活齿传动(原创)

活齿传动概论（大学制造科学与工程学院黄春强10）活齿传动是由K-H-V型少齿差行星齿轮传动演化而成的一种新型传动，它突破了长期以来齿轮传动的传统结构特征,具有体积小，传动比大，承载能力高和抗冲击能力强等特点,因而具有广阔的应用前景。但由于其动态特性差，结构复杂，安装困难,同时引起振动、冲击和噪声等问题，使得活齿传动的推广和应用受大限制,因而活齿传动具有重要的研究价值。关键词：活齿传动少齿差行星齿轮新型传动Overviewofmovableteethtransmission（SchoolofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversityHuangChunqiang10）MovableteethtransmissionisbyK—H—Vevolvedlesstoothdifferencedplanetarygeartransmissionofanewtypeoftransmission.Itbreaksthroughthetraditionalstructurecharacteristicsofthegeardriveforalongtime,withtheadvantagesofsmallvolume,largetransmissionratio,highbearingcapacity.Thusithasbroadapplicationprospects.Butduetoitsdynamiccharacteristicispoor,complexstructure,difficultinstallation,ithassomeproblemssuchasvibration,shockandnoiseatthesametime.Thepopularizationandapplicationofthemovableteethtransmissionisrestrictedlargely,thusmovableteethtransmissionhasimportantresearchvalue.Keywords:MovableteethtransmissionLesstoothdifferencedplanetarygearNewtypeoftransmission一、活齿传动的发展简介机械传动作为机械工业中常用的一种传动方式,其传动机构的性能直接影响和决定了机械的生产效率，工作性能和生产产品质量。随着工业技术向高，精，尖的方向发展,机械传动向高可靠度，高平稳性，高精密，高速，重载，低噪声等方向发展的同时,也由单自由度向多自由度传动机构方向发展;由传统尺度围向微型或巨型传动机构的方向发展;由普通的机械传动与电子学结合向与微电子学、自动控制技术和信息传感技术等进一步融合,都显示了现代机械传动的发展方向.而在这发展过程中,机械传动的主要类型之一的各种齿轮传动的小型化，轻型化，特殊化的应用特别是行星齿轮传动机构的发展则是现代机械传动中主要研究和设计的重点之一,而活齿传动作为最近发展较快的一种传动型式,因其优越的性能受到广大的科技工作者的关注,对其新传动型式及其理论的研究成为一门重要的研究课题活齿传动是由K一H一V型少齿差行星齿轮传动演化而成的一种新型齿轮传动,是一种利用活动的轮齿(活齿)传递两同心轴之间回转运动和动力的机械传动。它突破了长期以来齿轮传动的传统结构特征,改行星齿轮的轮齿与轮体的刚性联接为运动副活动联接,使行星齿轮的全部轮齿成为一组作循环运动的独立运动体,它们通常被称为活齿。活齿与活齿架组成活齿轮。改行星齿轮的行星运动为活齿轮绕固定轴线的转动,并使诸活齿在活齿架的导向槽中按一定的运动规律运动,以实现行星齿轮作行星运动的功能。活齿传动这一结构特征使其在小偏距平行轴间转速变换过程中,省去了少齿差行星齿轮传动必须采用的W运动输出机构,不但有效地克服了采用W运动输出机构给少齿差行星齿轮传动带来的激波器寿命短的问题,而且运动链显著缩短,这给活齿少齿差行星齿轮传动带来了一系列优点。如结构新颖紧凑,多齿啮合,承载能力高,传动比大,传动效率高等特点。所以对活齿传动的研究具有重要的研究价值和广阔的应用前景。活齿传动最初的结构型式是在上世纪30年代由德国人提出。到40年代，他们就把活齿技术应用于汽车的转向技术中。50年代，联学者对活齿传动的一种型式。柱塞传动。进行了理论研究，提出了其运动和力的计算方法。美国学者提出了推杆活齿减速装置及少齿差减速机，分析了传动原理，对传动比和作用力进行了计算，分析了传动性能。70年代，美两国积极开发活齿传动的新型式，联推出。正弦滚珠传动。，美国推出。无齿齿轮传动。都曾引起各国科技工作者的极大兴趣。英国推出的。滑齿减速器。形成了系列产品，并投入国际市场。到了80年代，国际上研究活齿传动更加积极，日本、英国、联邦德国、保加利亚、捷克斯洛伐克等国家先后公布了一些有关活齿传动的专利和发明。进入90年代后，活齿传动理论日臻完善，各国都致力于把活齿传动技术应用于生产实践中，这表明，活齿传动的研究和应用，在国外已经成为行星齿轮研究中相当活跃的领域。出于客观原因，我国对活齿传动的研究起步较晚。从70年代起，我国的科技工作者才开始注意国外活齿传动的发展，并在条件简陋、资料及资金缺乏的条件下研究活齿传动技术，经十几年的开拓，在理论研究和产品开发方而都取得不少成绩，先后推出多种专利技术：变速传动轴承(CN86200923U)，滚轮传动机构（CN85101702A)，滚道减速机(CN86300768U)，密切圆活齿传动，活齿谐波减速机(CN87206444U)，旋转活齿减速机(CN87203751U)，套筒活齿少齿差传动装置(CN87209455U)，摆动活齿减速机(CN2075729U)等。在这些活齿减速机中，推扦活齿减速机和滚柱(钢球)活齿减速机是最早开发出的典型结构，有的活齿减速机形成了工业生产能力，有的还在国际、国获奖，活齿传动理论研究方面也取得不少成果。二、活齿传动的结构类型（l）推杆活齿传动如图（1）所示，推杆活齿传动是活齿传动中出现得最早的一种结构型式我国开发的推杆活齿针轮减速机和变速传动轴承推杆减速机就是推杆活齿传动中具有代表性的结构。这种传动是由激波器驱动一组装于活齿架径向槽中的推杆做径向运动,迫使推杆活齿与齿圈啮合。由于中心轮的齿数与活齿的齿数不等,因此,活齿在啮合时产生周向错齿运动,直接推动活齿架输出运动和动力。传动原理:作为减速器使用时,设中心轮不动,当驱动力输入后,输入轴带动激波器转动,激波器的偏心迫使活齿轮导槽中的各推杆活齿依次作径向外移,当推杆活齿与装在固定的针齿销上的针齿套接触时,推杆活齿受到针齿套的约束,从而使推杆活齿带动与输出轴固联的活齿轮作圆周运动,实现了减速特点是:活齿的结构是推杆,并且由推杆活齿作径向移动实现传动图（1）推杆活齿结构图（2）滚柱活齿结构(2)滚柱活齿传动如图（2）所示，滚子(钢球)活齿传动是活齿传动中最简单的一种结构型式。这种传动是由激波器驱动一组装于活齿架径向槽中的滚子做径向运动,迫使滚子与齿圈啮合。由于中心轮的齿数与活齿的齿数不等,因此,圆柱滚子在啮合时产生周向错齿运动,直接推动活齿架输出运动和动力。传动原理:作为减速器使用时,设中心轮不动,当驱动力输入后,输入轴带动偏心轮激波器转动,激波器半径变化的轮廓曲线产生径向推力,迫使与中心轮工作齿形接触的诸活齿,在沿活齿架径向导槽移动的同时,沿着中心轮工作齿廓滑滚,并通过活齿架的径向导槽推动活齿轮等角速度转动。实现了滚柱活齿传动的转速变化运动。特点是:活齿是圆柱或钢球。(3)套筒活齿传动如图（3）所示，一套筒活齿传动示意图这种传动方式以尺寸较大的圆形套筒作为活齿,以隔离滚子来限定套筒活齿的角向分布而不需要活齿盘,在激波器的驱动下,全部套筒活齿和隔离滚子随偏心盘一起做平面运动,形成一个轮齿可以自转的行星齿轮这个行星齿轮与中心轮相啮合而产生自传,和少齿差行星齿轮传动一样,也需要一个输出机构(W机构)。传动原理:作为减速器使用时,设中心轮不动,驱动力输入后,输入轴带动激波器以等角速度转动,激波器靠径向尺寸变化的外轮廓,推动套筒活齿传动,套筒活齿外圆柱面与固定中心轮凹齿形曲线啮合滚转,带动与套筒活齿圆柱面啮合的柱销运动,柱销又通过活齿架带动输出轴以等角速度减速转动(4)摆动活齿传动如图（4）所示，摆动活齿传动示意图摆动活齿传动是继推杆活齿传动和滚柱活齿传动之后,提出的另一种新型活齿少齿差行星齿轮传动,它的突出特点是把在活齿槽受力强迫滑动的活齿,改为绕活齿架上均匀分布柱销转动的摆动活齿,从而克服了活齿在活齿槽的滑动磨损,提高了传动效率。且其多数零件具有形状简单与工艺性好等优点.有些零件采用了标准件,只有中心轮的齿形曲线是摆动活齿按一定运动规律运动的包络曲线,其曲线形状相对复杂。图（3）套筒活齿结构图图（4）摆动活齿结构图传动原理:当驱动力矩输入后,输入轴带动激波器以等角速度顺时针转动,由于偏J自圆激波器径向尺寸的变化,激波器产生径向推力,迫使与中J已，轮齿廓啮合的诸活齿在活齿架均布的柱销上摆动。与此同时,活齿因受激波器，中心轮高副的约束,在摆动过程中,则摆动活齿通过与中心轮齿廓啮合,推动活齿架以等角速度转动;从以上分析的四种典型的活齿传动来看,活齿传动主要由激波器H，活齿轮G和中心轮K三个基本构件组成。三个构件不同的形式及其组合构成各种性能各异的活齿传动形式。三、活齿传动的特点(1)结构新颖紧凑。活齿传动省去了少齿差行星齿轮减速器，针轮摆线减速器所必须有的W运动输出机构,减速运动通过活齿直接由活齿盘输出。组成活齿减速传动部分的基本构件有三个:激波器，活齿轮和外圈。其中活齿轮和外圈同轴布置,活齿轮放在外圈里面,简化了结构,使传动机构的轴向和径向尺寸都很小,减轻了重量。(2)多齿啮合,承载能力高。活齿轮由活齿和活齿架用移动副或转动副组成,这一结构特点避免了啮合齿轮副轮齿间的相互干涉,能使所有的活齿同时和中心轮齿廓接触,最多可以有一半的活齿参加啮合,承载能力高;多齿啮合使活齿对冲击负荷有较强的承载能力,一般短期超载能力为名义扭矩的250%。活齿传动共扼齿形的连续接触形式,避免了啮入啮出的冲击,传动平稳无噪声。(3)传动比大，围广。活齿传动属于K一H一V型少齿差行星齿轮传动畴,传动比大,单级传动比一般为8~60,双级传动比围一般为64-3600;二齿差活齿传动和封闭型二齿差活齿传动的相继提出,不但使活齿减速器传动比向大，小两个方向扩展,同时扩大了传动比的围。(4)传动效率高。采用活齿以后,输出机构和活齿轮的活齿部分合成一体,使输入轴到输出轴之间的运动链缩短,减少了动力传递损失。活齿和中心轮，激波器，活齿盘之间,组成了一个低副和两个高副,由于采用了针齿，套筒活齿，摆动活齿，组合活齿和转臂轴承等结构,使组成运动副的各运动副元素间有较多的相对滚动,啮合效率高。激波器采用对称结构,使惯性力和作用力得到平衡,减小了传动轴和轴承间的附加动压力,提高了活齿传动的传动效率。一般活齿传动的传动效率随传动比的增加而降低,传动效率一般在70%~95%围四、活齿传动存在的问题(l)动态特性差，结构复杂，安装困难我国目前已开发的活齿传动多属于一齿差活齿传动畴,激波器采用偏心圆凸轮。山于是单相激波器的质心不在回转轴上,高速转动时产生较大的惯性力,并承受单向工作载荷。为平衡惯性力和单向载荷,激波器总采用双排机构,从而使结构复杂。而且激波器采用双排机构后,由于两偏心轮的轴向总有一定的距离,作用于偏心轮的力所引起的颠覆力矩不能被平衡,同时带来了附加力偶矩,因而影响了传动装置的动态特性。而且出现了轴向尺寸增加，装配难度加大，实现小传动比困难等问题。(2)存在较大的振动，噪声，冲击等问题现有的基于偏心轮激波器的活齿传动由于在运动过程中存在着较大的惯性力,这种惯性力作为总载荷作用于机架上,引起振动，冲击和噪声,使其传动性能下降,寿命缩短,从而使得活齿减速器的推广和应用受大限制。(3)不适用于精密机械，大型，超大型重载机