基于SolidWorks的行星轮减速器设计

汪自稳 吴彬 卢文杰 杨国太

摘要： 文章采用行星齿轮差动轮系，设计了一款新型行星轮减速器，使减速器有较大的传动比。借助CAXA与SolidWorks对行星轮减速器结构进行可行性分析，确保设计方案具有可行性。

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.

关键词： 差动轮系;行星轮减速器;结构设计;可行性分析

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

中图分类号：TG457.23                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0016-02

0  引言

行星轮减速器主要由行星轮、太阳轮、齿圈、行星架、传动源组成。行星齿轮传动运行稳定性可靠、承载能力大、可功率分流，且在其传动比很大时，仍可保持结构紧凑、质量小、体积小等优点[1]。我国普遍根据前苏联学者库德略夫采夫提出的按照行星齿轮基本构件的配置情况对行星齿轮传动进行分类，分为2Z-X、3Z和Z-X-V三种基本

类型[2]。

笔者对行星轮减速器动力传动机构进行研究设计，应用CAXA设计减速器的二维结构图与传动简图，利用SolidWorks建立整个减速器模型，对其进行分析及强度验算，模拟实际工况对方案进行验证。

1  行星轮减速器设计

1.1 原理设计

本文设计的行星轮减速器的传动简图如图1所示。

其工作原理为：输入轴带动太阳轮1传动，太阳轮1啮合三个行星轮2圆周运动和自转带动行星架H绕圆周转动，实现一级减速。行星轮2的圆周转动带动连接的三个二级减速器行星轮2′旋转，二级减速器行星轮2′带动啮合的太阳轮3转动，太阳轮3带动输出轴旋转，实现二级减速，从而达到减速的目的，且能够通过控制配齿方案来得到大的传动比。

通过图1可见轮1固定（即n1=0）

故i3H=1225。

即当行星架H转1225转，轮3才转1转，其转向与行星架H的转向相同，可见行星轮系可获得的传动比极大且减速效果明显。

1.2 结构设计

根据上述原理，对行星轮减速器进行了重新设计，新型行星轮减速器结构见图2。图2中，件1为电机2642W-024CXR，件2为一级减速器太阳轮，件3为一级减速器行星轮，件4为行星架，件5为二级减速器行星轮，件6为二级减速器太阳轮，件7为行星轮箱体，件8为输出轴。

齿轮和轴采用40Cr钢，强度较高，有较高的硬度和良好的强韧性，具有一定的耐磨性，能满齿轮和轴运作时高可靠性的要求[3]。

行星轮箱体和行星架采用铝合金，密度小，能满足轻量化的设计要求;有良好的耐腐蚀性、耐候性，能起到防止润滑油溢出、外界异物侵入的作用;铝合金通过表面处理可得到不同的膜层，有良好的装饰性[4];部分铝合金具有良好的刚度和强度，能保证行星齿轮正确啮合。

2  齿轮的强度校核

2.1 齿根弯曲疲劳强度校核

大、小齿轮均采用40Cr钢表面发黑，平均齿面硬度52HRC，选用7级精度。

齿根弯曲疲劳强度的校核公式：

式中：K为载荷系数;T1为小齿轮传递的名义转矩;b为齿宽;d1=mz1;m为齿轮模数;YFa为齿形系数;YSa为应力校正系数。

许用弯曲疲劳应力

取压力修正系数Yst=2.0，安全系数SF=1.4，弯曲疲劳强度寿命系数YN1=YN2=1.0

查表得齿形系数YFa1=2.45、YFa2=2.44，应力校正系数YSa1=1.65、YSa2=1.654

使用系数KA=1.0，动载系数Kv=1.09

查表得齿间载荷分配系数Kα=1.1，齿向载荷分布系数Kβ=1.05

得载荷系数K=KAKvKαKβ=1.259

按最大功率计算转矩，则

由上述计算可知，满足齿根弯曲疲劳强度。

2.2 齿面接触疲劳强度校核

齿面接触疲劳强度的校核公式：

式中：K为载荷系数;T1为小齿轮传递的名义转矩;？准d为齿宽系数;d1为小齿轮的分度圆直径;ZH为区域系数，对于标准齿轮（α=20°），ZH=2.5;ZE为弹性影响系数。

K、T1、？准d、d1取值同前。

齿数比u=1.03，区域系数ZH=2.5，弹性影响系数ZE=189.8MPa

许用接触应力

查图得接触疲劳极限σHlim1=σHlim2=1100（MPa），接触疲劳寿命系数ZN1=ZN2=1.0

取安全系数SH=1.0

由上述计算可知，满足齿面接触疲劳强度。

3  输出轴零部件的有限元分析

通过图3、图4可知，轴的最大應力值在键槽处，最大应力值为548.2MPa，小于材料的屈服强度为785MPa，设计强度足够，且最大位移为0.2162mm，固输出轴满足设计条件。

4  结语

笔者设计了一款新型差动行星轮系减速器，提出了其设计原理且设计了减速器的结构，然后对齿轮进行了强度校核，并对齿轮与输出进行了有限元分析，显示该设计方案性能基本达到了设计的要求，具有可行性。

参考文献：

[1]吕晓丹.EBZ135掘进机行星减速器结构优化设计[D].太原理工大学，2010.

[2]谭树梁.轻型汽车电子机械制动执行器及硬件在环试验台研究[D].吉林大学，2008.

[3]贺茂盛，李华，张渊.我国通用货车发展及相关技术研究[J].铁道经济研究，2013（01）：36-40.

[4]冯泳燕.铝合金建筑型材检验分析[J].建材与装饰，2018（02）：44-45.