什么是通用的高減速比傳動(dòng)?

　　高減速器的職責(zé)是將高輸入轉(zhuǎn)速降低到低轉(zhuǎn)速輸出，例如推動(dòng)車輛的車輪或直升機(jī)的旋翼。這種傳動(dòng)的輸出轉(zhuǎn)速在0和1000 rpm兩者之間。輸入轉(zhuǎn)速可以是20,000 rpm或更高，原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)或燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。

　　可以實(shí)現(xiàn)高輸入速度運(yùn)行并能實(shí)現(xiàn)高減速比的傳統(tǒng)傳動(dòng)方式有:

　　采用圓柱齒輪的多級(jí)變速器;

　　單級(jí)減速比為20的錐蝸桿減速器;

　　帶章動(dòng)錐齒輪的周輪式傳動(dòng)裝置;

　　擺線傳動(dòng)。

　　采用圓柱齒輪的多級(jí)變速器。帶圓柱齒輪的多級(jí)變速器需要多種帶軸承和齒輪的軸。對(duì)于20的減速比，至少需要4級(jí)減速。四級(jí)減速需要4個(gè)軸，8個(gè)軸承和4個(gè)齒輪嚙合。單級(jí)效率為99.4%時(shí)，僅對(duì)4個(gè)齒輪嚙合進(jìn)行觀察，總效率為97.6%(0.994⁴=0.976)。四級(jí)圓柱齒輪減速變速箱需要一個(gè)相當(dāng)大的變速箱外殼。

　　單級(jí)減速比為20的錐蝸桿減速器。錐蝸桿減速器又稱為高減速比錐齒輪減速器(HRH)或者高減速比準(zhǔn)雙曲面齒輪減速器(SHR)。主動(dòng)輪的齒數(shù)一般為1-5，被動(dòng)輪齒輪一般為25-75之間，最大的可達(dá)速比為75。在75的范圍內(nèi)。高于15的速比只會(huì)降低反向承載能力。沒有反驅(qū)動(dòng)能力的齒輪組是自鎖的。自鎖齒輪組不能在車輛傳動(dòng)系或在直升機(jī)主旋翼傳動(dòng)中使用。錐齒輪蝸桿傳動(dòng)也由于在面寬方向的較高滑動(dòng)速度無法使用。一個(gè)5齒的SRH小齒輪，與一個(gè)60齒的被動(dòng)齒輪嚙合，以10000 rpm的小齒輪轉(zhuǎn)速(等傳動(dòng)輸入速度)在齒面之間可以創(chuàng)造出617m/min的相對(duì)滑動(dòng)。這比準(zhǔn)雙曲面齒輪驅(qū)動(dòng)跑車在齒輪轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分鐘、速度超過200公里/小時(shí)(125英里/小時(shí))的情況下的最大滑動(dòng)預(yù)期值要高。實(shí)例說明，增加一倍的傳動(dòng)輸入不僅會(huì)降低效率，而且會(huì)有表面損壞和過早失效的風(fēng)險(xiǎn)。

　　帶章動(dòng)錐齒輪的周輪式傳動(dòng)裝置。帶章動(dòng)錐齒輪的周輪式傳動(dòng)裝置變速箱可以在20到100的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常高的速比，而不會(huì)產(chǎn)生很高的相對(duì)表面滑動(dòng)。當(dāng)兩錐齒輪之間的軸角接近180°時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)速度下降到零。因?yàn)樵谧畛Ｒ姷闹苤茌唫鲃?dòng)中，軸角高于160°，所以相對(duì)滑動(dòng)速度并不重要，即使輸入速度為20,000 rpm或更高。周輪傳動(dòng)裝置的螺母部件有角度軸承座，應(yīng)用在角度軸承座上的應(yīng)力必須由預(yù)加載圓錐滾子軸承來支撐。另一個(gè)可能注意的領(lǐng)域是，周轉(zhuǎn)輪傳動(dòng)章動(dòng)部件是波動(dòng)軸質(zhì)量的力量來源。高速周周輪傳動(dòng)需要一個(gè)鏡像，同時(shí)安排一個(gè)偶數(shù)的章動(dòng)部件以及精確的齒輪定時(shí)和精確的平衡。

　　擺線傳動(dòng)。擺線傳動(dòng)是圓周輪傳動(dòng)的二維簡(jiǎn)化。偏心輸入軸轉(zhuǎn)一圈，輸出軸就會(huì)轉(zhuǎn)一到兩個(gè)徑節(jié)。擺線輪傳動(dòng)的徑向質(zhì)量力不能由并排布置的第二個(gè)擺線輪來補(bǔ)償。因此，高速比擺線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用時(shí)，低輸入速度造成了非常低的輸出速度。

　　如果要達(dá)到10和100之間的高傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)師更喜歡多級(jí)圓柱傳動(dòng)，通常結(jié)合行星減速器。多級(jí)傳輸在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，提供了合理的功率密度。

　　對(duì)于未來的高速比減速器，我們希望制造一種非常緊湊的高速比減速器，具有易于制造的零件和可預(yù)測(cè)的運(yùn)行條件。如果所涉及的零件都是眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì)部件，那么使用AGMA、ISO等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供的計(jì)算算法，就有可能對(duì)耐久性和耐久性壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。這些算法依賴于成千上萬的疲勞壽命測(cè)試以及許多已經(jīng)評(píng)估了幾十年的應(yīng)用因素。在安全工程中，那些經(jīng)過驗(yàn)證的算法和應(yīng)用因素是工程師最有價(jià)值的工具。

　　汽車差速器簡(jiǎn)介

　　新的發(fā)展是基于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)嵌入的差速器的想法，其中兩個(gè)外側(cè)齒輪之一連接到殼體上，內(nèi)側(cè)和外側(cè)與之相對(duì)的兩個(gè)齒輪分別與其相對(duì)應(yīng)的齒輪嚙合。差速器是行星傳動(dòng)從二維到三維的擴(kuò)展，在行星齒輪中，有可能達(dá)到特定的速比，例如通過連接內(nèi)部齒輪到太陽齒輪或通過連接內(nèi)部齒輪到外殼的齒數(shù)變化。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)差速器

　　標(biāo)準(zhǔn)差速器的功能可以用圖1解釋。輸入旋轉(zhuǎn)通過殼體8從最終驅(qū)動(dòng)齒輪1傳輸?shù)絻蓚€(gè)行星2和3。行星2和3將旋轉(zhuǎn)傳遞給分別連接到輸出軸6和7的兩個(gè)齒輪4和5。在車輛的最常見的應(yīng)用中，齒輪4和5通過輸出軸6和7將動(dòng)力傳動(dòng)到車輪。

　　如果兩個(gè)車輪牽引力相同而兩個(gè)輪子有相同的直徑，四個(gè)齒輪之間將沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(2、3、4和5 )(w = 0)，輸入扭矩平均分配到兩個(gè)輸出軸6和7上，轉(zhuǎn)速相同。當(dāng)車輛軌跡為一條曲線時(shí)，曲線外部的車輪(例如軸6)必須有一個(gè)較長(zhǎng)的行程，而曲線的內(nèi)部的車輪(如軸7)行走的距離較短。這樣就需要差速器中的星星齒輪旋轉(zhuǎn)來獲得差速功能，差速后的左右車輪轉(zhuǎn)速為w+w及w-w，適應(yīng)曲線駕駛條件，無車輪滑移或牽引力損失。

　　如果四個(gè)差動(dòng)齒輪的齒數(shù)相同，則行星的旋轉(zhuǎn)完全為w(如，上齒輪沿CW方向旋轉(zhuǎn)，下齒輪沿CCW方向旋轉(zhuǎn))。

　　差速器可根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)速度補(bǔ)償，使其成為一個(gè)“智能”機(jī)械單元。如果在驅(qū)動(dòng)速度w_in恒定的情況下，7軸不能在與6軸保持相同牽引扭矩的情況下使用w_in旋轉(zhuǎn)，則7軸需要較低的轉(zhuǎn)速w_out2= w_in - w。反過來，6號(hào)軸需要更高的速度。為了保持與7號(hào)軸相同的牽引力力矩，必須更快地旋轉(zhuǎn)。行星輪2和3將自動(dòng)開始以正負(fù)w旋轉(zhuǎn)，以保持6和7軸之間的扭矩平衡。差動(dòng)變速器被認(rèn)為是行星變速器的三維版本。

　　什么是雙差速機(jī)構(gòu)?

　　Gleason為低、中、高功率密度的傳動(dòng)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單元的應(yīng)用開發(fā)的新解決方案是雙差速機(jī)構(gòu)，如圖2。

圖2 雙差速機(jī)構(gòu)

　　雙差速傳動(dòng)是對(duì)稱的，具有很高的功率密度。從軸20的輸入扭矩21被傳送到齒輪15和17，導(dǎo)致齒輪15帶動(dòng)22和齒輪17帶動(dòng)24旋轉(zhuǎn)。齒輪15和17都與齒輪16嚙合。齒輪16剛性連接到殼體18。事實(shí)上，齒輪16不能旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致23帶動(dòng)殼體19旋轉(zhuǎn)。齒輪15和11以及齒輪17和13相互旋轉(zhuǎn)約束，例如通過花鍵連接。該殼體23的旋轉(zhuǎn)給出了第一個(gè)零件的旋轉(zhuǎn)，以輸出齒輪12。22和24的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)輸出齒輪12增加了第二個(gè)旋轉(zhuǎn)分量。如果所有8個(gè)涉及的錐齒輪有相同的齒數(shù)，那么輸出軸25的旋轉(zhuǎn)將是零。其原因是，如果殼體19的90度旋轉(zhuǎn)將使15和17在22和24方向上旋轉(zhuǎn)90度。因此，輸出齒輪12接受了一個(gè)殼體的90度旋轉(zhuǎn)和在相反的方向從齒輪11和13的90度旋轉(zhuǎn)，因此不會(huì)旋轉(zhuǎn)，獨(dú)立于輸入軸21。

　　通過使用單個(gè)齒數(shù)對(duì)比值方程的推導(dǎo)，可以通過改變齒輪的齒數(shù)(14/16)找到可能的 15/17 和 10/12 對(duì) 11/13比值變化。各齒輪齒數(shù)和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如下：

　　在以下四個(gè)例子中，使用了不同數(shù)量的齒數(shù)組合來演示在不顯著改變傳動(dòng)尺寸的情況下，雙差速器可以實(shí)現(xiàn)極高的比率范圍: