCAD的圆柱齿轮三维参数化设计课题类型论文 课题来源导师杨红军 学生姓名学号专业 一，课题研究目的和意义 AutoCAD是目前微机上应用最为广泛的通用交互式计算机辅助绘图与设计软件包。AutoCAD的强大生命力在于它的通用性、多种工业标准和开放的体系结构。AutoCAD的通用性为其二次开发提供了必要条件，而AutoCAD开放的体系结构则使其二次开发成为可能，它允许用户和开发者采用高级编程语言对其进行扩充修改，即二次开发。 AutoCAD参数化设计是二次开发技术在实际应用中提出的课题，参数化设计通常是指软件设计者为绘图及修改图形提供一个软件环境，工程技术人员在这个环境中所绘制的任意图形均可以被参数化，修改图中的任一尺寸，均可实现尺寸驭动，引起相关图形的改变.它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。其目的是通过图形驭动(或尺寸驭动)方式在设计绘图状态中修改图形。利用参数化设计手段开发的AutoCAD设计系统，可使工程设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度。 AutoCAD是目前使用最为广泛的机械图形绘制软件。但是它小支持尺寸驱动的参数化绘图方式，因此在用它进行绘图的过程中就存在大量的没意义重复性的绘图。由于齿轮的绘制比较麻烦，我们就考虑用程序驱动的方式，通过编程实现齿轮的参数化绘图从而提高绘图效率。以AutoCAD为平台，利用VB语言对AutoCAD进行二次开发，开发出了齿轮参数化设计库。 参数化设计是当前AutoCAD技术中的一个研究热点.对参数化技术进行深入的研究,对于提高我国企业的AutoCAD自动化程度以及竞争力有着重要的现实意义。 二，课题研究现状和前景 1 .计算机辅助绘图的研究现状 AutoCAD是由美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD可以绘制任意二维和三维图形，并且同传统的手工绘图相比，用AutoCAD 绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。 AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。 AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各种图形显示设备40多种，以及
P r e c i s i o n G e a r i n g&M o t i o n C o n t r o l
{ { { The Basic Component Set 1) T he Wave generator (WG) is a thin raced bearings assembly ? tted onto an elliptical plug, and normally is the rotating input member.2) T he Flexspline (FS) is a non-rigid ring with external teeth on a slightly smaller pitch diameter than the Circular Spline. It is ? tted over and is elastically de? ected by the Wave Generator.3) T he Circular Spline (CS) is a rigid ring with internal teeth, engaging the teeth of the Flexspline across the major axis of the Wave Generator.4) T he Dynamic Spline (DS) is a rigid ring having internal teeth of same number as the Flexspline. It rotates together with the Flexspline and serves as the output member. It is identi? ed by chamfered corners at its outside diameter. Contents Compact, High Ratio, In-Line Gearing .............................2The Basic Component Set ................................................2Con? guration .....................................................................3Typical Installation .............................................................3Ordering Information .........................................................3Dimensions ........................................................................4Performance Ratings ........................................................5Lubrication .........................................................................6Installation .........................................................................6Ef? ciency ...........................................................................7No-Load Running Torque, Starting Torque,and Back Driving Torque (7) Compact, High Ratio, In-Line Gearing Harmonic Drive HDUF “Pancake” type component set offers the designer high ratio, in-line mechanical power transmissions in extremely compact con? gurations. The component set consists of four elements: the Wave generator, an elliptical bearing assembly; the Flexspline, a non-rigid ring with external teeth; and the Circular Spline and the Dynamic Spline, rigid internal gears. Rotation of the Wave Generator imparts a rotating elliptical shape to the Flexspline causing progressive engagement of its external teeth with the internal teeth of the Circular Spline and the Dynamic Spline. The ? xed Circular Spline has two more teeth than the Flexspline, thereby imparting relative rotation to the Flexspline at a reduction ratio corresponding to the difference in the number of teeth. With the same number of teeth, the Dynamic Spline rotates with and at the same speed as the Flexspline.
1引言 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：①瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；②适用的功率和速度范围广；③传动效率高，η=0.92-0.98；④工作可靠、使用寿命长；⑤外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。 国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。 当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。 在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。CNC机床和工艺技术的发展,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品发展的重要趋势。
2 传动装置总体设计 2.0设计任务书 1设计任务 设计带式输送机的传动系统，采用两级圆柱直齿齿轮减速器传动。 2 设计要求 （1）外形美观，结构合理，性能可靠，工艺性好； （2）多有图纸符合国家标准要求； （3）按毕业设计（论文）要求完成相关资料整理装订工作。 3 原始数据 （1）运输带工作拉力 F=4KN （2）运输带工作速度V=2.0m/s (3)输送带滚筒直径 D=450mm η （4）传动效率96 = .0 4工作条件 两班制工作，空载起动，载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘，中小批量生产，使用期限10年，年工作300天。 2.1 确定传动方案
谐波减速器原理及特点 1. 概述 1.1 产生及发展 谐波齿轮传动技术是20世纪50年代末随着航天技术发展而发明的一种具有重大突破的新型传动技术，由美国人C. W.马瑟砖1955年提出专利，1960年在纽约展出实物。谐波传动的发展是由军事和尖端技术开始的，以后逐渐扩展到民用和一般机械上。这种传动较一般的齿轮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，并能在密闭空间和辐射介质的工况下正常工作等优点，因此美，俄，日等技术先进国家，对这方面地研制工作一直都很重视。如美国就有国家航空管理局路易斯研究中心，空间技术试验室，USM公司，贝尔航空空间公司，麻省理工学院，通用电器公司等几十个大型公司和研究中心都从事过这方面的研究工作。前苏联从60年代初期开始，也大力开展这方面的研制工作，如苏联机械研究所，莫斯科褒曼工业大学，列宁格勒光学精密机械研究所，全苏联减速器研究所等都大力开展谐波传动的研究工作。他们对该领域进行了较系统，较深入的基础理论和试验研究，在谐波传动的类型，结构，应用等方面有较大的发展。日本长谷齿轮株式会社等有关企业在谐波齿轮传动的研制和标准化、系列化等方面作出了很大贡献。西欧一些国家除了在卫星，机器人，数控机床等领域采用谐波齿轮传动外，对谐波传动的基础理论也开始进行系统的研究。谐波齿轮传动技术1970年引入日本，随之诞生了日本第一家整体运动控制的领军企业-日本Harmonic Drive SystemsInc.(简称HDSI)。目前日本HDSI公司是国际领先的谐波减速器公司，其生产的Harmonic Drive谐波减速器，具有轻量、小型、传动效率高、减速范围广、精度高等特点，被广泛应用于各种传动系统中。 谐波传动技术于1961年由上海纺织科学研究院的孙伟工程师介绍入我国。此后，我国也积极引进并研究发展该项技术，1983年成立了谐波传动研究室，1984年“谐波减速器标准系列产品”在北京通过鉴定，1993年制定了 GB/T14118-1993谐波传动减速器标准，并在理论研究、试制和应用方面取得较
一级圆柱齿轮减速器设计毕业论文 目录 第一章减速器的慨述 (5) 第二章传动方案拟定 (9) 第三章电动机的选择 (10) 第四章确定传动装置总传动比及分配各级的传动比 (13) 第五章传动装置的运动和动力设计 (14) 第六章普通V带的设计 (18) 第七章齿轮传动的设计 (23) 第八章传动轴的设 计 (28) 第九章输出轴的设 计 (33) 第十章箱体的设 计 (38) 第十一章键连接的设计 (41) 第十二章滚动轴承的设计 (43) 第十三章润滑和密封的设计 (45) 第十四章联轴器的设计 (46) 第十五章设计小
结 (47) 第十六章致 谢 (49) 第十七章参考文 献 (50) 第一章减速器概述 1.1减速器的主要型式及其特性 减速器是一种由封闭在刚性壳体的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮—蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机械中应用很广。 减速器类型很多，按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。 以下对几种减速器进行对比： 1）圆柱齿轮减速器 当传动比在8以下时，可采用单级圆柱齿轮减速器。大于8时，最好选用二级(i=8—40)和二级以上(i>40)的减速器。单级减速器的传动比如果过大，则其外廓尺寸将很大。二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式等数种。展开式最简单，但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置，因而将使载荷沿齿宽分布不均匀，且使两边的轴承受力不等。为此，在设计这种减速器时应注意：1)轴的刚度宜取大些；2)转矩应从离齿轮远的轴端输入，以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀；3)采用斜齿轮布置，而且受载大的低速级又正好位于两轴承中间，所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开好。这种减速器的高速级齿轮常采用斜齿，一侧为左旋，另一侧为右旋，轴向力能互相抵消。为了使左右两
设计说明书 一、前言1 (—)课程设计的目的(参照第1页) 机械零件课程设计是学生学习《机械技术》（上、下）课程后进行的一项综合训练，其主要目的是通过课程设计使学生巩固、加深在机械技术课程中所学到的知识，提高学生综合运用这些知识去分析和解决问题的能力。同时学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计方法与步骤，为今后学习专业技术知识打下必要的基础。(二)传动方案的分析(参照第10页) 机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低．在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之—。本设计采用的是单级直齿轮传动(说明直齿轮传动的优缺点)。 说明减速器的结构特点、材料选择和应用场合(如本设计中减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成)。 设计说明书 1
二、传动系统的参数设计 已知输送带的有效拉力F w ＝2350，输送带的速度V w =1.5,滚筒直径D=300。连续工作，载荷平稳、单向运转。 1)选择合适的电动机；2)计算传动装置的总传动比，分配各级传动比；3)计算传动装置的运动参数和动力参数。 解：1、选择电动机 (1)选择电动机类型：按工作要求和条件选取Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。 (2)选择电动机容量 工作机所需功率： 75.3ηw 1000=?= Vw Fw Pw ,其中带式输送机效率ηw =0.94。 电动机输出功率： 12.4== η Pw Po 其中η为电动机至滚筒、主动轴传动装置的总效率，包括V 带传动效率ηb 、一对齿轮传动效率ηg 、两对滚动轴承效率ηr 2、及联轴器效率ηc ，值 计算如下：η=ηb ·ηg ·ηr 2·ηc =0.90 由表10—1(134页)查得各效率值，代入公式计算出效率及电机输出功率。使电动机的额定功率Pm ＝(1～1.3)Po ，由表10—110(223页)查得电动机的额定功率Pm=5.5。 (3)选择电动机的转速 计算滚筒的转速：== D Vw nw π6095.49 根据表3—1确定传动比的范围：取V 带传动比i b ＝2～4，单级齿轮传动比i g ＝3～5，则总传动比的范围：i ＝(2X3)～(4X5)＝6～20。 电动机的转速范围为n′=i·n w (6~20)·n w =592.94~1909.8 在这个范围内电动机的同步转速有1000r ／min 和1500r ／min ，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000，根据同步转速确定电动机的型号为Y132M2-6，满载转速960。（223页） 型号 额定功率 满载转速 同步转速 Ｙ１３２Ｍ２－６ ５．５ ９６０ 1000 2、计算总传动比并分配各级传动比 (1)计算总传动比：i=n m ／n W =8～14 (2)分配各级传动比：为使带传动尺寸不至过大，满足i b 二级减速器(机械课程设计)(含总结)
机械设计课程设计 ： 班级： 学号： 指导教师： 成绩：
日期：2011 年6 月 目录 1. 设计目的 (2) 2. 设计方案 (3) 3. 电机选择 (5) 4. 装置运动动力参数计算 (7) 5.带传动设计 (9) 6.齿轮设计 (18) 7.轴类零件设计 (28) 8.轴承的寿命计算 (31) 9.键连接的校核 (32) 10.润滑及密封类型选择 (33) 11.减速器附件设计 (33) 12.心得体会 (34) 13.参考文献 (35)
1. 设计目的 机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是： （1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。 （2）学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。 （3）通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件工作能力，确定尺寸和掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。 （4）学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算，绘图，查阅设计资料和手册，运用标准和规等。 2. 设计方案及要求 据所给题目：设计一带式输送机的传动装置（两级展开式圆柱直齿轮减速器）方案图如下：
1—输送带 2—电动机 3—V带传动 4—减速器 技术与条件说明： 1）传动装置的使用寿命预定为8年每年按350天计算，每天16小时计算； 2）工作情况：单向运输，载荷平稳，室工作，有粉尘，环境温度不超过35度； 3）电动机的电源为三相交流电，电压为380/220伏； 4）运动要求：输送带运动速度误差不超过%5；滚筒传动效率 0.96； 5）检修周期：半年小修，两年中修，四年大修。 设计要求 1）减速器装配图1； 2）零件图2（低速级齿轮，低速级轴）；
谐波减速器概述 阳泉华鑫采矿设备有限公司 2010.12.4
目录 1. 简述 (1) 1.1 谐波传动技术背景 (1) 2. 国内外研究现状 (1) 3．波减速器介绍 (2) 3.1谐波传动术语介绍 (2) 3.3 谐波减速器介绍 (2) 3.3.1 谐波减速器代号 (2) 3.3.2 谐波减速器的品种规格 (2) 3.3.3 谐波齿轮减速器的基本构造 (3) 3.3.4 谐波减速器的原理 (3) 3.3.5 谐波减速器主要零件常用材料: (5) 3.3.6 生产谐波减速器所需设备情况 (5) 4. 谐波减速器的特点 (7) 4.1 谐波减速器的主要优点 (7) 4.2 谐波减速器的主要缺点 (8) 4.3 谐波传动与其它传动性能的具体比较 (8) 5 国内外谐波减速器比较 (9) 6. 发展趋势和待解决的问题 (10) 附录谐波减速器生产厂家
1. 简述 1.1 谐波传动技术背景 谐波传动是上世纪五十年代后期随着航天技术的发展而出现的一种重要的 新型机械传动方式，被认为是机械传动的重大突破。谐波机械传动原理是苏联 工程师A.摩察尤唯金首先于1947年提出，1955年第一台用于火箭的谐波齿轮 传动是由美国人C.M .Musser发明的。此后，在航天飞行器和航天设备上的多 次使用，充分显示了这种传动的优越性。1959年取得了此项发明的专利后，于1960年正式公开发表了该项技术的详细资料，一九六一年开始介绍到我国。由 于谐波传动具有许多优点，因而获得了广泛的推广。到上世纪七、八十年代， 许多不同类型的谐波传动取得了专利。 2. 国内外研究现状 谐波传动自50年代中期出现后成功地用于火箭、卫星等多种传动系统中，使用证实这种传动较一般齿轮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，并能在密封空间和辐射介质的工况下正常工作等优点。因此美、日、俄等技术先进国家，对这方面的研制工作一直都很重视。如 美国就有国家航空管理局路易斯研究中心、空间技术实验室、贝尔航空空间公司、麻省理工学院、通用电气公司等几十个大型公司和研究中心都从事过这方 面的研究工作。 目前，美国将谐波齿轮传动应用于精密加工和测星装置的纳米级调整系统，并取得了专利。前苏联从60年代初开始，也大力开展这方而的研制工作。如苏 联机械研究所、莫斯科鲍曼工业大学、全苏联减速器研究所、基耶夫减速器厂 和莫斯科建筑工程学院等单位都大力开展谐波传动的研究工作。他们对该领域 进行了较系统、深入的基础理论和试验研究，在谐波传动的类型、结构、应用 等方而有较大发展。日木自70年代开始，从美国引进全套技术，目前不仅能大 批生产各种类型的谐波齿轮传动装置，还完成了通用谐波齿轮传动装置的标准化、系列化工作。 谐波齿轮传动技术于1961年由上海纺织科学研究院的孙伟工程师引入我国。此后，我国也积极引进并研究发展该项技术，1983年成立了谐波传动研究室，
一、选题的依据及意义： 齿轮减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。其特点是减速电机和大型减速机的结合。无须联轴器和适配器，结构紧凑。负载分布在行星齿轮上，因而承载能力比一般斜齿轮减速机高。满足小空间高扭矩输出的需要。广泛应用于大型矿山，钢铁，化工，港口，环保等领域。与K、R系列组合能得到更大速比。按照齿形分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆柱—圆锥齿轮减速器; 二级圆柱齿轮减速器就是按其分类来命名的。圆柱齿轮减速器的设计是按传统方法进行的。设计人员按照各种资料、文献提供的数据，结合自己的设计实验，并对已有减速器做一番对比，初步定出一个设计方案，然后对这个方案进行一些验算，如果验算通过了，方案便被肯定了。显然，这个方案是可采用的。但这往往使设计的减速器有很大的尺寸富余量，造成财力、物力和人力的极大浪费。因此，优化圆柱齿轮减速器势在必行。 圆柱齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的圆柱齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。圆柱齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。因此，圆柱齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。对这种减速器进行优化设计，必将获得可观的经济效益。 选做这个毕业设计，一方面对于减速器的内部结构和工作原理也有一定的了解和基础，其次通过对圆柱齿轮减速器这一毕业课题设计可以巩固我大学4年来所学的专业知识，对于我也是一种检验。可以全面检验我大学所学的知识是否全面，是否能灵活运用到实际生活工作中。在做的过程中我还可以不断学习和拓宽视野和思路，做到理论与实际相结合的运用。最重要的是对于即将离校走向社会的我是一种挑战，培养我独立思考，树立全局观念，为以后的我奠定坚实的基础。
济源职业技术学院 毕业设计 题目二级圆柱齿轮减速器的设计系别机电系 专业机电一体化技术 班级机电0602班 姓名Xxx 学号06010204 指导教师高清冉 日期2008年11月
设计任务书 设计题目： 二级圆柱齿轮减速器 设计要求： 运输带拉力 F = 3400 N 运输带速度 V = 1.3 m/s 卷筒直径 D = 320 mm 滚筒及运输带效率η=0.94 。要求电动机长期连续运转，载荷不变或很少变化。电动机的额定功率Ped稍大于电动机工作功率Pd。工作时，载荷有轻微冲击。室内工作，水份和灰份为正常状态，产品生产批量为成批生产，允许总速比误差为±4%，要求齿轮使用寿命为10年，传动比准确，有足够大的强度，两班工作制，轴承使用寿命不小于15000小时，要求轴有较大刚度，试设计二级圆柱齿轮减速器。 设计进度要求： 第一周：熟悉题目，收集资料，理解题目，借取一些工具书。 第二周：完成减速器的设计及整理计算的数据，为下步图形的绘制做准备。 第三周：完成了减速器的设计及整理计算的数据。 第四周：按照上一阶段所计算的数据，完成零部件的CAD的绘制。 第五周：根据设计和图形绘制过程中的心得体会撰写论文，完成了论文的撰写。 第六周：修改、打印论文，完成。 指导教师（签名）：
摘要 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是： ①瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力； ②适用的功率和速度范围广； ③传动效率高，η=0.92-0.98； ④工作可靠、使用寿命长； ⑤外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用极为广泛。齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、三级和多级减速器几种；按轴在空间的相互配置方式可分为立式和卧式减速器两种；按运动简图的特点可分为展开式、同轴式和分流式减速器等。单级圆柱齿轮减速器的最大传动比一般为8～10，作此限制主要为避免外廓尺寸过大。若要求i>10时，就应采用二级圆柱齿轮减速器。二级圆柱齿轮减速器应用于i：8～50及高、低速级的中心距总和为250～400mmm的情况下。 本设计讲述了带式运输机的传动装置——二级圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容）。运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。 关键词：齿轮啮合轴传动传动比传动效率
轴的设计 图1传动系统的总轮廓图 一、轴的材料选择及最小直径估算 根据工作条件，小齿轮的直径较小（），采用齿轮轴结构， 选用45钢，正火，硬度HB=。 按扭转强度法进行最小直径估算，即初算轴径，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 值由表26—3确定：=112 1、高速轴最小直径的确定 由，因高速轴最小直径处安装联 轴器，设有一个键槽。则，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机 轴径不得相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取，为
电动机轴直径，由前以选电动机查表6-166：， ，综合考虑各因素，取。 2、中间轴最小直径的确定 ，因中间轴最小直径处安装滚动 轴承，取为标准值。 3、低速轴最小直径的确定 ，因低速轴最小直径处安装联轴 器，设有一键槽，则，参 见联轴器的选择，查表6-96，就近取联轴器孔径的标准值。 二、轴的结构设计 1、高速轴的结构设计 图2 （1）、各轴段的直径的确定 ：最小直径，安装联轴器 ：密封处轴段，根据联轴器轴向定位要求，以及密封圈的标准查表6-85（采用毡圈密封）， ：滚动轴承处轴段，，滚动轴承选取30208。 ：过渡轴段，取 ：滚动轴承处轴段
（2）、各轴段长度的确定 ：由联轴器长度查表6-96得，，取 ：由箱体结构、轴承端盖、装配关系确定 ：由滚动轴承确定 ：由装配关系及箱体结构等确定 ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定 ：由小齿轮宽度确定，取 2、中间轴的结构设计 图3 （1）、各轴段的直径的确定 ：最小直径，滚动轴承处轴段，，滚动轴承选30206 ：低速级小齿轮轴段 ：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 ：高速级大齿轮轴段 ：滚动轴承处轴段 （2）、各轴段长度的确定 ：由滚动轴承、装配关系确定 ：由低速级小齿轮的毂孔宽度确定 ：轴环宽度 ：由高速级大齿轮的毂孔宽度确定
工业机器人核心部件-谐波减速器
机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大，常用的减速机构有： 1）RV减速机构； 2）谐波减速机械； 3）摆线针轮减速机构； 4）行星齿轮减速机械； 5）无侧隙减速机构； 6）蜗轮减速机构； 7）滚珠丝杠机构； 8）金属带／齿形减速机构； 9）球减速机构。 其中谐波减速器广泛应用于小型的六轴搬运及装配机械手中，下面介绍其工作原理。
以下内容摘自百度百科（稍有修改）： 谐波齿轮减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。 （一）传动原理 它主要由三个基本构件组成： （1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）2，它相当于行星系中的中心轮； （2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）1，它相当于行星齿轮； （3）波发生器H，它相当于行星架。 作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。
波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。 在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以 n 表示。常用的是双波和三波两种。双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一种。 谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的周节相同，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮齿数差等于波数，即 z2－z1=n 式中 z2、z2--分别为刚轮与柔轮的齿数。 当刚轮固定、发生器主动、柔轮从动时，谐波齿轮传动的传动比为 i=-z1/(z2-z1) 双波传动中，z2－z1=2，柔轮齿数很多。上式负号表示柔轮的转向与波发生器的转向相反。由此可看出，谐波减速器可获得很大的传动比。 （二）特点 1．承载能力高谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数（重叠系数）比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。 2．传动比大单级谐波齿轮传动的传动比，可达 i=70～500。 3．体积小、重量轻。 4．传动效率高、寿命长。 5．传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。 6．由于柔轮承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。 谐波减速器在国内于六七十年代才开始研制，到目前已有不少厂家专门生产，并形成系列化。广泛应用于电子、航天航空、机器人等行业，由于它的独特优点，在化工行业的应用也逐渐增多。
谐波齿轮减速器的设计与建模 作者:e （e） 指导老师：ee [摘要]：谐波齿轮传动是50年代中期，随着空间技术的发展，在薄壳弹性变形的理论基础上发展起来的一种新型的传动技术。我国从1961年开始谐波齿轮传动方面的研制工作，并且在研究、试制和使用方面取得了较大的成绩。但是在民用产品应用中，谐波减速器存在着传动“爬行”和“丢步的现象严重影响其谐波齿轮类产品的设计制造，也制约着其产品的不断推广，是该产品亟待解决的技术难题。本文主要介绍了谐波齿轮传动的原理，发展历史，应用领域，发展趋势及其优缺点。前半部分介绍了谐波齿轮减速器的设计计算，为了更好地分析谐波齿轮传动，后半部分用PRO/E建立了三维模型。写出了主要零件的绘制过程，并展示了各个零部件，最后给出了装配图。 [关键词]谐波齿轮，传动设计，三维模型，装配
The design and modeling of harmonic gear reducer Author:e (e) T utor:e [Abstract]Harmonic gear transmission is developed with the of space science and thchnology in mid 50s,on the basis of elastic thin shell theory developed a new type of drive technology.So far ,we have already had dozen of units engaged in the research ofthis aspect in our country ,and developed into a variety of types of harmonic gear transimission deviced.In this field it had research at different level on all issues, but many problems still has not yet been determined,and some regularity has not revealed .such as civilian products,There is “crawling”and”lost step”phenomen on in the harmonic gear reducer transmission .So it is impact on the design of harmonic gear product manufacturing,also restrict the further promotion of its products.and solove the problem that exist in the transmission ,it isan urgent need of a job in the current this kind of products.This artical main introducted the theory harmonic gear reducer ,and the development history of harmonic gear drive application filed,development trend,advantagesand disadvantages.The former introduce the design and calculate of harmonic gear reducer.In order to analyze the harmonic gear drive ，The later part with PRO/E to establish the three-dimensional model.Write the drawing process of the main parts .and showing all the parts .Finally ,given the assembly diagram. [ Key words]:Harmonic gear ,Transmission design,Three-disminsional model ,Assemble.