淺談某型減速器傳動(dòng)方式選擇及均載設(shè)計(jì)

王艷嬌，王永紅，倪德，朱卓宇

（中國航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412002）

行星齒輪因其整體尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。行星傳動(dòng)又因傳動(dòng)比的大小、轉(zhuǎn)速的高低、整體尺寸的大小等因素，分為行星傳動(dòng)和星形傳動(dòng)兩種。本文以某型減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，通過對(duì)行星傳動(dòng)和星形傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，說明行星傳動(dòng)的優(yōu)勢，并根據(jù)減速器的受載特點(diǎn)進(jìn)行均載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 行星傳動(dòng)和星形傳動(dòng)的特點(diǎn)

行星傳動(dòng)中行星架、太陽輪繞總軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪同時(shí)進(jìn)行自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，齒圈固定。星形傳動(dòng)中行星架固定，太陽輪、齒圈繞公共軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪只自轉(zhuǎn)，齒圈轉(zhuǎn)速為輸出轉(zhuǎn)速。本文行星傳動(dòng)具有以下優(yōu)勢：

（1）傳動(dòng)比大，星行傳動(dòng)的傳動(dòng)比為：

（2）相同傳動(dòng)比的情況下，行星傳動(dòng)比星形傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要緊湊，重量較輕。

2 構(gòu)型選取

2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

某型減速器設(shè)計(jì)功率為2000kW、輸入轉(zhuǎn)速6642r/min，輸出轉(zhuǎn)速2000r/min及重量要求≤80kg，且輸入與輸出軸線需同軸。

2.2 構(gòu)型分析

根據(jù)減速器轉(zhuǎn)速要求，進(jìn)行配齒，其中取行星輪個(gè)數(shù)np=4。滿足太陽輪齒數(shù)一致且強(qiáng)度可行要求，選取結(jié)果如下：（1）行星傳動(dòng)：Za=53,Zb=35,Zc=123；（2）星形傳動(dòng)Za=53,Zb=61,Zc=175。

式中，Za、Zb、Zc分別代表太陽輪、行星輪及齒圈的齒數(shù)。通過強(qiáng)度校核，行星傳動(dòng)和星形傳動(dòng)的齒輪及軸承均能滿足使用壽命要求。重量方面，行星傳動(dòng)重量為78kg,星形傳動(dòng)重量為98kg。

2.3 選取結(jié)果

通過分析，行星傳動(dòng)在強(qiáng)度及重量方面均滿足某型減速器設(shè)計(jì)要求，而星形傳動(dòng)重量指標(biāo)不滿足，故該減速器宜采用一級(jí)行星傳動(dòng)作為其基本傳動(dòng)構(gòu)型。

2.4 減速器傳動(dòng)方案

該減速器行星傳動(dòng)方案主要由輸入軸、太陽輪、行星輪、機(jī)匣、行星架、齒圈、輸出軸等組成，輸入齒輪軸與輸入軸通過漸開線花鍵連接，花鍵齒側(cè)定心并傳遞扭矩；輸入軸及輸出軸分別通過軸承支撐在機(jī)匣上。

3 均載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 基本均載機(jī)構(gòu)

行星輪系均載機(jī)構(gòu)類型可分為以下兩種：

（1）靜定系統(tǒng)均載機(jī)構(gòu)。采用基本構(gòu)件自動(dòng)調(diào)位的均載機(jī)構(gòu)屬于靜定系統(tǒng)，其均載原理是通過系統(tǒng)中附加的自由度來實(shí)現(xiàn)均載，分別是：①有浮動(dòng)基本構(gòu)件的系統(tǒng)。即某個(gè)基本構(gòu)件沒有徑向的支承，可理解為在徑向它是可浮動(dòng)的，稱為浮動(dòng)基本構(gòu)件。②所有構(gòu)件均為剛性連接的，而在工作過程中可自動(dòng)調(diào)位的杠桿系統(tǒng)。

（2）靜不定系統(tǒng)：①靜不定系統(tǒng)為完全剛性的均載系統(tǒng)，即需全部通過構(gòu)件的高精度，即只能通過嚴(yán)格控制零件的制造和裝配誤差來保證均載效果。②完全為彈性件的均載系統(tǒng)。即采用具有彈性的齒輪和彈性支承，在載荷不均的情況下，使彈性件產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，以實(shí)現(xiàn)均載的機(jī)械系統(tǒng)。

3.2 浮動(dòng)構(gòu)件的選取

因靜不定均載系統(tǒng)需要保證零件加工精度較高、裝配誤差較小，控制難度較大。而靜定系統(tǒng)中的杠桿聯(lián)動(dòng)均載機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)非常煩瑣，不易設(shè)計(jì)，本方案采用基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載方式。由于太陽輪體積小、質(zhì)量小、浮動(dòng)靈活，與其連接的均載機(jī)構(gòu)較容易制造，且便于安裝，且減速器轉(zhuǎn)速不高，更有利于太陽輪浮動(dòng)均載效果的發(fā)揮。因此，該減速器行星輪系采用浮動(dòng)的太陽輪進(jìn)行均載，太陽輪通過花鍵與輸入軸浮動(dòng)連接。同時(shí)，行星齒輪采用自動(dòng)調(diào)心球面滾子軸承支承，可以改善沿齒向方向的載荷分布，提高均載效果。

4 均載分析

減速器浮動(dòng)件帶來的徑向浮動(dòng)量若大于各主要構(gòu)件誤差造成的最大等效誤差，則證明減速器的均載設(shè)計(jì)合理，補(bǔ)償各因素引起的載荷分配不均，齒輪系均載效果良好。

4.1 等效誤差分析

行星傳動(dòng)中各主要構(gòu)件的制造誤差是影響行星輪間載荷分布不均勻性的主要因素，主要有太陽輪、齒圈、行星輪、行星架和行星架上行星軸的偏心誤差。

太陽輪偏心誤差E1即太陽輪徑向跳動(dòng)公差Fra之半,即E1=Fra/2；行星輪偏心誤差E2即行星輪徑向跳動(dòng)公差Frb之半，即E2=Frb/2；齒圈偏心誤差E3即齒圈徑向跳動(dòng)公差Frc之半，即E3=Frc/2；行星架偏心誤差E4即行星架軸孔對(duì)基準(zhǔn)圓徑向跳動(dòng)公差之半，即E4=Frd/2。

行星架上行星軸孔中心切向誤差e為行星輪孔軸線的位置度公差之半：e=Фa/2。

當(dāng)選取太陽輪為均載構(gòu)件時(shí)，將上述各個(gè)構(gòu)件的誤差折算到均載構(gòu)件上，可求出均載構(gòu)件的最大等效誤差（徑向位移量）為：

根據(jù)齒輪的基本參數(shù)和加工精度等級(jí)，減速器齒輪精度按GB/T 10095.1中的6級(jí)進(jìn)行選取。浮動(dòng)構(gòu)件（太陽輪）的最大等效誤差Emax=0.11。

4.2 均載機(jī)構(gòu)徑向浮動(dòng)量

太陽輪作為浮動(dòng)構(gòu)件，整個(gè)行星輪系允許的徑向浮動(dòng)量為太陽輪和輸入軸連接花鍵副允許太陽輪的徑向浮動(dòng)量與太陽輪和行星輪齒輪副徑向浮動(dòng)量之和。

（1）花鍵副允許太陽輪徑向浮動(dòng)量。太陽輪與輸入軸的花鍵副允許的最大角位移為αn=30＇，太陽輪花鍵和輪齒的齒間距離為L=40mm，則太陽輪的最大浮動(dòng)量Tmax=L×tanαn=0.35mm。

（2）齒輪副徑向浮動(dòng)量。太陽輪及行星輪齒輪副其允許的徑向浮動(dòng)量為：△M=Ca/cosα，式中：Ca=C×cosα；α為齒輪壓力角，C為輪齒圓周側(cè)隙。根據(jù)裝配條件，行星傳動(dòng)實(shí)際最小齒厚上偏差需考慮最小法向側(cè)隙Jbmin、齒輪和齒輪副的加工和安裝誤差等影響。

齒厚上偏差按等值分配，則有：

按GB/T10095.1中的6級(jí)進(jìn)行選取太陽輪及行星輪輪齒參數(shù)誤差。齒厚上偏差為EEss’=-0.0562，圓周側(cè)隙最小值C=0.112，則其齒輪徑向浮動(dòng)量△M=0.112。

（3）總徑向浮動(dòng)量。行星輪系總的徑向浮動(dòng)量（△Y）為花鍵副允許的太陽輪徑向浮動(dòng)量與齒輪副的徑向浮動(dòng)量之和，則有：

△Y=△M+Tmax=0.462，大于構(gòu)件的最大等效誤差Emax=0.11。由此可知，均載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)某減速器方案及均載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可得結(jié)論如下：（1）在設(shè)計(jì)輸入軸、輸出軸同軸傳動(dòng)減速器時(shí)，行星傳動(dòng)因重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，明顯優(yōu)于星形傳動(dòng)方案。（2）采用太陽輪為基本浮動(dòng)構(gòu)件的情況下，可按6級(jí)精度進(jìn)行設(shè)計(jì)，均載性良好。（3）行星輪系因太陽輪受載較大，均載靈敏度高，且與其連接的均載機(jī)構(gòu)較容易制造，便于安裝，本方案宜選取太陽輪為浮動(dòng)構(gòu)件。