摘要：本文首先对特种车辆电磁悬挂用增速器的机械特性提出了具体的要求，根据此要求提出用内平动齿轮作为电磁悬挂的增速机构，并结合某型特种车辆总体尺寸要求对该车辆电磁悬挂用增速机构进行了具体的传动参数设计;再根据无侧隙啮合条件选定一定范围正变位系数条件下，针对渐开线少齿差正变位传动容易出现的齿廓干涉、根切现象进行了多方位的检验与变位系数优选;最后，在PROE软件平台上对设计结果进行了运动仿真与强度校核。结果表明，该型增速器确实能满足特种车辆电磁悬挂用增速机构小体积、大增速比的设计要求。

　　关键词：电磁悬挂;增速器;内平动齿轮

　　中图分类号：[TH12]

　　引言

　　电磁悬挂在特种车辆悬挂中承担阻尼器的作用,其主要功能是缓冲车辆的振动,其另外一个辅助功能是利用车轮带动永磁发电机转子转动发电，回收振动能量。但是前期研究表明，由于车轮速度有限，造成电磁阻尼力小，回收振动能量功率与效率低，为此必须增加一个增速环节，以提高电磁阻尼力并提高回收电能的功率与效率。一般特种车辆尤其是军用车辆电磁悬挂用增速器要求如下：

　　增速机构增速比应尽量高，以在发电时，提高发电机转子的转速，从而尽量减小发电机的扭矩、减小发电机体积尺寸;

　　增速机构机械传递效率尽量高，以尽可能把减振器能量转化为有用能源，提高能量转换效率;

　　传动平稳,承载能力要强，以能满足低速端齿轮高承载能力要求。

　　针对以上要求，考虑到电磁悬挂的作用主要是减振,对振动能量回收的效率要求不是很高,作者对各类齿轮传动机构的特点进行了比较分析，并针对文献[1]中渐开线少齿差行星减速器变异结构形式可做为大传动比增速器，且传动效率达到85%以上，文献[2][3]中也提出了渐开线少齿差行星减速器变异结构形式—内平动齿轮有可能作为增速器来使用的可能性等特点。提出用结构简单制造方便的渐开线少齿差行星传动变异机构—内平动齿轮机构作为电磁悬挂机构的增速机构，并针对某型号车辆的结构及空间布置等总体要求对该车辆电磁悬挂用增速器的参数进行了设计，在此基础上对重合度、根切、齿廓干涉、强度等现象进行了多方位的设计、校核，并在PROE软件平台上建立了三维模型进行了带干涉检验的运动仿真分析。

　　内平动齿轮增速器简介

　　图1 内平动齿轮机械原理图

　　Fig1. Mechanical principle fig of the internal Parallel Moving Gears

　　内平动齿轮机械原理图如图1 [4]所示，由于内啮合齿轮作圆平动故称内平动齿轮传动[5]。其主要优点是传动比大，结构简单、体积小，重量轻，与普通齿轮减速器相比重量可减轻1/3以上;在合理的设计、制造及润滑条件下，减速效率可达0.85～0.91;与其它少齿差行星减速器相比，齿形易加工，装卸方便，主要缺点是易产生非啮合区齿廓干涉现象，必须采用正变位齿轮[6];机构可以因设计要求而做变动，可采用三个及以上内平动齿轮在周向上均匀分布，既解决了其内部振动平衡问题，又排除了平形四边形机构带来的运动不确定性，且同时有三对齿轮啮合，且实际重合度大于1，其连续传动与平稳性较好。故在很多的工业部门得到广泛的应用，主要用在大传动比、中小功率的传动场合[3]。

　　内平动齿轮增速器机构参数设计

　　现以某型特种车辆电磁悬挂用增速器要求为例，增速器径向尺寸为280，轴向尺寸300,，根据文献[9]推导的结果知，该型号悬挂设计输入为：传递交变扭矩,最大转速,传递悬挂振动功率,总传动比大于30。

　　现采取如图2所示的一级三相少齿差传动加一级定轴齿轮传动机构。

　　内平动齿轮传动齿数设计

　　考虑到增速器直径限制(mm)及齿轮厚度及壳体尺寸限制，且传动比增大时，机构传递效率下降的影响，第一级少齿差传动齿轮取模数，考虑齿轮厚度要求，外输入齿轮齿数，直径;考虑到齿数差太小时，极易发生干涉，齿数差设计为3，则内平动齿轮齿数，直径。为减少干涉发生的可能性，常用的方法是采用短齿制，一般取齿顶高系数，并采用较大啮合角的正变位传动[3]，在本项目中取，顶隙系数[7]。

　　在平动齿轮机构中啮合角的确定不仅与变位系数、有关，还与齿数差及有关外，还对其轮齿厚度及受力产生影响，为此啮合角不能太大，根据文献[8]介绍，当齿数差为3时，啮合角一般到，本文中初取。其它参数可根据上述参数推导而得。

　　定轴传动的传动比受曲拐与中心距离(90mm) 限制，为尽量增大传动比，取定轴齿轮模数为3，中心小齿轮Z4齿数取18,大齿轮Z3取42。

　　图2 增速器机构三维图

　　Fig2. Three dimension of accelerator

　　增速传动比

　　少齿差行星增速器传动比为：。则总传动比可达，如图2中三维图所示。

　　变位系数设计

　　为选择较为合适的变位系数，取，根据齿轮无侧隙啮合传动方程，得：

　　。

　　经计算得无侧隙啮合变位系数、列于表1。

　　为保证不发生运动干涉及正确安装、可靠润滑，必须对齿轮运动幅进行如下检验：

　　表1 内平动齿轮设计参数表

　　Table1: The parameters table of the Internal Parallel Moving Gears

　　参数名称

　　计算值(，，，)

　　0.1

　　0.2

　　0.3

　　0.4

　　0.5

　　0.6

　　0.26

　　0.36

　　0.46

　　0.56

　　0.66

　　0.76

　　0.0129

　　0.0214

　　0.0296

　　0.0375

　　0.045

　　0.0524

　　1.3043

　　1.2828

　　1.2626

　　1.2435

　　1.2254

　　1.2082

　　120.0828

　　120.3828

　　120.6828

　　120.9828

　　121.2828

　　121.5828

　　119.3025

　　119.6025

　　119.9025

　　120.2025

　　120.5025

　　120.8025

　　0.9

　　0.9

　　0.9

　　0.9

　　0.9

　　0.9

　　1.095

　　1.095

　　1.095

　　1.095

　　1.095

　　1.095

　　4.9308

　　5.1492

　　5.3675

　　5.5859

　　5.8043

　　6.0227

　　4.1444

　　3.926

　　3.7076

　　3.4892

　　3.2709

　　3.0525

　　0.93548

　　0.94637

　　0.95698

　　0.96734

　　0.97746

　　0.98735

　　内平动齿轮增速器齿轮参数设计检验及优选

　　齿廓重叠干涉检验

　　齿廓重叠干涉是平动齿轮传动中最为突出的一种干涉现象，而且齿数差越小，越容易出现齿廓重叠并发生干涉。一旦出现齿廓重叠干涉，齿轮幅不仅不能正确安装，而且也不能正确啮合传动，所以有必要对其进行检验。

　　不发生齿廓重叠干涉的限制条件为：

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