三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)原理

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1、三環(huán)減速器設(shè)計(jì) 第一章緒 論 三環(huán)減速器是少齒差行星齒輪傳動中的一種。 它由一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對內(nèi)嚙合齒輪 畐y,采用的是漸開線齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很小(通常為 1、2、3或4),故簡稱為少齒差傳動。 三環(huán)減速器是由重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院陳宗源高級工程師在 1985年申請的發(fā)明專利，它以其適用與一切功 率、速度范圍和一切工作條件的優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛關(guān)注。 1.1三環(huán)減速器的概況： 齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著， 是一種不可缺少的機(jī)械傳動裝置。 當(dāng)前減速器普遍 存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機(jī)械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本 處于領(lǐng)先地位，

2、特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動 形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報(bào)導(dǎo)，日本住友重工研制的 FA型 高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相 近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機(jī)械效率以及 使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu) 上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的岀現(xiàn)就是一例。減速器與電動機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓 的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號的產(chǎn)品。 目前

3、，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。 在醫(yī)療、生物工程、機(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機(jī)已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動 機(jī)的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。 1.3課題研究意義： (1 )減速比大，三環(huán)式單級減速比為 11到99,雙級傳動比達(dá)9801。普通外嚙合齒輪減速器單級減速比最 大為10。 (2) 體積小重量輕，外嚙合齒輪只在一點(diǎn)捏合，接觸應(yīng)力是影響傳動的瓶頸，三環(huán)式三點(diǎn)嚙合，接觸處兩 齒輪曲率半徑在同側(cè)，尺寸接近，接觸面積大，接觸應(yīng)力小，設(shè)計(jì)是用不著核算接觸應(yīng)力，只要彎曲 應(yīng)力夠就行了，由于三環(huán)式中間外齒輪齒數(shù)較多，其抗變曲性能也較，據(jù)有關(guān)資

4、料介紹同扭矩的減速 器，三環(huán)式重量只有普通減速器的 1/3，體積只有1/4。這里無疑有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 (3) 承載能力高，軸承壽命長。由于采用少齒差內(nèi)嚙合傳動，三環(huán)式除了三點(diǎn)嚙合外，在過載時(shí)由于齒的 彈性變形，會有很多齒同時(shí)工作，所以齒輪的承載能力較高；另外由于接觸應(yīng)力小，有利于潤滑，三 根軸上的載荷都呈120度角均勻分布，轉(zhuǎn)臂軸承位于內(nèi)齒圈外，起布置空間大，所以軸的彎曲應(yīng)力小， 主軸承載小，有利于承受過載載荷，因而轉(zhuǎn)臂軸承的壽命較高，可達(dá)到 2萬小時(shí)以上。 (1 ) 4）制造容易、成本低，由于對接觸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度都要求不高，軸的應(yīng)力也較一般的低，所以對材質(zhì)、 熱處理無特殊要求

5、，調(diào)質(zhì)就可以了，齒輪精度一般為 8 級，能生產(chǎn)原少齒差的制造廠都能生產(chǎn)。對于 采用 7 級精度齒輪的這種減速器，其傳動誤差可在 1左右。 5）精度高。由于三片內(nèi)齒輪同時(shí)與外齒輪嚙合，誤差可以相互彌補(bǔ)，所以整機(jī)精度高。 6）適應(yīng)性廣。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，可以制成臥式，立式，法蘭聯(lián)結(jié)式等各種結(jié)構(gòu)形式。 7）軸向尺寸小，徑向尺寸大。有兩根高速軸，可以單軸輸入，也可以雙軸輸入。輸入軸與輸出軸平等， 而且中心距與齒輪參數(shù)無關(guān)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)。 第二章 三環(huán)減速器的建摸與分析 三環(huán)減速器是一種利用三相并列雙曲柄機(jī)構(gòu)來克服死點(diǎn)的少齒差行星齒輪減速器，具有傳動比 大、適用范圍廣、承載能力強(qiáng)、重量輕、傳動

6、效率高、軸承受力小、壽命長等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在各 行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于三環(huán)減速器問世時(shí)間短，缺乏全面完整的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，在 設(shè)計(jì)中只能以類比法或借助于簡化模型進(jìn)行計(jì)算，使得產(chǎn)品的性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)參數(shù)偏大，造成材料 沒有得到最充分的利用，影響了這種傳動形式的進(jìn)一步發(fā)展。本文應(yīng)用位移協(xié)調(diào)原理，從系統(tǒng)變形的 角度，建立了三環(huán)減速器的動力分析精確模型，并對三環(huán)減速器進(jìn)行求解，研究了各種因素對其動力 特性的影響，為正確設(shè)計(jì)三環(huán)減速器提供了科學(xué)的理論依據(jù)。 2.1 三環(huán)減速器的傳動原理 2.1.1 三環(huán)減速器的組成及工作原理 三環(huán)減速器是由平行四邊形機(jī)構(gòu)和內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)組成的復(fù)合傳動

7、機(jī)構(gòu)。 圖 2-1 和圖 2-2 是偏置 式三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)和傳動簡圖。兩根互相平行且各具有三個(gè)偏心軸頸的高速軸 2和 3，動力通過其 中任一或兩軸同時(shí)輸入，有動力輸入的曲柄軸稱為輸入軸 2 ，無動力輸入的曲柄軸稱為支承軸 3。平 行四邊形機(jī)構(gòu)的曲柄 6 和 7 一般制成偏心套的形式，其結(jié)構(gòu)見圖 2-3 ，平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿上帶有 內(nèi)齒輪，稱為內(nèi)齒環(huán)板 1，圖 2-4 是它的結(jié)構(gòu)圖。 輸出軸 4和外齒輪 5 通常制造成為一體成為齒輪軸。 當(dāng)輸入軸 2旋轉(zhuǎn)時(shí)，由偏心套曲柄 6 和7 帶動的行星輪內(nèi)齒環(huán)板 1 不是作擺線運(yùn)動， 而是通過一雙曲 柄機(jī)構(gòu)（ 具有偏心軸頸的高速軸 ） 引導(dǎo)作圓周平

8、動，三片并列的連桿行星齒板（即內(nèi)齒環(huán)板 1）通過軸 承裝在高速軸 2 和 3 上且與外齒輪 5 相嚙合輸出動力，嚙合的瞬間相位差為 120。 2.3 三環(huán)減速器的變形協(xié)調(diào)原理 三環(huán)減速器的整機(jī)結(jié)構(gòu)中存在著過約束，運(yùn)動鏈不滿足靜定條件，機(jī)構(gòu)受力無法用剛體力學(xué)方 法完全確定，必須通過引進(jìn)機(jī)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)條件，將機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為受力、變形等效的結(jié)構(gòu)件，建立起三 環(huán)減速器的動態(tài)分析模型才能求解全部的未知量。 研究三環(huán)減速器各相機(jī)構(gòu)之間的位移協(xié)調(diào)原理，就是找出各相機(jī)構(gòu)之間的位移滿足的關(guān)系。取 整個(gè)機(jī)構(gòu)為研究對象，把它看作是具有廣義間隙的多相子機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成的閉環(huán)彈性機(jī)構(gòu)。將高速軸、 低速軸看作剛體，將行星軸承、內(nèi)齒環(huán)板等看作彈簧組成一彈性傳力系統(tǒng)，若將各構(gòu)件用彈簧代替， 則該閉環(huán)彈性機(jī)構(gòu)可表示為彈簧系統(tǒng)模型，如圖 2-11 所示。各軸是理想的剛性軸，為便于理解可用 等效并聯(lián)彈簧系統(tǒng)圖 2-12 來表示。 3 )