谐波齿轮减速器设计及性能仿真

毕业设计（论文）题目谐波齿轮减速器设计及性能仿真学院机械设计制造及其自动化专业学生姓名学号指导教师系主任二级学院院长摘要谐波齿轮传动具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高等优点。

广泛应用于矿山、冶金、飞机、轮船、汽车、起重机、电工机械、仪表、化工业等许多领域谐波齿轮传动有着广泛的发展前景。

谐波齿轮减速器与普通减速器相比具有体积小、重量轻、传动平稳、效率高、传动比范围大等优点。

但其设计计算较过程复杂，轴承的受力较大、寿命较短。

所以对于我们在设计这类减速器时如何进行参数的选择，避免大量繁杂的计算，如何选择好轴承使其使用寿命增加具有一定的设计意义。

对谐波减速器国内外的发展现状、优缺点、结构型式和其传动原理进行了一定的阐述。

在设计过程当中，对内啮合传动产生的各种干涉进行了详细验算；从如何提高轴承的寿命为出发点，来计算选择减速器齿轮的模数，最终合理设计减速器的整体结构。

关键词：谐波传动；减速器；内齿轮副AbstractHarmonic gear drive with small size, light weight, compact structure, transmission ratio, and high efficiency. Widely used in mining, metallurgy, aircraft, ships, cars, cranes, electrical machinery, instruments, chemical and many other fields of harmonic gear drive has a broad development prospects.Harmonic gear reducer reducer with ordinary compared with the small size, light weight, smooth transmission, high efficiency, transmission ratio range and so on. However, compared with its design and calculation process is complex, larger force bearing short-lived. Therefore, how we choose the parameters in the design of this type of reducer, to avoid a large number of complex calculations, how to choose to increase the service life of the bearings so that it has a certain design significance.Harmonic reducer development status at home and abroad, the advantages and disadvantages, structure type and its transmission principle, which must be explained. In the design process, various internal mesh transmission interference generated detailed checking; from how to improve bearing life as a starting point to calculate modulus choose Gear ultimately rational design of the overall structure of the gear unit.Keywords: harmonic drive; reducer; internal gear pair目录摘要................................................................................................... I I Abstract .. (III)第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2谐波齿轮减速器研究内容拟解决的问题 (1)1.3 本文研究主要内容 (2)第2章谐波齿轮减速器设计 (3)2.1.传动结构形式的选择 (3)2.2.几何参数的计算 (3)2.3 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算 (4)2.3.1柔轮齿面的接触强度的计算 (5)2.3.2柔轮疲劳强度的计算 (6)2.4 轴结构尺寸设计 (7)2.5 轴的受力分析及计算 (7)2.6 轴承的寿命校核 (8)2.7 销轴的强度校核计算 (10)2.8 输入轴的强度校核 (10)2.9 键的校核计算 (13)2.9.1 联轴器处键的校核 (13)2.9.2 偏心套处键的校核 (13)2.9.3 支座处键的校核 (13)2.10 轴承的校核计算 (13)第3章谐波齿轮减速器三维设计图 (20)总结 (22)致谢 (23)参考文献 (24)第1章绪论1.1 概述随着现代工业的高速发展，机械化和自动化水平的不断提高，各工业部门需要大量的减速器，并要求减速器体积小，重量轻，传动比范围大，效率高，承载能力大，运转可靠以及寿命长等。

减速器的种类虽然很多，但普通的圆柱齿轮减速器的体积大，结构笨重；普通的蜗轮减速器在大的传动比时，效率较低；摆线针轮行星减速器虽能满足以上提出的要求，但成本较高，需要专用设备制造；而谐波减速器不但基本上能满足以上提出的要求，并可用通用刀具在插齿机上加工，因而成本较低。

能适应特种条件下的工作，在国防，冶金，矿山，化工，纺织，食品，轻工，仪表制造，起重运输以及建筑工程等工业部门中取得广泛的应用。

1.2谐波齿轮减速器研究内容拟解决的问题谐波传动是五十年代中期出现的一种新型传动，它随着空间技术的发展而迅速发展起来。

由于谐波传动具有传动比大、体积小、传动精度高的特点，一开始就被运用在火箭、导弹、卫星等飞行器中，实现了他的优越性。

目前这种传动技术已由航天飞行器，飞机中的应用迅速推广到原子能、雷达、通讯、造船、冶金、汽车、坦克、机床、仪表、防止、建筑、起重运输、医疗器械等各个部门。

无论是作为数据传递的高精度传动，还是作为传递大转矩的动力传动，都得到了比较满意的效果。

特别是，这种传动通过密封壁来传递机械运动，因而它用于操纵高温，高压的管路以及用来驱动工作在高真空，有原子辐射或其他有害介质空间的机构，是现有的其他一切传动所不能比拟的。

谐波齿轮传动是五十年代后期随着航天技术发展而出现的一种新型传动。

它与一般齿轮传动相比，具有传动比大、体积小、重量轻、精度高、噪音小等优点。

此外，它还具有通过密封壳体传递运动和动力的功能，这一特点是机械传动所无法比拟的。

谐波齿轮传动一问世，就显示出了它的显著优越性。

因此，谐波齿轮传动是一种生命力强、发展前途十分宽广的机械传动。

1.3 本文研究主要内容通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了解谐波减速器的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。

具体设计方法如下：1、查阅资料、结合所学专业课程，产生谐波减速器结构设计的基本思路；2、查阅各类机械机构手册，确定合理的谐波减速器结构；3、根据给定技术参数来选择合适的零部件部位；4、重点对驱动机构进行设计研究；5、通过研究国内外情况，确定本设计课题的重点设计；6、完成2D装配图的设计和绘制，并由此绘制零件图；7、编写设计说明书；8、检查并完善本设计课题。

本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。

第2章 谐波齿轮减速器设计谐波减速器：⑴型号：XB3-50-100额定输出转矩：20N.m减速比：i 1=100设谐波减速器的的传递效率为：%90=η，步进电机应输出力矩为：011200.222.1000.9out T T N m i η===⋅⨯ (3.6) 选择BF 反应式步进电机型号：55BF003静转矩：0.686N.m步距角：1.5°2.1.传动结构形式的选择该减速器是电传动减速的谐波齿轮装置。

要求其传动比较大﹑结构简单紧凑﹑效率较高﹑承载力较高﹑通用性良好。

因此本设计方案所选的结构形式为刚轮固定﹑波发生器主动和柔轮从动比较合适。

为了便于采用标准刀具来加工柔轮和刚轮，特选取压力角 200=α的渐开线齿廓。

2.2.几何参数的计算齿数的确定柔轮齿数：2001002=⨯=⨯=i u Z r刚轮齿数：2022002=+=+=r g Z u Z已知模数：mm m 5.0=，则柔轮分度圆直径：mm mZ d r r 1002005.0=⨯==钢轮分度圆直径：mm mZ d g g 1012025.0=⨯==柔轮齿圈处的厚度：mm d Z r r 25.110100)420075(10)475(441=⨯⨯+=⨯+=δ重载时，为了增大柔轮的刚性， 允许将δ1计算值增加20%，即mm 5.120.125.11=⨯=δ柔轮筒体壁厚：mm 05.15.17.07.01=⨯==δδ为了提高柔轮的刚度，取mm 2.1=δ轮齿宽度：mm d B r 510015.015.0=⨯==轮毂凸缘长度：mm B C 5.4~315)3.0~2.0()3.0~2.0(=⨯==取4mm C =柔轮筒体长度：mm L mm d L r 100,120~80100)2.1~8.0()2.1~8.0(==⨯==取轮齿过渡圆角半径：mm m r 5.0=≈为了减少应力集中，以提高柔轮抗疲劳能力，取mm r 3=由于采用压力角 200=α的渐开线齿廓，传动的啮合参数可按考虑到构件柔度的计算公式，即按如下公式进行计算。

2.3 凸轮波发生器及其薄壁轴承的计算滚珠直径：n D d )10.0~008.0(0=柔轮齿圈处的内径：100n r D D mm ==则：100n r D D mm ==轴承外环厚度：由于工艺上的要求，可将外环做成无滚道的111101111.60.050.0580.41.6 1.6 1.50.42a h h d mma h mmδδ≤-==⨯=≤-=⨯-= 轴承内环厚度：211.8 1.8 1.5 2.7a mm δ≤=⨯=内环滚道深度：2010.10.50.180.50.41h d h mm =+=⨯+⨯=式中的10.5h 是考虑到外环无滚道而内环滚道加深量。

轴承内外环宽度：所用为滚珠轴承，近似等于齿宽15B mm =轴承外环外径：100n r D D mm ==轴承内环内径：[][]12202(()10022(2.70.8)876n d D a a h d mm=-+-+=-⨯+-+=为了便于制造，采用双偏心凸轮波发生器。