机械系统设计 传动系统设计

第四章 传动系统设计四、内联传动系统的设计一、传动系统的类型五、典型传动系统二、传动系统的组成三、传动系统的运动设计第 一 节 传 动 系 统 的 类 型 与 组 成一、传动系统的作用2 将 (或 某 个 执 行 件 )的 速 度 、 力 矩 传 递给 (或 另 一 执 行 件 ） ， 使 该 执 行 件 具 有 某 种运 动 和 出 力 的 功 能 。传 动 系 统 执 行 系 统动 力 系 统 外 联 传 动 链 内 联 传 动 链第 一 节 传 动 系 统 的 类 型一、传动系统的作用3将 动 力 机 的 动 力 传 递 给 执 行 机 构 ， 以 满 足 执 行 机 构 对转 矩 和 转 速 的 要 求 。 1） 把 动 力 机 输 出 的 速 度 降 低 或 增 高 ， 以 适 应 执 行 机 构 的需 要 。2） 实 现 变 速 传 动 以 满 足 执 行 机 构 的 经 常 变 速 要 求 。3） 把 动 力 机 输 出 的 转 矩 ， 变 换 为 执 行 机 构 所 需 要 的 转 矩或 力 。4） 把 动 力 机 输 出 的 等 速 运 动 ， 转 变 为 执 行 机 构 所 要 求 的 、其 速 度 按 某 种 规 律 变 化 的 旋 转 或 其 他 类 型 的 运 动 。5） 实 现 由 一 个 或 多 个 动 力 机 驱 动 若 干 个 相 同 或 不 同 速 度的 执 行 机 构 。6） 受 机 体 外 形 尺 寸 限 制 或 为 了 安 全 和 操 作 方 便 ， 执 行 机构 不 宜 与 动 力 机 直 接 联 接 时 ， 也 需 要 用 传 动 装 置 来 联 接第 一 节 传 动 系 统 的 类 型二、传动系统的类型4 a、 按 驱 动 机 械 系 统 的 动 力 源 分 为 ： 、等 ， 而 电 动 机 驱 动 又 有 交 流 异 步 电 动 机 (单 、 多 速 )驱 动 ， 直 流并 激 电 动 机 、 交 流 调 速 主 轴 电 动 机 驱 动 ， 交 、 直 流 伺 服 电 动 机驱 动 ， 步 进 电 动 机 驱 动 等 。 b、 按 动 力 源 驱 动 执 行 件 的 数 目 分 为 ： 、 和等 。 c、 按 传 动 装 置 分 为 ： 机 械 传 动 装 置 、 液 压 传 动 装 置 、 电 气 传动 装 置 以 及 上 述 装 置 的 组 合 。 机 械 传 动 装 置 ： 和 两 类 。 输 出 速 度 可 变 ： 分 为 和 。 第 一 节 传 动 系 统 的 类 型二、传动系统的类型5 d、 按 能 量 的 流 动 路 线 分 为第 一 节 传 动 系 统 的 类 型二、传动系统设计要求6第 一 节 传 动 系 统 的 类 型二、传动类型选择依据7第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（一）有级与无级变速传动系统8指 执 行 件 的 (或 速 度 )在 一定 的 范 围 内 这 样 可 以 使 执 行 件 获 得 最 有 利 的 速 度 ，能 在 系 统 运 转 中 变 速 ， 也 便 于 实 现 自 动 化 等 。u 依 靠 摩 擦 力 来 传 递 转 矩 ；u 存 在 转 速 损 失 ， 故 不 能 用 于 调 速 精 度 高 的 场 合 ；u 变 速 范 围 小 ， 通 常 为 4 6， 少 数 可 达 10 15。 传 动 平 稳 运 动 换 向 冲 击 小 易 于 实 现 直 线 运 动 第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（一）有级与无级变速传动系统9在 变 速 范 围 内 不 能 连 续 地 变换 ， 属 于 有 级 变 速 。u 传 递 的 功 率 大u 变 速 范 围 宽u 传 动 比 准 确u 工 作 可 靠u 有 转 速 损 失第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（一）有级与无级变速传动系统10CA7620型 液 压 多 刀 半 自 动 车 床 主 传 动 系 统 及 转 速 图 第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（一）有级与无级变速传动系统113.固 定 传 动 比 的 传 动 系 统 机 械 系 统 执 行 件 要 求 以某 一 固 定 的 转 速 (速 度 )工 作 ， 则 连 接 动 力 源 与执 行 件 的 传 动 系 统 属 于固 定 传 动 比 的 传 动 系 统 ，即 该 系 统 是 由 若 干 个 固定 传 动 比 串 联 组 成 。 起 重 机 传 动 系 统 简 图 第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（二）独立和联合驱动传动系统121.独 立 驱 动 传 动 系 统 (1) 只 有 一 个 执 行 件 ；(2) 有 多 个 运 动 不 相 关 的 执 行 件 ； (3) 数 控 机 械 系 统 。由 电 动 机 9通 过 一 对 齿 轮 副 8、 7及 离 合 器 6带 动 曲 轴 4旋 转 ， 再 通 过 连 杆 3使 滑 块 2在机 身 10的 导 轨 中 作 往 复 运 动 。 操 纵 杆 1使离 合 器 接 合 或 脱 开 。 制 动 器 5与 离 合 器 6的动 作 要 协 调 配 合 ， 工 作 前 ， 制 动 器 先 放 松 ，离 合 器 后 结 合 ， 停 车 时 ， 离 合 器 先 脱 开 ，制 动 器 后 结 合 。 第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（二）独立和联合驱动传动系统132 集 中 驱 动 传 动 系 统 机 械 系 统 的 多 个 执 行 件 均 由 一 个 动 力 源 驱 动 。(1)执 行 件 间 有 严 格 的 传 动 比 要 求 ；(2)各 执 行 件 间 运 动 有 顺 序 或 协 调 的 要 求 ； (3)各 执 行 件 的 运 动 相 互 独 立 。 龙 门 起 重 机 有 三 个 主 要 运动 ： 大 车 运 行 、 小 车 运 行和 重 物 升 降 ， 这 三 个 运 动互 不 相 关 ， 都 是 独 立 的 ，执 行 机 构 分 别 由 各 自 的 电动 机 单 独 驱 动 。 第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（二）独立和联合驱动传动系统14由 两 个 或 多 个 动 力 源 经 各 自 的 传 动 链 联 合 驱 动 一 个 执 行件 的 传 动 系 统 ， 主 要 用 于 低 速 、 重 载 、 大 功 率 、 执 行 件少 而 惯 性 大 的 机 械 。 l） 执 行 机 构 间 有 一 定 的 传 动 比 要 求 2） 各 执 行 机 构 之 间 有 顺 序 或 协 调 动 作 要 求 3 联 合 驱 动 传 动 系 统 4 数 字 控 制 机 械 系 统 第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（二）独立和联合驱动传动系统15l） 执 行 机 构 间 有 一 定 的 传 动 比 要 求 高 精 度 丝 杆 车 床 的 传 动 系 统 图 ， 机 床 的 主 轴 和 刀 架 由 一 个 无 级 变 速 电 动 机 驱 动 ，电 动 机 经 带 传 动 和 蜗 杆 传 动 驱 动 主 轴 。 主 轴 经 交 换 挂 轮 及 丝 杆 螺 母 驱 动 刀 架 。加 工 高 精 度 螺 纹 时 ， 要 求 主 轴 与 刀 具 的 相 对 运 动 保 持 十 分 准 确 的 传 动 比 关 系 ，即 主 轴 每 转 二 转 ， 刀 架 的 移 动 距 离 为 工 件 的 螺 纹 导 程 S。 这 种 关 系 是 由 进 给 传动 链 保 证 当 工 件 的 导 程 S改 变 时 ， 需 调 整 交 换 挂 轮 的 齿 数 。第 一 节 传 动 系 统 的 类 型（二）独立和联合驱动传动系统16 2） 各 执 行 机 构 之 间 有 顺 序或 协 调 动 作 要 求第 二 节 传 动 系 统 的 组 成17一 、 变 速 装 置 二 、 起 停 和 换 向 装 置 要 求 省 力 、 可 靠 、 结 构 简 单 、 有 足 够 的 动 力三 、 制 动 装 置 要 求 可 靠 、 方 便 、 平 稳 、 结 构 简 单 、 尺 寸 小 、 磨 损 小 、散 热 好四 、 安 全 保 护 装 置 销 钉 安 全 联 轴 器 ， 钢 珠 安 全 离 合 器 ， 摩 擦 安 全 离 合 器 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成一、变速装置18作 用 ： 改 变 动 力 机 的 输 出 转 速 和 转 矩 以 适 应 执 行 机 构 的 需 要 。若 执 行 机 构 不 需 要 变 速 ， 可 采 用 具 有 固 定 传 动 比 的 传 动 系 统或 采 用 标 准 的 减 速 器 、 增 速 器 实 现 降 速 传 动 或 增 速 传 动 。 1 交 换 齿 轮 变 速 机 构 结 构 简 单 ， 不 需 要 变 速 操 纵 机 构 ， 轴 向 尺 寸 小 ， 变 速 箱的 结 构 紧 凑 。 更 换 齿 轮 费 时 费 力 ， 只 适 用 于 不 需 要 经 常 变 速 的机 械 ， 如 各 种 自 动 和 半 自 动 机 械 。2 滑 移 齿 轮 变 速 机 构 可 传 递 大 的 转 矩 和 转 速 ， 变 速 方 便 。 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成一、变速装置19第 二 节 传 动 系 统 的 组 成一、变速装置20 3 离 合 器 变 速 机 构 离 合 器 变 速 机 构 有 牙 嵌 式 离 合 器 、 齿 轮 式 离 合 器 以 及 摩擦 片 式 离 合 器 。 牙 嵌 式 离 合 器 和 齿 轮 式 离 合 器 属 于 刚 性 传 动 ， 传 动 比 准确 ， 可 传 递 较 大 转 矩 ， 但 不 能 在 运 转 中 变 速 。 摩 擦 式 离 合 器 是 靠 摩 擦 片 之 间 的 摩 擦 力 传 递 转 矩 ， 可 在运 转 中 变 速 ， 结 合 平 稳 、 无 冲 击 ， 并 可 起 过 载 保 护 作 用 。 但结 构 复 杂 ， 传 递 大 转 矩 时 体 积 较 大 ， 传 动 比 不 准 确 ， 此 外 ，摩 擦 离 合 器 也 是 一 个 热 源 和 噪 声 源 。 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成一、变速装置21 4 啮 合 器 变 速 机 构 啮 合 器 分 普 通 啮 合 器 和 同 步 啮 合 器 两 种 ， 广 泛 用 于 汽 车 变速 箱 中 。 可 采 用 常 啮 合 ， 运 转 平 稳 ， 能 在 运 动 中 变 速 ， 可 传 递较 大 转 矩 。 普 通 啮 合 器 的 结 构 简 单 ， 但 轴 向 尺 寸 大 ， 变 速 过 程 中 易 出现 顶 齿 现 象 ， 故 换 档 不 太 轻 便 ， 噪 声 较 大 。 同 步 啮 合 器 的 工 作 原 理 是 变 速 过 程 中 先 使 将 要 进 入 啮 合 的一 对 齿 轮 的 圆 周 速 度 相 等 ， 然 后 才 进 入 啮 合 ， 即 先 同 步 后 变 速 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成一、变速装置设计要点22第 二 节 传 动 系 统 的 组 成一、变速装置设计要点23第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置24用 于 控 制 执 行 机 构 的 起 动 、 停 车 以 及 改 变 运 动 方 向 。设 计 要 求 ： 起 停 和 换 向 方 便 省 力 ， 操 作 安 全 可 靠 ， 结 构 简 单 ，并 能 传 递 足 够 的 动 力 。在 选 择 起 停 和 换 向 装 置 时 ， 除 应 考 虑 机 械 的 工 况 外 ， 还 应 考 虑动 力 机 的 类 型 与 功 率 以 及 起 停 和 换 向 的 操 纵 方 式 。 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置251 动 力 机 为 电 动 机 当 换 向 不 频 繁 或 换 向 虽 频 繁 但 电 动 机 功 率 较 小 时 ， 可 直 接 由电 动 机 起 停 和 换 向 。 这 种 方 式 的 优 点 是 结 构 简 单 ， 操 纵 方 便 ，因 此 得 到 广 泛 的 应 用 。 当 功 率 较 大 且 起 停 和 换 向 频 繁 时 ， 常 采 用 离 合 器 起 停 和 换 向 。执 行 机 构 的 转 速 较 高 时 采 用 摩 擦 离 合 器 ， 执 行 机 构 的 转 速 较 低时 可 采 用 牙 嵌 离 合 器 等 刚 性 的 啮 合 式 离 合 器 。 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置262 动 力 机 为 内 燃 机 由 于 内 燃 机 不 能 在 负 载 下 起 动 ， 故 必 需 用 摩 擦 离 合 器 或 液力 偶 合 器 来 实 现 起 停 。 内 燃 机 不 能 反 向 运 转 ， 执 行 机 构 需 要反 向 时 应 在 传 动 链 中 设 置 反 向 机 构 。 用 离 合 器 实 现 起 停 时 ， 为 了 减 小 摩 擦 离 合 器 的 结 构 尺 寸 ，应 将 它 放 置 在 转 速 较 高 的 传 动 轴 上 。 由 于 靠 近 动 力 机 ， 故 当离 合 器 脱 开 时 ， 传 动 链 中 大 部 分 传 动 件 停 止 运 动 ， 可 以 减 少空 转 功 率 损 失 。 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置27 换 向 机 构 放 在 靠 近 动 力 机 的 转 速 较 高 的 传 动 轴 上 ， 也 可 使其 结 构 紧 凑 。 但 会 使 换 向 的 传 动 件 较 多 ， 能 量 损 失 较 大 。 对 于 传 动 件 少 、 惯 性 小 的 传 动 链 ， 宜 将 换 向 机 构 放 在 前 面即 靠 近 动 力 机 处 ， 反 之 ， 宜 将 换 向 机 构 放 在 传 动 链 的 后 面 即靠 近 执 行 机 构 处 ， 以 提 高 传 动 的 平 稳 性 和 效 率 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置齿 轮 摩 擦 离 合 器 换 向 机 构 齿 轮 Z1和 Z3空 套 在 轴 上 ， 摩 擦 离 合 器 向 左 接 合 时 ，通 过 Z2传 动 轴 。 摩 擦 离 合器 向 右 接 合 时 ， 通 过 Z0、 Z4传 动 轴 实 现 反 转 ， 摩 擦 离合 器 处 于 中 间 位 置 时 ， 轴 不 转 。 这 样 就 可 实 现 轴 I的起 停 和 换 向 。 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置第 二 节 传 动 系 统 的 组 成二、启停和换向装置第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置34使 执 行 机 构 的 运 动 能 够 迅 速 停 止 。 由 于 运 动 构 件 具 有 惯 性 ，当 起 停 装 置 断 开 后 ， 运 动 构 件 不 能 立 即 停 止 ， 而 是 逐 渐 减 速后 才 能 停 止 运 动 。 转 速 愈 高 ， 运 动 构 件 的 惯 性 愈 大 及 摩 擦 阻力 愈 小 ， 停 车 的 时 间 就 愈 长 。 为 了 节 省 辅 助 时 间 ， 对 于 起 停频 繁 或 运 动 构 件 惯 性 大 、 运 动 速 度 高 的 传 动 系 统 ， 应 安 装 制动 装 置 。 基 本 要 求 是 工 作 可 靠 ， 操 纵 方 便 ， 制 动 迅 速 平 稳 ， 结 构 简 单 ，尺 寸 小 ， 磨 损 小 ， 散 热 好 。 常 用 制 动 方 式 有 电 气 制 动 和 机 械 制 动 。 电 动 机 起 停 和 换 向时 ， 常 采 用 反 接 制 动 。 它 具 有 结 构 简 单 、 操 作 方 便 、 制 动 迅速 等 优 点 ， 但 反 接 制 动 电 流 较 大 ， 传 动 系 统 受 到 的 惯 性 冲 击较 大 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置35 当 传 动 链 较 长 、 起 动 比 较 频 繁 、 传 动 系 统 惯 性 较 大 及 传 递功 率 较 大 时 ， 常 采 用 机 械 制 动 方 式 ， 如 带 式 、 外 抱 块 式 、 内张 蹄 式 和 盘 式 等 摩 擦 式 制 动 器 。 此 外 ， 还 经 常 使 用 磁 粉 式 、磁 涡 流 式 和 水 涡 流 式 等 非 摩 擦 式 制 动 器 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置36 1） 制 动 器 与 离 合 器 必 需 互 锁 。 2） 合 理 确 定 制 动 器 的 安 装 位 置 。 若 要 求 制 动 转 矩 较 小 ，则 制 动 器 安 装 在 转 速 较 高 的 轴 上 。 这 样 制 动 平 稳 ， 制 动 器 体积 也 小 。 若 要 求 制 动 时 间 短 、 制 动 灵 活 ， 则 制 动 器 可 直 接 安装 在 主 轴 或 其 他 执 行 机 构 上 。 通 常 ， 制 动 器 安 装 在 转 速 较 高 、变 速 范 围 较 小 的 轴 上 。 3） 带 式 制 动 器 的 操 纵 力 应 作 用 在 制 动 带 的 松 边 。 制 动 器 的 设 计 与 安 装 应 考 虑 如 下 问 题 ： 第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置37第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置38第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置39第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置40第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置41第 二 节 传 动 系 统 的 组 成三、制动装置42第 二 节 传 动 系 统 的 组 成四、安全保护装置43机 械 在 工 作 中 若 载 荷 变 化 频 繁 、 变 化 幅 度 较 大 、 可 能 过载 而 本 身 又 无 保 护 作 用 时 ， 应 在 传 动 链 中 设 置 安 全 保 护装 置 ， 以 避 免 损 坏 传 动 机 构 。 如 果 传 动 链 中 有 带 、 摩 擦离 合 器 等 摩 擦 副 ， 则 具 有 过 载 保 护 作 用 ， 否 则 应 在 传 动链 中 设 置 安 全 离 合 器 或 安 全 销 等 过 载 保 护 装 置 。 当 传 动链 所 传 递 的 转 矩 超 过 规 定 值 时 ， 靠 安 全 保 护 装 置 中 连 接件 的 折 断 、 分 离 或 打 滑 来 停 止 或 限 制 转 矩 的 传 递 。安 全 保 护 装 置 装 在 转 速 较 高 的 传 动 构 件 上 ， 可 使 结 构 尺寸 小 些 。 若 装 在 靠 近 执 行 机 构 的 传 动 构 件 上 ， 则 一 旦 发生 过 载 ， 就 能 迅 速 停 止 运 动 ， 并 可 使 传 动 链 中 其 他 传 动构 件 避 免 超 负 荷 运 行 。 所 以 安 全 保 护 装 置 宜 放 在 靠 近 执行 机 构 且 转 速 较 高 的 传 动 构 件 上 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成四、安全保护装置441 销 钉 安 全 联 轴 器 在 传 动 链 中 设 置 一 个 最 薄 弱 的 环 节 ， 如 剪 断 销 或 剪 断 键 ， 当传 递 的 转 矩 超 过 允 许 值 时 ， 销 或 键 被 剪 断 ， 使 传 动 链 断 开 ， 执行 机 构 便 停 止 运 动 。 剪 断 销 或 剪 断 键 应 装 在 传 动 链 中 易 于 更 换的 位 置 上 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成四、安全保护装置452 钢 珠 安 全 离 合 器灵 敏 度 较 高 、 工 作 可 靠 、 结 构 简 单 ， 但 打 滑 时 会 产 生 较 大 的 冲 击 ，连 接 刚 度 较 小 ， 反 向 回 转 时 运 动 的 同 步 性 较 差 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成四、安全保护装置463 摩 擦 安 全 离 合 器结 构 简 单 ， 多 用 于 传 递 转 矩 不 大 的 场 合 。 如 果 传 递 的 转 矩 较大 ， 也 可 采 用 双 圆 锥 摩 擦 安 全 离 合 器 或 摩 擦 片 安 全 离 合 器 。第 二 节 传 动 系 统 的 组 成四、安全保护装置47第 三 节 特 殊 传 动 机 构481、 行 星 齿 轮 传 动2、 摆 线 针 轮 行 星 传 动3、 谐 波 齿 轮 传 动第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动49中 心 轮行 星 轮内 齿 轮行 星 架第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动50 一 个 或 一 个 以 上 齿 轮 的绕 另 一 齿 轮 的 迴 转的 齿 轮 传 动 。三 者 都 不 固 定 确定 机 构 运 动 时 需 要 给 出 两 个 构件 的 角 速 度 固 定 内 齿 轮 b或 太阳 轮 a。第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动51 差 动 轮 系 可 以 把 两 个 给 定 运 动 合 成 起 来 也 可 把 一 个给 定 运 动 按 照 要 求 分 解 成 两 个 基 本 件 的 运 动 。 行 星 齿 轮 传 动 应 用 广 泛 并 可 与 无 级 变 速 器 液 力 耦合 器 和 液 力 变 矩 器 等 联 合 使 用 进 一 步 扩 大 使 用 范 围 。 第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动52(1) 齿 圈 固 定 ， 太阳 轮 主 动 ， 行 星 架被 动 此 种 组 合 为 降 速 传 动 ，通 常 传 动 比 为 2.5 5，且 转 向 相 同 。 52第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动53(2) 齿 圈 固 定 ， 行 星架 主 动 ， 太 阳 轮 被 动 此 种 组 合 为 升 速 传 动 ，传 动 比 为 0.2 0.4，且 转 向 相 同 。 53第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动54(3) 太 阳 轮 固 定 ，齿 圈 主 动 ， 行 星架 被 动 此 种 组 合 为 降 速 传 动 ，传 动 比 为 1.25 1.67，且 转 向 相 同 。54第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动55(4) 太 阳 轮 固 定 ，行 星 架 主 动 ， 齿圈 被 动 此 种 组 合 为 升 速 传 动 ， 传 动比 为 0.6 0.8， 且 转 向 相 同 。 55第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动56(5) 行 星 架 固 定 ，太 阳 轮 主 动 ， 齿圈 被 动 此 种 组 合 为 降 速 传 动 ，传 动 比 为 1.5 4， 且转 向 相 反 56第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动5757(6) 行 星 架 固 定 ，齿 圈 主 动 ， 太 阳轮 被 动 此 种 组 合 为 升 速 传 动 ， 传 动 比为 0.25 0.67， 且 转 向 相 反 。 57第 三 节 特 殊 传 动 机 构一、行星齿轮传动5858(7) 把 三 元 件 中 任意 两 元 件 接 合 为 一体 的 情 况 行 星 齿 轮 间 没 有 相 对 运 动 ， 作为 一 个 整 体 运 转 ， 传 动 比 为 1，且 转 向 相 同 。 第 三 节 特 殊 传 动 机 构二、摆线针轮行星传动5959第 三 节 特 殊 传 动 机 构二、摆线针轮行星传动60601 摆 线 行 星 轮 ， 2 针 轮 ， H 系 杆 ， V 输 出 轴第 三 节 特 殊 传 动 机 构二、摆线针轮行星传动6161运 动 由 系 杆 H输 入 ， 通 过 输 出 机 构 由 轴 V输 出 。 摆 线 针 轮 行 星 传 动也 是 一 种 KHV型 一 齿 差 行 星 传 动 。 在 摆 线 针 轮 传 动 中 ， 行 星 轮 的 齿 廓 曲 线 不 是 渐 开 线 ， 而 是 变态 外 摆 线 ， 中 心 内 齿 轮 采 用 了 针 齿 ， 又 称 为 针 轮 。 同 渐 开 线 少 齿差 行 星 传 动 一 样 ， 其 传 动 比 为 ： 由 于 Z1 Z2 = 1， 故 i = -Z2， 即 摆 线 针 轮 行 星 传 动 可 获 得大 传 动 比 。 摆 线 针 轮 行 星 传 动 具 有 减 速 比 大 （ 一 级 减 速 比 9 - 115，多 级 可 获 更 大 减 速 比 ） 、 结 构 紧 凑 、 传 动 效 率 高 （ 一 般 可 达 90% 94%） 、 传 动 平 稳 、 承 载 能 力 高 、 使 用 寿 命 长 等 优 点 ， 与 渐 开 线 少齿 差 行 星 传 动 相 比 ， 无 齿 顶 相 碰 和 齿 廓 重 叠 干 涉 等 问 题 。 在 军 工 、矿 山 、 冶 金 、 化 工 等 工 业 部 门 得 到 广 泛 应 用 ， 以 其 多 方 面 的 优 点取 代 了 一 些 笨 重 庞 大 的 传 动 装 置 。 其 主 要 缺 点 是 加 工 工 艺 复 杂 ，制 造 成 本 较 高 。 i = -Z2 /（ Z1 Z2） 第 三 节 特 殊 传 动 机 构三、谐波齿轮传动6262 谐 波 传 动 是 建 立 在 弹 性 变 形 理 论 基 础 上 的 一 种 新 型 传 动 。1为 具 有 内 齿 的 刚 轮 ， 2为 具 有 外 齿 的 柔 轮 ， H为 波 发 生 器 。 这三 个 构 件 与 少 齿 差 行 星 传 动 机 构 的 中 心 内 齿 轮 、 行 星 轮 2和 系杆 H相 当 。 通 常 波 发 生 器 为 主 动 件 ， 而 刚 轮 或 柔 轮 之 一 为 从 动件 ， 另 一 个 为 固 定 件 。 当 波 发 生 器 装 入 柔 轮 内 孔 时 ， 由 于 前 者 的 总 长 度 略 大 于 后者 的 内 孔 直 径 ， 故 柔 轮 变 为 椭 圆 ， 是 在 椭 圆 的 长 轴 两 端 产 生 了柔 轮 与 刚 轮 轮 齿 的 两 个 局 部 啮 合 区 ， 同 时 在 椭 圆 的 短 轴 两 端 ，两 轮 轮 齿 完 全 脱 开 。 至 于 在 其 余 各 处 ， 根 据 柔 轮 回 转 方 向 的 不同 ， 或 处 于 啮 入 状 态 ， 或 处 于 啮 出 状 态 。 当 波 发 生 器 连 续 转 动时 ， 柔 轮 长 短 轴 的 位 置 不 断 变 化 ， 从 而 使 轮 齿 的 啮 合 区 和 脱 开区 也 随 之 不 断 变 化 ， 于 是 在 柔 轮 与 刚 轮 之 间 就 产 生 了 相 对 位 移 ，从 而 传 递 运 动 。 第 三 节 特 殊 传 动 机 构三、谐波齿轮传动6363第 三 节 特 殊 传 动 机 构三、谐波齿轮传动6464 在 波 发 生 器 转 动 一 周 期 间 ， 柔 轮 上 一 点 变 形 的 循 环 次 数 与 波 发生 器 上 的 凸 起 部 位 数 是 一 致 的 ， 称 为 波 数 。 常 用 的 有 两 波 和 三 波 。 为了 有 利 于 柔 轮 的 力 平 衡 和 防 止 轮 齿 干 涉 ， 刚 轮 和 柔 轮 的 齿 数 差 应 等 于波 发 生 器 波 数 （ 即 波 发 生 器 上 的 滚 轮 数 ） 的 整 倍 数 ， 通 常 取 作 等 于 波数 。 由 于 在 谐 波 齿 轮 传 动 过 程 中 ， 柔 轮 与 刚 轮 的 啮 合 过 程 与 行 星 齿 轮传 动 类 似 ， 其 传 动 比 可 按 周 转 轮 系 的 计 算 方 法 求 得 。 当 刚 轮 1固 定 ， 波 发 生 器 H主 动 ， 柔 轮 2从 动 时 ， 传 动 比 为 ： iH2 = Z2 / （ Z1 Z2） 当 柔 轮 2固 定 ， 波 发 生 器 H主 动 ， 刚 轮 1从 动 时 ， 传 动 比 为 ： iH1 = Z1 / （ Z1 Z2） 在 波 发 生 器 转 动 一 周 期 间 ， 柔 轮 上 一 点 变 形 的 循 环 次 数 与 波 发生 器 上 的 凸 起 部 位 数 是 一 致 的 ， 称 为 波 数 。 常 用 的 有 两 波 和 三 波 。为 了 有 利 于 柔 轮 的 力 平 衡 和 防 止 轮 齿 干 涉 ， 刚 轮 和 柔 轮 的 齿 数 差 应等 于 波 发 生 器 波 数 （ 即 波 发 生 器 上 的 滚 轮 数 ） 的 整 倍 数 ， 通 常 取 作等 于 波 数 。 由 于 在 谐 波 齿 轮 传 动 过 程 中 ， 柔 轮 与 刚 轮 的 啮 合 过 程 与行 星 齿 轮 传 动 类 似 ， 其 传 动 比 可 按 周 转 轮 系 的 计 算 方 法 求 得 。 当 刚 轮 1固 定 ， 波 发 生 器 H主 动 ， 柔 轮 2从 动 时 ， 传 动 比 为 ： iH2 = Z2 / （ Z1 Z2） 当 柔 轮 2固 定 ， 波 发 生 器 H主 动 ， 刚 轮 1从 动 时 ， 传 动 比 为 ： iH1 = Z1 / （ Z1 Z2） 3、 谐 波 齿 轮 传 动 65第 三 节 特 殊 传 动 机 构三、谐波齿轮传动6666优 点 ： 传 动 比 大 、 范 围 宽 （ 一 级 传 动 比 范 围 为 50 - 500， 二 级 传 动可 达 2500-250000） ， 且 在 传 动 比 很 大 的 情 况 下 ， 仍 具 有 较 高 的效 率 ； 结 构 简 单 、 体 积 小 、 重 量 轻 （ 与 一 般 齿 轮 减 速 器 相 比 ， 零 件可 减 少 约 50 %， 体 积 可 减 少 20%-50%） ； 承 载 能 力 强 、 传 动 平 稳 、 运 动 精 度 高 ； 能 实 现 密 封 空 间 的 运 动 传 递 。 缺 点 ： 柔 轮 易 发 生 疲 劳 损 坏 ， 起 动 力 矩 大 。 近 年 来 谐 波 齿 轮 传 动 技 术 发 展 十 分 迅 速 ， 应 用 日 益 广 泛 。在 机 械 制 造 、 冶 金 、 发 电 设 备 、 矿 山 、 造 船 及 国 防 工 业 （ 如 宇航 技 术 、 雷 达 装 置 等 ） 中 都 得 到 了 广 泛 应 用 。 优 点 ： 传 动 比 大 、 范 围 宽 （ 一 级 传 动 比 范 围 为 50 - 500，二 级 传 动 可 达 2500-250000） ， 且 在 传 动 比 很 大 的情 况 下 ， 仍 具 有 较 高 的 效 率 ； 结 构 简 单 、 体 积 小 、 重 量 轻 （ 与 一 般 齿 轮 减 速 器 相比 ， 零 件 可 减 少 约 50 %， 体 积 可 减 少 20%-50%） ； 承 载 能 力 强 、 传 动 平 稳 、 运 动 精 度 高 ； 能 实 现 密 封 空 间 的 运 动 传 递 。 缺 点 ： 是 柔 轮 易 发 生 疲 劳 损 坏 ， 起 动 力 矩 大 。 近 年 来 谐 波 齿 轮 传 动 技 术 发 展 十 分 迅 速 ， 应 用 日 益 广泛 。 在 机 械 制 造 、 冶 金 、 发 电 设 备 、 矿 山 、 造 船 及 国 防 工业 （ 如 宇 航 技 术 、 雷 达 装 置 等 ） 中 都 得 到 了 广 泛 应 用 。 3、 谐 波 齿 轮 传 动 67