劉楚寧 王會芳 于坤旺

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

超環(huán)面機電傳動的結構參數及電磁嚙合分析

劉楚寧 王會芳 于坤旺

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

作為一種更加復雜的復合空間傳動模式，超環(huán)面機電傳動展現出的是利用機、電、控制三個方面的良好利用，從而使得整個機電系統(tǒng)的結構大大簡化。本文重點分析超環(huán)面機電傳動的結構參數和電磁嚙合兩個方面，旨在為傳統(tǒng)的加工制造與研究提供更加有利的理論參考。

超環(huán)面機電傳動；結構參數；電磁嚙合

0.引言

從整體上看目前我國的機械方面發(fā)展現狀，借助技術的不斷升級輔助我國機械行業(yè)也逐漸走向高端。在這種局勢下機械對傳動機械的性能提出了更高的要求，這是因為傳動系統(tǒng)性能的高低直接關系到整個機械的工作性能等多個方面。機械傳動作為機械系統(tǒng)中的重要組成部分，在生產力水平逐漸提高的當下其對機械系統(tǒng)的性能也在逐漸產生影響。傳動機械學作為機械學中的重要分支，借助科學技術的發(fā)展與進步出現的復合傳動機構比起以往的單一傳動形式展現出更大的優(yōu)勢。

1.超環(huán)面機電傳動概述

超環(huán)面機電傳動是一種結合環(huán)面蝸桿攢動與行星輪傳動的復合傳動機構[1]。為了實現工業(yè)等實際生產過程中更加高效的運作，機械傳動系統(tǒng)逐漸將各種高新技術結合展現出更加強大的應用實力。從而呈現出了新的傳動形式，促使傳動展現出更好的工作性能。與傳統(tǒng)的機電傳動不同，超環(huán)面機電傳動融合了機械、電磁和驅動技術三個方面的先進技術，不僅仍然具有原有系統(tǒng)的良好性能，同時還展現出更好的可控性，具有更加廣泛的應用前景。

超環(huán)面機電由蝸桿定子、行星輪、環(huán)面外定子和行星架轉子組成[2]。超環(huán)面機電傳動的原理是通過利用行星架轉子、永磁行星輪等內部構件，實現運動與動力的輸出。其中永磁行星輪圓周上均勻的安置NS級的永磁齒，通過這個形成磁性齒完成嚙合。融合了各項高端技術的超環(huán)面機電傳動的運動過程已經不再是原有單純的力或力矩的傳遞，而是通過實現直接驅動的方式再次提高驅動效率。

2.超環(huán)面機電傳動的結構參數分析

2.1 傳動關系分析

想要了解超環(huán)面機電傳動的傳動關系，首先需要了解的就是超環(huán)面機電傳動的傳動比，簡單一點而言，通過對蝸桿內定子、行星輪、環(huán)面外定子、行星架轉子進行分析最后再將得到的數據進行轉化即可。

需要注意的是，在對具有NS兩級的螺旋進行安裝的過程中，一定是采用成對安裝的方式即偶數安裝。通過蝸桿內定子的極對數、極數就可以知道環(huán)面外定子齒數需要滿足的條件與關系[3]。結合計算以及以往的實踐經驗發(fā)現，在傳動關系中，環(huán)面外定子磁極齒數與蝸桿內定子槽內線圈繞組的關系與數學中的等差數列一致，而且是極數為2倍公差。通過對傳動關系進行分析發(fā)現，想要實現以及能夠實現的傳動比均是偶數，而且全部都是正偶數。而傳動比的大小則是由環(huán)面外定子齒數決定的。另外一個需要注意的是，在設計的過程中想要獲得最大的傳動比，其環(huán)面外定子的齒數要控制數值。

2.2 行星輪數

從行星輪數的角度出發(fā)，想要獲得更多的超環(huán)面機電傳動的電磁嚙合點，就需要從裝配的角度分析，這就需要在蝸桿內定子和環(huán)面外定子形成的有限空間內安裝最多的行星輪，只有通過這種方式才能夠達到增加輸出力矩的作用，也就能夠增加電磁嚙合點。

在蝸桿內定子和環(huán)面外定子的空間內安裝行星輪，上文中已經明確行星輪的齒數必定為偶數，在這種情況下再進行行星輪安裝條件的確定，另外通過了解可安裝行星輪個數從而獲得極對數與環(huán)面外定子齒數與安裝個數之間的存在某種特定關系。通過對蝸桿內定子極數、裝配關系、可安裝行星輪個數和傳動比之間的關系，發(fā)現行星輪數的安裝個數不僅與環(huán)面外定子的齒數有關，同時蝸桿內定子的極對數也關系到行星輪的安裝個數。雖然通過安裝盡可能多的行星輪能夠增加輸出力矩，但是另外一個重點就是要保證整個傳動系統(tǒng)的正常運行，因此需要保證兩個行星輪之間的距離保證在不會發(fā)生碰撞的可能性內。安裝的過程中最好留有一定的孔隙保證其順利安裝。另外一個需要注意的就是在安裝行星輪個數選擇的過程中，在個數與厚度方面需要綜合考慮。

3.超環(huán)面機電傳動的電磁嚙合分析

超環(huán)面機電傳動作為一種新型傳動，其驅動的原理就是環(huán)面蝸桿產生的環(huán)面旋轉磁場用來驅動永磁體為輪齒的多個行星輪轉動，從而支撐行星輪的行星架轉動實現低速大轉矩的動力輸出[4]。對超環(huán)面機電傳動的電磁嚙合分析的目的在于了解傳動固有的輸出特性，獲得良好的輸出性能。

3.1 行星輪初始安裝位置的計算

在初始安裝的過程中，先安裝一個基準輪，考慮到行星輪與行星架固連，可以根據比例關系完成行星輪的初始位置安裝。在確定了行星輪齒數之后進行八齒行星輪的安裝[5]。針對其他齒數行星輪的安裝，由于環(huán)面定子內部空間以及行星輪大小有限，因此行星輪個數和行星輪齒數的選擇有限。

在超環(huán)面機電傳動中，不同的蝸桿繞組級對數，根據環(huán)面定子的特殊性，選取不同的行星輪齒數和行星輪個數進行安裝[6]。

3.2 嚙合齒對數分析

超環(huán)面機電傳動中，需要先確定行星輪的初始位置，只有完成這個之后才能夠進行下一步。在安裝過程中，考慮到蝸桿和參與到嚙合行為的行星輪齒數，其對輸出力矩和速度起到關鍵作用。為了保證傳動表現出良好的性能，就需要通過進行電磁嚙合分析，重點加強對波動規(guī)律的分析，在了解的基礎上提出針對性的控制方法。在安裝過程中，最先需要考慮的是基準行星輪的安裝，而其他形式的行星輪只需要通過同步或異步關系完成判斷即可。通過這種方式就能夠了解超環(huán)面機電傳動和嚙合情況。

而想要了解基準行星輪的嚙合情況，不僅需要了解行星輪齒數、蝸桿包角等參數，還需要對基準嚙合齒對數進行分析。

通過研究發(fā)現,嚙合區(qū)大小與包角的關系由多個是參與嚙合的分段斜線組成，在包角逐漸增大的情況下，當行星輪參與嚙合的齒數越多，而異步行星輪參與嚙合的齒數也會隨之增多。各個段區(qū)間的大小又與異步輪數有關，異步行星輪越多，分段就越細小[7]。

如果改變開始出現變行星輪齒數，又想要得到最大的輸出力矩，就需要從蝸桿包角等多個方面分析，由于電磁嚙合是從基準行星輪開始，而且在后期的運行中可能還會有更多齒參與到嚙合中，這時需要考慮異步值和基準輪異步的行星輪齒數，將其想加之后乘以倍頻值，就可以得到參與嚙合的齒數?？梢园l(fā)現區(qū)間的大小與行星輪齒數和安裝方式的異步輪個數有關。

4.結語

與傳統(tǒng)的機電傳動模式有很大的區(qū)別，超環(huán)面融合了電磁、蝸桿等多項技術和參數，屬于一種全新的空間傳動模式。利用技術的先進與升級超環(huán)面機電傳動表現出結構緊湊、直接驅動等多項特點。本次研究中通過對結構參數和電磁嚙合兩個方面進行分析，從而了解到傳動可以實現所有正偶數的傳動比和得到內外定子螺旋升角隨著結構參數變化的變化規(guī)律，最終目的就是希望能夠為傳動的相關性能提供可靠的理論基礎。

[1]郝秀紅,許立忠.機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃訃Ш蠀导钕碌姆€(wěn)定性分析[J].中國機械工程,2007,51(24）:2947-2950.

[2]蔡毅,許立忠.機電集成傳動的嚙合原理研究[J]. 機械設計,2008,33(04): 42-44.

[3]劉欣,許立忠,聶嶺.雙定子混合勵磁超環(huán)面電機結構及電感參數分析[J].電機與控制學報,2014,10:60-67.

[4]劉欣,許立忠,聶嶺. 新型超環(huán)面混合勵磁電機的結構及特性分析[J]. 中國電機工程學報,2015,33(20:)5335-5343.

[5]許立忠,高艷霞. 機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃臃蔷€性機電耦合動力學研究[J]. 燕山大學學報,2013,21(01):15-21+44.

[6]郝秀紅,朱學軍,許立忠.機電集成超環(huán)面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)參數振動研究[J].振動與沖擊,2013,53(22):113-118+134.

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1007-6344（2016）07-0317-01

劉楚寧(1992.09--)男，遼寧省鞍山市人，本科學歷，專業(yè)：機械設計制造及其自動化。王會芳（1992.07--）女，新疆石河子市人，本科學歷，專業(yè)：機械設計制造及其自動化。于坤旺(1993.03--)男，天津市寧河縣人 ，本科學歷，專業(yè)：機械設計制造及其自動化。