0 引 言

目前，在伺服机构中应用的减速器多为谐波减速器、行星减速器和滚珠丝杠减速器。其中，行星减速器、滚珠丝杠减速器具有结构紧凑、传动比大、精度高、承载能力大等优点[1,2]，但其结构复杂；谐波减速器体积小、质量轻、传动比范围大，但其效率较低。并且这些减速器成本均较高，其结构多为圆柱构型，横向空间利用率不理想，导致机构纵向空间占用大，某些特定应用布局困难。展开式齿轮减速器结构简单、成本较低，但一般结构紧凑性较差，尺寸通常大于其他类型的减速器。因此，本文提出了一种基于多级齿轮减速器的伺服机构设计方案，采用多级结构和齿形变位设计，在保证性能的前提下实现了小型化，成本显著降低。

1 多级减速伺服机构的设计

定位方面：钢套凸台紧贴主轴承的内圈，将轴承从左侧卡住；右侧垫片（直径小于轴承支挡尺寸）紧贴阶梯轴轴肩，将轴承从右侧卡住，从而完成定位。

1.1 总体设计

采用多级齿轮减速机构设计。传统的展开式齿轮减速机构受到空间的限制，多采用一至二级齿轮组结构，很难实现大减速比。为了节省空间，对五级齿轮组结构的齿轮进行了齿形变位，调整啮合中心距，将全部传动零件集成在3根主轴上，简化轴系支撑。结构设计如图1所示，其外形如图2所示。

伺服机构由减速器、电机和电位计组成。减速器部分集成在齿轮箱中，齿轮箱外壳由前盖板与后壳体组成。电机直接安装在后壳体外侧。与电机轴连接的齿轮1插入箱内与齿轮2啮合。电位计固定在后壳体外侧并插入第4级传动轴。可以看出，电机与电位计的安装均集成在了外壳上；齿轮组可以独立装配。整个减速机构可以作为一个组件进行生产，方便装配、调试和维修。

食品安全管控力度根本决定着民众的饮食安全。在此前提下，作为质监部门、农林部门以及市场管理部门而言，应当逐步健全并且优化检测与检验毒害食品的整体力度。与此同时，食品制售企业也要着眼于健全当前现有的企业自检体系，企业有必要聘请专门性的检测食品中介机构，针对委托检验的模式予以全方位的优化[4]。此外，有关部门在责任层次上也要更多关注惩戒多种多样的毒害食品制售现象，加大行政和刑事惩罚。

由于主要零件为直齿轮，可以通过批量生产降低生产成本。相比传统的伺服机构，壳体形状简单，无异型孔结构，加工难度低，进一步降低了成本。

图1 伺服机构结构设计 Fig.1 Design of Servo Mechamism

1～10—齿轮编号

图2 伺服机构外形示意 Fig.2 Diagram of Servo Mechamism

1.2 小型化设计

对于多级齿轮减速机构来说，级数越多，轴系布局占用空间越大。通过以下3个方面，实现了小型化。

1.2.3 利用一拖二/二拖一结构实现小型化

齿型变位是通过改变标准刀具对齿轮毛坯的径向位置，或改变标准刀具的齿槽宽切制出的齿型为非标准渐开线齿型的齿轮；齿型变位可以改善齿轮的承载能力，调整啮合中心距，也可以让小轮在齿数小于17时避免根切，获得更大的减速比。对于本机构来说，齿型变位的主要目的是调整啮合中心距。

高校的教育课程与高中阶段不同，留给学生的自主时间相对较多，因此要注意对学生自主时间安排的引导，增加一些课余活动。例如，由图书馆主导主办读书会，带领学生实际运用文献检索，查找需要的书籍进行阅读分享，以此帮助学生掌握文献检索技能。还可以举行一些学术讲座，激发学生前往图书馆进行文献查找的兴趣。兴趣是学生学习的第一动力，应当在新生入学的第一时间培养学生对于图书馆信息素养教育的兴趣。

整个机构的3根主轴为两个9号齿轮轴和一个10号齿轮轴，9、10号齿轮之间的啮合中心距为18 mm。各级齿轮进行齿形变位，使其与 9、10号齿轮的啮合中心距相同，也为18 mm。因此，各级齿轮可以安装在3根主轴上。

改革开放40年来,中国实现了经济社会的快速发展,人民的物质文化生活明显改善,总体上实现了小康,但当前生态环境保护和生态文明建设水平仍滞后于经济社会发展,难以满足人民对美好环境的需求,这是主要矛盾中“不平衡不充分”的一个突出表现。

在前盖板与后壳体上分别安装3个微型滚动轴承。在轴承的定位方面，轴承的外圈通过壳体上的轴承座孔进行支挡，内圈通过齿轮轴的轴肩进行支挡。前盖板与后壳体通过圆弧结构定位，保证其上的轴承座孔同轴；6个微型滚动轴承只需支撑3根主轴的两端，即可完成整个机构轴系的固定，减少了轴系布局空间。

记得拍《北爱》之前，我和我妈还住在地下室的小隔间里，租在香山对面的村子，一排大概有20间房，750块一个月，房间里只能摆下一张很小的单人床，厕所和厨房都是公用的。

以电子钟的设计与制作为例，讲授单片机定时中断功能的实现方法。以电子钟为任务驱动，在教师指导下，完成该作品的软硬件设计和调试。

=1025.51 MPa＜1167.42 MPa，满足要求。

在齿轮组的传动过程中，除了齿轮 1外，其余齿轮均需安装在3根齿轮轴上，通过嵌套结构实现各级独立传动，如图3所示。

图3 嵌套齿轮结构 Fig.3 Nested Gear Structure

嵌套齿轮结构中的大小齿轮均采用过盈压紧，悬挂在齿轮轴上的小齿轮内孔采用轴承支撑结构，如图4所示。

图4 小齿轮轴承支撑结构 Fig.4 Bearing Support Structure of Pinion

由于此结构需要在齿轮孔中安装轴承，需要考虑轴承的安装与定位。

安装方面：先将轴承与小齿轮3采用过盈配合压紧。由于轴承的内径大于轴径，在轴承孔中安装一个内孔直径与轴径相同的钢套，三者组成一个齿轮组件。将垫片与齿轮组件一起安装至齿轮轴上即完成安装。

(3)为掌握疫情,调查研究流行病学情况,监测防治措施的有效性,普查很重要,至少定期进行还是很好的方式。

飞控系统要求在长70 mm、宽25 mm、高30 mm的包络尺寸内设计一种伺服机构，减速比约380，负载大于6 N·m，同时要求低成本。

1.2.1 利用齿型变位调整中心距简化轴系固定结构

在材料一定的情况下，往往需要通过增大齿轮直径、增大齿宽等方法来满足低速级齿轮的强度需求；增大齿轮的直径会导致低速级齿轮直径过大、高度空间不够；齿宽过大则会导致机构纵向空间紧张。

在第 4级采用一个小齿轮拖动两个大齿轮，第 5级采用两个小齿轮拖动一个大齿轮，将转矩进行分散，减小大小齿轮上的啮合应力。在充分利用横向空间的同时，解决了低速级齿轮直径过大的问题，也进一步压缩纵向空间。

2 多级齿轮减速伺服机构的强度计算

对多级齿轮减速机构进行参数设计以及强度计算，保证方案可行。由于级数较多，各级计算过程相同，选择最典型的第4级进行强度计算校核。

结构主义被定义为:“1)结构应是一个由各种转换规律组成的体系,此种转换不是在体系的领域之外完成,而是在不求助外界因素的情况下在体系内完成;2)体系能自我守恒,本身具有整体性、转换性、自我调节性三个特点;3)结构的普遍性、必然性应能达到‘可以形式化’(公式化)的程度,甚至可以直接用数理逻辑方程式表达出来。凡具有上述理论特征的派别、方法、活动,都可称为结构主义。”[2]105《金碗》中体现玛吉平衡意识的人物关系变化正符合上述特征,它是一个内在的独立的关系体系,具有整体性,并不断转换调整,在公式化后更加清晰明了。

防洪薄弱环节建设加快实施。实施中小河流治理项目29项，治理河道79.56km。规划内73座病险水库除险加固已全面完工或主体完工56座，完工率为77%。完成了26个县山洪灾害防治非工程措施建设任务。

a）选择齿轮材料：根据空间与总减速比要求，拟定减速比与大小齿轮模数、齿数；

b）进行接触、弯曲疲劳强度的校核计算；

根据表达式:，我们假设代表气候变化的强度，Δy代表气候变化影响指标的变化，当变化使得Δy增大时，那么Δx也将随之增大，从而使得V增大，这样气候变化就会使得国家的脆弱性增加。如果没有气候变化的影响，Δx就不会有原来那么大，那么V就会比原来小，即国家的脆弱程度就会更低。

c）通过迭代对齿轮参数进行优化设计。

③磨矿分级流程交叉影响，旋流器分级效率低，溢流浓度低，进而使球磨机循环负荷重，磨矿效率低。一段弱磁选及强磁选混合精矿浓度很低，使得一段旋流器的分级效率很低，在20%以下，一段旋流器溢流浓度仅2%；一段旋流器的分级效率很低使得二段磨球磨机负荷重，磨矿效率低，二段旋流器与磨机匹配性不好，分级效率不高，溢流细度-0.043 mm粒级含量仅在65%左右；

物联网作为新时代信息技术非常重要的一个组成部分，其主要是指利用射频识别、全球定位系统、红外感应器以及激光扫描器等一些信息传感设备，按照一定的通讯协议把任何的一个物体和互联网进行连接，通过这样的方式来完成信息的交换和处理，从而实现对于该物体的诸如定位、识别、跟踪、监控等智能化的管理网络[1]。

2.1 齿轮的材料选择及减速机构的减速比设计

由于啮合应力较大，选用40Cr钢，淬火处理后，屈服极限可达1177 MPa以上[4]，可以同时满足传动过程中齿轮和齿轮轴的强度要求。

良好生态环境是实现中华民族永续发展的内在要求，是增进民生福祉的优先领域。为深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神，决胜全面建成小康社会，全面加强生态环境保护。

拟定各级减速比如表1所示。

基本方法如下：

表1 伺服机构减速比设计 Tab.1 Moderating Ratio Design of the Servo Mechamism

第1级 第2级 第3级 第4级 第5级 总计3.118 2.4 3.684 3.944 3.5 380.56

齿轮选用7级精度。结合基础教材[3]与机械设计手册[4]，进行计算校核。

2.2 第4级接触、弯曲疲劳强度校核计算

a）计算得接触疲劳应力为Hσ=1025.51 MPa，接触疲劳强度的许用值为 [σ H ]=1167.42 MPa。

1.2.2 利用嵌套齿轮形式实现小型化

b）计算得弯曲疲劳应力值Fσ=267.89 MPa，弯曲疲劳强度的许用值F[]σ=625 MPa。

=267.89 MPa＜625 MPa，满足要求。

3 多级齿轮减速伺服机构的动力学仿真

使用Workbench与Ncode Design Life对齿轮第4级进行瞬态动力学计算与疲劳分析，分析方法如下：

a）进行齿轮的瞬态动力学计算[5,6]以获取齿轮转动一周的载荷谱；

b）将载荷谱导入Ncode Design Life进行疲劳分析，获取齿轮的损伤云图与寿命云图。

3.1 瞬态动力学计算

根据40Cr力学特性，在美标材料sae5140的基础上，拟合40Cr热处理后的S-N曲线，定义材料属性后添加至材料库。导入第4级齿轮组模型，将材料赋予给3个齿轮；将所有齿轮选为接触对象，接触方式定为摩擦接触，摩擦系数设置为0.2。给3个齿轮添加体对地的旋转运动副；给予主动轮小齿轮转速输入，在两个大齿轮上加载第4级的转矩；最后进行网格划分。

将分析时间设为齿轮转动一周的时间，约0.18 s；最小子步设置为370，最大子步设置为720。保证齿轮在每个子步中的转动角度小于 1°，从而保证计算收敛。设置完毕后开始求解。

计算得到齿轮转动一周的等效应力曲线如图 5所示。由图5可知，等效应力呈周期性变化，最大等效应力为1048.8 MPa，小于材料的屈服极限，可以安全工作。

图5 瞬态动力学计算结果 Fig.5 Result of Transient Dynamics Calculation

3.2 疲劳分析

将瞬态动力学计算得出的载荷谱导入 Ncode，计算后获得齿轮在循环载荷下的损伤分布情况（见图6）与寿命云图（见图7）。由图6可以看出，齿轮在啮合点靠近齿根的位置受到的损伤最大；由图7可以看出，连续工作寿命最短的位置也位于啮合点靠近齿根的位置。

在机构满负载6 N·m的情况下，最危险的受力点可以循环工作33.7万次，一次循环为0.18 s，即满载工作总时长可达16.9 h。由于实际应用中，满载总是瞬时的，因此可以满足预定的应用需求。

图6 齿轮损伤分布情况 Fig.6 Distribution of Gear Damage

图7 齿轮寿命云图 Fig.7 Life Cloud Map of Gears

4 结 论

设计了一种基于多级齿轮减速的小型化伺服机构；进行了静力学与动力学计算分析，证明在实现较高减速比的同时，结构设计满足使用需求。

设计具有以下4个显著特点：

a）采用多级结构与齿形变位方法获得了大减速比；

b）合理的轴系简化设计；

c）齿轮轴承支撑设计保证了各级独立传动；

d）利用一拖二/二拖一的组合措施解决低速级齿轮直径过大问题。

所设计的伺服机构既实现了机构的小型化，又降低了成本，具有较好的工程应用价值。

参 考 文 献

[1] 赵谦. 某型电动舵机减速器的设计研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学,2011.

Zhao Qian. Research and design of gear decelerator on electric steering engine[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2011.

[2] 范大义. 基于行星滚柱丝杠的机器人精密减速器的研究[D]. 沈阳: 沈阳理工大学, 2015.

Fan Dayi. Research on a robot precise reducer based on planetary roller screw[D]. Shenyang: Shenyang Institute of Technology, 2015.

[3] 吴总泽. 高志. 机械设计（第2版）[M]. 北京: 高等教育出版社, 2014.

Wu Zongze,Gao Zhi. Mechanical design (edition 2)[M].Beijing: Higher Education Press, 2014.

[4] 成大先. 机械设计手册（第5版第3卷第14篇）[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007.

Cheng Daxian. Handbook of mechanical design(edition 5, volume3,chapter14)[M]. Beijing: Beijing Industry Press, 2007.

[5] 孙静, 王小群. 直齿圆柱齿轮 ANSYS仿真分析[J]. 河北建筑工程学院学报, 2009, 27(1): 77-80.

Sun Jing, Wang Xiaoqun. ANSYS simulation analysis of spur gear[J].Journal of Hebei Institute of Archite- cture and Civil Engineering, 2009,27(1): 77-80.

[6] 耿雪峰, 陈秉智. 基于ANSYS的齿轮瞬态动力学分析[J]. 信息与电脑,2016(4): 55-58.

Geng Xuefeng, Chen Bingzhi. Transient dynamic analysis of gear based on ANSYS[J]. Information and Computer, 2016(4): 55-58.

[7] 施高萍, 项春, 王莺. 圆柱齿轮参数化建模及 ANSYS的模型转换分析[J]. 煤矿机械, 2007, 28(3): 76-78.

Shi Gaoping, Xiang Chun, Wang Ying. Parametric design of cylindrical gear and analysis of data conversion for ANSYS[J]. Coal Mine Machinery,2007, 28(3): 76-78.