基于SolidWorks的行星輪減速器設(shè)計

汪自穩(wěn) 吳彬 盧文杰 楊國太

摘要： 文章采用行星齒輪差動輪系，設(shè)計了一款新型行星輪減速器，使減速器有較大的傳動比。借助CAXA與SolidWorks對行星輪減速器結(jié)構(gòu)進行可行性分析，確保設(shè)計方案具有可行性。

Abstract： The article uses a planetary gear differential wheel system to design a new planetary wheel reducer， so that the reducer has a large transmission ratio. The feasibility analysis of the planetary wheel reducer structure is carried out with the help of CAXA and SolidWorks to ensure that the design solution is feasible.

關(guān)鍵詞： 差動輪系;行星輪減速器;結(jié)構(gòu)設(shè)計;可行性分析

Key words： differential gear train;planetary gear reducer;structural design;feasibility analysis

中圖分類號：TG457.23????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0016-02

0? 引言

行星輪減速器主要由行星輪、太陽輪、齒圈、行星架、傳動源組成。行星齒輪傳動運行穩(wěn)定性可靠、承載能力大、可功率分流，且在其傳動比很大時，仍可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等優(yōu)點[1]。我國普遍根據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者庫德略夫采夫提出的按照行星齒輪基本構(gòu)件的配置情況對行星齒輪傳動進行分類，分為2Z-X、3Z和Z-X-V三種基本

類型[2]。

筆者對行星輪減速器動力傳動機構(gòu)進行研究設(shè)計，應(yīng)用CAXA設(shè)計減速器的二維結(jié)構(gòu)圖與傳動簡圖，利用SolidWorks建立整個減速器模型，對其進行分析及強度驗算，模擬實際工況對方案進行驗證。

1? 行星輪減速器設(shè)計

1.1 原理設(shè)計

本文設(shè)計的行星輪減速器的傳動簡圖如圖1所示。

其工作原理為：輸入軸帶動太陽輪1傳動，太陽輪1嚙合三個行星輪2圓周運動和自轉(zhuǎn)帶動行星架H繞圓周轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)一級減速。行星輪2的圓周轉(zhuǎn)動帶動連接的三個二級減速器行星輪2′旋轉(zhuǎn)，二級減速器行星輪2′帶動嚙合的太陽輪3轉(zhuǎn)動，太陽輪3帶動輸出軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)二級減速，從而達到減速的目的，且能夠通過控制配齒方案來得到大的傳動比。

通過圖1可見輪1固定（即n1=0）

故i3H=1225。

即當行星架H轉(zhuǎn)1225轉(zhuǎn)，輪3才轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向與行星架H的轉(zhuǎn)向相同，可見行星輪系可獲得的傳動比極大且減速效果明顯。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)上述原理，對行星輪減速器進行了重新設(shè)計，新型行星輪減速器結(jié)構(gòu)見圖2。圖2中，件1為電機2642W-024CXR，件2為一級減速器太陽輪，件3為一級減速器行星輪，件4為行星架，件5為二級減速器行星輪，件6為二級減速器太陽輪，件7為行星輪箱體，件8為輸出軸。

齒輪和軸采用40Cr鋼，強度較高，有較高的硬度和良好的強韌性，具有一定的耐磨性，能滿齒輪和軸運作時高可靠性的要求[3]。

行星輪箱體和行星架采用鋁合金，密度小，能滿足輕量化的設(shè)計要求;有良好的耐腐蝕性、耐候性，能起到防止?jié)櫥鸵绯?、外界異物侵入的作?鋁合金通過表面處理可得到不同的膜層，有良好的裝飾性[4];部分鋁合金具有良好的剛度和強度，能保證行星齒輪正確嚙合。

2? 齒輪的強度校核

2.1 齒根彎曲疲勞強度校核

大、小齒輪均采用40Cr鋼表面發(fā)黑，平均齒面硬度52HRC，選用7級精度。

齒根彎曲疲勞強度的校核公式：

式中：K為載荷系數(shù);T1為小齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩;b為齒寬;d1=mz1;m為齒輪模數(shù);YFa為齒形系數(shù);YSa為應(yīng)力校正系數(shù)。

許用彎曲疲勞應(yīng)力

取壓力修正系數(shù)Yst=2.0，安全系數(shù)SF=1.4，彎曲疲勞強度壽命系數(shù)YN1=YN2=1.0

查表得齒形系數(shù)YFa1=2.45、YFa2=2.44，應(yīng)力校正系數(shù)YSa1=1.65、YSa2=1.654

使用系數(shù)KA=1.0，動載系數(shù)Kv=1.09

查表得齒間載荷分配系數(shù)Kα=1.1，齒向載荷分布系數(shù)Kβ=1.05

得載荷系數(shù)K=KAKvKαKβ=1.259

按最大功率計算轉(zhuǎn)矩，則

由上述計算可知，滿足齒根彎曲疲勞強度。

2.2 齒面接觸疲勞強度校核

齒面接觸疲勞強度的校核公式：

式中：K為載荷系數(shù);T1為小齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩;？準d為齒寬系數(shù);d1為小齒輪的分度圓直徑;ZH為區(qū)域系數(shù)，對于標準齒輪（α=20°），ZH=2.5;ZE為彈性影響系數(shù)。

K、T1、？準d、d1取值同前。

齒數(shù)比u=1.03，區(qū)域系數(shù)ZH=2.5，彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa

許用接觸應(yīng)力

查圖得接觸疲勞極限σHlim1=σHlim2=1100（MPa），接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=ZN2=1.0

取安全系數(shù)SH=1.0

由上述計算可知，滿足齒面接觸疲勞強度。

3? 輸出軸零部件的有限元分析

通過圖3、圖4可知，軸的最大應(yīng)力值在鍵槽處，最大應(yīng)力值為548.2MPa，小于材料的屈服強度為785MPa，設(shè)計強度足夠，且最大位移為0.2162mm，固輸出軸滿足設(shè)計條件。

4? 結(jié)語

筆者設(shè)計了一款新型差動行星輪系減速器，提出了其設(shè)計原理且設(shè)計了減速器的結(jié)構(gòu)，然后對齒輪進行了強度校核，并對齒輪與輸出進行了有限元分析，顯示該設(shè)計方案性能基本達到了設(shè)計的要求，具有可行性。

參考文獻：

[1]呂曉丹.EBZ135掘進機行星減速器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D].太原理工大學(xué)，2010.

[2]譚樹梁.輕型汽車電子機械制動執(zhí)行器及硬件在環(huán)試驗臺研究[D].吉林大學(xué)，2008.

[3]賀茂盛，李華，張淵.我國通用貨車發(fā)展及相關(guān)技術(shù)研究[J].鐵道經(jīng)濟研究，2013（01）：36-40.

[4]馮泳燕.鋁合金建筑型材檢驗分析[J].建材與裝飾，2018（02）：44-45.