工學(xué)博士學(xué)位論文
金屬彈性環(huán)均載的兩級三環(huán)減速機(jī)的研究
博 士 研究生：梁永生
導(dǎo) 師：李華敏教授
李瑰賢教授
申請學(xué)位級別：工學(xué)博士
學(xué) 科、專 業(yè)；機(jī)械設(shè)計及理論
所 在 單 位；機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械工程及自動化系
答 辯 日 期：1999年12月 日
授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
摘 要
三環(huán)減速機(jī)是在漸開線少齒差行星傳動的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械對傳動技術(shù)的新要求而開發(fā)的一種新型傳動裝置。由于其獨(dú)特的原理和優(yōu)越的性能，三環(huán)減速機(jī)相關(guān)問題的研究得到了普遍重視。本文對三環(huán)減速機(jī)的研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析和綜述，提出了一種新型的利用金屬彈性環(huán)均載的兩級三環(huán)減速機(jī)TGTRGR(Two-Stage Three-Ring Gear Reducer)，并對其慣性力的完全平衡、均載減振等問題進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)研究。
本文對三環(huán)減速機(jī)受力性能進(jìn)行了研究，比較了現(xiàn)有的三環(huán)減速機(jī)在結(jié)構(gòu)、受力分析方面的優(yōu)缺點(diǎn)；在三環(huán)減速機(jī)傳動變形分析的基礎(chǔ)上，提出了三環(huán)減速機(jī)考慮一級輸出二級輸入軸的彎曲變形和內(nèi)齒環(huán)板的拉壓變形的變形協(xié)調(diào)方程；建立了三環(huán)減速機(jī)傳動系統(tǒng)過約束超靜定機(jī)構(gòu)一多相并列平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的受力分析模型；計算分析了對稱A型、對稱B型和偏置型三環(huán)減速機(jī)和星型少齒差減速機(jī)內(nèi)齒環(huán)板轉(zhuǎn)臂偏心軸承的受力情況。對比分析得出：在相同的傳動技術(shù)參數(shù)條件下：對稱A型三環(huán)減速機(jī)的受力性能最佳；環(huán)板偏心之間的相位差為180°的三環(huán)減速機(jī)的受力性能優(yōu)于相位差為120°的三環(huán)減速機(jī)。
在三環(huán)減速機(jī)均載減振機(jī)構(gòu)的研究中，分析了三環(huán)減速機(jī)的制造安裝誤差及其對載荷分配的影響，結(jié)合三環(huán)減速機(jī)的實(shí)際工況，提出了一種新型的均載機(jī)構(gòu)—金屬彈性均載環(huán)；分別用彈性力學(xué)和有限元方法對輸入軸和輸出軸彈性均載環(huán)進(jìn)行剛度計算和強(qiáng)度校核，并且用有限元方法對輸入軸和輸出軸彈性均載環(huán)進(jìn)行了動力學(xué)分析，得到其前六階固有頻率、模態(tài)振型和瞬態(tài)激勵頻率響應(yīng)特性曲線。表明輸入軸和輸出軸彈性均載環(huán)具有適宜的剛度、足夠的強(qiáng)度，能夠滿足位移均載的要求且具有良好的動態(tài)特性。
提出了一種應(yīng)用間隙單元法計算三環(huán)減速機(jī)載荷分配不均勻系數(shù)KP的理論方法，利用I-DEAS，考慮三環(huán)減速機(jī)的等效制造安裝誤差，對環(huán)板偏心之間的相位差分別為120°和180°的兩種三環(huán)減速機(jī)進(jìn)行實(shí)例計算。結(jié)果表明：后者的載荷分配不均勻系數(shù)KP明顯小于前者。
推導(dǎo)了用插齒刀加工的少齒差內(nèi)嚙合變位系數(shù)的牛頓迭代公式，與實(shí)際加工情況一致，保證了給定的重合度和齒廓不重迭干涉系數(shù)的要求，保證了標(biāo)準(zhǔn)頂隙，而且迭代計算得到的嚙合角較小。
利用I-DEAS，對三環(huán)減速機(jī)的兩個關(guān)鍵零部件—內(nèi)齒環(huán)板和偏心套進(jìn)行有限元分析；對三環(huán)減速機(jī)內(nèi)嚙合副多齒嚙合的載荷分配進(jìn)行定量分析；對三環(huán)減速機(jī)的裝配條件進(jìn)行分析，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計。
對兩級三環(huán)減速機(jī)HITSH145樣機(jī)進(jìn)行傳動性能、載荷均衡和振動的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：樣機(jī)具有較高的傳動效率；均載機(jī)構(gòu)載荷均衡效果明顯，且使箱體振動明顯降低。實(shí)驗(yàn)還驗(yàn)證了載荷分配不均勻系數(shù)KP的理論計算方法的正確性及對齒嚙合問題。
關(guān)鍵詞 三環(huán)減速機(jī)；均載減振；彈性均載環(huán)
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