1.3 行星傳動(dòng)的均載技術(shù)
行星齒輪傳動(dòng)之所以具有承載能力高、外廓尺寸小、重量輕先進(jìn)許多優(yōu)點(diǎn)并得以下不斷發(fā)展，主要是由于它采用了“功率分流”式的結(jié)構(gòu)形式，并且充分地利用了內(nèi)嚙合傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。所謂“功率分流”，就是用幾個(gè)完且相同的行星輪均勻地分布在太陽(yáng)輪的周圍，共同分擔(dān)載荷。然而，使用經(jīng)驗(yàn)證明，行星輪間的載荷分配是不均勻的。這是由于不可避免的制造和安裝誤差、載荷作用下各構(gòu)件所產(chǎn)生的有害的彈性變形、慣性力和摩擦力等因素的影響造成的。這些因素的存在使得傳運(yùn)過(guò)程中行星輪間的載荷分配和沿嚙合齒寬載荷分布的均勻傳遞動(dòng)力的作用，即各個(gè)行星輪之間的載荷分配不均勻，這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響著承損壞，從而縮短其使用壽命，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工作情況異常甚至出現(xiàn)事故。研究表明，齒輪的制造和安裝誤差對(duì)行星齒輪均載的影響較大，因此，行星輪之間的載荷均勻分配一直是國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者研究的一個(gè)重要課題。在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)時(shí)必須充分考慮行星輪間的載荷分配的不均勻性。
行星齒輪傳動(dòng)的均載方法及開發(fā)的典型均載裝置如下：
1.提高制造精度，嚴(yán)格控制公差，保證行星輪間均載這是一種用高精度的齒輪和提高其它主要構(gòu)件的精度來(lái)達(dá)到行星輪間載荷均勻分配的方法。制造和裝配都比較困難，且成本高。實(shí)際應(yīng)用時(shí)僅對(duì)那些不能疏忽的尺寸才用高精度加以控制。
2.“柔性浮動(dòng)自位”保證行星輪間均載這是一種依靠浮動(dòng)構(gòu)件（基本構(gòu)件的之一或之二）在各嚙合處作用力作用下移動(dòng)到它達(dá)到平衡的位置，從而實(shí)現(xiàn)行星輪間載荷均衡分配的目的。這種靠增加系統(tǒng)內(nèi)的附加自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)的均載，與系統(tǒng)的制造誤差無(wú)關(guān)，均載效果好。國(guó)際上流行的德國(guó)的BHS均載機(jī)構(gòu)和Renk均載機(jī)構(gòu)以及捷克的SKODA 均載機(jī)構(gòu)屬于此類
3.調(diào)整行星輪位置保證行星輪間均載調(diào)整行星輪位置以實(shí)現(xiàn)行星輪間載荷均勻分配的方法有：
（1）用彈性件支承行星輪以調(diào)整行星輪位置這是一種在行星輪孔與行星輪軸之間或行星輪軸與行星輪軸孔之間放入彈性材料，在行星輪載荷的作用下，彈性材料會(huì)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)淖冃�，此變形使各行星輪承�?dān)其應(yīng)有的一份載荷，從而使行星輪間載荷均勻分配得到保證。英國(guó)的C.O.G均載機(jī)構(gòu)和德國(guó)的Voith 均載機(jī)構(gòu)屬于此種。
（2）用聯(lián)動(dòng)絲杠調(diào)整行星輪位置將行星輪安裝在具有偏心的行星輪軸上，通過(guò)聯(lián)動(dòng)絲杠使行星輪位置可調(diào)，即均載是通過(guò)系統(tǒng)中附加的自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。美國(guó)的SGP均載機(jī)構(gòu)則具有代表性。
（3）用厚油膜彈性作用調(diào)整行星輪位置利用軸承的動(dòng)壓原理，使行星輪孔與自由中間輪間形成厚油膜實(shí)現(xiàn)行星輪浮動(dòng)，其油膜厚度比普通滑動(dòng)軸承的油膜厚度大兩倍多，厚油膜的彈性功能對(duì)均載起重要作用，并可減振緩沖。日本的IMT均載機(jī)構(gòu)便是其中的典型代表。
4.中心輪本身彈性變形保證行星輪間均載將太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈設(shè)計(jì)成在嚙合力作用下能產(chǎn)生較大彈性變形的零件，靠其柔性使行星輪間載荷均勻分配。瑞士的Maag均載機(jī)構(gòu)屬于此種。
由上面的分析可看出，使各行星輪之間載荷分配均勻的方法，除了提高零、部件的制造、安裝精度外，一般是采用均載機(jī)構(gòu)。均載機(jī)構(gòu)是在保證各零件有較高制造精度的同時(shí)，在設(shè)計(jì)上采用能夠補(bǔ)償制造和安裝誤差、使各行星輪均衡分擔(dān)載荷的機(jī)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)均載既簡(jiǎn)單又有效的途徑。
目前，在行星傳動(dòng)中廣泛采用的均載機(jī)構(gòu)有彈性支撐均載機(jī)構(gòu)和油膜浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu)。均載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提是根據(jù)誤差分析確定裝置基本構(gòu)件的最大浮動(dòng)量。
彈性件支撐均載機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，不僅作為減速器的均載裝置，而且用于飛機(jī)、汽輪機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備上時(shí)優(yōu)勢(shì)也十分突出。文獻(xiàn)將彈性波紋均載環(huán)置于行星輪支撐軸或行星傳動(dòng)的輸出軸或輸入軸的軸承座孔和軸承外圈之間，利用零件受力時(shí)的彈性變形補(bǔ)償制造和安裝誤差，實(shí)現(xiàn)了行星傳動(dòng)的均載和減振。文獻(xiàn)提出了一種行星輪彈性均載機(jī)構(gòu)可用于多行星齒輪傳動(dòng)，所做的六行星輪彈性均載環(huán)的載荷均載實(shí)驗(yàn)測(cè)得載荷分配不均勻系數(shù)為1.29。文獻(xiàn)又提出了適用于多行星輪行星傳動(dòng)的等強(qiáng)度環(huán)均載機(jī)構(gòu)，它是利用構(gòu)件或油膜的彈性實(shí)現(xiàn)均載，由于均載的效果主要取決于彈性件或油膜的剛度，而過(guò)分降低剛度又受到強(qiáng)度的制約，采用等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的彈性環(huán)可使均載機(jī)構(gòu)在滿足強(qiáng)度條件下獲得最大的柔度，對(duì)改裝后的六行星輪NGW92-8行星減速器的等強(qiáng)度環(huán)均載機(jī)構(gòu)所做的實(shí)驗(yàn)測(cè)得等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的彈性環(huán)均載機(jī)構(gòu)的載荷分配不均勻系數(shù)為1.253，較文獻(xiàn)中的等強(qiáng)度均載環(huán)的載荷分配不均勻系數(shù)1.29 要小，這說(shuō)明等強(qiáng)度均載環(huán)的結(jié)構(gòu)更為合理。該均載機(jī)構(gòu)可用于載荷分配誤差在±30％以內(nèi)的各種工況。文獻(xiàn)將太陽(yáng)輪浮動(dòng)與剛掛柔性內(nèi)齒圈相結(jié)合的均載機(jī)構(gòu)用于1000kw風(fēng)機(jī)減速器，分析和均載測(cè)試結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)能達(dá)到令人滿意的均載效果，推廣價(jià)值較高。
代表世界先進(jìn)水平的油膜浮動(dòng)均載裝置以其結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、成本低、安裝方便、減振性能好、對(duì)選用的行星輪數(shù)目不限、高低速行星傳動(dòng)均可采用、工作平穩(wěn)、均載效果好等一系列優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外許多生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)的重視。這是一種日本高橋崇等人發(fā)明的并取得多國(guó)專利的均載裝置，是利用厚油膜彈性作用使行星輪浮動(dòng)實(shí)現(xiàn)均載的，國(guó)外許多廠家（如日本的東洋精機(jī)）已用此項(xiàng)發(fā)明生產(chǎn)了許多用于船舶蒸汽輪機(jī)、工業(yè)用齒輪減速器、甲板起重機(jī)減速器等裝置。由于該專利的關(guān)鍵技術(shù)資料十分保密，這引起許多國(guó)家探索其奧秘的興趣。這種均載方式是基于滑動(dòng)軸承理論，在行星輪與行星輪軸承（或心軸）之間裝入一中間環(huán)，該環(huán)與行星輪孔之間留有徑向間隙并儲(chǔ)有潤(rùn)滑油。當(dāng)傳動(dòng)時(shí)，行星輪與中間環(huán)以同一方向、同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并承受方向相同的載荷，這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)使它們之間形成了厚油膜實(shí)現(xiàn)行星輪浮動(dòng)，厚油膜較普通滑動(dòng)軸承的油膜厚度大的多。當(dāng)行星輪間載荷分配不均衡時(shí)，徑向力大時(shí)其油膜厚度相對(duì)最小，油楔夾角也隨之減小，即各行星輪對(duì)心軸產(chǎn)生不等量的位移從而實(shí)現(xiàn)均載。其原理如圖1-5所示。
在行星傳動(dòng)的各種制造誤差中，行星輪的偏心誤差和行星架的孔距誤差對(duì)載荷均布的影響最大，由于油膜浮動(dòng)均載方式可使行星輪實(shí)現(xiàn)各自的直接浮動(dòng)，因而均載效果很好。此外，由于行星輪可以軸向竄動(dòng)，因此，也補(bǔ)償誤差實(shí)現(xiàn)均載。
文獻(xiàn)根據(jù)無(wú)限長(zhǎng)動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的Reynolds方程，導(dǎo)出了行星齒輪厚油膜的設(shè)計(jì)計(jì)算式，并繪制出了有關(guān)的設(shè)計(jì)圖線，使厚油膜均載的設(shè)計(jì)工作變的簡(jiǎn)單易行。文獻(xiàn)在對(duì)行星輪浮動(dòng)量和均載機(jī)構(gòu)均載導(dǎo)納分析的基礎(chǔ)上，建立了油膜浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算模型，設(shè)計(jì)的端面拔銷式六行星輪油膜浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu)的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)得載荷不均勻系數(shù)為1.38，與理論計(jì)算較吻合。文獻(xiàn)用有限差分法對(duì)有限長(zhǎng)動(dòng)壓軸承的二維Reynolds方程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助求解，得出了油膜壓力分布、偏位角和偏心率的數(shù)值解，導(dǎo)出了油膜剛度表達(dá)式，給出了油膜剛度與外載荷、潤(rùn)滑油粘度、轉(zhuǎn)速、寬徑比以及半徑間隙之間的關(guān)系曲線，以及選取最佳半徑間隙和計(jì)算均載系數(shù)的方法，分析了行星傳動(dòng)油膜浮動(dòng)的均載特性及應(yīng)用條件。
由于受到油膜厚度的限制，油膜浮動(dòng)均載方式只適用于傳動(dòng)的制造精度較高、誤差較小的場(chǎng)合；如果誤差過(guò)大，就不能通過(guò)油膜的彈性變形來(lái)補(bǔ)償誤差，實(shí)現(xiàn)均載。
1.4 齒輪傳動(dòng)與行星傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)研究
齒輪傳動(dòng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著舉足輕重的作用，其性能的優(yōu)劣，直接影響工業(yè)生產(chǎn)。隨著科技的發(fā)展，高速、重載等各種工況的復(fù)雜齒輪傳動(dòng)越來(lái)越多地被用于各類傳動(dòng)中，也使得齒輪系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題日趨嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)過(guò)較嚴(yán)重的毀機(jī)事故，振動(dòng)在降低機(jī)器的承載能力和壽命的同時(shí)，還產(chǎn)生有害的噪聲，危害環(huán)境。為了解決上述問(wèn)題，人們對(duì)以齒輪系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲特性為主要內(nèi)容的齒輪動(dòng)力學(xué)開展了廣泛的研究工作，并取得了一系列成果，促進(jìn)了這一領(lǐng)域的發(fā)展。
齒輪振動(dòng)使得動(dòng)載荷增大，甚至導(dǎo)致齒輪的損壞。齒輪傳動(dòng)中的動(dòng)載問(wèn)題一直是決定傳動(dòng)性能優(yōu)劣的最重要因素。文獻(xiàn)提出了傳動(dòng)系統(tǒng)的速度影響輪齒的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)載荷；文獻(xiàn)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)載荷響應(yīng)的計(jì)算也得出動(dòng)態(tài)載荷取決于運(yùn)動(dòng)速度的結(jié)論；文獻(xiàn)認(rèn)為，輪齒嚙合的接觸點(diǎn)沿著漸開線齒廓移動(dòng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)該考慮為運(yùn)動(dòng)載荷位置和運(yùn)動(dòng)速度的函數(shù)。文獻(xiàn)建立了可用來(lái)分析靜態(tài)或動(dòng)態(tài)直齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷的數(shù)學(xué)模型，并指出輪齒嚙合剛度極有可能是影響輪齒動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵因素。文獻(xiàn)分析了傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，考慮了嚙合的彈性變形和嚙合力，提出了一種預(yù)測(cè)振動(dòng)響應(yīng)的通用方法。文獻(xiàn)對(duì)高精度直齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；文獻(xiàn)分別計(jì)算了嚙合輪齒的變形和應(yīng)力；文獻(xiàn)在考慮齒形誤差和彈性變形引起的共扼接觸點(diǎn)切向位置變化的影響后，導(dǎo)出了確定齒輪動(dòng)載的方程；文獻(xiàn)提出了影響齒輪動(dòng)態(tài)載荷的因素，包括：軸的剛度和慣性力、周期性波動(dòng)的載荷和動(dòng)力源、輪齒的剛度和輪齒的誤差等。文獻(xiàn)指出，在傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)載荷隨著輸入轉(zhuǎn)速的增加而增加，在超過(guò)系統(tǒng)的固有頻率后，則隨著輸入轉(zhuǎn)速的增加而急劇降低。齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為通常表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)的耦合。在研究齒輪系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，人們多采用一維或二維模型的分析模型，即扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析是分別進(jìn)行的。文獻(xiàn)建立了齒輪副模糊動(dòng)態(tài)傳遞誤差的概念，并求解了單自由度齒輪系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)微分方程的模糊動(dòng)態(tài)響應(yīng)。文獻(xiàn)建立了礦井提升機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振模型，并分析了其扭振動(dòng)態(tài)特性。由于齒輪的周向、徑向和軸向三個(gè)方向的振動(dòng)有相同的基頻，且同時(shí)產(chǎn)生的三種振動(dòng)又以周向振動(dòng)即扭轉(zhuǎn)振動(dòng)更為突出，因此，齒輪動(dòng)載問(wèn)題主要是作為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的問(wèn)題來(lái)研究的。這類扭轉(zhuǎn)振動(dòng)通常是由嚙合齒輪副自身的因素引起的，如：齒輪的傳遞誤差（包括制造誤差、安裝誤差、輪齒間的間隙）和齒輪嚙合剛度的變化。由于軸的扭轉(zhuǎn)剛度遠(yuǎn)比齒輪的嚙合剛度小，故齒輪系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)研究采用的是兩個(gè)齒輪嚙合的模型。文獻(xiàn)則把齒輪系統(tǒng)中全部轉(zhuǎn)動(dòng)件（齒輪、圓盤等）都看作扭振慣量，而全部聯(lián)接件（聯(lián)軸器、軸等）都看作彈簧，構(gòu)成一個(gè)全系統(tǒng)模型一多質(zhì)量彈簧系統(tǒng)來(lái)分析和簡(jiǎn)化。在多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，文獻(xiàn)考慮前后幾級(jí)傳動(dòng)齒輪的相互影響，導(dǎo)出了齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)基本方程。文獻(xiàn)對(duì)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及軸系的扭振進(jìn)行了研究。然而系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞是通過(guò)齒輪間的嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)將發(fā)生耦合，這時(shí)就應(yīng)采用三維模型來(lái)分析齒輪系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。文獻(xiàn)通過(guò)試驗(yàn)觀察到了彎曲振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的耦合。文獻(xiàn)采用Holzer方法和Myklested-Prohl方法分別導(dǎo)出轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)的計(jì)算公式，然后用阻抗匹配的方法使兩者耦合在一起得到了系統(tǒng)力耦合方程。文獻(xiàn)在研究壓縮機(jī)組中的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，測(cè)出的特征頻率也只能由齒輪副的彎一扭耦合分析模型來(lái)驗(yàn)證。文獻(xiàn)在處理類似的問(wèn)題時(shí)也發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定的彎曲振動(dòng)伴隨扭轉(zhuǎn)振動(dòng)同時(shí)發(fā)生。文獻(xiàn)研究了滑動(dòng)軸承支承的船用齒輪系統(tǒng)在偏載情況下的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，通過(guò)彎一扭耦合分析發(fā)現(xiàn)，軸系的扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)穩(wěn)定性門檻值的影響很大。文獻(xiàn)研究了由滾動(dòng)軸承支承的一對(duì)齒輪嚙合系統(tǒng)的彎一扭耦合振動(dòng)，給出了系統(tǒng)在不考慮齒輪柔度時(shí)的三維振動(dòng)方程及兩輪齒保持接觸時(shí)的耦合約束條件。文獻(xiàn)給出了齒輪副彎曲耦合運(yùn)動(dòng)的約束條件，推導(dǎo)出了多根平行軸齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎曲耦合振動(dòng)方程，以DHP45-1型壓縮機(jī)中的多根平行軸齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為例，分析和計(jì)算了該系統(tǒng)的彎曲振動(dòng)性能。
在研究齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)變一扭耦合振動(dòng)時(shí)所采用的計(jì)算方法有傳遞矩陣法和有限元法。傳遞矩陣法是分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的一種有效方法。但有限元法對(duì)系統(tǒng)的模態(tài)分析更有效。文獻(xiàn)在給定支承剛度條件下，應(yīng)用傳遞矩陣法分彎一扭耦合和無(wú)耦合兩種情況分別計(jì)算了齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的自由振動(dòng)和不平衡影響，并對(duì)兩種情況下的系統(tǒng)固有頻率及振型進(jìn)行了比較。
三環(huán)減速器也存在著耦合振動(dòng)，為此筆者在文獻(xiàn)對(duì)三環(huán)減速器的彎扭耦合振動(dòng)進(jìn)行了研究。本文提出的油膜浮動(dòng)均載的兩級(jí)三環(huán)減速器自然也存在著耦合振動(dòng)，由于均載油膜的油膜剛度及阻尼交叉項(xiàng)的影響彎曲振動(dòng)互相影響，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究有著十分重要的意義。
1.5 同步帶傳動(dòng)技術(shù)
帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的撓性傳動(dòng)帶，借助帶和帶輪間的摩擦（或嚙合）來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。帶傳動(dòng)由于具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑和能緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。同步帶傳動(dòng)，它靠同步帶表面的齒和同步帶輪的齒槽的嚙合作用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，它可保證傳動(dòng)同步。由于同步帶的抗拉強(qiáng)度高，受載后變形小，能保持齒的節(jié)距不變，所以傳動(dòng)比準(zhǔn)確。它較鏈傳動(dòng)平穩(wěn)、速度高、噪聲小，且不需潤(rùn)滑，清潔、維護(hù)簡(jiǎn)單。它適用的速度范圍寬，傳動(dòng)比可到10，傳動(dòng)功率由幾十瓦到幾百千瓦，結(jié)構(gòu)緊湊，效率可高達(dá)98%-99%，張緊力和壓軸力小。其缺點(diǎn)是制造和安裝精度要求高。現(xiàn)已廣泛用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中、小功率傳遞中。為了保證帶和帶輪能正確嚙合、無(wú)相對(duì)滑動(dòng)、傳動(dòng)比準(zhǔn)確，抗拉層選用強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率小的細(xì)鋼絲繩和玻璃纖維繩等材料制成。近幾年，為了提高同步帶的傳動(dòng)能力，針對(duì)梯形齒廓齒根部分應(yīng)力集中嚴(yán)重和傳遞載荷較大時(shí)帶齒易被切斷而研制出圓弧形齒廓的同步帶，試驗(yàn)表明，圓弧形齒廓較梯形齒廓齒根應(yīng)力集中情況大大改善，可以傳遞較大載荷。
新型平頂圓弧齒同步帶傳動(dòng)，是哈工大帶傳動(dòng)研究組開發(fā)研制的國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的同步帶傳動(dòng)，其各種性能指標(biāo)相當(dāng)于美國(guó)STPD型圓弧齒同步帶。同步帶傳動(dòng)的失效的主要形式是：帶體斷裂、帶齒過(guò)度磨損、抗拉體伸長(zhǎng)、帶齒根部斷裂、側(cè)邊磨損等。為了保證同步帶足夠的疲勞強(qiáng)度和使用壽命，許多專家學(xué)者開展了深入的研究工作。文獻(xiàn)采用了數(shù)值齒廓法，根據(jù)嚙合原理直接求出與之共軛的齒廓，精度高，且所導(dǎo)出的公式可用于各種齒廓的同步帶，文獻(xiàn)提出了一種新型圓弧齒同步帶，這種經(jīng)優(yōu)化方法確定的齒形參數(shù)同現(xiàn)有的美國(guó)STPD型圓弧齒同步帶相比，運(yùn)動(dòng)性能及帶齒承載能力都有提高，文獻(xiàn)對(duì)平頂圓弧齒同步帶的強(qiáng)度和壽命進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)利用平面彈性理論的周期問(wèn)題的方法，以映射函數(shù)為工具，對(duì)平頂圓弧齒同步帶彎曲應(yīng)力進(jìn)行了研究。
由上可看出，平頂圓弧齒同步帶的理論分析、強(qiáng)度計(jì)算、帶型和帶輪及插齒刀齒廓設(shè)計(jì)、帶和帶輪的加工和試驗(yàn)技術(shù)均已完善。但是，尚未見到同步帶用于三環(huán)減速器進(jìn)行傳動(dòng)和均載的報(bào)道。
1.6 課題的來(lái)源、目的及意義
本課題源于國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“完全平衡、均載減振兩級(jí)三環(huán)齒輪減速器的研究”，基金批準(zhǔn)號(hào)：59575007。
課題研究的目的和意義如下：
三環(huán)式少齒差齒輪減速器是在普通行星減速器技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型傳動(dòng)裝置。已被用于礦山、冶金、起重、運(yùn)輸、造船和建筑等許多領(lǐng)域。我國(guó)第一臺(tái)三環(huán)齒輪減速器自問(wèn)世以來(lái)，其發(fā)展速度明顯加快，發(fā)展前景也十分廣闊。三環(huán)傳動(dòng)之所以具有承載能力高、外廓尺寸小、重量輕等許多優(yōu)點(diǎn)并得以不斷發(fā)展，主要是由于它采用了“功率分流”式的結(jié)構(gòu)形式，并且充分地利用了內(nèi)嚙合傳動(dòng)接觸強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于行星輪（環(huán)板）軸承位于齒輪的外部，其尺寸不受限制，故軸承壽命可大為提高。但由于不可避免的制造和安裝誤差、載荷作用下各零部件所產(chǎn)生的有害的彈性變形導(dǎo)致傳動(dòng)過(guò)程中各環(huán)板不能均勻受載，以及環(huán)板質(zhì)量大、慣性力大，嚴(yán)重影響著三環(huán)傳動(dòng)優(yōu)越性的發(fā)揮，并使減速器的使用壽命降低，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工作情況異常甚至出現(xiàn)事故，同時(shí)，在輸出扭矩較大時(shí)，主動(dòng)輪電動(dòng)機(jī)也必須采用低速電機(jī)，從而增加了電機(jī)的成本，這些都嚴(yán)重影響三環(huán)減速器的推廣應(yīng)用。由于三環(huán)減速器的研究起步較晚，盡管國(guó)內(nèi)重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、重慶專用機(jī)械制造公司、西北輕工業(yè)學(xué)院、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)等眾多高校和研究院所對(duì)其不同方面的問(wèn)題進(jìn)行了一些深入的理論研究和實(shí)驗(yàn)分析，取得了許多重大的成果燕得出了重要結(jié)論，指導(dǎo)著三環(huán)減速器的設(shè)計(jì)、應(yīng)用和推廣。然而，上面的研究均是以現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)為對(duì)象進(jìn)行的，并且未考慮過(guò)油膜浮動(dòng)作為均載機(jī)構(gòu)的問(wèn)題，使得工程中的許多重要的實(shí)際問(wèn)題如慣性力矩使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)等尚未得到有效地解決。針對(duì)目前三環(huán)減速器存在的問(wèn)題，應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)平衡理論、同步帶傳動(dòng)技術(shù)、動(dòng)壓油膜浮動(dòng)均載原理和少齒差傳動(dòng)技術(shù)，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證了一種新型的完全平衡均載減振的三環(huán)減速器，解決人了嚴(yán)重影響三環(huán)減速器推廣應(yīng)用中的重要問(wèn)題，獲得了減振、均載和慣性力完全平衡的效果，從而改善三環(huán)式減速器的動(dòng)態(tài)性能，提高其承載能力，延長(zhǎng)其使用壽命。
由此可看出，本課題是理論密切結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的產(chǎn)品研制，開展此項(xiàng)課題的研究，對(duì)于提高三環(huán)減速器產(chǎn)品的性能，推動(dòng)我國(guó)三環(huán)傳動(dòng)向前發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
1.7 本文研究的主要內(nèi)容
本文在對(duì)三環(huán)減速的動(dòng)力學(xué)和均載減振的深放研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，提出了一種完全平衡、均衡減振兩級(jí)三環(huán)齒輪減速器的結(jié)構(gòu)方案。如圖1-6所示。
其工作原理為：小同步帶輪12隨原動(dòng)機(jī)11作高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)嚙合，小帶輪通過(guò)平頂圓弧齒型帶9和13帶動(dòng)兩個(gè)大帶輪8和14旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)減速和功率分流，兩個(gè)大帶輪分別帶動(dòng)三環(huán)減速器的雙曲柄的同步輸入，三環(huán)減速器的雙曲柄的同步輸入，三片傳動(dòng)環(huán)板3、4和6上的內(nèi)齒圈與輸出軸1上的外齒輪10相嚙合，形成大傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)二級(jí)減速及動(dòng)力傳遞。三內(nèi)齒環(huán)板中的兩側(cè)環(huán)板與中間環(huán)板相差180°，且兩側(cè)各環(huán)板厚度為中間環(huán)板的1/2，這樣可保證運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)它們的慣性力理論上完全平衡。為克服雙曲柄機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)，一級(jí)傳動(dòng)采用同步帶傳動(dòng)，增加了一級(jí)帶傳動(dòng)不僅可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)曲柄機(jī)構(gòu)的同步輸入，同時(shí)，由于同步齒形帶是彈性元件，還可實(shí)現(xiàn)兩曲柄軸載荷均載。三環(huán)減速器輪齒嚙合的均載是采用在兩曲柄軸偏心套外表面和轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)表面之間插入一個(gè)浮動(dòng)圓筒16，在曲柄軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心套和圓筒之間、圓筒和轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)表面之間均形成了動(dòng)壓油膜，厚油膜的彈性變形使得內(nèi)齒環(huán)板浮動(dòng)，補(bǔ)償減速器的制造和安裝誤差以及傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的零部件變形。樣機(jī)的傳動(dòng)性能和振動(dòng)性能以及均載試驗(yàn)證實(shí)，本文提出的完全平衡、均載減振兩級(jí)三環(huán)齒輪減速器有著較好地力學(xué)性能,較現(xiàn)有三環(huán)減速器的振動(dòng)要小、壽命要長(zhǎng)。
作者在本文中將開展如下研究工作：
1.改進(jìn)考慮環(huán)板拉壓變形和高速軸彎曲變形的變形協(xié)調(diào)條件，對(duì)基本型三環(huán)減速器和兩級(jí)三環(huán)齒輪減速器進(jìn)行受力分析，找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)振動(dòng)的影響規(guī)律。
2.分析誤差對(duì)載荷分配的影響，計(jì)算所需的浮動(dòng)量；研究三環(huán)傳動(dòng)油膜浮動(dòng)均載機(jī)理；研究偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)載荷工況下三環(huán)傳動(dòng)油膜浮動(dòng)的動(dòng)力學(xué)，并計(jì)算油膜浮動(dòng)時(shí)的承載能力。
3.研究新型兩級(jí)三環(huán)減速器合理的結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計(jì)兩級(jí)三環(huán)減速器樣機(jī)。
4.研究油膜浮動(dòng)兩級(jí)三環(huán)減速器的減振機(jī)理；進(jìn)行兩級(jí)三環(huán)減速器的振動(dòng)分析。
5.探討兩級(jí)三環(huán)減速器的工程應(yīng)用。
6.對(duì)設(shè)計(jì)的油膜浮動(dòng)均載的兩級(jí)三環(huán)減速器樣機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)性能振動(dòng)性能和內(nèi)齒環(huán)板載荷分配不均勻系數(shù)的試驗(yàn)研究。
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