【正文】 構(gòu)越來越緊湊，為了適應(yīng)市場和生產(chǎn)的需要，各個(gè)行業(yè)都紛紛使用和生產(chǎn)行星齒輪傳動裝置。因此行星齒輪傳動的可靠性是一個(gè)熱門研究課題。與此同時(shí), 幾個(gè)行星齒輪分流承載, 使承載能力也增大很多倍。例如，在設(shè)計(jì)時(shí)選配齒數(shù)比較困難，目前設(shè)計(jì)手冊雖然有很多配齒的表格可以提供參考, 但如果設(shè)計(jì)給定的參數(shù)與表格中給出的參數(shù)不相符,那就需要設(shè)計(jì)人員自己選配齒數(shù), 首先要自己進(jìn)行試配, 工作量很大。 行星齒輪傳動研究及發(fā)展現(xiàn)狀 行星齒輪傳動研究現(xiàn)狀在國際上，世界上一些先進(jìn)的工業(yè)化國家，如美國、德國、英國、日本等國，在行星齒輪傳動方面的研究、生產(chǎn)制造和應(yīng)用方面均處于國際領(lǐng)先水平。圖11 指南車在理論設(shè)計(jì)、試制和應(yīng)用實(shí)踐等各個(gè)方面，我國都取得了比較大的成就，并取得了很多的研究成果?？偠灾?，近些年來我國在各類行星齒輪傳動方面的開發(fā)研究、設(shè)計(jì)以及應(yīng)用等各個(gè)方面都取得了較大進(jìn)步。例如, 平均年產(chǎn)量為三十萬噸合成氨的透平壓縮機(jī)（圖12）, 就是運(yùn)用行星齒輪箱來增速, 其齒輪的圓周速度最高達(dá)到150 m/s。 圖13 行星齒輪差速器 圖14 p系列行星齒輪減速機(jī)圖15 tp系列行星齒輪減速機(jī)（3）向硬齒面、高精度的方向發(fā)展行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)中的齒輪廣泛采用氮化和滲碳等化學(xué)熱處理方式。例如，隨著礦井等提升設(shè)備的大型化，與其所配套的行星齒輪箱必須大型化，同時(shí)其傳遞功率及轉(zhuǎn)矩也必然提高，因此行星齒輪傳動裝置的大型化也就再所難免。根據(jù)輪系在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其各個(gè)齒輪的幾何軸線的位置是否固定不變，一般將輪系劃分為三類。齒輪2用構(gòu)件H連接，一方面繞其自己幾何軸線O1O1自轉(zhuǎn)，同時(shí)又與構(gòu)件H一起繞固定幾何軸線OO公轉(zhuǎn)。（1）行星輪系自由度為1的周轉(zhuǎn)輪系稱為行星輪系，如圖25所示。差動輪系可以用于速度的分解和合成。那么根據(jù)其基本構(gòu)件的組成，可將行星傳動分為：KHV型行星傳動、2KH型行星傳動（如圖28）和3K型行星傳動（如圖29）三種。 圖27 KHV型行星傳動 圖28 2KH型行星傳動（2）2KH型行星傳動，如圖28所示，主要由兩個(gè)太陽輪1和行星輪2和行星架H組成。 圖29 3K型行星傳動另外，行星傳動還可以根據(jù)齒輪嚙合的方式來劃分。一般，在承受同樣載荷的情況下，行星傳動裝置的重量比普通齒輪傳動裝置要輕2～5倍。（5） 傳動比大在行星傳動機(jī)構(gòu)中，往往用少數(shù)幾個(gè)齒輪在適當(dāng)?shù)呐潺X方案下就可以得到較大的傳動比，同時(shí)還可以保持其結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。根據(jù)相對運(yùn)動原理，我們給整個(gè)行星傳動假定地附加一個(gè)繞行星架固定軸線回轉(zhuǎn)、且與行星架轉(zhuǎn)動方向相反轉(zhuǎn)速相等的公共角速度“–wH ”，這樣，各個(gè)構(gòu)件之間的相對運(yùn)動仍然保持不變，而行星架的角速度變?yōu)榱?，這樣行星傳動就轉(zhuǎn)換為定軸齒輪傳動了。那么轉(zhuǎn)化輪系的傳動比為 （21）其中，“m”表示外嚙合數(shù)。其中“K”表示太陽輪。行星架H不承受外力矩的作用，而是用來支承行星輪軸，所以行星架H不是行星傳動的基本構(gòu)件。如圖32為太陽輪和行星輪的嚙合關(guān)系。圖33 傳動原理圖 3K型行星傳動的類型3K型行星傳動有三種常用類型。（2）3KII型，如圖34（b）所示，3KII型行星傳動的兩個(gè)行星輪大小相同，就可以將兩個(gè)行星輪做成一個(gè)單齒圈行星輪，這樣就降低了加工難度。其中，內(nèi)齒圈e固定，轉(zhuǎn)動的太陽輪a和b與同一個(gè)行星輪c嚙合。其中，2KH（NGW）型行星傳動，如圖36所示，是由太陽輪a和b、行星輪c和行星架H組成，a為主動件、H為從動件；2KH（NN）型行星傳動，如圖37所示，由太陽輪b和e、行星輪c、d和行星架H組成，H為主動件，e為從動件。為了更加便于實(shí)用計(jì)算，通常按下式計(jì)算 （312）式中“+”用于外嚙合，“”用于內(nèi)嚙合。 行星輪數(shù)和齒輪齒數(shù)的確定3KI型行星傳動設(shè)計(jì)中，要想獲得理想合理的行星輪數(shù)和齒數(shù)，那么應(yīng)該要滿足以下幾個(gè)條件。太陽輪和行星架的幾何軸線重合，要保證太陽輪a和b與行星輪c能夠正確的嚙合，那么就必須要滿足太陽輪a和行星輪c外嚙合的中心距aac與太陽輪b和行星輪c內(nèi)嚙合的中心距abc相等，即 （41）對于漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪有 （42）那么同心條件為 （43）由上式可知，要保證行星輪c齒數(shù)為整數(shù)，那么太陽輪a、b的齒數(shù)一定要同時(shí)為奇數(shù)或偶數(shù)。用“”表示行星輪數(shù)。此時(shí)，傳動比為 （45）由式（33）可知 （46）結(jié)合上述兩式有整理后得 （47）由上述可得，行星輪數(shù)和齒輪齒數(shù)要滿足的裝配條件為：兩太陽輪的齒數(shù)之和應(yīng)是行星輪數(shù)的整數(shù)倍。如果計(jì)算結(jié)果不滿足鄰接條件的話，我們可以通過增加太陽輪齒數(shù)或者減少行星輪數(shù)的方法來滿足鄰接條件。3KI型行星傳動的配齒方法有兩種，即計(jì)算法和查表法。太陽輪a、b和行星輪c的齒數(shù)計(jì)算公式與時(shí)相同。 3KI型行星傳動的受力分析3KI型行星傳動的主要受力構(gòu)件是太陽輪、行星輪、行星架和軸承。表41 3KI型行星傳動受力分析項(xiàng)目太陽輪a太陽輪b行星輪c行星輪d行星架H太陽輪e圓周力Ft徑向力Fr單個(gè)行星輪作用在軸上的力各行星輪作用在軸上力和轉(zhuǎn)矩注：① 表中公式適用于太陽輪a輸出、內(nèi)齒圈b固定、e輸出、行星輪數(shù)大于2的3K型行星傳動?！? ① 指分度圓的 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1和圓周力Ft3K型行星傳動中小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1和圓周力Ft如表42所示?！? ① 本表引用參考文獻(xiàn)[1]表719而得。圖44 動載系數(shù)　 ① 本表引用參考文獻(xiàn)[2]。表45 齒間載荷分配系數(shù)等級精度567891011～126級及更低硬齒面直齒輪非硬齒面直齒輪上表中“”和“”分別為接觸強(qiáng)度計(jì)算和彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的重合度系數(shù)。對于行星傳動，應(yīng)考慮其行星輪既自轉(zhuǎn)的同時(shí)又公轉(zhuǎn)的運(yùn)動特性。（2）計(jì)算參數(shù)選取——重合度系數(shù)計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度時(shí)的重合度系數(shù)的計(jì)算公式見式（420）。圖47 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)（）——齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)就是齒輪齒寬與小齒輪分度圓直徑的比值。表48 最小安全系數(shù)使用要求失效概率高可靠度不大于~較高可靠度不大于~一般可靠度不大于~低可靠度不大于——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)載荷恒定時(shí)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N計(jì)算公式見表49。表410 載荷系數(shù)K載荷特性接觸強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度均勻平穩(wěn)～～中等沖擊～～較大沖擊～～初步設(shè)計(jì)計(jì)算的許用接觸應(yīng)力推薦值取 （429） 齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算（1）計(jì)算公式最大彎曲應(yīng)力 （430）模數(shù)m (431)（2）計(jì)算參數(shù)選取——齒形系數(shù)齒形系數(shù)可通過參考文獻(xiàn)[2]。初步設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，推薦取 (434) 行星傳動的結(jié)構(gòu) 行星傳動的均載我們知道3K型行星傳動有承載能力大、工作平穩(wěn)、噪聲低、可靠性高等一系列的優(yōu)點(diǎn)，為了更加充分的體現(xiàn)和發(fā)揮其特點(diǎn)，在制造設(shè)計(jì)行星傳動時(shí)通常使用均載機(jī)構(gòu)。（1）均載機(jī)構(gòu)的形式均載方法根據(jù)均載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型可分為靜定系統(tǒng)和靜不定系統(tǒng)兩種。（2）均載機(jī)構(gòu)的選擇選擇均載機(jī)構(gòu)有以下幾個(gè)原則。④ 均載機(jī)構(gòu)應(yīng)該滿足行星傳動的裝配和布局。 行星架結(jié)構(gòu)行星架根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為雙壁整體式、雙壁分開式、單壁式三種。 傳功設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇行星傳動類型根據(jù)上述原始數(shù)據(jù)，選用3KⅠ型行星傳動，如圖51所示，太陽輪b固定不動，太陽輪a輸入，太陽輪e輸出，行星傳動使用直齒圓柱齒輪，分度圓螺旋角，分度圓法向壓力角；各齒輪模數(shù)相同；行星輪數(shù)目；均載機(jī)構(gòu)選用內(nèi)齒輪e浮動。 配齒電算編程由上面計(jì)算知道，想要確定齒輪的齒數(shù)，必須先確定行星輪的數(shù)目，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]表77查得參數(shù)A、K的值，再根據(jù)公式（49）~（414）計(jì)算得出齒輪的齒數(shù)，然后就根據(jù)行星傳動的傳動比條件、同心條件、裝配條件和鄰接條件驗(yàn)算校核齒輪的齒數(shù)，最后確定齒輪的最終齒數(shù)。 ac傳動齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算彎曲最小安全系數(shù) 查表48得， 彎曲疲勞極限 查參考文獻(xiàn)[2] 得 重合度系數(shù) 由式（432）， 齒形系數(shù) 查參考文獻(xiàn)[2] 應(yīng)力修正系數(shù) 查參考文獻(xiàn)[2] 齒間載荷分布系數(shù) 查表45， 齒向載荷分布系數(shù) 查圖45得 查圖46得 取 由式（424）， 載荷系數(shù)K 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 由表49， 彎曲壽命系數(shù) 查參考文獻(xiàn)[2] 尺寸系數(shù) 查參考文獻(xiàn)[2] 許用彎曲應(yīng)力 由式（433）， 演算彎曲應(yīng)力 由式（430）， 驗(yàn)算結(jié)果表明ac傳動無超載情況。 de傳動設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)齒輪e分度圓直徑 行星輪d分度圓直徑 齒寬系數(shù) 查表47得， 齒寬b de傳動齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)齒輪e材料選用與內(nèi)齒輪b相同，選用40CrMnMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為210HB~237HB,平均值取220HB。 傳動設(shè)計(jì)電算編程3K型行星傳動的傳動設(shè)計(jì)步驟與單級齒輪傳動基本相同，首先選擇齒輪的材料，根據(jù)齒輪的材料、傳動裝置的工作情況和環(huán)境、齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩等通過查表確定傳動的各種參數(shù)，再根據(jù)公式初步確定齒輪的分度圓直徑、齒寬和模數(shù)，然后通過校核傳動的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度來最終確定齒輪的主要尺寸。 圖61 雙壁整體式行星架 行星架主要尺寸計(jì)算[4]行星架中心距 側(cè)板厚度 尺寸Lc 連接板外圓半徑R 連接板內(nèi)圓半徑Rn 輸入軸設(shè)計(jì)計(jì)算輸入軸和輸出軸傳遞的功率P輸入軸 輸出軸 輸入軸初步設(shè)計(jì)計(jì)算輸入軸材料選取40Cr，調(diào)質(zhì)處理。軸的草圖如圖62(a)所示。 垂直面：垂直面受力及彎矩如圖62（e）所示。強(qiáng)度極限。（2）轉(zhuǎn)矩的計(jì)算輸入軸轉(zhuǎn)矩 軸段1受力 （3）齒輪e的作用力計(jì)算圓周力 徑向力