淺談某型減速器傳動方式選擇及均載設計

王艷嬌，王永紅，倪德，朱卓宇

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

行星齒輪因其整體尺寸小、結構緊湊、傳動比高等優點，被廣泛應用于各行各業。行星傳動又因傳動比的大小、轉速的高低、整體尺寸的大小等因素，分為行星傳動和星形傳動兩種。本文以某型減速器結構設計為例，通過對行星傳動和星形傳動的結構特點進行對比分析，說明行星傳動的優勢，并根據減速器的受載特點進行均載結構設計。

1 行星傳動和星形傳動的特點

行星傳動中行星架、太陽輪繞總軸線轉動，行星輪同時進行自轉和公轉，齒圈固定。星形傳動中行星架固定，太陽輪、齒圈繞公共軸線轉動，行星輪只自轉，齒圈轉速為輸出轉速。本文行星傳動具有以下優勢：

（1）傳動比大，星行傳動的傳動比為：

（2）相同傳動比的情況下，行星傳動比星形傳動結構要緊湊，重量較輕。

2 構型選取

2.1 設計指標

某型減速器設計功率為2000kW、輸入轉速6642r/min，輸出轉速2000r/min及重量要求≤80kg，且輸入與輸出軸線需同軸。

2.2 構型分析

根據減速器轉速要求，進行配齒，其中取行星輪個數np=4。滿足太陽輪齒數一致且強度可行要求，選取結果如下：（1）行星傳動：Za=53,Zb=35,Zc=123；（2）星形傳動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。通過強度校核，行星傳動和星形傳動的齒輪及軸承均能滿足使用壽命要求。重量方面，行星傳動重量為78kg,星形傳動重量為98kg。

2.3 選取結果

通過分析，行星傳動在強度及重量方面均滿足某型減速器設計要求，而星形傳動重量指標不滿足，故該減速器宜采用一級行星傳動作為其基本傳動構型。

2.4 減速器傳動方案

該減速器行星傳動方案主要由輸入軸、太陽輪、行星輪、機匣、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，花鍵齒側定心并傳遞扭矩；輸入軸及輸出軸分別通過軸承支撐在機匣上。

3 均載機構設計

3.1 基本均載機構

行星輪系均載機構類型可分為以下兩種：

（1）靜定系統均載機構。采用基本構件自動調位的均載機構屬于靜定系統，其均載原理是通過系統中附加的自由度來實現均載，分別是：①有浮動基本構件的系統。即某個基本構件沒有徑向的支承，可理解為在徑向它是可浮動的，稱為浮動基本構件。②所有構件均為剛性連接的，而在工作過程中可自動調位的杠桿系統。

（2）靜不定系統：①靜不定系統為完全剛性的均載系統，即需全部通過構件的高精度，即只能通過嚴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。即采用具有彈性的齒輪和彈性支承，在載荷不均的情況下，使彈性件產生相應的彈性變形，以實現均載的機械系統。

3.2 浮動構件的選取

因靜不定均載系統需要保證零件加工精度較高、裝配誤差較小，控制難度較大。而靜定系統中的杠桿聯動均載機構結構非常煩瑣，不易設計，本方案采用基本構件浮動的均載方式。由于太陽輪體積小、質量小、浮動靈活，與其連接的均載機構較容易制造，且便于安裝，且減速器轉速不高，更有利于太陽輪浮動均載效果的發揮。因此，該減速器行星輪系采用浮動的太陽輪進行均載，太陽輪通過花鍵與輸入軸浮動連接。同時，行星齒輪采用自動調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

減速器浮動件帶來的徑向浮動量若大于各主要構件誤差造成的最大等效誤差，則證明減速器的均載設計合理，補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

行星傳動中各主要構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即行星輪徑向跳動公差Frb之半，即E2=Frb/2；齒圈偏心誤差E3即齒圈徑向跳動公差Frc之半，即E3=Frc/2；行星架偏心誤差E4即行星架軸孔對基準圓徑向跳動公差之半，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。

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

根據齒輪的基本參數和加工精度等級，減速器齒輪精度按GB/T 10095.1中的6級進行選取。浮動構件（太陽輪）的最大等效誤差Emax=0.11。

4.2 均載機構徑向浮動量

太陽輪作為浮動構件，整個行星輪系允許的徑向浮動量為太陽輪和輸入軸連接花鍵副允許太陽輪的徑向浮動量與太陽輪和行星輪齒輪副徑向浮動量之和。

（1）花鍵副允許太陽輪徑向浮動量。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量Tmax=L×tanαn=0.35mm。

（2）齒輪副徑向浮動量。太陽輪及行星輪齒輪副其允許的徑向浮動量為：△M=Ca/cosα，式中：Ca=C×cosα；α為齒輪壓力角，C為輪齒圓周側隙。根據裝配條件，行星傳動實際最小齒厚上偏差需考慮最小法向側隙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級進行選取太陽輪及行星輪輪齒參數誤差。齒厚上偏差為EEss’=-0.0562，圓周側隙最小值C=0.112，則其齒輪徑向浮動量△M=0.112。

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

△Y=△M+Tmax=0.462，大于構件的最大等效誤差Emax=0.11。由此可知，均載結構設計合理。

5 結語

本文通過對某減速器方案及均載結構設計，可得結論如下：（1）在設計輸入軸、輸出軸同軸傳動減速器時，行星傳動因重量輕、結構緊湊，明顯優于星形傳動方案。（2）采用太陽輪為基本浮動構件的情況下，可按6級精度進行設計，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構較容易制造，便于安裝，本方案宜選取太陽輪為浮動構件。