行星齒輪傳動(dòng)及 行星齒輪減速器 引言： 機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)要求其驅(qū)動(dòng)裝置及其傳動(dòng) 裝置質(zhì)量輕，并具有較大的功率質(zhì)量比。 為此機(jī)器人所使用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要求質(zhì)量 輕且輸出功率大。 行星齒輪傳動(dòng)是一種具有動(dòng)軸線的齒輪 傳動(dòng)，可用于減速、增速和差動(dòng)裝置。 行星齒輪傳動(dòng)和圓柱齒輪傳動(dòng)相比具有 質(zhì)量輕、體積小、傳動(dòng)比大、效率高等 優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求較高。 一、周轉(zhuǎn)輪系的組成 1．定義： 周轉(zhuǎn)輪系： 輪系中如果至少有一個(gè)齒輪的軸線繞另一個(gè)齒輪 的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)輪系則為周轉(zhuǎn)輪系。 行星輪： 既繞自身軸線旋轉(zhuǎn)又繞公共軸線旋轉(zhuǎn)的齒輪稱(chēng)為 行星輪。 中心輪K： 齒輪的中心線固定并與主軸線重合，且與行星齒 輪相嚙合的齒輪稱(chēng)為中心輪。 行星架H（系桿）： 支承行星輪的構(gòu)件稱(chēng)為行星架或系桿。 周轉(zhuǎn)輪系圖例： a）中心輪均不 固定—差動(dòng)輪系 主要構(gòu)成： 1、3—中心輪 2—行星輪 H—系桿 b）一個(gè)中心輪固 定——行星輪系 2．周轉(zhuǎn)輪系的構(gòu)成： 周轉(zhuǎn)輪系由行星輪、中心輪K、行星架H 和機(jī)架構(gòu)成。周轉(zhuǎn)輪系中凡是軸線與主 軸軸線重合，并承受外力矩的構(gòu)件稱(chēng)為 基本構(gòu)件。如：中心輪、系桿等。 二、周轉(zhuǎn)輪系的分類(lèi) 1．按周轉(zhuǎn)輪系的自由度分： 差動(dòng)輪系： 若周轉(zhuǎn)輪系的自由度為2，則稱(chēng)其為差動(dòng)輪系。 亦即該輪系有兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)件。 行星輪系： 若周轉(zhuǎn)輪系的自由度為1，則為行星輪系。這種 輪系只有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)件。 附：機(jī)構(gòu)的自由度： 指機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 的數(shù)目。 2．按基本構(gòu)件的組成分： 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系： 輪系中有兩個(gè)中心輪。 3K型周轉(zhuǎn)輪系： 輪系中有三個(gè)中心輪，行星架只是起支承 行星輪的作用。 K-H-V行星輪系： 輪系中只有一個(gè)中心輪，其運(yùn)動(dòng)是通過(guò)等 角速機(jī)構(gòu)由V軸輸出。 周轉(zhuǎn)輪系分類(lèi)圖例(1)： 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系 周轉(zhuǎn)輪系分類(lèi)圖例(2)： 3K型行星輪 K-H-V型行星輪 三、周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 1．定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算： 所有齒輪中心 線是固定的。 運(yùn)動(dòng)輸入 i n1 15 n5 z2 z3 z4 z5 z1z2 z3 z4 運(yùn)動(dòng)輸出 2．周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算基本思想： 由于周轉(zhuǎn)輪系中有行星輪，故其傳動(dòng) 比不能直接用定軸輪系傳動(dòng)比的公式 進(jìn)行計(jì)算。但是如果把輪系中的行星 架相對(duì)固定，即將周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定 軸輪系，就可以借助該轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)按定 軸輪系的傳動(dòng)比公式進(jìn)行周轉(zhuǎn)輪系傳 動(dòng)比的計(jì)算。這種方法稱(chēng)為反轉(zhuǎn)法或 機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化法。 3．周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式推導(dǎo)（1）： 如圖所示的周轉(zhuǎn)輪系中，各構(gòu)件在原機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn) 化機(jī)構(gòu)中的角速度如下表所示： 構(gòu)件 周轉(zhuǎn)輪系中角速度 轉(zhuǎn)化輪系中角速度 1 ω1 ω1H=ω1-ωH 2 ω2 ω2H=ω2-ωH 3 ω3 ω3H=ω3-ωH H ωH ωHH=ωH-ωH=0 轉(zhuǎn)化輪系公式推導(dǎo)圖例： i1Hk 1 H k H n1 nH Z2 Zk nk nH Z1 Zk1 3．周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式推導(dǎo)（2）： 轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比的計(jì)算公式為： i1Hk 1 H k H n1 nH Z2 Zk nk nH Z1 Zk1 3．使用轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比公式注意事項(xiàng)： 只適合于轉(zhuǎn)化輪系中首末兩輪軸線平行 的情況。 表達(dá)式齒數(shù)比前的正負(fù)號(hào)表示的含義是： “+”表示轉(zhuǎn)化輪系中首末兩輪轉(zhuǎn)向相 同，“-”表示首末兩輪轉(zhuǎn)向相反。它 影響著各構(gòu)件角速度之間的數(shù)量關(guān)系。 式中各角速度均表示代數(shù)值。計(jì)算時(shí)要 帶符號(hào)運(yùn)算。 示例： 如圖所示輪系中， 已 知 z1=100， z2=101， z3=100，z4=99， 求iH1 示例解答（1）： 從圖中可以看出，只有一個(gè)獨(dú)立的主運(yùn) 動(dòng)中心輪，因而是行星輪系。且n4=0。 運(yùn)用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)公式進(jìn)行計(jì)算： ∵ i1H4 n1 nH n4 nH z2 z4 z1z3 有： i1H4 n1 nH n4 nH n1 nH nH n1 nH 1 i1H 1 z2 z4 z1z3 示例解答（2）： i1H 1 z2 z4 z1z3 1 101 99 100 100 1 10000 iH 1 10000 四、行星輪系中各輪齒數(shù)的確定 設(shè)計(jì)行星輪系時(shí)，行星輪系中各輪 齒數(shù)的選配要滿足以下四個(gè)條件： 1．滿足傳動(dòng)比條件： 因?yàn)檩喯抵杏校?i1H3 n1 nH n3 nH n1 nH nH i1H 1 z3 z1 i1H=1+z3/z1 ∴ z3/z1=i1H-1 2．滿足同心條件： 要保證兩個(gè)中心 輪與行星架的回 轉(zhuǎn)軸線+d1/2 ∴ z3=z1+2z2 3．滿足安裝條件： 為了平衡輪系中的離心慣性力，減少行星架 的支承反力，減輕輪齒上的載荷，一般采用 多個(gè)行星輪均布在兩個(gè)中心輪之間。因此行 星輪的數(shù)目與各輪齒數(shù)之間必須滿足一定的 關(guān)系。即： z1 z3 N k 式中的k為行星輪的個(gè)數(shù)，N為整數(shù)。含義是 兩個(gè)中心輪的齒數(shù)和應(yīng)為行星輪個(gè)數(shù)的整數(shù) 倍。 滿足安裝條件圖例： 4．滿足鄰接條件： 多個(gè)行星輪裝入兩個(gè)中心輪之間，應(yīng) 保證相鄰兩行星輪之間不發(fā)生干涉。 應(yīng)滿足： （z1+z2）sin（180°/k）＞z2+2ha※ 五、太陽(yáng)輪、行星輪、行星架常見(jiàn)結(jié)構(gòu) 1．太陽(yáng)輪結(jié)構(gòu)： 當(dāng)太陽(yáng)輪不浮動(dòng)時(shí)，可簡(jiǎn)支安裝或 懸臂安裝 2．行星輪結(jié)構(gòu)： 中、低速行星齒輪傳動(dòng)：常用的行星輪結(jié) 構(gòu)如圖。常采用滾動(dòng)軸承支承。 當(dāng)傳動(dòng)比較大，行星輪的直徑較大時(shí)：軸 承可安裝在行星輪孔內(nèi)。這樣可以減小傳 動(dòng)的軸向尺寸，并使裝配結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。在行 星孔內(nèi)裝兩個(gè)軸承時(shí)，應(yīng)盡量使軸承之間 的距離增大。 當(dāng)行星輪內(nèi)裝軸承的尺寸不夠時(shí)：可將軸 承裝在行星架上。 高速重載的行星傳動(dòng)：可采用滑動(dòng)軸承。 行星輪圖例（1）： 行星輪圖例（2）： 行星輪圖例（3）： 行星輪圖例（4）： 3．行星架結(jié)構(gòu)： 分為雙臂整體式、雙臂分離式和單臂 式三種結(jié)構(gòu)。 行星架結(jié)構(gòu)圖例（1）： 結(jié)構(gòu)剛性較 好，行星輪 的軸承一般 安裝在行星 輪內(nèi)。 雙臂整體式行星架 行星架結(jié)構(gòu)圖例（2）： 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛 性較差。當(dāng)傳動(dòng) 比較小時(shí)，行星 輪軸承安裝在行 星架上。裝配較 方便。 雙臂分開(kāi)式行星架 行星架結(jié)構(gòu)圖例（3）： 用于單件生 產(chǎn)的情形。 焊接結(jié)構(gòu)行星架 行星架結(jié)構(gòu)圖例（4）： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配 方便，軸向尺寸 小。但行星輪屬 懸臂布置，受力 不好，剛性差。 單臂式行星架 主要構(gòu)成： 15—輸入軸 7、14—中心輪 12—行星輪 16—行星架 NGW型單級(jí)行星減速器 行星減速器運(yùn)動(dòng)軌跡模擬圖