由圖7.6可知,
與固定坐標系(o,x,y)的y軸夾角∠PO2A為:
∠PO2A=π-β1-β2-β3-ψ
所以:

從而得:

力FN對擺動中心P點的扭矩TN是順時針方向,數(shù)值為:

設f3為擺動機構(gòu)軸銷與軸承接觸面之間的摩擦系數(shù),根據(jù)摩擦學中摩擦圓的概念可知,摩擦圓半徑ρr為
ρr=fvTP (7.47)
其中TP為軸銷半徑,fv為當量摩擦系數(shù),一般由實驗方法和根據(jù)某些假設業(yè)確定fv的近似值,對于接觸面經(jīng)過對磨,貼切吻合較好的跑合軸頸,取fv=1.27f3。
若忽略慣性力的影響,傳動圈對擺動機構(gòu)的總反力FC應該逆軸頸轉(zhuǎn)動方向切于摩擦圓。顯然FC對P點的扭矩TC是順時針方向,數(shù)值為:
TC=1.27f3TPFC (7.48)
設FC與固定坐標系中y軸的夾角為αc,將力FJ,F(xiàn)N,F(xiàn)C都向P點簡化后,擺動機構(gòu)受力狀態(tài)如圖7.7所示。
在忽略慣性力影響的情況下,可列出力平衡方程式為:

7.4.2效率計算
在方程組織(7.49)中,當激波器轉(zhuǎn)角φ1確定后,除FJ、FN、FC及αC外,其它各量都相應按前述公式有了確定的數(shù)值。其中摩擦角θ1、θ2及摩擦系數(shù)f3的取值,由選用的材料及潤滑情況決定。驅(qū)動力FJ可根據(jù)輸入功率求出,因而待求的未知數(shù)是FN、FC和αC
從方程組(7.49)的后兩式中消去FN,可得:

從方程組(7.49)的前兩式中消去FN,并將所得式子中的FC用(7.50)式代入,可得:

上式隱含地表達了αc與轉(zhuǎn)角φ1的關(guān)系,因而可從方程式(7.51)中解出αc來,αc的取值范圍是0~π。若解出的αc大于π/2時,表明圖7.7中Fc的方向為P點右上方指向P點。
下面先來進行單個擺動機構(gòu)效率的計算:
仍用ωJ表示激波器轉(zhuǎn)速,則驅(qū)動功率P1可表示為:
P1=FJωJLMIsin(αJ-ε1) (7.52)
上式中的LMI表示激波器與內(nèi)滾子的接觸點M1離轉(zhuǎn)動中心O的距離,可從圖7.6中的△OBM1求得:

設理論擺動機構(gòu)數(shù)目為ZN+1,則與傳動圈固聯(lián)的輸出軸的轉(zhuǎn)速為
,輸出功率P2可表示為:

上式中LM3為傳動圈對軒動機構(gòu)總作用力FC的作用點M3離轉(zhuǎn)動中心O的距離,如圖7.8所示。從圖中△OM3P可得:

從而可得單個擺動機構(gòu)的嚙合效率ηi為:


下面再來求機構(gòu)的整體嚙合效率:
同推桿減速器類似,激波器對各工作擺動機構(gòu)的作用力也可近似看作是正弦分布,即激波器對第i個處于工作狀態(tài)的擺動機構(gòu)內(nèi)滾子的作用力FJi與可能作用在擺動機構(gòu)內(nèi)滾子上的最大作用力FJM的關(guān)系為:
FJi=FJMsinδi (7.59)
上式中的δi由式(7.35)計算,與激波器的位置角φli也可用嚙合定位角φli表示為:

總輸入扭矩等于對各工作擺動機構(gòu)的驅(qū)動力矩之和,考慮到實際裝置為雙排結(jié)構(gòu),輸入功率P1可表示為:

總輸出扭矩等于各工作擺動機構(gòu)輸出扭矩之和,所以輸出功率P2可一表示為:

整個機構(gòu)(內(nèi)齒圈固定、傳動圈輸出)的嚙合效率為:

類似推桿減速器嚙合效率的計算,將嚙合定位角φ11在其取值范圍內(nèi)取若干點進行計算,然后取其平均值作為機構(gòu)的總平均效率ηP,當取的點數(shù)為20時,

7.5強度校核
根據(jù)擺桿減速器結(jié)構(gòu)上的特點,強度計算應著重于激波器與內(nèi)滾子之間、內(nèi)齒圈與外滾子之間的接觸強度計算,以及擺動軸銷的剪切強度計算。
7.5.1激波器與內(nèi)滾子之間的接觸應力
激波器與內(nèi)滾子之間的接觸應力可由赫茲應力公式3.25來計算,式中激波器與內(nèi)滾子之間的最大壓力FJmax為:

將嚙合定位角φ11在其取值范圍內(nèi)搜索, 可求出上式的最大值。
7.5.2內(nèi)齒圈與外滾子之間的接觸應力
內(nèi)齒圈與外滾子之間的接觸應力可由赫茲應力公式(3.27)來計算。
從方程式(7.49)的后兩式中消去Fc,可得:

7.5.3擺動軸銷的強度
根據(jù)擺桿減速器結(jié)構(gòu)上的特點,擺動軸銷主要應滿足剪切強度。軸銷的最大剪應力τmax必須小于許用剪應力[τ]

上式中Fcmax為軸銷所承受的最大壓力。

上式最大值Fcmax的求法與式(3.31)最大值的求法相同。
7.6內(nèi)齒圈齒廓的公式線
盡管擺桿減速器內(nèi)齒圈的工作齒廓與非工作齒廓是不對稱的,利用與前面研究推桿減速器內(nèi)齒圈齒廓公法線類似的方法,仍可找出擺桿減速器內(nèi)齒圈齒廓的公法線,并能進行理論長度計算和實際測量。
如圖7.9所示,AB是其中一個齒槽的一側(cè)齒廓,A′B′是跨教為K(圖中K=5)的一個齒槽的另一側(cè)齒廓。設內(nèi)齒圈的齒廓曲線在圖示坐標系下可用方程式(7.9)來表示,現(xiàn)在來求齒廓AB及齒廓A′B′上具有的公法線。

設P是齒廓AB上的一點,P點所對應的擺動機構(gòu)外滾子中心為O2點,則在齒廓A′B′上總能夠找到與P點對應的點P′,使P′所對應的外滾子中心O2′至中心O的距離與O2至中心O的距離相等,即OO2=OO2′。
假如齒廓AB在P點與齒廓A′B′在P′點有公共的法線,則P、O2、O2′以及P′這四個點必然位于同一條直線上,如圖7.9所示,從圖中△O2OO2′可得:

上式中的α2是外滾子中心軌跡曲線在O2點向徑與法線的夾角,可由圖7.3求得,為:
α2=α+φ2-θ (7.72)
另一方面,由圖7.9還可求得

現(xiàn)在先來求上式中的φ2G:
在圖7.2(b)中,若把激波器短軸(yJ)與矢徑OO1的夾角記作φ1A(即φ1A=∠yJOO1)把固定坐標系y軸與矢徑OO1的夾角記作φ1B(即φ1B=∠yOO1),則
φ1=φ1A+φ1B (7.74)
由圖7.2(b)可得:

假設激波器從圖7.2(a)所示初始位置按逆時針方向旋轉(zhuǎn)到使OO2與圖7.2(b)中OO2長度相等的位置,如圖7.10所示,此時圖7.10中的OO1也應與圖7.2(b)中的OO1相等,從而圖7.10中的φ1A、φ1B應分別與圖7.2(b)中的φ1A、φ1B相等。由圖7.10可得激波器反向轉(zhuǎn)角φ1K為:
φ1K=φ1A-φ1B (7.76)

由式(7.74)及式(7.76)可得:

圖7.10中的φ2K為:

從而可得:

由式(7.71)及式(7.73)可得齒廓AB上與跨槽數(shù)為K的齒郭具有公法線的點的條件式為:

用選代法解方程(7.79),可得到齒廓AB上與跨槽數(shù)為K的齒廓A′B′具有公法線的點P所對應的外滾子位置角φ2,從而可行公法線長度WK為:

仿照分析推桿減速器內(nèi)齒圈齒廓公法線數(shù)目的方法,可得到類似的結(jié)論:

從上面的分析可以看出,擺桿減速器與推桿減速器各自具有自己的特殊性:
從加工工藝上來看,對于擺桿減速器,傳動圈上的等分軸銷孔是關(guān)鍵工藝。對于推桿減速器來說,傳動圈上的徑向分布槽是關(guān)鍵工藝,應該說前者的工藝性好些。
從嚙合效率來看,擺桿減速器用轉(zhuǎn)動副代替了移動副效率增大,從而使磨損減小,有利于大功率減速器的生產(chǎn)。
擺桿減速器內(nèi)齒圈齒形的兩側(cè)是不對稱的,從而使其正反轉(zhuǎn)特性也不相同。使功率損失減小,一側(cè)傳動性能好,一側(cè)傳動性能差。若以性能好的一側(cè)齒形為工作齒形,可設計出傳動性能優(yōu)越的單向減速器。
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