新型针摆线行星轮减速器的优化设计

董淑婧

（大连科技学院，大连116052）



新型针摆线行星轮减速器的优化设计

董淑婧

（大连科技学院，大连116052）

摘要：在分析现有的摆线针轮传动弱点的基础上对其进行了优化设计，优化后的新型摆线减速器相比以往摆线轮减速器来说，传动机构的输出结构更加简单、刚性也更好，且基本构件的受力更加平衡，而运动也更加平稳，因此在结合了以往传动结构的优点如承载能高和传动比等的基础上又改善了一些以往的缺点使得整体机构的体积更小、效率更高、运动的平稳性大大挺高且噪声也得到有效的控制。由于新型摆线针轮行星减速器改善了结构设计使其更加合理、科学和高效，也让新型减速器拆装变得简单便于维修。让产品的竞争力的竞争力也得到了大大的提升。

关键词：针摆行星减速器优化设计

引言

摆线针轮传动作为本身一种比较理想的传动形式在工业部门中得到广泛的应用，在整个减速器行业中也占有较大比例。但现有的摆线针轮传动的一些弱点是类似的：针轮固定，摆线轮与针轮形成行星传动机构，因此另外得有一个单独的输出装置将动力输出。由此，输出轴的刚度变低了，而且因为转臂轴承被设计在行星轮即摆线轮的内部，尺寸上，受行星轮的掣肘，成为降低整个传动系统承载能力的主要因素之一。环板式三环渐开线减速器的结构由于不是轴对称的，在传动过程中产生较大的附加载荷，所以在传动中它的传动稳定性不佳且造成的噪声和震动较大，并且由于结构设计的不合理，使得整个系统的重量明显增加，提高了生产成本［3］。

图1 设计前机构视图

1 优化后的整体结构设计及工作原理

1.1 整体结构设计

针摆行星传动的结构的示意图，如图2所示：

针轮输出针摆行星传动减速器，主要由针齿壳1、输出盘2、柱销支撑盘支撑轴承3、柱销支撑盘4、输入轴5、两个输入轴支撑轴承6和19、柱销7、柱销套8、四片摆线轮9、13、14和15、针齿10、针齿套11、箱体12、箱盖16、转臂轴承17、两个偏心套18和20、滚针21等主要零部件组成。

图2 装配示意图

针轮输出针摆行星减速器全部传动装置可分为输入、减速和输出三部分。在输入轴上装有两个错位180°的偏心轴套，在偏心套上装有四个无外圈的圆柱滚子轴承来支撑摆线轮在箱体内部做平面运动，四个摆线轮的中心孔与偏心轴套的中心线对应相重合。摆线轮与针齿轮是通过一整组的针齿相啮合来传动的，以组成少齿差内啮合减速机构，（为了减少摩擦，在减速器中，一般在针齿上都会带有针齿套，使得滑动摩擦变成滚动摩擦）。

（1）输入轴。输入轴为一直轴，并通过两滚动轴承以两支点支承在减速器侧箱体和中间支板上，在该直轴上装有四个摆线轮，并由此主动摆线轮通过针轮带动输出轴转动。最初设计时，考虑输入轴采用与摆线轮三维空间同时受等同的力的平衡联动的方案：输入轴作为主动曲柄。但实际设计时发现，由摆线轮联动时，摆线轮与针轮间必须保证一定的啮合间隙，这样就很难保证由从动针轮所带动的从动件与主动件的同步性。初始方案的另一个缺陷是：现有的加工工艺水平达不到设计的要求。

（2）摆线轮联动装置。该部分由一主动摆线轮和从动针组成。当输入轴转动时，固连于其上的主动摆线轮轮会同时通过从动针来分别带动输出盘转动，并使固装于输入轴上的相位差180°的四片摆线轮做曲线平动［1］，进而带动针轮转动，通过输出轴，将减速后增大的转矩传出。由于摆线抡转动，两个方向传输动力，不会出现过死点的困难。

（3）主动曲轴。在主动曲轴上均装有两个相位差180°的双偏心套，每个偏心套上通过转臂轴承分别与两个相位差摆线轮连接，构成相位差180°的主动曲柄，形成输入轴。因为偏心的主动曲轴转动带动摆线轮作平动，从而摆线轮作平动一次，拨针轮针齿一次，带动针轮转动输出。

（4）针轮。在每个偏心套上，两个相位差180°的摆线轮通过偏心套与相联，并采用同样的滚动轴承把主动曲柄支承于减速器箱体上。主动曲柄支点间距离和固定于箱体上的圆柱销的长度相同，所以图中每个偏心套上两个相位差180°的均系于圆柱销只会做平动的摆线轮。

（5）摆线轮。四个摆线轮，用偏心套固连于输入轴上。它同时与装于箱体中能转动的针轮相啮合，摆线轮的齿形采用我们经过优化得出的“正等距+正移距”修形的新齿形，可以与针轮达到理想的共轭多齿同时啮合，不仅传递的转矩更大，而且传动更加平稳。

（6）箱壳。箱壳由箱体、中间支板和側箱盖三部分组成。其设计除了要可靠地支撑主动曲柄、输圆柱销；便于制造和安装拆卸；润滑密封可靠外，比较特殊的地方是：要可靠地保证装于针轮上的针齿销孔中的针齿销不可能沿轴向脱出。为此，在箱体和中间支板上均有一圈环形凸台，使它们与环板间只留有少量侧隙，即能允许摆线轮自由的平动，又能可靠地保证针齿销不会从针轮上的针齿销孔内沿轴向脱出。

1.2 工作原理

输入轴作为动力的输入零件通过支撑轴承支承在柱销支撑盘和箱盖中形成稳定的支撑结构，并通过两个相位相差180°的偏心套将动力输送给四片摆线轮；四片摆线轮也是两两相位相差180°，并且摆线轮与偏心轴套是同步且同相位，同时通过四个同型号的转臂轴承进行支撑和动力的传递［2］；四片摆线轮在输入轴（通过偏心套和转臂轴承）的带动下进行平面运动，此时，摆线轮又和柱销进行力的作用，在新型摆线轮减速器中将柱销设计成了固定件，它的两端与柱销支撑盘箱体盖通过过盈配合来相连接，为了减小摩擦，在柱销和摆线轮之间加了柱销套，柱销和箱体盖及柱销盘在一起有效地把摆线轮控制在一定空间内并做平面运动。四片摆线轮在做平面运动的同时与针齿做啮合传动以完成针摆行星传动，同样在针齿的外侧也有针齿套；减速后的针轮再通过输出法兰盘将动力输出，输出盘和针轮通过螺纹联接固定在一起，在箱体和针轮之间设计有一圈滚针以支撑整个针轮，箱体通过螺纹联接将箱盖固联并通过相应的密封零件实现减速器工作过程中的密封。

2 优化后的针轮输出针摆行星轮减速器

新型摆线减速器相比以往摆线轮减速器来说，其传递的功率和转矩明显得到了很大的提高，但是体积和重量却只是略微增加，所以在比较中明显就降低了生产成本，让产品的竞争力的竞争力也得到了大大的提升。一改以往输出结构被作为运动部件，而是改成了固定构件，且摒弃了悬臂梁式输出结构的设计，而是改成更加稳固的多点对称式的支撑结构，因此原有的输出机构刚度较小且旋转精度较低的缺点都被消除了，极大地改善了传动系统的受力条件，使整个传动变得更为平稳可靠，以便于传递更大的转矩和功率，也更易于使用在精密传动的领域中。新型摆线轮传动机构的输出结构更加简单、刚性也更好，且基本构件的受力更加平衡，而运动也更加平稳，因此在结合了以往传动结构的优点如承载能高和传动比等的基础上又改善了一些以往的缺点使得整体机构的体积更小、效率更高、运动的平稳性大大挺高且噪声也得到有效的控制。由于新型摆线针轮行星减速器改善了结构设计使其更加合理、科学和高效，也让新型减速器拆装变得简单便于维修。

图3 设计后机构视图

3 结论

在结构设计上，应当特别说明的是，在本针摆行星传动中采用两对相位差180°的平行摆线轮，不但保证了整个传动机构在运动中的静平衡，也保证了整个机构的动平衡。

参考文献

［1］朱孝录主编.齿轮传动设计手册（第二版）.北京：化学工业出版社.2010.

［2］吴宗泽主编.机械设计师手册.北京：机械工业出版社.2004.

［3］鲍君华.何卫东.李力行.卢琦.针轮输出摆线针轮行星传动的研究.中国机械工程.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

基金项目：大连科技学院科研项目（KYZ1420）资助。