1.4動(dòng)態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)分析
工程中隨時(shí)間變化而變化的物理量參數(shù)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)參數(shù)。動(dòng)態(tài)測(cè)量是指由傳感器測(cè)得動(dòng)態(tài)參數(shù)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大、濾波等環(huán)節(jié)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示、記錄的全過(guò)程。
工程中的動(dòng)態(tài)物理量都是隨時(shí)間連續(xù)變化的，相應(yīng)的連續(xù)時(shí)間信號(hào)稱(chēng)為模擬信號(hào)。為了提高測(cè)量的精度和速度，便于對(duì)信號(hào)作進(jìn)一步分析處理，往往需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)。將連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散時(shí)間信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為數(shù)據(jù)采集。具體方法是，首先將連續(xù)變化的信號(hào)在時(shí)間域離散化，即采樣。然后將時(shí)間域離散、幅值域連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉涤蛞搽x散的數(shù)字信號(hào)，即進(jìn)行量化或模／數(shù)轉(zhuǎn)換。時(shí)域采樣，將產(chǎn)生一個(gè)所謂頻率混迭的問(wèn)題，導(dǎo)致偏度誤差；幅值域量化，又有一個(gè)信號(hào)噪聲比的問(wèn)題，引起隨機(jī)誤差。為了保證數(shù)據(jù)采集的精度，信號(hào)放大器應(yīng)有自動(dòng)量程功能，以便充分利用模／數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)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(duì)于振動(dòng)、沖擊等快變物理量，所測(cè)量的隨時(shí)間變化的信號(hào)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(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量的信號(hào)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析的主要手段是將在時(shí)間域變化的信號(hào)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(duì)有限長(zhǎng)信號(hào)的譜分析將產(chǎn)生所謂功率泄漏的問(wèn)題，導(dǎo)致分析結(jié)果的嚴(yán)重偏度誤差，因此需要對(duì)時(shí)間域信號(hào)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(dòng)態(tài)信號(hào)分析除頻域分析之外，還有時(shí)域分析和幅域分析。
信號(hào)是動(dòng)態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)分析的對(duì)象。動(dòng)態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)分析的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、存貯和處理的過(guò)程，廣義上屬于信息論的范疇。動(dòng)態(tài)信號(hào)處理過(guò)程示意圖如圖1-5所示。
對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)分析歷來(lái)為學(xué)者們所重視。文獻(xiàn)對(duì)具有柔性聯(lián)接和連接間隙的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)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(cè)量?jī)x器和實(shí)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)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(shí)也有諸如轉(zhuǎn)速等時(shí)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(dòng)系統(tǒng)的離散連續(xù)體模型并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。文獻(xiàn)對(duì)雙圓弧齒輪副的動(dòng)載系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和動(dòng)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(duì)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(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀作為二次儀表的方法動(dòng)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(hào)，然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析；采用在三環(huán)減速機(jī)上能夠反映振動(dòng)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(dòng)態(tài)采集三環(huán)減速機(jī)的振動(dòng)信號(hào)，然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析；采用精密聲級(jí)計(jì)對(duì)三環(huán)減速機(jī)的噪聲進(jìn)行測(cè)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(kāi)發(fā)的一種新型傳動(dòng)機(jī)械，屬于少齒差行星齒輪傳動(dòng)的范疇。該減速機(jī)既不同于平行軸定軸傳動(dòng)，又不同于同軸傳動(dòng)，可以稱(chēng)為平行軸動(dòng)軸傳動(dòng)。
我國(guó)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(dòng)機(jī)構(gòu)，這種傳動(dòng)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(shí)，行星輪不是作擺線運(yùn)動(dòng)，而是通過(guò)一個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)導(dǎo)引作圓周平動(dòng)。這種新穎獨(dú)特機(jī)構(gòu)的提出得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和許多生產(chǎn)廠家的極大關(guān)注和高度評(píng)價(jià)。60年代，日本開(kāi)始從事三曲柄式行星齒輪傳動(dòng)，即所謂的RV行星傳動(dòng)的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)；70年代，德國(guó)出現(xiàn)了采用雙曲柄式少齒差傳動(dòng)的手拉起重葫蘆；Soucek Josel的捷克專(zhuān)利“減速裝置”中利用了一個(gè)三曲柄軸機(jī)構(gòu)作為少齒差行星齒輪傳動(dòng)的輸入機(jī)構(gòu)，三個(gè)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(dòng)，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(shí)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(guó)首臺(tái)以雙曲柄機(jī)構(gòu)和少齒差行星傳動(dòng)為原理的三環(huán)減速機(jī)于1985年由重慶專(zhuān)用機(jī)械制造公司制造生產(chǎn)。1987年，我國(guó)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(zhuān)利“三環(huán)式減速（或增速）傳動(dòng)裝置”（專(zhuān)利公告號(hào)：CN85 1 06692A)，專(zhuān)利中提出了高速軸對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)配置在低速軸齒圈一側(cè)或兩側(cè)、臥式或立式、動(dòng)力源從一軸或多軸同時(shí)輸入的三環(huán)減速機(jī)。1989年，河南省�？h科學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心商冠華的實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利公告號(hào)：CN2034218U)“浮動(dòng)式齒差減速器”提出了一種外齒輪作圓周浮動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)齒輪，由齒差作用，將動(dòng)力傳到輸出軸的減速器。1990年，重慶鋼鐵公司唐國(guó)良、汪蜀浩的實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利公告號(hào)：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(gè)傳動(dòng)齒輪和輸出軸上的空套過(guò)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(guó)良、汪蜀浩的實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利公告號(hào)：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(duì)稱(chēng)型少齒差減速機(jī)，它由輸入軸和支承軸上的兩個(gè)傳動(dòng)齒輪和輸出軸上的空套過(guò)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(guó)家級(jí)重點(diǎn)科技推廣項(xiàng)目。
三環(huán)減速機(jī)問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，尤其是單軸輸入偏置型三環(huán)減速機(jī)在使用過(guò)程中存在振動(dòng)、沖擊、發(fā)熱、軸承早期損壞等問(wèn)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(duì)三環(huán)減速機(jī)的傳動(dòng)原理及動(dòng)態(tài)受力進(jìn)行了分析，認(rèn)為在嚙合過(guò)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(duì)象，建立起考慮重力、慣性力和嚙合力的環(huán)板的動(dòng)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(dòng)副接觸變形建立變形協(xié)調(diào)條件，從而建立起有過(guò)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(méi)有考慮三環(huán)減速機(jī)受載后各構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的變形，認(rèn)為環(huán)板上嚙合力恒定或呈某一簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)嚙合力恒定；文獻(xiàn)考慮了運(yùn)動(dòng)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(shí)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(jiǎn)化計(jì)算過(guò)于粗略。事實(shí)上，雙軸輸入時(shí)嚙合力恒定，嚙合承載時(shí)各構(gòu)件的變形，尤其是環(huán)板的拉壓變形和一級(jí)輸出二級(jí)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(wèn)題的位移法，提出了考慮環(huán)板的拉壓變形和一級(jí)輸出二級(jí)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(duì)稱(chēng)A型、對(duì)稱(chēng)B型和偏置型三環(huán)減速機(jī)的受力情況，在相同的傳動(dòng)技術(shù)參數(shù)下，可以得出對(duì)稱(chēng)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(dòng)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(lèi)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(dòng)功率時(shí)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(shí)各個(gè)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(shí)，內(nèi)齒環(huán)板和輸出軸產(chǎn)生動(dòng)反力，使得三環(huán)減速機(jī)動(dòng)不平衡。從而造成三環(huán)減速機(jī)振動(dòng)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)異常或發(fā)生事故。文獻(xiàn)提出“外界負(fù)載和環(huán)板平面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加慣性力”和“潤(rùn)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(lái)源，并且用紅外熱成像儀對(duì)三環(huán)減速機(jī)的溫度分布進(jìn)行測(cè)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(shí)對(duì)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(dòng)和噪聲的三個(gè)主要激勵(lì)源；文獻(xiàn)對(duì)SHQ630型三環(huán)減速機(jī)的箱體和環(huán)板振動(dòng)進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)研究，揭示出由兩根高速軸過(guò)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(dòng)的根源；因此可以說(shuō)：齒輪傳動(dòng)中的動(dòng)態(tài)載荷是行星傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)熱、振動(dòng)、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(duì)傳動(dòng)裝置要求的日益提高，機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)速大幅提高，機(jī)械振動(dòng)也就應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械振動(dòng)是指物體在平衡位置附近的一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即機(jī)械系統(tǒng)的某些物理量，在某一數(shù)值附近隨時(shí)間t的變化關(guān)系。齒輪傳動(dòng)中的動(dòng)態(tài)載荷是引起系統(tǒng)振動(dòng)的根源，通常用來(lái)描述振動(dòng)響應(yīng)的是機(jī)器的振動(dòng)烈度，機(jī)器的振動(dòng)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(gè)方向上所測(cè)得的振動(dòng)速度的最大有效值。
三環(huán)減速機(jī)的均載和減振問(wèn)題是三環(huán)減速機(jī)傳動(dòng)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(duì)三環(huán)減速機(jī)的均載問(wèn)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(dòng)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(dòng)加速度有了非常明顯的減小。
本文提出的金屬?gòu)椥跃d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(dòng)構(gòu)件發(fā)生共振；具有較小的動(dòng)態(tài)撓度和動(dòng)態(tài)應(yīng)力。本文對(duì)金屬?gòu)椥跃d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?gòu)椥跃d環(huán)離散環(huán)弧段簡(jiǎn)化為彈性力學(xué)中平面薄板小撓度分析模型，對(duì)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?gòu)椥跃d環(huán)的總體剛度。均載環(huán)的動(dòng)力學(xué)分析則采用有限元方法。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，本文提出的金屬?gòu)椥跃d環(huán)加裝在本文提出的兩級(jí)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?gòu)椥跃d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?gòu)椥跃d環(huán)）的1.073，均載效果顯著。
由于內(nèi)齒行星傳動(dòng)的諸多優(yōu)越性，國(guó)內(nèi)眾多高校和研究院所對(duì)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(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院、重慶專(zhuān)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(wèn)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(duì)影響軸承受力的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；文獻(xiàn)對(duì)內(nèi)齒行星傳動(dòng)的傳動(dòng)理論、傳動(dòng)效率和裝配條件進(jìn)行了分類(lèi)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(wèn)題，突出了三環(huán)減速機(jī)“功率分流”的優(yōu)越性；文獻(xiàn)對(duì)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(dòng)力和擺動(dòng)力矩，揭示了三環(huán)減速機(jī)動(dòng)力矩的不平衡性，并提出了平衡擺動(dòng)力矩的方法；文獻(xiàn)運(yùn)用有限元方法此對(duì)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(lái)、文獻(xiàn)建立了少齒差內(nèi)嚙合齒輪多齒接觸時(shí)的有限元模型，利用間隙單元法對(duì)三環(huán)減速機(jī)的多齒嚙合問(wèn)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(duì)三環(huán)減速機(jī)環(huán)板的振動(dòng)、少齒差內(nèi)嚙合傳動(dòng)參數(shù)以及傳動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。
本文對(duì)三環(huán)減速機(jī)的傳動(dòng)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(wèn)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(guó)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(duì)稱(chēng)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(lái)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(shí)，機(jī)構(gòu)處于運(yùn)動(dòng)不確定位置，此時(shí)傳動(dòng)角為零，機(jī)構(gòu)無(wú)法運(yùn)動(dòng)，因此必須采取雙曲柄軸動(dòng)力輸入、多相并列雙曲柄機(jī)構(gòu)和多曲柄機(jī)構(gòu)來(lái)克服死點(diǎn)。
雙曲柄輸入式少齒差傳動(dòng)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(shí)，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(dòng)可以實(shí)現(xiàn)平行軸傳動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)一直沒(méi)有得到應(yīng)有的發(fā)展，直到近十年來(lái)才逐漸為人們所重視。
三環(huán)減速機(jī)存在的問(wèn)題主要有：
1.在如圖1-6所示的三環(huán)減速器中，每個(gè)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(dòng)作高速曲線平動(dòng)，慣性力方向呈周期性變化，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。
2.由于三個(gè)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(shí)，慣性力偶矩就成為三環(huán)減速機(jī)產(chǎn)生較大振動(dòng)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(guò)約束和死點(diǎn)沖擊，由于制造安裝誤差導(dǎo)致附加沖擊動(dòng)載荷，引起機(jī)體振動(dòng)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(shí)致使三個(gè)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(dòng)普遍較大，并隨著原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高、傳動(dòng)比增大及功率增加而加劇，嚴(yán)重時(shí)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(lái)源、目的及意義
本課題源于國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)資助項(xiàng)目“完全平衡、均載減振兩級(jí)三環(huán)齒輪減速器的研究”，基金批準(zhǔn)號(hào)：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(dòng)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(dòng)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(duì)彈性均載環(huán)進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)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(duì)三環(huán)減速機(jī)設(shè)計(jì)與制造中的關(guān)鍵問(wèn)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(duì)提出的新型兩級(jí)三環(huán)減速機(jī)的傳動(dòng)性能和均載減振性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，綜合評(píng)價(jià)這種新型三環(huán)減速機(jī)。
本課題針對(duì)目前三環(huán)減速機(jī)存在的問(wèn)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(wèn)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(jí)傳動(dòng)，第一級(jí)采用圓柱齒輪傳動(dòng)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(dòng)以克服死點(diǎn)；采用一種金屬?gòu)椥原h(huán)作為均載裝置，從而改善三環(huán)減速機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)均載和減振；在實(shí)驗(yàn)上，對(duì)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(chǎng)，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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?jī)r(jià)值的課題。
1.7本文研究的主要內(nèi)容
本文對(duì)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(jí)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(dòng)原理如圖1-7所示，三環(huán)減速器二級(jí)傳動(dòng)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(dòng)比和降低二級(jí)輸入軸的轉(zhuǎn)速，一級(jí)傳動(dòng)采用分流定軸齒輪5、6分別帶動(dòng)兩個(gè)偏心輸入軸，而齒輪5、6則由一級(jí)輸入軸上的主動(dòng)齒輪7帶動(dòng)。三個(gè)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(jí)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(jí)輸入軸上的外齒輪浮動(dòng)，補(bǔ)償制造安裝誤差和傳動(dòng)變形，從而實(shí)現(xiàn)三環(huán)減速器的均載和減振。對(duì)未加裝均載裝置的兩級(jí)三環(huán)減速機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)原型機(jī)）和加裝均載裝置的兩級(jí)三環(huán)減速機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)改進(jìn)型機(jī)）進(jìn)行傳動(dòng)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(duì)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(duì)對(duì)稱(chēng)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(duì)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(duì)金屬?gòu)椥跃d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(duì)金屬?gòu)椥跃d環(huán)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)合靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的均載環(huán)。
5.對(duì)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(dòng)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(dòng)、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(duì)整機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
9.對(duì)三環(huán)減速機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)性能、載荷均衡和振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證KP理論計(jì)算的正確勝，驗(yàn)證多對(duì)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(dòng)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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