雷 華，李俊輝，曾 晶，薛 松

(中國重型機(jī)械研究院股份公司， 陜西 西安 710032)

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轉(zhuǎn)差傳動技術(shù)新思路

雷 華，李俊輝，曾 晶，薛 松

(中國重型機(jī)械研究院股份公司， 陜西 西安 710032)

根據(jù)轉(zhuǎn)差傳動的特點，通過對傳動原理分析，提出一種通過改變輸入軸驅(qū)使齒輪的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)大減速比和平緩換向的轉(zhuǎn)差傳動技術(shù)新思路，擴(kuò)展了差傳動的應(yīng)用范圍，為傳動機(jī)械提供了一個研究方向。

減速機(jī)；轉(zhuǎn)差傳動；傳動比

0 前言

傳動減速機(jī)的目的是將輸入動力源的轉(zhuǎn)速和力矩經(jīng)過減速機(jī)的傳動系統(tǒng)后，按設(shè)定要求進(jìn)行放大或縮小，實現(xiàn)力和轉(zhuǎn)速的傳遞。

轉(zhuǎn)差傳動技術(shù)是根據(jù)傳動基本原理，結(jié)合相對運(yùn)動的齒輪轉(zhuǎn)差來改變與其嚙合齒輪的公轉(zhuǎn)速度來實現(xiàn)一定傳動比的一種技術(shù)。

本文從轉(zhuǎn)差傳動基本原理出發(fā)，經(jīng)過分析，提出一種新型傳動方法，通過改變輸入軸旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速平緩正反轉(zhuǎn)切換，且能增大減速機(jī)的總傳動比范圍。

1 原理分析

1.1 基本輪系

轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)如圖1所示，Z1、Z3分別與Z2嚙合。如果Z1或Z3之一固定，輪系就是傳統(tǒng)上的行星輪系。

圖1 轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)輪系Fig.1 Gear train of differential transmission

如果Z1和Z3的旋轉(zhuǎn)方向相同，在轉(zhuǎn)速相等的情況下，Z2自身相對其旋轉(zhuǎn)軸靜止，不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，只有齒輪Z2圍繞其齒輪架輸出軸以n4速度旋轉(zhuǎn)，在Z1的轉(zhuǎn)速大于Z3時，Z2自身相對其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，隨著Z1與Z3速度差的增大而增大，齒輪Z2圍繞其齒輪架輸出軸以n4速度也相應(yīng)增大。

如果Z1和Z3的旋轉(zhuǎn)方向相反，在轉(zhuǎn)速相等的情況下，Z2自身相對其旋轉(zhuǎn)軸原地旋轉(zhuǎn)，齒輪Z2的齒輪架輸出速度n4為0，在Z1的轉(zhuǎn)速與Z3的轉(zhuǎn)速不相等時，Z2自身相對其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)同時，齒輪Z2的齒輪架輸出軸n4沿Z1與Z3中速度大的一方旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，且隨著Z1與Z3速度差的增大而增大。

如果Z1的轉(zhuǎn)動方向和速度不變，Z3的轉(zhuǎn)速從小于Z1的轉(zhuǎn)速逐漸增大，并逐步超過Z1的過程中，Z2自身相對其旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向會從一個方向逐漸過渡到反向，同時也驅(qū)使齒輪Z2的齒輪架輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度n4從一個方向逐漸過渡到反向，速度也隨之發(fā)生變化。

1.2 輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速間的關(guān)系

在圖1中，由于兩個Z1、Z3齒輪同時與Z2嚙合，它們具有相同的模數(shù)m，假設(shè)Z1齒輪的齒數(shù)為NZ1，Z2齒輪的齒數(shù)為NZ2，Z3齒輪的齒數(shù)為NZ3，Z1的轉(zhuǎn)速為n1，Z3的轉(zhuǎn)速為n3，那么Z2相對Z1來說，其轉(zhuǎn)速n2與Z1、Z2、Z3的轉(zhuǎn)速有關(guān)，是這兩個齒輪驅(qū)使齒輪Z2旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速之和。

如圖2所示。Z1旋轉(zhuǎn)時驅(qū)使Z2旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速n21為

n21=NZ1NZ2n1

式中，NZ1為齒輪Z1的齒數(shù)；NZ2為齒輪Z2的齒輪數(shù)。

Z3旋轉(zhuǎn)時驅(qū)使Z2旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速n23為

n23=NZ3NZ2n3

式中，NZ3為齒輪Z3的齒數(shù)。

所以，Z2相對其旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為

n2=n23-n21=1NZ2(NZ3·n3-NZ1·n1)

(1)

圖2 機(jī)構(gòu)相關(guān)轉(zhuǎn)速的空間關(guān)系Fig.2 Space relationship of mechanism rotational speed

Z2齒輪在繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時，其齒輪架帶著Z2齒輪繞旋轉(zhuǎn)軸也在旋轉(zhuǎn)，這一轉(zhuǎn)速也就是輸出轉(zhuǎn)速n4。

如圖3所示，在Z2和Z1嚙合過程中，分度圓結(jié)合處的線速度相同，其線速度為

v21=π·NZ1·m·n1

圖3 機(jī)構(gòu)相關(guān)齒輪的切線速度間關(guān)系Fig.3 Relationship between relative gears’ tangent velocity

同樣，Z2和Z3嚙合過程中分度圓結(jié)合處的線速度為

v23=π·NZ3·m·n3

Z2以A點為瞬心，沿Z1滾動，所以齒輪Z2隨齒輪架旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速時，分布在Z3齒輪的分度圓切線方向的線速度為：

v2=v23+12(v23-v21)
=π·mNZ3·n3+(NZ3·n3-NZ1·n1)2

由此可推導(dǎo)出輸出轉(zhuǎn)速n4

v2=π2·m·NZ1·(n1+n3)

v2=π·d3·n4=π·m·NZ3·n4

則

n4=NZ12NZ3(n1+n3)

(2)

當(dāng)輪系確定后，NZ1、NZ3也確定不變，改變n1、n3或其中之一，就可改變輪系的輸出速度n4的大小和方向。利用這一特點可對圖1所示的轉(zhuǎn)差傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用。

2 轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)拓展應(yīng)用舉例

2.1 單輸入方式的新型轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)

如果單輸入方式的新型轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)的輪系如圖4所示，NZ1=NZ1′，NZ4>NZ3，NZ5>NZ6，那么

n3=-NZ3·NZ6NZ4·NZ5n0

n1=NZ6NZ5n0

式中，NZ4、NZ5、NZ6分別為齒輪Z4、Z5、Z6的齒數(shù)。

圖4 單輸入方式的新型轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)Fig.4 Single-input differential mechanism

此輪系的傳動比為

i=n0n4=2NZ5·NZ4NZ6(NZ4-NZ3)

Z4和Z3的齒數(shù)越接近，輪系的傳動比就越大。這種輪系相對行星減速機(jī)來說，簡單而傳動比大，具有很好的經(jīng)濟(jì)實用性。

3.2 雙輸入方式的新型轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)

圖5 雙輸入新型轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)Fig.5 Dual-input differential mechanism gears

圖6 雙輸入新型轉(zhuǎn)差機(jī)構(gòu)的齒輪嚙合關(guān)系Fig.6 Relationship between dual-input differential mechanism gears

n1=NZ3·NZ6NZ4·NZ5′n0

n7=-NZ8NZ7n3

所以，輸出軸上的轉(zhuǎn)速n4為

該輪系的傳動比與n0、n3的變化有關(guān)、隨著n0、n3的變化，n4可能為正，也可能為負(fù)，也可能為0。大大增加了輪系傳動比范圍。此輪系的傳動比不再唯一依靠輪系各齒輪關(guān)系確定，而可經(jīng)過兩個輸入轉(zhuǎn)速之一的調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)，大大提高了傳統(tǒng)齒輪傳動機(jī)構(gòu)的調(diào)速范圍。輸出轉(zhuǎn)速在輸入轉(zhuǎn)速方向不發(fā)生改變的情況下，可實現(xiàn)換向功能，且無沖擊平滑過渡。這是此輪系獨有的特點。

3 結(jié)論

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A new idea of differential mechanism

LEI Hua, LI Jun-hui, ZENG Jing, XUE Song

(China National Heavy Machine Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710032,China)

According to the character istics of differential transmission and analysis of the transmission principle a new kind of differential mechanism is proposed by changing the driving gear speed of the output shaft, achieving a large redu ction ratio and a smooth reverse direction capalbility. This idea expands the scope of application of differential transmission and provides a research direction for transmission machinery.

reducer; differential mechanism; radio

2014-10-11；

2014-12-05

雷華(1972-)，男，中國重型機(jī)械研究院股份公司，高級工程師。

TH131

A

1001-196X(2015)01-0024-05