车用三轴五档机械式变速器设计

本科毕业论文(设计)开题报告

论文题目：某车用三轴五档机械式变速器设计

毕业论文（设计）开题报告要求

开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。

一、选题依据

1.论文（设计）题目及研究领域；

2.论文（设计）工作的理论意义和应用价值；

3.目前研究的概况和发展趋势。

二、论文（设计）研究的内容

1.重点解决的问题；

2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；

3.本论文（设计）预期取得的成果。

三、论文（设计）工作安排

1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；

2.论文（设计）进度计划。

四、文献查阅及文献综述

学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺，较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。

五、其他要求

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1.开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；

2.开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；

3.开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；

4.开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；

5.开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。

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自动化就是机器人逐渐地取代人来制造生产。因此，使用精密减速器来实现对机器人手臂的位置的精确控制是必需的。曲线齿廓，如摆线或渐开线齿廓，普遍使用于精密减速器中。减速器的摆线齿廓，使控制精度高，被广泛用于机器人的操作系统。本研究提出了一种具有直线梯形齿廓的减速器。在这工作中，我们分析了机械的梯形齿廓，然后专门为这项研究制造了测量性能的各种试验用样机。

关键词：机器人；梯形齿；减速器；轨迹

1．简介

在许多类型的减速器中行星齿轮减速器与谐波驱动程序普遍适用于机器人中。摆线针轮减速机（RV减速机）是行星齿轮减速器中最常见的类型。摆线针轮行星传动由于其和行星齿轮减速器相比有结构紧凑、重量轻和传动比高等优点已从上世纪30年代流行到现在，并其还有有机械传动效率高的优点[ 1 ]。然而，由于在机械加工的过程中传动间隙发生了变化，降低稳定性和并且产生了内在噪声和振动，特别是在高速的情况下[ 2 ]。

大多数用于自动化制造的机器人采用两个或三个关节以上的谐波和摆线驱动器作为

基础的关节。对于正常尺寸的机器人来说，六个关节全都用摆线针轮减速机[ 3，4 ]。即使在很小的一个阶段，谐波和摆线减速器也可以表现出显着的减速率，甚至由于其齿轮啮合率好，其能够在大的转矩下传递很小的尺寸；因此，它们主要用于机器人上结构需求紧凑，承载能力大，控制精度高的位置[ 5 ]。这些减速器的应用越来越专业化如齿廓制造技术的测量与装配技能等。随着在诸如半导体制造业和航天工业高功能的需求，只有持续发展摆线谐波减速器才可以从满足用户预期的需求。

齿廓设计考虑用户的要求，共轭曲面的几何设计中主要关注的是齿轮和生成共轭啮合元件，和一直研究的齿轮啮合与代共轭面的[6-10]。

在这项研究中，我们设计了一个机器人的减速器，通过引入一种新的梯形齿形的概念，并进行了齿形设计的程序，我们制造出样机并对其性能进行了测试。

2．方法

2.1减速器的结构

该减速器主要由一个内齿功能统称为外壳的内齿轮，进行偏心运动的外齿轮，和一个降扭的输出部分。通常，摆线针轮减速器可分为普通摆线针轮减速器或包含行星齿轮的摆线针轮减速器。图1显示的结构为包括行星齿轮摆线针轮减速器。在这里，不同于普通的摆线针轮减速器，其输入轴从马达（③）输入动力带动行星齿轮（②），当偏心轴（④）的行星齿轮与摆线齿轮（⑤）齿牙相结合的时候，最后通过与内齿轮的齿接触齿（⑥）。

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因为轴一体式结构，这使摆线齿轮转向方向相反的方向旋转的输入自己的轴。摆线针轮减速器内的齿轮由一个引脚或行星齿轮组成，其对减速器产生了一个两面的减速的影响，最近获得了普及机器人。这是因为他们可以得到比相同大小的普通摆线减速器更大的减速比的减速率，从而通过降低速度将摆线齿轮运动直接输入偏心轴[ 11，12 ]。

2.2梯形齿廓的定义

齿轮的齿廓形状一般有相应的渐开线和摆线。然而，在这项研究中，我们使用梯形齿廓而不是应用以往的渐开线或摆线齿廓。由于梯形齿廓的传动特点尚未深入研究，梯形齿廓迄今主要用于有摆线运动凸轮装置。在我们的目前的研究中，我们进行了分析，揭示了梯形齿形的干扰或传动特点。假设一个外齿轮的齿数Z1，一个内齿轮Z2，和模块的数量m，外齿轮和内齿轮的基本直径分别D1=MZ1和D2 = MZ2。一个大小齿如图2所示等于一个圆周长的长度值除以齿数。

齿形大小是πm，如图2所示。在这一点上，假设倾斜表面与外部和内部的齿面之间的比率是不变的，牙齿的外表面等于πm/ 4。假设牙齿的中心落在起始点的外齿轮的齿形是梯形的定义，下列公式：

如下图所示，我们可以同样的方式定义梯形齿廓；然而，偏心量外齿轮的运动也必须被认为是在位置的内齿轮齿廓的定义。

在这些方程中，E代表偏心运动量。

2.3齿廓的运动学方程

在摆线针轮减速机中，其外齿轮具有偏心凸轮运动。，如下图所示，可以根据齿廓运动的变化预测偏心运动量被控制的值。图5显示的是运动针轨迹的建模结果。外齿轮的节圆与内齿轮的定义如下[ 13 ]：

在齿形模块，M等于节圆直径D除以齿数Z，单位为毫米。Z1和Z2分别表示内、外齿轮的齿数。如果旋转的节圆较大，两节点必须同时同向旋转，然而两旋转角速度的常数不同。

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图8

已知刚度为 609 nm / min和电弧负载力矩测量为1131 nm。最大弧垂弯矩荷载为2262 nm，而应用点的大小范围从83.71毫米到8.14毫米，轴向载荷为3408 N和径向载荷为12180 N。

测定为50毫米沿半径方向的标准距离。额定输出扭矩为500 nm，与额定输出频率为每分钟15转。允许的最大平均输出力矩为700 nm，容许速度增加/减少扭矩为1250 nm，和允许的最大瞬时扭矩为2500 nm。允许的最大输出频率为27 rpm，测量低于1分钟的旋转精度，和扭转刚度为206 nm /弧分钟。

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3.2无效行程

确定了齿廓设计的有效性，我们制造一个模型具有以下规格。制造模型（hdxd050s-b148-s-s2）有148:1减速比，无效行程的测定（使用专门制造的测量了试验台的运动，如图8所示）是平均为0.12弧分，从而满足机器人的要求（小于1分钟）。

3.3刚度的需求

设计机器人时，价值高的刚度的时刻必须使用，因为如果刚度不够高，这从而减少低频率的精度机器人，他们陷在附加载荷。刚度目前现有的机器人达600 nm /弧分。在这项研究中，基于进行实验制造的试验台（见图9）测量的弯曲一刻，有梯形的机器人减速力矩刚度齿廓是大于600纳米/弧分钟，这是机器人的刚度标准值（见表2）。

注：被迫点的距离：1000毫米；距离

测量：300毫米

3.4测量噪声

表3列出了测量值的噪声时，一个单一的减速器在奈奎斯特控制和噪声条件下操作在距离1米的源测量。鉴于工业机器人减速平均噪音是85分贝，我们的原型在噪音方面具有相当的优势。

4.结论

机器人可分为摆线齿廓渐开线，或梯形。我们的研究评估的传动特点的梯形齿廓。此外，适用性轮廓中的机器人是通过试制验证和实验室实验。根据我们的结果研究中，我们提出了一个新的机器人减速器齿形带以齿轮传动的改进数。在总结，

（1）在齿轮传动中，应力大的改进，和刚度优化了偏差系数。一个一般工业机器人的刚度标准值为600纳米/弧分，但对减速器采用刚度平均值梯形齿廓是697纳米/

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分钟。结果表明，电弧新设计的梯形齿形的结构是合理的。

（2）新设计的梯形齿廓使之间，而以前的摆线齿形使8.。因此，梯形齿廓的优点根据应力和弯曲刚度的比较与以前的摆线齿形强度。

（3）减速器采用梯形齿形制造噪音约68的情况下，输入速度~ 76dB从1000到3000rpm。这表明该减速器提供了改进的降噪与以往的减速器进行比较的能力噪声85dB。

确认

这项研究是由中央大学研究支持奖学金2010。

工具书类

【1】D.W. botsiber和L.金斯敦，设计和性能摆线针轮减速机，马赫。DES。六月，中国（1956）。

[ 2 ] J.G.布兰奇和特区Yang，摆线行星传动与加工公差，J.机甲。传输。和自动售货机。DES，111。（1989）337-344。

[ 3 ] T.精机，RV系列，目录（2001）。

[ 4 ]谐波传动系统，谐波传动，目录，4-12，（2000）。

【5】纽约W. Hwang和C. F.谢，几何设计中的应用

nonundercutting内内部条件和

摆线齿轮，J.机甲。DES。，四月，129（4）（2007）413-420。

【6】F. L.利特，近似啮合空间合成

齿轮，J.机械，3（1968）131-148。

【7】YC Tsai和共产党的下巴，直面几何形状和

螺旋锥齿轮，ASME，J.机甲反。传输。自动售货机。

DES，109（1987）443-449。

【8】C. C.林和L仔，锥的轨迹分析

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