邗江電大畢業(yè)設(shè)計(jì)稿紙1中文摘要三環(huán)減速器是少齒差行星齒輪傳動(dòng)中的一種。本文介紹了三環(huán)減速器的概況，三環(huán)減速器的組成及工作原理，三環(huán)減速器的傳動(dòng)比，并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵詞：三環(huán)減速器；傳動(dòng)比；結(jié)構(gòu)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，采用的是漸開線齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很小（通常為1、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。邗江電大畢業(yè)設(shè)計(jì)稿紙2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)械效率過低的問題。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，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。1.2國(guó)內(nèi)發(fā)展的狀況國(guó)內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口，花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)。但受其傳動(dòng)的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。90年代初期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器，它可實(shí)邗江電大畢業(yè)設(shè)計(jì)稿紙3現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的“內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器”不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點(diǎn)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對(duì)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開展了一些工作。平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡(jiǎn)介,平動(dòng)齒輪減速器是指一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，一個(gè)齒輪在平動(dòng)發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)下作平面平行運(yùn)動(dòng)，通過齒廓間的嚙合，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的作用。平動(dòng)發(fā)生器可采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，或正弦機(jī)構(gòu)或十字滑塊機(jī)構(gòu)。本成果采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為平動(dòng)發(fā)生器。平動(dòng)發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，也可以是實(shí)體的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)。有實(shí)用價(jià)值的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種情況。外平動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)亦稱三環(huán)（齒輪）減速器。由于內(nèi)齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問題。內(nèi)平動(dòng)齒輪減速，其外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。由于外齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機(jī)構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。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。邗江電大畢業(yè)設(shè)計(jì)稿紙4（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。這里無疑有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。（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，有利于承受過載載荷，因而轉(zhuǎn)臂軸承的壽命較高，可達(dá)到2萬小時(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)無關(guān)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)。邗江電大畢業(yè)設(shè)計(jì)稿紙5（8）效率高。由于取消了輸出機(jī)構(gòu)，而且轉(zhuǎn)臂軸承受力較小，其效率可達(dá)92到96%。1.4研究方向本課題研究的方向是內(nèi)齒行星齒輪減速器。即利用內(nèi)齒行星齒輪減速器的減速作用將高速運(yùn)轉(zhuǎn)的輸出軸的轉(zhuǎn)速降低以連接到輸出設(shè)備，得到適合工作的轉(zhuǎn)速。目前我國(guó)正處于社會(huì)主義發(fā)展和全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)工業(yè)的需求也是與日俱增。減速器則是工業(yè)中的一個(gè)重要裝置。由于內(nèi)齒行星齒輪減速器技術(shù)具有傳動(dòng)比大、精度高、承載能力高、軸承壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，三環(huán)減速器以及內(nèi)齒行星齒輪減速器廣泛的應(yīng)用與礦山、冶金、飛機(jī)、輪船、汽車、機(jī)床、起重設(shè)備、電工機(jī)械、儀表、化工、輕工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域。這類減速器有著廣泛的發(fā)展前景，是減速器行業(yè)更新?lián)Q代的產(chǎn)品，應(yīng)大力推廣和宣傳，讓這一新技術(shù)產(chǎn)品為我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。第二章三環(huán)減速器的分析三環(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，研邗江電大畢業(yè)設(shè)計(jì)稿紙6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，無動(dòng)力輸入的曲柄軸稱為支承軸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。當(dāng)平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿運(yùn)動(dòng)到與曲柄共線的兩個(gè)位置(0和180)時(shí)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定，通常把這種運(yùn)動(dòng)不確定位置稱為死點(diǎn)位置。為了克服機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)不確定，最常用的方法是采用三相平行四邊形機(jī)構(gòu)并列布置，也就是用三塊內(nèi)齒環(huán)板并列且各相環(huán)板之間互成120的相位角。當(dāng)某一相平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到死點(diǎn)位置時(shí)，由其它兩相機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，從而克服死點(diǎn)。采用這種并列方式，不僅可以利用多相機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)載荷，還可以使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)的擺動(dòng)力相互平衡。4567123576邗江電大畢業(yè)設(shè)計(jì)稿紙71.內(nèi)齒環(huán)板2.輸入軸3.支承軸4.輸出軸5.輸出軸外齒輪6.輸入軸偏心套7.支承軸偏心套圖2-1偏置式三環(huán)減速器基本結(jié)構(gòu)圖2-2偏置式三環(huán)減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖圖2-3偏心套圖2-4內(nèi)齒環(huán)板1.內(nèi)齒環(huán)板2.輸入軸3.支承軸4.輸出軸5.輸出軸外齒輪6.輸入軸偏心套7.支承軸偏心套圖