活齒傳動(原創(chuàng))

1、活齒傳動概論（四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院 黃春強 20 ）活齒傳動是由K-H-V型少齒差行星齒輪傳動演化而成的一種新型傳動，它突破了長期以來齒輪傳動的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征,具有體積小，傳動比大，承載能力高和抗沖擊能力強等特點,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于其動態(tài)特性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難,同時引起振動、沖擊和噪聲等問題，使得活齒傳動的推廣和應(yīng)用受大限制,因而活齒傳動具有重要的研究價值。關(guān)鍵詞：活齒傳動 少齒差行星齒輪 新型傳動Overview of movable teeth transmission（School of Manufacturing Science and Engineering，Si

2、chuan University Huang Chunqiang 20）Movable teeth transmission is by KHV evolved less tooth differenced planetary gear transmission of a new type of transmission. It breaks through the traditional structure characteristics of the gear drive for a long time, with the advantages of small volume, large

3、 transmission ratio, high bearing capacity. Thus it has broad application prospects. But due to its dynamic characteristic is poor, complex structure, difficult installation, it has some problems such as vibration, shock and noise at the same time. The popularization and application of the movable t

4、eeth transmission is restricted largely, thus movable teeth transmission has important research value.Key words: Movable teeth transmission Less tooth differenced planetary gear New type of transmission一、活齒傳動的發(fā)展簡介機械傳動作為機械工業(yè)中常用的一種傳動方式,其傳動機構(gòu)的性能直接影響和決定了機械的生產(chǎn)效率，工作性能和生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量。隨著工業(yè)技術(shù)向高，精，尖的方向發(fā)展,機械傳動向高可靠度，高平

5、穩(wěn)性，高精密，高速，重載，低噪聲等方向發(fā)展的同時,也由單自由度向多自由度傳動機構(gòu)方向發(fā)展;由傳統(tǒng)尺度范圍向微型或巨型傳動機構(gòu)的方向發(fā)展;由普通的機械傳動與電子學(xué)結(jié)合向與微電子學(xué)、自動控制技術(shù)和信息傳感技術(shù)等進一步融合,都顯示了現(xiàn)代機械傳動的發(fā)展方向.而在這發(fā)展過程中,機械傳動的主要類型之一的各種齒輪傳動的小型化，輕型化，特殊化的應(yīng)用特別是行星齒輪傳動機構(gòu)的發(fā)展則是現(xiàn)代機械傳動中主要研究和設(shè)計的重點之一,而活齒傳動作為最近發(fā)展較快的一種傳動型式,因其優(yōu)越的性能受到廣大的科技工作者的關(guān)注,對其新傳動型式及其理論的研究成為一門重要的研究課題活齒傳動是由K一H一V型少齒差行星齒輪傳動演化而成的一種新型

6、齒輪傳動,是一種利用活動的輪齒(活齒)傳遞兩同心軸之間回轉(zhuǎn)運動和動力的機械傳動。它突破了長期以來齒輪傳動的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征,改行星齒輪的輪齒與輪體的剛性聯(lián)接為運動副活動聯(lián)接,使行星齒輪的全部輪齒成為一組作循環(huán)運動的獨立運動體,它們通常被稱為活齒?；铨X與活齒架組成活齒輪。改行星齒輪的行星運動為活齒輪繞固定軸線的轉(zhuǎn)動,并使諸活齒在活齒架的導(dǎo)向槽中按一定的運動規(guī)律運動,以實現(xiàn)行星齒輪作行星運動的功能?；铨X傳動這一結(jié)構(gòu)特征使其在小偏距平行軸間轉(zhuǎn)速變換過程中,省去了少齒差行星齒輪傳動必須采用的W運動輸出機構(gòu),不但有效地克服了采用W運動輸出機構(gòu)給少齒差行星齒輪傳動帶來的激波器壽命短的問題,而且運動鏈顯著縮短,

7、這給活齒少齒差行星齒輪傳動帶來了一系列優(yōu)點。如結(jié)構(gòu)新穎緊湊,多齒嚙合,承載能力高,傳動比大,傳動效率高等特點。所以對活齒傳動的研究具有重要的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景?；铨X傳動最初的結(jié)構(gòu)型式是在上世紀 30 年代由德國人提出。到 40 年代，他們就把活齒技術(shù)應(yīng)用于汽車的轉(zhuǎn)向技術(shù)中。50 年代，蘇聯(lián)學(xué)者對活齒傳動的一種型式。柱塞傳動。進行了理論研究，提出了其運動和力的計算方法。美國學(xué)者提出了推桿活齒減速裝置及少齒差減速機，分析了傳動原理，對傳動比和作用力進行了計算，分析了傳動性能。70 年代，蘇美兩國積極開發(fā)活齒傳動的新型式，蘇聯(lián)推出。正弦滾珠傳動。，美國推出。無齒齒輪傳動。都曾引起各國科技工作者

8、的極大興趣。英國推出的?；X減速器。形成了系列產(chǎn)品，并投入國際市場。到了 80 年代，國際上研究活齒傳動更加積極，日本、英國、聯(lián)邦德國、保加利亞、捷克斯洛伐克等國家先后公布了一些有關(guān)活齒傳動的專利和發(fā)明。進入 90年代后，活齒傳動理論日臻完善，各國都致力于把活齒傳動技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中，這表明，活齒傳動的研究和應(yīng)用，在國外已經(jīng)成為行星齒輪研究中相當活躍的領(lǐng)域。出于客觀原因，我國對活齒傳動的研究起步較晚。從70年代起，我國的科技工作者才開始注意國外活齒傳動的發(fā)展，并在條件簡陋、資料及資金缺乏的條件下研究活齒傳動技術(shù)，經(jīng)十幾年的開拓，在理論研究和產(chǎn)品開發(fā)方而都取得不少成績，先后推出多種專利技術(shù)：變

9、速傳動軸承(CN 86200923U)，滾輪傳動機構(gòu)（CN 8510170 2A)，滾道減速機(CN 86300768U)，密切圓活齒傳動，活齒諧波減速機(CN 87206444U)，旋轉(zhuǎn)活齒減速機(CN 8720 3751U)，套筒活齒少齒差傳動裝置 (CN 87209455U)，擺動活齒減速機(CN 2075729U)等。在這些活齒減速機中，推扦活齒減速機和滾柱(鋼球)活齒減速機是最早開發(fā)出的典型結(jié)構(gòu)，有的活齒減速機形成了工業(yè)生產(chǎn)能力，有的還在國際、國內(nèi)獲獎，活齒傳動理論研究方面也取得不少成果。二、活齒傳動的結(jié)構(gòu)類型（l）推桿活齒傳動如圖（1）所示，推桿活齒傳動是活齒傳動中出現(xiàn)得最早的一種

10、結(jié)構(gòu)型式我國開發(fā)的推桿活齒針輪減速機和變速傳動軸承推桿減速機就是推桿活齒傳動中具有代表性的結(jié)構(gòu)。這種傳動是由激波器驅(qū)動一組裝于活齒架徑向槽中的推桿做徑向運動,迫使推桿活齒與內(nèi)齒圈嚙合。由于中心輪的齒數(shù)與活齒的齒數(shù)不等,因此,活齒在嚙合時產(chǎn)生周向錯齒運動,直接推動活齒架輸出運動和動力。 傳動原理:作為減速器使用時,設(shè)中心輪不動,當驅(qū)動力輸入后,輸入軸帶動激波器轉(zhuǎn)動,激波器的偏心迫使活齒輪導(dǎo)槽中的各推桿活齒依次作徑向外移,當推桿活齒與裝在固定的針齒銷上的針齒套接觸時,推桿活齒受到針齒套的約束,從而使推桿活齒帶動與輸出軸固聯(lián)的活齒輪作圓周運動,實現(xiàn)了減速特點是:活齒的結(jié)構(gòu)是推桿,并且由推桿活齒作徑向

11、移動實現(xiàn)傳動圖（1）推桿活齒結(jié)構(gòu) 圖（2）滾柱活齒結(jié)構(gòu)(2)滾柱活齒傳動如圖（2）所示，滾子(鋼球)活齒傳動是活齒傳動中最簡單的一種結(jié)構(gòu)型式。這種傳動是由激波器驅(qū)動一組裝于活齒架徑向槽中的滾子做徑向運動,迫使?jié)L子與內(nèi)齒圈嚙合。由于中心輪的齒數(shù)與活齒的齒數(shù)不等,因此,圓柱滾子在嚙合時產(chǎn)生周向錯齒運動,直接推動活齒架輸出運動和動力。傳動原理:作為減速器使用時,設(shè)中心輪不動,當驅(qū)動力輸入后,輸入軸帶動偏心輪激波器轉(zhuǎn)動,激波器半徑變化的輪廓曲線產(chǎn)生徑向推力,迫使與中心輪工作齒形接觸的諸活齒,在沿活齒架徑向?qū)Р垡苿拥耐瑫r,沿著中心輪工作齒廓滑滾,并通過活齒架的徑向?qū)Р弁苿踊铨X輪等角速度轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)了滾柱活

12、齒傳動的轉(zhuǎn)速變化運動。特點是:活齒是圓柱或鋼球。 (3)套筒活齒傳動如圖（3）所示，一套筒活齒傳動示意圖這種傳動方式以尺寸較大的圓形套筒作為活齒,以隔離滾子來限定套筒活齒的角向分布而不需要活齒盤,在激波器的驅(qū)動下,全部套筒活齒和隔離滾子隨偏心盤一起做平面運動,形成一個輪齒可以自轉(zhuǎn)的行星齒輪這個行星齒輪與中心輪相嚙合而產(chǎn)生自傳,和少齒差行星齒輪傳動一樣,也需要一個輸出機構(gòu)(W機構(gòu))。傳動原理:作為減速器使用時,設(shè)中心輪不動,驅(qū)動力輸入后,輸入軸帶動激波器以等角速度轉(zhuǎn)動,激波器靠徑向尺寸變化的外輪廓,推動套筒活齒傳動,套筒活齒外圓柱面與固定中心輪內(nèi)凹齒形曲線嚙合滾轉(zhuǎn),帶動與套筒活齒內(nèi)圓柱面嚙合的柱

13、銷運動,柱銷又通過活齒架帶動輸出軸以等角速度減速轉(zhuǎn)動(4)擺動活齒傳動如圖（4）所示，擺動活齒傳動示意圖擺動活齒傳動是繼推桿活齒傳動和滾柱活齒傳動之后,提出的另一種新型活齒少齒差行星齒輪傳動,它的突出特點是把在活齒槽內(nèi)受力強迫滑動的活齒,改為繞活齒架上均勻分布柱銷轉(zhuǎn)動的擺動活齒,從而克服了活齒在活齒槽內(nèi)的滑動磨損,提高了傳動效率。且其多數(shù)零件具有形狀簡單與工藝性好等優(yōu)點.有些零件采用了標準件,只有中心輪的齒形曲線是擺動活齒按一定運動規(guī)律運動的包絡(luò)曲線,其曲線形狀相對復(fù)雜。圖（3） 套筒活齒結(jié)構(gòu)圖 圖（4）擺動活齒結(jié)構(gòu)圖傳動原理:當驅(qū)動力矩輸入后,輸入軸帶動激波器以等角速度順時針轉(zhuǎn)動,由于偏J自

14、圓激波器徑向尺寸的變化,激波器產(chǎn)生徑向推力,迫使與中J已，輪內(nèi)齒廓嚙合的諸活齒在活齒架均布的柱銷上擺動。與此同時,活齒因受激波器，中心輪高副的約束,在擺動過程中,則擺動活齒通過與中心輪齒廓嚙合,推動活齒架以等角速度轉(zhuǎn)動;從以上分析的四種典型的活齒傳動來看,活齒傳動主要由激波器H，活齒輪G和中心輪K三個基本構(gòu)件組成。三個構(gòu)件不同的形式及其組合構(gòu)成各種性能各異的活齒傳動形式。三、活齒傳動的特點(1)結(jié)構(gòu)新穎緊湊?；铨X傳動省去了少齒差行星齒輪減速器，針輪擺線減速器所必須有的W運動輸出機構(gòu),減速運動通過活齒直接由活齒盤輸出。組成活齒減速傳動部分的基本構(gòu)件有三個:激波器，活齒輪和外圈。其中活齒輪和外圈同

15、軸布置,活齒輪放在外圈里面,簡化了結(jié)構(gòu),使傳動機構(gòu)的軸向和徑向尺寸都很小,減輕了重量。(2)多齒嚙合,承載能力高?；铨X輪由活齒和活齒架用移動副或轉(zhuǎn)動副組成,這一結(jié)構(gòu)特點避免了內(nèi)嚙合齒輪副輪齒間的相互干涉,能使所有的活齒同時和中心輪齒廓接觸,最多可以有一半的活齒參加嚙合,承載能力高;多齒嚙合使活齒對沖擊負荷有較強的承載能力,一般短期超載能力為名義扭矩的250%。活齒傳動共扼齒形的連續(xù)接觸形式,避免了嚙入嚙出的沖擊,傳動平穩(wěn)無噪聲。(3)傳動比大，范圍廣。活齒傳動屬于K一H一V型少齒差行星齒輪傳動范疇,傳動比大,單級傳動比一般為860,雙級傳動比范圍一般為64-3600;二齒差活齒傳動和封閉型二齒

16、差活齒傳動的相繼提出,不但使活齒減速器傳動比向大，小兩個方向擴展,同時擴大了傳動比的范圍。(4)傳動效率高。采用活齒以后,輸出機構(gòu)和活齒輪的活齒部分合成一體,使輸入軸到輸出軸之間的運動鏈縮短,減少了動力傳遞損失?；铨X和中心輪，激波器，活齒盤之間,組成了一個低副和兩個高副,由于采用了針齒，套筒活齒，擺動活齒，組合活齒和轉(zhuǎn)臂軸承等結(jié)構(gòu),使組成運動副的各運動副元素間有較多的相對滾動,嚙合效率高。激波器采用對稱結(jié)構(gòu),使慣性力和作用力得到平衡,減小了傳動軸和軸承間的附加動壓力,提高了活齒傳動的傳動效率。一般活齒傳動的傳動效率隨傳動比的增加而降低,傳動效率一般在70%95%范圍四、活齒傳動存在的問題(l)

17、動態(tài)特性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難我國目前已開發(fā)的活齒傳動多屬于一齒差活齒傳動范疇,激波器采用偏心圓凸輪。山于是單相激波器的質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸上,高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生較大的慣性力, 并承受單向工作載荷。為平衡慣性力和單向載荷,激波器總采用雙排機構(gòu),從而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且激波器采用雙排機構(gòu)后,由于兩偏心輪的軸向總有一定的距離,作用于偏心輪的力所引起的顛覆力矩不能被平衡,同時帶來了附加力偶矩,因而影響了傳動裝置的動態(tài)特性。而且出現(xiàn)了軸向尺寸增加，裝配難度加大，實現(xiàn)小傳動比困難等問題。(2)存在較大的振動，噪聲，沖擊等問題現(xiàn)有的基于偏心輪激波器的活齒傳動由于在運動過程中存在著較大的慣性力,這種慣性力作為總載荷作用于

18、機架上,引起振動，沖擊和噪聲,使其傳動性能下降,壽命縮短,從而使得活齒減速器的推廣和應(yīng)用受大限制。(3)不適用于精密機械，大型，超大型重載機械中由于其動態(tài)特性差,存在較大的振動和噪聲,因而其傳動性能相對較差,不適用于精密機械，重型機械。五、結(jié)語總之，目前,中國的活齒傳動技術(shù)發(fā)展比較迅速,多種活齒減速器都通過了試制試用階段,如滾柱活齒減速器和推桿活齒減速器則已經(jīng)標準化已應(yīng)用于石油，化工，冶金，礦山，輕工，制藥，起重，印刷，紡織，印染，航空航天，機械人等行業(yè)的機械中。但對比傳統(tǒng)的減速器來說,應(yīng)用還不普及,標準化，系列化工作還不完善。活齒傳動的潛在的優(yōu)良性能還沒有充分發(fā)揮出來,未能在國民經(jīng)濟中創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟效益。因此,在行業(yè)普及和推廣活齒傳動技術(shù),正是當務(wù)之急。所以，活齒傳動的理論還并不完善，還有待科技工作者，尤其是年輕一代人的不斷努力！參考文獻1梁尚明.擺動活齒傳動的研究D.四川大學(xué)博士學(xué)位論文，20002梁尚明，張均富，徐禮鉅等.擺動活齒減速器箱體的有限元模態(tài)分析J.機械設(shè)計，2003，20（1）：26273梁尚明，徐禮鉅等. 擺動活齒傳功的嚙合效率分析J. 四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版)，2000，5.4梁尚明，徐禮鉅，張莉.擺動活齒傳動的強度計算J.機械，2000.15徐禮鉅，梁尚明. 基于遺傳算法的擺動活齒傳動多目標優(yōu)化設(shè)計J.機械設(shè)計與