第一章 概述

　　所学专业机制自动化是为了能够让我具备在现代化机械生产中掌握其最基本的相关知识和拥有较强的动手能力，可以将自己所学应用到工业生产上去，如产品开发、产品的结构设计，机器维护等与机械息息相关的产业链上去等高端型技术性人才。

　　此专业是一个交叉学科，其以机械设计与制造为基础，并且将计算机技术如CAD/CAE的应用，自动化控制技术如plc编程技术来达到机器的自行运转，这些技术与其相辅相成，使我们可以去解决更为复杂的问题，以适用现代化对生产设备的需求。

　　本次毕业设计所进行设计的这类减速器就是为了对传统减速器进行适当的改进，以求获得更优越的性能，这种减速器相对于以往来说，具有更大的传动比，更高的传递效率，结构也是更为紧凑，所以这是我所进行设计的目的与任务。

　　1.1发展概述：

　　内平动齿轮传动最先从德国发展开来，它以摆线针轮齿廓传动为基本原理，在这一原理基础上，上世纪六十年代，人们研究出了摆线磨床，这一结果的出现解决了摆线针状齿廓精度不高的问题，这样的研究更能使齿轮传动进行快速有效的发展，上世纪七十年代，人们研究出了齿廓圆弧曲线并用它进行代替原先的摆线，变成了一个新的齿轮副，它的啮合方式是凹凸齿廓内啮合，这一齿轮副的出线，较大程度上提升了齿轮轮齿的强度以及对传递效率有了较大的提高。

　　我国对平动传动装置有了一定的研究，并获得了较为突出的成绩，从很多文献与著作上，我们可以很明显的看出对平动传动方面的研究与探讨，我们将机构组合的演化与机构创新原理一起利用，用于确定平动传动装置的基本结构型式，并通过创新原理进而研究机构的创新结构，其主要是为研究结构紧凑、传动比大、效率高的、承载能力强的新型平动传动装置提供了理论上可以遵循的依据，其中他们对这类传动齿轮的传动比及其啮合效率提出了相对而言比较有效的计算方法，传动装置的效率如果仅仅是利用啮合功率来对其记性分析和计算的话这样是比较片面的，其结果不够有说服度，对于这种传动装置我们需要对其当发生连续啮合这种情况的时候期镍合度是什么情况，而且还对我们对这种传动装置在参数化建模这个方向上进行了一定的指导。让我们有依有据。文献的内容主要是根据机械设计优化理论以及在优化软件的配合下对内平动传动装置的变位系数以及啮合角的几何参数进行计算与分析，以实现对传动装置几何参数进行优化的目的。文献根据齿轮基本啮合原理，给出了不同型式的外齿轮、内齿轮的齿顶圆计算方法，而且针对满足连续传动和避免齿廓重叠干涉的要求，绘制出了相应的不同的但满足要求的设计域，而且给出了针对非标准齿轮的参数化三维建模的方法，根据这些内容可以让我们对内平动齿轮传动装置有着更好的设计。

　　传动装置需要对其进行动力学分析，但起初对其研究还是深深不够的，人们把内平动齿轮传动看的较为简单，认为其仅仅是利用齿轮啮合，轴，轴承的连接组合的简单的运动系统，所以对他的分析也仅仅是对其静力学方面的分析。中世纪，因为对这类传动装置的深入研究与分析，发展势头越来越好，人们开始意识到内平东齿轮传动由于过约束的存在，在刚体动力学方面对其进行分析的时候，所出来的结果是令人们不满意的，而此时人类对于这种传动装置的需求发展迅猛，所以需要对其进行正确的动力学分析，齿轮传动的速率越来越快，但随着速率的加快，惯性力也会的以提高，惯性力在存在的情况下，齿轮的形状将会发生细微的变形，虽然形变不大，但如若以后对其进行力学和运动方面分析的时候得出的结果往往不是我们所期望的，这样便会对齿轮有一定的损伤，慢慢的满足不了使用上的需求，所以由此看来我们还需要对齿轮进行弹性动力学分析，按照发展情形来看，这样可以获得更好的内平动传动装置。

　　即由此，上世纪八十年代末，人们开始从弹性动力学方面入手对齿轮进行分析，但随着弹性动力学这一学科的发展，人们开始把齿轮传动看作为发生弹性形变复杂的振动系统，我们根据这个振动学方面的有关知识对这一复杂振动系统进行研究与分析，以求获得其动力学相关特性，而与此人们开始对齿轮系统振动方面和解决其故障方面的技术进行了重视。

　　在动力学方面对齿轮传动进行分析的时候，建立整体分析模型是第一步，我们所为的是系统的动态方面的相应能够求解出来，文献中给出了三种建立模型的放法，但是应用最多的是集中参数模型建模，之后从能够对传动系统造成影响的方面进行分析，如模型的固有性质、系统位移、动态载荷特性等方面。我们得到的结果将会为齿轮传动动系统力学研究以及结构设计、修改、强度方面的校核以及减少振动的这些各个不同方面进行研究与分析时提供了理论方面有关的依据，所以由此可以看出进行齿轮传动的动力学有关的分析还是十分必要的。

　　1.2 研究方向

　　少齿差行星齿轮传动在迅速的发展中可以应用到越来越多的场合，所以专家开始对齿轮齿型进行分析、对结构进行优化以及其强度进行分析、齿面接触进行分析、动态性能进行分析、传动的效率进行计算，同时在这些方面进行了更加深入的投入以求获得更好的结果，获得更好的新型的少齿差齿轮传动装置。目前，平行轴式少齿差-行星齿轮-传动作为一种新型的连杆行星-齿轮-传动机构，吸引了我国专家的目光并对其进行研究与分析以望可以获得更好的传动装置，像这种类型的传动是以连杆外齿轮为行星轮，采用双曲柄进行功率分流输入，这种内平动传动他们没有输出装置，根据连杆行星齿轮板的数量进行分类有：一环、二环、三环及四环等。这些数量不同对应着不同的结构型式。

　　连杆行星齿轮的运动方式是根据平行四边形连杆的运动进行确定的，故会存在这种运动方式存在的死点问题，死点问题既是当曲轴与行星齿板的俩条中心线在同一水平线上时，此时机构的运动会处于不确定性位置，而此时机构的传动角为0，机构无法运动，所以目前，针对偏曲轴少齿差行星齿轮减速器的研究，也主要是在如何克服死点这个方向进行研究，而与我所做毕业设计有关的方法主要是下面的这种方法。

　　单个曲柄输入会存在有死点位置的问题，如若用双曲柄进行输入，而且两个曲柄都有动力输入，则从动力输入这一方面解决了死点位置的存在;因此，我们可以将动力通过定轴传动传递到偏曲轴上，从而解决死点问题，而且根据这种方式制造出来的少齿差齿轮传动方式有很多种，例如：上世纪五十年代太原工学院研究出来的双曲柄渐开线少齿差传动装、RV减速器被日本和兴松本等人研究出，而他们这些机构的特点都是按照外啮合齿轮将动力传递到偏曲轴上，通过多轴传递，从而解决死点这个问题。这种装置另有一个特点，就是其总传动比的计算等于高速轴传动的传动比与少齿差齿轮传动即低速轴的传动比的乘积，因此我们可以通过更改定轴传动的传动比来更改总的传动比，所以这种方式的少齿差传动装置可以更方便的去适应不同的传动比需求，但是由于在高速轴之间存在刚性传动链俩平行传动，这种传动装置对于精度的要求较高。而且误差对其影响很大。

　　1.3传动特点：

　　(1)新型的内平动传动齿轮具有较大的传动比，而且单级的传动比在数值上也会是一个较大的数值，由于总传动比是高速轴定轴齿轮传动比与低速轴齿轮传动比的乘机，所以就可以通过改变高速级的传动比来达到改变整个传动比的改变，传动比数值改变的方便可以为批量化生产提供先决条件。

　　(2)结构紧密、体积不大、重量轻，而且俩个曲轴就在外齿轮即行星轮的内部，其输出方式是通过外齿轮与内齿轮啮合，直接通过内齿轮输出，不需要使用其他的输出机构。从而对结构进行了简化。

　　(3)偏曲轴少齿差行星齿轮减速器由于外齿轮与内齿轮转向相同，由于转向相同所以内外齿轮的齿廓之间的相对角速度就会减小，这样就会减少因为摩擦而造成的损耗，较一齿环的相比其工作面积大大提高，因此提高了整个机构的传递效率。

　　(4)俩个齿轮即行星轮与内齿轮由于会发生啮合的情况，所以在使用过程中载荷由俩片外齿轮进行承载，这样其承载能力就会大大的提高，又因为内外齿轮是少齿差传动，所以内外齿轮齿型相差微乎甚微，而且啮合的时候，内外齿轮齿轮接触的较多。

　　相比于其它减速器在具备这些特点的时候，它还具有以下的缺点

　　(1)就目前看来，还缺少专业人士对其进行更为深入的探讨与研究

　　(2)对加工和安装的要求都比其它的高

　　(3)存在较大的震动和噪声等问题，尤其是在速度较大、载荷较重的时候，这种情况就会较为突出了。

　　这些缺点都是值得进行探讨与解决的，只有在解决问题中前进，平东齿轮的传动装置才会达到更高的高度，

　　1.4设计目的

　　(1)让我们更好的掌握机械设计相关方面的知识。

　　(2)让我们更好的掌握除却课本以外的扩展知识。

　　(3)让我们可以将课本上的知识用于设计实践当中去。

　　(4)与课本上的知识相辅相成，相得益彰。

　　第二章 少齿差行星齿轮传动

　　2.1偏曲轴少齿差行星减速器的传动原理

　　图1 偏曲轴少齿差行星减速器结构示意图

　　偏曲轴少齿差行星传动是齿轮传动中存在的特殊情况，它的运动原理是利用平行四边形连杆机构的运动与平东歯轮的传动原理，它的设计是根据机械的创新方式之组合创新为理论指导，从而设计出来的一种新型的平东传动机构。

　　其齿轮安装如图1所示，传动部分分为高速级齿轮与低速级平东齿轮，高速级由三个斜齿轮组成，齿轮一为齿轮轴，齿轮2斜齿轮为分流齿轮，高速级由三个少齿差齿轮组成，齿轮3为外齿轮既是行星轮，齿轮4是内齿轮，输出轴与其直接相连。

　　这种减速器的传动原理是动力通过齿轮轴传递到俩个分流齿轮上去，并通过俩个偏曲轴来带动外齿轮根据平行四边形机构做平东同时通过齿轮啮合将动力传递到内齿轮上，其通过与内齿轮连接在一起的输出轴进行输出。

少齿差减速器在设计过程中，我们需要考虑到齿差的大小的问题，若外齿轮的齿数保持不变，当内齿轮变小的时候，齿差也就会变小，而这时他们的传动比也会越来越大，但是齿差如果小到一定程度的话，齿廓重叠干涉将会发生在齿轮不啮合的位置。

　　少齿差齿轮进行正确的啮合以及运转就必须消除齿廓重叠干涉的影响，而我们主要是通过以下俩种方式进行消除

　　(1)考虑齿廓重叠在齿高方向上的消除，具体做法可以通过减小齿顶高来达到选用短齿的目的。

　　(2)考虑齿廓重叠在齿厚方向上的消除，具体做法我们可以通过选用较大的正变位系数从而使外齿轮的齿顶厚度减小，而同时将内齿轮的齿槽宽度增大。

何谓变位系数，再用齿轮滚刀对齿轮进行加工的时候，我们将滚刀进行一段位移在齿轮的径向方向上，这段位移距离我们用模数的倍数来进行表示，其中即为变位系数，而变位又有正变位和负变位之分，我们将刀具标准位置定义为在对标准齿轮进行加工时其刀具所在的位置，加工变位齿轮时，如果刀具相对标准位置向远离齿轮毛培的时候，此时即为正变位，与之相反的即为负变位。

变位齿轮相比于标准齿轮来说，它的一些基本参数都有些许变化，如齿厚、齿高、公法线等。内齿轮副变位与标准也有区别，如：中心距、啮合角等。

　　2.2传动比的计算

　　少齿差齿轮的传动是根据平行四边形连杆机构的运动原理以及内啮合齿轮的传动机理进行运动的，所以可以根据连杆机构的速率确定齿轮的速率从而进行传动比的计算。

　　图2：内平动齿轮副传动比计算示意图

如图所示行星轮的中心O4位于四杆机构的连杆上，由此可看出四杆机构既是行星轮的平东发生器。当平行四边型机构有动力输入时，外齿轮将会以曲柄长度e为半径以内齿轮中心为圆心进行平东，由于行星轮的运动是平东没有转动所以在其上面的点速度大小都会一样，所以外齿轮上的P点和B点的速度大小相同，内齿轮与外齿轮的瞬时啮合点即为P点，而B点是平动齿轮与四杆机构的相交点;我们不妨假设P点的速度为则： (2-1)

(其中、分别平动齿轮、内齿轮的节圆半径)

图中可见内齿轮绕圆心转动所以我们可以计算出在内齿轮上的P点

的速度 (2-2)

又因为，所以 (2-3)

求得 (2-4)

(其中，分别为外齿轮和内齿轮的齿数;)

高速级齿轮传动比 (2-5)

(式中，分别为分流齿轮和齿轮轴上输入齿轮的齿数)

所以总传动比为 (2-6)

　　2.3少齿差传动的特点和应用

　　偏曲轴-少齿差-行星齿轮-减速器的之所以能够进行创新设计是因为我们之前存在了三环减速器这一结构设计的基础，因为我们为了获得更小的结构尺寸而将俩个偏曲轴放入外齿轮的内部，而与此输入动力方面采取分流输入，为了使惯性力矩达到平衡的目的，我们将俩个外齿轮的质量设计成一至而相位角却相差达到180°来进行安装布置，曲柄轴与分流齿轮的链接通过键来进行的链接，这种新型装置我们称呼他为偏曲轴-少齿差-行星齿轮-减速器。

　　我们之所以选择少齿差齿轮传动装置主要是我们需求的传动装置结构尺寸需要尽量的小，为了达到结构尺寸足够的小一些研究者建立了优化的数学模型而建立足够小的结构尺寸就是其单一的优化目标，如若把分度圆体积做为研究者的计算依据这样便可以省去不少麻烦，而如果仅仅是以分度圆直径作为我们的依据的话，齿轮的其他参数就不一定得到满足，如：齿顶高系数、啮合角等一系列系数，由于这些参数不能体现在数学模型中，但对我们齿廓重叠的干涉、重合度等要求确实有明显影响的，而在优化数学模型中我们只能以经验参数来对这些数值进行确定，但这些数值往往是满足不了我们的需求的。

　　但是压力角和齿顶高系数已经确定的情况下，重合度和齿廓不-重叠-干涉-系数被啮合角以及变位系数深深地影响着，二者的变化对其影响的很大，而在对于少齿差行星减速器的参数设计的时候，齿廓不重叠干涉-条件被我们列为首要满足条件，为了满足这一条件我们平时主要是采用齿轮正传动或者是降低齿顶高的系数来达到目的，可是这样做却又有与之相矛盾的地方，我们如果采用正传动的方式这样我们便会使啮合角增大，啮合角的增大就意味着轴承上的径向受力将会增大这样会使轴承的寿命降低，而这一矛盾在我们将体积最小列为单一目标时便会显得尤为突出;采用将齿顶高系数减小的方式，这样便会使传动的重合度降低，进而影响到了传动的承载能力，不过由于在传动过程中存在多齿同时啮合的情况，所以我们往往只需要将重合度设计成满足基本要求并且能够正常运转便足够了，重合度不是太大问题也不是太大。

　　这类减速器目前发展较为迅速，能够应用在机械设备对于传动要求较高的设备当中，目前其可以作为冶金工业部标准当中，也是国家重点项目之一，所以其未来发展趋势，会对解决已存在设备当中的不足进行优化，能为社会带来良好的经济价值。

　　2.4 少齿差传动的设计顺序

　　偏曲轴-少齿差-行星齿轮-传动其齿轮组合是由一对少齿差的内、外齿轮组成的内啮合齿轮副，由于其没有输出机构，其输出是由与内齿轮直接相连的输出轴进行输出的，由于是少齿差传动所以其传动比会比较大，而且这种减速器也是为了获得更小的结构尺寸以求获得紧凑的结构，因此可以看出它的计算往往是会比标准的内齿轮幅困难的。

　　同是齿轮的设计，所以从设计过程来看的话少齿差内齿轮幅的传动设计与标准的还是相似的，传动比的确定往往都是根据使用情况以及载荷情况来进行确定的;结构型式的合理选择也显得尤为重要，其主要是根据减速器对结构的要求和对强度的需求，因此我们便可以确定我们需要使用哪些材料，我们可以通过选取标准模数，来去计算相关的主要的结构尺寸，行星轮与内齿轮的变位系数在这里也是尤为重要的，变位系数的确定在有已知条件的情况下我们可以通过查询内齿轮副界限图来进行确定，而且我们还有可以利用另外一种办法，就是利用迭代法来进行计算以期获得可以满足要求的变位系数，既是齿廓-不重叠-干涉需要大于0.05而且重合度要大于1.1，我们可以通过此来进行确定变位系数。齿轮加工的时候我们还需要选取插齿刀，对其齿数要进行确定还有变位系数，还要求出内齿轮副的几何参数这些都可以根据结构参数和变位系数来进行确定的，不光如此我们还需要对主要零部件进行强度方面的校核，以期能够达到使用方面的要求，最终我们需要在参数确定的情况下来进行减速器的三维建模。