摆线钢球行星传动研究

【摘要】： 在阅读大量文献资料的基础上，根据少齿差行星传动和活齿行星传动的研究 和发展现状，在国内，首次较深入系统地研究开发了具有良好性能和应用前景的 新型机械传动—摆线钢球行星传动。 研究分析了摆线钢球行星传动行星盘、中心盘和钢球组成的钢球摆线槽端面 啮合副、钢球环形槽端面啮合副组成的等速输出机构及间隙调节机构等结构组成 原理。分析介绍钢球摆线槽啮合副、钢球环形槽啮合副实现同轴间速度变换的传 动原理。对摆线钢球行星传动进行了较全面的类型分析。 根据摆线钢球行星传动的结构组成原理和啮合传动原理，研究了构成钢球摆 线槽端面啮合副的内、外摆线理论齿形和实际齿廓的形成方法，并分别推导出内 外摆线理论齿形和实际齿廓的直角坐标方程和复数矢量方程。研究分析行星盘、 中心盘和钢球间的行星运动关系并推导出钢球运动位置的直角坐标方程和复数矢 量方程。根据微分几何知识，分别推导出内、外摆线理论齿形和实际齿廓的曲率、 曲率半径、主曲率及主曲率半径的方程式，并绘制了内、外摆线理论齿形和实际 齿廓曲线及理论齿形的曲率半径变化曲线。 研究分析了内、外摆线齿形与钢球啮合的定传动比传动特性、正确啮合传动 条件和实际齿廓连续啮合传动条件及其影响因素。并分析推导出各种型式摆线钢 球行星传动的传动比计算公式。根据啮合副结构和钢球运动状态，分析论证了摆 线钢球行星传动的无回差传动、重合度大和啮合效率高等重要传动特性。 创造性地研究并建立了多钢球啮合并且每个钢球多点接触的钢球摆线槽啮合 副和钢球环形槽啮合副的空间受力分析模型，利用力学中超静定的变形协调条 件，研究分析并分别推导出摆线槽啮合副的作用力及环形槽合副的作用力计算公 式。分析了转臂轴承与行星盘的作用力。研究分析推出内、外摆线槽实际齿廓的 压力角计算公式并绘制出压力角变化曲线。 分析确定摆线钢球行星传动的强度薄弱环节及主要失效形式。在力分析的基 础上，利用齿形综合理论和赫兹应力理论，分析计算了内、外摆线槽实际齿廓及 环形槽合副的接触疲劳强度，并绘制了内外摆线内、外侧实际齿廓的最大应力变 化曲线。 研究建立了一、二级摆线钢球行星传动的动平衡分析计算模型，推导出相应 的动平衡方程式，并结合实例进行动平衡结构设计。研究分析了封闭型摆线钢球 行星传动的封闭功率，并明确封闭功率和功率流的概念及其影响作用，建立封闭 功率的分析模型，推导出封闭功率的计算公式并进行实例计算，分析形成封闭功 率流和影响传动封闭功率大小的结构参数因素和条件。 对起着关键作用的无隙摆线槽啮合副和环形槽啮合副进行结构设计，研究分 析两啮合副结构形式和主要结构参数对传动的影响。分析等速输出机构的类型和 特性，并研究设计钢球环槽等五种无隙等速输出机构结构型式，讨论了等速输出 机构的不同安装位置对传动的影响。为保证无回差传动的性能，研究设计了有级 蒸山大学工学博士学位论文 调节和无级调节等四种间隙调节机构并分析各种间隙调节机构的特性，根据传动 的输出力矩（或输入功率）推导出间隙调节力矩的理论计算公式。研究了摆线钢球 。行星传动关键零部件如内外摆线槽、环形梧和偏心轴的加工制造方法以及加工制 造过程中应注意的问题，总结出摆线钢球行星传动机构的设计步骤，并加工制造 出一台传动机构样机。