很多朋友喜歡劉慈欣的科幻小說《三體》。相互只有引力作用的三個天體，其運動演化涉及到十八個維度，即使它們的初始運動完全確定，它們的運動演化也無法測度確定，這就是三體不確定性。處身《三體》星系中的三體人受夠了這種不確定性，開始尋找新的移居地，小說故事情節(jié)就此展開。

朋友們不知道的是，三體不一定在天上，三體就在我們身邊，機械中就存在三體。中文里，"機械"一詞也指過于確定、過于死板無變化。但一貫非常確定的機械中，就存在三體，這就是行星排減速器。

普通行星排長成這樣：

中心藍灰色的是太陽輪。四個紅色的是行星輪，行星輪都支承在行星架上面。外邊黑色的是內(nèi)齒圈齒輪，就是設(shè)置了內(nèi)側(cè)齒輪的圈圈。太陽輪與行星輪嚙合，行星輪與內(nèi)齒圈嚙合，一共有兩個嚙合層次。太陽輪、行星架和內(nèi)齒圈這三個部件，各自擁有相對獨立的轉(zhuǎn)速，就形成了三體關(guān)系。這個三體僅涉及三個轉(zhuǎn)速維度，但這套三體比天體三體還要特殊，即使其中一個主體的轉(zhuǎn)速確定，另外兩個主體的轉(zhuǎn)速也不能確定！

教科書明確了該行星排的運動特性方程：ωt+a*ωq=(1+a)*ωj，其中ωt、ωq和ωj分別是太陽輪、內(nèi)齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速，a=內(nèi)齒圈齒數(shù)/太陽輪齒數(shù)。方程是明確的，a是確定的，不確定在哪里？下面我們來看看。

設(shè)太陽輪轉(zhuǎn)速為1，它可能帶來內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速為-1/a，行星架轉(zhuǎn)速為0，這時轉(zhuǎn)速100%傳遞到內(nèi)齒圈。也可能帶來內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速為0，行星架轉(zhuǎn)速為1/(1+a)，這時轉(zhuǎn)速100%傳遞到行星架。還可能帶來內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速為-0.3/a，行星架轉(zhuǎn)速為0.7/(1+a)，這時轉(zhuǎn)速30%傳遞到內(nèi)齒圈，70%傳遞到行星架。還可能20%傳遞到內(nèi)齒圈80%傳遞到行星架……等等。總之，如果沒有其他因素，內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速和行星架轉(zhuǎn)速是不確定的。

機械傳動需要確定，怎樣使這個行星排變得確定？很簡單，增加一個確定因素，鎖住內(nèi)齒圈，使內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速確定為0，行星架轉(zhuǎn)速就確定了。這樣，太陽輪轉(zhuǎn)速為1時，行星架轉(zhuǎn)速確定為1/(1+a)，這就形成普通行星排減速器，其傳動比為(1+a)。為避免行星輪相互碰撞，a值會受到限制；當行星輪有三個時，a最大不超過8.1，傳動比(1+a)最大不超過9.1。普通行星排減速器的傳動比不大。

與普通行星排不同，另有一種行星排長成這樣：

這個行星排的太陽輪還是在中心，內(nèi)齒圈還是在外邊。與圖1行星排不同的是，這里有兩層四組八個行星輪，行星輪都由同一個行星架支承。太陽輪與其中四個內(nèi)層行星輪嚙合，四個內(nèi)層行星輪分別與四個外層行星輪嚙合，四個外層行星輪與內(nèi)齒圈嚙合，一共有三個嚙合層次。這里的太陽輪、內(nèi)齒圈和行星架這三個主體也形成三體關(guān)系。可以推導出這個行星排的運動特性方程，與上面那個方程有點類似但又不同：ωt-a*ωq=(1-a)*ωj，其中ωt、ωq和ωj分別是太陽輪、內(nèi)齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速，a=內(nèi)齒圈齒數(shù)/太陽輪齒數(shù)。同樣，鎖住內(nèi)齒圈，使內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速為0，太陽輪轉(zhuǎn)速為1時，行星架轉(zhuǎn)速確定為1/(1-a)。這形成另一種行星排減速器，從太陽輪傳動到行星架的傳動比為(1-a)。

有沒有人想過當a接近于1.0會怎樣？當a接近于1.0，傳動比(1-a)就極小，比如當a=0.993206521739時，傳動比(1-a)=0.006793478261。因為逆?zhèn)鲃拥膫鲃颖鹊扔谡齻鲃颖鹊牡箶?shù)，一個正傳動的正傳動比極小，其逆?zhèn)鲃拥哪鎮(zhèn)鲃颖染蜆O大。正傳動是從太陽輪傳動到行星架，正傳動比為(1-a)；逆?zhèn)鲃泳褪菑男行羌軅鲃拥教栞啠鎮(zhèn)鲃颖葹?/(1-a)=1/0.006793478261=147.2。該逆?zhèn)鲃颖戎岛艽螅咏?50，這是機器人關(guān)節(jié)常用的減速器傳動比值。

也就是說，一級這樣的行星排減速器，就可以代替機器人關(guān)節(jié)中的一個RV減速器，一個簡單低成本的行星排就取代一個復雜高成本的RV 減速器。這是技術(shù)上的顛覆，也是產(chǎn)業(yè)上的顛覆。要知道，各個關(guān)節(jié)中RV減速器成本占到機器人總成本的38%，而替換幾個行星排成本卻非常低廉。現(xiàn)有的RV減速器從技術(shù)到市場整個產(chǎn)業(yè)被日國公司壟斷，打破這種壟斷非常有利于機器人的發(fā)展和推廣。

當a=0.98670212766時，正傳動比(1-a)=0.01329787234，逆?zhèn)鲃颖?/(1-a)=75.2，該逆?zhèn)鲃颖戎凳侵鄙龣C減速傳動系統(tǒng)常用的傳動比。也就是說，一級行星排減速器就可以代替直升機大功率減速傳動系統(tǒng)中的四級減速器，傳動系統(tǒng)重量大大減輕，這算不算一種革命？

有研究過行星排的朋友就說了：a=內(nèi)齒圈齒數(shù)/太陽輪齒數(shù)，從圖2中的結(jié)構(gòu)來看，內(nèi)齒圈與太陽輪中間隔著行星輪，內(nèi)齒圈齒數(shù)怎么也不會接近于太陽輪齒數(shù)，顯然a不可能接近于1.0。這種行星排減速器不可能存在。

發(fā)明創(chuàng)新就是在不可能的現(xiàn)狀中開創(chuàng)出可能性。這個發(fā)明就是要找到一種特種行星排的具體存在，使a接近于1.0，同時保持其運動特性方程不變，還要使行星排裝配條件具有實際可操作性。這過程說起來很簡單，但背后涉及到了原理更新、結(jié)構(gòu)開發(fā)、變線速結(jié)構(gòu)、參數(shù)重定義和裝配創(chuàng)新，基礎(chǔ)理論其實很復雜，結(jié)構(gòu)突破的層次很多。最后，成功了！

現(xiàn)有減速器中，普通齒輪減速器和普通行星排減速器額定功率很大但傳動比不大。諧波加速器、RV減速器和少齒差行星齒輪減速器的傳動比比較大，其中諧波減速器核心原理是柔輪比鋼輪少二齒，RV減速器核心原理是擺線輪比針輪少一齒，少齒差行星齒輪減速器核心原理是內(nèi)齒輪比外圈齒輪少一齒。它們都是少整數(shù)齒的減速器，要達到更大傳動比必須采用更多齒數(shù)，這會增加加工難度，還會造成承載下降。所以這三種減速器額定功率不大，最大功率只達到幾十千瓦級別，在額定功率為幾百千瓦、幾千千瓦甚至上萬千瓦級別的直升機或船舶上無法使用。

新發(fā)明的特種行星排減速器通過優(yōu)化變線速結(jié)構(gòu)和裝配條件，第一次實現(xiàn)了少幾分之一齒或者少幾十分之一齒的減速傳動。特種行星排中各部件齒輪齒數(shù)不必多，傳動比就很大。在各部件齒輪齒數(shù)不超過100齒的條件下，傳動比值就達幾十、幾百乃至上千，實現(xiàn)大功率大傳動比減速傳動。這種特種行星排各部件之間全采用齒輪傳動，所以承載很大、額定功率大；各部件之間一共形成兩個嚙合層次，所以傳動耗損小、傳動效率高；采用的特種嚙合結(jié)構(gòu)消除了行星排齒輪間隙的通病，所以精度很高。該減速器結(jié)構(gòu)簡單，力矩密度大，額定功率大，傳動效率高，控制精度很高。

在機器人行業(yè)，傳動比100至300范圍，特種行星排減速器將取代諧波減速器和RV減速器，成為未來機器人關(guān)節(jié)減速器。在直升機行業(yè)，傳動比60至120范圍，一級特種行星排減速器將取代多級減速器，作為未來直升機大功率減速器。在機床行業(yè)，傳動比300以上范圍，特種行星排減速器為精密進給提供了一種進給工具。在船舶行業(yè)，由于大傳動比減速傳動變得容易，原有的專門為船舶開發(fā)的低轉(zhuǎn)速大體積的內(nèi)燃機將被淘汰，改為高轉(zhuǎn)速小體積的發(fā)動機和大傳動比的特種行星排減速器相匹配。在各種行業(yè)，特種行星排減速器將改變發(fā)動機的匹配生態(tài)，利好高速電機、渦輪發(fā)動機和轉(zhuǎn)子發(fā)動機。