外文翻譯--采用表面微加工技術(shù)制造微型行星齒輪減速器 中文版

畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 別： 機(jī)電信息系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 外文出處： 行星齒輪減速器設(shè)計(jì)方法研究 2008（ 09） 附 件： 1. 原文 ； 2. 譯文 2013 年 3 月 采用表面微加工技術(shù)制造微型行星齒輪減速器 摘要： 本文提出一個(gè)微型行星齒輪機(jī)構(gòu)具有較高的齒輪減速比緊湊的尺寸。首腦會(huì)議采用 V 是被淘汰的制造方法，使組裝部件的冗余。其中的設(shè)計(jì)規(guī)則也被檢查。為了充分利用表面微機(jī)械加工的好處，行星式減速齒輪的設(shè)計(jì)，對(duì)使用的片上微引擎。計(jì)算預(yù)期的齒輪減速比，并與以往的鏈齒輪機(jī)構(gòu)相比。本文介紹的微型行星齒輪機(jī)構(gòu)，預(yù)計(jì)將有 162:1 的減速比利用更小的空間消耗。這是一個(gè)數(shù)量級(jí)高于先前報(bào)道的設(shè)計(jì)在一個(gè)單一的減速齒輪系。 關(guān)鍵詞： MEMS，行星齒輪，減速齒輪表面微機(jī)械，首腦會(huì)議 的 V 過(guò)程。 1 什么是減速器 減速器是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。 1.1減速器的作用 降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。大家可以看一下一般電機(jī)都有一個(gè)慣量數(shù)值。 1.2減速器的種類 一般的減速器有斜齒輪減速器 (包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等 )、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行 星摩擦式機(jī)械無(wú)級(jí)變速機(jī)等等。 1.3常見(jiàn)減速器 1.3.1 蝸輪蝸桿減速器 主要特點(diǎn)是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動(dòng)效率不高，精度不高。 1.3.2 諧波減速器 諧波傳動(dòng)是利用柔性元件可控的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，體積不大、精度很高，但缺點(diǎn)是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉(zhuǎn)速不能太高。 1.3.3 行星減速器 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以做的很 大。但價(jià)格略貴一、對(duì)裝配前零件的要求：滾動(dòng)軸承用汽油清洗，其他零件用煤油清洗。所有零件和箱體內(nèi)不許有任何雜質(zhì)存在。箱體內(nèi)壁和齒輪（蝸輪）等未加工表面先后涂?jī)纱尾槐粰C(jī)油侵蝕的耐油漆，箱體外表面先后涂底漆和顏色油漆（按主機(jī)要求配色）；零件配合面洗凈后涂以潤(rùn)滑油。 2 安裝和調(diào)整的要求 2.1滾動(dòng)軸承的安裝 滾動(dòng)軸承安裝時(shí)軸承內(nèi)圈應(yīng)緊貼軸肩，要求縫隙不得通過(guò) 0.05mm 厚的塞尺。 2.2軸承軸向游隙 對(duì)游隙不可調(diào)整的軸承（如深溝球軸承），其軸向游隙為 0.250.4mm；對(duì)游隙可調(diào) 整的軸承軸向游隙數(shù)值見(jiàn)表。點(diǎn)擊查看圓錐滾子軸承軸向游隙；角接觸球軸承軸向游隙。 2.3齒輪（蝸輪）嚙合的齒側(cè)間隙 可用塞尺或壓鉛法。即將鉛絲放在齒槽上，然后轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪而壓扁鉛絲，測(cè)量?jī)升X側(cè)被壓扁鉛絲厚度之和即為齒側(cè)的大小。 2.4齒面接觸斑點(diǎn) 圓柱齒輪齒面接觸斑點(diǎn) 2-10-4；圓錐齒輪齒面接觸斑 2-11-4；蝸桿傳動(dòng)接觸斑點(diǎn) 2-12-4。 3 密封要求 箱體剖分面之間不允許填任何墊片，但可以涂密封膠或水玻璃以保證密封；裝配時(shí)，在擰緊箱體螺栓前，應(yīng)使用 0.05mm的塞尺檢查箱蓋和箱 座結(jié)合面之間的密封性；軸伸密封處應(yīng)涂以潤(rùn)滑脂。各密封裝置應(yīng)嚴(yán)格按要求安裝。 4 潤(rùn)滑要求 合理確定潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂類型和牌號(hào)；軸承脂潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑脂的填充量一般為可加脂空間的 1/2-2/3；潤(rùn)滑油應(yīng)定期更換，新減速器第一次使用時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn) 714天后換油，以后可以根據(jù)情況每隔 3到 6個(gè)月?lián)Q一次油。 5 試驗(yàn)要求 在額定轉(zhuǎn)速下正、反運(yùn)轉(zhuǎn) 1-2小時(shí)；在額定轉(zhuǎn)速、額定負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，至油溫平衡為止；對(duì)齒輪減速器，要求油池溫升不超過(guò) 35oC,軸承溫升不超過(guò) 40oC；對(duì)蝸桿減速器，要求油池溫升不超過(guò) 60oC,軸承溫 升不超過(guò) 50oC；全部試驗(yàn)過(guò)程中，要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，聯(lián)接固定處不松動(dòng)，各密封、結(jié)合處不松動(dòng)。 6 包裝和運(yùn)輸要求 外伸軸及其附件應(yīng)涂油包裝；搬運(yùn)、起吊時(shí)不得使用吊環(huán)螺釘及吊耳以上技術(shù)要求不一定全部列出，有時(shí)還需另增項(xiàng)目，主要由設(shè)計(jì)的具體要求而定。 7 技術(shù)要求 裝配前，所有零件用煤油清洗，滾動(dòng)軸承用汽油清洗，不許有任何雜物存在。內(nèi)壁涂上不被機(jī)油腐蝕的涂料兩次；嚙合側(cè)隙用鉛絲檢驗(yàn)不小于 0.16mm，鉛絲不得大于最小側(cè)隙的 4倍；用涂色法檢驗(yàn)斑點(diǎn)。按齒高接觸點(diǎn)不小于 40%；按齒長(zhǎng)接觸斑 點(diǎn)不小于 50%。必要時(shí)可用研磨或刮后研磨以便改善接觸情況；應(yīng)調(diào)整軸承軸向間隙： 40 為 0.05-0.1mm, 55為 0.08-0.15mm；檢驗(yàn)減速器剖分面、各接觸面及密封處，均不許漏油。剖分面允許涂以密封油漆或水玻璃，不允許使用任何填料；機(jī)座內(nèi)裝 N100潤(rùn)滑油至規(guī)定高度。 8 下面介紹減速器的發(fā)展現(xiàn)狀 減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問(wèn)題更突出，使用壽命不長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)使用的大型減 速器（ 500kw以上），多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口。 60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn) ?。但受其傳動(dòng)的理論的限制，不能傳遞過(guò)大的功率，功率一般都要小于 40kw。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒(méi)有突破，因此，沒(méi)能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。 90年代初期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器，它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速 器輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率 /體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的 內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器 不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率 /重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點(diǎn)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對(duì)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過(guò)一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開展了一些工作。 平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡(jiǎn)介 ,平動(dòng)齒輪減速器是指一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，一個(gè)齒輪在平動(dòng)發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)下作平面平行運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒廓間的嚙合，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的作用。平動(dòng)發(fā)生器可采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，或正弦機(jī)構(gòu)或十字滑塊機(jī)構(gòu)。本成果采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為平動(dòng)發(fā)生器。平動(dòng)發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，也可以是實(shí)體的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)。有實(shí)用價(jià)值的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種情況。外平動(dòng)齒輪減速器構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)亦稱三環(huán)（齒輪）減速器。由于內(nèi)齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心設(shè)置 在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問(wèn)題。內(nèi)平動(dòng)齒輪減速，其外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。由于外齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機(jī)構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。 本項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn) ,本新型的 內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器 與國(guó)內(nèi)外已有的齒輪減速器相比較，有如下特點(diǎn)： （ 1） 傳動(dòng)比范圍大，自 I=10起，最大可達(dá)幾千。若制作成大傳動(dòng)比的減速器，則更顯示出本減速器的優(yōu)點(diǎn)。 （ 2） 傳遞功率范圍大：并可與電動(dòng)機(jī)聯(lián)成一體制造 。 （ 3） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。比現(xiàn)有的齒輪減速器減少 1/3左右。 （ 4） 機(jī)械效率高。嚙合效率大于 95%，整機(jī)效率在 85%以上，且減速器的效率將不隨傳動(dòng)比的增大而降低，這是別的許多減速器所不及的。 （ 5） 本減速器的輸入軸和輸出軸是在同一軸線上。本減速器與其它減速器的性能比較見(jiàn)表 1。因缺少數(shù)據(jù)，表中所列的各減速器的功率 /重量比是最優(yōu)越的。各類減速器比較 型號(hào) 功率（ kw） 減速比 質(zhì)量（ kg） QI-450 93 31.5 1820 ZSY-250 95 31.5 540 NGW-92 88.1 31.5 577 SEW(德國(guó) ) 90 28.61 1300 NP-100? 100 30 400 注： NP-100為內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器， SEW減速器的質(zhì)量含電機(jī)。 2.本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)。由圖 2可知， 內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器 是由內(nèi)齒輪 Z2、外齒輪 Z1和平行四邊形機(jī)構(gòu)組合而成的。它的傳動(dòng)原理是：電機(jī)輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，外齒輪作平行移動(dòng)，其圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓，與之嚙合的內(nèi)齒輪則作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)橥恺X輪作平行移動(dòng)，所以稱謂平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。齒輪的平行移動(dòng)需要有輔助機(jī)構(gòu)幫助實(shí)現(xiàn)的，可采用（ 612副）銷軸、滾子作為虛擬輔助平動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以采用偏心軸作為實(shí) 體輔助平動(dòng)機(jī)構(gòu)。內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝是組成平行四邊形構(gòu)件的尺寸計(jì)算及其要求的加工精度、輪齒主要參數(shù)的選擇。這些因數(shù)都將影響傳動(dòng)的能力和傳動(dòng)的質(zhì)量。總的說(shuō)，組成本減速器的各零部件都要求有較高的精度，它們將決定著減速器的整體傳動(dòng)質(zhì)量。 3.本項(xiàng)目的概況本項(xiàng)目已獲得中國(guó)實(shí)用新型專利，專利號(hào)： ZL95227767.0。 本項(xiàng)目自 1995年試制出第一臺(tái)樣機(jī)（功率 2.5kW，傳動(dòng)比 I=32）后，陸續(xù)與一些廠礦合作，設(shè)計(jì)了下面幾種不同功率、不同傳動(dòng)比的減速器： （ 1） 電動(dòng)推拉門用減速器，功率 550W，傳動(dòng) 比 I=26，與電機(jī)連成一體。 （ 2） 攪拌機(jī)用減速器，功率 370W，傳動(dòng)比 I=17。 （ 3） 某軍品用的兩種減速器，一種功率 370W，傳動(dòng)比 I=23.5；另一種功率 370W，傳動(dòng)比 I=103的二級(jí)傳動(dòng)減速器。 （ 4） 鋼廠大包回轉(zhuǎn)臺(tái)減速器，功率 7.5kw，傳動(dòng)比 I=64。 （ 5）鋼廠輥道減速器，功率 7.5kw，傳動(dòng) I=11。在本專利的基礎(chǔ)上，已研制出一種新型超大型減速器，功率可達(dá) 1000kw，目前正在研制超小型（外型尺寸為毫米級(jí)）的微型減速器。 在微機(jī)電系統(tǒng)中的齒輪結(jié)構(gòu)通常希望用來(lái)在微小的體積內(nèi)產(chǎn)生較大的扭矩。但是沒(méi)有較 大重量的減速器，往往是很難達(dá)到這樣的目的。研究發(fā)現(xiàn)擁有微行星齒輪的減速機(jī)構(gòu)能夠在狹小的空間內(nèi)增加扭矩，這好像有點(diǎn)自相矛盾。這是因?yàn)槲⑿行驱X輪系統(tǒng)能在每單位體積內(nèi)產(chǎn)生更大的傳動(dòng)比。然而它的結(jié)構(gòu)是如此的復(fù)雜，以至于我們很少嘗試將齒輪系統(tǒng)微型化。 Suzumori以及他的小組成員曾經(jīng)用類似的行星齒輪結(jié)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)機(jī)器人，并使它在直徑為一寸的鋼管里前后移動(dòng)。他們利用一個(gè)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)高傳動(dòng)比的齒輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)微電線的放電加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這種齒輪機(jī)構(gòu)的精確加工。但是這些部件應(yīng)該在裝配驅(qū)動(dòng)馬達(dá)之前安裝在齒輪箱上。 Takeuchi 等人也用這種技術(shù)制造了微行星齒輪。他們建議用特殊的含陶合金和高碳鋼作為最佳選擇材料。當(dāng)這種齒輪系統(tǒng)的傳動(dòng)比達(dá)到 200的時(shí)候，才可以安裝馬達(dá)并使之驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)用芯片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)行星齒輪的驅(qū)動(dòng)，在研究中我們采用 SUMMiT V 方法來(lái)加工微行星齒輪。 SUMMiT V過(guò)程是唯一可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于總數(shù)為五層 (其中一層為地平面 )的硅中釋放四層的鑄造過(guò)程由于這個(gè)原因，它經(jīng)常被用來(lái)通過(guò)安裝在芯片上的電子執(zhí)行器來(lái)驅(qū)動(dòng)復(fù)雜的齒輪機(jī)構(gòu)。然而 , 在許多情形 ,微電機(jī)不可能提供充足的轉(zhuǎn)力矩來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)荷 ,因?yàn)樗鼈兊撵o電梳的典型驅(qū)動(dòng)只產(chǎn) 生幾十微牛頓的力。幸運(yùn)的是 ,這些引擎能容易地達(dá)到每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度。這就使將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為速度變成是可行的。羅杰等人設(shè)計(jì)了二個(gè)傳動(dòng)比為 12： 1的雙重的水平齒輪。如此六個(gè)這樣的模組的傳輸集合在以占據(jù)極大的空間為代價(jià)的前提下可以達(dá)到 2,985,984:1 的傳動(dòng)比。為了達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)達(dá)到高傳動(dòng)比的目的少比 , 行星齒輪系統(tǒng)將被作為研究對(duì)象。根據(jù)作者的認(rèn)識(shí)，它將會(huì)是第一個(gè)使用表面微加工原理設(shè)計(jì)的行星齒輪結(jié)構(gòu)。我們還將闡述行星齒輪的操作規(guī)則，加工過(guò)程和希望達(dá)到的行星齒輪系統(tǒng)的性能。 使用齒輪傳輸轉(zhuǎn)矩的其它可行的 方法是將一個(gè)或者多個(gè)的齒輪 ,也就是 , 行星齒輪 ,在另一個(gè)齒輪的外面旋轉(zhuǎn) ,也就是太陽(yáng)輪。按照傳統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)的行星齒輪減速器是使整體結(jié)構(gòu)緊湊的常用的傳輸系統(tǒng)。圖 1是上述的行星齒輪的示意圖。自從用 AutoCAD 設(shè)計(jì) SUMMiT V以來(lái) ,圖（ 1）可以通過(guò)軟件自動(dòng)產(chǎn)生 (附 1)。一個(gè)完整的行星齒輪系統(tǒng)是由六個(gè)齒輪組成的 : 一個(gè)太陽(yáng)齒輪 a，三個(gè)行星齒輪 b，一個(gè)固定的內(nèi)齒圈 c,一個(gè)旋轉(zhuǎn)的內(nèi)齒圈 d,和一個(gè)輸出齒輪 e。除了行星齒輪之外 ,每個(gè)齒輪的齒數(shù)都不相同。太陽(yáng)齒輪 a是輸入齒輪，由與微引擎連接的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)。內(nèi) 齒圈 d,被視為輸出齒輪。舉例來(lái)說(shuō) ,如果機(jī)械手驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪按照順時(shí)針?lè)较蚍较蛐D(zhuǎn) , 那么行星輪 b, 將繞著它們自己的軸按照逆時(shí)針?lè)较蛐麘?zhàn)，同時(shí)也將繞著太陽(yáng)輪按照順時(shí)針?lè)较虻姆较蛐D(zhuǎn)，這樣就形成了行星運(yùn)動(dòng)。 由于多個(gè)行星齒輪 b 和固定內(nèi)齒圈 c之間的運(yùn)動(dòng)相似，所以旋轉(zhuǎn)的內(nèi)齒圈 d將按照逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。這也被叫做 3K行星齒輪。 加工過(guò)程和結(jié)構(gòu)測(cè)試 SUMMiT V程序的特征體現(xiàn)了硅層結(jié)構(gòu)、電解聚乙烯 , 以及傳統(tǒng)的集成電路處理等技術(shù)水平的四個(gè)層次。 SUMMiT