第1章緒論
1.1本課題研究的目的和意義
隨著科技的高速發(fā)展薪鹦，現(xiàn)代機(jī)械逐步向高速晋控、精密程梦、等方向發(fā)展节榜，而減速器作為現(xiàn)代機(jī)械中的關(guān)鍵傳動(dòng)部件吕朵，也隨之對其提出了更高的要求辞皇。當(dāng)今世界各國減速器技術(shù)發(fā)展總趨勢是小燎厘、型化递市、輕量化为稽、高速化、低噪聲和高可靠度唁情。減速器的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展疑苔，在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國家的工業(yè)水平。因此甸鸟，開拓和發(fā)展減速器技術(shù)在我國有著廣闊的前景惦费。
活齒傳動(dòng)是為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械的高速發(fā)展而成功開發(fā)的新型齒輪傳動(dòng)，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)抢韭，使之具有傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)不可比擬的優(yōu)越性能薪贫，在一定的工作條件下恍箭，是傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)理想的替代產(chǎn)品。本課題研究的圓柱正弦活齒減速器是一種新型的活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)瞧省，具有重量輕扯夭、體積小（外徑≤ф80mm）鞍匾、結(jié)構(gòu)簡單緊湊勉抓、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)誤差小候学、潤滑性能好藕筋、性能價(jià)格比高、防止逆?zhèn)鲃?dòng)等優(yōu)點(diǎn)呕摹，它可廣泛應(yīng)用于國防蒂抒、冶金礦山、石油化工二搀、汽車先兆、電子儀表、建筑工程诸恤、機(jī)床爵例、鍋爐等生產(chǎn)部門。將產(chǎn)品國產(chǎn)化后微惦，加工成本低于同類進(jìn)口減速器產(chǎn)品價(jià)格的一半豌淹，具有很高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
正弦活齒傳動(dòng)是一種新型的活齒傳動(dòng)婶耕，雖然原蘇聯(lián)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道正弦活齒傳動(dòng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域,但是理論方面研究未見任何報(bào)道措坐。目前，在我國對該傳動(dòng)的研究還是空白赖厅。通過本課題的研究拣播，開創(chuàng)圓柱正弦活齒傳動(dòng)空間嚙合理論、強(qiáng)度收擦、可靠性贮配、動(dòng)力學(xué)以及設(shè)計(jì)制造等多方面基礎(chǔ)理論，拓展國內(nèi)的研究領(lǐng)域塞赂，形成系統(tǒng)理論及技術(shù)成果泪勒，使正弦活齒傳動(dòng)技術(shù)國產(chǎn)化，并力求達(dá)到國際先進(jìn)水平减途。由于我國在正弦活齒傳動(dòng)理論研究上空白酣藻，所以在設(shè)計(jì)和制造等方面的應(yīng)用研究至今無人問津曹洽。圓柱正弦活齒傳動(dòng)中的內(nèi)空間正弦滾道鳍置，加工工藝復(fù)雜辽剧，難度大。在國內(nèi)現(xiàn)有制造水平及條件下税产，本文首次提出在小半徑內(nèi)圓柱面上加工高精度內(nèi)空間正弦滾道的方法怕轿，彌補(bǔ)了加工條件的不足，降低了生產(chǎn)成本辟拷，提高產(chǎn)品的精度和生產(chǎn)效率撞羽。
空間探測具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益，是一個(gè)國家空間高科技高度發(fā)達(dá)的重要標(biāo)志卒亩，是綜合國力的具體體現(xiàn)蚀攘，也是大國地位的象征。開展空間探測將推動(dòng)我國空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國際合作划万，并具有開發(fā)嘴略、分享太空資源和提高國家國際政治地位的重要戰(zhàn)略意義。本課題中研究的減速器可適應(yīng)特殊空間環(huán)境（高溫差招蠕、真空卑蚓、失重、強(qiáng)輻射等）及對摩擦倾莽、潤滑條件的特殊要求径泉。若將其成功的應(yīng)用，必將促進(jìn)我國空間探測事業(yè)的發(fā)展板刑，從而帶動(dòng)航天技術(shù)及其它領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展缰兄。
1.2活齒傳動(dòng)概述
為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)對通用機(jī)械傳動(dòng)裝置更新?lián)Q代的需要，應(yīng)用新技術(shù)邑键，開發(fā)新型高性能傳動(dòng)元件干跛，成為傳動(dòng)機(jī)械學(xué)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要研究課題∷畎恚活齒傳動(dòng)楼入，從一定意義來說，就是這樣一種新型高性能傳動(dòng)牧抽。隨著我國航天嘉熊、航空、機(jī)械扬舒、電子阐肤、能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè)機(jī)器人等在各工業(yè)部門的應(yīng)用，我國在活齒傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用方面已取得顯著成績讲坎。同時(shí)孕惜，隨著國家高新技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對活齒傳動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品的需求將會(huì)更加突出晨炕。
1.2.1活齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)
活齒少齒差行星傳動(dòng)簡稱為活齒傳動(dòng)衫画，是由K-H-V型少齒差行星齒輪傳動(dòng)演化而成的一種新型齒輪傳動(dòng)毫炉，并利用一組中間活動(dòng)件——活齒來傳遞兩同軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。常見的活齒傳動(dòng)分為推桿活齒傳動(dòng)（圖1-la）树季、滾柱（鋼球）活齒傳動(dòng)（圖1-1b）垄套、套筒活齒傳動(dòng)（圖1-1c）、擺動(dòng)活齒傳動(dòng)（圖1-ld)等令叉。因?yàn)榛铨X傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊沦浆、傳動(dòng)比范圍廣、承載能力大溜帐、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)将盾，所以它一出現(xiàn)就引起科技工作者的廣泛注意。
活齒傳動(dòng)突破長期以來齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特征勃核，將行星齒輪的輪齒與輪體的剛性聯(lián)接改為運(yùn)動(dòng)副活動(dòng)聯(lián)接键羡，使行星齒輪的全部輪齒成為一組作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)體，習(xí)慣上稱之為活齒凡加∥糠睿活齒與活齒架組成活齒輪，行星齒輪的行星運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活齒輪繞固定軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)氧胳，并使各活齒在活齒架的導(dǎo)向槽中按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)证森，以實(shí)現(xiàn)行星齒輪做行星運(yùn)動(dòng)的功能。由此可見伴鳖，活齒傳動(dòng)具有的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：
（1）在傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)节值，運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件總是同軸布置的。
（2）在不考慮局部自由度時(shí)榜聂，除了輸入搞疗、輸出構(gòu)件和機(jī)架外還存在至少一個(gè)或一組中間活動(dòng)構(gòu)件。
（3）在有中間活動(dòng)件時(shí)须肆，為了保證傳動(dòng)的連續(xù)匿乃，所有中間活動(dòng)件與輸入、輸出及機(jī)架構(gòu)成該傳動(dòng)裝置的完全相同的最小單元豌汇，稱之為基機(jī)構(gòu)幢炸。它們分別在不同的時(shí)間區(qū)間起作用以保證傳動(dòng)的持續(xù)，稱這種關(guān)系為異步并聯(lián)拒贱⊥鸹玻活齒傳動(dòng)的連續(xù)傳動(dòng)是靠各對并聯(lián)的嚙合副交替工作來完成的。因?yàn)楦鱾�(gè)并聯(lián)的嚙合副從嚙合開始到結(jié)束的工作過程完全相同逻澳，相鄰兩個(gè)嚙合副僅差一個(gè)相位闸天，所以研究與相位無關(guān)的嚙合副的結(jié)構(gòu)理論，可以任選一個(gè)嚙合副為研究對象。
活齒傳動(dòng)具有的結(jié)構(gòu)特征使其在小偏距平行軸間的轉(zhuǎn)速變換過程中侧碍，省去了少齒差行星齒輪必須采用的W運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)雾逢，不但有效的克服了采用W運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)給少齒差行星齒輪傳動(dòng)帶來的激波器軸承壽命短的問題，而且傳動(dòng)鏈顯著縮短尤乎，這給活齒少齒差行星齒輪傳動(dòng)帶來一系列優(yōu)點(diǎn):
1.結(jié)構(gòu)新穎緊湊活齒傳動(dòng)省去了少齒差行星齒輪傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)所必須有的W等速運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)剪妥，減速運(yùn)動(dòng)通過活齒直接由活齒架輸出波寓；組成活齒傳動(dòng)的三個(gè)基本構(gòu)件——激波器、活齒輪和中心輪同軸布置蝇居，活齒輪放在中心輪里面报逛，簡化了結(jié)構(gòu)，使傳動(dòng)裝置的軸向和徑向尺寸都很小刮锹，縮小了體積任疤，減輕了重量。
2.多齒嚙合承載能力高活齒輪由活齒和活齒架用移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接組成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)惯狠，避免了內(nèi)嚙合齒輪副輪齒間的相互干涉丙图，能使所有的活齒同時(shí)和中心輪齒廓接觸，可以有一半甚至更多的活齒參與嚙合空猜，承載能力高绽慈；多齒嚙合使活齒傳動(dòng)對沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的承載能力，一般短期超載能力為名義扭矩的250%辈毯“犹郏活齒傳動(dòng)共扼齒形的連續(xù)接觸形式，避免了嚙入嚙出的沖擊谆沃，傳動(dòng)平隱無噪聲钝凶。
3.傳動(dòng)比范圍廣活齒傳動(dòng)屬于K-H-V型少齒差行星齒輪傳動(dòng)范疇，傳動(dòng)比大唁影，單級(jí)傳動(dòng)比為8～60耕陷，雙級(jí)傳動(dòng)比為64～3600；二齒差活齒傳動(dòng)和封閉型二級(jí)活齒傳動(dòng)等新型活齒傳動(dòng)的相繼提出据沈，不但使活齒傳動(dòng)傳動(dòng)比向大小兩個(gè)方向發(fā)展啃炸，擴(kuò)大了傳動(dòng)比范圍，而且還有多路傳動(dòng)的功能卓舵。
4.傳動(dòng)效率高活齒傳動(dòng)采用活齒后南用，使輸出機(jī)構(gòu)和活齒輪的分齒部分合成一體，使輸入軸到輸出軸之間的運(yùn)動(dòng)鏈縮短秫废，減少了動(dòng)力傳遞損失末径；活齒和中心輪、激波器、活齒架之間組成的一個(gè)低副和兩個(gè)高副肉棕，由于采用了針齒驮桐、套筒活齒、擺動(dòng)活齒披腻、組合活齒和轉(zhuǎn)臂軸承等結(jié)構(gòu)寝丹，使組成運(yùn)動(dòng)副的各運(yùn)動(dòng)副元素間有較多的相對滾動(dòng)，嚙合效率提高唱撩；激波器采用雙排結(jié)構(gòu)肩堡，并180度布置，使慣性力和作用力平衡殃倒，使傳動(dòng)軸及軸承的受力減輕都璃，提高了活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)效率×号ⅲ活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)效率隨傳動(dòng)比的增加而降低以舒，傳動(dòng)效率在95%～70%范圍內(nèi)。
5.基本構(gòu)件的工藝性好活齒傳動(dòng)的激波器通常采用偏心圓結(jié)構(gòu)慢哈，工藝性好蔓钟，但需要采用雙排結(jié)構(gòu)。若采用橢圓等自平衡結(jié)構(gòu)卵贱，單排激波器即可使慣性力奋刽、作用力平衡，加工工藝簡單艰赞，但須采用柔性軸承技術(shù)佣谐。一般來說，活齒傳動(dòng)中心輪的精確齒形需在數(shù)控機(jī)床上加工方妖，也可利用通用機(jī)床裝置加工狭魂，但加工硬齒面存在一定困難。采用密切圓党觅、直線等近似齒形雌澄，避免了加工特殊齒形的不便，簡化了工藝杯瞻，不需增加專用設(shè)備即可批量生產(chǎn)略雪。對于擺動(dòng)活齒和套筒活齒，活齒架上的等分柱銷孔是關(guān)鍵工藝渴肿；對于推桿活齒和滾柱（鋼球）活齒摩赎，活齒架上的徑向等分槽是關(guān)鍵工藝，顯然前者的工藝性好肥爵。
1.2.2正弦活齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)
正弦活齒傳動(dòng)屬于活齒少齒差行星齒輪傳動(dòng)隘唁，是一種利用鋼球和正弦滾道組成的滾動(dòng)嚙合變速裝置敌灰。按照正弦曲線軌跡所在回轉(zhuǎn)面的類型，正弦活齒傳動(dòng)可分為平面正弦活齒杏疑、圓柱正弦活齒及圓錐正弦活齒傳動(dòng)等甥晦，圖1-2所示為共扼正弦曲線軌跡的示意圖。當(dāng)φ從0到2π變化参枯，正弦曲線Γ在回轉(zhuǎn)面上被描述出來敢亥。如果Θ代表主動(dòng)軸坐標(biāo)系，則曲線Γ表示主動(dòng)軸回轉(zhuǎn)面上的正弦曲線辩溢，若Θ代表殼體坐標(biāo)系梳命，則曲線Γ表示殼體回轉(zhuǎn)面上正弦曲線〕睿回轉(zhuǎn)面可以是錐面（圖1-2b）郑现、圓柱面（圖1-2c）湃崩、平面（圖1-2d)荧降，還可以為拋物面、雙曲面攒读、超環(huán)面等朵诫。若按與活齒嚙合的正弦滾道數(shù)目劃分，正弦活齒傳動(dòng)可分為雙正弦活齒傳動(dòng)（圖1-3）和三正弦活齒傳動(dòng)（圖1-4)薄扁。
正弦活齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單剪返、工藝性好、易拆裝邓梅、潤滑密封方式簡單方便脱盲。且傳動(dòng)平穩(wěn)，不存在傳統(tǒng)齒輪的嚙入嚙出沖擊日缨，具有較高的承載能力钱反。其中圓柱正弦活齒傳動(dòng)在理論上全部活齒均參與嚙合，活齒受力狀態(tài)好匣距，嚙合剛性高冷泵。具有重量輕、體積小梗药、結(jié)構(gòu)簡單緊湊傀脑、傳動(dòng)比范圍大灭袁、傳動(dòng)效率高纸泡、傳動(dòng)誤差小、承載能力強(qiáng)阅牛、潤滑性能好等特點(diǎn)费抚。因此稻嘱，正弦活齒傳動(dòng)在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
1.3活齒傳動(dòng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1活齒傳動(dòng)國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
活齒傳動(dòng)最初的結(jié)構(gòu)形式是在20世紀(jì)30年代由德國人提出來的，到了40年代罢令，他們就把活齒傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中了林狈。第二次世界大戰(zhàn)曾使活齒傳動(dòng)研究停滯下來。50年代媒埃，蘇聯(lián)學(xué)者對活齒傳動(dòng)的一種形式“柱塞傳動(dòng)”進(jìn)行了理論研究菜碌，提出了它的運(yùn)動(dòng)學(xué)合理的計(jì)算方法。美國學(xué)者提出了推桿活齒減速裝置及少齒差減速機(jī)题山，分析了傳動(dòng)原理兰粉，對傳動(dòng)比和作用力進(jìn)行了計(jì)算，分析了其傳動(dòng)性能顶瞳。70年代玖姑，蘇美兩國積極開發(fā)活齒傳動(dòng)新形式，蘇聯(lián)推出了“正弦滾珠傳動(dòng)”慨菱，美國推出了“滑齒減速器”形成了系列產(chǎn)品焰络，并投入國際市場。到了80年代符喝，國際上研究活齒傳動(dòng)更加積極闪彼，日本、英國协饲、聯(lián)邦德國畏腕、保加利亞、捷克斯洛伐克等國家先后公布了一些有關(guān)活齒傳動(dòng)的專利和發(fā)明茉稠，這些都表明活齒傳動(dòng)的研究和應(yīng)用描馅，在國外已經(jīng)成為行星齒輪研究中相當(dāng)活躍的領(lǐng)域。
我國對活齒傳動(dòng)的研究起步較晚扑姆，從20世紀(jì)70年代起脸夸，我國的科技工作者才開始注意國外活齒傳動(dòng)的發(fā)展，先后推出推桿活齒傳動(dòng)外秋、擺動(dòng)活齒傳動(dòng)米法、滾珠活齒傳動(dòng)等多種形式活齒傳動(dòng)裝置。80年代后奈株，出現(xiàn)了以陳仕賢教授為主要研究代表的推桿活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)短户，以朱紹仁高級(jí)工程師為主要研究代表的變速傳動(dòng)軸承，以周有強(qiáng)教授為主要研究代表的套筒活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu),以曲繼方教授為研究代表的擺動(dòng)活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)稿焚，以高靖中高級(jí)工程師為主要研究代表的滾柱活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)唇锡，以徐永賢高級(jí)工程師為主要研究代表的密切圓活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和滾柱活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。由于活齒傳動(dòng)具有很多突出特點(diǎn)用动，已引起國內(nèi)外工程界的重視矗绅∏轿ィ活齒傳動(dòng)已應(yīng)用到能源、通信叼枝、機(jī)床诽表、汽車拖拉機(jī)、冶金隅肥、造船竿奏、礦山、起重運(yùn)輸腥放、化工泛啸、建筑工程、農(nóng)機(jī)秃症、醫(yī)療器械候址、儀器儀表、紡織种柑、輕工及食品機(jī)械等工業(yè)部門中岗仑。如用于機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、鍋爐的除渣機(jī)構(gòu)莹规、選礦廠的球磨機(jī)赔蒲、礦山牽引車泌神、鋼管輸送機(jī)良漱、鹽廠濃縮設(shè)備、啤酒廠發(fā)酵槽棠裹、汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)忆和、餅干輸送帶上等。近年來各科研院校和企業(yè)爭相對活齒傳動(dòng)進(jìn)行研制效迹，并申請了如擺動(dòng)活齒減速機(jī)（專利號(hào)：CN20757729V）龟聊、AOT全滾動(dòng)活齒減速機(jī)（專利號(hào)為ZL911010602）、星齒傳動(dòng)（專利號(hào)：ZL93213523）啰蕴、滾道減速機(jī)（CN86200768U）暑吹、密切圓活齒傳動(dòng)、變速傳動(dòng)軸承（CN85200923U）等多項(xiàng)專利技術(shù)码承。
燕山大學(xué)凄跑、四川大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等各高等院校也積極進(jìn)行新型活齒傳動(dòng)的研究工作城离，在學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表了一些有關(guān)活齒傳動(dòng)的學(xué)術(shù)論文炭刺，使活齒傳動(dòng)不僅在應(yīng)用上取得了很大的成績，在理論研究上也有較大的成果娜食。其中燕山大學(xué)曲繼方教授總結(jié)了自己發(fā)表的系列文章煮落，編寫了活齒傳動(dòng)領(lǐng)域唯一一部專著《活齒傳動(dòng)理論》敞峭，利用機(jī)構(gòu)學(xué)中轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法、等效機(jī)構(gòu)法及滑滾替代法等機(jī)構(gòu)演化方法研究各種活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)蝉仇、齒形綜合旋讹、運(yùn)動(dòng)學(xué)及加工制造等一系列理論和應(yīng)用內(nèi)容，是一部較全面系統(tǒng)研究活齒傳動(dòng)的著作轿衔，具有突出的研究特色骗村。四川大學(xué)梁尚明研究了擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的強(qiáng)度、效率呀枢、運(yùn)動(dòng)學(xué)嚙合剛度胚股、動(dòng)力學(xué)特性及模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容；西安交大劉生林研究了擺動(dòng)活齒減速器的結(jié)構(gòu)和工作原理裙秋，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析琅拌，推導(dǎo)出了內(nèi)齒圈齒廓方程式，還對工作齒數(shù)和工作區(qū)域等問題進(jìn)行了研究摘刑；張以都进宝、周有強(qiáng)等研究了套筒活齒的應(yīng)力數(shù)學(xué)模型、計(jì)算方法和多齒受力分析枷恕；燕山大學(xué)安子軍等運(yùn)用齒輪嚙合原理研究了擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的內(nèi)齒圈齒形綜合問題佩嘀，給出了實(shí)際齒形方程式和嚙合線方程，根據(jù)誤差理論遵艰，研究了擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及其誤差對齒形的影響沫杜；沈陽工業(yè)學(xué)院的丁茹研究了擺動(dòng)活齒傳動(dòng)中活齒嚙合副的滑滾情況，并用機(jī)械原理方法和嚙合原理方法分別推導(dǎo)出擺動(dòng)活齒电摔、內(nèi)齒圈嚙合副滑動(dòng)率方程式垛岛；中南大學(xué)的周建軍對擺線鋼球活齒傳動(dòng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)理論、疲勞強(qiáng)度等方面的研究稀崔；江漢石油學(xué)院黃清世等推導(dǎo)了推桿活齒傳動(dòng)內(nèi)齒輪理論廓線齒頂曲率半徑的計(jì)算公式限剩，指出內(nèi)齒輪的齒數(shù)和偏心輪的偏心距越小，內(nèi)齒輪的齒頂曲率半徑就越大泉剔；沈陽工業(yè)大學(xué)范高潮等從活齒傳動(dòng)的原理上對各種不同的運(yùn)動(dòng)副組合方案進(jìn)行了探討和對比魂麦；燕山大學(xué)孫國慶等利用彈流潤滑理論，推導(dǎo)了常溫下外波式活齒減速器活齒與波形輪接觸處油膜厚度公式假却，為進(jìn)一步研究該類減速器的潤滑機(jī)理和工作性能提供了理論根據(jù)钧失；廣東工業(yè)大學(xué)陽林等提出了可滿足最大重合度、最小壓力角和最佳受力條件三個(gè)目標(biāo)的參數(shù)優(yōu)化方法像捶；大連機(jī)床廠張才富等研究了外波式活齒傳動(dòng)上陕，推導(dǎo)出作用在活齒上諸力之間的關(guān)系式和接觸強(qiáng)度計(jì)算公式，得出嚙合力的作用曲線拓春。
綜上所述释簿，經(jīng)過幾十年的開拓亚隅，我國科技工作者在活齒傳動(dòng)領(lǐng)域的理論研究和產(chǎn)品開發(fā)方面都取得了大量的成績，但是對于正弦活齒傳動(dòng)這種極具應(yīng)用前景的新型活齒傳動(dòng)的理論研究和應(yīng)用均是空白庶溶，因此有必要對其進(jìn)行系統(tǒng)理論的研究煮纵，盡快實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品化，以更好的服務(wù)于我國的工業(yè)生產(chǎn)偏螺。
1.3.2正弦活齒傳動(dòng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展
在空間探測領(lǐng)域行疏，美國、俄羅斯套像、歐洲已居世界領(lǐng)先地位酿联，其中美國在日地空探測、月球探測夺巩、行星探測領(lǐng)域保持強(qiáng)勁發(fā)展勢頭贞让，歐洲在空間科學(xué)領(lǐng)域頗有建樹。70年代中期以前右木，美國砰染、前蘇聯(lián)的月球探測活動(dòng)頻繁，形成了月球探測的第一次高潮塌卜，特別是阿波羅號(hào)飛船的成功登月标增，成為人類航天史上的一次輝煌。進(jìn)入90年代启脉，日本也加入月球探測的行列杠卜，于1990年成功發(fā)射月球探測器。隨著21世紀(jì)的到來件牧，美國仪但、法國潦博、日本侮压、俄羅斯、印度等國進(jìn)一步加緊了深空探測計(jì)劃的實(shí)施竖怯。
隨著國際深空探測技術(shù)的發(fā)展蠕膀，我國也開始了對空間探測進(jìn)行起步階段的研究。由于空間的特殊環(huán)境胀茵，對減速裝置提出了更高的要求社露。它必須具有體積小、重量輕琼娘、優(yōu)良的潤滑性能和傳動(dòng)性能以適應(yīng)高溫差峭弟、失重、真空及強(qiáng)輻射的特殊環(huán)境脱拼。傳統(tǒng)的齒輪減速裝置的重量性能比不高瞒瘸，并且摩擦損耗較大坷备，影響整個(gè)方案的執(zhí)行。在月球真空環(huán)境下情臭，傳統(tǒng)減速器中使用的潤滑油會(huì)蒸發(fā)掉省撑，導(dǎo)致潤滑不良，并且若密封狀況不良俯在，被蒸發(fā)的潤滑油會(huì)在周圍機(jī)器上再次凝結(jié)竟秫，引起工作特性惡化。通常的潤滑油和潤滑脂在-60℃以下便會(huì)固化跷乐，要想得到良好的潤滑特性肥败，應(yīng)采用固體潤滑劑。固體潤滑劑在很大的溫度范圍內(nèi)能夠保證穩(wěn)定的潤滑性能泊宴，且極不易蒸發(fā)或發(fā)生潤滑劑枯竭和污染周圍機(jī)器等問題皮卸。本課題研究的圓柱正弦活齒傳動(dòng)采用固體潤滑，可以防止?jié)櫥瑒┰诳臻g環(huán)境下的變質(zhì)离饺、惡化猿池、壽命過短和密封失效等，并且正弦活齒傳動(dòng)具有比普通行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單疼尺、傳動(dòng)平穩(wěn)罚蛾、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以更適合在空間特殊環(huán)境下應(yīng)用氛侨。
到目前為止缩笤，國際上只有原蘇聯(lián)對正弦活齒傳動(dòng)進(jìn)行了研究，但研究成果在國內(nèi)極少可以檢索到汞潦。原蘇聯(lián)將正弦活齒減速器應(yīng)用于井下采油裝置中殿恤，成功解決了渦輪鉆具轉(zhuǎn)速過高的難題。還將其廣泛應(yīng)用于機(jī)械手演徘、渦輪鉆機(jī)慎陵、離心機(jī)的傳動(dòng)裝置、深井鉆探（石油井和天然氣井）等很多領(lǐng)域喻奥。在國內(nèi)尚無圓柱正弦活齒傳動(dòng)的報(bào)導(dǎo)席纽。燕山大學(xué)的曲繼方教授研究的擺線鋼球行星傳動(dòng)與平面正弦活齒傳動(dòng)的嚙合原理類似。但在傳動(dòng)比相同的情況下撞蚕，圓柱正弦活齒傳動(dòng)具有比擺線鋼球行星傳動(dòng)更小的徑向尺寸润梯，更適于月球探測車輪系結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)及其它精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。大慶石油管理局曾經(jīng)對研制正弦活齒減速器立過項(xiàng)甥厦，但由于種種原因而沒有進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的研究階段纺铭。因此，對于圓柱正弦活齒傳動(dòng)的研究在國內(nèi)仍屬空白刀疙。
1.4灰色系統(tǒng)理論在機(jī)械工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀
灰色系統(tǒng)理論是我國著名學(xué)者鄧聚龍教授于1982年創(chuàng)立的一門新興的橫斷學(xué)科舶赔，主要包括：系統(tǒng)分析摧莽、系統(tǒng)建模、灰色預(yù)測顿痪、灰色決策镊辕、灰色控制等∫舷灰色系統(tǒng)理論以部分信息己知掸柏、部分信息未知的小樣本、貧信息淆逛、不確定性系統(tǒng)為研究對象椒玖，主要通過對部分已知信息的生成和開發(fā)，提取有價(jià)值的信息倒你，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行行為的正確認(rèn)識(shí)和有效控制胯夏。貧信息、不確定性系統(tǒng)的普遍存在鼓宿，決定了這一新理論具有十分廣闊的發(fā)展前景豆出。在機(jī)械工程技術(shù)方面，灰色系統(tǒng)理論與方法為創(chuàng)建新型控制系統(tǒng)提出了新的設(shè)計(jì)思想情键，為研制新型技術(shù)手段開拓了可行性吵淌，并提供了基礎(chǔ)。機(jī)械工程科學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)巨大的灰色系統(tǒng)钢墩，從系統(tǒng)和信息的角度來講被处，研究機(jī)械工程科學(xué)的灰色問題就是研究信息的白化過程。因此用押，灰色系統(tǒng)理論的方方面面在機(jī)械工程的各個(gè)領(lǐng)域?qū)⒂兄鴱V泛的應(yīng)用肢簿。
由于機(jī)械工程系統(tǒng)中的灰色問題，所涉及到的不僅僅有機(jī)械工程及其相關(guān)的自然科學(xué)范疇的內(nèi)容蜻拨，還有人類行為科學(xué)和心理學(xué)特征等方面的內(nèi)容池充，對于這些問題的研究方法有很多，目前還沒有也不可能有一個(gè)或一些統(tǒng)一的模型官觅，只是將灰色系統(tǒng)理論貫穿與機(jī)械工程領(lǐng)域中而形成一套科學(xué)的理論與方法纵菌。由于國內(nèi)外廣大學(xué)者不懈的探索，近20年間休涤，灰色系統(tǒng)理論不僅在理論上迅速發(fā)展，日臻完善笛辟，而且在眾多科學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛而深入的應(yīng)用功氨，取得了一系列重大成果，其中華中理工大學(xué)馬咸堯手幢、李健萍等對某些鋼材的性能作了分析捷凄，發(fā)現(xiàn)了不同品種的材料有可能呈現(xiàn)相同的性能忱详，這為材料科學(xué)的研究開辟了新的途徑；華中理工大學(xué)金相教研室用灰色模型進(jìn)行金相分析借睬，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果突出阿座，采用灰色研究分析，避免了破壞性試驗(yàn)造成的經(jīng)濟(jì)損失奏宽；西北工業(yè)大學(xué)的支希哲等應(yīng)用灰色預(yù)測理論對金屬材料隨溫度變化進(jìn)行性能分析腮哩；澳大利亞MingfeiLuo博士將灰色系統(tǒng)理論成功的應(yīng)用于機(jī)床故障檢測、診斷與預(yù)測卸窿；重慶大學(xué)馮賢桂應(yīng)用灰色預(yù)測方法研究了金屬材料腐蝕系數(shù)隨材料強(qiáng)度極限變化的規(guī)律和金屬屈服強(qiáng)度隨溫度變化的規(guī)律腻酱；臺(tái)灣王國雄、柏恒仁唐肩、吳漢雄等人成功的將灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用于評(píng)估彈性制造系統(tǒng)烧歹、機(jī)械元件的易制性，為機(jī)械設(shè)計(jì)者提供了設(shè)計(jì)的參考依據(jù)穗掘；臺(tái)灣張士行霸拦、吳漢雄成功的運(yùn)用灰關(guān)聯(lián)分析對ACURAD壓鑄法的制造過程進(jìn)行了最佳工藝研究，取得了可喜的成果称啸；黃石市程庵工程師等研制的黃石電廠鍋爐給水系統(tǒng)灰色控制器對鍋爐水質(zhì)進(jìn)行控制施翰，實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性得到了提高，可在一定程度上防患于未然购城；湖南常德師范學(xué)院的羅佑新等人將灰色局勢決策成功的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中吕座，在機(jī)械參數(shù)優(yōu)選、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)瘪板、材料選擇吴趴、設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)與選擇等方面取得可喜的成果；將灰色聚類分析侮攀、等斜率灰色聚類分析成功的應(yīng)用于工程機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)锣枝、機(jī)械材料性能分析以及機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)測算等方面；將等間距GM(1,1）兰英、非等距GM(1,l）成功應(yīng)用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與試驗(yàn)在線監(jiān)測撇叁，為科學(xué)試驗(yàn)提供新的科學(xué)方法；將GM(1,1）與灰色關(guān)聯(lián)分析應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備故障診斷及數(shù)控機(jī)床的故障預(yù)測畦贸。
值得一提的是陨闹，將灰色模糊聚類分析、灰色聚類分析薄坏、灰色關(guān)聯(lián)分析等成功應(yīng)用于多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)趋厉，開創(chuàng)了多目標(biāo)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法。應(yīng)用灰色聚類分析求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的最滿意解，較一般其它方法求解最滿意解更具有理論依據(jù)和合理性陶簿，且方法實(shí)用欣骏，可排列出滿意解的優(yōu)劣次序，滿意程度由欲望水平確定航十，為決策提供了更趨于實(shí)際的方法和依據(jù)耽晦。
1.5本文的主要研究內(nèi)容
為適應(yīng)航空航天及深井采油等特種工作環(huán)境的需要，本課題設(shè)計(jì)并加工制造出傳動(dòng)比i=5诊势，最大徑向尺寸φ80mm的微小型圓柱正弦活齒減速器洲棍，并對其進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。因此晦了，本學(xué)位論文的研究主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
1.圓柱正弦活齒傳動(dòng)空間嚙合理論的研究對圓柱正弦活齒傳動(dòng)組成結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行分析患刻；建立主動(dòng)軸及殼體空間正弦滾道的齒廓方程；根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件普统，建立圓柱正弦活齒傳動(dòng)的力學(xué)模型并進(jìn)行求解杠锻；計(jì)算出正弦滾道與活齒接觸點(diǎn)處的主曲率，并分析其分布規(guī)律埋村；分析活齒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)珍特，進(jìn)行共扼齒廓間的滑動(dòng)率計(jì)算，并定性分析活齒傳動(dòng)各結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對滑動(dòng)率的影響魔吐。
2.圓柱正弦活齒減速器的模糊可靠性研究圓柱正弦活齒減速器應(yīng)用在航天機(jī)械扎筒、采油裝置及機(jī)器人傳動(dòng)等復(fù)雜的工作環(huán)境中，其可靠性的好壞直接影響生產(chǎn)的效率和安全酬姆，為此嗜桌，本文擬對該減速器的可靠性進(jìn)行研究。對圓柱正弦活齒傳動(dòng)的關(guān)鍵傳動(dòng)件進(jìn)行接觸強(qiáng)度的模糊可靠性研究辞色；建立減速器的故障樹并進(jìn)行定性和定量分析骨宠；將模糊數(shù)學(xué)引入故障樹分析中，研究圓柱正弦活齒傳動(dòng)系統(tǒng)的模糊可靠性相满；基于故障樹分析层亿，進(jìn)行系統(tǒng)可靠性數(shù)字仿真研究。
3.圓柱正弦活齒減速器系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性分析建立圓柱正弦活齒減速器系統(tǒng)扭振動(dòng)力學(xué)分析數(shù)學(xué)模型立美，對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析匿又，找出結(jié)構(gòu)中影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的薄弱環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)建蹄，使之具有良好的動(dòng)態(tài)特性提供理論依據(jù)稿屏；利用三維實(shí)體建模軟件Pro/E建立樣機(jī)的三維實(shí)體模型；應(yīng)用有限元方法和大型有限元分析軟件ANSYS對減速器的關(guān)鍵傳動(dòng)件進(jìn)行模態(tài)分析预署。
4.圓柱正弦活齒減速器的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用灰色聚類分析方法對圓柱正弦活齒減速器進(jìn)行多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)尊伟。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型強(qiáng)大的非線性映射功能惑拙，建立動(dòng)態(tài)分目標(biāo)函數(shù)聂歹；同時(shí)考慮強(qiáng)度野疟、剛度及幾何等約束條件，優(yōu)化設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)緊湊乘步、徑向尺寸小廷碴、傳動(dòng)效率高、可靠性高榨降、動(dòng)態(tài)性能好的新型圓柱正弦活齒減速器就用。
5.圓柱正弦活齒減速器樣機(jī)的加工及試驗(yàn)研究根據(jù)優(yōu)化得到的最滿意解，確定樣機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)并繪制全套設(shè)計(jì)圖扇牢；提出在小半徑內(nèi)圓柱面上加工空間正弦滾道的方法霉处，設(shè)計(jì)并加工非標(biāo)CBN球頭磨具，加工制造出一臺(tái)樣機(jī)椰陋，并擬對樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)及效率試驗(yàn)研究嫌松。
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