如圖1所示的K-H-V

漸開(kāi)線(xiàn)少齒差行星

齒輪傳動(dòng)是一種將連桿(行星齒輪)作

為輸出構(gòu)件的較新型機(jī)械傳動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)因傳動(dòng)比大，

一級(jí)可達(dá)135,結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，加工方便，維修容易，效率較高，而得到人們的應(yīng)用。少齒差行星齒輪傳動(dòng)主要由基本構(gòu)件行星輪、內(nèi)齒中心輪，轉(zhuǎn)臂和輸

出軸組成。iHV第九章機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例分析第一節(jié)

平動(dòng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一、平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理1.

平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的基本型平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的基本型由外平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)平動(dòng)齒

輪機(jī)構(gòu)兩種基本型組成。外平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的基本型：外平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)是指一個(gè)

齒輪在另一個(gè)齒輪的外部作平動(dòng)，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸

轉(zhuǎn)動(dòng)。圖9-1

a所示為內(nèi)嚙合平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)；圖9-1b

所示為

外嚙合平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。可以演化成圖9-2所示的二環(huán)減速器和三環(huán)減速器。ZZ?b)Z?

OZ?

O?a)圖9-1

外平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的基本型Bo-a)

b)圖9-2

外平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)基本型的組合4.

外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)(

1)傳動(dòng)比大、分級(jí)密集，單級(jí)傳動(dòng)比在11~99之間，雙級(jí)

傳動(dòng)比可達(dá)9801。(

2)承載能力大嚙合時(shí)幾乎是面接觸，齒面赫茲應(yīng)力小。單

個(gè)轉(zhuǎn)臂軸承變換為多個(gè)轉(zhuǎn)臂軸承分擔(dān)載荷，轉(zhuǎn)臂軸承的壽命

可達(dá)兩萬(wàn)小時(shí)，且轉(zhuǎn)臂軸承等基本構(gòu)件不受內(nèi)齒輪尺寸的限

制，可以按強(qiáng)度要求確定，利于按強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.

傳動(dòng)原理運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸入時(shí)，支承在兩高速軸上的內(nèi)齒輪G

作平面

平動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)與之嚙合的定軸外齒中心輪K,

使運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力從

與其固聯(lián)的從動(dòng)軸輸出，從而實(shí)現(xiàn)了大速比減速。當(dāng)單軸輸入時(shí)，每一片行星輪在0°和180°位置時(shí)，是

不能傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩的，所以必須要用三片以上的內(nèi)齒輪才能

正常地工作。3.

運(yùn)動(dòng)學(xué)分析KGa)

b)圖9-3

三環(huán)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及傳動(dòng)原理圖(3)傳動(dòng)效率高同K-H-V

型少齒差行星傳動(dòng)相比，因省去

了W

輸出機(jī)構(gòu)，單級(jí)傳動(dòng)效率可達(dá)92%~96%。(4)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕(5)制造簡(jiǎn)單、維修拆裝方便(6)能單軸或多軸傳輸動(dòng)力5.

外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)存在的問(wèn)題：1)為避免傳動(dòng)發(fā)生漸開(kāi)線(xiàn)齒廓重迭干涉，內(nèi)齒輪副應(yīng)采用

角變位齒輪傳動(dòng)中的正傳動(dòng)

(x1+x2>0),

并降低齒高，

形成非標(biāo)準(zhǔn)的短齒。嚙合角a'增加，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能變差。2)必須滿(mǎn)足一定的裝配條件能裝配起來(lái)。同時(shí)也為精度

設(shè)計(jì)增加了限制條件。3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)大、噪聲高，并隨著轉(zhuǎn)速的提高迅速

增

加

。上述存在的問(wèn)題是這種傳動(dòng)的基本原理所決定的，改進(jìn)

傳動(dòng)原理，開(kāi)發(fā)新的傳動(dòng)類(lèi)型是平動(dòng)齒行星輪傳動(dòng)發(fā)展

的重要途徑。式中

d?——

內(nèi)齒輪根圓直徑；d?e——偏心軸距。外平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸難以縮小，而且提供內(nèi)齒輪作平動(dòng)

的曲柄軸只能有兩個(gè)，限制了輸入功率的分流，不利于傳遞過(guò)

大的功率。6.

內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的基本型及其演化圖9-4所示為內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的基本型。圖9-5所示的內(nèi)二環(huán)

減速器和內(nèi)三環(huán)減速器。內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)可獲得較小尺寸和重量，其整機(jī)性能優(yōu)于外

平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。外平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的A、D

兩軸之距離受結(jié)構(gòu)的限制a)

b)圖9-4

內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的基本型b)圖9-5

內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的組合BO

oO?O?◎D二、平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)使齒輪實(shí)現(xiàn)圓平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為圓平動(dòng)機(jī)構(gòu)。常用的圓

平動(dòng)機(jī)構(gòu)有：1.用平行四邊形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)齒輪圓平動(dòng)應(yīng)用“機(jī)構(gòu)同性異形變換原理”,以平行四邊形機(jī)構(gòu)為原始機(jī)構(gòu)，可以演化出多種性能相同而結(jié)構(gòu)不同的圓平動(dòng)機(jī)構(gòu)。b)圖9-6

實(shí)現(xiàn)齒輪圓平動(dòng)的平行四邊形機(jī)構(gòu)d)c)a)2.

用正弦機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)齒輪圓平動(dòng)3.

用孔銷(xiāo)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)齒輪圓平動(dòng)應(yīng)用“機(jī)構(gòu)同性異形變換原理”,還可以演化出多種圓平

動(dòng)機(jī)構(gòu)。它的性能決定了平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的性能，所以每綜合出

一種圓平動(dòng)機(jī)構(gòu)，就得到一種新型平動(dòng)齒輪傳動(dòng)。WWKHHb)圖9-8

實(shí)現(xiàn)齒輪圓平動(dòng)的孔銷(xiāo)機(jī)構(gòu)三、平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的演化平動(dòng)發(fā)生器是平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。不同的平動(dòng)發(fā)生器，

會(huì)演化出結(jié)構(gòu)不同的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，相同的平動(dòng)發(fā)生器，結(jié)構(gòu)不

同，也會(huì)演化出性能差異很大的平動(dòng)齒輪傳動(dòng)裝置。1.

浮動(dòng)盤(pán)式平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)根據(jù)“機(jī)構(gòu)同性異形變換原理”,用浮動(dòng)盤(pán)式W

機(jī)構(gòu)去替代孔銷(xiāo)式W

機(jī)構(gòu)，就形成了圖9-9所示圓平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2.

平動(dòng)齒輪減速滾筒圖9-10所示為平動(dòng)齒輪減速滾筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由電動(dòng)機(jī)1、滾

筒2和孔銷(xiāo)式平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)3串聯(lián)組成。電動(dòng)機(jī)1、平動(dòng)發(fā)生器銷(xiāo)

軸與機(jī)架固聯(lián)，內(nèi)齒中心輪與卷筒固聯(lián)為輸出件，形成卷?yè)P(yáng)機(jī)型

減速裝置。平動(dòng)齒輪減速滾筒具有：傳動(dòng)比大、機(jī)械效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、

尺寸和重量輕、均載性能好等優(yōu)點(diǎn)。圖9-9

圓平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖圖9-10

平動(dòng)齒輪減速滾筒1—電動(dòng)機(jī)

2—滾筒

3—齒輪機(jī)構(gòu)3.

雙曲柄平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)多曲柄平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。如圖9-11所示。多曲柄平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)

原理：輸入軸的轉(zhuǎn)速經(jīng)第一級(jí)減

速后，由平動(dòng)發(fā)生器傳遞給平動(dòng)

齒輪ZG,

同時(shí)限制了平動(dòng)齒輪

Zg的自轉(zhuǎn)，再經(jīng)第二級(jí)減速后，

由內(nèi)齒中心輪Z

輸出。其傳動(dòng)比

統(tǒng)一表達(dá)式為式

中i?——

第一級(jí)減速傳動(dòng)比；i?——

第二級(jí)傳動(dòng)比。圖9-

11

曲柄平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第二節(jié)

活齒減速帶輪機(jī)構(gòu)一、概述將帶傳動(dòng)和行星傳動(dòng)組合起來(lái)，在不增加帶輪外廓尺寸的

條件下，研制出具有兩種傳動(dòng)綜合優(yōu)良性能的行星減速帶輪。

如：擺線(xiàn)針齒減速帶輪、2

K-H行星減速帶輪、變速傳動(dòng)軸承

減速帶輪、鋼球行星摩擦減速帶輪等。研制出傳動(dòng)性能優(yōu)越的行星減速帶輪主要取決于兩個(gè)方面：1)選擇好原始機(jī)構(gòu)——帶傳動(dòng)和行星傳動(dòng)的類(lèi)型；2)解決好帶輪與行星傳動(dòng)的結(jié)合。行星減速帶輪機(jī)構(gòu)以全滾動(dòng)擺動(dòng)活齒傳動(dòng)為基礎(chǔ)，利用外

激波活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使帶輪與外激波器合二為一，擺動(dòng)

活齒減速帶輪。二、原始機(jī)構(gòu)選擇1.

行星傳動(dòng)的選擇——外激波擺

動(dòng)活齒傳動(dòng)(1)組成結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理圖9-

12所示外激波擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的傳動(dòng)原

理；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力輸入后，輸入軸以等

角速度帶動(dòng)外激波器H

繞固定主軸

線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于外激波器內(nèi)輪廓徑向

尺寸的變化，產(chǎn)生向心的推力，推

動(dòng)擺動(dòng)活齒繞其在活齒架上的鉸鏈

點(diǎn)擺動(dòng)，通過(guò)擺動(dòng)活齒中心輪高副

嚙合運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)活齒推動(dòng)外齒中心

輪K以等角速度繞主軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使

與其固聯(lián)的輸出軸獲得輸出轉(zhuǎn)速，

于是外激波擺動(dòng)活齒傳動(dòng)完成了轉(zhuǎn)

速變換運(yùn)動(dòng)。第二種類(lèi)型：外齒中心輪K

固定，擺動(dòng)活齒輪G

從動(dòng)，外激器H

主

動(dòng)。式中，下角標(biāo)A、B、C

代表活齒傳動(dòng)中的三個(gè)基本構(gòu)件。

第一種類(lèi)型：擺動(dòng)活齒輪G固定(3

)外齒中心輪的齒形綜合(4)外激波擺動(dòng)活齒傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)(2)傳動(dòng)比的計(jì)算活齒傳動(dòng)傳動(dòng)比通用方程式為圖9-15

擺動(dòng)活齒減速帶輪結(jié)構(gòu)圖第二個(gè)同跡連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：

A?

EFC?

為所求的第二個(gè)同跡連

桿機(jī)構(gòu)。K為連桿EF上的點(diǎn)。所求雙搖桿機(jī)構(gòu)的尺寸：C?是兩個(gè)同跡連桿機(jī)構(gòu)中共同的新機(jī)架的固定鉸鏈點(diǎn)，機(jī)

架的三個(gè)固定鉸鏈點(diǎn)A?

、0、C?組成了三種可能的組合：

A?與

O,A?

與C?

,0

與C?

。

如圖9-18d所示。K

點(diǎn)在這三個(gè)機(jī)構(gòu)中描繪出同一條連桿曲線(xiàn)。二、任一連桿點(diǎn)K的同跡連桿機(jī)構(gòu)平面導(dǎo)引機(jī)構(gòu)：是一種在參考平面上引導(dǎo)一個(gè)物體順序通

過(guò)給定位置的裝置。當(dāng)采用連桿機(jī)構(gòu)作導(dǎo)引機(jī)構(gòu)時(shí)，連桿一般

用作導(dǎo)引桿，常要求連桿相對(duì)機(jī)架作導(dǎo)引。a)b)圖9-19

任意連桿點(diǎn)K

的同跡連桿機(jī)構(gòu)C1KB力

A?A

B?O.圖9-20

連桿點(diǎn)P

在連桿延長(zhǎng)線(xiàn)上圖9-21.描繪同一連桿曲線(xiàn)的四桿機(jī)構(gòu)和六桿機(jī)構(gòu)a)

b)圖9-22

描繪相同連桿曲線(xiàn)的兩個(gè)六桿機(jī)構(gòu)KA?AOA。DCEB?B?Boa)B?A?CAoDQC?C?圖9

-

23六桿平面導(dǎo)引機(jī)構(gòu)Eb)K

QB?Co1EoA'圖9-24

六桿車(chē)輪懸持裝置第五節(jié)

自適應(yīng)機(jī)構(gòu)在改造現(xiàn)有設(shè)備或設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，通過(guò)選用自位軸承、基

本構(gòu)件浮動(dòng)、運(yùn)動(dòng)副合理選配及組合等方法，消除機(jī)構(gòu)中存在

的多余約束，使機(jī)構(gòu)成為一個(gè)無(wú)多余約束的靜定系統(tǒng)，即具有

“自適應(yīng)性”的系統(tǒng)，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)自適應(yīng)變換。無(wú)多余約束的機(jī)

構(gòu)稱(chēng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)。一、機(jī)構(gòu)中的多余約束及其計(jì)算運(yùn)動(dòng)副自由度F是運(yùn)動(dòng)副中可能發(fā)生的彼此獨(dú)立的相對(duì)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。被運(yùn)動(dòng)副限制了的相對(duì)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為約束μ(U

nfreiheit)。提供一個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為I級(jí)副，提供兩個(gè)

約束的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為Ⅱ級(jí)副，則空間機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式可以寫(xiě)成式中

F——

機(jī)構(gòu)的自由度；n——

活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；K——

運(yùn)動(dòng)副的級(jí)別(即運(yùn)動(dòng)副的約束數(shù));PK——

級(jí)別為K

的運(yùn)動(dòng)副數(shù)目。這就是著名的馬雷舍夫公式。該公式適用于一般空間機(jī)構(gòu)。在機(jī)構(gòu)中，有些運(yùn)動(dòng)副的約束可能與其他運(yùn)動(dòng)副的約束重復(fù)，

這種對(duì)機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束稱(chēng)為多余約束。機(jī)構(gòu)中的多余約束常發(fā)生在下述情況：(1)在特定幾何條件下出現(xiàn)的多余約束軌跡重合：在圖9-25

所示的雙滑塊機(jī)構(gòu)中關(guān)聯(lián)移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副：幾個(gè)移動(dòng)副，導(dǎo)路互相平行，轉(zhuǎn)動(dòng)副的

軸線(xiàn)互相重合。假構(gòu)件的添置：(2)運(yùn)動(dòng)副選擇不當(dāng)出現(xiàn)的多余約束運(yùn)動(dòng)副組合的元素往往

具有多個(gè)接觸面，這些接觸面必須有精確且固定的形狀和位置。

由于制造誤差和受力變形等原因改變了它的形狀和位置，就會(huì)發(fā)

生裝配困難、傳動(dòng)不暢等問(wèn)題，能使自身偏差而造成妨害的那些

尺寸的數(shù)目可以表述為運(yùn)動(dòng)副的超靜定度ü

。機(jī)構(gòu)中存在多余約束使其成為超靜定機(jī)構(gòu)是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)副選擇不當(dāng)造成的。應(yīng)用運(yùn)動(dòng)副組合變換原理對(duì)機(jī)構(gòu)超靜定度

進(jìn)行

分析，可以指導(dǎo)合理選擇運(yùn)動(dòng)副組合，使其超靜定度

等于零，從而獲行傳動(dòng)性能優(yōu)越、制造成本低廉的“自適應(yīng)機(jī)構(gòu)”。多余約束公式：在馬雷舍夫公式的基礎(chǔ)上，引入多余約束S,可

以寫(xiě)出考慮多余約束的空間機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式所有單接觸面運(yùn)動(dòng)副的約束數(shù)

運(yùn)動(dòng)副組合所需的約束數(shù)u,超靜定度

就是多余約束的數(shù)目為獲得靜定的機(jī)構(gòu)，應(yīng)滿(mǎn)足多余約束S=0。在計(jì)算機(jī)構(gòu)多余約束時(shí)，

一般作如下假設(shè)：1)只研究動(dòng)力傳動(dòng)裝置，不考慮所采用的簡(jiǎn)圖對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的

影

響

。2)機(jī)構(gòu)中所有構(gòu)件具有較大的剛度，不考慮構(gòu)件本身的彈性

變形對(duì)同軸度偏差和偏斜的補(bǔ)償作用。3)具有間隙的單齒式聯(lián)軸器允許被連接的兩軸偏斜，但不允

許徑向位移。4)對(duì)于各種聯(lián)接，只考慮聯(lián)接中的兩個(gè)活動(dòng)件，而中介構(gòu)件，

例如：雙齒聯(lián)軸器的連接套筒和萬(wàn)向聯(lián)軸器的十字頭等不視

為運(yùn)動(dòng)件。3.

多余約束的計(jì)算示例圖9-28a所示為2K-H

型行星齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。由式(9-12)得到多余約束公式a)