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1、目 录第一章 绪论1第二章 基本构造和工作原理3第三章 主要零部件设计6第四章 三环减速器的动力学分析13第五章 传动效率的计算23第六章 热功率平衡的计算24第七章 三环减速器的改进方案25参考文献27致 谢28第一章 绪论1.1本课题的研究意义 三环减速器属平行轴一动轴齿轮传动减速器，齿轮啮合运动属于动轴轮系，具有少齿差行星传动特征，输出与输入轴间平行配置，又有平行轴圆柱齿轮减速器的特征具有承载和超载能力强、传动比大、分级密集、效率高、结构紧凑、体积小、质量轻、装拆维修方便、适用性宽广等优点。三环减速器利用三相并列平行曲柄机构作为少齿差行星齿轮传动的输入机构，在工作过程中，各相机构之间通过
2、支撑轴产生相互作用，正是这种作用使得位于死点位置附近的曲柄能在其他两相的带动下，通过双轴驱动的形式越过死点位置，实现连续传动。从功率流动的角度分析，工作过程中有部分输入功率发生反向流动，通过支撑轴回流到位于死点位置的曲柄轴，再流向输入轴。可用于矿山、冶金、石油、化工、橡塑、建筑、建材、起重、运输、食品、轻工等行业。平动齿轮减速器是一种节能型的机械传动装置，具有国内外的先进水平。应用范围：作为减速器可广泛用于机械，化工，冶金，矿山，建筑，轻工，纺织等一切需要减速器的场合。效益分析及市场前景：由于其体积小，重量轻，效率高等特点，且降低原材料，减少加工时数，节约电力资源，推广使用后定会产生较大的经济
3、效益和社会效益。1.2三环减速器的国内外发展现状1.2.1国外减速器现状当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。最近报导，日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平
4、外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。1.2.2 国内减速器现状国内的减速器普遍存在一些问题，例如功率与重量比小，传动比大，机械效率过低等，在材料品质和工艺水平上也有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命
5、不长。国内使用的大型减速器，多从国外进口，花去不少的外汇。60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点?。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小
6、。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的内平动齿轮减速器不仅具有三环减速器的优点外，还有着大的功率/重量（或体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线上的优点，处于国内领先地位。国内有少数高等学校和厂矿企业对平动齿轮传动中的某些原理做些研究工作，发表过一些研究论文，在利用摆线齿轮作平动减速器开展了一些工作。刘伟强，张启先，雷天觉等人在机械工程学报发表了SH型三环减速器采用固体润滑初探对内齿行星轮传动装置三环减速器的主要传动性能进行了分析和试验研究，提出并解释了高速大功率传动时，润滑油膜挤压所产生的发热是构成功率损耗的主要因素，在试验机上利用固体润滑方案进行
7、了试验研究，验证了理论分析的研究，并表明：与油池润滑相比，高速传动时采用固体润滑可以获得较高的传动效率。本研究为提高三环减速器传动效率指出了一条可行的途径。王松雷 韩刚在内平动齿轮减速器应用研究种介绍内平动齿轮减速器的基本结构和传动原理并分析该减速器传动性能的优点和不足。结合不同领域的使用特点,探讨该机构的应用前景,为内平动齿轮减速器的应用推广进行有益的探索。平动齿轮减速器是一种特殊的渐开线少齿差行星传动机构,它是在平行曲柄机构原理和行星传动理论基础上开发的一种齿轮传动方式,将平动输入转化为转动输出13。通常由一对齿轮组成内啮合齿轮副,在啮合传动中,一个齿轮做定轴转动,另一个齿轮以某一点为圆心
8、做平动。第二章 基本构造和工作原理2.1三环减速器的工作原理三环减速器基本型的工作原理：由一根具有外齿轮套接的低速轴，二根由三个互呈120度偏心的高速轴和三片具有内齿轮的环板组成。减速时，高速轴作为输入轴，带动环板上的内齿轮做平面运动，靠内齿轮与低速轴上的齿轮啮合实现大速比。齿型一般为渐开线齿型，各输入轴的轴端可单独或同时输入动力。如要求增速，则外齿轮轴作输入轴，轴2作输出轴。2.2三环减速器的基本结构三环减速器的基本结构如图2-2所示，图2-2 三环减速器的基本结构图2-3为三环减速器机构示意图，两根相互平行的高速轴1、4上带有三对偏心轴颈，三块带内齿的传动环板2通过轴承安装在两根高速轴的对
9、应偏心轴颈上，输出轴3上的外齿轮同时与三块传动环板上的内齿轮相啮合，各轴均通过轴承支承在箱体5上，动力由高速轴1输入，输出轴3输出，而高速轴4称为支承轴。三环减速器是一种齿轮连杆组合机构，两根高速轴与三块环板构成图2-4所示的三相并列平行曲柄机构，作为少齿差内啮合齿轮副的输入机构。一般情况下，平行曲柄机构在运动到曲柄与连杆共线位置时，由于传动角为零，会出现死点。而在三环减速器中，由于并列的三相平行曲柄机构在相位上相差120度，不可能同时处于死点位置，可以克服机构死点运动。因此三环减速器的工作原理与工作过程中各相平行曲柄机构之间的相互作用有关。 图2-3三环减速器机构示意图 图2-4三相并列平行
10、曲柄机构2.3三环减速器克服死点的工作原理输入曲柄和支撑轴曲柄上作用的转矩TRJTZJ(j=1,2,3),TRJTZJ随输入轴转角的变化曲线见图2-5.同一根轴上各曲柄转矩变化规律完全相同，但相位上相差120。以环板1与两高速轴上对应曲柄所构成的平行曲柄机构为例，两边曲柄上的转矩都随输入转角而变化。在正常情况下，三个环板间的载荷是均匀分布的，环板上的啮合处的圆周力的大小也是恒定的，TR1TZ1相当于机构的两个输入力矩。由分析可得TR1+TR2+TR3=TR (2-1)从图中的转矩变化曲线中可以发现，当环板1运动到机构死点位置时，支撑轴作用于环板矩TZ1正好靠近其极大值，对由环板1与两速轴上对应
11、曲柄所组成的平行曲柄机构而言，由于两边机构都有正向力矩，因此能够克服死点运动越过死点位置。此时为了保持支承轴力矩平衡，TZ2 TZ3之和必为负值。通过分析可知，在三相并列平行曲柄机构中，当某相机构处于死点位置时，输入轴上另外两相机构的主动曲柄通过环板（连杆）推动支撑轴上的从动曲柄转动，利用支撑轴输入转矩，使位于死点位置的平行机构实现双轴驱动，带动其越过死点位置。因此，三环减速器运转时，各环板交替越过各自的死点位置，以上的过程也反复出现，这就是三环减速器平行曲柄机构死点、实现连续运动的工作原理。图2-5 曲柄转矩变化规律2.4三环减速器的功率流分析图2-6 三环减速器中的功率流三环减速器运动过程
12、中各相之间的相互作用，还可以通过其内部功率流动路线来加以说明。当齿轮啮合处各环板载荷均匀分布时，每相平行曲柄机构的输出功率大小相同，在输出轴上 （2-2）式中， 为各相输出功率，为减速器总输出功率。 根据对三环减速器克服机构死点过程的分析，当环板1运动到死点位置附近时，机构中的2，3相要通过支承轴推动第1相运动，克服阻力矩做功。此时机构中的功率流如图2-6所示，有部分输入功率发生反向流动，通过支承轴由2，3相回流到第1相后，再流向输出轴。不计效率损失时，由机构功率平衡条件，输入轴上各相输入功率分别为 （2-3） 式中，为由2，3相回流到第1相的功率由于支承轴上并无功率输因此 （2-4）应当指出
13、，图2-6仅仅表示了当1机构处于死点位置附近时的功率流动情况。当三环减速器运转时，各相交替出现死点，因此功率流不是恒定的，其大小和流动方向呈周期性变化，各相之间的载荷也在一定范围内波动。通过受力计算我们发现三环减速器的轴承载荷也随之产生波动，这对减速器的工作平稳性和轴承寿命都将产生不良的影响，也是运转时产生振动和噪音的主要根源。第三章 主要零部件设计3.1 环板的设计根据已知参数确定中心距a=300mm(参见)由此设计中间环板的外廓尺寸，见图 。两侧环板相对中间环板对称分布并与中间环板相位差180度，且两侧各环板的质量为中间环板质量的1/2。内齿圈取渐开线齿轮，内齿圈齿数与外齿轮齿数之差 （3
14、-1）称齿数差，一般取=14，齿数由齿数差和传动比确定。即： (3-2)及 （3-3）齿数差与传动比的常用范围见下表表3-1齿数差Z1234传动比i10536511833122259已知i=57 故取Z=1 根据上述公式(3-1) (3-2) (3-3)可知外齿轮齿数内齿圈齿数 选取标准齿形角=20，齿合角=20，模数m=4，重合度=13，中心孔分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 =取两侧环板齿宽b=30mm,则中间环板齿宽2b=60mm3.2 齿轮的设计1、 由上述计算可知：，=20，齿合角=20，模数m=4，重合度=13，由公式 分度圆直径 d=mz1 (3-4)齿根圆直径 d=Z1-2h a* -2c* (3-5)齿顶圆直径 da1=d1+2h a1 (3-6)可得= 2、 材料及热处理 取其整段结构，粗加工后调质处理 42 280-300HB=1079N/ 3、 齿轮精度 按GB10095-88 7级精滚齿，装配后跑合研齿，齿面粗糙度 齿根齿面接触率为70%4、齿轮润滑 选用中级压齿轮面220EP 5、
