[科普中國(guó)]-行星輪系

輪系及其分類

采用一系列互相嚙合的齒輪將主動(dòng)軸和從動(dòng)軸連接起來(lái)，這種多齒輪的傳動(dòng)裝置稱為輪系。

根據(jù)輪系運(yùn)動(dòng)時(shí)其各輪軸線的位置是否固定，可以將輪系分為下列兩大類：

（1）定軸輪系 當(dāng)輪系運(yùn)動(dòng)時(shí)，其各輪軸線的位置固定不動(dòng)的稱為定軸輪系或普通輪系。

（2）周轉(zhuǎn)輪系 當(dāng)輪系運(yùn)動(dòng)時(shí)，凡至少有一個(gè)齒輪的軸線是繞另一齒輪的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為周轉(zhuǎn)輪系，周轉(zhuǎn)輪系又可分為差動(dòng)輪系和行星輪系1。

工作原理行星輪系主要由行星輪g、中心輪k及行星架H組成。其中行星輪的個(gè)數(shù)通常為2～6個(gè)。但在計(jì)算傳動(dòng)比時(shí)，只考慮1個(gè)行星輪的轉(zhuǎn)速，其余的行星輪計(jì)算時(shí)不用考慮，稱為虛約束。它們的作用是均勻地分布在中心輪的四周，既可使幾個(gè)行星輪共同承擔(dān)載荷，以減小齒輪尺寸；同時(shí)又可使各嚙合處的徑向分力和行星輪公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力得以平衡，以減小主軸承內(nèi)的作用力，增加運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。行星架是用于支承行星輪并使其得到公轉(zhuǎn)的構(gòu)件。中心輪中，將外齒中心輪稱為太陽(yáng)輪，用符號(hào)a表示，將內(nèi)齒中心輪稱為內(nèi)齒圈，用符號(hào)b表示。二、行星輪系的分類根據(jù)行星輪系基本構(gòu)件的組成情況，可分為三種類型：2K-H型、3K型、K-H-V型。2K-H型具有構(gòu)件數(shù)量少，傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比變化范圍大，設(shè)計(jì)容易等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用最廣泛。3K型具有三個(gè)中心輪，其行星架不傳遞轉(zhuǎn)矩，只起支承行星輪的作用。行星輪系按嚙合方式命名有NGW、NW、NN型等。N表示內(nèi)嚙合，W表示外嚙合，G表示公用的行星輪g。

行星輪系與定軸輪系的根本區(qū)別在于行星輪系中具有轉(zhuǎn)動(dòng)的行星架，從而使得行星輪系既有自轉(zhuǎn)，又有公轉(zhuǎn)。因此，行星輪系的傳動(dòng)比的計(jì)算不能用定軸輪系的計(jì)算方法來(lái)計(jì)算。按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理（反轉(zhuǎn)法），假設(shè)行星架H不動(dòng)，即繞行星架轉(zhuǎn)動(dòng)中心給系統(tǒng)加一個(gè)（－ωH）角速度，則可將行星輪系轉(zhuǎn)化為假想的定軸輪系，這個(gè)假想的定軸輪系稱為行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系。轉(zhuǎn)化后的定軸輪系和原周轉(zhuǎn)輪系中各齒輪的轉(zhuǎn)速關(guān)系為：則轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比的計(jì)算公式為：因此，對(duì)于行星輪系中任意兩軸線平行的齒輪j和齒輪k，它們?cè)谵D(zhuǎn)化輪系中的傳動(dòng)比為： 在各輪齒數(shù)已知的情況下，只要給定nj、nk、nH中任意兩項(xiàng)，即可求得第三項(xiàng)，從而可求出原行星輪系中任意兩構(gòu)件之間的傳動(dòng)比。

工作特點(diǎn)行星輪系是一種先進(jìn)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、承載能力大、傳遞功率范圍及傳動(dòng)范圍大、運(yùn)行噪聲小、效率高及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用場(chǎng)所行星輪系在國(guó)防、冶金、起重運(yùn)輸、礦山、化工、輕紡、建筑工業(yè)等部門的機(jī)械設(shè)備中，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。將它們的主要功能歸納如下：

（1）實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。行星輪系可以用來(lái)減速，僅用幾個(gè)齒輪就能夠?qū)崿F(xiàn)很大的傳動(dòng)比。

（2）實(shí)現(xiàn)輸出復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)滿足某些特殊要求。如右圖的羊毛起球機(jī)，其起球罐的運(yùn)動(dòng)就是行星輪5的運(yùn)動(dòng)，即行星輪的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的合成。又周轉(zhuǎn)輪系的行星輪上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是許多形狀和性質(zhì)不同的擺線或者變態(tài)擺線，可以滿足一些特殊的需要。

（3）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng)。周轉(zhuǎn)輪系通常采用多個(gè)行星輪的結(jié)構(gòu)，這些行星輪對(duì)稱均勻地分布在中心輪的周圍，這樣的結(jié)構(gòu)可以用幾個(gè)行星輪共同承擔(dān)載荷，同時(shí)這些行星輪因公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力和齒廓間的徑向分力又互相得以平衡，減少了主軸承受的力，相對(duì)地提高了承載能力及傳動(dòng)的平穩(wěn)性。

浮動(dòng)概念“浮動(dòng)”是指某基本構(gòu)件(如太陽(yáng)輪、內(nèi)齒輪或行星架)不加徑向支承，允許作徑向及偏轉(zhuǎn)位移，當(dāng)受載不均衡時(shí)即可自動(dòng)尋找平衡位置(自動(dòng)定心)，直至各行星輪之間載荷均勻分配為止。實(shí)質(zhì)上也就是通過基本構(gòu)件浮動(dòng)來(lái)增加機(jī)構(gòu)的自由度消除或減少虛約束，從而達(dá)到均載目的。
基本構(gòu)件浮動(dòng)最常用的方法是采用雙齒(或單齒)式聯(lián)軸器。三個(gè)基本構(gòu)件中有一個(gè)浮動(dòng)即可起到均載作用，兩個(gè)基本構(gòu)件同時(shí)浮動(dòng)時(shí)，效果更好。
均載機(jī)構(gòu)的形式很多，且各有特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與選擇時(shí)應(yīng)針對(duì)具體情況，參考下述原則進(jìn)行分析比較：
(1)均裁機(jī)構(gòu)應(yīng)使能最大限度地補(bǔ)償誤差和變形，使行星輪間的載荷分配不均衡系數(shù)和沿齒寬方向的裁荷分布系數(shù)最小。
(2)均載機(jī)構(gòu)的離心力要小，因?yàn)殡x心力量降低均載效果和傳動(dòng)的工作平穩(wěn)性．其大小與均載構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)速度、自重和偏心距離有關(guān)。
(3)均載機(jī)構(gòu)的摩擦損失要小，效率要高。
(4)均載構(gòu)件上受的力要大，受力大則補(bǔ)償動(dòng)作靈敏效果好。
(5)均載構(gòu)件在均載過程中的位移量應(yīng)較小。也就是均載機(jī)構(gòu)補(bǔ)償?shù)牡刃д`差數(shù)值要小。行星輪和行星架的等效誤差比太陽(yáng)輪和內(nèi)齒輪的小。
(6)應(yīng)有一定的緩沖和減振性能。
(7)要有利于傳動(dòng)裝置整體結(jié)構(gòu)的布置，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化便于制造、安裝和使用維修。2