外文翻译网状工艺制造下循环型谐波传动柔性齿轮的发展

大连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 of a he a be in be in of be as or in in to by to by is of of NC of it in at he is a is on of It as is in of as 1. or in is as a is of as 2. of of As on 连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 as 3, of on of of of on of If is of of If 02 00 a of an to In 0:1. of is be in be in to is of as or of is a as 4 if is of be in by of on of h6 by as in a to In of is in a at at of is is of 连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 at of is of is of if of be in an of to of of of an is of of by a of NC to to of F he is to of in is of on as 4. is in is of a of is in is is in of in in of in of of to of of of 大连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 of a of of 7, it of of F n to is of in of In of of of by a in as -3 mm .1 mm as 9 of to of by a (a) (b) of In to ” By of to of to of In to at of of 5”. by on of to of as 2 by a to to of by 连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 in of by by . in an by 0 of of it is to be NC be in to of 1 by a 2(a) of 12(b) by of of in 39 of NC to of 3 of of , it of 0% of In to of as 14 a a on 5 on 0 N, of 60 um 10 ,In of 0.5 , 连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 of of of a B&K 2032), a B&K 2635), an B&K 8202) an B&K 4374) a B&K 8200) a to in as 16. 6(a) in 6(b) in in 7 of n to a of of NC on of by 0% of of by 0% of in of by 0% 0%,of in of by 40% 60%, of 大连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 网状工艺制造下循环型谐波传动柔性齿轮的发展 谐波传动柔性齿轮在径向上必须表现出其弹性和柔软性，而在精确的扭转传输过程中又必须体现出一定的韧性和强度。可是，一般的常规物质材料，例如钢和铝是不可能同时达到以上所说的要求。因此，引进碳纤维环氧合成材料以增强谐波传动柔性齿轮在扭转传输过程中的韧性及强度，同时，以模制浇铸工艺替代加工生产来提高生产效率。 锯齿状合成柔性齿轮的制造需要借助人造橡胶加工工艺，包括齿轮钢模、硅橡胶心轴和锥形钢芯。同时，与合成柔性齿轮尺寸相同的钢材料柔性齿轮的制造是要通过 通过实验证明，相对于钢材料柔性齿轮，高质的合成柔性齿轮无论是在静态还是动态情况，在径向上都表现出良好的柔性，同时在基本的固有频率下体现了高减幅能力。 前言 谐波传动是一种特殊的齿轮传动减速系统，它的运作是基于弹性变形而非一般传动装置系统的刚性运作。它集众多优点于一身，例如，高比率减速，高正确率转动，单位质量高扭矩传输，高效，低后冲和尺寸统一适当等优点。因此，谐波传动广泛应用于工业机器人和机密机械制造业上。 谐波传动的三大基本组件是刚性齿轮、柔性齿轮和椭圆波发生器。（见图 1） 当刚性机械运作中刚轮通常要比 柔性齿轮多出两个到四个锯齿。柔性齿轮通常设计为薄壁杯状形态，如图 2所示它包括锯齿、电子管和主元件。 图 3显示的则是 谐波传动的运作机理。 椭圆波发生器上的滚珠轴承使 柔性齿轮变形， 椭圆波发生器主轴上的 柔性齿轮就会和刚性齿轮相咬合，而次轴上的柔性齿轮与刚性齿轮脱离。如果刚性齿轮是固定的，那么顺时针转动的波发生器则会引起柔性齿轮的逆时针转动。如果刚性齿轮有 102个锯齿，同时柔性齿轮有 100个锯齿，那么波发生器的顺时针转动一周会使柔性齿轮相对于 2个锯齿的角度产生逆时针旋转。在这种情况下，转动速率之比为 50： 1。 谐波 传动的柔性齿轮在扭矩传输中最重要的特点是具有相矛盾的双重特性，即在精确传输转动运作时径向上表现出柔性而在扭转方向上表现出刚性。但是，以钢或铝等等方性材料往往不能很好的表现出柔性齿轮的双重特性，而且，谐波传动的运作往往不是很平稳，会和波发生器产生同频波动，导致抖动和噪音。 但是，如果利用碳纤维环氧合成材料制造柔性齿轮侧可以避免 谐波传动的许多缺点，因为 碳纤维环氧合成材料具有特殊的高韧性、高强度和高减幅能力。所大连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 以此处所说的柔性齿轮都是以碳纤维环氧合成材料设计并制造的，增强扭转硬度的同时不改变径向硬度。 最初以碳纤 维环氧合成材料制造 谐波传动 柔性齿轮的理论由两位韩国人所提出。他们将分离的锯齿、电子管和主元件结合到一起制造柔性齿轮。之前柔性齿轮的制造需要经过多道精密的工序，而新的网状制造工艺可大大提高制造效率。以此工艺技术，除了主元件以外，柔性齿轮的所有部件都是利用碳纤维环氧合成材料制造。 通常情况下，钢制柔性齿轮都会有着复杂的锯齿刨面使之齿根处有着较低的曲率，压力都会集中于齿根，柔性齿轮受力变形就会大大减短其寿命然而，环状锯齿齿根会有相对较小的压力集中，因为其曲率较前者要小的多。可是，这种环状锯齿的缺点就在于它的制造难 度比较高，但如果有了这种锯齿的模型，那么在制造方面两者的难易程度便会相同。所以，通常在 谐波传动上 采用外旋轮线型锯齿以改变其强度。 同时，利用碳纤维环氧合成材料和钢插脚制造与柔性齿轮相配合使用刚性齿轮。锯齿状合成柔性齿轮的制造需要借助人造橡胶加工工艺，包括齿轮钢模、硅橡胶心轴和锥形钢芯。同时，与合成柔性齿轮尺寸相同的钢材料柔性齿轮的制造是要通过 后分别通过静态和动态实验，将结果与高质合成柔性齿轮的机械性能进行比较。 循环型 谐波传动设计构思 循环型 谐波传动运作机理与刚性齿轮构件的谐波传动基本相同。 循环型 谐波传动内部刚性齿轮具有外旋轮型齿轮，同时滚珠轴承牢固安装在刚环中。（见图 4） 刚环一般安装在输入杆内部，当内齿轮固定，刚环的旋转就会带动行星齿轮的运动。 内齿轮通常是针式齿轮外型，而常规循环型传动具有外旋轮型齿轮外型。前者往往应用于刚性齿轮，后者则应用于柔性齿轮。通过电脑模拟器对相应外型齿轮的表现进行检测以规避可能带来的内部齿轮冲突。 图 5表现的是 谐波传动的 高质刚性齿轮和柔性齿轮构造。 表 1体现的是循环型 谐波传动参数尺寸。 图 6是复杂型和发展型 谐波传 动的交叉部件。 图 7是复杂型和发展型柔性齿轮咬合的电脑模拟图解。从图 7可以看出发展型的循环柔性齿轮在传输过程中不会出现内部冲突。 柔性齿轮的网状制造工艺 为利用网状工艺生产合成柔性齿轮，需要采用弹性体层叠加工：锯齿模型、管模型、硅橡胶心轴和钢芯等等。图 8显示的即为生产柔性齿轮的模具。 大连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 在此工艺下，合成柔性齿轮是根据锯齿模具以内齿轮的形式浇铸而成的，其模具是采用 割机器制造，主要分两个阶段： 0径的粗糙线割和 9 所示为使合成柔性齿轮浇铸更加简单易行锯齿模型的四个主要部分。在 线割以前，原始模型材料可分为四部分。当表面打磨完毕后，原始材料的四部分才真正组合到一起，然后进行 割。图 9（ a）、（ b）分别表现出模具组合前后的形式。 在制造过程中为加固柔性齿轮需要用到锥形空洞的硅橡胶心轴。为压缩硅心轴，需要通过夹具的各种零件将锥形钢芯推如并嵌如其中。通过调整夹具的长度来控制硅心轴的压力。管模具也可以分成两个部分以降低浇铸的难度。通过调整管模具的锥型角度以减小在齿轮根部的集中压力。 合成柔性齿轮按以下过程进行制造：将碳纤维环氧料坯包在硅心轴外面。通过轻微加热，碳纤维环氧料坯会与柔性齿 轮的核心部分进行结合以保证柔性齿轮的柔韧性。然后将管模具包在硅心轴外面，并将此整体嵌如虎钳中。通过此操作，预浸料坯将覆盖整个齿轮模具。安置齿轮模具和虎钳并将其旋紧。然后将安装好的模具通过真空抽气过程安置于高压装置中。图 10显示的是制造完成的循环型合成柔性齿轮的图样。 由于循环型谐波刚性齿轮有制造工艺非常复杂的针式齿轮，而制造这样的齿轮需要通过 此消耗大量的时间和金钱。所以，合成刚性齿轮是利用钢针和碳纤维环氧合成材料。制造完成合成矩尺是完全结合在刚性齿轮的钢体之上的。图 11显示的是经过 刚性齿轮。图 12是刚性齿轮的分体结构和整体结构。 表格 2表示的是非单向的碳纤维合成材料的测量数据，表格 3是组合型的测量数据。 同时，对 13是钢材料柔性齿轮。 实验与讨论 根据具体的测量，合成材料柔性齿轮和钢材料柔性齿轮的质量分别为 可以清晰的看出合成材料柔性齿轮的质量相对减小 40%。 利用图 14所示的位置转换工具对柔性齿轮的径向拉伸性进行测量。首先利用测量尺对其进行原始固定和 原始数据测量，然后根据重量的改变，进一步进行变化的测量。 图 15 表示根据重量改变，柔性齿轮的具体数值变化。在柔性齿轮承重为 20时，合成柔性齿轮和钢材料柔性齿轮的径向改变分别为 560 和 410 ，即柔性比率分别为 根据测量，合成柔性齿轮柔性比率相对大连交通大学 2008届本科生毕业设计（ 论文 ）外文翻译 于钢材料柔性齿轮提高 柔性齿轮的摆动特征通过推动 量工具是一个双轨道傅立叶转换分析器 (B&K 2032)、电荷扩大器 (B&K 2635)、推动锤 (B&K 8202)、加速计 (B&K 4374)、压力转换器和一台电脑进行数据采集。根据图 16，推理按图示分别从径向和曲向给予柔性齿轮以推力。图 17显示合成柔性齿轮和钢材料柔性齿轮进行实验后的反馈数据。 结论 为了进一步提高齿轮的扭转强度并且扩大制造生产力，一种利用碳纤维环氧合成材料的新型齿轮研发生产，并广泛用于循环型 谐波传动。 分别从静态和动态两方面对合成柔性齿轮和利用 验得出的结果如下： 1,成柔性齿轮的质量相对于 钢材料柔性齿轮质量降低 40%； 2,柔性齿轮的径向拉伸提高 40%； 3,向和曲向固有频率分别提高 40%和 30%； 4,和曲向减副能力分别提高 140%和 160%。