【文章內(nèi)容簡介】 在嚙合齒輪的硬度配合方面，通常保持配對的兩齒輪的齒面硬度差為30~50MPa或更大。當(dāng)小齒輪的齒面具有較大的硬度差，且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中較硬的小齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)配對的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時(shí)，大齒輪的接觸疲勞需用應(yīng)力可提高約20％，當(dāng)然硬度高的齒面的粗糙度也應(yīng)相應(yīng)地提高。由于齒輪材料及其熱處理是影響齒輪承載能力和使用壽命的關(guān)鍵因素，也是影響齒輪生產(chǎn)質(zhì)量和加工成本的主要條件。選擇齒輪材料的一般原則是：既要滿足其性能要求，保證齒輪傳動(dòng)的工作可靠，安全；同時(shí)又要使其生產(chǎn)成本較低。對于中低速，重載的重型機(jī)械的行星齒輪傳動(dòng)裝置應(yīng)選用調(diào)制鋼。經(jīng)正火調(diào)質(zhì)或表面淬火，使其獲得機(jī)械強(qiáng)度，硬度和韌性等綜合性能較好。根據(jù)本課題所研究的輪邊減速器的使用環(huán)境，維修條件以及重型載貨汽車的重型重載特征，輪齒載荷性質(zhì)，承載能力，結(jié)合齒輪常常發(fā)生的失效形式，并考慮加工工藝、材料來源、使用壽命和經(jīng)濟(jì)性等條件，經(jīng)綜合，選擇齒輪材料和熱處理方式見下：中心輪，材料選用20CrMnTi，齒面硬度范圍HRC60~62，熱處理方式為齒面滲碳淬火，強(qiáng)度參數(shù)取σHlim=1550N/㎜2，σF/lim=600N/㎜2；行星輪，材料選用20CrMn面，齒面硬度范圍HRC56~58，并要求心部硬度≥HRC35，熱處理方式為齒面滲碳淬火，心部硬度=HRC35，強(qiáng)度參數(shù)取σHlim=1550N/㎜2，σF/lim=600N/㎜2；內(nèi)齒圈，材料選用40CrMo，齒面硬度范圍HB260～290，熱處理方式為調(diào)質(zhì)表面淬火處理，強(qiáng)度參數(shù)取σHlim=1160 N/㎜2；σFlim=360N/㎜2。 齒輪模數(shù)的設(shè)計(jì)在行星齒輪傳動(dòng)中，外嚙合的中心輪通常是行星傳動(dòng)中的薄弱環(huán)節(jié)。由于它處于輸入軸上，且同時(shí)與幾個(gè)行星輪相嚙合，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)最多，承受載荷較大，工作條件較差。因此，一般中心輪首先產(chǎn)生破壞。對于閉式傳動(dòng)，應(yīng)同時(shí)滿足接觸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度要求。在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)時(shí)，其主要參數(shù)可參照類比法，即參照已有的同類型的行星齒輪傳動(dòng)來進(jìn)行初步確定；或者根據(jù)具體的工作條件、結(jié)構(gòu)尺寸和安裝條件來確定。硬齒面齒輪的設(shè)計(jì)方法為按照彎曲疲勞強(qiáng)度對齒輪模數(shù)進(jìn)行計(jì)算，按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。（1）按彎曲強(qiáng)度的初算公式計(jì)算齒輪的模數(shù)行星輪數(shù)目時(shí)，各個(gè)行星輪上的載荷均勻（或采用載荷分配不均勻系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償），因此只需要分析和計(jì)算其中的一對齒輪副即可，中心輪a在每一對嚙合副（即在每個(gè)功率分流上）中所承受的輸入轉(zhuǎn)矩由下式計(jì)算 ： (26)或者按啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速最小，轉(zhuǎn)矩最大來計(jì)算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩 ；—中心輪a所傳遞的轉(zhuǎn)矩，；—差速器轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)；—行星輪數(shù)目。中心輪1的模數(shù)可由下式估算 （27）—算式系數(shù)，對于直齒輪傳動(dòng)，對于斜齒輪傳動(dòng)；—嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩，；應(yīng)是功率分流后的值；—使用系數(shù)；—綜合系數(shù)；—計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)；—小齒輪系數(shù)；—小齒輪齒寬系數(shù)；—齒輪副中小齒輪齒數(shù)；—試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限，,且取和中的較小值。（2）相關(guān)系數(shù)的確定算式系數(shù)：本課題采用直齒輪傳動(dòng)算式系數(shù)；使用系數(shù)：按原動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，工作機(jī)中等沖擊取使用系數(shù)；綜合系數(shù)：綜合系數(shù)；計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)；小齒輪齒形系數(shù)：按z=23和x=0取小齒輪齒形系數(shù)；小齒輪齒寬系數(shù)：小齒輪齒寬系數(shù)。（3）模數(shù)的確定 將所有系數(shù)及T1=、Z1=23, σFlim=800 N/㎜2,=。參照標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表，取行星輪系的模數(shù)m=4。 齒輪幾何參數(shù)的確定及校驗(yàn)（1）嚙合參數(shù)計(jì)算以標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算公式計(jì)算齒輪參數(shù)，進(jìn)行齒輪嚙合校核。 中心距滿足嚙合條件，不需要變位。（2） 齒輪幾何尺寸的計(jì)算其中齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)；分度圓直徑基圓直徑齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑齒頂圓壓力角端面重合度（3）裝配條件的驗(yàn)算在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，除保證要求的傳動(dòng)比外，還必須滿足行星齒輪特殊的裝配條件。1) 鄰接條件在行星齒輪傳動(dòng)中，為了使各行星輪不產(chǎn)生相互碰撞，須保證相鄰行星齒輪之間有一定的間隙，從幾何關(guān)系上看是，兩相鄰行星輪的頂圓半徑之和應(yīng)小于其中心距。按式28校驗(yàn) (28)代入數(shù)據(jù)，有 滿足條件。2) 同心條件在行星齒輪傳動(dòng)中，由于其中心輪軸線與主軸線重合，故各行星輪與中心輪相嚙合的中心距相等。因此對于2KH(A)型行星齒輪，在對齒輪進(jìn)行角度變位設(shè)計(jì)時(shí)其同心條件按式29校驗(yàn) (29)代入數(shù)據(jù)，無變位，有23+17=5717，滿足同心。其中，分別為太陽輪行星輪嚙合角和行星輪內(nèi)齒圈嚙合角。3) 安裝條件在行星齒輪傳動(dòng)中，為了提高其承載能力，在此設(shè)計(jì)中采用3個(gè)行星輪，即。為了使嚙合時(shí)的徑向力相互抵消，于是將3個(gè)行星輪均衡地分布在傳動(dòng)的中心圓上。所以要求各輪的齒數(shù)滿足安裝條件，即安裝在轉(zhuǎn)臂H上的3個(gè)行星輪均衡地分布在中心輪的周圍時(shí)，各輪齒數(shù)應(yīng)滿足的條件。按式210校驗(yàn) (210)代入數(shù)據(jù)，Za=23,Zb=57,np=5,得到，為整數(shù)，滿足安裝條件。 輪邊減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖22 行星齒輪傳動(dòng)UG模型（1） 行星齒輪系均載機(jī)構(gòu)為了使行星輪間載荷分布均勻，以提高行星齒輪傳動(dòng)的承載能力，在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)時(shí)，一般應(yīng)設(shè)法采取行星輪間載荷分布均勻措施，從而有效地降低了行星齒輪傳動(dòng)的制造精度和較容易的裝配，且使行星齒輪傳動(dòng)輸入的功率能通過所有的行星輪進(jìn)行傳遞，即可進(jìn)行功率分流。根據(jù)該機(jī)構(gòu)的功用和工作情況，通?？刹捎没緲?gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)。所謂行星輪間載荷分布均衡，就是指輸入的中心輪傳遞給各行星輪的嚙合作用力大小相等。本設(shè)計(jì)中采用了行星輪數(shù)np=5的結(jié)構(gòu)形式，以便利用同心軸齒輪之間的空間，設(shè)置5個(gè)行星齒輪來分擔(dān)載荷，形成功率分流，并達(dá)到無徑向載荷的扭矩傳遞，這種形式是非常合理的。采用多個(gè)行星輪的傳遞方式，使得行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小，承載能力大。但是在行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)中，不能過度地強(qiáng)調(diào)其傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊和承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，就片面地?cái)喽ㄝd荷是按行星輪的個(gè)數(shù)np平均分配的。實(shí)際上，由于不可避免的制造和安裝誤差，以及構(gòu)件的變形等因素的影響，致使行星輪間的載荷分配是不均衡的。較嚴(yán)重的情況是：有時(shí)載荷可能是集中在某一個(gè)行星齒輪上，而其他的()個(gè)行星齒輪被閑置，而不能起著傳遞動(dòng)力的作用。這也是行星齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生異常以至于失效的常見原因所在。即便是采用了均載機(jī)構(gòu)，也只能是人為地降低載荷分布不均衡的程度，并不能完全消除行星輪間的載荷分布不均衡。因此，在設(shè)計(jì)行星齒輪機(jī)構(gòu)時(shí)，認(rèn)真地解決行星齒輪間載荷分布不均衡性問題，這對于發(fā)揮行星齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢非常重要。在行星輪間載荷分布不均衡的原因，可以大致分為由齒輪本身的各種制造誤差，軸承和齒輪箱體等的制造和安裝誤差兩部分組成的。因此在制造、裝配輪邊減速器的過程中，要特別注意齒輪的制造誤差、軸承和箱體的制造和安裝誤差。另外，采用中心輪浮動(dòng)的均在機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功率流的均勻分配。中心輪a通過半軸齒輪與主減速器連接。當(dāng)輸入軸上施加力矩時(shí)，中心輪a與5個(gè)行星輪嚙臺，各齒輪副的嚙合處便產(chǎn)生嚙合作用力。若行星輪各軸心在圓周上是勻稱地布置的，由于浮動(dòng)半軸齒輪對中心輪a在徑向上的自動(dòng)補(bǔ)償作用，最終可使各嚙合作用力相等，且組成等邊的力三角形，而各力形成的力矩與外力矩平衡，即使各行星輪間的載荷分布均勻。故在此情況下，其載荷分布不均勻系數(shù)Kp的值等于l。（2） 行星齒輪傳動(dòng)的齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在行星齒輪傳動(dòng)的嚙合參數(shù)和幾何尺寸的計(jì)算工作完成之后，就應(yīng)該進(jìn)行行星齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在繪制行星齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)草圖時(shí)，應(yīng)注意處理好各構(gòu)件之間的連接關(guān)系，安排好各構(gòu)件的支承結(jié)構(gòu)以及勻載機(jī)構(gòu)的設(shè)置。1） 中心輪根據(jù)2KH型行星傳動(dòng)的工作特點(diǎn)、傳遞功率的大小和轉(zhuǎn)速的高低情況，對其進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先應(yīng)確定中心輪a的結(jié)構(gòu)。根據(jù)半軸輸出端直徑選取合適的花鍵，進(jìn)而設(shè)計(jì)出中心輪的各種參數(shù)?？傊?，在滿足使用要求的情況F，軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡單，以便于加工制造。由于太陽輪安裝在全浮式半軸上，與均勻分布的5個(gè)行星輪相嚙合，各齒輪副的嚙合力呈軸線對稱作用，而且無徑向載荷，因此對丁懸臂布置的中心輪a也不會引起沿齒寬方向上的載荷集中現(xiàn)象。圖23太陽輪2） 內(nèi)齒圈在行星齒輪傳動(dòng)中，內(nèi)齒中心輪(即內(nèi)齒輪)的結(jié)構(gòu)主要與其安裝方式和所采用的均載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式等有關(guān)，同時(shí)還應(yīng)考慮到內(nèi)齒輪的加工工藝性和裝配等問題。通常，內(nèi)齒輪可以做成一個(gè)環(huán)形齒圈，故又可將內(nèi)齒中心輪稱為內(nèi)齒圈。在本設(shè)計(jì)中，由于采用全浮式半軸均載機(jī)構(gòu)，需要使用齒圈支架將內(nèi)齒圈固定在驅(qū)動(dòng)橋殼上，因此，內(nèi)齒圈上還應(yīng)設(shè)置花鍵聯(lián)接。圖24 內(nèi)齒圈3） 齒圈支架將齒圈固定在驅(qū)動(dòng)橋殼上了零件為齒圈支架。為了便于制造，將內(nèi)齒輪齒頂圓通過磨床加工，將一定寬度的內(nèi)齒加工成花鍵聯(lián)接部分。同時(shí)，加工制造出與之相配合的齒圈支架的花鍵聯(lián)接。通過齒圈支架解決了車輪輪轂、制動(dòng)盤、主軸承等零部件的安裝問題。圖25齒圈支架4） 行星輪行星齒輪的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)行星齒輪傳動(dòng)類型、承載能力、轉(zhuǎn)動(dòng)速度的高低、所選軸承的類型和安裝形式確定。行星齒輪一般有內(nèi)孔以便安裝軸承和心軸。由行星齒輪傳動(dòng)原理可知，行星輪是支承在行星軸上的齒輪。一般采用滾動(dòng)軸承的行星輪支承結(jié)構(gòu)，將其直接裝入行星輪的輪緣內(nèi)是合理的。但是，由于軸承的外圈旋轉(zhuǎn)，使得滾動(dòng)軸承的壽命有所降低。為了減小徑向尺寸，采用滾針軸承作為行星輪支承。圖26行星輪5） 行星架行星架是行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的一個(gè)重要構(gòu)件。由于5行星輪的心軸均安裝在行星架上，故它的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。同時(shí)，由于此輪邊減速器行星傳動(dòng)部分以行星架為轉(zhuǎn)矩輸出構(gòu)件，它所承受的外力矩較大。一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的行星架應(yīng)當(dāng)是外廓尺寸小、重量輕、具有足夠的剛度和強(qiáng)度，能保證行星輪間的載荷分布均勻：而且具有良好的加工和裝配工藝。這樣，可以使行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有較大的承載能力，較好的傳動(dòng)平穩(wěn)性，較小的振動(dòng)和噪聲。圖27行星架 齒輪傳動(dòng)效率行星齒輪傳動(dòng)的效率是評價(jià)其傳動(dòng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。對于不同傳動(dòng)類型的行星齒輪傳動(dòng)，其效率η值得大小也是不同的。對于同一類型的行星齒輪傳動(dòng)，小效率η值也可能隨傳動(dòng)比ip的變化而變化。在同一類型的行星齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)輸入件，輸出件不同時(shí)，其效率η值也不相同。而且，行星齒輪傳動(dòng)效率變化范圍很大，低的可接近于零，甚至η低于零，即可以自鎖。在2KH型行星齒輪傳動(dòng)中，傳動(dòng)效率公式 (211)且有 (212)其中，p=。ΨH 。則=?？梢姡搨鲃?dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率較高。 齒輪強(qiáng)度校核驗(yàn)算在行星齒輪機(jī)構(gòu)中，各齒輪輪齒較常見的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損和輪齒折斷。在行星傳動(dòng)中，外嚙合的中心輪，比如太陽輪a通常是行星傳動(dòng)中的薄弱環(huán)節(jié)。由于它處于輸入軸上，且同時(shí)與幾個(gè)行星輪相嚙合，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)最多，承受載荷較大；工作條件較差。因此，該中心輪首先產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕，磨損和輪齒折斷的可能性較大。在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)時(shí)，合理地提高輪齒的彎曲強(qiáng)度，增加其工作的可靠性是非常重要的。（1）行星齒輪傳動(dòng)的受力分析在2KH型行星齒輪傳動(dòng)中，其受力分析圖是由運(yùn)動(dòng)的輸入件開始，然后依次確定各構(gòu)件上所受的作用力和轉(zhuǎn)矩。對于直齒圓柱齒輪的嚙合齒輪副只需繪出切向力F,如圖28所示：圖28齒輪傳動(dòng)的受力分析 對行星輪系進(jìn)行受力分析計(jì)算，可得行星輪c作用于a的切向力 (213)c上所受的三個(gè)切向力分別為：中心輪a作用于行星輪c的切向力為： (214)內(nèi)齒輪b作用于行星輪c的切向力為： (215)轉(zhuǎn)臂x作用于行星輪c的切向力為： (216)在轉(zhuǎn)臂x上所受到的作用力： (217)在轉(zhuǎn)臂x上所受力矩為： (218)在內(nèi)齒輪b1上所受的力矩為：