少齿差行星齿轮传动机构(一)

少齿差行星齿轮传动机构
是由NGW型齿轮系去掉太阳齿轮，使内齿圈和行星齿轮齿数差很少(z₂－z₁＝l～4 图8-21)，演化而成的一种K-H-V或者2K-H型齿轮传动机构。也就是说少齿差行星齿轮传动机构是由某种类型的少齿差内齿轮副、偏心元件(行星架)和输出机构组成的传动形式。采用少齿差或零齿差内齿轮输出机构，则K-H-V型变成2K-H型，该机构行星架(偏心元件)作为高速转动的主动件，行星齿轮除公转以外还低速自转，通常内齿圈固定，行星齿轮直接和输出机构联接，将其自转运动输出，形成减速运动机构，或者内齿圈与机壳一起和输出机构联接形成减速机构。
少齿差行星齿轮传动机构具有结构紧凑、体积小，重量轻、传动比范围大、传动效率高、使用寿命长、工艺性能好、成本低等优点，所以得到广泛的应用。但有些少齿差行星齿轮系的设计稍有困难。亦有的制造困难。
少齿差行星齿轮系目前常用的有下列几种：
渐开线少齿差行星齿轮系(K-H-V型或者2K-H型)；圆弧直齿少齿差行星齿轮系(K-H-V型)；锥齿少齿差行星齿轮系(K-H-V型)；摆线少齿差行星齿轮系(K-H-V型)；活齿少齿差行星齿轮系(K-H-V型)。

少齿差行星传动机构的传动比
输入轴角速度(或转速)和输出轴角速度(或转速)之比称传动比。传动比计算由不同机构型式而定，一般有下列几种：
1．K-H-V型(N型)
(1)内齿圈固定(图8-22 a)。

式中，“－”表示齿轮1和行星H转向相反。传动比大小，不但决定于z₁多少，更主要的是齿数差的多少。为了求得大传动比z₂－z₁＝1，1齿差行星传动机构用得越来越多。
(2)内齿圈输出(图8-22 b)。

由式可知齿轮2和行星架Ｈ转向相同，传动比大小受z₂、
z₂－z₁的影响。
2．2K-H型
(1)内齿圈4固定，ω₂=ω₃(图8-22 c)。

(z₄－z₃＞0，z₂－z₁＞0)
(2)太阳齿轮1固定，ω₂=ω₃(图8-22 d)。

(z₄－z₃＞0，z₂－z₁＞0)
(3)内齿圈固定，行星齿轮为双联齿轮(图8-22 e)。

3．三个内齿轮的少齿差行星传动机构由图8-23可得：

K-H-V型渐开线少齿差行星传动机构
由渐开线少齿差(z₂－z₁=l～4)内齿轮副、偏心元件、输出机构所组成的K-H-V型齿轮机构。如图8-24所示，内齿圈和机架固联，行星外齿轮由偏心元件(行星架)带动和内齿圈啮合，通过W输出机构将转矩和运动输出，克服生产阻力作功。
渐开线少齿差行星传动机构具备少齿差行星传动机构的啮合与工作特点，但存在各种内齿轮副啮合干涉的限制条件，给设计带来一定困难。

摆线针轮行星传动(摆线少齿差传动)
是由短辐外摆线齿轮和针齿轮组成的1齿差内齿轮副、偏心元件(行星架)以及输出机构构成的K-H-V型齿轮传动(图8-25)。

摆线针轮齿轮副，短辐外摆线齿轮的基圆和节圆重合，其发生圆作为针齿轮的节圆，于是：i₁₂=ω₁/ω₂=r₂′/r₁′=r_b/r_c=常数，呈定传动比。r₂′-r₁=a，z₁=r₁′/a=正整数，z₂=z₁+1 ，可见齿数差为1，构成l齿差行星齿轮传动。
摆线针轮行星传动没有齿顶相碰和齿廓重迭干涉；同时啮合齿数多，有一半以上的齿参于传递转矩，具有重合度大，承载能力高，使用寿命长的特点；啮合角平均值比渐开线1齿差行星传动小，轴承承受载荷小；结构简单、体积小、重量轻；传动比大，为9～115；传动效率高，为90％～94％；轮齿呈高副滚动，磨损小；齿廓的曲率半径大。其缺点是：必须采用等角速比机构；加工工艺复杂需要专用机床。

针齿壳、针齿销、针齿套
是组成针齿轮的三个基本元件。
针齿壳：沿圆周方向有均匀分布的孔或槽，以便安置针齿销的壳体。针齿轮的齿体。
针齿销：作为齿轮轮齿而安置在针齿壳上相应孔中的圆柱销。
针齿套：套在针齿销外并与短辐外摆线齿轮轮齿啮合的圆柱套。

针齿的针径系数
两相邻针齿销中心在分布圆上的弦长l和针齿销外径(若采用套筒为套筒的外径)的比值称针齿的针径系数
K₂=l/d_z
针径系数表示针齿分布的稠密程度K₂越小，针齿销孔越靠近，其靠近程度用K₂表示，它是设计摆线针轮行星齿轮传动的重要参数，多采用K₂=1.3～2，若小于1.3，针齿分布太靠近，影响针齿壳的强度，故通常采用抽齿的办法，即间隔地把齿减少一半。

圆弧少齿差行星齿轮传动
由圆弧少齿差内齿轮副、偏心元件(行星架)和输出机构组成的行星齿轮传动机构。和摆线针轮行星传动机构相比，齿数差不一定为l，内齿轮副的齿廓不同，除此以外没有区别，结构型式、运动简图完全通用。

圆弧少齿差内齿轮副
齿数差很少(z₂-z₁=1～4)的圆弧直齿轮和针齿内齿轮组成的内齿轮副。该内齿轮副和摆线少齿差内齿轮副比，齿数差不一定为1，可以取1～4。

短辐外摆线的短辐系数
针齿内齿轮和短辐外摆线齿轮组成的针齿内齿轮副，其节圆分别是短辐外摆线的基圆和发生圆。若以r_b和r_c表示，则齿轮的节圆为r_b′ ，针齿轮的节圆为r_c′。针齿轮的针齿销匀布在一个圆上，这个圆称分布圆(针齿销圆心所在的圆)这时称发生圆半径r_c和分布圆半径r_2b的比值为短辐外摆线的短辐系数K₁
K₁=r_c/r₂
短辐系数是设计摆线针轮行星传动的重要参数，在设计中有下列重要关系
r_c′=K₁r₂

a=Kr₂/z₁

短辐外摆线齿轮
以发生圆、基圆内切形成的短辐外摆线为理论廓线的齿轮，称短辐外摆线齿轮(图8-26)。其实际轮齿廓线是短辐外摆线的等距曲线，其等距量是相啮针齿轮的针齿外圆半径。
短辐外摆线齿轮多为直齿，通常和针齿轮相啮组成1齿差K-H-V型齿轮传动机构，这种传动机构有一系列优点(见“摆线针齿轮行星传动")。但短辐外摆线齿轮需要专门机床加工，工艺较复杂、制造精度要求高。

双摆线滚子行星传动
具有内、外摆线针轮行星机构组装在一起的传动，称双摆线滚子行星传动。通常，外摆线针轮行星传动，其外齿行星齿轮的齿廓为短幅外摆线的等距曲线，内齿圈为针轮；内摆线针轮行星传动，其外齿行星齿轮一般为针轮，内齿圈的齿廓曲线为短幅内摆线的等距曲线。因此，内、外摆线针轮行星传动都有一个针轮，前者针轮属外齿轮，后者属内齿圈。在满足一定条件下，使两个内、外针轮合二为一，则可将内、外摆线针轮行星机构组装在一起，从而形成一种新型的双摆线滚子(针轮)行星传动(参见“双摆线滚子行星减速器”)。

偏心元件(转臂)
在少齿差行星齿轮传动中，支承行星齿轮偏心构件，行星齿轮与中心齿轮(内齿圈)的中心距即偏心元件的偏心值。见图8-23。

谐波齿轮传动机构
是行星齿轮传动的一种变态形式。是由波发生器(H)、柔性齿轮(r)、刚性齿轮(g)组成的一种机械传动机构(图8-27)。其工作原理是：柔性齿轮在波发生器的作用下，产生弹性变形，使柔性齿轮与刚性齿轮相啮合，靠两齿轮之间的错齿运动实现传递运动和转矩的目的，谐波齿轮传动有三个基本构件，即波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮，若固定其中的一个构件，其余两基本构件分别为主、从件，则形成变态的简单行星齿轮传动；若其三个基本构件都是活动构件，则构成变态的差动齿轮传动。

谐波齿轮传动机构有很多特点，主要表现在：结构简单、体积小，重量轻；传动比范围大，一般情况i＝60～320，最常用的传动比i＝80～200，双级的传动比在(50～90)×10³范围内变化，行星复式谐波传动的传动比可达10⁷以上；同时啮合的齿数多，承载能力大，重合度大，工作平稳，噪声小；传动效率高；齿侧间隙可以调整，运动精度高；可做成密封传动，在高温、高压、高真空及有害气体、原子能辐射的环境中传递运动；输出和输入轴的同轴性能良好；维修方便，便于保养。但对柔性齿轮的材料及热处理工艺要求较高。

柔性齿轮
组成谐波齿轮传动机构的基本构件之一。它是在波发生器作用下，产生可控弹性变形的薄壁齿轮。柔性齿轮的结构型式大致分成圆柱形柔性齿轮和钟形柔性齿轮两种。

刚性齿轮
是谐波齿轮传动机构的基本构件之一。也是谐波齿轮传动在工作过程中始终保持原始形状的齿轮。它多为内齿轮，多为固定件。其齿宽有时做成大于柔性齿轮的2倍，这取决于柔性齿轮用的排数。

谐波传动齿廓
谐波齿轮传动中，刚性齿轮或柔性齿轮的齿廓。由于柔性齿轮在谐波发生器作用下产生弹性变形，柔轮齿与刚轮齿啮合较复杂，其理论齿廓是一条复杂的曲线。通常用一种工艺上易于实现的齿廓曲线代替理论齿廓曲线，并使两者之间的差别极小。目前常用的有三种基本齿廓：第一种是直线齿廓，具有较大的压力角(28°36′或30°)，它是通过对柔轮在运动中变形规律的测定所获得的齿廓曲线(图8-28 a)。直线齿廓具有渐开线齿廓的基本特点。图8-28 a中d为谐波高度。黑点为试验获得的齿廓曲线。第二种是渐开线齿廓，这时谐波齿轮副相当于具有弹性变形的渐开线内齿轮副。它有宽槽渐开线轮齿(图8-28 b中虚线是假想去掉的齿)、窄槽渐开线轮齿两种。第三种是圆弧齿廓及其代用齿廓，图8-28 c和图8-28 d分别示出了刚性齿轮基本圆弧齿廓与柔性齿轮基本圆弧齿廓。