NGW行星減速器介紹及其參數化建模分析

摘要：NGW行星減速器對保證傳動系統的順利完成具有重要的意義，本文在分析NGW型行星齒輪減速器適用范圍及特點的基礎上，給出了NGW型行星齒輪減速器的參數化建模的設計步驟以及設計過程，為進一步的參數優化奠定基礎。

關鍵詞：行星減速機；參數化；建模

減速器正朝著高速、重載和高性能的方向發展，但其運行工況往往比較惡劣、連續運轉時間長、常常受到各種沖擊載荷的作用，導致減速器是極易出現損壞的煤礦機械裝置之一。因此，減速器的工作性能直接影響著整個機械系統的工作性能，確保減速器良好的運行狀況是保證機械設備安全高效工作的關鍵部分。。當前，隨著科學技術水平的不斷提高，在不斷改革和謀取更好的發展，各類機械設備的綜合性能不斷得到改善，為煤礦行業高效和可持續發展產生了重要影響。同時，也對礦用減速器提出了較高的要求，如高效率、低振動和低噪聲等。

齒輪傳動系統的動態特性分析一直都是減速器設計中需要考慮的核心問題。齒輪傳動系統和其他一般的機械系統相同，也會受到外界的振動激勵，但齒輪傳動系統也與一般的機械系統存在著差異，齒輪系統內部會產生隨時間變化的內部激勵，包括剛度激勵、誤差激勵和嚙合沖擊激勵。齒輪系統的內部激勵對整個減速器的動態特性有著重要的影響，因此，齒輪系統的內部激勵問題是齒輪系統動力學研究的重點內容之一，也是進行系統動態分析的前提條件。同時，齒輪傳動系統由于彈性變形、安裝誤差、加工誤差等的存在，使齒輪系統變得更加復雜，因此，開展減速器齒輪傳動系統的動力學特性研究，并對齒輪系統動態特性進行參數優化，對提高減速器承載能力、改善運行狀況、降低振動和噪聲，具有重要意義。

1 NGW型行星齒輪減速器適用范圍及特點

NGW型行星齒輪減速器包括單級（NGW11～NGW121）、兩（NGW42～NGW122）、三級（NGW73～NGW123）三個臥式系列，主要用于冶金、礦山、起重運輸等機械設備減速。其工作條件為：工作環境溫度為-40～45℃；高速軸的最高轉速不得超過1500r/min；齒輪的圓周速度不得超過10m/s；并且可以兩方向正反運轉。

NGW型行星齒輪減速器主要構件有太陽輪、行星輪、內齒圈、行星架。

要達到三個行星輪載荷的均勻分配，利用了齒式浮動的機構，即太陽輪、行星架兩者同時浮動或者太陽輪、行星架單獨浮動，減速器中的齒輪為直齒漸開線圓柱齒輪。

2 NGW型行星齒輪減速器的參數化建模

2.1 減速器參數化設計步驟

基于PRO/E的參數化設計開發一般有3個步驟（1）利用PRO/E的實體造型及參數驅動功能，進行零件的建模；（2）對所建立的模型進行參數、以及參數間關系設定，從而滿足參數驅動的需要；（3）利用PRO/E提供的工具進行參數化設計開發。

PRO/ERomax Designer 能夠進行齒輪傳動系統的設計開發，主要有平行軸齒輪傳動系統、相交軸齒輪傳動系統和行星齒輪傳動系統，其包括了初期的概念設計、部件剛度和強度、可靠性等、再到系統NVH 分析等一系列設計分析流程。其主要設計分析功能主要包括：對重要零部件進行穩態分析和疲勞壽命計算，如齒輪、傳動軸、軸承等；對輪齒進行微觀修形設計與分析；時變嚙合剛度和傳動誤差計算；對臨界速度譜、阻尼固有頻率譜、非平衡響應等進行分析和計算；對系統進行諧響應分析和瞬態動力學分析；以及對整個傳動系統進行振動噪聲分析、參數優化設計等。在設計與分析的過程中，Romax 可以考慮結構的柔性，如軸、軸承等的變形對系統的影響，還可以對工程實際加以考慮，如制造安裝誤差、預載等。

本文將通過對單級行星齒輪減速器建立三維模型實體，將特征生成的參數進行編輯修改就可以生成新的模型實體。

2.2 減速器的參數輪齒剛度定義

輪齒剛度定義為使一對或幾對同時嚙合的精確輪齒在1mm 齒寬上產生1μm 撓度所需的嚙合線上的載荷。在直齒輪嚙合過程中，單齒嚙合和雙齒嚙合交替進行。單齒嚙合區間只有一對輪齒承受載荷，對應的輪齒嚙合剛度也就比較小，而雙齒嚙合區間有兩對輪齒同時參與承受載荷，對應的輪齒嚙合剛度也就比較大。在單齒嚙合區域和雙齒嚙合區域交替時，嚙合剛度會發生突變，進而使得齒輪系統產生振動。不同于直齒輪嚙合傳動，斜齒輪傳動過程的嚙合齒對數目不是突變的，各斜齒輪輪齒是逐漸進入嚙合，之后又逐漸退出嚙合的，嚙合剛度不會發生突變，變化趨勢較平穩。

輪齒嚙合剛度是指參與嚙合的各對輪齒的綜合效應，主要與單齒彈性變形、單對齒綜合彈性變形和重合度有關。單對輪齒綜合彈性變形是一對輪齒在嚙合過程中在載荷作用下的彈性變形之和。

3 結論

隨著現代工業的發展，機械化和自動化水平不斷的提高，各工業部門需要大量的減速器，而其中行星齒輪減速器具有傳動效率高、結構緊湊等優點，在各種車輛、工程機械和其它傳動系中得到了廣泛的應用。本文在分析NGW型行星齒輪減速器適用范圍及特點的基礎上，給出了GW型行星齒輪減速器的參數化建模的設計步驟以及設計過程。

參考文獻：

[1]周暉，等.減速機的快速響應設計.寧波職業技術學院學報[J].2005，2（9）：17-22.

[2]張浩，馮長建.基于solidworks軟件的虛擬樣機技術及其應用[J].煤礦機械，2004，9.

[3]李金玉，勾志踐，李媛.基于ADAMS的齒輪嚙合過程中齒輪力的動態仿真[J].機械工程學報，2005.（3）：15-17.

作者簡介：陶剛（1977-），男，漢族，工程師，主要研究方向：車輛設計。