董淑婧

（大連科技學(xué)院，大連116052）

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新型針擺線行星輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

董淑婧

（大連科技學(xué)院，大連116052）

摘要：在分析現(xiàn)有的擺線針輪傳動(dòng)弱點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的新型擺線減速器相比以往擺線輪減速器來說，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、剛性也更好，且基本構(gòu)件的受力更加平衡，而運(yùn)動(dòng)也更加平穩(wěn)，因此在結(jié)合了以往傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如承載能高和傳動(dòng)比等的基礎(chǔ)上又改善了一些以往的缺點(diǎn)使得整體機(jī)構(gòu)的體積更小、效率更高、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性大大挺高且噪聲也得到有效的控制。由于新型擺線針輪行星減速器改善了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其更加合理、科學(xué)和高效，也讓新型減速器拆裝變得簡(jiǎn)單便于維修。讓產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力的競(jìng)爭(zhēng)力也得到了大大的提升。

關(guān)鍵詞：針擺行星減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

擺線針輪傳動(dòng)作為本身一種比較理想的傳動(dòng)形式在工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，在整個(gè)減速器行業(yè)中也占有較大比例。但現(xiàn)有的擺線針輪傳動(dòng)的一些弱點(diǎn)是類似的：針輪固定，擺線輪與針輪形成行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此另外得有一個(gè)單獨(dú)的輸出裝置將動(dòng)力輸出。由此，輸出軸的剛度變低了，而且因?yàn)檗D(zhuǎn)臂軸承被設(shè)計(jì)在行星輪即擺線輪的內(nèi)部，尺寸上，受行星輪的掣肘，成為降低整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)承載能力的主要因素之一。環(huán)板式三環(huán)漸開線減速器的結(jié)構(gòu)由于不是軸對(duì)稱的，在傳動(dòng)過程中產(chǎn)生較大的附加載荷，所以在傳動(dòng)中它的傳動(dòng)穩(wěn)定性不佳且造成的噪聲和震動(dòng)較大，并且由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，使得整個(gè)系統(tǒng)的重量明顯增加，提高了生產(chǎn)成本［3］。

圖1 設(shè)計(jì)前機(jī)構(gòu)視圖

1 優(yōu)化后的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針擺行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖2所示：

針輪輸出針擺行星傳動(dòng)減速器，主要由針齒殼1、輸出盤2、柱銷支撐盤支撐軸承3、柱銷支撐盤4、輸入軸5、兩個(gè)輸入軸支撐軸承6和19、柱銷7、柱銷套8、四片擺線輪9、13、14和15、針齒10、針齒套11、箱體12、箱蓋16、轉(zhuǎn)臂軸承17、兩個(gè)偏心套18和20、滾針21等主要零部件組成。

圖2 裝配示意圖

針輪輸出針擺行星減速器全部傳動(dòng)裝置可分為輸入、減速和輸出三部分。在輸入軸上裝有兩個(gè)錯(cuò)位180°的偏心軸套，在偏心套上裝有四個(gè)無外圈的圓柱滾子軸承來支撐擺線輪在箱體內(nèi)部做平面運(yùn)動(dòng)，四個(gè)擺線輪的中心孔與偏心軸套的中心線對(duì)應(yīng)相重合。擺線輪與針齒輪是通過一整組的針齒相嚙合來傳動(dòng)的，以組成少齒差內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)，（為了減少摩擦，在減速器中，一般在針齒上都會(huì)帶有針齒套，使得滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦）。

（1）輸入軸。輸入軸為一直軸，并通過兩滾動(dòng)軸承以兩支點(diǎn)支承在減速器側(cè)箱體和中間支板上，在該直軸上裝有四個(gè)擺線輪，并由此主動(dòng)擺線輪通過針輪帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。最初設(shè)計(jì)時(shí)，考慮輸入軸采用與擺線輪三維空間同時(shí)受等同的力的平衡聯(lián)動(dòng)的方案：輸入軸作為主動(dòng)曲柄。但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，由擺線輪聯(lián)動(dòng)時(shí)，擺線輪與針輪間必須保證一定的嚙合間隙，這樣就很難保證由從動(dòng)針輪所帶動(dòng)的從動(dòng)件與主動(dòng)件的同步性。初始方案的另一個(gè)缺陷是：現(xiàn)有的加工工藝水平達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。

（2）擺線輪聯(lián)動(dòng)裝置。該部分由一主動(dòng)擺線輪和從動(dòng)針組成。當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固連于其上的主動(dòng)擺線輪輪會(huì)同時(shí)通過從動(dòng)針來分別帶動(dòng)輸出盤轉(zhuǎn)動(dòng)，并使固裝于輸入軸上的相位差180°的四片擺線輪做曲線平動(dòng)［1］，進(jìn)而帶動(dòng)針輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過輸出軸，將減速后增大的轉(zhuǎn)矩傳出。由于擺線掄轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)方向傳輸動(dòng)力，不會(huì)出現(xiàn)過死點(diǎn)的困難。

（3）主動(dòng)曲軸。在主動(dòng)曲軸上均裝有兩個(gè)相位差180°的雙偏心套，每個(gè)偏心套上通過轉(zhuǎn)臂軸承分別與兩個(gè)相位差擺線輪連接，構(gòu)成相位差180°的主動(dòng)曲柄，形成輸入軸。因?yàn)槠牡闹鲃?dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)擺線輪作平動(dòng)，從而擺線輪作平動(dòng)一次，撥針輪針齒一次，帶動(dòng)針輪轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。

（4）針輪。在每個(gè)偏心套上，兩個(gè)相位差180°的擺線輪通過偏心套與相聯(lián)，并采用同樣的滾動(dòng)軸承把主動(dòng)曲柄支承于減速器箱體上。主動(dòng)曲柄支點(diǎn)間距離和固定于箱體上的圓柱銷的長(zhǎng)度相同，所以圖中每個(gè)偏心套上兩個(gè)相位差180°的均系于圓柱銷只會(huì)做平動(dòng)的擺線輪。

（5）擺線輪。四個(gè)擺線輪，用偏心套固連于輸入軸上。它同時(shí)與裝于箱體中能轉(zhuǎn)動(dòng)的針輪相嚙合，擺線輪的齒形采用我們經(jīng)過優(yōu)化得出的“正等距+正移距”修形的新齒形，可以與針輪達(dá)到理想的共軛多齒同時(shí)嚙合，不僅傳遞的轉(zhuǎn)矩更大，而且傳動(dòng)更加平穩(wěn)。

（6）箱殼。箱殼由箱體、中間支板和側(cè)箱蓋三部分組成。其設(shè)計(jì)除了要可靠地支撐主動(dòng)曲柄、輸圓柱銷；便于制造和安裝拆卸；潤(rùn)滑密封可靠外，比較特殊的地方是：要可靠地保證裝于針輪上的針齒銷孔中的針齒銷不可能沿軸向脫出。為此，在箱體和中間支板上均有一圈環(huán)形凸臺(tái)，使它們與環(huán)板間只留有少量側(cè)隙，即能允許擺線輪自由的平動(dòng)，又能可靠地保證針齒銷不會(huì)從針輪上的針齒銷孔內(nèi)沿軸向脫出。

1.2 工作原理

輸入軸作為動(dòng)力的輸入零件通過支撐軸承支承在柱銷支撐盤和箱蓋中形成穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，并通過兩個(gè)相位相差180°的偏心套將動(dòng)力輸送給四片擺線輪；四片擺線輪也是兩兩相位相差180°，并且擺線輪與偏心軸套是同步且同相位，同時(shí)通過四個(gè)同型號(hào)的轉(zhuǎn)臂軸承進(jìn)行支撐和動(dòng)力的傳遞［2］；四片擺線輪在輸入軸（通過偏心套和轉(zhuǎn)臂軸承）的帶動(dòng)下進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，擺線輪又和柱銷進(jìn)行力的作用，在新型擺線輪減速器中將柱銷設(shè)計(jì)成了固定件，它的兩端與柱銷支撐盤箱體蓋通過過盈配合來相連接，為了減小摩擦，在柱銷和擺線輪之間加了柱銷套，柱銷和箱體蓋及柱銷盤在一起有效地把擺線輪控制在一定空間內(nèi)并做平面運(yùn)動(dòng)。四片擺線輪在做平面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)與針齒做嚙合傳動(dòng)以完成針擺行星傳動(dòng)，同樣在針齒的外側(cè)也有針齒套；減速后的針輪再通過輸出法蘭盤將動(dòng)力輸出，輸出盤和針輪通過螺紋聯(lián)接固定在一起，在箱體和針輪之間設(shè)計(jì)有一圈滾針以支撐整個(gè)針輪，箱體通過螺紋聯(lián)接將箱蓋固聯(lián)并通過相應(yīng)的密封零件實(shí)現(xiàn)減速器工作過程中的密封。

2 優(yōu)化后的針輪輸出針擺行星輪減速器

新型擺線減速器相比以往擺線輪減速器來說，其傳遞的功率和轉(zhuǎn)矩明顯得到了很大的提高，但是體積和重量卻只是略微增加，所以在比較中明顯就降低了生產(chǎn)成本，讓產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力的競(jìng)爭(zhēng)力也得到了大大的提升。一改以往輸出結(jié)構(gòu)被作為運(yùn)動(dòng)部件，而是改成了固定構(gòu)件，且摒棄了懸臂梁式輸出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而是改成更加穩(wěn)固的多點(diǎn)對(duì)稱式的支撐結(jié)構(gòu)，因此原有的輸出機(jī)構(gòu)剛度較小且旋轉(zhuǎn)精度較低的缺點(diǎn)都被消除了，極大地改善了傳動(dòng)系統(tǒng)的受力條件，使整個(gè)傳動(dòng)變得更為平穩(wěn)可靠，以便于傳遞更大的轉(zhuǎn)矩和功率，也更易于使用在精密傳動(dòng)的領(lǐng)域中。新型擺線輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、剛性也更好，且基本構(gòu)件的受力更加平衡，而運(yùn)動(dòng)也更加平穩(wěn)，因此在結(jié)合了以往傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如承載能高和傳動(dòng)比等的基礎(chǔ)上又改善了一些以往的缺點(diǎn)使得整體機(jī)構(gòu)的體積更小、效率更高、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性大大挺高且噪聲也得到有效的控制。由于新型擺線針輪行星減速器改善了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其更加合理、科學(xué)和高效，也讓新型減速器拆裝變得簡(jiǎn)單便于維修。

圖3 設(shè)計(jì)后機(jī)構(gòu)視圖

3 結(jié)論

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)特別說明的是，在本針擺行星傳動(dòng)中采用兩對(duì)相位差180°的平行擺線輪，不但保證了整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中的靜平衡，也保證了整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平衡。

參考文獻(xiàn)

［1］朱孝錄主編.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2010.

［2］吳宗澤主編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

［3］鮑君華.何衛(wèi)東.李力行.盧琦.針輪輸出擺線針輪行星傳動(dòng)的研究.中國(guó)機(jī)械工程.2010年.

Optimization Design of a New Type of Planetary Gear Reducer with Pin

DONG Shujing
（Dalian Institute of Science and Technology, Dalian 116052）

Abstract:Based on analyzing the weakness of existing cycloid drive, optimization design has been carried on. Compared to the previous cycloidal gear reducer, the output structure of the driving mechanism of optimized model of cycloid reducer is more simple, more rigid, more balanced under force; the movement is more stable. In combination of the previous transmission structure advantages such as bearing capacity high transmission ratio, some previous shortcomings are improved to make a smaller overall mechanism with higher efficiency, smooth movement and the noise is controlled effectively. The new cycloid planetary reducer can improve the structure of the design more reasonable, scientific and efficient, also let the new reducer disassembly becomes simple and easy maintenance. The product competitiveness has been greatly improved.

Key words:needle swing planetary reducer, optimal design

基金項(xiàng)目：大連科技學(xué)院科研項(xiàng)目（KYZ1420）資助。