论二齿差变位内齿轮行星减速机构

刘淑芬

（烟台百思特炉管厂，山东 烟台 264100）

论二齿差变位内齿轮行星减速机构

刘淑芬

（烟台百思特炉管厂，山东 烟台 264100）

二齿差变位内齿轮行星减速机构是我参加研制的一项实用新型专利。行星齿轮传动机构和少齿差行星减速机构被广泛应用于各领域，虽然传统的行星齿轮减速机构有很多优点，但仍然存在单级减速比较小的缺点，而少齿差行星减速机构单级减速比虽然大一些，但传动平稳性差，传动精度低，在需要大减速比的情况下，需要经过多级减速才能达到目的，这样会造成结构复杂，体积增大，制造成本增加，同时多级传动也降低了传动效率和传动精度。二齿差变位内齿轮行星减速机构采用对称双行星齿轮，既能平衡惯性力，又能提高机构的承载能力，具有结构简单，单级减速比大，制作成本低、传动平稳、传动精度高和传动效率高等优点。

行星齿轮；传动机构；齿差变位；行星机构；大减速比

概述

行星齿轮传动机构已经越来越广泛的被应用在各种领域，前段时间我有幸参与了一项行星齿轮机构新型专利的研究，这一新机构在普通行星齿轮传动机构的基础上进行了巧妙的改装，增大了传动比的同时并没有加装复杂结构使其在传动平稳行和传动精度及效率上有了很大的改观，较传统行星齿轮传动机构更为实用，相信一定会被更加广泛的应用。

1 行星齿轮传动机构简介

我们所熟知的齿轮绝大部分都是转动轴线固定的齿轮。例如机械式钟表，上面所有的齿轮尽管都在做转动，但是它们的转动中心（与圆心位置重合）往往通过轴承安装在机壳上，因此，它们的转动轴都是相对机壳固定的，因而也被称为“定轴齿轮”。

图1

有定必有动，对应地，有一类不那么为人熟知的称为“行星齿轮”的齿轮，它们的转动轴线是不固定的，而是安装在一个可以转动的支架上。行星齿轮除了能象定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还随着支架（称为行星架）绕其它齿轮的轴线转动。绕自己轴线的转动称为“自转”，绕其它齿轮轴线的转动称为“公转”，就象太阳系中的行星那样，因此得名。也如太阳系一样，成为行星齿轮公转中心的那些轴线固定的齿轮被称为“太阳轮”，如图1中红色的齿轮。

图2

图2为一种简单的行星齿轮传动机构，行星轮 既c绕自身的轴线迴转，又随行星架绕固定轴线迴转。太阳轮a﹑行星架和内齿轮b都可绕共同的固定轴线迴转，并可与其他构件联结承受外加力矩，它们是这种轮系的三个基本件。三者如果都不固定，确定机构运动时需要给出两个构件的角速度，这种传动称差动轮系；如固定内齿轮b或太阳轮a，则称行星轮系。通常这两种轮系都称行星齿轮传动。

行星齿轮传动在我国已经有很多年的历史，行星齿轮传动具有重量轻体积小，承载能力和传动比大，传动效率高，工作平稳等特点从而使其在冶金、矿山、起重运输、化工、纺织、汽车、兵器、船舶和航空航天等工业部门中获得了广泛的应用。但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。行星齿轮传动中有些类型效率高，但传动比不大。另一些类型则传动比可以很大，但效率较低，用它们作减速器时，其效率随传动比的增大而减小；作增速器时则有可能产生自锁。

2 二齿差变位内齿轮行星减速机构的构成

行星齿轮机构按其自由度可分为

2.1 简单行星齿轮机构 具有一个自由度（W=1）的行星齿轮机构，如图3(b)所示。对于简单行星齿轮机构，只要知道其中一个构件的运动后，其余各构件的运动便可以确定。

2.2 差动行星齿轮机构 具有两个自由度（W=2）的行星齿轮机构，即具有三个可动外接构件的行星轮系，如图3(a)所示。

图3

二齿差变位内齿轮行星减速机构是我参加研制的一项实用新型专利，是普通行星齿轮机构的发展与衍生，它比简单行星齿轮机构增加了一个可动轮系，却又比图3(a)所示的差动行星齿轮机构多了一个固定齿轮。该行星减速机构是由固定内齿轮、输出内齿轮、中心太阳轮、行星齿轮、行星架和动力输入轴组成，固定内齿轮、输出内齿轮为变位齿轮，齿数相差为2，两者齿根圆、齿顶圆相同，两齿轮同时与行星齿轮啮合。行星齿轮与固定内齿轮、输出内齿轮模数相同，齿长≥固定内齿轮齿长与输出内齿轮齿长之和。其结构图如图4所示：

图4

二齿差变位内齿轮行星减速机构由固定内齿轮（1）、输出内齿轮（2）、中心太阳轮（3）、行星齿轮（4）、行星架（5）和动力输入轴（6）构成，其特征在于固定内齿轮（1）、输出内齿轮（2）为变位齿轮，齿数相差为2，两者齿根圆、齿顶圆直径相同，两齿轮同时与行星齿轮（4）啮合。

3 二齿差变位内齿轮行星减速机构的工作原理

当行星架5转动时，带动行星齿轮4沿固定内齿轮1滚动，同时驱动输出内齿轮2转动，由于固定内齿轮1和输出内齿轮2相差2个齿，因此行星架5每转动一周，行星齿轮4则驱动输出内齿轮2多转动2个齿（当输出内齿轮2比固定内齿轮1多出两个齿时）或少转动两个齿（当输出内齿轮2比固定内齿轮1少两个齿时），使得行星架5与输出内齿轮2之间按一定减速比传动，这个减速比只和输出内齿轮2的齿数有关，设定输出内齿轮2的齿数为Z2,则减速比计算公式是：i=Z2/2。

中心太阳轮3为动力输入，它与行星齿轮4、行星架5固定内齿轮1之间构成一个传统的行星减速机构，行星架5已经被减速，减速比与固定内齿轮1和中心太阳轮3的齿数有关，这种机构总减速比较大，设定Z1为固定内齿轮1的齿数，Z2输出内齿轮2的齿数，Z3为中心太阳轮的齿数，则中心太阳轮3输入与输出内齿轮2的减速比计算公式是：i=Z2/2X（1+Z2/Z3）。

由于它比普通行星齿轮多了一个自由轮系，所以它比较图3(b)所示行星机构更灵活，而经过两次减速，可以在结构比较紧凑的状态下得到机构需要的几乎任意大的减速比（整个轮系的减速比的大小由输出内齿轮2的齿数多少决定）。

4 二齿差变位内齿轮行星减速机构应用优点

行星齿轮传动机构和少齿差行星减速机构被广泛应用于各领域，虽然传统的行星齿轮减速机构有很多优点，但仍然存在单级减速比较小的缺点，而少齿差行星减速机构单级减速比虽然大一些，但传动平稳性差，传动精度低，在需要大减速比的情况下，需要经过多级减速才能达到目的，这样会造成结构复杂，体积增大，制造成本增加，同时多级传动也降低了传动效率和传动精度。这种新型的二齿差变位内齿轮行星减速机构采用对称双行星齿轮，既能平衡惯性力，又能提高机构的承载能力。最为可贵的是该新型行星机构比较普通的行星机构并不复杂多少，相比较于一些高传动比高精度的多级行星传动机构却简单很多，制作起来也更为方便快捷，成本更低功效更好寿命更长。该机构具有结构简单，单级减速比大，制作成本低、传动平稳、传动精度高和传动效率高等优点，是行星机构中很为实用的一项专利。

[1]饶振纲.行星传动机构设计(第二版)[J].北京：国防工业出版社，1994.

[2]基尔佳舍夫.行星齿轮传动手册[J].冶金工业出版社，1986.

[3]张展.行星传动技术[M].上海：上海交通大学出版社，1989.

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刘淑芬（1965-），女，山东烟台人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：机械设计与制造。