内平动齿轮传动运动学分析

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1、第一章绪论平动齿轮传动是一种特殊的少齿差行星齿轮传动，它是在平行曲柄机构原理和行星传动理论基础上开发的一种传动方式，它将平动输入转化为转动输出【1~3】。通常由一对齿轮组成内啮合齿轮副，在齿轮啮合传动中，一个齿轮做定轴转动，另一个齿轮以某一点为圆心做平动。对于内平动齿轮传动来说，就是内齿轮做定轴转动外齿轮做平动，由于做平面运动的外齿轮在齿轮啮合的内部，所以形象地把这种传动形式称之为内平动齿轮传动。1．1研究课题的背景、目的及意义在各种机械传动中，齿轮传动因其传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安全可靠等优点而被广泛应

2、用于各种机器的运动和动力的传递。齿轮成为现代机械不可缺少的基本零件。由于齿轮的设计与制造水平直接影响到机械产品的性能与质量，所以齿轮及齿轮传动水平的高低成了衡量一个国家机械工业水平高低的一个重要标志。我国的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低和使用寿命不长等问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出。国内使用的大型减速器(500kw以上)，多从国外(如丹麦、德国等)进口，花去不少的外汇。60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器，具

3、有传动比大、体积小、机械效率高等优点。但受其传动原理的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。90年代初期，国内出现的三环(齿轮)减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率与体积(或重量)的比值仍然较小。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便

4、。另外，三环减速器的附加动载荷大、啮合冲击力大、振动剧烈、结构复杂和安装不便【4，5】。随着科学技术的进步和发展，现代工业设备特别需要功率大、体积小、传动比范围大、效率高、承载能力强和使用寿命长的传动装置。因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还要在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，内平动齿l内平动齿轮传动运动学分析轮传动原理的出现就是一例。它由北京理工大学张春林教授等人最先提出，并设计出了“内平动齿轮减速器”试验样机(功率2．5kw，传动比f=32)。该减速器属节能型传动装置，除具有三环减速器的优点外，还有着大的功率与重量

5、(或体积)比值、输入轴和输出轴在同一轴线上、既可减速又可增速以及振动小等优点，处于国内领先地位。内平动齿轮传动机构研究起步较晚，还没有形成完善的理论体系和广泛的应用市场。本课题是在圆平动齿轮传动原理的基础上，进行内平动齿轮传动运动机理及参数选择的进一步研究。为内平动齿轮传动装置的整体设计、结构优化和动力学分析奠定良好的基础，为内平动齿轮传动装置的实验研究和应用推广提供理论基础。1．2内平动齿轮传动运动学的研究概况1．2．1内平动齿轮传动机构的发展概况最先提出平动齿轮这一概念的是德国人，他们提出了摆线针轮行星齿轮传动原理【6，7】。由

6、于工艺和精度的限制，这种机构并没有快速发展起来，直到摆线磨床的出现。近些年国外在平动齿轮传动领域进行了一些新的研究，如日本住友重工研制的FA型高精度减速器和美国Alan-Newton公司研制的X．Y减速器，就利用了平动齿轮传动的运动机理。对平动齿轮传动研究，我国处于相对领先的地位。目前，平动齿轮的理论研究、机构设计和实验研究都取得了一些成果。例如：北京理工大学张春林教授、黄祖德教授等首次根据该传动的特点将其命名为平动齿轮传动机构。并通过对平动齿轮传动机构的运动机理进行分析研究，阐述了该机构的组成及机构变异方法，探讨了平动齿轮机构传动

7、比和机械效率的计算方法，导出了计算公式，得出了平动齿轮机构效率与齿轮齿条传动机构效率相当的结论【1,3,9-15】。此后又根据机构的组合原理、演绎原理和同性异形变异原理对内平动齿轮机构的基本型进行演化变异，设计出一种传动比大、机械效率高、尺寸和重量小、结构紧凑、均载性好的新型平动齿轮机构，并对平动齿轮传动机构连续运动条件及重合度方面进行了深入研究【№18】；西北轻工学院张淳教授、西北农业大学梁兆兰等通过取一个齿板为研究对象，在考虑重力、惯性力的情况下建立齿板的力学平衡方程，推导出了行星轴承受力计算公式【19~22】；西北农业大学梁兆

8、兰、重庆大学朱才朝和孙涛、上海交通大学杨建民等通过引入位移协调条件，建立了内齿行星齿轮传动系统的动力分析模型，进行了系统动力学特性的分析[22之8】；对实际机构的一些设计实验，也获得了一些实际成效，如固体润滑、2第一章绪论少齿差传动齿