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齿轮传动在减速器中的发展

时间:2022-09-27 17:16:26来源:今日减速机

导语:​说起减速器,大家可能觉得很陌生。其实减速器是在原动机和工作机之间起匹配转速、传递转矩、改变运动方向的作用,在现代机器中应用广泛。首先要认识机械装备最核心的三大部件——驱动器、控制器、减速器。课程设计中,你们将会遇到三种二级减速器设计方案,即二级圆柱齿轮减速器,二级圆锥-圆柱齿轮减速器,二级蜗杆-齿轮减速器。通过本课程的学习,你们将掌握简单传动装置的设计能力。

  说起减速器,大家可能觉得很陌生。其实减速器是在原动机和工作机之间起匹配转速、传递转矩、改变运动方向的作用,在现代机器中应用广泛。首先要认识机械装备最核心的三大部件——驱动器、控制器、减速器。课程设计中,你们将会遇到三种二级减速器设计方案,即二级圆柱齿轮减速器,二级圆锥-圆柱齿轮减速器,二级蜗杆-齿轮减速器。通过本课程的学习,你们将掌握简单传动装置的设计能力。

  

减速器的应用.png

太阳集团网址首页  在减速器中,其核心传动零件为齿轮传动。齿轮传动在工业产品中应用非常广泛,关系着国家的工业命脉,大到航天飞机,小到手表玩具,可以说无处不在。齿轮传动是个庞大的家族,拥有的类型很多,不同类型齿轮传动又各具特点。齿轮传动类型和形式直接决定了减速器特性及应用范围。根据齿轮轴线布置方式可以分为平行轴齿轮传动,相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动。首先,我们介绍几种常见的齿轮传动类来说明其特点。

  直齿圆柱齿轮

太阳集团网址首页  直齿圆柱齿轮是实际生产使用中最常见齿轮之一,其齿面上的接触线是与齿轮轴线平行的直线。由于轮齿沿着整个齿宽同时进入啮合或退出啮合,易引起冲击和噪声,传动平稳性相对差,但易于加工和实现高精度。两种啮合形式中外啮合两齿轮转动方向相反,内啮合(齿圈与齿轮)两齿轮传动方向相同。

  

直齿圆柱齿轮.png


  斜齿圆柱齿轮

  斜齿轮是具有螺旋齿线的圆柱齿轮。齿轮的接触线是与轴线夹角为βb的斜直线,轮齿从开始啮合到脱离啮合是逐渐从一端过渡到另一端,故传动平稳,噪声小。这种啮合方式也减小了齿轮制造误差对传动的影响,可以传递更高的负载,适用于高速场合。一对斜齿轮啮合时,其中一个齿轮为左旋,则另一个齿轮为右旋。平行轴两斜齿轮螺旋角β1与β2之和为0,如果β1与β2之和不为0,则形成了交错轴斜齿轮传动。

  人字齿轮

  斜齿轮传动会产生轴向力,为消除轴向力对轴系的影响,把一个齿轮做成对称方向相反的斜齿轮,来消除轴向力,齿形看上去像个人字。人字齿轮制造困难,加工成本高,但具有传动功率大、可靠性高、精度高和承载能力强等优点,在航空航天、船舶等重型机械领域发挥着重要作用。

  

人字齿轮.png

  齿轮齿条传动

  齿轮齿条传动是由齿轮和齿条构成的。齿条的齿廓为直线,相当于分度圆半径为无穷大圆柱齿轮,其工作原理是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线运动,或将齿条的往复直线运动转变为齿轮的回转运动。例如,汽车转向系统是由齿轮齿条传动实现的。

  锥齿轮

  锥齿轮用于两相交轴之间的齿轮传动,可以改变输出轴的方向,锥齿轮有一个圆锥体作为其节面,轮齿沿圆锥体切割,锥齿轮有直齿、斜齿和曲齿之分,直齿最为常用,斜齿已逐渐被曲齿取代。轴交角可为任意角度,最常用的轴交角为90°,直齿锥齿轮的制造精度较低,工作时振动和噪声较大,故圆周速度不宜过高。

  

锥齿轮.png

  蜗轮蜗杆传动

太阳集团网址首页  蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动,交错角通常为90°。与圆柱齿轮传动比,效率较低,适合低功率,传动比范围可以达8-100,并可以实现自锁。由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿,同时啮合齿对较多,故冲击载荷小,传动平稳,噪声低。

  其实齿轮减速器已经有很长的应用历史,目前技术成熟并已标准化。随着工业技术产业的发展需求,如航空航天、新能源、机器人和医疗器械太阳集团网址首页等,所以对减速器提出了新的要求,主要表现在结构简单紧凑,传动链短、传递功率大、噪声低、传动平稳,并具有较高运行精度。如今已经是工业社会的年代,现代机器设备也日益完善,减速器的需求量有增无减,这也给减速器提供了很大的舞台,这也就对同学们对其理解和研究提出了更高的要求。那么,还有那些形式齿轮传动可以满足上述要求呢?

  行星齿轮减速器

太阳集团网址首页  行星齿轮传动同学们在机械原理课程中已经学习过,行星齿轮减速器包括:行星轮、太阳轮和外齿圈。行星减速器体积小、重量轻,承载能力高,使用寿命长、运转平稳,噪声低。具有功率分流、多齿啮合的特性。适用于建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶和航空航天等领域。

  谐波齿轮减器

太阳集团网址首页  通过具有柔性的薄壁外齿齿轮产生弹性变形后与刚性的内齿轮进行内啮合来实现传动的。它由刚轮、柔轮,波发生器三大传动元件组成。谐波减速器传动比大,无回差,结构紧凑和重量轻,高精度等优点在机器人及自动化技术领域发挥举足轻重的作用,我国自1980年开始进行谐波减速器标准化和系列化;1985年制定了中小功率通用谐波减速器系列标准,成为世界第四个拥有通用谐波减速标准的国家。

  摆线针轮减速器

  摆线针轮减速机是一种行星式传动。在输入轴上装有一个错位180°的双偏心套,在偏心套上装有两个滚柱轴承,形成H型机构,两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道,并由摆线轮与针齿壳上一组环行排列的针齿销相啮合,以组成少齿差内啮合减速机构。与渐开线齿轮箱不同,摆线针轮减速器具有零背隙和高扭矩能力,同时尺寸紧凑,适合在需要高扭矩,低速,高精度的情况下使用。

  RV减速器

  RV减速器是在摆线针轮传动基础上发展起来的,由一个行星齿轮传动的前级和一个摆线针轮传动的后级组成的二级减速机。自1986年投入市场以来,因其传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、低振动、刚性大和高可靠性等优点被广泛应用于工业机器人太阳集团网址首页,机床,医疗检测设备,卫星接收系统等领域。不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低,故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器,在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。

  近年来,我国工业机器人产量和销量出现双增,制造业市场从未像今天这般迫切需要工业机器人。我国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。从全球来看,日本减速器企业持续在减速器结构、材料、加工制造技术、润滑、降噪和检测方面做了大量提升,取得了行业领先优势,代表企业为纳博特斯克(Nabtesco)、哈默纳科(Harmonic Drive)等。虽然,我国近年来在高端减速器设计、材料、制造、测试、实验评价等技术方面取得了一定突破,但是当前国产机器人使用的RV减速器大量从日本进口,中国制造业要转型升级,必须要解决这个“卡脖子”的技术难题。制约我国工业机器人关键部件自主化的核心因素有以下四点。(1) 技术积累时间尚短,产业间融合不足;(2) 部分材料及核心元器件较难满足部件性能需求;(3) 加工设备及工艺落后;(4) 试验检测能力亟待提升等。


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