4 樣機設(shè)計制造與臺架試驗研究
4.1 機新風(fēng)參數(shù)與設(shè)計
為了便于與傳統(tǒng)的擺線針輪減速器、三環(huán)減速器對比分析傳動性能、承載能力等特性，本研究選擇了平行軸擺線針輪減速器的基本參數(shù)見表4.1。
表4.1 平行軸擺線針輪減速器樣機的基本參數(shù)
| 短幅系數(shù) |
偏心距e（mm） |
針齒數(shù)Zp |
擺線輪齒數(shù)Zc |
中心距a（mm） |
| 0.6606 |
3 |
18 |
17 |
175 |
對齒形進行參數(shù)優(yōu)化，其結(jié)果見表4.2
表4.2 齒形參數(shù)優(yōu)化結(jié)果
| rp2（mm） |
a2（mm） |
rrp2（mm） |
zp2（mm） |
rac2（mm） |
k1 |
| 103.13 |
0.75 |
3 |
102 |
105.88 |
0.6492 |
由此可計算出平行軸擺線針輪的主要參數(shù)，見表4.3
表4.3 平行軸擺線針輪的主要參數(shù)
| rp(mm) |
a(mm) |
rrp(mm) |
zp’ |
i |
△rp(mm) |
△rrp(mm) |
| 109 |
4 |
8.5 |
36 |
17 |
0.6054 |
-0.4554 |
根據(jù)表中的參數(shù)，設(shè)計出平行軸擺線針輪減速器的樣機，見圖4.1。
圖4.1 平行軸擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)圖
4.2 主要零件的制造工藝
平行軸擺線針輪減速器的主要優(yōu)點之一就是工藝性能好，可采用傳統(tǒng)的制造工藝，一般的機床加工出擺線輪與環(huán)板針輪。減速器中的主要零件是擺線輪、針齒環(huán)板、輸入軸等，下面給出了它們的加工工藝流程與主要技術(shù)要求。
表4.4 擺線輪的加工工藝卡片
| 零件名稱 |
擺線輪 |
材料 |
GCr15 |
| 工序號 |
工種 |
加工內(nèi)容及技術(shù)要求 |
備注 |
| 1 |
熱處理 |
鍛胚退火HB＜207 |
|
| 2 |
車 |
1）車夾位，粗車內(nèi)孔 |
|
| 2）精車內(nèi)外圓，留磨量0.5mm |
| 3）車端面，留磨量0.4mm |
| 3 |
插 |
以內(nèi)孔定位插齒，留磨量0.3mm |
|
| 4 |
銑 |
銑裝配標(biāo)記位 |
|
| 5 |
鉗 |
打裝配標(biāo)記“A”，兩件互成180° |
|
| 6 |
熱處理 |
淬火HRC57～61，金相組織為隱晶馬氏體、
細(xì)小結(jié)晶馬氏體、細(xì)小均勻滲碳體7級 |
|
| 7 |
磨 |
磨兩端面 |
|
| 8 |
磨 |
磨內(nèi)孔，打表校正內(nèi)孔 |
|
| 9 |
磨 |
磨齒，齒廓用正等距、負(fù)移距修正法，用頂
根距、棒距、頂頂距三座標(biāo)法進行綜合檢查 |
擺線磨齒機 |
| 10 |
探傷 |
磁粉探傷，探傷后退磁處理 |
|
| 11 |
鉗 |
外齒倒角 |
|
每臺減速器上有兩個擺線輪，且成180°的相位差布置。為了保證加工和裝配的精度，對擺線輪磨削時，采取成對加工的方案。
表4.5 環(huán)板的加工工藝卡片
| 零件名稱 |
針齒環(huán)板 |
材料 |
QT400-18 |
| 工序號 |
工種 |
加工內(nèi)容及技術(shù)要求 |
備注 |
| 1 |
熱處理 |
鍛胚退火處理 |
|
| 2 |
車 |
1）車內(nèi)孔和一端 |
|
| 2）反面車端面，留磨量0.5 |
| 3 |
磨 |
磨兩端面 |
|
| 4 |
鉗 |
鉆2-Ф10定位孔，兩件組合后粗鉆2-Ф80孔 |
|
| 5 |
鏜 |
鏜Ф36-Ф11孔和2-Ф80孔，打表校正 |
光學(xué)坐標(biāo)鏜床 |
| 6 |
銑 |
銑針齒小圓弧 |
|
每臺減速器上有兩塊連桿環(huán)板，且成180°的相位差布置。為了保證加工和裝配的精度，對環(huán)板鉆孔、鏜孔時，將兩塊環(huán)板按軸承孔定位夾緊，可使針銷孔良好的一致性和匹配性。
表4.6 輸入軸的加工工藝卡片
| 零件名稱 |
輸入軸 |
材料 |
45 |
| 工序號 |
工種 |
加工內(nèi)容及技術(shù)要求 |
備注 |
| 1 |
打中心孔 |
|
|
| 2 |
粗車，留余量2mm |
|
|
| 3 |
熱處理 |
調(diào)質(zhì)HB220～250 |
|
| 4 |
車 |
精車 |
|
| 5 |
磨 |
與夾具配磨 |
|
4.3 樣機的試驗研究
現(xiàn)已成功地研制出第一臺平行軸擺線針輪減速器，見圖4.2。
圖4.2 （連桿式）平行軸擺線針輪減速器實物
按照J(rèn)B/T 5077-91通用齒輪裝置型式試驗的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對其進行了試驗研究。減速器試驗裝置為電力閉式機械傳動試驗臺，示意圖見圖4.3。
圖4.3 電力封閉式機械傳動試驗臺示意圖
所研制的樣機額定功率P=14kw，額定轉(zhuǎn)矩T=1500N·m。
被試減速器的輸入軸和輸出軸分別裝有一臺JC系列轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，并與JW扭矩儀聯(lián)接，同時在被試件上還裝有CY系列壓電加速度傳感器、嵌裝式鉑電阻溫度傳感器和HS5660聲級計。輸入軸與驅(qū)動電動機相連，輸出軸與電力加載器相連。進行加載試驗時，采用分級加載。載荷分別為該平行軸擺線針輪減速器額定載荷1500 N·m的25%，50%，75%，100%每級載荷分別加載1h，并每隔30min記錄一次轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率、噪聲和振動等數(shù)據(jù)，每級載荷測一次溫升，試驗結(jié)果見下表所示。
圖4.4 被試減速器噪聲測量的聲級計位置圖
在減速器的噪聲測量中（見圖4.4），分別對減速器空間九個特定點*，在A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)下測量其聲壓級的大小，表4.7中的數(shù)據(jù)為該減速器的平均聲壓級；在減速器的振動測量中，主要對輸入和輸出軸進行振動（位移、速度、加速度）測量以及分析，下表中的數(shù)為該減速器的最大位移量，即輸入軸的。
表4.7 平行軸擺線針輪減速器試驗結(jié)果
| 輸入轉(zhuǎn)速rpm |
輸入轉(zhuǎn)矩Nm |
輸出轉(zhuǎn)矩Nm |
效率% |
溫升℃ |
噪聲dB |
振動位移量mm |
1502
1501
1496
1498 |
26.4
50.3
72.7
95.2 |
373
752
1126
1501 |
83.11
87.94
91.11
92.74 |
22
31
40
45 |
79.4
83.1
85.6
87.2 |
0.03
0.047
0.071
0.085 |
室內(nèi)溫度:20℃
本底噪聲:68dB（A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)）
圖4.5 減速器效率與輸出轉(zhuǎn)矩曲線
圖4.5為減速器的傳動效率與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。從圖4.4可以看出，該減速器的傳動效率隨著轉(zhuǎn)矩的增大而增大，開始時增加較快，隨著轉(zhuǎn)矩的不斷增大而趨于平緩。在額定工況時，齒面達到熱平衡時溫升僅為45°。
試驗結(jié)果表時：所研制的平行軸擺線針輪減速器傳遞的轉(zhuǎn)矩達到了額定轉(zhuǎn)矩1500Nm，傳動效率可達到92.74%，其各項技術(shù)性能指標(biāo)均超過同樣尺寸的以漸開線為齒形的環(huán)板式減速器；比同樣針齒中心圓直徑的高性能通用擺線針輪行星減速器的額定功率（13Kw）有所提高。從測得油溫參數(shù)來看，與其它的通用減速器相比是比較低的。
通過對該減速器的振動噪聲測量與分析，可以看出減速器的輸入軸的振動較大，且隨著負(fù)載的增加而增大，其振動頻率基本與輸入轉(zhuǎn)速頻率吻合。由試驗與我們所作的理論分析說明當(dāng)減速器單向輸入時，平行四桿機構(gòu)運動在一條線上，從動曲柄運動在不確定的位置，從動曲柄需要同步與主動曲柄外加轉(zhuǎn)矩。
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