1.4動態(tài)測量與動態(tài)分析
工程中隨時間變化而變化的物理量參數(shù)稱為動態(tài)參數(shù)。動態(tài)測量是指由傳感器測得動態(tài)參數(shù)并轉(zhuǎn)化為電信號，然后經(jīng)過放大、濾波等環(huán)節(jié)，對信號進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，對測量結(jié)果進(jìn)行顯示、記錄的全過程。
工程中的動態(tài)物理量都是隨時間連續(xù)變化的，相應(yīng)的連續(xù)時間信號稱為模擬信號。為了提高測量的精度和速度，便于對信號作進(jìn)一步分析處理，往往需要將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號。將連續(xù)時間信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散時間信號的過程稱為數(shù)據(jù)采集。具體方法是，首先將連續(xù)變化的信號在時間域離散化，即采樣。然后將時間域離散、幅值域連續(xù)的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉涤蛞搽x散的數(shù)字信號，即進(jìn)行量化或模／數(shù)轉(zhuǎn)換。時域采樣，將產(chǎn)生一個所謂頻率混迭的問題，導(dǎo)致偏度誤差；幅值域量化，又有一個信號噪聲比的問題，引起隨機(jī)誤差。為了保證數(shù)據(jù)采集的精度，信號放大器應(yīng)有自動量程功能，以便充分利用模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍；濾波器應(yīng)盡量接近理想低通濾波器的特性，以避免采樣引起的頻率混迭。
對于振動、沖擊等快變物理量，所測量的隨時間變化的信號尚不足以描述其特征，而有效值、峰值等參數(shù)反映的信息量又太少，因此，對動態(tài)測量的信號需要進(jìn)行動態(tài)分析。動態(tài)信號分析的主要手段是將在時間域變化的信號變換為在頻率域中有效值或均方值隨頻率的分布，即譜分析。對有限長信號的譜分析將產(chǎn)生所謂功率泄漏的問題，導(dǎo)致分析結(jié)果的嚴(yán)重偏度誤差，因此需要對時間域信號進(jìn)行加窗處理。為了減小譜分析中的隨機(jī)誤差，通常要用到平均統(tǒng)計(jì)處理手段。動態(tài)信號分析除頻域分析之外，還有時域分析和幅域分析。
信號是動態(tài)測量和動態(tài)分析的對象。動態(tài)測量和動態(tài)分析的過程，實(shí)質(zhì)上就是信號采集、轉(zhuǎn)換、存貯和處理的過程，廣義上屬于信息論的范疇。動態(tài)信號處理過程示意圖如圖1-5所示。
對齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和動態(tài)分析歷來為學(xué)者們所重視。文獻(xiàn)對具有柔性聯(lián)接和連接間隙的齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)借助先進(jìn)測量儀器和實(shí)用計(jì)算機(jī)軟件對所研究的齒輪頻譜特性變化分析得出：隨著齒根疲勞裂縫的增大，固有頻率的幅值增加，同時也有諸如轉(zhuǎn)速等時域或頻域的一些特征值變化的影響。文獻(xiàn)討論了輪齒間非線性力作用的齒輪傳動系統(tǒng)的離散連續(xù)體模型并對其進(jìn)行動力學(xué)分析。文獻(xiàn)對雙圓弧齒輪副的動載系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和動態(tài)分析。
本文中將采用在三環(huán)減速機(jī)三片內(nèi)齒環(huán)板相對應(yīng)的輪齒的齒根和環(huán)板上部最薄的位置上粘貼電阻應(yīng)變片、動態(tài)電阻應(yīng)變儀作為二次儀表的方法動態(tài)采集三環(huán)減速機(jī)環(huán)板齒根應(yīng)變、環(huán)板頂部應(yīng)變信號，然后進(jìn)行動態(tài)分析；采用在三環(huán)減速機(jī)上能夠反映振動特性的關(guān)鍵點(diǎn)放置壓電式加速度計(jì)、電荷放大器作為二次儀表的方法動態(tài)采集三環(huán)減速機(jī)的振動信號，然后進(jìn)行動態(tài)分析；采用精密聲級計(jì)對三環(huán)減速機(jī)的噪聲進(jìn)行測量。
1.5三環(huán)減速機(jī)慣性力完全平衡、均載與減振的研究
1.5.1三環(huán)減速機(jī)研究的現(xiàn)狀
三環(huán)減速機(jī)是在綜合分析現(xiàn)行通用減速技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型傳動機(jī)械，屬于少齒差行星齒輪傳動的范疇。該減速機(jī)既不同于平行軸定軸傳動，又不同于同軸傳動，可以稱為平行軸動軸傳動。
我國著名學(xué)者朱景梓教授于1956年提出了雙曲柄輸入式少齒差行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)，這種傳動機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：它不用輸出機(jī)構(gòu)，當(dāng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時，行星輪不是作擺線運(yùn)動，而是通過一個雙曲柄機(jī)構(gòu)導(dǎo)引作圓周平動。這種新穎獨(dú)特機(jī)構(gòu)的提出得到了國內(nèi)外學(xué)者和許多生產(chǎn)廠家的極大關(guān)注和高度評價。60年代，日本開始從事三曲柄式行星齒輪傳動，即所謂的RV行星傳動的開發(fā)生產(chǎn)；70年代，德國出現(xiàn)了采用雙曲柄式少齒差傳動的手拉起重葫蘆；Soucek Josel的捷克專利“減速裝置”中利用了一個三曲柄軸機(jī)構(gòu)作為少齒差行星齒輪傳動的輸入機(jī)構(gòu)，三個曲柄軸呈120°均勻分布，90年代中期，大連鐵道學(xué)院李力行教授提出一種雙曲柄環(huán)板型擺線針輪傳動，它由兩塊環(huán)板組成，環(huán)板偏心之間的相位差為180°，它具有同時參與嚙合的齒數(shù)多、法向合力和切向合力的夾角小、擺線輪和針輪采用硬齒面等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)板的布置雖然保證慣性力平衡，但是慣性力偶矩則不平衡。
我國首臺以雙曲柄機(jī)構(gòu)和少齒差行星傳動為原理的三環(huán)減速機(jī)于1985年由重慶專用機(jī)械制造公司制造生產(chǎn)。1987年，我國公布了冶金工業(yè)部重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院陳宗源、劉昭文、王志德、郭思玲的發(fā)明專利“三環(huán)式減速（或增速）傳動裝置”（專利公告號：CN85 1 06692A)，專利中提出了高速軸對稱或非對稱配置在低速軸齒圈一側(cè)或兩側(cè)、臥式或立式、動力源從一軸或多軸同時輸入的三環(huán)減速機(jī)。1989年，河南省浚縣科學(xué)技術(shù)開發(fā)中心商冠華的實(shí)用新型專利（專利公告號：CN2034218U)“浮動式齒差減速器”提出了一種外齒輪作圓周浮動帶動內(nèi)齒輪，由齒差作用，將動力傳到輸出軸的減速器。1990年，重慶鋼鐵公司唐國良、汪蜀浩的實(shí)用新型專利（專利公告號：CN2059200U)“雙曲柄單齒環(huán)少齒差行星減速器”提出了一種能克服死點(diǎn)的單齒環(huán)少齒差減速機(jī)，它由輸入軸和支承軸上的兩個傳動齒輪和輸出軸上的空套過橋齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)輸入，克服死點(diǎn)。1992年，重慶鋼鐵公司唐國良、汪蜀浩的實(shí)用新型專利（專利公告號：CN2118298U)“雙曲柄雙齒環(huán)少齒差行星減速器”提出了環(huán)板的偏心距在同一軸上的相位差為180°的對稱型少齒差減速機(jī)，它由輸入軸和支承軸上的兩個傳動齒輪和輸出軸上的空套過橋齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)輸入，克服死點(diǎn)，輸入軸和輸出軸可以同軸或不同軸。1992年三環(huán)減速機(jī)被列為國家級重點(diǎn)科技推廣項(xiàng)目。
三環(huán)減速機(jī)問世時間不長，尤其是單軸輸入偏置型三環(huán)減速機(jī)在使用過程中存在振動、沖擊、發(fā)熱、軸承早期損壞等問題，大大影響了該機(jī)性能的發(fā)揮。為此有必要從三環(huán)減速機(jī)的力學(xué)分析入手，探究其根源。文獻(xiàn)對三環(huán)減速機(jī)的傳動原理及動態(tài)受力進(jìn)行了分析，認(rèn)為在嚙合過程中每塊環(huán)板受力情況相同，嚙合力恒定，取一塊環(huán)板為分析對象，建立起考慮重力、慣性力和嚙合力的環(huán)板的動力平衡方程，求解其受力；文獻(xiàn)認(rèn)為環(huán)板上嚙合力不恒定，而是符合某一規(guī)律變化，在假定其變化規(guī)律的情況下建立起環(huán)板受力平衡方程得到其受力；文獻(xiàn)從平面連桿機(jī)構(gòu)組成原理出發(fā)，提出了利用構(gòu)件剛性位移和運(yùn)動副接觸變形建立變形協(xié)調(diào)條件，從而建立起有過約束三相并列雙曲柄三環(huán)減速機(jī)的受力分析模型，求解其受力；文獻(xiàn)提出了考慮環(huán)板拉壓變形的變形協(xié)調(diào)條件，建立了三環(huán)減速機(jī)的受力平衡方程，得到其受力。
文獻(xiàn)沒有考慮三環(huán)減速機(jī)受載后各構(gòu)件及運(yùn)動副的變形，認(rèn)為環(huán)板上嚙合力恒定或呈某一簡單規(guī)律變化，按一般剛體力學(xué)方法進(jìn)行受力分析；文獻(xiàn)考慮了運(yùn)動副的接觸變形和環(huán)板、軸的整體變形，認(rèn)為單軸輸入每一瞬時嚙合力恒定；文獻(xiàn)考慮了運(yùn)動副的接觸變形和環(huán)板、軸的整體變形，認(rèn)為單軸輸入每一瞬時嚙合力不恒定；文獻(xiàn)考慮了環(huán)板的拉壓變形，而未考慮三環(huán)減速機(jī)輸入、輸出軸的變形，且其簡化計(jì)算過于粗略。事實(shí)上，雙軸輸入時嚙合力恒定，嚙合承載時各構(gòu)件的變形，尤其是環(huán)板的拉壓變形和一級輸出二級輸入軸的彎曲變形是主要的變形形式，不可忽略。本文參考結(jié)構(gòu)力學(xué)中超靜定問題的位移法，提出了考慮環(huán)板的拉壓變形和一級輸出二級輸入軸的彎曲變形的變形協(xié)調(diào)方程，作為補(bǔ)充方程進(jìn)行三環(huán)減速機(jī)的力學(xué)分析。借助于變形協(xié)調(diào)條件，分別求解對稱A型、對稱B型和偏置型三環(huán)減速機(jī)的受力情況，在相同的傳動技術(shù)參數(shù)下，可以得出對稱A型得受力性能最佳。
應(yīng)力計(jì)算、強(qiáng)度校核是齒輪傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，三環(huán)減速機(jī)的設(shè)計(jì)也不例外。文獻(xiàn)分別用有限元方法和彈性理論計(jì)算內(nèi)、外齒輪的接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力；文獻(xiàn)用有限元方法確定齒輪沿接觸線的載荷分配、齒向偏差和應(yīng)力等等。文獻(xiàn)提出刀具的類型和幾何尺寸影響齒輪應(yīng)力的大小，優(yōu)化刀具尺寸是減小齒輪應(yīng)力的重要手段。本文利用I-DEAS軟件計(jì)算三環(huán)減速機(jī)內(nèi)齒環(huán)板和外齒輪的齒根彎曲應(yīng)力，用以校核強(qiáng)度。
在三環(huán)減速機(jī)中，由于不可避免的制造安裝誤差及傳動功率時內(nèi)外齒輪、輸入（輸出）軸、輸入（輸出）軸軸承和箱體的變形，工作時各個內(nèi)齒環(huán)板所承擔(dān)的載荷并不相同，即各片內(nèi)齒環(huán)板之間的載荷分配不均勻。尤其在中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，內(nèi)齒環(huán)板和輸出軸產(chǎn)生動反力，使得三環(huán)減速機(jī)動不平衡。從而造成三環(huán)減速機(jī)振動加大、溫升較高和噪聲嚴(yán)重。這就嚴(yán)重制約了三環(huán)減速機(jī)優(yōu)越性的發(fā)揮。甚至?xí)䦟?dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)異�；虬l(fā)生事故。文獻(xiàn)提出“外界負(fù)載和環(huán)板平面運(yùn)動產(chǎn)生的附加慣性力”和“潤滑油膜擠油功率損耗”是三環(huán)減速機(jī)產(chǎn)生熱量的主要來源，并且用紅外熱成像儀對三環(huán)減速機(jī)的溫度分布進(jìn)行測試研究；文獻(xiàn)認(rèn)為平面四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置在輸入軸和輸出軸產(chǎn)生的沖擊、平面四桿機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置時對齒輪副造成的沖擊和嚙合沖擊是引起三環(huán)減速機(jī)振動和噪聲的三個主要激勵源；文獻(xiàn)對SHQ630型三環(huán)減速機(jī)的箱體和環(huán)板振動進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)研究，揭示出由兩根高速軸過死點(diǎn)叢沖擊力在箱體上產(chǎn)生的不平衡沖擊力偶是造成整機(jī)振動的根源；因此可以說：齒輪傳動中的動態(tài)載荷是行星傳動系統(tǒng)發(fā)熱、振動、噪聲的產(chǎn)生根源，必須采取措施降低或消除它的影響。
隨著人們對傳動裝置要求的日益提高，機(jī)械傳動轉(zhuǎn)速大幅提高，機(jī)械振動也就應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械振動是指物體在平衡位置附近的一種往復(fù)運(yùn)動，即機(jī)械系統(tǒng)的某些物理量，在某一數(shù)值附近隨時間t的變化關(guān)系。齒輪傳動中的動態(tài)載荷是引起系統(tǒng)振動的根源，通常用來描述振動響應(yīng)的是機(jī)器的振動烈度，機(jī)器的振動烈度定義為：在機(jī)器表面的重要位置上（例如：軸承、安裝點(diǎn)處等）沿垂向、縱向、橫向三個方向上所測得的振動速度的最大有效值。
三環(huán)減速機(jī)的均載和減振問題是三環(huán)減速機(jī)傳動優(yōu)越性得以發(fā)揮的重要因素。北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)對三環(huán)減速機(jī)的均載問題進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，北京航空航天大學(xué)采用在SH175三環(huán)減速機(jī)的輸出軸和其支承軸承之間加入聚四氟乙烯襯套的均載方式，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證具有較好的均載效果，使試驗(yàn)樣機(jī)SH175的載荷分配不均勻系數(shù)由原型機(jī)（未加聚四氟乙烯襯套）的2.106降為改進(jìn)型機(jī)（加上聚四氟乙烯襯套）的1.296；哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用在SCH145三環(huán)減速機(jī)的輸出軸支承軸承外圈和軸承座孔之間加裝一種彈性浮動均載裝置的方式，結(jié)果表明：加裝均載裝置后，SCH145三環(huán)減速機(jī)的載荷均衡效果明顯，載荷分配不均勻系數(shù)明顯降低；箱體減振效果明顯，輸出軸軸承座的徑向振動加速度有了非常明顯的減小。
本文提出的金屬彈性均載環(huán)屬于低彈性支承補(bǔ)償誤差機(jī)構(gòu)，在補(bǔ)償誤差的前提下，應(yīng)該具有適宜的剛度和足夠的強(qiáng)度；不能與三環(huán)減速機(jī)中其它傳動構(gòu)件發(fā)生共振；具有較小的動態(tài)撓度和動態(tài)應(yīng)力。本文對金屬彈性均載環(huán)靜剛度的分析采用兩種方法：彈性力學(xué)法和有限元分析法，將金屬彈性均載環(huán)離散環(huán)弧段簡化為彈性力學(xué)中平面薄板小撓度分析模型，對其影響參數(shù)進(jìn)行研究，求解其剛度；用有限元方法求得離散環(huán)弧段的剛度，然后在組合成金屬彈性均載環(huán)的總體剛度。均載環(huán)的動力學(xué)分析則采用有限元方法。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，本文提出的金屬彈性均載環(huán)加裝在本文提出的兩級三環(huán)減速機(jī)上，能夠使實(shí)驗(yàn)樣機(jī)HITSH145原型機(jī)（未加裝金屬彈性均載環(huán)）的載荷分配不均勻系數(shù)由1.314降低為改進(jìn)型機(jī)（加裝金屬彈性均載環(huán)）的1.073，均載效果顯著。
由于內(nèi)齒行星傳動的諸多優(yōu)越性，國內(nèi)眾多高校和研究院所對其進(jìn)行了深入的研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、重慶專用機(jī)械制造公司、西北輕工業(yè)學(xué)院、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)等就三環(huán)減速機(jī)的不同方面的問題分別進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)推導(dǎo)出三環(huán)減速器各軸承受力公式，并對影響軸承受力的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；文獻(xiàn)對內(nèi)齒行星傳動的傳動理論、傳動效率和裝配條件進(jìn)行了分類研究，為三環(huán)減速機(jī)的理論研究奠定了基礎(chǔ)；文獻(xiàn)探討了三環(huán)減速機(jī)的工作原理以及功率分配問題，突出了三環(huán)減速機(jī)“功率分流”的優(yōu)越性；文獻(xiàn)對三環(huán)減速機(jī)的關(guān)鍵部件一內(nèi)齒環(huán)板進(jìn)行應(yīng)力分析，提出了內(nèi)齒環(huán)板相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施；文獻(xiàn)分析計(jì)算了三環(huán)減速機(jī)的擺動力和擺動力矩，揭示了三環(huán)減速機(jī)動力矩的不平衡性，并提出了平衡擺動力矩的方法；文獻(xiàn)運(yùn)用有限元方法此對齒輪應(yīng)力進(jìn)行了研究，在能量定理的基礎(chǔ)上，把有限元解法與傳統(tǒng)的分析方法有機(jī)地結(jié)合起來、文獻(xiàn)建立了少齒差內(nèi)嚙合齒輪多齒接觸時的有限元模型，利用間隙單元法對三環(huán)減速機(jī)的多齒嚙合問題進(jìn)行研究，得到齒間載荷分配、齒面載荷分布的規(guī)律；另外有文獻(xiàn)對三環(huán)減速機(jī)環(huán)板的振動、少齒差內(nèi)嚙合傳動參數(shù)以及傳動性能的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。
本文對三環(huán)減速機(jī)的傳動性能、均載和減振性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證本文提出的三環(huán)減速機(jī)的優(yōu)越性。
1.5.2三環(huán)減速機(jī)存在的問題
由于三環(huán)減速機(jī)的研究歷史較短，作為一種新生事物，它的發(fā)展道路也必定是曲折的。我國生產(chǎn)的三環(huán)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-6所示，a）是對稱型三環(huán)減速機(jī)，b）是偏置型三環(huán)減速機(jī)，三環(huán)減速機(jī)由兩根高速偏心輸入軸1，低速輸出軸2，三片為齒環(huán)板3和外齒輪4構(gòu)成。三片內(nèi)齒環(huán)板3偏心安裝在兩根高速軸1上，它們都與外齒輪4相嚙合，外齒輪4安裝在輸出軸上，各軸均平行配置，利用三相并列平行雙曲柄機(jī)構(gòu)來克服死點(diǎn)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的最大缺點(diǎn)就是存在死點(diǎn)位置，即當(dāng)曲柄與連桿共線時，機(jī)構(gòu)處于運(yùn)動不確定位置，此時傳動角為零，機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動，因此必須采取雙曲柄軸動力輸入、多相并列雙曲柄機(jī)構(gòu)和多曲柄機(jī)構(gòu)來克服死點(diǎn)。
雙曲柄輸入式少齒差傳動的優(yōu)點(diǎn)是能使行星軸承的載荷下降，而且當(dāng)內(nèi)齒環(huán)板作為行星輪時，行星軸承的徑向尺寸可不受限制，從而提高了行星軸承的壽命。這種傳動可以實(shí)現(xiàn)平行軸傳動，而且結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)。但是由于歷史原因，雙曲柄輸入式少齒差齒輪傳動一直沒有得到應(yīng)有的發(fā)展，直到近十年來才逐漸為人們所重視。
三環(huán)減速機(jī)存在的問題主要有：
1.在如圖1-6所示的三環(huán)減速器中，每個內(nèi)齒環(huán)板3都相當(dāng)于雙曲柄機(jī)構(gòu)中的連桿，由輸入軸1帶動作高速曲線平動，慣性力方向呈周期性變化，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊和振動。
2.由于三個完全相同的內(nèi)齒環(huán)板并列地呈120°相位差運(yùn)轉(zhuǎn)，慣性力理論上是平衡約，但是慣性力偶矩是不平衡的。尤其在中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，慣性力偶矩就成為三環(huán)減速機(jī)產(chǎn)生較大振動的主要根源。三相互為120°相位差的雙曲柄機(jī)構(gòu)之間存在過約束和死點(diǎn)沖擊，由于制造安裝誤差導(dǎo)致附加沖擊動載荷，引起機(jī)體振動和噪聲。
3.由于不可避免的制造和安裝誤差，以及零件受力變形，工作時致使三個完全相同的內(nèi)齒環(huán)板不能均勻受載，嚴(yán)重地影響其功率分流式結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的充分發(fā)揮。
從目前的理論分析、實(shí)驗(yàn)研究的文獻(xiàn)和實(shí)際應(yīng)用都證實(shí)和發(fā)現(xiàn)，三環(huán)減速器振動普遍較大，并隨著原動機(jī)轉(zhuǎn)速提高、傳動比增大及功率增加而加劇，嚴(yán)重時可導(dǎo)致內(nèi)齒環(huán)板斷裂、軸承發(fā)熱失效，縮短了整機(jī)使用壽命，降低了三環(huán)減速機(jī)的優(yōu)越性，嚴(yán)重地影響三環(huán)減速機(jī)的實(shí)際推廣應(yīng)用。
1.6課題來源、目的及意義
本課題源于國家自然科學(xué)基金委員會資助項(xiàng)目“完全平衡、均載減振兩級三環(huán)齒輪減速器的研究”，基金批準(zhǔn)號：59575007。
本課題在力學(xué)分析方面研究的目的，是在分析現(xiàn)有關(guān)于三環(huán)減速機(jī)受力分析文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出一種考慮三環(huán)減速機(jī)主要變形的變形協(xié)調(diào)條件，完全求解三環(huán)減速機(jī)的受力，并探究傳動機(jī)理，指導(dǎo)三環(huán)減速機(jī)設(shè)計(jì)與制造。
本課題在均載機(jī)構(gòu)方面研究的目的，是在分析現(xiàn)有行星傳動均載機(jī)構(gòu)和三環(huán)減速機(jī)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種新型的均載機(jī)構(gòu)一彈性均載環(huán)，對彈性均載環(huán)進(jìn)行靜力學(xué)和動力學(xué)分析，驗(yàn)證其具有適宜的剛度和足夠的強(qiáng)度，能夠滿足位移均載的要求，并且推廣彈性均載環(huán)的應(yīng)用。
本課題在設(shè)計(jì)與制造方面研究的目的，是對三環(huán)減速機(jī)設(shè)計(jì)與制造中的關(guān)鍵問題進(jìn)行深入的研究。
本課題在實(shí)驗(yàn)研究方面研究的目的，是對提出的新型兩級三環(huán)減速機(jī)的傳動性能和均載減振性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，綜合評價這種新型三環(huán)減速機(jī)。
本課題針對目前三環(huán)減速機(jī)存在的問題，擬研究解決上述影響三環(huán)減速機(jī)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。在理論上，采用中間環(huán)板和兩側(cè)環(huán)板偏心之間的相位差為180°，從而實(shí)現(xiàn)三環(huán)減速機(jī)的慣性力和慣性力偶矩的完全平衡；采用兩級傳動，第一級采用圓柱齒輪傳動用于降低三環(huán)減速機(jī)偏心軸的轉(zhuǎn)速，并實(shí)現(xiàn)雙軸驅(qū)動以克服死點(diǎn)；采用一種金屬彈性環(huán)作為均載裝置，從而改善三環(huán)減速機(jī)的動態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)均載和減振；在實(shí)驗(yàn)上，對三環(huán)減速機(jī)的載荷分配和均載減振效果進(jìn)行研究，驗(yàn)證其優(yōu)越性。把三環(huán)減速機(jī)推向廣闊市場，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
因此，三環(huán)減速機(jī)的完全平衡、均載減振是具有重要研究價值的課題。
1.7本文研究的主要內(nèi)容
本文對三環(huán)減速機(jī)的平衡、均載減振方面進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，并在此基礎(chǔ)上，提出慣性力、慣性力偶矩理論上完全平衡的兩級三環(huán)減速器一中間環(huán)板的厚度是兩側(cè)環(huán)板厚度的兩倍，并且它們偏心之間的相位差為180°；它的傳動原理如圖1-7所示，三環(huán)減速器二級傳動由兩根高速偏心輸入軸1，低速輸出軸2，三片內(nèi)齒環(huán)板3和外齒輪4構(gòu)成。為了克服偏心輸入軸的死點(diǎn)位置和增大傳動比和降低二級輸入軸的轉(zhuǎn)速，一級傳動采用分流定軸齒輪5、6分別帶動兩個偏心輸入軸，而齒輪5、6則由一級輸入軸上的主動齒輪7帶動。三個內(nèi)齒環(huán)板都與外齒輪4相嚙合。在三環(huán)減速器的輸出軸2以及一級輸入軸8的軸承外圈和軸承座孔之間裝有輸出軸彈性均載環(huán)9和輸入軸彈性均載環(huán)10，彈性均載環(huán)的變形使輸出軸和一級輸入軸上的外齒輪浮動，補(bǔ)償制造安裝誤差和傳動變形，從而實(shí)現(xiàn)三環(huán)減速器的均載和減振。對未加裝均載裝置的兩級三環(huán)減速機(jī)（以下簡稱原型機(jī)）和加裝均載裝置的兩級三環(huán)減速機(jī)（以下簡稱改進(jìn)型機(jī)）進(jìn)行傳動性能、受力性能、均載和減振實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證均載和減振效果，證實(shí)本文的三環(huán)減速機(jī)的優(yōu)越性。
作者在本文中主要進(jìn)行以下研究工作：
1.對三環(huán)減速機(jī)進(jìn)行受力分析；在三環(huán)減速機(jī)變形分析的基礎(chǔ)上，提出三環(huán)減速機(jī)的變形協(xié)調(diào)條件，分別對對稱型、偏置型三環(huán)減速機(jī)和星型減速機(jī)進(jìn)行受力分析。
2.分析主要制造安裝誤差及其對載荷分配的影響，提出用間隙單元法理論計(jì)算兩種三環(huán)減速機(jī)的載荷分配不均勻系數(shù)KP。
3.利用彈性力學(xué)和I-DEAS軟件對金屬彈性均載環(huán)進(jìn)行靜力學(xué)分析，校驗(yàn)剛度、校核強(qiáng)度，并且同彈性力學(xué)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。
4.利用I-DEAS分析軟件對金屬彈性均載環(huán)進(jìn)行動力學(xué)分析，結(jié)合靜力學(xué)、動力學(xué)分析，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的均載環(huán)。
5.對三環(huán)減速機(jī)的關(guān)鍵零部件——內(nèi)齒環(huán)板和偏心套進(jìn)行有限元分析，指導(dǎo)和改進(jìn)設(shè)計(jì)。
6.利用非線性有限元的間隙單元法，分析了三環(huán)減速機(jī)少齒差內(nèi)嚙合的多齒嚙合及其載荷分配情況。
7.推導(dǎo)出用插齒刀加工的少齒差內(nèi)嚙合變位系數(shù)的牛頓迭代公式，為少齒差傳動的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
8.分析了三環(huán)減速機(jī)的傳動、裝配條件，設(shè)計(jì)、制造了關(guān)鍵部件——內(nèi)齒環(huán)板和偏心套，并對整機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
9.對三環(huán)減速機(jī)進(jìn)行傳動性能、載荷均衡和振動實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證KP理論計(jì)算的正確勝，驗(yàn)證多對齒參與嚙合，驗(yàn)證均載環(huán)的均載和減振效果。
10.比較環(huán)板偏心之間的相位差分別為120°和180°的兩種三環(huán)減速機(jī)在受力性能、載荷均衡和振動的優(yōu)缺點(diǎn)，證實(shí)本文提出的三環(huán)減速機(jī)的優(yōu)越性。
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