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摘 要：本文分析和讨论了现有的少齿差行星减速机在结构上存在的缺陷，提出了一种新的内平动少齿差行星减速机的设计。该方案充分利用了少齿差传动的原理，并在结构上力图减轻振动、噪声、发热等带来的不利影响，是一种适用现代机械对传动技术的新要求的一种新型传动装置。
關键词：新型双曲柄连杆；行星减速机；可靠性；优化设计
引言
近代工业技术日新月异的迅猛发展，迫使机械传动技术推陈出新，以适应现代社会的需求，特别是对其技术经济性能要求越来越高。常用的圆柱齿轮传动一级传动比小、体积大、结构笨重；普通蜗杆传动在大功率传递时效率较低，而少齿差行星传动由定轴传动改为动轴传动，采用功率分流并合理应用内啮合，以及采用合理的均载装置，使其具有许多显著的优点，主要体现在重量轻、体积小、结构紧凑、传动比范围大、承载能力高、效率高。因此，少齿差行星传动技术的应用日渐广泛。
1少齿差行星传动技术的发展
齿轮传动是机械传动中最重要的，也是应用最广泛的一种机械传动型式。齿轮和齿轮装置的质量，直接影响着机械产品的质量，寿命和性能。齿轮传动可以实现平行轴，相交轴和交错轴之间的传动等多种空问传动方式。齿轮技术在一定程度上标志着机械工程技术的水平，被公认为是工业和工业化的象征。行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，因为有效地利用了功率分流和输入、输出的同轴性以及合理采用内啮合，所以具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点。从而提高了机械的承载能力和传动效率、减小了外形尺寸、质量及增大了减速机传动比等，而被广泛应用。并随着齿轮传动技术和其它相关技术的不断发展逐渐完善起来。行星齿轮传动日益受到了世界各国的广泛关注，成为在机械传动方面的重点研究方向之～。少齿差行星传动是一类特殊形式的行星传动方式，它由一个行星外齿轮和一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副，其内外齿轮齿数差很小，现在已开发出多种式的少齿差行星传动装景，若按行星轮齿区分，其一是摆线针轮行星传动，它以外摆线为齿廓曲线，其中的一个齿轮采用针轮形式，摆线针轮行星齿轮传动由于其主要零件皆采用轴承钢并且经过磨削加工制成，传动时又是多齿啮合，故其承载能力高，运转平稳，效率高、寿命长，但其加工精度要求高，结构复杂。
2模糊可靠性优化概述
在机械设计过程中，模糊性现象是普遍存在的，诸如舒适、美观、安全等一些在多方案评价过程中经常使用的评价标准均无法量化，而只能用好、一般或差来描述。对这些含义不确切、边界不清楚的模糊概念，可以采用评分法或模糊评价法来处理。评分法运算简单方便，但由于在处理过程中采用了人为的模糊信息匹配，即使采用集体评分法也不可避免存在一定的主观臆断性。而模糊评价通过模糊数学方法将模糊信息数值化后进行定量评价，充分利用了人脑对模糊现象做出的正确判断，从而使对系统综合评价的结果更加科学合理。
3新型少齿差减速机的虚拟设计
本文采用三维造型软件Pro/E进行建模。Pro/E软件是美国PTC公司的产品。Pro/E系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。借助P/EKGINEER强大的三维建模功能。可以完成减速机的零件设计及装配的参数化设计。并且可以通过编制程序来进行零件和装配的设计，可以通过编辑简单的程序来控制零件中特征的出现与否，尺寸的大小和装配中零件的出现与否，零件的个数等等，因此可以方便地设计出不同的产品。
4机械模糊可靠性优化设计方法
模糊可靠性优化设计与常规优化设计一样，首先要建立优化数学模型，即确定设计变量、目标函数和约束条件；而后利用最优化算法寻求最优设计方案。二者间的差异或前者应增添的任务为：1）利用概率理论和模糊集合论、隶属函数对机械零件设计中存在的随机性、模糊性给予定量描述和度量；2）确定零件的模糊可靠度计算式，并以此作为优化设计的目标函数或约束函数；3）应用概率论和模糊集合论把随机性、模糊性的优化数学模型转化为确定型优化模型，以简化寻优过程。机械零件的模糊可靠性优化设计数学模型也是由设计变量、目标函数和约束条件三方面构成的。应该说明，设计变量、目标函数和约束条件三者可以都具有模糊性，也可只有一个为模糊性。只要其中之一含有模糊性因素，则该优化数学模型及设计问题就属于模糊可靠性设计的范畴。
5减速机二级齿轮的可靠性模糊优化设计
根据模糊目标函数和模糊约束函数的关系，模糊优化数学模型可以分为对称和非对称两种。在对称模型中，目标函数和约束条件的地位和作用是同等的、对称的、并且可以互换位置。而在非对称模型中目标和约束的地位是不平等的、非对称的。本文研究的新型少齿差减速机模糊优化数学模型是非对称的。因此有必要先介绍非对称模糊优化设计数学模型的建立方法。
6一级齿轮的模糊可靠性优化设计
选择大小齿轮体积之和最小为目标函数（齿轮的减重孔等可以不计）。约束条件主要是设计中要满足齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度的可靠度要求，对于减速机的第一级传动由于是渐开线圆柱齿轮传动，在实际过程中采用了油池润滑，故第一级传动主要取决于接触强度。所以在约束条件中不引入齿根弯曲强度可靠度约束，而只引入齿面接触强度可靠度约束。该可靠性模糊优化设计属于非对称模糊优化设计问题，采用最优化水平截集法求解，先确定一个最优水平值名，对于每个模糊约束隶属函数取同一值的水平截集，将模糊约束条件转化为常规约束条件，就可以使用常规的优化设计方法求解。可以看出，优化后的齿轮参数和原参数相比，使得减速机的结构进一步紧凑而可靠度依然能够满足0.995的要求。由计算过程可见，优化结果将随具体模糊条件的不同而变化，这说明模糊可靠性优化设计中比常规设计考虑诸多因素的影响，从而使得设计更加合理，科学，更加符合实际工作情况要求。
结束语
总而言之，模糊可靠件优化方法是常规可靠性设计和优化设计方法的深化，它的深入研究和推广应用对提高机械零部件的设计水平和产品质量将具有重大的意义。对少齿差减速机的设计引入模糊可靠性优化设计，能够充分发挥少齿差传动的优点，提高效率，减低成本。
参考文献：
[1]黄文振，三环减速机振动问题研究[J].机械工程学报，2015（03）
[2]陈举华，机械结构模糊优化设计方法[J].机械工业出版社，2012（04）
[3]渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会，渐开线齿轮行星传动的设计与制造[M].北京：机械工业出版社，2012
關键词：新型双曲柄连杆；行星减速机；可靠性；优化设计
引言
近代工业技术日新月异的迅猛发展，迫使机械传动技术推陈出新，以适应现代社会的需求，特别是对其技术经济性能要求越来越高。常用的圆柱齿轮传动一级传动比小、体积大、结构笨重；普通蜗杆传动在大功率传递时效率较低，而少齿差行星传动由定轴传动改为动轴传动，采用功率分流并合理应用内啮合，以及采用合理的均载装置，使其具有许多显著的优点，主要体现在重量轻、体积小、结构紧凑、传动比范围大、承载能力高、效率高。因此，少齿差行星传动技术的应用日渐广泛。
1少齿差行星传动技术的发展
齿轮传动是机械传动中最重要的，也是应用最广泛的一种机械传动型式。齿轮和齿轮装置的质量，直接影响着机械产品的质量，寿命和性能。齿轮传动可以实现平行轴，相交轴和交错轴之间的传动等多种空问传动方式。齿轮技术在一定程度上标志着机械工程技术的水平，被公认为是工业和工业化的象征。行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，因为有效地利用了功率分流和输入、输出的同轴性以及合理采用内啮合，所以具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点。从而提高了机械的承载能力和传动效率、减小了外形尺寸、质量及增大了减速机传动比等，而被广泛应用。并随着齿轮传动技术和其它相关技术的不断发展逐渐完善起来。行星齿轮传动日益受到了世界各国的广泛关注，成为在机械传动方面的重点研究方向之～。少齿差行星传动是一类特殊形式的行星传动方式，它由一个行星外齿轮和一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副，其内外齿轮齿数差很小，现在已开发出多种式的少齿差行星传动装景，若按行星轮齿区分，其一是摆线针轮行星传动，它以外摆线为齿廓曲线，其中的一个齿轮采用针轮形式，摆线针轮行星齿轮传动由于其主要零件皆采用轴承钢并且经过磨削加工制成，传动时又是多齿啮合，故其承载能力高，运转平稳，效率高、寿命长，但其加工精度要求高，结构复杂。
2模糊可靠性优化概述
在机械设计过程中，模糊性现象是普遍存在的，诸如舒适、美观、安全等一些在多方案评价过程中经常使用的评价标准均无法量化，而只能用好、一般或差来描述。对这些含义不确切、边界不清楚的模糊概念，可以采用评分法或模糊评价法来处理。评分法运算简单方便，但由于在处理过程中采用了人为的模糊信息匹配，即使采用集体评分法也不可避免存在一定的主观臆断性。而模糊评价通过模糊数学方法将模糊信息数值化后进行定量评价，充分利用了人脑对模糊现象做出的正确判断，从而使对系统综合评价的结果更加科学合理。
3新型少齿差减速机的虚拟设计
本文采用三维造型软件Pro/E进行建模。Pro/E软件是美国PTC公司的产品。Pro/E系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。借助P/EKGINEER强大的三维建模功能。可以完成减速机的零件设计及装配的参数化设计。并且可以通过编制程序来进行零件和装配的设计，可以通过编辑简单的程序来控制零件中特征的出现与否，尺寸的大小和装配中零件的出现与否，零件的个数等等，因此可以方便地设计出不同的产品。
4机械模糊可靠性优化设计方法
模糊可靠性优化设计与常规优化设计一样，首先要建立优化数学模型，即确定设计变量、目标函数和约束条件；而后利用最优化算法寻求最优设计方案。二者间的差异或前者应增添的任务为：1）利用概率理论和模糊集合论、隶属函数对机械零件设计中存在的随机性、模糊性给予定量描述和度量；2）确定零件的模糊可靠度计算式，并以此作为优化设计的目标函数或约束函数；3）应用概率论和模糊集合论把随机性、模糊性的优化数学模型转化为确定型优化模型，以简化寻优过程。机械零件的模糊可靠性优化设计数学模型也是由设计变量、目标函数和约束条件三方面构成的。应该说明，设计变量、目标函数和约束条件三者可以都具有模糊性，也可只有一个为模糊性。只要其中之一含有模糊性因素，则该优化数学模型及设计问题就属于模糊可靠性设计的范畴。
5减速机二级齿轮的可靠性模糊优化设计
根据模糊目标函数和模糊约束函数的关系，模糊优化数学模型可以分为对称和非对称两种。在对称模型中，目标函数和约束条件的地位和作用是同等的、对称的、并且可以互换位置。而在非对称模型中目标和约束的地位是不平等的、非对称的。本文研究的新型少齿差减速机模糊优化数学模型是非对称的。因此有必要先介绍非对称模糊优化设计数学模型的建立方法。
6一级齿轮的模糊可靠性优化设计
选择大小齿轮体积之和最小为目标函数（齿轮的减重孔等可以不计）。约束条件主要是设计中要满足齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度的可靠度要求，对于减速机的第一级传动由于是渐开线圆柱齿轮传动，在实际过程中采用了油池润滑，故第一级传动主要取决于接触强度。所以在约束条件中不引入齿根弯曲强度可靠度约束，而只引入齿面接触强度可靠度约束。该可靠性模糊优化设计属于非对称模糊优化设计问题，采用最优化水平截集法求解，先确定一个最优水平值名，对于每个模糊约束隶属函数取同一值的水平截集，将模糊约束条件转化为常规约束条件，就可以使用常规的优化设计方法求解。可以看出，优化后的齿轮参数和原参数相比，使得减速机的结构进一步紧凑而可靠度依然能够满足0.995的要求。由计算过程可见，优化结果将随具体模糊条件的不同而变化，这说明模糊可靠性优化设计中比常规设计考虑诸多因素的影响，从而使得设计更加合理，科学，更加符合实际工作情况要求。
结束语
总而言之，模糊可靠件优化方法是常规可靠性设计和优化设计方法的深化，它的深入研究和推广应用对提高机械零部件的设计水平和产品质量将具有重大的意义。对少齿差减速机的设计引入模糊可靠性优化设计，能够充分发挥少齿差传动的优点，提高效率，减低成本。
参考文献：
[1]黄文振，三环减速机振动问题研究[J].机械工程学报，2015（03）
[2]陈举华，机械结构模糊优化设计方法[J].机械工业出版社，2012（04）
[3]渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会，渐开线齿轮行星传动的设计与制造[M].北京：机械工业出版社，2012