新型针排齿轮减速器的动载特性研究及有限元分析

将内、外摆线齿廓运用到NN型少齿差行星齿轮传动领域，以新型针排齿轮传动减速器为研究对象，通过运动学和动力学仿真分析获得了减速器传动比与啮合力，表明了新型针排齿轮传动的可行性；通过动载特性研究分析获得了不同的设计参数对减速器传动特性的影响程度；通过有限元模态分析获得了减速器的模态振型和固有频率，表明减速器具有良好的结构动态特性。

少齿差行星齿轮减速器的优点相比传统齿轮减速器要明显的多，具有高速、重载、速比大、运行平稳、精密等特点[1]。

目前，关于少齿差行星齿轮减速器的研究，有部分学者取得一定的进展。摆线齿廓应用在针齿传动中比较成熟，但对于内、外摆线齿廓同时与针齿的圆形齿廓啮合传动的研究较少，且由于受力的问题， 销轴输出机构容易损坏，是针齿传动中比较脆弱的环节，影响减速器的使用寿命[2] [3]。而NN 型少齿差传动使用双联行星轮，具有传动比大，结构简单等优势，但内齿轮数减小、齿数差少时，双联齿轮与同时啮合的内、外齿轮就会产生齿形重叠干涉，对于传动的设计比较复杂，需要一系列圆柱销组成针排齿轮与内、外摆线轮实现啮合传动[4] [5]。

本文的新型针排齿轮传动具有下面的特点，将内、外摆线齿廓与NN 型少齿差传动结合，在保留传动比相对较大，传动精度相对较高的同时，摆线轮输出不再需要单独的输出机构，且避免了NN 少齿差传动设计时齿形重叠干涉。以新型针排齿轮减速器为对象，研究新型少齿差行星齿轮减速器结构的固有频率和动载特性，为工程人员进行针排齿轮传动和减速器结构设计提供重要参考。

2. 新型针排齿轮减速器传动原理 新型针排齿轮传动采用NN 型少齿差方式， 将针齿销组成的针排齿轮做为双联齿轮， 由内摆线齿轮4、外摆线齿轮1、圆柱销和销环固定架组成的针排齿轮2~3 组成，针排齿轮与内、外摆线齿轮同时啮合， 共同完成减速任务，其机构简图如图1 所示。

通过新型针排齿轮传动的结构简图，当摆线内齿轮4 固定时，机构的自由度为F = 1，该机构具体唯一确定的运动，输入轴为偏心轴，针排针轮为行星轮，摆线外齿轮直接进行动力输出。电机带动偏心轴做定轴转动时，偏心轴将带动针排齿轮做公转，此时由于针排齿轮与内、外摆线齿轮啮合，摆线内齿轮迫使针排齿轮产生一个自转运动，再通过与内摆线齿轮啮合，将动力反馈给摆线内齿轮实现动力输出。

3. 减速器运动学和动力学仿真分析 通过运动学和动力学仿真来研究新型针排齿轮减速器结构系统的传动比和啮合力。针对传动比的分析可以验证新型针排齿轮传动的可行性和虚拟样机建立的正确性。针对啮合力的分析可以计算出传动时实际参与啮合的齿数。