論二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)

劉淑芬

（煙臺百思特爐管廠，山東 煙臺 264100）

論二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)

劉淑芬

（煙臺百思特爐管廠，山東 煙臺 264100）

二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)是我參加研制的一項實(shí)用新型專利。行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)和少齒差行星減速機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，雖然傳統(tǒng)的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在單級減速比較小的缺點(diǎn)，而少齒差行星減速機(jī)構(gòu)單級減速比雖然大一些，但傳動平穩(wěn)性差，傳動精度低，在需要大減速比的情況下，需要經(jīng)過多級減速才能達(dá)到目的，這樣會造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積增大，制造成本增加，同時多級傳動也降低了傳動效率和傳動精度。二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)采用對稱雙行星齒輪，既能平衡慣性力，又能提高機(jī)構(gòu)的承載能力，具有結(jié)構(gòu)簡單，單級減速比大，制作成本低、傳動平穩(wěn)、傳動精度高和傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)。

行星齒輪；傳動機(jī)構(gòu)；齒差變位；行星機(jī)構(gòu)；大減速比

概述

行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)已經(jīng)越來越廣泛的被應(yīng)用在各種領(lǐng)域，前段時間我有幸參與了一項行星齒輪機(jī)構(gòu)新型專利的研究，這一新機(jī)構(gòu)在普通行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了巧妙的改裝，增大了傳動比的同時并沒有加裝復(fù)雜結(jié)構(gòu)使其在傳動平穩(wěn)行和傳動精度及效率上有了很大的改觀，較傳統(tǒng)行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)更為實(shí)用，相信一定會被更加廣泛的應(yīng)用。

1 行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)簡介

我們所熟知的齒輪絕大部分都是轉(zhuǎn)動軸線固定的齒輪。例如機(jī)械式鐘表，上面所有的齒輪盡管都在做轉(zhuǎn)動，但是它們的轉(zhuǎn)動中心（與圓心位置重合）往往通過軸承安裝在機(jī)殼上，因此，它們的轉(zhuǎn)動軸都是相對機(jī)殼固定的，因而也被稱為“定軸齒輪”。

圖1

有定必有動，對應(yīng)地，有一類不那么為人熟知的稱為“行星齒輪”的齒輪，它們的轉(zhuǎn)動軸線是不固定的，而是安裝在一個可以轉(zhuǎn)動的支架上。行星齒輪除了能象定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動之外，它們的轉(zhuǎn)動軸還隨著支架（稱為行星架）繞其它齒輪的軸線轉(zhuǎn)動。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動稱為“自轉(zhuǎn)”，繞其它齒輪軸線的轉(zhuǎn)動稱為“公轉(zhuǎn)”，就象太陽系中的行星那樣，因此得名。也如太陽系一樣，成為行星齒輪公轉(zhuǎn)中心的那些軸線固定的齒輪被稱為“太陽輪”，如圖1中紅色的齒輪。

圖2

圖2為一種簡單的行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)，行星輪 既c繞自身的軸線迴轉(zhuǎn)，又隨行星架繞固定軸線迴轉(zhuǎn)。太陽輪a﹑行星架和內(nèi)齒輪b都可繞共同的固定軸線迴轉(zhuǎn)，并可與其他構(gòu)件聯(lián)結(jié)承受外加力矩，它們是這種輪系的三個基本件。三者如果都不固定，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動時需要給出兩個構(gòu)件的角速度，這種傳動稱差動輪系；如固定內(nèi)齒輪b或太陽輪a，則稱行星輪系。通常這兩種輪系都稱行星齒輪傳動。

行星齒輪傳動在我國已經(jīng)有很多年的歷史，行星齒輪傳動具有重量輕體積小，承載能力和傳動比大，傳動效率高，工作平穩(wěn)等特點(diǎn)從而使其在冶金、礦山、起重運(yùn)輸、化工、紡織、汽車、兵器、船舶和航空航天等工業(yè)部門中獲得了廣泛的應(yīng)用。但大功率高速行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求制造精度高。行星齒輪傳動中有些類型效率高，但傳動比不大。另一些類型則傳動比可以很大，但效率較低，用它們作減速器時，其效率隨傳動比的增大而減小；作增速器時則有可能產(chǎn)生自鎖。

2 二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)的構(gòu)成

行星齒輪機(jī)構(gòu)按其自由度可分為

2.1 簡單行星齒輪機(jī)構(gòu) 具有一個自由度（W=1）的行星齒輪機(jī)構(gòu)，如圖3(b)所示。對于簡單行星齒輪機(jī)構(gòu)，只要知道其中一個構(gòu)件的運(yùn)動后，其余各構(gòu)件的運(yùn)動便可以確定。

2.2 差動行星齒輪機(jī)構(gòu) 具有兩個自由度（W=2）的行星齒輪機(jī)構(gòu)，即具有三個可動外接構(gòu)件的行星輪系，如圖3(a)所示。

圖3

二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)是我參加研制的一項實(shí)用新型專利，是普通行星齒輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展與衍生，它比簡單行星齒輪機(jī)構(gòu)增加了一個可動輪系，卻又比圖3(a)所示的差動行星齒輪機(jī)構(gòu)多了一個固定齒輪。該行星減速機(jī)構(gòu)是由固定內(nèi)齒輪、輸出內(nèi)齒輪、中心太陽輪、行星齒輪、行星架和動力輸入軸組成，固定內(nèi)齒輪、輸出內(nèi)齒輪為變位齒輪，齒數(shù)相差為2，兩者齒根圓、齒頂圓相同，兩齒輪同時與行星齒輪嚙合。行星齒輪與固定內(nèi)齒輪、輸出內(nèi)齒輪模數(shù)相同，齒長≥固定內(nèi)齒輪齒長與輸出內(nèi)齒輪齒長之和。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：

圖4

二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)由固定內(nèi)齒輪（1）、輸出內(nèi)齒輪（2）、中心太陽輪（3）、行星齒輪（4）、行星架（5）和動力輸入軸（6）構(gòu)成，其特征在于固定內(nèi)齒輪（1）、輸出內(nèi)齒輪（2）為變位齒輪，齒數(shù)相差為2，兩者齒根圓、齒頂圓直徑相同，兩齒輪同時與行星齒輪（4）嚙合。

3 二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)的工作原理

當(dāng)行星架5轉(zhuǎn)動時，帶動行星齒輪4沿固定內(nèi)齒輪1滾動，同時驅(qū)動輸出內(nèi)齒輪2轉(zhuǎn)動，由于固定內(nèi)齒輪1和輸出內(nèi)齒輪2相差2個齒，因此行星架5每轉(zhuǎn)動一周，行星齒輪4則驅(qū)動輸出內(nèi)齒輪2多轉(zhuǎn)動2個齒（當(dāng)輸出內(nèi)齒輪2比固定內(nèi)齒輪1多出兩個齒時）或少轉(zhuǎn)動兩個齒（當(dāng)輸出內(nèi)齒輪2比固定內(nèi)齒輪1少兩個齒時），使得行星架5與輸出內(nèi)齒輪2之間按一定減速比傳動，這個減速比只和輸出內(nèi)齒輪2的齒數(shù)有關(guān)，設(shè)定輸出內(nèi)齒輪2的齒數(shù)為Z2,則減速比計算公式是：i=Z2/2。

中心太陽輪3為動力輸入，它與行星齒輪4、行星架5固定內(nèi)齒輪1之間構(gòu)成一個傳統(tǒng)的行星減速機(jī)構(gòu)，行星架5已經(jīng)被減速，減速比與固定內(nèi)齒輪1和中心太陽輪3的齒數(shù)有關(guān)，這種機(jī)構(gòu)總減速比較大，設(shè)定Z1為固定內(nèi)齒輪1的齒數(shù)，Z2輸出內(nèi)齒輪2的齒數(shù)，Z3為中心太陽輪的齒數(shù)，則中心太陽輪3輸入與輸出內(nèi)齒輪2的減速比計算公式是：i=Z2/2X（1+Z2/Z3）。

由于它比普通行星齒輪多了一個自由輪系，所以它比較圖3(b)所示行星機(jī)構(gòu)更靈活，而經(jīng)過兩次減速，可以在結(jié)構(gòu)比較緊湊的狀態(tài)下得到機(jī)構(gòu)需要的幾乎任意大的減速比（整個輪系的減速比的大小由輸出內(nèi)齒輪2的齒數(shù)多少決定）。

4 二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)和少齒差行星減速機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，雖然傳統(tǒng)的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在單級減速比較小的缺點(diǎn)，而少齒差行星減速機(jī)構(gòu)單級減速比雖然大一些，但傳動平穩(wěn)性差，傳動精度低，在需要大減速比的情況下，需要經(jīng)過多級減速才能達(dá)到目的，這樣會造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積增大，制造成本增加，同時多級傳動也降低了傳動效率和傳動精度。這種新型的二齒差變位內(nèi)齒輪行星減速機(jī)構(gòu)采用對稱雙行星齒輪，既能平衡慣性力，又能提高機(jī)構(gòu)的承載能力。最為可貴的是該新型行星機(jī)構(gòu)比較普通的行星機(jī)構(gòu)并不復(fù)雜多少，相比較于一些高傳動比高精度的多級行星傳動機(jī)構(gòu)卻簡單很多，制作起來也更為方便快捷，成本更低功效更好壽命更長。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，單級減速比大，制作成本低、傳動平穩(wěn)、傳動精度高和傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)，是行星機(jī)構(gòu)中很為實(shí)用的一項專利。

[1]饒振綱.行星傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(第二版)[J].北京：國防工業(yè)出版社，1994.

[2]基爾佳舍夫.行星齒輪傳動手冊[J].冶金工業(yè)出版社，1986.

[3]張展.行星傳動技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1989.

U463.212+.1

A

劉淑芬（1965-），女，山東煙臺人，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計與制造。