行星架的結構設計與技術參數

摘要：行星架的結構設計和制造質量，對各行星輪間的載荷分配以及傳動裝置的承載能力、噪聲和振動等有重大影響。基于行星齒輪傳動中關鍵零部件行星架的結構設計、結構參數、加工技術要求等，研究了行星架的設計、參數及加工技術要求針對減速機使用壽命的重要性。

關鍵詞：行星架；結構型式；技術要求；參數設計；精度

0" "引言

行星架是行星齒輪傳動機構中的結構復雜且重要組成構件。行星輪通過行星輪軸承和行星輪軸安裝在行星架上。當行星架作為基本構件時，它是結構中承受傳遞扭矩最大的零件。因此，行星架的結構設計和制造質量，對各行星輪間的載荷分配以及傳動裝置的承載能力、噪聲和振動等有重大影響。本文基于行星齒輪傳動中關鍵零部件行星架的結構設計、結構參數、加工技術要求等，研究了行星架的設計、參數及加工技術要求針對減速機使用壽命的重要性。

1" "行星架的結構型式

行星架的常見結構形式有雙臂整體式、雙臂裝配式和懸臂式三種。在制造工藝上又有鑄造式、鍛造式和焊接式等。 雙臂整體式行星架如圖1所示。雙臂裝配式行星架如圖2所示。懸臂式行星架如圖3所示。

2" "行星架傳動路徑及技術要求

2.1" 傳動路徑

行星架在行星齒輪傳動中是非常關鍵的零件，是行星輪的軌道，行星輪通過軸承和行星輪軸安裝到行星架上，工作中太陽輪和齒圈與行星輪嚙合，帶動行星輪圍繞太陽輪公轉的同時并自轉。行星減速機傳動簡圖如圖4所示。行星減速機工作模型如圖5所示。

2.2" 技術要求

行星架的加工精度及變形，對齒輪齒側間隙和齒輪傳動機構的均載特性均有較大的影響。為了減小行星架的加工精度和變形對齒輪傳動的影響，就需要針對行星架的加工工藝進行特殊要求。首先在粗加工后要進行熱處理，一般采用的是調質。考慮到行星架在減速機內是承受力矩最大的部件，為了防止使用過程中發生變形，又增加了一道去應力處理工藝，保證行星架剛度和強度足夠的前提下，行星架內部的應力基本消除。

行星架加工精度要求較高，尤其是銷孔位置度、平行度，需要通過工藝優化試驗，合理利用加工資源，最后通過三坐標等高精度儀器檢測，保證形位公差及尺寸公差達到設計要求，保證產品質量要求，滿足批量生產要求。對于行星傳動系統來說，行星輪系統均載非常關鍵，如果行星架銷軸孔位置度不能滿足要求，則安裝的行星輪會受力不同，載荷大的行星輪及其軸承的壽命將大幅度減小。由此看出，行星架幾個銷軸孔的位置度及其行星架本身平行度的制造公差，直接影響到減速機的使用壽命。為了減小行星架的加工精度對傳動精度的影響，我們針對行星架設計提出了一定技術要求，具體如表1所示。

3" "行星架的結構設計參數

雙臂整體式行星架結構和剛性較好，一般采用鑄造和焊接方法，可得到與成品尺寸相近的毛坯，加工量相對較小。批量生產的中小型行星減速器中大部分采用鑄造行星架。焊接行星架通常用于單件生產的大型行星傳動結構中。

采用焊接方法可以減輕行星架的質量，但焊后及粗加工后應消除應力處理，否則會影響后期行星架的加工精度，直至影響整體減速機的使用壽命。焊條應根據母材的性能合理選擇。雙臂焊接式行星架如圖6所示。

低速級行星架與輸出軸采用焊接連接結構，難以保證焊縫質量的難題，對此行星架與輸出軸可采用由一組精制螺栓和空心銷連接（傳遞轉矩），用螺栓鎖緊的裝配式結構。該結構不僅工藝簡單，而且連接可靠。此類行星架的加工工藝一般采用半精加工后，裝配成一體，再進行精加工，最后加工行星輪銷軸孔。雙臂裝配式行星架如圖7所示。

雙臂式整體行星架常用于傳動比較大（如NGW型單級）行星輪軸承裝在行星輪內的設計場合。雙臂裝配式行星架主要用于傳動比較小的情況。雙臂整體式和雙臂裝配式行星架的兩個臂（或稱側壁），通過中間連接梁連接在一起，兩側板的壁厚應按下式選取。

當行星架兩側不裝軸承時可按下列經驗公式選擇：

C1≈（0.25～0.3）ɑ （1）

C2≈（0.2～0.25）ɑ （2）

當行星架兩側裝軸承時可按下列經驗公式選擇：

C1≈（0.4～0.45）ɑ （3）

C2≈（0.25～0.3）ɑ" " " （4）

式中：

C1——行星架帶花鍵端臂厚，mm；

C2——行星架無花鍵端臂厚，mm；

ɑ——行星輪安裝孔到行星架中心的距離，mm。

行星架梁內側尺寸應比行星輪外徑大10mm以上，即行星輪到梁的距離不能小于5mm。連接板內圓半徑Rn按比值應按照下式選取（見圖1）。

Rn/R≤0.85～0.5" " （5）

式中：

Rn——行星架梁內側最高點至行星架中心距離，mm。

R ——行星架半徑，mm。

懸臂式行星架有兩種結構：一是軸與行星架的一體式結構，一般采用整體鑄造式或鍛造式（見圖3）。二是是銷軸安裝式，其結構較為簡單，如圖8所示。行星架與行星輪軸采取分體的模式，更便于行星架的加工，但行星輪呈懸臂狀態，受力情況不好。對于圖8所示結構，軸徑d要按抗彎強度和剛度計算。軸和孔采用過盈配合（推薦用），用溫差法裝配。配合長度（既行星架厚度）可在（1.5～2.5）d范圍內選取。懸臂式行星架的鍛造工藝優于雙臂整體式行星架的鍛造工藝，在不影響整體設計強度情況下，應優先選擇前者。

其過盈配合連接的強度可按下列方法計算：如圖9所示，根據平衡條件，取a、b兩點剩余壓力為0.4P時，需由配合產生的壓應力近似計算如下：

P=5Fe·L/d·l2" " （6）

對于NGW型傳動，Fe為齒輪圓周力Ft的2倍，則

P=10Ft·L/d·l2" " "（7）

式中：P——配合產生的壓應力，MPa；

Fe——齒輪傳遞到行星輪軸的力，N；

Ft——齒輪圓周力，N；

L——輪軸受力點到支點的力臂長度，mm；

l——行星架厚度，mm；

d——輪軸直徑，mm。

根據P值即可求出配合過盈量，選擇配合種類，并可用壓力P′，驗算e點的塑性變形和積壓強度。

P′=1.6P +（fe/d·l）（8）

4" "結論

目前行星架大多采用的是傳統的球墨鑄鐵和焊接結構，以便簡化結構，減少加工工作量，特別是大型帶輸出軸的行星架，大多采用焊接結構。球墨鑄造工藝容易產生縮孔、疏松等工藝缺陷，隨著人們對減速機的性能要求越來越高，在許多特殊場合比如地下施工，海面作業等不便于維修的場合，針對批量的懸臂式行星架已采用模鍛的形式。為了增強行星架的強度和使用可靠性，針對雙臂整體式行星架低速端同樣可采用模鍛形式。

基金項目：

2019-2022年度安徽省科技重大專項資金項目《大直徑盾構機46萬牛米主驅動減速機研，項目編號201903a05020014。

參考文獻

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