谐波齿轮减速器设计

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院、系：机械工程与自动化学院机械自动化系专 业：机械电子工程设 计 题 目：谐波齿轮减速器设计指导教师: 2012年 3 月 13 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一 谐波齿轮传动的背景 谐波齿轮传动是50年代末随着空间科学、宇航尖端技术的发展而产生的。在谐波出现后的短短几十年中，世界各工业比较发达的国家都集中了一批研究力量致力于这类新型技术的研究。它是建立在弹性变形理论基础上的一种新型传动技术。1959年美国学者C·W·麦塞尔（Musser）取得该项技术的发明专利后，于1960年正式展出了实物。 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，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/T 14118-93谐波传动减速器标准，并且在理论研究、试制和应用方面取得了较大的成绩，成为掌握该项技术的国家之一。到目前为止，我国已有北京谐波传动技术研究所、北京中技克美有限责任公司、燕山大学、郑州机械研究所、北方精密机械研究所等几十家单位从事这方面的研究和生产，为我国谐波传动技术的研究和推广应用打下了较坚实的基础。二 设计谐波齿轮减速器的意义 谐波齿轮传动是利用柔性构件的弹性变形波进行运动或动力传递的一种新型传动装置，谐波齿轮减速器一般是由波发生器、柔轮和刚轮所组成的，如图所示。 其优点有: (1) 结构简单，零件少，体积小，重量轻。与传动比相当的普通减速器比较，其零件约减少50%，体积和重量均减少1/3. （2) 传动比大，传动比范围广。单级谐波减速器传动比可在50300之间，双级谐波减速器传动比可在300060000之间，复波谐波减速器传动比可在100140000之间。 （3）由于同时啮合的齿数多，齿面相对滑动速度低，使其承载能力高，传动平稳且精度高，噪声低。 （4）谐波齿轮传动的回差较小，齿侧间隙可以调整，甚至可以实现零侧隙传动。 （5）在采用如电磁波发生器或圆盘波发生器等结构型式时，可获得较小的转动惯量。 （6）谐波齿轮传动还可以向密封空间传递运动和动力，采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构。 （7）传动效率较高，且在传动比很大的情况下，仍具有较高的效率。三、谐波齿轮传动的应用由于谐波齿轮传动具有许多独特的优点，近几十年来，谐波齿轮传动技术和传动装置已被广泛应用于空间技术、雷达通讯、能源、机床、仪器仪表、机器人、汽车、造船、纺织、冶金、常规武器、精密光学设备、印刷包装机械以及医疗器械等领域。国内外的应用实践证明，无论是作为高灵敏度随动系统的精密谐波传动，还是作为传递大转矩的动力谐波传动，都表现出了良好的性能;作为空间传动装置和用于操纵高温、高压管路以及在有原子辐射或其它有害介质条件下工作的机构，更显示了一些其它传动装置难以比拟的优越性。谐波齿轮一般都是小模数齿轮，谐波齿轮传动装置一般都具有小体积和超小体积传动装置的特征。谐波齿轮传动在机器人领域的应用最多，在该领域的应用数量超过总量的60%。谐波齿轮传动还在化工立式搅拌机、矿山隧道运输用的井下转辙机、告诉灵巧的修牙机以及精密测试设备的微小位移机构、精密分度机构、小侧隙传动系统中得到应用。随着军事装备的现代化，谐波齿轮传动更加广泛地应用于航空、航天、船舶潜艇、宇宙飞船、导弹导引头、导航控制、光电火控系统、单兵作战系统等军事装备中，如在战机的舵机和惯导系统中，在卫星和航天飞船的天线和太阳能帆板展开驱动机构中都得到应用。另外，精确打击武器和微小型武器是未来军事高科技的发展趋势之一。先后出现了微型飞机、便携式侦察机器人、微小型水下航行器、精确打击武器及灵巧武器和智能武器等新概念微小型武器系统。他们具有尺寸小、成本低、隐蔽性好、机动灵活等特征，在未来信息化战争、城市和狭小地区以及反恐斗争中将占据重要位置和发挥不可替代的作用。为进一步提高打击精度，提高可靠性，降低成本，武器系统的关键功能部件正在向小型化方向发展，超小体积谐波齿轮传动装置常用来构成相关部件的传动装置，以及提高武器系统的打击精确性。4、 国内外谐波齿轮减速器的比较目前，国外小模数精密谐波齿轮减速器多采用短筒柔轮、其体积小、重量轻、承载能力高；我国采用的还是普通杯型柔轮，还没有生产短筒柔轮谐波齿轮减速器。几种国外短筒柔轮谐波齿轮减速器与国产精密杯形齿轮减速器的主要参数见表1，国外柔轮结构比较见图1由表1可知，我国谐波齿轮减速器尺寸大，承载能力反而小。国外短筒柔轮谐波齿轮减速器的体积仅是我国相同外径产品的30%左右，而承载能力（转矩）却是我国相同外径产品的1.392倍。从图1可以直观的看到，我国杯形柔轮的轴向尺寸比国外短筒柔轮的轴向尺寸要大得多。要在承载能力不变的情况下减小装置的体积，就应该下功夫研究短筒柔轮及其传动装置。另外，国外小模数谐波齿轮传动装置中的齿轮精度一般比我国的齿轮精度高2级，运动精度和回差精度能够小于3'，而我国产品的回差一般都在6'以上。五、谐波齿轮传动的前景随着工业智能机器人、数控机床、医疗器械、无线电通讯等民用设备仪器的质量、性能、可靠性的不断提高以及武器装备的不断更新换代，也就必然对其中的谐波齿轮传动提出越来越高的要求。谐波齿轮传动装置的小型化、高精度和高可靠性将是谐波齿轮传动的主要发展趋势，即齿轮模数将越来越小，零部件精度将越来越高，零件材料性能将更加优良，短筒柔轮将得到普遍应用，传动装置的体积和重量将越来越小，结构将更加紧凑合理，可靠性将不断提高。六、谐波齿轮减速器的设计步骤1、传动装置的总体 a、确定传动方案：单级谐波齿轮减速器。 b、电动机的选择。 c、传动比的计算及分配。 d、传动装置运动、动力参数的计算。2、 外传动件的设计计算 a、减速器外传动件的设计。 b、减速器内传动件的设计计算3、 谐波齿轮上作用力的计算4、 减速器装配草图的设计5、 轴的设计计算6、 画装配草图7、 减速器箱体的结构尺寸设计8、 润滑油的选择与计算9、 画装配图和零件图参考文献：1 沈允文，叶庆泰,谐波齿轮传动的理论和设计.第一版 ed.1985 年9 月: 机械工业出版社.2 辛洪兵，谢金瑞,谐波传动技术及研究动向.北京轻工业学院学报,1999.17(1): p.30-36.3 北京谐波传动技术研究所, 谐波传动技术的新发展. 齿轮, 1991. 15(2): p. 52-55.4 沈允文，谐波齿轮传动柔轮的实验模态分析 1994(01)5 李召华;扬帆;韩梅谐波齿轮传动装置的传动精度分析 2010(02)6 王中孚.吴广林.李洪斌.张敏.于兴胜谐波齿轮传动原理和技术期刊论文-职业技术（下半月） 2007(12)7 李华敏，李瑰贤，齿轮机构设计与应用 2007年9月第一版 机械工业出版社8 张春宜 郝广平 刘敏 减速器设计实例精解 2009.7 机械工业出版社9 乔峰丽，郑江 机械设计基础 2011.1 电子工业出版社10 张建民 机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社11 Cutting error measurement of flexspline gears of harmonic speed reducers using laser probes Wei Gao July 200412 Non-linear mechanic and electric behavior of a robot axis with a “harmonic-drive” gear T. Marilier, J.A. Richard Available online 14 February 2003.13 The effect of gear oil viscosity and friction reducer type on transmission efficiency K. Kubo, Y. Shimakawa, M. Kibukawa Available online 18 February 2003.14 姚俊武.王建中谐波减速器在自重构机器人的应用研究期刊论文-制造业自动化 2006(8)15 孙恒，陈作模. 机械原理 M.7版. 北京：高等教育出版社，2006.16 王长明.阳培.张立勇谐波齿轮传动概述期刊论文-机械传动 2006(4)17 张佑林.刘文波.李峰活齿端面谐波齿轮啮合状态的几何模型期刊论文-武汉理工大学学报 2004(10)18 周晖.孙京.温庆平.翟少雄.金俨.谭立谐波减速器空间润滑及性能研究期刊论文-宇航学报 2009(1)19 闫艳红;塑料谐波齿轮传动结构尺寸的优化设计J;机械设计;2002年10期