三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)原理

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(dòng)中的一種。它由一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副，采用的是漸開(kāi)線齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很?。ㄍǔ?、2、3或4），故簡(jiǎn)稱為少齒差傳動(dòng)。三環(huán)減速器是由重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院陳宗源高級(jí)工程師在1985年申請(qǐng)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(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題。國(guó)外的減速器，以德國(guó)、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作可靠

2、性好，使用壽命長(zhǎng)。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)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(guó)Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動(dòng)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(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長(zhǎng)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(dòng)原理和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動(dòng)齒輪傳動(dòng)原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動(dòng)機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開(kāi)拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號(hào)的產(chǎn)品。目前，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

3、，微型發(fā)動(dòng)機(jī)已基本研制成功，美國(guó)和荷蘭近期研制的分子發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸在納米級(jí)范圍，如能輔以納米級(jí)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(jí)減速比為11到99，雙級(jí)傳動(dòng)比達(dá)9801。普通外嚙合齒輪減速器單級(jí)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(dòng)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(wú)疑有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。（

4、3）承載能力高，軸承壽命長(zhǎng)。由于采用少齒差內(nèi)嚙合傳動(dòng)，三環(huán)式除了三點(diǎn)嚙合外，在過(guò)載時(shí)由于齒的彈性變形，會(huì)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(rùn)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(guò)載載荷，因而轉(zhuǎn)臂軸承的壽命較高，可達(dá)到2萬(wàn)小時(shí)以上。（4）制造容易、成本低，由于對(duì)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(duì)材質(zhì)、熱處理無(wú)特殊要求，調(diào)質(zhì)就可以了，齒輪精度一般為8級(jí)，能生產(chǎn)原少齒差的制造廠都能生產(chǎn)。對(duì)于采用7級(jí)精度齒輪的這種減速器，其傳動(dòng)誤差可在1左右。（5）精度高。由于

5、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(chǎng)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(wú)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(lái)克服死點(diǎn)的少齒差行星齒輪減速器，具有傳動(dòng)比大、適用范圍廣、承載能力強(qiáng)、重量輕、傳動(dòng)效率高、軸承受力小、壽命長(zhǎng)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(wèn)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(jiǎn)化模型

6、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(méi)有得到最充分的利用，影響了這種傳動(dòng)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(dòng)力分析精確模型，并對(duì)三環(huán)減速器進(jìn)行求解，研究了各種因素對(duì)其動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)簡(jiǎn)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(dòng)力通過(guò)其中任一或兩軸同時(shí)輸入，有動(dòng)力輸入的曲柄軸稱為輸入軸2，無(wú)動(dòng)力輸入的曲柄軸稱為

7、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(jiàn)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(dòng)的行星輪內(nèi)齒環(huán)板1不是作擺線運(yùn)動(dòng)，而是通過(guò)一雙曲柄機(jī)構(gòu)(具有偏心軸頸的高速軸)引導(dǎo)作圓周平動(dòng)，三片并列的連桿行星齒板（即內(nèi)齒環(huán)板1）通過(guò)軸承裝在高速軸2和3上且與外齒輪5相嚙合輸出動(dòng)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(guò)約束，運(yùn)動(dòng)鏈不滿足靜定條件，機(jī)構(gòu)受力無(wú)法用剛體力學(xué)方法完全確定，必須通過(guò)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(dòng)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(duì)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)