1.1 少齒差行星傳動的發(fā)展及其特點(diǎn)
少齒差行星齒輪傳動是行星傳動中的一種蕴轩，它由一個外齒輪與一個內(nèi)齒輪組成一對內(nèi)嚙合輪子副枕面，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很小，故簡稱為少齒差傳動。少齒差傳動的類型很多，德國人首先提出擺線針輪行星齒輪傳動原理轰坊，三十年代后期日本開始研制生產(chǎn)這種傳動，由于當(dāng)時工藝條件落后祟印，齒形加工精度很低肴沫，因而產(chǎn)量不高，直到六十年代擺線磨慶的出現(xiàn)蕴忆，從工藝上保證了擺線齒形的精度明因，才促進(jìn)了這種傳動的發(fā)展，擺線針輪傳動是少齒差傳動中應(yīng)用最廣泛个宾，最基本的一種類型梅砰，在此基礎(chǔ)上還發(fā)展了二齒差傳動包萧，復(fù)合齒形颁音、行星軸承與偏心套合并等新結(jié)構(gòu)。擺線針輪傳動承載能力高荠划，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)恕下，效率高，壽命長刘纸。但加工精度要求高桥庵，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
漸開線少齒差傳動的原理與擺線少齒差傳動基本相同侈滚，其區(qū)別在于內(nèi)外齒輪的齒廓曲線采用漸開線氯鲫，其輪齒結(jié)構(gòu)簡單、嚙合接觸應(yīng)力小坞角，承載能力高倾祈，可以采用軟齒面，加工也容易得多晴叨。但凿宾，由于當(dāng)內(nèi)嚙合的一對漸七線齒輪齒數(shù)差很小時矾屯，極易產(chǎn)生各種干涉，在設(shè)計(jì)過程中選擇齒輪幾何參數(shù)的計(jì)算十分復(fù)雜初厚。早在1949年件蚕，蘇聯(lián)學(xué)者就從理論上解決了實(shí)現(xiàn)一齒差傳動的幾何計(jì)算問題，但直到六十年代以后产禾，隨著電子計(jì)算機(jī)的普及運(yùn)用排作，漸開線少齒差傳動才得到了較專迅速的發(fā)展。目前有柱銷式下愈、零齒差纽绍、十字滑塊、浮動盤等多種形式势似。
漸開線少齒差傳動的特點(diǎn)是齒輪用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機(jī)床就可以進(jìn)行加工拌夏，不需要特殊的刀具與專用設(shè)備，材料也可采用普通齒輪材料履因，因此加工方便辰诉、制造成本較低。但其傳動效率不如擺線少齒差傳動高越客。
在六十年代敏袄，國外就開始探討圓弧少齒差傳動，到七十年中期瀑兜，日本已開始乾地圓弧少齒差行星減速器的系列化生產(chǎn)坚为。這種傳動的特點(diǎn)在于行星輪的齒廓曲線凹圓弧代替了擺線，輪齒與針齒在嚙合點(diǎn)的曲率方向相同按翅，形成兩凹凸圓弧的內(nèi)嚙合尿绕，從而提高了輪齒的接觸強(qiáng)度和嚙合效率，其針齒不帶齒套憾侮，并采用半埋齒結(jié)構(gòu)唧整，既提高了變曲強(qiáng)度又簡化了針齒結(jié)構(gòu)。此外选畴，圓弧形輪齒的加工無需專用機(jī)床啊沟，精度也易保證，而且修配方便作瞄。這種傳動目前在國內(nèi)也有研制茶宵。
近幾十年來，又相繼出現(xiàn)了一些新的少齒差傳動形式宗挥，其中發(fā)展較快的有活齒少齒差傳動乌庶，錐齒少齒差傳動，雙曲柄輸入式少齒差傳動属韧，以及利用彈性變形來傳遞運(yùn)動的諧波傳動安拟。實(shí)踐表明蛤吓，少齒差傳動與適用工況相同的其它機(jī)械傳動形式相比較，具有許多顯著優(yōu)點(diǎn)：體積小糠赦、重量輕会傲、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比范圍大拙泽、效率高等淌山。
國內(nèi)是五二年代開始從事少齒差傳動研究的。1958年開始研制擺線針輪減速器顾瞻，六十年代投入工業(yè)化生產(chǎn)泼疑，目前已形成系列，制定了相應(yīng)的杯準(zhǔn)株速。并廣泛用于各類機(jī)械設(shè)備中闸声。1960年制成第一臺二齒差漸開線行星齒輪減速器，其傳動比37.5唉箩，功率為16KW贿叉，用于橋式重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)中。1956年我國著名的機(jī)械學(xué)家朱景梓教授根據(jù)雙曲柄機(jī)構(gòu)的原理提出了一種新型少齒差傳動機(jī)構(gòu)交鹊，其特點(diǎn)是當(dāng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時净纬，行星輪不是作擺線運(yùn)動（高速公轉(zhuǎn)與低速自轉(zhuǎn)的合成），而是通過雙曲柄機(jī)構(gòu)導(dǎo)引作圓周平動酥盼。這種獨(dú)特的“雙曲柄輸入少齒差傳動機(jī)構(gòu)”得到當(dāng)時國內(nèi)外同行的高度平價打洋。1963年未景梓教授在太原工學(xué)院學(xué)了上發(fā)表了“齒數(shù)差Zd=1的漸開線K-H-V型行星齒輪減速器及其設(shè)計(jì)”一文，詳細(xì)闡述了漸開線少齒差傳動的原理和設(shè)計(jì)方法传等。他所從事的這些創(chuàng)造性工作剥跃，為少齒差行星齒輪傳動在我斬草除根推廣應(yīng)用起了重要的指導(dǎo)作用。雙曲柄輸入少齒差傳動的優(yōu)點(diǎn)是能使行星軸承的載荷下降譬奈，而且當(dāng)內(nèi)齒板作為行星輪時密哈，行星軸承的徑向尺寸可不受限制暇昂，從而提高了行星軸承的壽命莺戒。另外，這種傳動不需要輸出機(jī)構(gòu)急波，還可實(shí)現(xiàn)平行軸傳動从铲，結(jié)構(gòu)簡單，效率高澄暮，適用性強(qiáng)名段。但是，由于歷史原因泣懊，雙曲柄輸入式少齒差傳動一直沒有得到應(yīng)用的發(fā)展伸辟，直到近十年才逐漸為人們所重視麻惶。1985年，冶金工業(yè)部重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院陳宗源高級工程師提出了平行軸式少齒差內(nèi)齒行星齒輪傳動——三環(huán)減速器信夫，并于同年以“三環(huán)式減速（或增速）傳動裝置”申請了國家發(fā)明專利窃蹋。英國在1989年也出現(xiàn)了類似的少齒差傳動裝置。但是静稻，按這種原理設(shè)計(jì)出來的減速器警没，一根曲軸上要安狀三片內(nèi)齒板，不得不制成偏心套結(jié)構(gòu)胚僧、結(jié)構(gòu)復(fù)雜患赏，加工分度精度要求高，而且在工作過程中渡厦，偏心套受交變扭矩的作用界北，在與曲軸聯(lián)結(jié)的表面產(chǎn)生微動磨損，導(dǎo)致發(fā)熱审鸿；另外痢玖，三套互為120°相位差的雙曲柄機(jī)構(gòu)之間存在多次過約束，由于加工及裝配誤差容易導(dǎo)致附加沖擊載荷粟辛，引起振動和噪聲氨案。1987年，捷克人Soulek·Josef提出一塊齒板上布置三個曲柄軸的內(nèi)齒行星傳動芙掖，并申請了專利锻刺。但他提出的結(jié)構(gòu)方案由于工藝性很差而不能實(shí)用。1993年重慶大學(xué)博士研究生催建昆提出一種新型軸銷式少齒差行星齒輪傳動伊镐，并對其進(jìn)行了理論分析懂版。
1.2 連桿行星齒輪傳動
隨著少齒差傳動應(yīng)用日益廣泛，國內(nèi)外學(xué)者在齒形分析躏率、結(jié)構(gòu)優(yōu)化躯畴、接觸分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薇芝、動態(tài)性能蓬抄、傳動效率、運(yùn)動精度等方面進(jìn)行了大量的研究夯到，取得了許多有價值的成果嚷缭，并成功地開發(fā)出不少新少齒差行星傳動形式。目前耍贾，我國正在研究阅爽、生產(chǎn)很熱門的一種連桿行星齒輪傳動——平行軸式少齒差內(nèi)齒行星齒傳輸線傳動。該類傳動是以連桿內(nèi)齒輪（齒輪）為行星齒輪荐开，采用雙曲柄輸入付翁，且元輸出機(jī)構(gòu)简肴。主要有一齒環(huán)（一片連桿行星齒板）=、二齒環(huán)（二片連桿行星齒板）百侧、三環(huán)（三片連桿行星齒板）及四環(huán)（四片行星齒板）等結(jié)構(gòu)形式的減速器诸痢。圖1-1是三環(huán)減速器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理簡圖。兩根互相平行且各具有三個偏心軸頸（或偏心套）的高速軸2酝梧，動力通過其中任一軸或兩軸同時輸入斜回，三片連桿行星齒板（內(nèi)齒輪）1通過軸承裝在高速軸上，外齒輪3的軸為低速軸掸阶，其軸線與高速軸2軸線平行凳贰，高、低速軸均通過軸承支承在機(jī)體上窟著。三片齒板1與外齒輪3嚙合哗励，嚙合的瞬時相位差呈120°角。
連桿行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)還有如圖1-2所示的各種形式危暇。圖1-1和圖1-2（a）界橱、（b）、（d）托祖、（e）均為平行四邊形機(jī)構(gòu)丛君，圖1-2（e）為反平行四邊形機(jī)構(gòu)。其中圖1-2（d）舟肉、（e）的連桿行星齒輪為外齒輪修噪，其余均為內(nèi)齒輪。
由于連桿行星齒輪傳動的輸入機(jī)構(gòu)是平行四邊形雙曲柄機(jī)構(gòu)路媚，故存在“死點(diǎn)”問題黄琼。即當(dāng)曲柄與連桿行星齒板中心線共線時，機(jī)構(gòu)處理運(yùn)動不確定位置整慎。其傳動角為零脏款，機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動。因此裤园，目前國內(nèi)外關(guān)于雙曲柄輸入式連桿行星齒輪傳動的研究撤师，重點(diǎn)在于如何克服雙曲構(gòu)機(jī)構(gòu)的“死點(diǎn)”的方法，主要有以下幾種比然。
1丈氓、用多相并列雙曲柄機(jī)構(gòu)克服“死點(diǎn)”
由于雙曲柄機(jī)構(gòu)在曲柄旋轉(zhuǎn)一周要經(jīng)過對稱的兩個“死點(diǎn)”位置周循，可以采用兩相（套）以上的并列雙曲柄機(jī)構(gòu)以克服“死點(diǎn)”的不確定性强法。如三環(huán)減速器（見圖1-1），它是由相位差互為120°的三套平行雙曲柄機(jī)構(gòu)組成的三相并列雙曲柄機(jī)構(gòu)湾笛。當(dāng)某一套雙曲柄機(jī)構(gòu)位于“死點(diǎn)”位置時梭唆，另兩套雙曲柄機(jī)構(gòu)通過支承高速軸傳遞扭矩推動其越過“死點(diǎn)”位置辆泄。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是軸向尺寸大，中間齒板安裝比較困難踱陡，必須采用偏心套形式铐坠。高速軸上的鍵槽分度精度要求高。另外荸跃，三片行星齒輪遂涛，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中容易出現(xiàn)載荷分配不均的現(xiàn)象。采用這種原理克服“死點(diǎn)”的連桿行星齒輪傳動還有單齒環(huán)（見圖1-3）等減速器柄露。
2乏乔、用雙曲柄輸入（雙軸輸入）克服“死點(diǎn)”
雙曲柄機(jī)構(gòu)中，如果在兩根曲軸上都有動力輸入窒汤，則“死點(diǎn)”位置也就自然不存在了蜂镇。因此，可以通過一套定軸傳動機(jī)構(gòu)把動力從一輸入高速軸傳遞到另一高速軸杉硅，從而克服機(jī)構(gòu)“死點(diǎn)”给酥。根據(jù)這種原理制成的雙曲柄輸入少齒差行星齒輪裝置之不理的類型很多，如太原工學(xué)院五十年代研制的雙曲柄輸入漸開線少齒差減速器（見圖1-4）杏死、英國專利（見圖1-5）泵肄、、重慶鋼鐵公司研制的單齒環(huán)雙曲柄輸入少齒差減速器（見圖1-6）淑翼、日本松本和幸等人研制的RV減速器（見圖1-7）凡伊。其特點(diǎn)都是通過外嚙合齒輪副將輸入動力分流、傳遞到多個曲柄軸上窒舟，形式多軸輸入系忙，從而克服“死點(diǎn)”。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是其傳動比為定軸傳動的傳動比與少齒差行星齒輪傳動的傳動比之乘積惠豺，因而可以通過改變外嚙合齒輪的齒數(shù)方便函地滿足不同傳動比的要求银还，適應(yīng)性強(qiáng)。其不足之處是結(jié)構(gòu)復(fù)雜洁墙，而且在高速軸之間存在兩平行傳動的剛性傳動鏈（外齒輪嚙合副和雙曲柄機(jī)構(gòu)）對誤差比較敏感蛹疯，加工精度要求很高。
3热监、用多曲柄機(jī)構(gòu)克服“死點(diǎn)”
這種克服“死點(diǎn)”的方法是在連桿上布置兩個以上的曲柄捺弦，任意三個曲柄的旋轉(zhuǎn)中心不共線。這樣在同一平面上形成多個雙曲柄機(jī)構(gòu)悬占。當(dāng)連桿行星齒板運(yùn)動到某一曲柄機(jī)構(gòu)的“死點(diǎn)”位置時脂槽，另外的雙曲柄機(jī)構(gòu)不處于“死點(diǎn)”位置，可以傳遞動力和運(yùn)動從而使行星齒板越過該閏置。常見的孔銷式少齒差行星齒輪減速器就是根據(jù)這一原理制成的（見圖1-8）现碰。捷克專利“減速裝置（Rductor）”中利用了三曲柄軸機(jī)構(gòu)作為少齒差行星齒輪傳動的輸入機(jī)構(gòu)庵偏，三個曲柄軸構(gòu)成120°均勻分布（見圖1-9）。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單齒板傳動而無“死點(diǎn)”现辑，但由于有兩個以上的曲柄軸母掀，加工精度要求高。另外扳耘，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜焰哮，安裝不太方便。催建昆博士提出的軸銷工落齒差行星齒輪傳動液茧，通過兩偏心軸頸（曲柄）再加一個或兩個銷軸（相當(dāng)于曲柄軸）構(gòu)成的三曲柄機(jī)構(gòu)來克服“死點(diǎn)”（見圖1-10）安影，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能實(shí)現(xiàn)單齒板傳動竣康。
1.3 課題的提出
少齒差連桿行星齒輪傳動克服了同軸式少齒差行星傳動的行星軸承受力大膏蚓，壽命矩、整機(jī)振動大畸写、噪聲大等人們力求解決的難題驮瞧，具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動比大枯芬，體積小论笔、重輕、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)千所。由于采用軟齒面的漸開線齒輪內(nèi)嚙合狂魔，故接觸承載的齒對數(shù)多，具有優(yōu)良有承載和過載能力淫痰，而且齒輪生產(chǎn)成本比硬齒面造價低最楷，加工精度要求低。因此待错，少齒差連桿行星齒輪傳動比較適合我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平籽孙。特別是三環(huán)減速器，發(fā)展速度非郴鸲恚快犯建，已開始批量生產(chǎn)，并已列為冶金工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)娇歹。也是國家和重慶市重點(diǎn)項(xiàng)目之一张相。該減速器若能在各大工業(yè)部門廣泛應(yīng)用，必然會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益劣屑，但由于它問世僅幾年時間蝗腻，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用過程中存在著許多問題。
1敏盒、缺乏全面的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究
目前汤顷，對三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)原理運(yùn)動學(xué)分析氓愿、動力學(xué)分析翁凳、材料強(qiáng)度、動態(tài)性能和噪聲分析咪轩、制造工藝及應(yīng)用特點(diǎn)等方面县趴，均末開展較全面的，系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究涉粘，使設(shè)計(jì)工作缺乏依據(jù)锭汛，只能用類比設(shè)計(jì)或借助于二分粗略的模型進(jìn)行受力計(jì)算，使得減速器性能不穩(wěn)定絮檀、大大地阻礙了該產(chǎn)品的推廣應(yīng)用茅铺。
2奥此、加工、安裝調(diào)整要求高
從三環(huán)減速器原理上分析可知朵逝，一根曲軸上要安裝三片帶齒的環(huán)板，不得不制成偏心套結(jié)構(gòu)乡范，且三塊環(huán)板必須互成120°配名，加工精度要求高，需有專業(yè)技術(shù)人員安裝和調(diào)整晋辆，否則渠脉，由于加工誤差將使三片環(huán)板產(chǎn)生力紛爭，引起振動瓶佳、沖擊芋膘、噪聲等，這樣勢必增加加工成本霸饲。
3审亿、存在較大的振動、沖擊帝愉、噪聲等問題
三環(huán)減速器在使用過程中存在著較為嚴(yán)重的振動最咖、沖擊、噪聲問題暖麻，特別是重載中碑甘、高速情況下更為突出。高速軸附近箱體瘾手、箱蓋和環(huán)板因沖擊載荷時有受研裂的現(xiàn)象出現(xiàn)销顷。
本課題的提出，在于為少齒差連桿行星齒輪傳動的減速器建立一套較完整的動力分析求解模型。為設(shè)計(jì)計(jì)算灼烫、實(shí)驗(yàn)研究三環(huán)減速器等內(nèi)齒行星傳動提供理論依據(jù)筋蝴。它既是重慶市科委資助項(xiàng)目，也是重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目窄忱。
1.4論文的工作概述
論文對連桿行星齒輪過約束機(jī)構(gòu)的位移協(xié)調(diào)原是進(jìn)行了系統(tǒng)的岛涝。全面的研究，提出包括間隙糟秘、齒形誤差简逮、多齒變化經(jīng)承載和彈性變形在內(nèi)的位移協(xié)調(diào)節(jié)器條件，建立了單齒環(huán)尿赚、雙齒環(huán)及齒環(huán)減速器的一般動力發(fā)分析模型散庶。特別針對三環(huán)減速器進(jìn)行了詳盡的動動力分析和振動研究，得出的結(jié)果與實(shí)測情況基本一致凌净。
論文的研究工作主要包括以下幾個方面：
●提出了過約束機(jī)構(gòu)的靜不定次數(shù)計(jì)算方法和構(gòu)件悲龟、組件的位移協(xié)調(diào)原理，并以此為基礎(chǔ)提出適合于連桿行星齒輪傳動過約束機(jī)構(gòu)的位移協(xié)調(diào)原理冰寻。具體內(nèi)容見第二章须教。
●針對各類平行軸式少齒差內(nèi)齒行星傳動機(jī)構(gòu)，進(jìn)地了詳盡的建模性雄、分析没卸、求解。解決了三環(huán)減速器等內(nèi)齒行星傳動的靜秒旋、動載荷及其嚙合力的理論計(jì)算問題约计。具體內(nèi)容見第三章。
●利用有限元法援丐，通過加單位載荷善簸，計(jì)算行星齒板、偏心套等構(gòu)件在各受力作用位置的整體柔度及剛度苇给。具體內(nèi)容見第四章呛产。
●提出了三環(huán)減速器的精確動力分析模型，并以SHQ40型三環(huán)減速器為例北淘，進(jìn)行模型求解治勒，分析其動力特性及其影響因素，具體工作見第五章玷源。
●提出了三環(huán)減速器振動參數(shù)的計(jì)算公式路倔；從理論與實(shí)驗(yàn)兩方面對三環(huán)減速器進(jìn)行了振動特性研究，驗(yàn)證了理論的正確性攀驶，提出了降低三環(huán)減速器振動的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案逮赋。
