樣機設計制造與臺架試驗研究
4.1 機新風參數與設計
為了便于與傳統的擺線針輪減速器、三環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見表4.1。
表4.1 平行軸擺線針輪減速器樣機的基本參數
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短幅系數 |
偏心距  （mm） |
針齒數Zp |
擺線輪齒數Zc |
中心距  （mm） |
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0.6606 |
3 |
18 |
17 |
175 |
對齒形進行參數優化，其結果見表4.2
表4.2 齒形參數優化結果
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rp2（mm） |
 （mm） |
rrp2（mm） |
zp2（mm） |
 （mm） |
k1 |
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103.13 |
0.75 |
3 |
102 |
105.88 |
0.6492 |
根據表中的參數，設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構圖
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點之一就是工藝性能好，可采用傳統的制造工藝，一般的機床加工出擺線輪與環板針輪。減速器中的主要零件是擺線輪、針齒環板、輸入軸等，下面給出了它們的加工工藝流程與主要技術要求。
表4.4 擺線輪的加工工藝卡片
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零件名稱 |
擺線輪 |
材料 |
GCr15 |
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工序號 |
工種 |
加工內容及技術要求 |
備注 |
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1 |
熱處理 |
鍛胚退火HB <207 |
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2 |
車 |
1）車夾位，粗車內孔 |
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2）精車內外圓，留磨量0.5mm |
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3）車端面，留磨量0.4mm |
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3 |
插 |
以內孔定位插齒，留 磨量0.3mm |
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4 |
銑 |
銑裝配標記位 |
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5 |
鉗 |
打裝配標記“A”，兩件互成180° |
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6 |
熱處理 |
淬火HRC57～61，金相組織為隱晶馬氏體、
細小結晶馬氏體、細小均勻滲碳體7級 |
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7 |
磨 |
磨兩端面 |
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8 |
磨 |
磨內孔，打表校正內孔 |
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9 |
磨 |
磨齒，齒廓用正等距、負移距修正法，用頂
根距、棒距、頂頂距三座標法進行綜合檢查 |
擺線磨齒機 |
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10 |
探傷 |
磁粉探傷，探傷后退磁處理 |
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11 |
鉗 |
外齒倒角 |
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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 環板的加工工藝卡片
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零件名稱 |
針齒環板 |
材料 |
QT400-18 |
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工序號 |
工種 |
加工內容及技術要求 |
備注 |
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1 |
熱處理 |
鍛胚退火處理 |
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2 |
車 |
1）車內孔和一端 |
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2）反面車端面，留磨量0.5 |
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3 |
磨 |
磨兩端面 |
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4 |
鉗 |
鉆2-Ф10定位孔，兩件組合后粗鉆2-Ф80孔 |
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5 |
鏜 |
鏜Ф36-Ф11孔和2-Ф80孔，打表校正 |
光學坐標鏜床 |
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6 |
銑 |
銑針齒小圓弧 |
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每臺減速器上有兩塊連桿環板，且成180°的相位差布置。為了保證加工和裝配的精度，對環板鉆孔、鏜孔時，將兩塊環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
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零件名稱 |
輸入軸 |
材料 |
45 |
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工序號 |
工種 |
加工內容及技術要求 |
備注 |
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1 |
打中心孔 |
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2 |
粗車，留余量2mm |
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3 |
熱處理 |
調質HB220～250 |
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4 |
車 |
精車 |
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5 |
磨 |
與夾具配磨 |
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4.3 樣機的試驗研究
現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JB/T 5077-91通用齒輪裝置型式試驗的行業標準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系列轉矩轉速傳感器，并與JW扭矩儀聯接，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記錄一次轉速、轉矩、效率、噪聲和振動等數據，每級載荷測一次溫升，試驗結果見下表所示。
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計權網絡下測量其聲壓級的大小，表4.7中的數據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果
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輸入轉速rpm 輸入轉矩Nm 輸出轉矩Nm 效率% 溫升℃ 噪聲dB 振動位移量mm |
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1502 26.4 373 83.11 22 79.4 0.03
1501 50.3 752 87.94 31 83.1 0.047
1496 72.7 1126 91.11 40 85.6 0.071
1498 95.2 1501 92.74 45 87.2 0.085 |
室內溫度:20℃
本底噪聲:68dB（A計權網絡）
圖4.5 減速器效率與輸出轉矩曲線
圖4.5為減速器的傳動效率與輸出轉矩的關系曲線。從圖4.4可以看出，該減速器的傳動效率隨著轉矩的增大而增大，開始時增加較快，隨著轉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°。
試驗結果表時：所研制的平行軸擺線針輪減速器傳遞的轉矩達到了額定轉矩1500Nm，傳動效率可達到92.74%，其各項技術性能指標均超過同樣尺寸的以漸開線為齒形的環板式減速器；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，且隨著負載的增加而增大，其振動頻率基本與輸入轉速頻率吻合。由試驗與我們所作的理論分析說明當減速器單向輸入時，平行四桿機構運動在一條線上，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矩。
