工學(xué)博士學(xué)位論文
金屬?gòu)椥原h(huán)均載的兩級(jí)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(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)博士
學(xué) 科、專(zhuān) 業(yè)；機(jī)械設(shè)計(jì)及理論
所 在 單 位；機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械工程及自動(dòng)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(kāi)線少齒差行星傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的新要求而開(kāi)發(fā)的一種新型傳動(dòng)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(wèn)題的研究得到了普遍重視。本文對(duì)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?gòu)椥原h(huán)均載的兩級(jí)三環(huán)減速機(jī)TGTRGR(Two-Stage Three-Ring Gear Reducer)，并對(duì)其慣性力的完全平衡、均載減振等問(wèn)題進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)研究。
本文對(duì)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(dòng)變形分析的基礎(chǔ)上，提出了三環(huán)減速機(jī)考慮一級(jí)輸出二級(jí)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(dòng)系統(tǒng)過(guò)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(jì)算分析了對(duì)稱(chēng)A型、對(duì)稱(chēng)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(duì)比分析得出：在相同的傳動(dòng)技術(shù)參數(shù)條件下：對(duì)稱(chēng)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(duì)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?gòu)椥跃d環(huán)；分別用彈性力學(xué)和有限元方法對(duì)輸入軸和輸出軸彈性均載環(huán)進(jìn)行剛度計(jì)算和強(qiáng)度校核，并且用有限元方法對(duì)輸入軸和輸出軸彈性均載環(huán)進(jìn)行了動(dòng)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(lì)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(dòng)態(tài)特性。
提出了一種應(yīng)用間隙單元法計(jì)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(duì)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(jì)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(jì)算得到的嚙合角較小。
利用I-DEAS，對(duì)三環(huán)減速機(jī)的兩個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)。
對(duì)兩級(jí)三環(huán)減速機(jī)HITSH145樣機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)性能、載荷均衡和振動(dòng)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(dòng)效率；均載機(jī)構(gòu)載荷均衡效果明顯，且使箱體振動(dòng)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(jì)算方法的正確性及對(duì)齒嚙合問(wèn)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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