基于UG的偏心轮推杆行星减速器的结构设计

材料，取A0=118，初步估算轴的最小直径。

因轴上有键槽直径增大10%到15%，即轴上最小轴径应在12.98mm到13.57mm，最小直径应该为连接连轴器的轴段，根据输入力矩查表选用TL2弹性柱销联轴器，因此输入轴最小端直径为16mm。以减速器体积最小原则初步选定安装偏心轮的轴段d=25mm，从而选定6206型轴承为第一组数据偏心轮轴承，得偏心轮外径为62mm。参数中b的值为滚子长度，因滚子拟采用标准滚针轴承，所以rG、b的值与标准滚针轴承的外径、长度相符，第一组数据中滚子采用型滚针轴承，rG为4mm，b为8mm。因为减小偏心距e可以增大最小曲率半径，提高内齿廓的承载能力并有利于保证润滑；同时e越大，传动效率降低推杆运动的加速度增加，传动振动与冲击增强[1]。所以参照《滚柱活齿减速器（JB/T6137-92）》初步选定e为2.5mm。推杆长度是根据偏心轮推杆行星减速器的整体结构选定为18mm。

选定基本参数后进行传动要求和强度的计算分析。满足传动要求主要包括满足传动比要求和内齿圈齿形不失真（ρmin>0）[1]。按照设计方案根据传动比公式知i=Z+1，则Z=16-1=15。满足强度要求主要是对偏心轮和内滚柱啮合副的强度（σpmax）、内齿圈和外滚柱啮合副强度（σQmax）校核。通过计算可知第一组数据的传动比和最小曲率半径符合设计要求，但是内外滚柱同偏心轮、内齿圈啮合副的最大接触强度太大。由强度分析知增大RP、e、rG、b有助于降低内外滚柱同偏心轮、内齿圈啮合副的最大接触强度，因此再参照滚动轴承、滚针轴承、滚柱活齿减速器相关参数逐渐增加参数值，进行多组数据的传动要求和强度的校核。对比表中数据可知第9组参数最符合设计传动要求和强度要求。因此选定Rp=55mm、e=5mm、rG=6mm、H=26mm、Z=15为基本设计参数。

3 偏心轮推杆行星减速器零件设计

3.1 偏心轮设计

偏心轮由输入轴、偏心套、滾动轴承组成。偏心轮在偏心轮推杆行星减速器中作为原动件，它通过接受来自外界的驱动力矩来实现减速器运行。为消除偏心轮旋转产生的不平衡离心力，偏心轮结构设计成偏心套加标准轴承双的双排结构。偏心轮RP=55mm，因此选轴承选用6212型。由前文的分析知输入轴最小端与电动机输出轴通过TL2弹性柱销联轴器相连，因此最小端直径为16mm，长度为44mm。定位轴肩的高度一般取为h=（0.07～0.1d），d为与零件相配处的轴的直径，因此取轴身直径为20mm、长度为10mm，轴径为25mm、长度为42mm，轴头直径为32mm、长度为42mm。偏心套内径为轴头轴径d=32mm，外径与标准轴承的内径相同D=55mm，厚度同轴承宽度取22mm。在偏心套偏心方向上开通槽与输入轴上键槽匹配。

3.2 推杆和内外滚柱的设计

为减少滚柱磨损，延长滚柱使用寿命，选用滚针轴承作为滚柱，滚针轴承与推杆采用销连接。本设计中选用标准滚针轴承—BK0810型为滚柱，其外径为12mm，内径为8mm，长度为10mm。

推杆长度H=（3～5）rG=18～30mm，根据内外滚柱半径和高度等因素设推杆长度H=26mm，宽度同滚子直径为12mm，厚度为14mm。

3.3 内齿圈设计

内齿圈内齿圈的齿型是活齿外端高副的共扼曲线。减速器中，中心轮一般都与减速器箱体固联。考虑内齿圈的固定方式参照《滚柱活齿减速器（JB/T6137-92）》选定内齿圈外径为240mm。双排内齿圈通过螺钉连接固定在基座上，螺钉选用M8普通螺钉，螺纹孔分布在与内齿圈同心直径为212mm的圆上。为了方便内齿圈的定位在内齿圈外轮廓上设计两个定位槽，槽宽20mm，槽深10mm。

3.4 传动圈结构尺寸设计

传动圈内、外直径分别取决于偏心轮直径和内齿圈齿顶圆，设计时以不与偏心轮或内齿圈发生碰撞、且厚度大于活齿半径为依据。结合传动结构设定传动圈的外圈直径D1=156mm，内圈直径D2=[156÷2-（26-2×5）]×2=124mm，传动圈的厚度为21mm，并在传动圈的中间开16个宽度为12mm，高度为14mm的径向导槽（即推杆的尺寸），导槽均布在圆周上，使导槽与推杆能进行配合。传动圈作为输出构件，双排传动圈结构相同、转动速度和方向也相同，仅是在安装位置上相位差180°，为了简化装配也可将传动圈双排结构进行整体设计。

3.5 输出轴的设计

输出轴和传动圈连接，因此在输出轴的一端设计一个盘型结构和传动圈一侧通过螺钉连接。输出扭矩M=（9.545Pi/n）·η=9543×1.5×16

×0.9=206N·m。根据输出扭矩查阅连轴器标准选用TL6型连轴器联接输出轴和工作轴，因此输出轴最小端直径为35mm，长度为82mm。输出轴上安装6210型轴承用于输出轴在箱体上的支撑，安装轴承端轴径与6210型轴承内径相同为50mm，长度与轴承宽度相等为21mm。在最小轴端创建宽度10mm，深度5mm，长度66mm的键槽。在输出轴盘型部分设计同传动圈螺纹孔相匹配的孔。

3.6 减速器箱体设计

减速器箱体主要用来安装和支撑偏心轮推杆传动工作部件，其尺寸大小依内齿圈轮尺寸和传动部分结构尺寸而定。

4 偏心轮推杆行星减速器的主要零部件材料选择[3]

由2.3知偏心轮与内滚柱啮合副的接触强度σpmax=486Mpa，内齿圈与外滾柱啮合副的接触强度σQmax=500Mpa，因此活齿和内齿圈材料选用40Gr，选用常用轴承钢GGr15作为偏心轮材料，传动圈、输入轴、输出轴采用45钢，箱体材料选用HT250。

5 偏心轮推杆行星减速器强度校核

偏心轮推杆行星减速器的主要传动部分的强度校核是必不可少的。由于在减速器的基本参数选择和材料选择时已经考虑偏心轮和活齿内滚柱、内齿圈和外滚柱的啮合接触应力，所以无需再校核。活齿作为传动的关键构件，滚柱和推杆的连接件销是否能够承受所受剪切力还需验证。本设计中选用45钢作为销的材料，许用应力[σlim]=80Mpa， [σlim]/S=61.5Mpa，经计算本设计中销所受的最大剪切强度为12.5 Mpa，因此销的设计符合要求。

6 偏心轮推杆行星减速器的三维建模和虚拟装配

6.1 偏心轮推杆行星减速器总装配体爆炸图

依据设计尺寸和结构布局，基于UG对偏心轮推杆行星减速器的各个零部件进行三维建模并虚拟装配。以下为偏心轮推杆行星减速器的了更清楚地说明减速器总装配体的爆炸图。

6.2 偏心轮推杆行星减速器二维装配图

在UG中打开偏心轮减速器装配体，进入UG制图模块。新建图纸页，创建减速器的左视图，输入输出轴中心面为剖切面的全剖俯视图，插入剖切面为C-C的全剖视图。

参考文献：

[1]陶栋材.偏心轮推杆行星传动设计理论[M].北京：机械工业出版社，2010（05）：12-14.

[2]张淳，范浪层.偏心轮推杆行星传动的参数优化及其软件设计[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2017，35（02）：142-146+153.

[3]陈虹微，杨燕珍.基于Solidworks和ADMAS的凸轮式行星传动轴承设计研究[J].龙岩学院学报，2016（02）：86-92.

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