基于KISSsoft軟件的900 kW行星齒輪減速機齒輪修形

李勇鵬,王宇航,張 帆

(中國重型機械研究院股份公司，西安 710032)

基于KISSsoft軟件的900 kW行星齒輪減速機齒輪修形

李勇鵬,王宇航,張 帆

(中國重型機械研究院股份公司，西安 710032)

齒輪修形是改善齒輪傳動性能，提高承載能力的重要途徑。使用KISSsoft軟件對PBZF系列900 kW行星齒輪減速機的齒輪修形參數進行優化。分析齒輪修形前后齒面載荷及傳遞誤差，結果表明齒輪修形后可以有效改善其傳動性能。

KISSsoft；行星齒輪減速機；齒輪修形

0 前言

齒輪修形可以改善齒輪副的傳動性能，提高齒輪的承載能力，并延長齒輪的使用壽命。國內外都是根據各自的實踐經驗，總結出齒輪修形經驗公式，并提出各自的相關標準，但是齒輪在實際使用中，要考慮到各種條件，如使用工況、工藝水平以及修形的便利性等。本文利用KISSsoft軟件設計齒輪，其齒輪修形模塊模擬通過多次修形實驗來調整齒輪副接觸斑點最佳位置的過程，最后給出合理的修形參考值，從而縮短了齒輪修形的設計周期。

1 齒輪修形

一般來說，齒輪修形分為齒廓修形和齒向修形兩種形式，這兩種形式的目的和應用是不同的。

對由于齒輪制造、輪齒受載后產生的彈性變形及高速運轉熱變形的綜合結果產生的齒距和齒形誤差的修整稱齒廓修形，即對漸開線齒頂和齒根修形(圖1)。齒輪齒廓修形可使嚙合剛度變化緩和，減小由于基節誤差和受載變形所引起的嚙入和嚙出沖擊，改善齒面潤滑狀態防止膠合發生。

對由于齒輪制造、齒輪受載后產生的彈性變形及高速運轉熱變形的綜合結果產生的螺旋線誤差的修整稱齒向修形。本文中齒向修形采用齒向修鼓(圖2)。對齒輪進行齒向修形，可以改善載荷在齒寬方向分布不均勻的現象，降低偏載，提高齒輪承載能力。

圖1 齒頂齒根修形

圖2 齒向鼓形修形

對于齒廓修形，ISO標準的公式為

式中,Δmax為最大修形量，ξa為端面重合度，KA為工況系數，Ft/b為單位齒寬上的圓周力，Cγ為齒輪嚙合剛度。

對于齒向修形，ISO標準的公式

Ca=0.5Fβxcv。

式中,Ca為修形量，Fβxcv為原始嚙合齒向誤差。

依據現有的標準，無論是齒廓修形還是齒向修形，都有其特有的經驗背景，對于具體的應用場合，可能并不適用；而不恰當的修形，反而會進一步降低齒輪傳動性能，起到相反的效果。

2 KISSsoft軟件修形模塊

KISSsoft軟件是一種專業的傳動系統設計軟件，在齒輪傳動方面具有強大的計算分析能力和參數優化功能。借助KISSsoft軟件進行齒廓和齒向修形可以大大的節省成本并縮短周期。修形時，定義一組修形參數，以減小傳遞誤差和優化接觸斑點及提高齒面接觸及齒根彎曲強度作為目標，進行修形。修形完之后，分析齒輪強度在修形前后的變化來評定修形的效果，同時也可以直觀的比較齒輪傳遞誤差和接觸斑點的變化作為參考。

2.1 傳遞誤差曲線圖

傳遞誤差是用來描述齒輪傳動不平穩性的參數，是齒輪傳動系統動態性能的一個重要指標，傳遞誤差絕對峰值越小，齒輪傳動系統工作越平穩。因此，在KISSsoft軟件中，可以通過軟件生成的傳遞誤差曲線圖絕對峰值大小直接評判修形的好壞。

2.2 齒輪副接觸斑點及齒面載荷分布圖

齒輪副嚙合產生的接觸斑點，可以用來評估齒輪間的載荷分布，KISSsoft軟件可以生成齒輪副的接觸斑點，可以對比修形前后接觸斑點以及齒面載荷分布圖來評估修形結果。

3 KISSsoft軟件修形實例

行星齒輪傳動同其他類型的齒輪傳動一樣，為了減輕由輪齒變形、軸和箱體的變形及制造誤差所引起的嚙合沖擊，改善齒面潤滑狀態，獲得較為均勻的載荷分布，提高承載能力，降低振動和噪聲，一般應對太陽輪和行星輪進行修形。

本文中以大型重載齒輪箱PBZF系列的900 kW行星齒輪減速機為例，用KISSsoft軟件對該減速機進行了齒輪修形設計及齒輪強度校核。根據減速機的齒輪參數分別對低速級、中間級及高速級進行強度計算及齒輪修形。

對低速級和中間級行星傳動，修形實踐表明：內齒輪齒數較多，修形經濟性能不好；太陽輪、行星輪同時做齒頂齒根修整和齒向鼓形修形。對高速級則：大小齒輪同時做齒頂齒根修整和齒向鼓形修形。

表1、圖3以減速機中間級為例，給出了修形前后的齒輪強度和齒面載荷分布以及傳遞誤差曲線。

從表1可以看出，對中間級齒輪的修形，提高了齒輪強度。從圖3可以看出，修形前，齒輪副沿齒寬方向載荷分布不均，存在較嚴重偏載現象，最大載荷979.4 N/mm；沿嚙合線方向，存在載荷突變，可能產生較大附加動載荷。修形后，齒輪副沿齒寬方向載荷分布均勻、不存在偏載現象,最大載荷減小為803.1 N/mm；沿嚙合線方向載荷變化平穩、基本消除了載荷突變。

表1 中間級齒輪修形前后齒輪強度

圖3 中間級齒輪修形前后齒輪副接觸斑點、齒面載荷分布及傳遞誤差曲線

4 結論

通過該型號減速機在現場的使用，說明在行星齒輪減速機設計中，借助于KISSsoft軟件對齒輪參數及修形進行優化，減速機齒輪的承載能力得到了提高，齒輪傳動嚙合質量得到了顯著改善，減速機的沖擊和噪聲明顯減小，從而延長了減速機的使用壽命。

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Tooth profile modification of 900 kW planetary gearreducer based on KISSsoft software

LI Yong-peng,WANG Yu-hang,ZHANG Fan

(China National Heavy Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Xi’an 710032,China)

Tooth profile modification is an important method to improve the transmission performance and carrying capacity of the gear.The PBZF series 900 kW planetary gear reducer modification parameters were optimized by KISSsoft. Calculating and comparing the load of tooth flank and the transmission error of gears, the results show that the tooth profile modification of the planetary gear reducer could effectively improve the transmission performance.

KISSsoft;planetary gear reducer;tooth profile modification

TH132

A

1001-196X(2017)05-0012-03

2017-02-06；

2017-03-09

李勇鵬(1982-)，男，工程師，研究方向：機械傳動。