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1、 少齿差行星减速器的设计第 页 共 37 页少齿差行星减速器的设计前言少齿差行星齿轮传动技术是一种新型的机械传动技术，由于它具有体积小、重量轻、传动比范围大、效率高等优点，而且能适应特种条件下的工作，已引起国内外工程界的重视。如今已在国防，冶金，矿山，纺织，食品，轻工，仪表制造，起重运输以及建筑工程等工业部门中得到广泛的应用，但是我国的这种新型传动技术的水平与国际上一些工业科技水平发达的国家相比，还有很大差距，主要是由于我国从事该项技术研究设计及应用的单位和个人比较少，同时，相关的书籍和资料也比较欠缺。目前，国内外的减速器种类繁多，但普通的圆柱齿轮减速器由于体积大，机构笨重，而且在传递大的传动
2、比时效率较低等缺点，已经不能满足现代工业发展的需要，因此，设计研究具有体积小、效率高、重量轻的新型减速器就呈现在各国工程技术人员面前。经过几十年的研究，减速器得到了飞速的发展，出现了各式各样的新型减速器，目前国内外的动力齿轮传动正沿着小型化、高速化、标准化、小振动、低噪音的方向发展，而行星齿轮传动和少齿差及零齿差内轮副的应用是当代齿轮传动的一大特征，是具有上述发展方向的一个典型标志。行星齿轮传动把定轴传动改为动轴传动，采用功率分流，并合理的采用了内啮合及均载装置，使行星传动具有显著优点。1、选题背景1.1 研究意义随着我国现代工业技术的发展，对机械传动装置的技术性能和经济指标提出了越来越高的要
3、求，普通减速器由于种种缺点已经不能满足现代工业发展的需要，而研制新型高性能传动元件是机械行业中重要的课题之一，因此，具有传动比大、体积较小等优点的行星减速器得到广泛的关注和研究，在众多研究课题之中，少齿差行星齿轮减速器就是其中的一种。对少齿差行星齿轮减速器的研究具有重要的实际意义，普通的齿轮减速器传动比小、体积大、机械性能差而且工作寿命较短，相比之下，研究设计少齿差行星齿轮减速器对提高传动装置的总体机械性能、机械效率非常重要，更进一步说，会带来较好的社会效益和经济效益。1.2 少齿差行星减速器的特点及应用前景1、机构紧凑、体积小、重量轻由于渐开线少齿差行星传动装置采用的是内啮合，以及结构紧凑的
4、 W 型输出机构，因此使得整体传动装置体积小、重量轻。当传动比相同时，它与同功率的定轴 少齿差行星减速器的设计第 页 共 37 页圆柱齿轮减速器相比，体积和重量可以减少将近一半。2、传动比范围大对于单级的 KHV 传动形式的渐开线少齿差行星齿轮减速器，其传动比范围是 10100，两级单联的减速器传动比可达 10010000。对于 2KH 双啮合正号的减速装置，其传动比可达 501000,或者更大。3、效率高国内生产的单级渐开线少齿差行星齿轮减速器的效率一般为 8090，如果设计合理、制造精度较高的可达 94。4、加工方便、成本较低这种采用渐开线齿形的减速装置，由于齿轮副的加工不需要特殊的刀具与
5、专用设备，普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以完成加工制造，材料也可以选用通用的齿轮材料，因此加工方便、制造成本低。5、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。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 39 对轮齿同时接触受力，所以运转平稳，噪音小，并且相同模数的情况下，其传递力矩比普通圆柱齿轮减速器大。基于以上特
6、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。并于上世纪 80 年代应用于国防工业军事装备中。例如通信设备，导弹与火箭发射装备等等。1.3 国内外的研究进展自 20 世纪 40 年代末，苏联的学者解决了渐开线少齿差避免齿廓重叠干涉的计算方法以后，少齿差行星齿轮传动猜得到广泛应用。我国对少齿差行星传动的研制开始于 1956 年，首先是由太原工学院进行的。第一台用于工业的产品是在 1960 年制造的，是一台传动比为 37.5，功率为 16kw 的二齿差减速装置，安装在桥式起重机的卷扬机构中，至今情况良好。直到 70 年代少齿差减速装
7、置才得到较多单位的研制，制造和使用。目前已用于工业、农业以及国防等许多部门，显示出体积小、效率高等优点。1989 年我国的产量已经达到 34 万台，大多用于力的传动。经过几十年的发展，如今的少齿差减速装置开始向着小型化、高效率、低噪音等方向发展。依产品来划分，可将其分为通用系列减速器和专用配套型（或专用齿轮装置）两种。目前大部分的少齿差行星传动都属于 KHV 型和 2KH 型。2KV 型的曲柄式的少齿差行星传动，在苏联早已用于采煤机械。我国也有研制成功且已用于胶印机的小型双曲柄单偏心及双偏心两种减速器产品，年需量目前 少齿差行星减速器的设计第 页 共 37 页已达 1200 台套。这种传动装置
8、的传动比范围大，制造成本低、机械性能好，有广阔的应用前景。KH 型减速器，又称三环减速器，是由重庆钢铁设计研究院研制成功的专利产品，由浙江平阳机械制造厂、重庆冶金机械制造厂等制造和生产，是 1990 年获国家优秀专利的新型通用减速装置。多年的使用情况表明，其技术性能优越，制造成本低，过载能力强，大、中、小功率都适用，其输出转矩已达 71knm，从 1985 年起，已陆续投入批量生产与使用。综上所述，少齿差行星齿轮传动就国内水平来讲，其性能已达到摆线针轮减速器的水平，其精度已与谐波减速器相仿，而且加工方便，结构形式多，速比范围广，能适应各种机械的需要，是一种很有发展前景的传动装置。国外目前主要有
9、俄国、日本、美国、英国、德国、瑞士等国家从事该方面的研制工作，产品主要用于小功率的传动。1.4 传动原理和结构形式1.4.1 传动原理如图 1 为 2KH 型行星齿轮传动原理图，它由两个中心轮 a、b 和一个星架 H 组成，传动比为 =1+Zb/Za ,它演变出两种典型的少齿差齿轮传动形式，如 ai图 2 所示，KHV 行星齿轮传动如图 2(a)所示,基本构件为中心轮,转臂 和构件 V。当中心轮固定，转臂 H 主动，构件 V 从动时，传动比为 。/()gbgHZi把构件 V 固定，转臂 H 主动，中心轮输出，如图 2（）所示。其传动比为。少齿差行星齿轮传动机构实质上是一个由平面四连杆机构和内啮
10、/()bgHZi合齿轮副组成的齿轮连杆机构的结构。上述 KHV 行星齿轮传动中，K 是指有一个中心齿轮即内齿轮；H 是指行星架（或称为转臂） ，V 是指一个带 W 机构的输出装置。整个传动部分包括：输入，减速，输出三个部分。a输入电动机联接输入轴，输入轴上装有偏心套，电动机带动输入轴上的偏心套转动作为输入。 少齿差行星减速器的设计第 页 共 37 页b减速当偏心套转动时，由于内齿轮与机座固定不动，迫使行星外齿轮既绕内齿轮作公转又绕偏心套中心作低速自转，从而达到减速的目的。c输出从结构上保证行星齿轮上的销孔与销轴套直径大两倍偏心距，在运动过程中使销轴套始终与行星外齿轮对应的销孔壁接触，从而使行星
11、外齿轮绕内齿轮的平动不传递给销轴，仅将绕偏心套中心的低速转动通过销轴套传递给输出轴，实现与输入轴相反的减速运动 。1.4.2 结构形式少齿差减速器的结构型式较多，常见的型式有两类，一类是 KHV 型渐开线少齿差行星减速装置，只有一对内啮合齿副，又称为 N 型减速装置；另一类是2KH 型双内啮合正号机构渐开线少齿差行星减速装置，它有两对内啮合齿轮副，又被称为 NN 型减速装置。AKHV 型渐开线少齿差行星减速装置KHV 型渐开线少齿差行星减速装置通常按输出机构的形式、减速器的级数、行星齿轮的数目、使用安装的型式分类。（一）按输出机构形式（1） 销轴式 这种减速器使用历史较长，应用范围较广，实践证
12、明效率较高；在高速连续运转，功率较大或扭矩较大的使用场合下，可采用销轴式输出机构。销轴是悬臂梁式，销轴的固定端与输出轴紧配合，悬臂梁端相应的插入行星外齿轮端面的销孔内，虽然结构形式简单，但销轴受力情况不好，并且磨损不均匀。（2）十字滑块式 这种结构形式较简单，加工方便，但是承载能力及效率较销轴式低， 常用于小功率、只有一个行星齿轮的结构中。（3）浮动盘式 这种结构形式较新颖，比销轴式容易加工，使用效果好。但对其效率 和承载能力还缺乏测试数据。（4）零齿差式 零齿差式输出机构的零件数量要少一些，结构紧凑、制造方便。（5）双曲柄式 高速轴减速后带动行星齿轮，动负荷小。这种结构的轴向尺寸较大，加工精
13、度要求高。（二）按减速器级数（1）单级减速器 传动比从 9100 左右，这种形式应用最普遍。（2）双级减速器 将两个 KHV 型机构串联，传动比可以从几十到一万多，如果要传动的传动比比单级的大比双级的小，可采用单级 KHV 机构传动与一级定轴齿轮串联或与 2KH 型机构串联。（三）按安装类型安装类型有卧式和立式两种。 少齿差行星减速器的设计第 页 共 37 页B2KH 减速装置2KH 型减速装置由两对渐开线少齿差副组成，它们共同承担减速任务，不需要其他的输出机构，由内齿轮或齿轮轴直接输出，由于这种减速装置有两个中心齿轮，因此他不属于 KHV 传动，而属于 2KH 型双啮合正号机构传动。按其输出
14、机构不同可分为三类：a外齿轮输出b内齿轮输出c锥齿少齿差减速装置2渐开线少齿差行星减速装置的传动比计算渐开线少齿差行星减速器装置的一个重要特点就是传动比范围大，它的传动比可以采用多种方法计算，例如直观推算法、作图法以及相对速度等方法求得。我们这里采用比较简单的相对速度计算方法计算单内啮合的 KHV 型，双内啮合的 2KH 型锥齿少齿差减速装置的传动比。2.1KHV 型（N 型）减速装置的传动比计算如图 3 表示 KHV（N 型）减速装置的传动原理，设行星外齿轮 1 的转动角速度为 1，内齿轮 2 的转动角速度为 2，高速转臂（偏心轴）的转动角速度为H。对行星的上述构件都加上一个角速度-H，则
15、1 变为 1=1-H；2=2-H，而 H 变为 0，从而将行星轮系转化为定轴轮系，可得：图 3= = = (1) 12Hi1212H21Z 少齿差行星减速器的设计第 页 共 37 页2.1.1 当内齿轮固定时的传动比计算内齿轮固定即将 2=0,高速轴（转臂）输入，行星外齿轮低速自转输出，计算传动比为 ，有：1Hi= = =1- ;12i212H121Hi1111-ZHHii(2)1221Z-Hi 从公式 2 可以看出，为了获得大的传动比， 越大越好，内外齿数差越少越好，1Z当 一定， =1 时传动比最大，少齿差减速器可以按实际需要做成一、二、或11三、四齿差形式，公式前的负号表示输入轴与输出轴转速相反。2.1.2 当内齿轮输出时的传动比计算输出轴固定，高速轴（转臂）输入，内齿输出（图 4）这时行星外齿轮轮径只做平动，不做转动即 1=0，计算传动比 。2Hi图 4 122H21-ZHii, （3）1Z21H由公式（3）可以看出， 越大， 越小，则获得的传动比越
