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少齿差行星齿轮传动原理

2016-03-12 09:57:52 同步带轮|齿轮|斜齿轮|伞齿轮|定做加工生产厂家-凯迪斯泰 675

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1.1 少齿差行星齿轮传动原理

少齿差行星齿轮传动是行星齿轮传动中的一种。由 一个外齿轮与一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副.它采用的是渐开线齿形,内外齿轮的齿数相差很小,简称为 少齿差传动。一般所讲的少齿差行星齿轮传动是专指渐 开线少齿差行星齿轮传动而言的。渐开线少齿差行星齿 轮传动以其适用于一切功率 、速度范围和一切T作条件,受到了世界各国的广泛关注.成为世界各国在机械传动 方面的重点研究方向之一。

1.1 2少齿差传动

1.2 行星齿轮传动是动轴齿轮传动的一种主要方式,其最基本的形式 是2K—H型(即两个中心轮 a,b和 个转臂 H),如图 l所示,传动比为 iaH=1+Zh/Zn. 


它演变出两种典型的少齿差行星齿轮传动形式 .如 图 2所示:K—H—V行星齿轮传动如图 2(a)所示 .基本构件为中心轮 b、转臂H和构件V,当中心轮 b固定,转臂H主动,构件V从动时,传动比为iHg= - Zg/(Zb-Zg).。把构件V 固定.转臂H主动,中心轮 b输出.如图2(b)所示,其传动比iHb=Zb/(Zb-Zg)。为少齿差行星齿轮传动机构实质是一个由平面四连杆机构和内啮合齿轮副组成的齿轮连杆机 构。通过对不同构件作不同限制,可以设计出多种少齿差行星齿轮传动结构形式。


1.1.3 少齿差行星齿轮传动的特点

少齿差行星齿轮传动具有以下优点:

(I)加工方便、制 造成本较低 渐开线少齿差传动的特点是用普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以加工齿轮,不需要特殊的刀具与专用设备,材料也可采用普通齿轮材料料 。

(2)传动比范围大,单级传动比为 10~1000以上 。

(3)结构形式多样,应用范围广,由于其输入轴与输出轴可在同一轴线上,也 可以不在同一轴线上,所以能适应各种机械的需要 。 

(4) 结构紧凑 、体积小、重量轻 ,由于采用内啮合行星传动,所以结构紧凑;当传动比相等时,与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比,体积和重量均可减少 1/3~2/3。

(5)效率高。 当传动比为 10~200时,效率为 80%~94%。效率随着传动比的增加而降低。

(6)运转平稳、噪音小、承载能力大,由于是内啮合传动.两啮合轮齿一为凹齿 、一为凸齿两齿的曲率中心在同一方向.曲率半径义接近相等,因此接触面积大,使轮齿的接触强度大为提高,又采用短齿制.轮 齿的弯曲强度也提高了。此外,少齿差传动时,不是一对 轮齿啮合,而是 3-9对轮齿同时接触受力.所以运转平稳,噪 声小,并且在相同的模数情况下.其传递力矩比普 通同柱齿轮减速器大。

基于以上特点 ,小到器人的关节 、大到冶金矿用机械 .以及从要求不高的农用 、食品机械.到要求较高的印刷和国防工业都有应用实例。

少齿差减速器的结构型式较多,常见的型式可按输出的型式、减速器的级数、行星齿轮的数目、使用安装的型式分类。

其中按输出型式可分为:

(1)销轴式 这种减速器使用历史较长,应用范围较广,实践证明效率较高;在高速连续运转,功率较大或扭矩较大的使用场合下,可采用销轴式输出机构

(2)十字滑块式 这种结构形式较简单,加工方便,但是承载能力及效率较销轴式低, 常用于小功率、只有一个行星齿轮的结构中。 

(3)浮动盘式 这种结构形式较新颖,比销轴式容易加工,使用效果好。但对其效率 和承载能力还缺乏测试数据。

(4)零齿差式 零齿差式输出机构的零件数量要少一些,结构紧凑、制造方便;

(5)双曲柄式 高速轴减速后带动行星齿轮,动负荷小。这种结构的轴向尺寸较大,加工精度要求高;

1.1.4 减速器工作原理

第一 减速部分: 当电动机带动偏心轴转动时,由于内齿轮与机壳固定不动,迫使行星齿轮绕内齿轮作行星运动(即作公转又作自转);又由于行星齿轮与内齿轮的齿数差很少,所以行星齿轮绕偏心轴中心所作的运动为反向低速自转运动。利用输出机构将行星轮的自转运动传递给输出轴,就可以达到减速的目的。

第二 输出部分: 从结构上保证行星轮上的销孔直径比销轴套的外径大二倍偏 心距。在运动过程中,销轴套始终与行星齿轮上的销孔壁接触,从而使行星齿轮的自转运动通过轴套传给输出轴,以实现与 输入轴方向相反的减速运动。


1.2.1 国内外研究现状 

当内啮台的两渐开线齿轮齿数差很小时时,极易产生各种干涉.因此在设计过程中选择齿轮几何参数的计算十分复杂。早在 1949年,苏联学者就从理论上解决 了实现一齿差传动的几何汁算问题 。直到 1960年代以后,渐开线少齿差传动才得到迅速的发展 目前有柱销式零齿差十字滑块 、浮动盘等多种形式 。1960年代,国外就开始探讨圆弧少齿差传动,到1970年代中期,日本已开始进行圆弧少齿差行星减速器的系列化生产.这种传动的特点在于:行星轮的齿廓曲线用凹圆弧代替了摆线.轮齿与针齿在啮合点的曲率方向相同,形成两凸圆弧的内啮合 ,从而提高了轮齿的接触强度和啮合效率,其针齿不带齿套 ,并采用半埋齿结构,既提高了弯曲强度又简化了针齿结构。此外 ,圆弧形轮齿的加工无需专用机床,精度也易保证,而且修配方便。

1956年我国著名的机械学家朱景梓教授根据双曲柄机构的原理提出了一种新型少齿差传动机构。该机构的特点是当输人轴旋转时,行星轮不是作摆线运动高速公转与低速 自转的合成,而是通过双曲柄机构导引作圆周平动。这种独特的”双曲柄输入少齿差传动机构,得到国内外同行的高度评价。1958年开始研制摆线针轮减速器。 1960年代投人工业化生产,目前已形成系列,制定了相应

的标准.并广泛用于各类机械中。1960年制成第一台二齿差渐开线行星齿轮减速器,其传动比为37.5,功率为 16kW,用于桥式起重机的提升机构中。

1963年朱景教授在太原学院学报上发表了 《少齿差渐开线 K—H—V型行星齿轮减速器及其设 计》一文,详细阐述了渐开线少齿差传动的原理和设计方 法。这些创造性的工作 ,为少齿差行星齿轮传动在我国的 推广应用起了重要的指导作用。

双曲柄输入少齿差行星齿轮传动的优点是:能使行 星轴承的载荷下降,而且当内齿板作为行星轮时,行星轴 承的径向尺寸可不受限制 ,从而提高了行星轴承的寿命 另外.这种传动不需要输出机构,还可实现平行轴传动。效率高,适用性强。但是,由于历史原因,双曲柄输入式少 齿差传动一直没有得到应有的发展,直到近十几年才逐渐为人们所重视。I985年重庆钢铁设计院提出了平行轴式少齿差内啮合齿轮传动——i环减速器,但是这种减速器的一根曲轴上要安装三片内齿板,需制成偏心套机构.存在着结构复杂 加工分度精度要求高、曲轴联接结构表面产生微动磨损、三套互为 120。的双曲柄机构之间存在过约束等问题 1993年重庆大学博士崔建昆提出新型轴销式少齿差行星齿轮传动.并对其进行了理论分析。

随着少齿差行星齿轮传动研究的深入,已成功地开发出不少新的渐开线少齿差行星齿轮传动形式 目前,我国研究出一种连杆行星齿轮传动— 平行轴式少齿差内齿行星齿轮传动。该类传动是以连杆内齿轮(齿板)为行星轮.采用双曲柄输人.且无输出机构 主要有一齿环(一片连杆行星齿板 )、二齿环(两片连杆行星齿板 )、三齿环及四环等结构形式的减速器 如图 3为三环减速器的基本结构及其工作原理简图 两根互相平行 目.各具有三个偏心轴径 (或偏心套)的高速轴2,动力通过其中 任一或两轴同时输入.三片连杆行星齿板 (内齿轮 )1通过轴承装在 高速轴 上,外齿轮的轴 3为低速轴 .其轴线与高速轴 2轴线平行 ,高、低速轴均通过轴承支承在机体上。三片齿板1与外齿 轮啮合.啮合的瞬时相位差呈120。

国内外学者在齿形分析 、结构优化、接触分析 、结构强度 、动态性能 、传动效率、运动精度方面进行了大量的研究 .利用 I十算机技术进行减速器各主要部件的实体建 模、仿真、干涉检查等,缩短了产品的开发周期 ,并应用到 

产品的设计中.取得了许多有价值的成果。N型内齿行星齿轮传动的基本结构型式——环式减速器 的传动机理进行了分析研究,建立了环式减速器系统受 力分析模型,得出目前环式减速器存在惯性力或惯性力 矩不平衡的结论。对平行动轴少齿差传动多齿接 触问题动平衡进行了研究,以有限元弹性接触分析理论 为基础 ,建立了平行动轴少 齿差传动多齿接触问题时的 有限元分析模型,提出了一种对研究平行动轴少齿差传 动内齿轮副啮合过程中实际接触齿对数、齿间载荷的分 配及齿面载荷分布的分析计算方法。为平行动轴少齿差 内啮合齿轮传动的承载能力的汁算、齿轮几何参数的确定及零部件的强度分析计算提供了理论依据。文献[5]采 用遗传算法模拟生物自然进化过程来搜索少齿差传动参 数的最优解。通过优化后的少齿差传动装置具有较小的体积和较好的传动性能。

1.2.2 发展趋势 

齿轮传动技术是机械工程技术的重要组成部分,在一定程度上标志着机械_=亡程技术的水平.因此,齿轮被公认为工业和工业化的象征。为了提高机械的承载能力和传动效率,减少外形尺寸质量及增大减速机传动比等,国内外的少齿差行星齿轮传动正沿着高承载能力、高精度、高速度、高可靠性、高传动效率、小型化、低振动、低噪音、低成本、标准化和多样化的方向发展的总趋势。 

少齿差行星齿轮传动具有体积小 、重量轻、结构紧 凑、传动比大、效率高等优点,广泛应用于矿山、冶金 、飞机 、轮船、汽车、机床、起重运输、电工机械、仪表、化工业等许多领域.少齿差行星齿轮传动有着广泛的发展前景。



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