行星齿轮传动及行星齿轮减速器

引言：机器人设计时要求其驱动装置及其传动装置质量轻，并具有较大的功率质量比。为此机器人所使用的传动机构要求质量轻且输出功率大。行星齿轮传动是一种具有动轴线的齿轮传动，可用于减速、增速和差动装置。行星齿轮传动和圆柱齿轮传动相比具有质量轻、体积小、传动比大、效率高等优点。缺点是结构复杂，精度要求较高。第1页/共42页第一页，共43页。一、周转轮系的组成

第2页/共42页第二页，共43页。1．定义：

周转轮系：轮系中如果至少有一个齿轮的轴线绕另一个齿轮的轴线转动，这个轮系则为周转轮系。行星轮：既绕自身轴线旋转又绕公共轴线旋转的齿轮称为行星轮。

中心轮K：齿轮的中心线固定并与主轴线重合，且与行星齿轮相啮合的齿轮称为中心轮。行星架H（系杆）：支承行星轮的构件称为行星架或系杆。第3页/共42页第三页，共43页。周转轮系图例：主要构成：1、3—中心轮2—行星轮H—系杆a）中心轮均不固定—差动轮系b）一个中心轮固定——行星轮系第4页/共42页第四页，共43页。

2．周转轮系的构成：

周转轮系由行星轮、中心轮K、行星架H和机架构成。周转轮系中凡是轴线与主轴轴线重合，并承受外力矩的构件称为基本构件。如：中心轮、系杆等。第5页/共42页第五页，共43页。二、周转轮系的分类

第6页/共42页第六页，共43页。1．按周转轮系的自由度分：

差动轮系：若周转轮系的自由度为2，则称其为差动轮系。亦即该轮系有两个独立运动的主动件。行星轮系：若周转轮系的自由度为1，则为行星轮系。这种轮系只有一个独立运动的主动件。附：机构的自由度：指机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。

第7页/共42页第七页，共43页。2．按基本构件的组成分：

2K-H型周转轮系：轮系中有两个中心轮。3K型周转轮系：轮系中有三个中心轮，行星架只是起支承行星轮的作用。K-H-V行星轮系：轮系中只有一个中心轮，其运动是通过等角速机构由V轴输出。第8页/共42页第八页，共43页。周转轮系分类图例(1)：2K-H型周转轮系第9页/共42页第九页，共43页。周转轮系分类图例(2)：3K型行星轮K-H-V型行星轮第10页/共42页第十页，共43页。三、周转轮系传动比的计算

第11页/共42页第十一页，共43页。1．定轴轮系传动比的计算：所有齿轮中心线是固定的。运动输入运动输出第12页/共42页第十二页，共43页。2．周转轮系传动比计算基本思想：

由于周转轮系中有行星轮，故其传动比不能直接用定轴轮系传动比的公式进行计算。但是如果把轮系中的行星架相对固定，即将周转轮系转化为定轴轮系，就可以借助该转化机构按定轴轮系的传动比公式进行周转轮系传动比的计算。这种方法称为反转法或机构转化法。第13页/共42页第十三页，共43页。3．周转轮系传动比计算公式推导（1）：

如图所示的周转轮系中，各构件在原机构和转化机构中的角速度如下表所示：

构件

周转轮系中角速度

转化轮系中角速度1ω1

ω1H=ω1-ωH2ω2

ω2H=ω2-ωH3ω3

ω3H=ω3-ωHHωHωHH=ωH-ωH=0第14页/共42页第十四页，共43页。转化轮系公式推导图例：第15页/共42页第十五页，共43页。3．周转轮系传动比计算公式推导（2）：转化轮系传动比的计算公式为：第16页/共42页第十六页，共43页。3．使用转化轮系传动比公式注意事项：

只适合于转化轮系中首末两轮轴线平行的情况。

表达式齿数比前的正负号表示的含义是：“+”表示转化轮系中首末两轮转向相同，“-”表示首末两轮转向相反。它影响着各构件角速度之间的数量关系。

式中各角速度均表示代数值。计算时要带符号运算。第17页/共42页第十七页，共43页。示例：

如图所示轮系中，已知z1=100，z2=101，z3=100，z4=99，求iH1第18页/共42页第十八页，共43页。示例解答（1）：从图中可以看出，只有一个独立的主运动中心轮，因而是行星轮系。且n4=0。运用转化机构公式进行计算：∵有：第19页/共42页第十九页，共43页。示例解答（2）：第20页/共42页第二十页，共43页。四、行星轮系中各轮齿数的确定

设计行星轮系时，行星轮系中各轮齿数的选配要满足以下四个条件：第21页/共42页第二十一页，共43页。1．满足传动比条件：

因为轮系中有：

i1H=1+z3/z1∴z3/z1=i1H-1第22页/共42页第二十二页，共43页。2．满足同心条件：

要保证两个中心轮与行星架的回转轴线重合。d1=mz1，d2=mz2，d3=mz3

且d3/2=d2+d1/2∴z3=z1+2z2第23页/共42页第二十三页，共43页。3．满足安装条件：

为了平衡轮系中的离心惯性力，减少行星架的支承反力，减轻轮齿上的载荷，一般采用多个行星轮均布在两个中心轮之间。因此行星轮的数目与各轮齿数之间必须满足一定的关系。即：式中的k为行星轮的个数，N为整数。含义是两个中心轮的齿数和应为行星轮个数的整数倍。第24页/共42页第二十四页，共43页。满足安装条件图例：第25页/共42页第二十五页，共43页。4．满足邻接条件：

多个行星轮装入两个中心轮之间，应保证相邻两行星轮之间不发生干涉。应满足：（z1+z2）sin（180°/k）＞z2+2ha※第26页/共42页第二十六页，共43页。五、太阳轮、行星轮、行星架常见结构第27页/共42页第二十七页，共43页。1．太阳轮结构：

当太阳轮不浮动时，可简支安装或悬臂安装第28页/共42页第二十八页，共43页。2．行星轮结构：

中、低速行星齿轮传动：常用的行星轮结构如图。常采用滚动轴承支承。当传动比较大，行星轮的直径较大时：轴承可安装在行星轮孔内。这样可以减小传动的轴向尺寸，并使装配结构简化。在行星孔内装两个轴承时，应尽量使轴承之间的距离增大。当行星轮内装轴承的尺寸不够时：可将轴承装在行星架上。高速重载的行星传动：可采用滑动轴承。第29页/共42页第二十九页，共43页。行星轮图例（1）：第30页/共42页第三十页，共43页。行星轮图例（2）：第31页/共42页第三十一页，共43页。行星轮图例（3）：第32页/共42页第三十二页，共43页。行星轮图例（4）：第33页/共42页第三十三页，共43页。3．行星架结构：

分为双臂整体式、双臂分离式和单臂式三种结构。

第34页/共42页第三十四页，共43页。行星架结构图例（1）：双臂整体式行星架结构刚性较好，行星轮的轴承一般安装在行星轮内。第35页/共42页第三十五页，共43页。行星架结构图例（2）：双臂分开式行星架结构较复杂，刚性较差。当传动比较小时，行星轮轴承安装在行星架上。装配较方便。第36页/共42页第三十六页，共43页。行星架结构图例（3）：焊接结构行星架用于单件生产的情形。第37页/共42页第三十七页，共43页。行星架结构图例（4）：单臂式行星架结构简单，装配方便，轴向尺寸小。但行星轮属悬臂布置，受力不好，刚性差。第38页/共42页第三十八页，共43页。NGW型单级行星减速器主要构成：15—输入轴7、14—中心轮12—行星轮

16—行星架

第39页/共42页第三十九页，共43页。行星减速器运动轨迹模拟图第40页/共42页第四十页，共43页。作业：参见补充讲义P16，试分析NGW型单级行星减速器的主要构成（指出构件名称及相应序号）；运动从哪个零部件输入和输出；该减速器的传动型式（主动件、从动件、固定件）；行星轮在行星架上的安装方式。第41页/共42页第四十一页，共43页。感谢您的观看！第42页/共42页第四十二页，共43页。内容总结引言：。机器人设计时要求其驱动装