行星齒輪傳動的類型很多,其分(fēn)類方法也(yě)不少。在我國根據前蘇聯學者庫德略夫采夫(B.H.Kyπρβ)提出的按照行星齒輪傳動基本構件的不同來(lái)進行分(fēn)類。該分(fēn)類方法在我國具有較大的影響,且早已在我國齒輪界被普遍采用和接受了(le)。另外,根據機械工業部JB1799——76行星齒輪減速器(qì)标準,采用了(le)按齒輪齧合方式的分(fēn)類方法,在我國該分(fēn)類方法也(yě)在逐漸地推廣應用中。現(xiàn)将上(shàng)述兩種分(fēn)類方法分(fēn)别闡述如(rú)下(xià)。
一(yī)、庫德略夫采夫的分(fēn)類法
在庫氏的分(fēn)類方法中,行星齒輪傳動的基本代号為(wèi):Z——中心輪,X——轉臂,V——輸出軸(現(xiàn)說(shuō)明:在庫氏原著作(zuò)中,K—中心輪,H—轉臂)。根據其基本構件的配置情況,可将行星齒輪傳動分(fēn)為(wèi)2Z-X、3Z和Z-X-V三種基本傳動類型;其他的結構型式的行星齒輪傳動大都是它們的演化(huà)型式或組合型式。
1 Z-X型行星齒輪傳動
如(rú)果行星齒輪傳動的基本構件包括有兩個(gè)中心輪z和轉臂x的話(huà),則該行星齒輪傳動的類型代号為(wèi)2Z-X,圖1-2和圖1-3所示為(wèi)較常見的2Z-X型的傳動簡圖。當轉臂x固定時(shí),若該行星齒輪傳動中的中心輪a與内齒輪b的轉向相反,即其轉臂x固定的傳動比ix<0,則稱其為(wèi)2Z-X型的負号機構。當轉臂x固定時(shí),若中心輪a與b,或者中心輪b與e的轉向相同,即其傳動比ix>0,則稱其為(wèi)2Z-X型的正号機構。
圖1-2
圖1-3
為(wèi)了(le)使2Z-X型和3Z型行星齒輪傳動中的各種傳動型式都有一(yī)個(gè)确定的傳動代号,便于人(rén)們分(fēn)析研究各種傳動型式的運動學、受力分(fēn)析和效率計算(suàn)以及強度計算(suàn)等問題,本書規定采用字母A、B、C…附加一(yī)個(gè)上(shàng)角标和兩個(gè)下(xià)角标來(lái)表示其傳動類型代号;上(shàng)角标表示固定構件,第一(yī)個(gè)下(xià)角标表示輸入的基本構件,第二個(gè)下(xià)角标表示輸出的基本構件。例如(rú),圖1-2(a)所示的2Z-X型(ix<0)行星齒輪傳動,可用傳動代号Aaxb表示。顯然,對于由Aaxb型行星齒輪傳動演化(huà)而成的差動行星齒輪傳動見圖1-1(a)和準行星齒輪傳動[見圖1-1(c)],則可分(fēn)别用傳動代号Aa(xb)(或A(ax)b)和Aabx表示。
由于Aaxb型行星齒輪傳動具有結構簡單、制造容易,外形尺寸小,質量小,傳動效率高等特點。在結構合理(lǐ)的條件下(xià),通常,其傳動比範圍為(wèi)iaxb=2.8~13,傳動效率ηaxb=0.97~0.99。目前該傳動類型已獲得了(le)較廣泛的應用。
圖1-2(b)所示的具有雙齒圈行星輪c-d的2Z-X型(ix<0)傳動型式,可用傳動代号Baxb表示。其合理(lǐ)的傳動比範圍為(wèi)iaxb=7~16,傳動效率仍較高;但(dàn)由于采用了(le)雙齒圈行星輪,故制造安裝較複雜些(xiē)。
圖1-2(c)所示為(wèi)圓錐齒輪的2Z-X型(ix<0)行星齒輪傳動,用傳動代号C(ab)x表示。該行星傳動主要用于差動齒輪裝置;這(zhè)種傳動型式的差速器(qì)在汽車、坦克、拖拉機和金(jīn)屬切削機床及儀器(qì)等齒輪傳動裝置中已獲得廣泛的應用。
圖1-3(a)所示的2Z-X型(ix>0)行星齒輪傳動,用傳動代号Dxab表示。按其傳動比的絕對值來(lái)說(shuō),ixab可以達到很大的值。但(dàn)由于其具有雙外齧合的齒輪傳動,齧合摩擦損失較大,故其傳動效率較低(dī),一(yī)般,該D型行星齒輪傳動基本上(shàng)不用于傳遞動力。
圖1-3(b)所示2Z-X型(ix>0)行星齒輪傳動(nP≥3),用傳動代号Exeb(1)表示。其合理(lǐ)的傳動比範圍為(wèi)ixeb=8~30。由于它具有雙内齧合的齒輪傳動,其齧合摩擦損失較小。當傳動比ixeb<50時(shí),其傳動效率ηxeb值可達0.8以上(shàng)。但(dàn)随着傳動比ixeb的增加其效率ηxeb值會降低(dī)。
圖1-3(c)所示的少齒差2Z-X型(ix>0)行星齒輪傳動(nP=1),用傳動代号Exeb(2)表示。其合理(lǐ)的傳動比範圍為(wèi)iabe=30~100。由于它具有(Zb-Zc)少齒差的内齧合齒輪傳動,其齧合摩擦損失較小,故該行星齒輪傳動的傳動效率較高,ηabe值可達0.9。
2.3Z型行星齒輪傳動
在圖1-4所示的3Z型行星齒輪傳動中,其基本構件是三個(gè)中心輪a、b 和e,故其傳動類型代号為(wèi)3Z。在3Z型星傳動中,由于其轉臂x不承受外力矩的作(zuò)用,所以,它不是基本構件,而隻是用于支承行星輪心軸所必需的結構元件,因而,該轉臂x又可稱為(wèi)行星輪支架(簡稱為(wèi)行星架)。
圖1-4
在3Z型行星齒輪傳動中,較常見的傳動型式有如(rú)下(xià)三種。
(1)3Z(Ⅰ)型 具有雙齒圈行星輪的3Z型行星齒輪傳動,如(rú)圖1-4(a)所示。它的結構特點是:内齒輪b固定,而旋轉的中心輪a和e 分(fēn)别與行星輪c和d相齧合,故可用傳動代号3Z(Ⅰ)表示。在各種機械傳動中,它已獲得了(le)較廣泛的應用。3Z(Ⅰ)型較合理(lǐ)的傳動比範圍為(wèi)iabe=20~300,其傳動效率ηabe=0.8~0.9。
(2)3Z(Ⅱ)型 具有單齒圈行星輪c的3Z型行星齒輪傳動,如(rú)圖1-4(b)所示。該3Z型行星傳動的結構特點是:三個(gè)中心輪a、b和e同時(shí)與單齒圈行星輪c相齧合;即内齒輪b固定,兩個(gè)旋轉的中心輪a和e同時(shí)與行星輪c相齧合,故可用傳動代号3Z(Ⅱ)表示。它是一(yī)項較新(xīn)型的行星齒輪傳動,目前該項傳動新(xīn)技術在我國的齒輪傳動中已獲得了(le)日益廣泛的應用。3Z(Ⅱ)型合理(lǐ)的傳動比範圍為(wèi)iabe=50~300,其傳動效率為(wèi)ηabe=0.70~0.84。
(3)3Z(Ⅲ)型 具有雙齒圈行星輪的3Z型行星齒輪傳動,如(rú)圖1-4(c)所示。它的結構特點是:内齒輪e固定,兩個(gè)旋轉的中心輪a和b與同一(yī)個(gè)行星輪c相齧合,而另一(yī)個(gè)行星輪d與固定内齒輪e相齧合;故可用傳動代号3Z(Ⅲ)表示。它的傳動比iabe範圍和傳動效率與3Z(Ⅰ)型基本相同。因此,在實際應用中,一(yī)般很少采用3Z(Ⅲ)型行星齒輪傳動。
在此,應該指出的是:3Z型行星齒輪傳動用于短期間(jiān)斷工作(zuò)的機械傳動裝置中最為(wèi)合理(lǐ),它具有結構緊湊、傳動比大和傳動效率較高等特點。但(dàn)3Z型行星傳動制造和安裝比較複雜。當中心輪a 輸出時(shí),在傳動比|i|大于某個(gè)值後,該行星齒輪傳動将會産生(shēng)自鎖。其中,3Z(Ⅱ)型行星傳動的結構更加緊湊,制造安裝較3Z(Ⅰ)型的簡單。但(dàn)由于在3Z(Ⅱ)型行星傳動中,其内齒輪b和e 的齒數不相等,即zb≠ze;而且公共行星輪c既要與中心輪a相齧合,同時(shí)又要與内齒輪b和e相齧合,故該3Z型行星傳動必須采用角度變位。在進行角度變位計算(suàn)時(shí),其各個(gè)齒輪應選擇不同的變位系數,以保證各齧合齒輪副具有相同的角度變位中心矩a′,以滿足3Z(Ⅱ)型行星齒輪傳動的同心條件。但(dàn)由于3Z(Ⅱ)型行星傳動進行角度變位後的齧合角a′大于壓力角a,即a′>a=20°,故其傳動效率較3Z(Ⅰ)型的要低(dī)些(xiē)。
3.Z-X-V型行星齒輪傳動
如(rú)果把2Z-X(A)型傳動中的齒輪a去掉,而且将行星輪c的直徑增大,并使内齒輪b與行星輪c的齒數差變得很少;然後将從動輪c的運動通過機構W傳到輸出軸V,則可構成一(yī)個(gè)由轉臂x主動和行星輪c從動的少齒差行星齒輪傳動(見圖1-5)。
在少齒差行星齒輪傳動中,其基本構件是一(yī)個(gè)中心輪b(代号Z)、轉臂x和輸出軸V,故其類型代号為(wèi)Z-X-V。由于行星輪c的軸線與輸出軸V存在一(yī)個(gè)偏心距離,因此需要設置一(yī)個(gè)将行星輪c的回轉運動傳遞到輸出軸的V的、傳動比等于1的輸出機構(即W機構)。由于該行星傳動的齧合齒輪副僅有一(yī)個(gè)c-b傳動形式,故它不必再用其他的傳動代号。漸開線少齒差行星齒輪傳動和常見的擺線針輪行星傳動大都屬于Z-X-V型行星傳動。
圖1-5
Z-X-V型漸開線少齒差行星齒輪傳動的傳動範圍為(wèi)ixvb=10~100,傳動效率為(wèi)η=0.75~0.
93。結構緊湊、體(tǐ)積小、加工方便,但(dàn)行星輪軸承的徑向力較大,适用于中小功率,一(yī)般p≤18kw,個(gè)别的達到20~45kw;傳動比較大,适用于短期工作(zuò)。若采用擺線針輪行星傳動,則适用于功率P≤100kw,任何工作(zuò)制度,其傳動效率為(wèi)η=0.90~0.97。目前應用較廣泛,但(dàn)制造精度要求較高,且高速軸轉速nx≤1500r/min。
二、按齒輪齧合方式進行分(fēn)類的方法
如(rú)前所述,按照原機械工業部關(guān)于行星齒輪減速器(qì)标準JB1977—1976,國内已采用了(le)将行星齒輪傳動按其齧合方式的不同來(lái)進行分(fēn)類。該分(fēn)類方法通常采用了(le)如(rú)下(xià)的基本代号:
N——内齧合齒輪副;
W——外齒合齒輪副;
G——同時(shí)與兩個(gè)中心輪相齧合的公共齒輪。
根據行星齒輪傳動所具有的齧合方式,可以把行星齒輪傳動類型分(fēn)為(wèi):
NGW——具有内齧合和外齧合,同時(shí)還具有一(yī)個(gè)公共齒輪的行星齒輪傳動;
NW——具有一(yī)個(gè)内齧合和一(yī)個(gè)外齧合的行星齒輪傳動;
WW——具有兩個(gè)外齧合的行星齒輪傳動;
NN——具有兩個(gè)内齧合的行星齒輪傳動;
NGWN——具有兩個(gè)内齧合和一(yī)個(gè)外齧合,同時(shí)還具有一(yī)個(gè)公共齒輪的行星齒輪傳動;
N——僅具有一(yī)個(gè)内齧合的行星齒輪傳動。
例如(rú),圖1-2(a)所示的2Z-X型負号機構(ix<0)行星齒輪傳動,其傳動代号為(wèi)Aaxb。
由于該行星傳動具有c輪與b輪的内齧合(N)和a輪與c 輪的外齧合(W),同時(shí)還有與中心輪a和b輪相齧合的公共齒輪c(G),因此,2Z-X(A)型行星傳動的傳動類型為(wèi)NGW型。對于2Z-X(B)型傳動[見圖1-2(b)],由于它具有一(yī)個(gè)内齧合(N)和一(yī)個(gè)外齧合(W),故其傳動類型為(wèi)NW型。仿上(shàng),對于圖1-2(c)所示的圓錐齒輪差動行星傳動,由于它具有兩個(gè)外齧合(W),故可用字母WW表示它的傳動類型。
對圖1—3所示的2Z-X型正号機構(ix>0),其傳動代号為(wèi)Dxab的行星傳動〔見圖1-3(a)〕,由于它具有兩個(gè)外齧合(W),故其傳動類型為(wèi)WW。傳動代号為(wèi)Exeb(1)和Exeb(2)的行星傳動[見圖1-3(b)和1-3(c)],由于它們均具有兩個(gè)内齧合(N),故其傳動類型為(wèi)NN。
對于圖1-4所示的3Z型行星齒輪傳動,即傳動代号為(wèi)3Z(Ⅰ)、3Z(Ⅱ)和3Z(Ⅲ)型行星傳動,由于它們均具有兩個(gè)内齧合(N)、一(yī)個(gè)外齧合(W),同時(shí)還具有一(yī)個(gè)公共齒輪(G),故其傳動類型為(wèi)NGWN型。圖1-5所示的Z-X-V型行星傳動,由于它僅具有一(yī)個(gè)内齧合(N),故其傳動類型為(wèi)N型。
在此討(tǎo)論行星齒輪傳動的傳動類型時(shí),還應該說(shuō)明的是:根據《機械原理(lǐ)》可知,在前面所討(tǎo)論的定軸齒輪傳動、行星齒輪傳動和差動齒輪傳動均屬于基本齒輪傳動。可以将兩個(gè)或幾個(gè)基本齒輪傳動連接成為(wèi)一(yī)個(gè)組合齒輪傳動機構。按照不同的組合方式,可以獲得許多種類的組合行星齒輪傳動機構。例如(rú),将兩2Z-X型行星傳動串聯起來(lái),則可得到雙級行星齒輪行動(見圖8-1)。在差動行星齒輪傳動[見圖1-1(a)]中,将其中心輪a(或b)與轉臂x之間(jiān),或者兩個(gè)中心輪a、b之間(jiān)用其他基本齒輪傳動将它們組成相互封閉的齒輪傳動鏈,則可獲得封閉行星齒輪傳動。