新型針擺線行星輪減速器的優化設計

董淑婧

（大連科技學院，大連116052）

?

新型針擺線行星輪減速器的優化設計

董淑婧

（大連科技學院，大連116052）

摘要：在分析現有的擺線針輪傳動弱點的基礎上對其進行了優化設計，優化后的新型擺線減速器相比以往擺線輪減速器來說，傳動機構的輸出結構更加簡單、剛性也更好，且基本構件的受力更加平衡，而運動也更加平穩，因此在結合了以往傳動結構的優點如承載能高和傳動比等的基礎上又改善了一些以往的缺點使得整體機構的體積更小、效率更高、運動的平穩性大大挺高且噪聲也得到有效的控制。由于新型擺線針輪行星減速器改善了結構設計使其更加合理、科學和高效，也讓新型減速器拆裝變得簡單便于維修。讓產品的競爭力的競爭力也得到了大大的提升。

關鍵詞：針擺行星減速器優化設計

引言

擺線針輪傳動作為本身一種比較理想的傳動形式在工業部門中得到廣泛的應用，在整個減速器行業中也占有較大比例。但現有的擺線針輪傳動的一些弱點是類似的：針輪固定，擺線輪與針輪形成行星傳動機構，因此另外得有一個單獨的輸出裝置將動力輸出。由此，輸出軸的剛度變低了，而且因為轉臂軸承被設計在行星輪即擺線輪的內部，尺寸上，受行星輪的掣肘，成為降低整個傳動系統承載能力的主要因素之一。環板式三環漸開線減速器的結構由于不是軸對稱的，在傳動過程中產生較大的附加載荷，所以在傳動中它的傳動穩定性不佳且造成的噪聲和震動較大，并且由于結構設計的不合理，使得整個系統的重量明顯增加，提高了生產成本［3］。

圖1 設計前機構視圖

1 優化后的整體結構設計及工作原理

1.1 整體結構設計

針擺行星傳動的結構的示意圖，如圖2所示：

針輪輸出針擺行星傳動減速器，主要由針齒殼1、輸出盤2、柱銷支撐盤支撐軸承3、柱銷支撐盤4、輸入軸5、兩個輸入軸支撐軸承6和19、柱銷7、柱銷套8、四片擺線輪9、13、14和15、針齒10、針齒套11、箱體12、箱蓋16、轉臂軸承17、兩個偏心套18和20、滾針21等主要零部件組成。

圖2 裝配示意圖

針輪輸出針擺行星減速器全部傳動裝置可分為輸入、減速和輸出三部分。在輸入軸上裝有兩個錯位180°的偏心軸套，在偏心套上裝有四個無外圈的圓柱滾子軸承來支撐擺線輪在箱體內部做平面運動，四個擺線輪的中心孔與偏心軸套的中心線對應相重合。擺線輪與針齒輪是通過一整組的針齒相嚙合來傳動的，以組成少齒差內嚙合減速機構，（為了減少摩擦，在減速器中，一般在針齒上都會帶有針齒套，使得滑動摩擦變成滾動摩擦）。

（1）輸入軸。輸入軸為一直軸，并通過兩滾動軸承以兩支點支承在減速器側箱體和中間支板上，在該直軸上裝有四個擺線輪，并由此主動擺線輪通過針輪帶動輸出軸轉動。最初設計時，考慮輸入軸采用與擺線輪三維空間同時受等同的力的平衡聯動的方案：輸入軸作為主動曲柄。但實際設計時發現，由擺線輪聯動時，擺線輪與針輪間必須保證一定的嚙合間隙，這樣就很難保證由從動針輪所帶動的從動件與主動件的同步性。初始方案的另一個缺陷是：現有的加工工藝水平達不到設計的要求。

（2）擺線輪聯動裝置。該部分由一主動擺線輪和從動針組成。當輸入軸轉動時，固連于其上的主動擺線輪輪會同時通過從動針來分別帶動輸出盤轉動，并使固裝于輸入軸上的相位差180°的四片擺線輪做曲線平動［1］，進而帶動針輪轉動，通過輸出軸，將減速后增大的轉矩傳出。由于擺線掄轉動，兩個方向傳輸動力，不會出現過死點的困難。

（3）主動曲軸。在主動曲軸上均裝有兩個相位差180°的雙偏心套，每個偏心套上通過轉臂軸承分別與兩個相位差擺線輪連接，構成相位差180°的主動曲柄，形成輸入軸。因為偏心的主動曲軸轉動帶動擺線輪作平動，從而擺線輪作平動一次，撥針輪針齒一次，帶動針輪轉動輸出。

（4）針輪。在每個偏心套上，兩個相位差180°的擺線輪通過偏心套與相聯，并采用同樣的滾動軸承把主動曲柄支承于減速器箱體上。主動曲柄支點間距離和固定于箱體上的圓柱銷的長度相同，所以圖中每個偏心套上兩個相位差180°的均系于圓柱銷只會做平動的擺線輪。

（5）擺線輪。四個擺線輪，用偏心套固連于輸入軸上。它同時與裝于箱體中能轉動的針輪相嚙合，擺線輪的齒形采用我們經過優化得出的“正等距+正移距”修形的新齒形，可以與針輪達到理想的共軛多齒同時嚙合，不僅傳遞的轉矩更大，而且傳動更加平穩。

（6）箱殼。箱殼由箱體、中間支板和側箱蓋三部分組成。其設計除了要可靠地支撐主動曲柄、輸圓柱銷；便于制造和安裝拆卸；潤滑密封可靠外，比較特殊的地方是：要可靠地保證裝于針輪上的針齒銷孔中的針齒銷不可能沿軸向脫出。為此，在箱體和中間支板上均有一圈環形凸臺，使它們與環板間只留有少量側隙，即能允許擺線輪自由的平動，又能可靠地保證針齒銷不會從針輪上的針齒銷孔內沿軸向脫出。

1.2 工作原理

輸入軸作為動力的輸入零件通過支撐軸承支承在柱銷支撐盤和箱蓋中形成穩定的支撐結構，并通過兩個相位相差180°的偏心套將動力輸送給四片擺線輪；四片擺線輪也是兩兩相位相差180°，并且擺線輪與偏心軸套是同步且同相位，同時通過四個同型號的轉臂軸承進行支撐和動力的傳遞［2］；四片擺線輪在輸入軸（通過偏心套和轉臂軸承）的帶動下進行平面運動，此時，擺線輪又和柱銷進行力的作用，在新型擺線輪減速器中將柱銷設計成了固定件，它的兩端與柱銷支撐盤箱體蓋通過過盈配合來相連接，為了減小摩擦，在柱銷和擺線輪之間加了柱銷套，柱銷和箱體蓋及柱銷盤在一起有效地把擺線輪控制在一定空間內并做平面運動。四片擺線輪在做平面運動的同時與針齒做嚙合傳動以完成針擺行星傳動，同樣在針齒的外側也有針齒套；減速后的針輪再通過輸出法蘭盤將動力輸出，輸出盤和針輪通過螺紋聯接固定在一起，在箱體和針輪之間設計有一圈滾針以支撐整個針輪，箱體通過螺紋聯接將箱蓋固聯并通過相應的密封零件實現減速器工作過程中的密封。

2 優化后的針輪輸出針擺行星輪減速器

新型擺線減速器相比以往擺線輪減速器來說，其傳遞的功率和轉矩明顯得到了很大的提高，但是體積和重量卻只是略微增加，所以在比較中明顯就降低了生產成本，讓產品的競爭力的競爭力也得到了大大的提升。一改以往輸出結構被作為運動部件，而是改成了固定構件，且摒棄了懸臂梁式輸出結構的設計，而是改成更加穩固的多點對稱式的支撐結構，因此原有的輸出機構剛度較小且旋轉精度較低的缺點都被消除了，極大地改善了傳動系統的受力條件，使整個傳動變得更為平穩可靠，以便于傳遞更大的轉矩和功率，也更易于使用在精密傳動的領域中。新型擺線輪傳動機構的輸出結構更加簡單、剛性也更好，且基本構件的受力更加平衡，而運動也更加平穩，因此在結合了以往傳動結構的優點如承載能高和傳動比等的基礎上又改善了一些以往的缺點使得整體機構的體積更小、效率更高、運動的平穩性大大挺高且噪聲也得到有效的控制。由于新型擺線針輪行星減速器改善了結構設計使其更加合理、科學和高效，也讓新型減速器拆裝變得簡單便于維修。

圖3 設計后機構視圖

3 結論

在結構設計上，應當特別說明的是，在本針擺行星傳動中采用兩對相位差180°的平行擺線輪，不但保證了整個傳動機構在運動中的靜平衡，也保證了整個機構的動平衡。

參考文獻

［1］朱孝錄主編.齒輪傳動設計手冊（第二版）.北京：化學工業出版社.2010.

［2］吳宗澤主編.機械設計師手冊.北京：機械工業出版社.2004.

［3］鮑君華.何衛東.李力行.盧琦.針輪輸出擺線針輪行星傳動的研究.中國機械工程.2010年.

Optimization Design of a New Type of Planetary Gear Reducer with Pin

DONG Shujing
（Dalian Institute of Science and Technology, Dalian 116052）

Abstract:Based on analyzing the weakness of existing cycloid drive, optimization design has been carried on. Compared to the previous cycloidal gear reducer, the output structure of the driving mechanism of optimized model of cycloid reducer is more simple, more rigid, more balanced under force; the movement is more stable. In combination of the previous transmission structure advantages such as bearing capacity high transmission ratio, some previous shortcomings are improved to make a smaller overall mechanism with higher efficiency, smooth movement and the noise is controlled effectively. The new cycloid planetary reducer can improve the structure of the design more reasonable, scientific and efficient, also let the new reducer disassembly becomes simple and easy maintenance. The product competitiveness has been greatly improved.

Key words:needle swing planetary reducer, optimal design

基金項目：大連科技學院科研項目（KYZ1420）資助。