行星齒輪傳動及 行星齒輪減速器 引言： 機器人設(shè)計時要求其驅(qū)動裝置及其傳動 裝置質(zhì)量輕，并具有較大的功率質(zhì)量比。 為此機器人所使用的傳動機構(gòu)要求質(zhì)量 輕且輸出功率大。 行星齒輪傳動是一種具有動軸線的齒輪 傳動，可用于減速、增速和差動裝置。 行星齒輪傳動和圓柱齒輪傳動相比具有 質(zhì)量輕、體積小、傳動比大、效率高等 優(yōu)點。缺點是結(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齒輪的軸線繞另一個齒輪 的軸線轉(zhuǎn)動，這個輪系則為周轉(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 輪相嚙合的齒輪稱為中心輪。 行星架H（系桿）： 支承行星輪的構(gòu)件稱為行星架或系桿。 周轉(zhuǎn)輪系圖例： a）中心輪均不 固定—差動輪系 主要構(gòu)成： 1、3—中心輪 2—行星輪 H—系桿 b）一個中心輪固 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)件稱為 基本構(gòu)件。如：中心輪、系桿等。 二、周轉(zhuǎn)輪系的分類 1．按周轉(zhuǎn)輪系的自由度分： 差動輪系： 若周轉(zhuǎn)輪系的自由度為2，則稱其為差動輪系。 亦即該輪系有兩個獨立運動的主動件。 行星輪系： 若周轉(zhuǎn)輪系的自由度為1，則為行星輪系。這種 輪系只有一個獨立運動的主動件。 附：機構(gòu)的自由度： 指機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所具有的獨立運動 的數(shù)目。 2．按基本構(gòu)件的組成分： 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系： 輪系中有兩個中心輪。 3K型周轉(zhuǎn)輪系： 輪系中有三個中心輪，行星架只是起支承 行星輪的作用。 K-H-V行星輪系： 輪系中只有一個中心輪，其運動是通過等 角速機構(gòu)由V軸輸出。 周轉(zhuǎn)輪系分類圖例(1)： 2K-H型周轉(zhuǎn)輪系 周轉(zhuǎn)輪系分類圖例(2)： 3K型行星輪 K-H-V型行星輪 三、周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算 1．定軸輪系傳動比的計算： 所有齒輪中心 線是固定的。 運動輸入 i n1 15 n5 z2 z3 z4 z5 z1z2 z3 z4 運動輸出 2．周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算基本思想： 由于周轉(zhuǎn)輪系中有行星輪，故其傳動 比不能直接用定軸輪系傳動比的公式 進行計算。但是如果把輪系中的行星 架相對固定，即將周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定 軸輪系，就可以借助該轉(zhuǎn)化機構(gòu)按定 軸輪系的傳動比公式進行周轉(zhuǎn)輪系傳 動比的計算。這種方法稱為反轉(zhuǎn)法或 機構(gòu)轉(zhuǎn)化法。 3．周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算公式推導(dǎo)（1）： 如圖所示的周轉(zhuǎn)輪系中，各構(gòu)件在原機構(gòu)和轉(zhuǎn) 化機構(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)輪系傳動比計算公式推導(dǎo)（2）： 轉(zhuǎn)化輪系傳動比的計算公式為： i1Hk 1 H k H n1 nH Z2 Zk nk nH Z1 Zk1 3．使用轉(zhuǎn)化輪系傳動比公式注意事項： 只適合于轉(zhuǎn)化輪系中首末兩輪軸線平行 的情況。 表達式齒數(shù)比前的正負號表示的含義是： “+”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。計算時要 帶符號運算。 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，只有一個獨立的主運 動中心輪，因而是行星輪系。且n4=0。 運用轉(zhuǎn)化機構(gòu)公式進行計算： ∵ 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)計行星輪系時，行星輪系中各輪 齒數(shù)的選配要滿足以下四個條件： 1．滿足傳動比條件： 因為輪系中有： 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 多個行星輪均布在兩個中心輪之間。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為行星輪的個數(shù)，N為整數(shù)。含義是 兩個中心輪的齒數(shù)和應(yīng)為行星輪個數(shù)的整數(shù) 倍。 滿足安裝條件圖例： 4．滿足鄰接條件： 多個行星輪裝入兩個中心輪之間，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、太陽輪、行星輪、行星架常見結(jié)構(gòu) 1．太陽輪結(jié)構(gòu)： 當太陽輪不浮動時，可簡支安裝或 懸臂安裝 2．行星輪結(jié)構(gòu)： 中、低速行星齒輪傳動：常用的行星輪結(jié) 構(gòu)如圖。常采用滾動軸承支承。 當傳動比較大，行星輪的直徑較大時：軸 承可安裝在行星輪孔內(nèi)。這樣可以減小傳 動的軸向尺寸，并使裝配結(jié)構(gòu)簡化。在行 星孔內(nèi)裝兩個軸承時，應(yīng)盡量使軸承之間 的距離增大。 當行星輪內(nèi)裝軸承的尺寸不夠時：可將軸 承裝在行星架上。 高速重載的行星傳動：可采用滑動軸承。 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。當傳動 比較小時，行星 輪軸承安裝在行 星架上。裝配較 方便。 雙臂分開式行星架 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型單級行星減速器 行星減速器運動軌跡模擬圖