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擺線齒輪線形輪廓度公差研究

摘要"

擺線齒輪運動的過程是以點接觸的方式來進行傳動,因此齒形若設計不佳會導致擺線齒輪在運轉時齒面受力不均,使齒面磨耗不同並造成傳動精度與使用壽命下降等問題。擺線齒輪與針輪是採用預壓配合,單一零件的精度與組配精度要求極高,當擺線齒輪線形在運轉過程中有些許的干擾或存在餘隙就會產生噪音,而控制擺線齒輪線形的主要因素為等距修形與移距修形及轉角修形幾個因子,本文將以調控等距修形與移距修形兩因子的方式進行研究,並結合最佳化實驗的方式,從中探討雙因子對擺線齒輪線形的影響。

關鍵詞:擺線齒輪、齒型修形、有限元素分析、最佳化分析

 RV 減速機架構與傳動方式

RV減速機整體架構主要零組件分別有殼體、擺線齒輪、針齒、曲柄軸、輸出軸、支撐法蘭,結合後如圖1所示為RV減速機組合圖[1]。傳動方式主要是由電機帶動中心齒輪傳動至連接曲柄軸上的正齒輪,使曲柄軸轉動帶動擺線齒輪在受針輪的限位下進行運動,使曲柄軸因擺線齒輪的轉動而進行公轉並帶動固定曲柄軸的支撐法蘭與輸出軸使其達到減速的效果。
與一般傳統齒輪相比,RV減速機具有以下特點[2]:
優點:
1. 傳動比範圍大:
單級傳動比為6~119,兩級傳動比為121~7569,三級傳動比可達658503。
2. 結構緊奏、體積小、重量輕:
與一般傳統兩級普通圓柱齒輪減速機相比,體積可減少1/2~2/3,重量約減輕1/3~1/2。
3. 傳動效率高:
擺線齒輪和針齒間之滾動接觸摩擦力非常小,因此有較高的傳動比,一般單級傳動效率為0.9~0.95。
4. 運轉平穩、噪音小:
擺線齒輪同時與多個針齒接觸使其運轉平穩,且因針齒的限位使擺線齒輪在轉動時噪音較小。
5.  工作可靠、使用壽命長:
擺線齒輪同時與多個針齒接觸,因齒可以承受較大的負載,與一般傳統齒輪相比壽命較長。
缺點:
1. 結構複雜:
RV減速機傳動方式是由輸入齒輪帶動擺線齒輪並在針齒的限位下轉動,並藉由擺線齒輪轉動來帶動輸出軸,與一般傳統齒輪箱比較結構較複雜。
2. 製造和安裝較困難:
RV減速機只要是由擺線齒輪來控制其傳動精度,在製造方面公差需特別要求,而在安裝方面各零組件需配合較多零組件安裝,較不易組配。
3. 價格昂貴:
擺線齒輪加工時需特別要求,加上零組件較多使其價格較貴。
4. 換油頻率:
正常使用下因潤滑油老化的原因更換時間約為20,000小時,但在潤滑油被汙染(擺線齒輪齒形設計不佳造成不正常磨耗產生過多的雜質)或環境溫度條件(擺線齒輪齒形設計不佳造成過量磨耗使溫度升高到40度以上)就會使更換時間縮減。

RV減速機有限元素分析模型建置方法

本文提出之一套擺線齒輪減速機有限元素分析模組,其建置順序為:(1)利用數學計算軟體mathematica編寫齒形程式,計算出擺線齒輪參數,進行齒形輪廓的修形設計;(2)藉由Design-Expert最佳化軟體進行最佳化實驗規劃,依規劃裡所得的參數值進行齒形的調控;(3)匯入3D軟體建立各元件三維模型;(4)藉由HyperMesh進行網格劃分、座標系設定、材料性質設定、拘束條件設定、初始條件設定、接觸設定等前處理;(5)將HyperMesh所有設定,匯入有限元素分析軟體LS-DYNA進行分析。

建置擺線齒輪有限元素模型

首先須定義擺線齒輪參數,如表1所示為擺線齒輪參數,透過擺線齒輪設計軟件[3],進行齒形的創成,並以最佳化實驗規劃所安排的參數進行齒形的調控。再利用3D軟體匯入所創成的齒形檔,建立齒形零件檔並繪製其它零件特徵,如圖2所示為擺線齒輪三維模型。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌

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