
要熟练掌握行星齿轮的传动比的计算方法,就要从最简单的行星机构 单行星排2K-H型,用“转化机构”的思想推导出行星传动系统的普遍运动关系式。2K-H型单行星排 如图(1)所示:
“转化机构”法就是给整个机构一个和行星架旋转方向相反的一个运动,各个构件之间的相对运动是不变的;这样,我们就把行星传动等效成了太阳轮a-行星轮c-齿圈b三者的定轴传动,其中太阳轮a-行星轮c 为外啮合,行星轮c-齿圈b为内啮合;在整个机构以旋转速度nx下,太阳轮a 和 齿圈b的速比为:
【公式1】
为简化起见,通常把内齿圈和太阳轮齿数的比值 用p代替,称之为行星排的特征参数;把(1)式化简,可得:
【公式2】
(2)式是行星传动中的三基本构件的运动学关系式,具有普适性。在2K-H 结构中 内齿圈固定 即 nb=0;故 速比为: =1+p
2K-H型单行星排 由三个基本构件:太阳轮,行星架和齿圈
(所谓的基本构件 就是传递外力的构件,太阳轮接受外力输入;行星架把扭矩输出给外部负载;齿圈是固定的,其实也就是相当于有一个外力给它让它保持静止嘛;而行星轮虽然与太阳轮和齿圈内啮合,由啮合力的传递,但属于内力,没有与外部构件直接发生关系,它不属于基本构件)。
好了,知道了 什么是基本构件,我们把公式(1)变化一下,导出三个基本构件的速度关系式的另外一种形式; 首先,同公式(1)推导相同,则太阳轮和齿圈相当于齿圈的速比的表达式为:(公式3)
对比公式 (1)和 (3),显然有: (公式4)
=( ) , 把nx 移到等式左边: ),再把公式(4)代入,可得: (公式5)
另外:显然有 公式 (6)
好了,到此为止,我们推导了行星传动中至关重要的4个公式,如下:
+p* =(1+p)* (公式2)
=1- (公式4)
= *+*(公式5)
* =1 公式 (公式6)
公式(2)是公式(5)的一个特例,它们的物理意义是:在行星传动中的3个基本构件中,任意两个构件的运动状态 决定了 另外一构件的运动状态。或者 换言之:在行星传动中的3个基本构件中,任意一个构件的运动 可分解成另外两构件的运动。
对于单行星排的速比计算还是十分简单的,接下来是比较绕脑的封闭行星传动的速比计算,一种2级封闭行星传动如下图所示:
像这种比较复杂的行星机构速比的计算有若干种方法,首先介绍一个比较容易理解的方法;
很显然,固连的构件其转速相等,得 ; (7);待解的速比为 = = ;由基本构件的普遍关系式,结合(7)式,即可求得 ;
虽然这种求解方法通俗易懂,但是过程比较冗长;是不是有一种更简洁的方法呢?我们再回头分析一下2K-H型单行星排,这是行星传动的基础,无论多么复杂的行星传动系统,都是由若干单级行星排组合而成的;好了,知道了 什么是基本构件,我们换一个思路重新审视图(1):根据传递的功率流向,把它的传动系统的结构简图画出来:
上面我们已经推导了 3个基本构件的关系为,用结构简图的符号,把最重要的公式再写一下:
【8】
【9】
同理,我们把 图(2)中 两级封闭行星传动 的结构简图也画出来,如下:
故待求解速比
在行星传动A1中,三基本构件的运动学关系式: 【10】
结构简图(4) 对于传动简图(2)中的各个部件:δ和β为太阳轮a1(或a2),α为齿圈c2(或行星架x1), 为行星架x2;我们可以得到:
( 与 为固连部件, ;
, ;
所以,上面各式代入到公式(11):
= +(1-)* =
故:
引申一下:
公式(10)等号两侧同除以, 得: ,进一步化简:
=*+* (公式11)
令:*=;*=,所以公式(11)等效为:
(公式12)
我们得到了一个非常重要得公式(12),在封闭行星传动效率分析中将有重要用途!
参考资料 《行星齿轮传动设计》-饶振刚
