行星减速机真实现状（机械三体特种行星排）

行星减速机真实现状（机械三体特种行星排）与图1 普通行星排不同，另有一种行星排长成这样：机械传动需要确定，怎样使这个行星排变得确定？很简单，增加一个确定因素，锁住内齿圈，使内齿圈转速确定为0，行星架转速就确定了。这样，太阳轮转速为1时，行星架转速确定为1/(1 a)，这就形成普通行星排减速器，其传动比为(1 a)。为避免行星轮相互碰撞，a值会受到限制；当行星轮有三个时，a最大不超过8.1，传动比(1 a)最大不超过9.1。普通行星排减速器的传动比不大。图1中，中心蓝灰色的是太阳轮。四个红色的是行星轮，行星轮都支承在行星架上面。外边黑色的是内齿圈齿轮，就是设置了内侧齿轮的圈圈。太阳轮与行星轮啮合，行星轮与内齿圈啮合，一共有两个啮合层次。太阳轮、行星架和内齿圈这三个部件，各自拥有相对独立的转速，就形成了三体关系。这个三体仅涉及三个转速维度，但这套三体比天体三体还要特殊，即使其中一个主体的转速确定，另外两个主体的转速也不能确定！教科书

很多朋友喜欢刘慈欣的科幻小说《三体》。相互只有引力作用的三个天体，其运动演化涉及到十八个维度，即使它们的初始运动完全确定，它们的运动演化也无法测度确定，这就是三体不确定性。处身《三体》星系中的三体人受够了这种不确定性，开始寻找新的移居地，小说故事情节就此展开。

朋友们不知道的是，三体不一定在天上，三体就在我们身边，机械中就存在三体。中文里，"机械"一词也指过于确定、过于死板无变化。但一贯非常确定的机械中，就存在三体，这就是行星排减速器。

普通行星排长成这样：

图1

图1中，中心蓝灰色的是太阳轮。四个红色的是行星轮，行星轮都支承在行星架上面。外边黑色的是内齿圈齿轮，就是设置了内侧齿轮的圈圈。太阳轮与行星轮啮合，行星轮与内齿圈啮合，一共有两个啮合层次。太阳轮、行星架和内齿圈这三个部件，各自拥有相对独立的转速，就形成了三体关系。这个三体仅涉及三个转速维度，但这套三体比天体三体还要特殊，即使其中一个主体的转速确定，另外两个主体的转速也不能确定！

教科书明确了该行星排的运动特性方程：ωt a*ωq=(1 a)*ωj，其中ωt、ωq和ωj分别是太阳轮、内齿圈和行星架的转速，a=内齿圈齿数/太阳轮齿数。方程是明确的，a是确定的，不确定在哪里？下面我们来看看。

设太阳轮转速为1，它可能带来内齿圈转速为-1/a，行星架转速为0，这时转速100%传递到内齿圈。也可能带来内齿圈转速为0，行星架转速为1/(1 a)，这时转速100%传递到行星架。还可能带来内齿圈转速为-0.3/a，行星架转速为0.7/(1 a)，这时转速30%传递到内齿圈，70%传递到行星架。还可能20%传递到内齿圈80%传递到行星架……等等。总之，如果没有其他因素，内齿圈转速和行星架转速是不确定的。

机械传动需要确定，怎样使这个行星排变得确定？很简单，增加一个确定因素，锁住内齿圈，使内齿圈转速确定为0，行星架转速就确定了。这样，太阳轮转速为1时，行星架转速确定为1/(1 a)，这就形成普通行星排减速器，其传动比为(1 a)。为避免行星轮相互碰撞，a值会受到限制；当行星轮有三个时，a最大不超过8.1，传动比(1 a)最大不超过9.1。普通行星排减速器的传动比不大。

与图1 普通行星排不同，另有一种行星排长成这样：

图2

图2中，这个行星排的太阳轮还是在中心，内齿圈还是在外边。与图1行星排不同的是，这里有两层四组八个行星轮，行星轮都由同一个行星架支承。太阳轮与其中四个内层行星轮啮合，四个内层行星轮分别与四个外层行星轮啮合，四个外层行星轮与内齿圈啮合，一共有三个啮合层次。这里的太阳轮、内齿圈和行星架这三个主体也形成三体关系。可以推导出这个行星排的运动特性方程，与上面那个方程有点类似但又不同：ωt-a*ωq=(1-a)*ωj，其中ωt、ωq和ωj分别是太阳轮、内齿圈和行星架的转速，a=内齿圈齿数/太阳轮齿数。同样，锁住内齿圈，使内齿圈转速为0，太阳轮转速为1时，行星架转速确定为1/(1-a)。这形成另一种行星排减速器，从太阳轮传动到行星架的传动比为(1-a)。

有没有人想过当a接近于1.0会怎样？当a接近于1.0，传动比(1-a)就极小，比如当a=0.993206521739时，传动比(1-a)=0.006793478261。因为逆传动的传动比等于正传动比的倒数，一个正传动的正传动比极小，其逆传动的逆传动比就极大。正传动是从太阳轮传动到行星架，正传动比为(1-a)；逆传动就是从行星架传动到太阳轮，逆传动比为1/(1-a)=1/0.006793478261=147.2。该逆传动比值很大，接近150，这是机器人关节常用的减速器传动比值。

也就是说，一级这样的行星排减速器，就可以代替机器人关节中的一个RV减速器，一个简单低成本的行星排就取代一个复杂高成本的RV 减速器。这是技术上的颠覆，也是产业上的颠覆。要知道，各个关节中RV减速器成本占到机器人总成本的38%，而替换几个行星排成本却非常低廉。现有的RV减速器从技术到市场整个产业被日国公司垄断，打破这种垄断非常有利于机器人的发展和推广。

当a=0.98670212766时，正传动比(1-a)=0.01329787234，逆传动比1/(1-a)=75.2，该逆传动比值是直升机减速传动系统常用的传动比。也就是说，一级行星排减速器就可以代替直升机大功率减速传动系统中的四级减速器，传动系统重量大大减轻，这算不算一种革命？

有研究过行星排的朋友就说了：a=内齿圈齿数/太阳轮齿数，从图2中的结构来看，内齿圈与太阳轮中间隔着行星轮，内齿圈齿数怎么也不会接近于太阳轮齿数，显然a不可能接近于1.0。这种行星排减速器不可能存在。

发明创新就是在不可能的现状中开创出可能性。这个发明就是要找到一种特种行星排的具体存在，使a接近于1.0，同时保持其运动特性方程不变，还要使行星排装配条件具有实际可操作性。这过程说起来很简单，但背后涉及到了原理更新、结构开发、变线速结构、参数重定义和装配创新，基础理论其实很复杂，结构突破的层次很多。最后，成功了！

现有减速器中，普通齿轮减速器和普通行星排减速器额定功率很大但传动比不大。谐波加速器、RV减速器和少齿差行星齿轮减速器的传动比比较大，其中谐波减速器核心原理是柔轮比钢轮少二齿，RV减速器核心原理是摆线轮比针轮少一齿，少齿差行星齿轮减速器核心原理是内齿轮比外圈齿轮少一齿。它们都是少整数齿的减速器，要达到更大传动比必须采用更多齿数，这会增加加工难度，还会造成承载下降。所以这三种减速器额定功率不大，最大功率只达到几十千瓦级别，在额定功率为几百千瓦、几千千瓦甚至上万千瓦级别的直升机或船舶上无法使用。

新发明的特种行星排减速器通过优化变线速结构和装配条件，第一次实现了少几分之一齿或者少几十分之一齿的减速传动。特种行星排中各部件齿轮齿数不必多，传动比就很大。在各部件齿轮齿数不超过100齿的条件下，传动比值就达几十、几百乃至上千，实现大功率大传动比减速传动。这种特种行星排各部件之间全采用齿轮传动，所以承载很大、额定功率大；各部件之间一共形成两个啮合层次，所以传动耗损小、传动效率高；采用的特种啮合结构消除了行星排齿轮间隙的通病，所以精度很高。该减速器结构简单，力矩密度大，额定功率大，传动效率高，控制精度很高。

在机器人行业，传动比100至300范围，特种行星排减速器将取代谐波减速器和RV减速器，成为未来机器人关节减速器。在直升机行业，传动比60至120范围，一级特种行星排减速器将取代多级减速器，作为未来直升机大功率减速器。在机床行业，传动比300以上范围，特种行星排减速器为精密进给提供了一种进给工具。在船舶行业，由于大传动比减速传动变得容易，原有的专门为船舶开发的低转速大体积的内燃机将被淘汰，改为高转速小体积的发动机和大传动比的特种行星排减速器相匹配。在各种行业，特种行星排减速器将改变发动机的匹配生态，利好高速电机、涡轮发动机和转子发动机。