摘要：以電動(dòng)滾筒減速裝置為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了全滾動(dòng)平面鋼球減速裝置。該減速裝置的結(jié)構(gòu)形式采用的是活齒傳動(dòng)的一種，是由K-H-V型少齒差行星齒輪傳動(dòng)變化而形成的一種新型傳動(dòng)，它利用一組中間活動(dòng)件———活齒(鋼球)來實(shí)現(xiàn)兩同軸之間的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向變換，突破了長期以來齒輪傳動(dòng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，將行星齒輪的輪齒與輪體的剛性聯(lián)接改為運(yùn)動(dòng)副活動(dòng)聯(lián)接，使行星齒輪的全部輪齒成為一組可作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)體。整機(jī)可在要求工作性能穩(wěn)定可靠、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、體積小和重量輕的場(chǎng)合使用。

1、研究內(nèi)容的提出
         近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動(dòng)滾筒已經(jīng)廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、煤炭、交通、能源、糧食、煙草、化工、建材、郵電、航空、農(nóng)林和印刷等各個(gè)生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域，在我國國民經(jīng)濟(jì)中起到了越來越重要的作用。

        電動(dòng)滾筒是將電動(dòng)機(jī)和減速器裝入傳動(dòng)滾筒內(nèi)殼中，支撐軸固定不動(dòng)，筒體外殼旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)滾筒。各行各業(yè)對(duì)電動(dòng)滾筒性能的要求也不盡相同，例如要求電動(dòng)滾筒功率很大，卻又希望筒長很短；要求電動(dòng)滾筒的帶速極低，甚至低到0.05m/s以下；要求電動(dòng)滾筒在斷電瞬時(shí)立即制動(dòng)；要求電動(dòng)滾筒的噪聲很低；要求電動(dòng)滾筒隨著工況條件的改變，帶速也能相應(yīng)改變；要求電動(dòng)滾筒只能朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)等等。為了滿足不同場(chǎng)合的需要，電動(dòng)滾筒的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了多種形式，諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)就是其中一種形式。盡管諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造工藝難度較大、生產(chǎn)成本較高等原因，諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在電動(dòng)滾筒中應(yīng)用還不夠普遍。

         本設(shè)計(jì)方案是針對(duì)現(xiàn)有諧波齒輪傳動(dòng)電動(dòng)滾筒的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的全滾動(dòng)平面鋼球減速電動(dòng)滾筒。全滾平面鋼球減速電動(dòng)滾筒是在滿足承載能力及強(qiáng)度要求條件下，使整機(jī)工作性能穩(wěn)定可靠、體積小、重量輕和便于使用在減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，為了使設(shè)計(jì)出來的減速機(jī)構(gòu)體積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大，減速器采用平面鋼球變速傳動(dòng)，通過對(duì)少齒差行星齒輪傳動(dòng)演化而形成新型的活齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它利用一組鋼球(活齒)來實(shí)現(xiàn)兩同軸之間的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向變換，突破了長期以來活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特征，使行星齒輪的全部輪齒成為一組循環(huán)運(yùn)動(dòng)的鋼球作為獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)件，鋼球與徑向?qū)Р郾P組成活齒輪，繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼球在徑向?qū)Р郾P的導(dǎo)向槽中按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)行星齒輪作行星運(yùn)動(dòng)的功能。

2電動(dòng)滾筒的整體布局設(shè)計(jì)
         該電動(dòng)滾筒與傳統(tǒng)的電動(dòng)滾筒在外觀上上沒有什么區(qū)別，主要是減速器部分采用了全滾動(dòng)平面鋼球減速裝置。有別于傳統(tǒng)電動(dòng)滾筒的減速裝置，其整體布局如圖1所示，由左右支座、減速裝置、電機(jī)、滾筒體和接線盒等幾大部分組成。使用這種減速裝置的優(yōu)勢(shì)在于：可以獲得較短筒體的同時(shí)獲得較大的傳動(dòng)比，傳動(dòng)部件與被傳動(dòng)部件之間滾動(dòng)摩擦。          電動(dòng)滾筒的全滾動(dòng)平面鋼球減速裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由聯(lián)接電機(jī)軸的偏心凸輪盤、固定在支撐軸上的徑向?qū)Р郾P、與滾筒體聯(lián)接的擺線盤和夾在三者之間的鋼球組成。在偏心凸輪盤的端面上有一偏心e的弧形端面槽，在徑向?qū)Р郾P上有8條徑向?qū)Р?，在擺線盤的端面上有一條擺線端面槽。 3電動(dòng)滾筒減速部分工作原理
         該電動(dòng)滾筒的減速部分采用的是活齒傳動(dòng)的一種，它是由K-H-V型少齒差行星齒輪傳動(dòng)變化而形成的一種新型傳動(dòng)，它利用一組中間活動(dòng)件———活齒(鋼球)來實(shí)現(xiàn)兩同軸部件之間的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換，突破了長期以來齒輪傳動(dòng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，將行星齒輪的輪齒與輪體的剛性聯(lián)接改為運(yùn)動(dòng)副活動(dòng)聯(lián)接，使行星齒輪的全部輪齒成為一組作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)體。如圖3所示，鋼球與偏心凸輪盤在擺線盤的升程槽面接觸情況，輸入軸帶動(dòng)偏心凸輪盤以等角速度ω1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心凸輪盤上以圓心O1的偏心環(huán)形槽推動(dòng)鋼球沿著徑向?qū)Р郾P的徑向槽移動(dòng)，同時(shí)鋼球受擺線盤上的擺線封閉槽的約束反推徑向?qū)Р郾P，使其以等角速度ω2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，完成平面鋼球傳動(dòng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換。
         由工作原理可知：平面鋼球傳動(dòng)是依據(jù)各個(gè)循環(huán)鋼球與偏心凸輪盤的封閉槽、擺線盤的擺線封閉槽和徑向?qū)Р郾P的徑向?qū)Р劢M成的各并聯(lián)的嚙合副交替工作來完成連續(xù)傳動(dòng)的。因此，各并聯(lián)的嚙合副從嚙合開始到結(jié)束的工作過程完全相同。

4電動(dòng)滾筒減速傳動(dòng)部分的型分析
         偏心凸輪盤、徑向?qū)Р郾P和擺線盤三個(gè)基本構(gòu)件都是運(yùn)動(dòng)的，則平面鋼球傳動(dòng)的自由度為2，稱之為差動(dòng)平面鋼球傳動(dòng)，它是平面鋼球傳動(dòng)的基礎(chǔ)型，可以用來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的分解與合成，如圖4所示。          如果將平面鋼球傳動(dòng)的其中一個(gè)基本構(gòu)件固定，則其自由度為1，稱為行星平面鋼球傳動(dòng)。利用“固定件轉(zhuǎn)換原理”，可以得到三種行星平面鋼球傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡圖，如圖4中b、 c、 d所示。再利用“主從動(dòng)件轉(zhuǎn)換原理”可以得到以下幾種傳動(dòng)方案：
1)擺線盤固定，偏心凸輪盤輸入，徑向?qū)Р郾P輸出，實(shí)現(xiàn)減速，其傳動(dòng)比為： i31,2=Z2Z2-Z3；徑向?qū)Р郾P輸入，偏心凸輪盤輸出，實(shí)現(xiàn)增速，其傳動(dòng)比為： i32,1=Z2-Z3Z2；
2)徑向?qū)Р郾P固定，偏心凸輪盤輸入，擺線盤輸出，實(shí)現(xiàn)減速，其傳動(dòng)比為： i21,3=Z3Z3-Z2；擺線盤輸入，偏心凸輪盤輸出，實(shí)現(xiàn)增速，其傳動(dòng)比為：i33,1=Z3-Z2Z3
3)偏心凸輪盤固定，徑向?qū)Р郾P輸入，輸擺線盤輸出，實(shí)現(xiàn)減速，其傳動(dòng)比為： i12,3=Z3Z2；擺線盤輸入，徑向?qū)Р郾P輸出，實(shí)現(xiàn)增速，其傳動(dòng)比為：i13,2=Z2Z3
根據(jù)上述幾種平面鋼球傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡圖可以設(shè)計(jì)出多種實(shí)用的結(jié)構(gòu)圖。本論文電動(dòng)滾筒筒采用的減速裝置是圖4中的c方式。

4電動(dòng)滾筒的減速部分設(shè)計(jì)
         該電動(dòng)滾筒的電機(jī)輸出功率為3kW 、轉(zhuǎn)速為1420 r/min ，平 面 鋼 球 減 速 裝 置 的 傳 動(dòng) 比 為17 ，設(shè)計(jì)使用壽命為10年，每天工作8小時(shí)。減速裝置主要是由偏心凸輪盤、徑向?qū)Р郾P、擺線盤和鋼球之間的相互運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在偏心凸輪盤、徑向?qū)Р郾P和擺線盤的設(shè)計(jì)上，其它零件設(shè)計(jì)計(jì)算不再敘述。根據(jù)已知條件偏心凸輪盤、徑向?qū)Р郾P和擺線盤的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算過程如下：
         根據(jù)傳動(dòng)比公式： i=ZbZb-Zq=1717-16=17 ；擺線輪齒數(shù)Zb=17，鋼球數(shù)Zq=16，為了方便布置，在不影響傳動(dòng)比的情況下，很多少齒差傳動(dòng)裝置都會(huì)采用每個(gè)間隔抽一個(gè)齒的方法來解決這個(gè)問題，因此在這里抽齒數(shù)為8。相對(duì)應(yīng)的徑向?qū)Р郾P的徑向?qū)Р蹟?shù)8條，所需鋼球數(shù)也為8個(gè)。初選短幅系數(shù)：K1=0.6
1)擺線盤中心圓半徑：

2)偏心凸輪盤偏心距的確定：

查表確定e的標(biāo)準(zhǔn)值為e=3mm
3)校正短幅系數(shù)：

4)徑向?qū)Р郾P節(jié)圓半徑：



5)鋼球直徑：



6)徑向?qū)Р郾P導(dǎo)槽長度：

7)擺線盤根圓半徑：

8)擺線盤頂圓半徑：

9)擺線盤內(nèi)孔直徑

10)擺線盤寬度：

         根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)后加工出的偏心凸輪盤、徑向?qū)Р郾P和擺線盤如圖5所示。 5結(jié)論
        本文提出并研究設(shè)計(jì)了一款電動(dòng)滾筒的減速裝置。減速機(jī)構(gòu)采用全滾動(dòng)平面鋼球傳動(dòng)，它是一種由K-H-V型少齒差行星齒輪傳動(dòng)演化而形成的一種新型活齒傳動(dòng)，它利用一組中間活動(dòng)件--活齒(鋼球)來實(shí)現(xiàn)兩同軸之間的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換，突破了長期以來齒輪傳動(dòng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，將行星齒輪的輪齒與輪體的剛性聯(lián)接改為運(yùn)動(dòng)副活動(dòng)聯(lián)接，使行星齒輪的全部輪齒成為一組作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)體。鋼球與徑向?qū)Р郾P組成活齒輪，改行星齒輪的行星運(yùn)動(dòng)為鋼球繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并使諸鋼球在徑向?qū)Р郾P的導(dǎo)向槽中按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)行星齒輪做行星運(yùn)動(dòng)的功能?；铨X傳動(dòng)這一結(jié)構(gòu)特征使其在小偏心距平行軸間的轉(zhuǎn)速變換過程中，省去了少齒差行星齒輪傳動(dòng)必須采用的W運(yùn)動(dòng)輸出結(jié)構(gòu)，有效地克服了少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的不足。整機(jī)可在要求工作性能穩(wěn)定可靠、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、體積小和重量輕的場(chǎng)合使用。