轉差傳動技術新思路

雷 華，李俊輝，曾 晶，薛 松

(中國重型機械研究院股份公司， 陜西 西安 710032)

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轉差傳動技術新思路

雷 華，李俊輝，曾 晶，薛 松

(中國重型機械研究院股份公司， 陜西 西安 710032)

根據轉差傳動的特點，通過對傳動原理分析，提出一種通過改變輸入軸驅使齒輪的轉速，實現大減速比和平緩換向的轉差傳動技術新思路，擴展了差傳動的應用范圍，為傳動機械提供了一個研究方向。

減速機；轉差傳動；傳動比

0 前言

傳動減速機的目的是將輸入動力源的轉速和力矩經過減速機的傳動系統后，按設定要求進行放大或縮小，實現力和轉速的傳遞。

轉差傳動技術是根據傳動基本原理，結合相對運動的齒輪轉差來改變與其嚙合齒輪的公轉速度來實現一定傳動比的一種技術。

本文從轉差傳動基本原理出發，經過分析，提出一種新型傳動方法，通過改變輸入軸旋轉方向和轉速，可實現轉速平緩正反轉切換，且能增大減速機的總傳動比范圍。

1 原理分析

1.1 基本輪系

轉差機構如圖1所示，Z1、Z3分別與Z2嚙合。如果Z1或Z3之一固定，輪系就是傳統上的行星輪系。

圖1 轉差機構輪系Fig.1 Gear train of differential transmission

如果Z1和Z3的旋轉方向相同，在轉速相等的情況下，Z2自身相對其旋轉軸靜止，不發生旋轉，只有齒輪Z2圍繞其齒輪架輸出軸以n4速度旋轉，在Z1的轉速大于Z3時，Z2自身相對其旋轉軸旋轉，隨著Z1與Z3速度差的增大而增大，齒輪Z2圍繞其齒輪架輸出軸以n4速度也相應增大。

如果Z1和Z3的旋轉方向相反，在轉速相等的情況下，Z2自身相對其旋轉軸原地旋轉，齒輪Z2的齒輪架輸出速度n4為0，在Z1的轉速與Z3的轉速不相等時，Z2自身相對其旋轉軸旋轉同時，齒輪Z2的齒輪架輸出軸n4沿Z1與Z3中速度大的一方旋轉方向旋轉，且隨著Z1與Z3速度差的增大而增大。

如果Z1的轉動方向和速度不變，Z3的轉速從小于Z1的轉速逐漸增大，并逐步超過Z1的過程中，Z2自身相對其旋轉軸的旋轉方向會從一個方向逐漸過渡到反向，同時也驅使齒輪Z2的齒輪架輸出軸的旋轉速度n4從一個方向逐漸過渡到反向，速度也隨之發生變化。

1.2 輸出轉速與輸入轉速間的關系

在圖1中，由于兩個Z1、Z3齒輪同時與Z2嚙合，它們具有相同的模數m，假設Z1齒輪的齒數為NZ1，Z2齒輪的齒數為NZ2，Z3齒輪的齒數為NZ3，Z1的轉速為n1，Z3的轉速為n3，那么Z2相對Z1來說，其轉速n2與Z1、Z2、Z3的轉速有關，是這兩個齒輪驅使齒輪Z2旋轉的轉速之和。

如圖2所示。Z1旋轉時驅使Z2旋轉的轉速n21為

n21=NZ1NZ2n1

式中，NZ1為齒輪Z1的齒數；NZ2為齒輪Z2的齒輪數。

Z3旋轉時驅使Z2旋轉的轉速n23為

n23=NZ3NZ2n3

式中，NZ3為齒輪Z3的齒數。

所以，Z2相對其旋轉軸的轉速為

n2=n23-n21=1NZ2(NZ3·n3-NZ1·n1)

(1)

圖2 機構相關轉速的空間關系Fig.2 Space relationship of mechanism rotational speed

Z2齒輪在繞自身旋轉軸旋轉的同時，其齒輪架帶著Z2齒輪繞旋轉軸也在旋轉，這一轉速也就是輸出轉速n4。

如圖3所示，在Z2和Z1嚙合過程中，分度圓結合處的線速度相同，其線速度為

v21=π·NZ1·m·n1

圖3 機構相關齒輪的切線速度間關系Fig.3 Relationship between relative gears’ tangent velocity

同樣，Z2和Z3嚙合過程中分度圓結合處的線速度為

v23=π·NZ3·m·n3

Z2以A點為瞬心，沿Z1滾動，所以齒輪Z2隨齒輪架旋轉的轉速時，分布在Z3齒輪的分度圓切線方向的線速度為：

v2=v23+12(v23-v21)
=π·mNZ3·n3+(NZ3·n3-NZ1·n1)2

由此可推導出輸出轉速n4

v2=π2·m·NZ1·(n1+n3)

v2=π·d3·n4=π·m·NZ3·n4

則

n4=NZ12NZ3(n1+n3)

(2)

當輪系確定后，NZ1、NZ3也確定不變，改變n1、n3或其中之一，就可改變輪系的輸出速度n4的大小和方向。利用這一特點可對圖1所示的轉差傳動機構進行擴展應用。

2 轉差機構拓展應用舉例

2.1 單輸入方式的新型轉差機構

如果單輸入方式的新型轉差機構的輪系如圖4所示，NZ1=NZ1′，NZ4>NZ3，NZ5>NZ6，那么

n3=-NZ3·NZ6NZ4·NZ5n0

n1=NZ6NZ5n0

式中，NZ4、NZ5、NZ6分別為齒輪Z4、Z5、Z6的齒數。

圖4 單輸入方式的新型轉差機構Fig.4 Single-input differential mechanism

此輪系的傳動比為

i=n0n4=2NZ5·NZ4NZ6(NZ4-NZ3)

Z4和Z3的齒數越接近，輪系的傳動比就越大。這種輪系相對行星減速機來說，簡單而傳動比大，具有很好的經濟實用性。

3.2 雙輸入方式的新型轉差機構

圖5 雙輸入新型轉差機構Fig.5 Dual-input differential mechanism gears

圖6 雙輸入新型轉差機構的齒輪嚙合關系Fig.6 Relationship between dual-input differential mechanism gears

n1=NZ3·NZ6NZ4·NZ5′n0

n7=-NZ8NZ7n3

所以，輸出軸上的轉速n4為

該輪系的傳動比與n0、n3的變化有關、隨著n0、n3的變化，n4可能為正，也可能為負，也可能為0。大大增加了輪系傳動比范圍。此輪系的傳動比不再唯一依靠輪系各齒輪關系確定，而可經過兩個輸入轉速之一的調節而調節，大大提高了傳統齒輪傳動機構的調速范圍。輸出轉速在輸入轉速方向不發生改變的情況下，可實現換向功能，且無沖擊平滑過渡。這是此輪系獨有的特點。

3 結論

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A new idea of differential mechanism

LEI Hua, LI Jun-hui, ZENG Jing, XUE Song

(China National Heavy Machine Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710032,China)

According to the character istics of differential transmission and analysis of the transmission principle a new kind of differential mechanism is proposed by changing the driving gear speed of the output shaft, achieving a large redu ction ratio and a smooth reverse direction capalbility. This idea expands the scope of application of differential transmission and provides a research direction for transmission machinery.

reducer; differential mechanism; radio

2014-10-11；

2014-12-05

雷華(1972-)，男，中國重型機械研究院股份公司，高級工程師。

TH131

A

1001-196X(2015)01-0024-05