一齿差摆线钢球行星传动的接触性能研究文献综述

文献综述

机械传动在机械工程中应用及其广泛，其作用是传递动力和运动，分为摩擦传动和啮合传动两大类。行星齿轮传动属于啮合传动，其应用也最为广泛。现阶段，行星传动技术飞速发展，对齿轮传动也提出了更高的要求：高可靠性、高转速、高效率、重量轻、体积小、承载能力高、标准化、多样化等等^[1]，这就推动了诸多新型行星传动形式的出现——行星齿轮传动、谐波传动、滚珠丝杠传动、锅杆传动、活齿传动等。行星齿轮传动能实现大传动比传动但重合度小且易产生齿廓千涉^[2]；谐波传动承载能力及精度高，但柔轮加工困难；滚珠丝杠传动结构复杂、成本高；锅杆传动平稳、可自锁，但传动能耗大；活齿传动与其它传动类型相比，结构复杂，但没有明显的薄弱环节^[3]。相较这些传动方式，摆线钢球行星传动有着更为突出优点，如结构紧凑体积小、传动效率高、承载能力强、传动比范围大、运转灵活平稳、无回差，这使得其在精密仪器，机床传动、机器人等应用中有着非常大的前景。

国外对摆线钢球行星传动的研究较早，并已取得一些理论和应用成果。自 20 世纪 90 年代，日本学者对摆线钢球行星传动进行了较深入的理论研究和探讨^[21,22]，并在机器人的关节传动机构及有的精密机械中伺服传动机构上得到应用^[23]。F.L.Litvin等深入探讨了摆线钢球行星传动机构的设计方法，并开发出实用的计算机辅助设计软件^[24]。H.S.Smile等就摆线钢球传动的模糊可靠性进行了研究^[25,26]。Roy.S.McFarLand等探讨了将摆线行星传动机构设计成一特制轴承的可能性^[27]。Parker建立了行星齿轮系统的有限元模型，并对其非线性动态响应进行了研究^[28,29];美国在福特高级轿车的风窗刮水器传动机构中也应用了以端面啮合的摆线钢球行星传动作为其减速传动机构^[30]。

针对国外这种先进的技术和该传动的应用前景，在国内，燕山大学曲继方和安子军率先对摆线钢球行星传动进行研究和开发，取得了令人瞩目的成绩。自1992年，基于空间几何和啮合原理，研究了摆线钢球行星传动的齿形形成和钢球运动原理，推导出摆线封闭槽的理论、实际齿形综合方程和钢球运动位置方程^[4]，分析了摆线封闭槽齿廓的不根切条件^[5]；根据摆线钢球行星传动原理和运动学条件，分析了传动过程中摆线钢球啮合副压力角的变化规律^[6]；利用超静定变形协调条件，建立了摆线钢球啮合副多齿啮合的空间力学模型，并基于赫兹接触理论推导出了啮合副的接触应力^[8,9]；基于误差分析理论，定量分析比较了各结构参数对齿廓误差的敏感程度^[10]；基于模糊可靠性理论，对摆线钢球行星传动的接触疲劳强度进行了模糊可靠性分析^[11]，并进行了模糊可靠性优化设计^[12]；研究了无隙啮合的等速输出机构^[13,14]，并对其进行受力分析和误差分析^[15]。对摆线钢球行星传动的啮合副结构、齿形及其压力角、运动分析、强度分析等方面均做了大量的研究，为精密钢球传动的设计与开发提供了理论依据，发表学术论文二十多篇，并获得国家自然科学基金、省部级基金的资助。

陕西科技大学李思益对摆线钢球行星传动进行了理论研究及实验分析，提出了用数控技术加工摆线的方法，解决了摆线槽的加工问题^[16]。周建军借助计算机辅助分析，推导出了摆线钢球行星传动接触受力计算公式，编制了摆线钢球行星传动接触应力计算求解程序，并根据传动简图得到传动比计算公式^[17]。重庆大学陈兵奎提出了内齿轮为摆线齿廓的二齿差凸轮活齿传动并已申请获得了国家专利，该新型传动的输入凸轮为中心对称图形，具有单自平衡的特点^[18]。同时还提出了锥形圆弧内齿轮与锥形摆线轮构成行星啮合副的新型传动^[19]。杭州电子工业学院对密珠摆线钢球减速器的研究工作已完成样机研制与测试。密珠摆线钢球减速器是一种依据摆线传动原理设计的新型高精度减速机械，采用密排钢球构成内齿轮，与之啮合的齿轮为作行星运动的摆线齿轮，目前已有双摆线、KHV和2KH等传动形式，该传动具有预紧机构，大大提高了传动精度和传动刚度。2011年,在关注到少齿差摆线钢球传动具有较好传动效率、承载能力以及传动范围，且体积小，运转平稳，无回差，提出了结构更加紧凑及简化的一齿差摆线钢球行星传动机构，增加了钢球与行星轮廓面的工作接触区域，提高承载能力和传动比范围^[20]。

本课题在一齿差摆线钢球行星传动的基础上，考虑到其在实际应用前景上的可行性，对一齿差摆线钢球行星传动机构进行数字建模，并利用ANSYS有限元仿真软件对机构中的关键零部件进行接触应力、变形和载荷分布情况分析，为该传动机构运行的可靠性与工作寿命提供支撑。

参考文献

[1] 张国瑞,张展.行星传动技术[M].上海:上海交通大学出版社,1989:194-195

[2]杨建明 ,张策,林忠钦,等.行星齿轮传动动力学特性研究进展[J].航空动力学报,2003,18(2):299-304

[3]徐礼钜.滚子活齿行星减速器强度的模糊可靠性设计[J].机械传动 ,1998,22(3):3-4,12