少齿差行星齿轮传动技术的研究进展

少齿差行星齿轮传动技术的研究进展

少齿差星形齿轮的传输是星形齿轮的传输。从一个外齿轮和一个内齿轮组成一个副内形齿轮。采用渐开线齿，内齿数差异较小，因此被称为少齿差齿锁。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、速度范围和一切工作条件，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齿差星银行齿械的传压原理2齿轮传动的特点少齿差行星齿轮传动具有以下优点:（1）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。（2）传动比范围大，单级传动比为10～1000以上。（3）结构形式多，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，两者的曲率中心在同一方向，曲率半径又接近相等，因此接触面积大，使轮齿的接触强度大为提高;又因采用短齿制，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、噪音小，并且在相同的模数情况下，其传递力矩比普通圆柱齿轮减速器大。基于以上特点，小到机器人的关节、大到冶金矿山机械，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。3渐开线少齿差齿轮传动的发展历程当内啮合的两渐开线齿轮齿数差很小时，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计算问题。但直到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，形成两凹凸圆弧的内啮合，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年代投入工业化生产，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年朱景梓教授在太原工学院学报上发表了《齿数差Zd=1的渐开线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。1985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———三环减速器，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，采用双曲柄输入，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。两根互相平行且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，利用计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。如文献对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。文献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计算、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。4少齿差齿轮传动机构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工程技术的水平，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、农业等许多领域，少齿差行星齿轮传动有着广泛的发展前景。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和一个转臂H),如图1所示,传动比为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