說(shuō)起減速器，大家可能覺(jué)得很陌生。其實(shí)減速器是在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間起匹配轉(zhuǎn)速、傳遞轉(zhuǎn)矩、改變運(yùn)動(dòng)方向的作用，在現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用廣泛。首先要認(rèn)識(shí)機(jī)械裝備最核心的三大部件——驅(qū)動(dòng)器、控制器、減速器。課程設(shè)計(jì)中，你們將會(huì)遇到三種二級(jí)減速器設(shè)計(jì)方案，即二級(jí)圓柱齒輪減速器，二級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器，二級(jí)蝸桿-齒輪減速器。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，你們將掌握簡(jiǎn)單傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)能力。

　　在減速器中，其核心傳動(dòng)零件為齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)在工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用非常廣泛，關(guān)系著國(guó)家的工業(yè)命脈，大到航天飛機(jī)，小到手表玩具，可以說(shuō)無(wú)處不在。齒輪傳動(dòng)是個(gè)龐大的家族，擁有的類型很多，不同類型齒輪傳動(dòng)又各具特點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)類型和形式直接決定了減速器特性及應(yīng)用范圍。根據(jù)齒輪軸線布置方式可以分為平行軸齒輪傳動(dòng)，相交軸齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)。首先，我們介紹幾種常見的齒輪傳動(dòng)類來(lái)說(shuō)明其特點(diǎn)。

　　直齒圓柱齒輪

　　直齒圓柱齒輪是實(shí)際生產(chǎn)使用中最常見齒輪之一，其齒面上的接觸線是與齒輪軸線平行的直線。由于輪齒沿著整個(gè)齒寬同時(shí)進(jìn)入嚙合或退出嚙合，易引起沖擊和噪聲，傳動(dòng)平穩(wěn)性相對(duì)差，但易于加工和實(shí)現(xiàn)高精度。兩種嚙合形式中外嚙合兩齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，內(nèi)嚙合(齒圈與齒輪)兩齒輪傳動(dòng)方向相同。

　　斜齒圓柱齒輪

　　斜齒輪是具有螺旋齒線的圓柱齒輪。齒輪的接觸線是與軸線夾角為βb的斜直線，輪齒從開始嚙合到脫離嚙合是逐漸從一端過(guò)渡到另一端，故傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。這種嚙合方式也減小了齒輪制造誤差對(duì)傳動(dòng)的影響，可以傳遞更高的負(fù)載，適用于高速場(chǎng)合。一對(duì)斜齒輪嚙合時(shí)，其中一個(gè)齒輪為左旋，則另一個(gè)齒輪為右旋。平行軸兩斜齒輪螺旋角β1與β2之和為0，如果β1與β2之和不為0，則形成了交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)。

　　人字齒輪

　　斜齒輪傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生軸向力，為消除軸向力對(duì)軸系的影響，把一個(gè)齒輪做成對(duì)稱方向相反的斜齒輪，來(lái)消除軸向力，齒形看上去像個(gè)人字。人字齒輪制造困難，加工成本高，但具有傳動(dòng)功率大、可靠性高、精度高和承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、船舶等重型機(jī)械領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

　　齒輪齒條傳動(dòng)

　　齒輪齒條傳動(dòng)是由齒輪和齒條構(gòu)成的。齒條的齒廓為直線，相當(dāng)于分度圓半徑為無(wú)窮大圓柱齒輪，其工作原理是將齒輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)X條的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。例如，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由齒輪齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

　　錐齒輪

　　錐齒輪用于兩相交軸之間的齒輪傳動(dòng)，可以改變輸出軸的方向，錐齒輪有一個(gè)圓錐體作為其節(jié)面，輪齒沿圓錐體切割，錐齒輪有直齒、斜齒和曲齒之分，直齒最為常用，斜齒已逐漸被曲齒取代。軸交角可為任意角度，最常用的軸交角為90°，直齒錐齒輪的制造精度較低，工作時(shí)振動(dòng)和噪聲較大，故圓周速度不宜過(guò)高。

　　蝸輪蝸桿傳動(dòng)

　　蝸桿傳動(dòng)用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，交錯(cuò)角通常為90°。與圓柱齒輪傳動(dòng)比，效率較低，適合低功率，傳動(dòng)比范圍可以達(dá)8-100，并可以實(shí)現(xiàn)自鎖。由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，同時(shí)嚙合齒對(duì)較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。

　　其實(shí)齒輪減速器已經(jīng)有很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，目前技術(shù)成熟并已標(biāo)準(zhǔn)化。隨著工業(yè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，如航空航天、新能源、機(jī)器人和醫(yī)療器械等，所以對(duì)減速器提出了新的要求，主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，傳動(dòng)鏈短、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)，并具有較高運(yùn)行精度。如今已經(jīng)是工業(yè)社會(huì)的年代，現(xiàn)代機(jī)器設(shè)備也日益完善，減速器的需求量有增無(wú)減，這也給減速器提供了很大的舞臺(tái)，這也就對(duì)同學(xué)們對(duì)其理解和研究提出了更高的要求。那么，還有那些形式齒輪傳動(dòng)可以滿足上述要求呢?

　　行星齒輪減速器

　　行星齒輪傳動(dòng)同學(xué)們?cè)跈C(jī)械原理課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，行星齒輪減速器包括：行星輪、太陽(yáng)輪和外齒圈。行星減速器體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。具有功率分流、多齒嚙合的特性。適用于建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶和航空航天等領(lǐng)域。

　　諧波齒輪減器

　　通過(guò)具有柔性的薄壁外齒齒輪產(chǎn)生彈性變形后與剛性的內(nèi)齒輪進(jìn)行內(nèi)嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。它由剛輪、柔輪，波發(fā)生器三大傳動(dòng)元件組成。諧波減速器傳動(dòng)比大，無(wú)回差，結(jié)構(gòu)緊湊和重量輕，高精度等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)器人及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用，我國(guó)自1980年開始進(jìn)行諧波減速器標(biāo)準(zhǔn)化和系列化;1985年制定了中小功率通用諧波減速器系列標(biāo)準(zhǔn)，成為世界第四個(gè)擁有通用諧波減速標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家。

　　擺線針輪減速器

　　擺線針輪減速機(jī)是一種行星式傳動(dòng)。在輸入軸上裝有一個(gè)錯(cuò)位180°的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個(gè)滾柱軸承，形成H型機(jī)構(gòu)，兩個(gè)擺線輪的中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒殼上一組環(huán)行排列的針齒銷相嚙合，以組成少齒差內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)。與漸開線齒輪箱不同，擺線針輪減速器具有零背隙和高扭矩能力，同時(shí)尺寸緊湊，適合在需要高扭矩，低速，高精度的情況下使用。

　　RV減速器

　　RV減速器是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)的前級(jí)和一個(gè)擺線針輪傳動(dòng)的后級(jí)組成的二級(jí)減速機(jī)。自1986年投入市場(chǎng)以來(lái)，因其傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、低振動(dòng)、剛性大和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，機(jī)床，醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備，衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)精度就會(huì)顯著降低，故世界上許多國(guó)家高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器，在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢(shì)。

　　近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量和銷量出現(xiàn)雙增，制造業(yè)市場(chǎng)從未像今天這般迫切需要工業(yè)機(jī)器人。我國(guó)已經(jīng)連續(xù)8年成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)國(guó)。從全球來(lái)看，日本減速器企業(yè)持續(xù)在減速器結(jié)構(gòu)、材料、加工制造技術(shù)、潤(rùn)滑、降噪和檢測(cè)方面做了大量提升，取得了行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，代表企業(yè)為納博特斯克(Nabtesco)、哈默納科(Harmonic Drive)等。雖然，我國(guó)近年來(lái)在高端減速器設(shè)計(jì)、材料、制造、測(cè)試、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)等技術(shù)方面取得了一定突破，但是當(dāng)前國(guó)產(chǎn)機(jī)器人使用的RV減速器大量從日本進(jìn)口，中國(guó)制造業(yè)要轉(zhuǎn)型升級(jí)，必須要解決這個(gè)“卡脖子”的技術(shù)難題。制約我國(guó)工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵部件自主化的核心因素有以下四點(diǎn)。(1) 技術(shù)積累時(shí)間尚短，產(chǎn)業(yè)間融合不足;(2) 部分材料及核心元器件較難滿足部件性能需求;(3) 加工設(shè)備及工藝落后;(4) 試驗(yàn)檢測(cè)能力亟待提升等。