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少齿差行星传动的原理及三维动态模拟
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少齿差行星传动的原理及三维动态模拟
河北天择重型机械有限公司（河北 邯郸 056200） 刘 刚
行星传动广泛应用于动力传动的行星减速器中，其具有尺寸设计紧凑、重量轻、传动功率大等优点。少齿差行星传动是行星传动的一种特殊型式，其结构简图如图1。行星轮的运动是自传和公转的复合运动，其传动比的计算比较复杂。本文运用SolidWorks实现了该行星传动的三维动态模拟，将行星轮的运动状态完整地表现出来。
图1 少齿差行星传动简图
1 结构和原理
少齿差行星传动是普通行星传动的一种演化型式，其结构较普通行星传动更
2、加简单，包括内齿圈、行星架、行星轮、盘形输出轴。这种结构行星架是主动件，行星轮是从动件，和普通行星传动相反。
图1中双万向联轴器的结构不仅轴向尺寸大，而且不能用于多个行星轮的场合，现已基本不用。目前用得最广泛的是孔销式盘形输出机构。在行星轮的辐板上沿圆周均匀分布有若干个销孔，在输出轴的圆盘的对应位置均匀分别有同样数量的圆柱销，将圆柱销插入行星轮的销孔中。
内齿圈和行星轮的中心距（即行星架的偏心距）必须等于销孔和销轴半径的差，这样就能保证销孔和销轴始终保持相切，行星轮就能够推动盘形输出轴等速同向转动。这时内齿圈中心、行星轮中心、销孔中心和销轴中心正好形成一个平行四边形。
2 传动比计算
3、只有计算出行星架和行星轮的传动比iH1，才能准确模拟出行星轮的运动轨迹，否则，行星轮不能运动，因此正确计算传动比是三维动态模拟的关键。普通行星轮系的传动比计算公式为：
i1H=1-Z2/Z1 （Z1：行星轮齿数；Z2：内齿圈齿数）
由于其工作原理和普通行星传动相反，因此少齿差行星传动的传动比计算公式为：
iH1= - Z1 /（Z2 - Z1）
由上式可见，齿差（Z2 - Z1）越小，传动比将越大。故这种结构叫做少齿差行星传动。为了防止齿差太少时内啮合轮齿的干涉，需适当加大啮合角。
3 三维建模和虚拟装配
少齿差行星传动零部件的三维实体建模是虚拟装配的基础。在SolidWorks
4、的标准菜单中包含了草图绘制工具栏和特征工具栏，合理运用特征造型技术设计出行星架和盘形输出轴的实体模型，盘形输出轴模型图如图2所示。再打开齿轮设计模块输入相应的齿轮和内齿圈参数，就可以自动生成行星轮和内齿圈的实体模型。利用“拉伸切除”命令在行星轮辐板上生成若干圆孔，如图3所示。
图2 盘形输出轴模型图 图3 行星轮模型图
然后，打开一个装配体文件，依次插入内齿圈、行星轮、行星架、盘形输出轴。插入全部零件后，选择“配合”按钮，利用同轴心、重合等标准配合，精确地把各零件约束在准确的位置，少齿差行星传动的装配简图如图4所示。在行星轮上表面打
5、开一张草图，连接内齿圈中心、行星轮中心、销孔中心和销轴中心应该是一个平行四边形，验证了上述结论。
图4 少齿差行星传动的装配图
4 动态仿真和动画制作
在图4的基础上，单击“模拟”→“旋转马达”，设置行星轮和行星架的旋转方向和角速度，角速度之比等于其传动比。再选择“计算模拟”，行星轮、行星架、盘形输出轴就运动起来。最后，选择“重播模拟”观看动画，单击动画控制器中的“保存”按钮将得到的动画保存。
Animator是SolidWorks自带的动画制作插件。选择“动画”标签切换到动画操作界面，在Animator工具栏上，单击“动画向导”按钮，选择“旋转模型”单选框，使装配体绕X轴、Y轴和Z轴旋转；选择“物理模拟”单选框，在动画编辑区域，把时间栏放置在某位置，将行星轮设置为隐藏，能自动生成行星架从有到无的动态渐变过程，以便我们观看行星架和盘形输出轴的运动状态。
5 总结
本文运用SolidWorks三维动态仿真技术，对少齿差行星传动进行实时动态仿真，模拟出了其工作原理，并且检验了传动比的计算公式，加深了设计人员对少齿差行星传动的理解，为以后的设计提供了经验。
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