基于SolidWorks的行星輪減速器設計

汪自穩 吳彬 盧文杰 楊國太

摘要： 文章采用行星齒輪差動輪系，設計了一款新型行星輪減速器，使減速器有較大的傳動比。借助CAXA與SolidWorks對行星輪減速器結構進行可行性分析，確保設計方案具有可行性。

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.

關鍵詞： 差動輪系;行星輪減速器;結構設計;可行性分析

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

中圖分類號：TG457.23????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0016-02

0? 引言

行星輪減速器主要由行星輪、太陽輪、齒圈、行星架、傳動源組成。行星齒輪傳動運行穩定性可靠、承載能力大、可功率分流，且在其傳動比很大時，仍可保持結構緊湊、質量小、體積小等優點[1]。我國普遍根據前蘇聯學者庫德略夫采夫提出的按照行星齒輪基本構件的配置情況對行星齒輪傳動進行分類，分為2Z-X、3Z和Z-X-V三種基本

類型[2]。

筆者對行星輪減速器動力傳動機構進行研究設計，應用CAXA設計減速器的二維結構圖與傳動簡圖，利用SolidWorks建立整個減速器模型，對其進行分析及強度驗算，模擬實際工況對方案進行驗證。

1? 行星輪減速器設計

1.1 原理設計

本文設計的行星輪減速器的傳動簡圖如圖1所示。

其工作原理為：輸入軸帶動太陽輪1傳動，太陽輪1嚙合三個行星輪2圓周運動和自轉帶動行星架H繞圓周轉動，實現一級減速。行星輪2的圓周轉動帶動連接的三個二級減速器行星輪2′旋轉，二級減速器行星輪2′帶動嚙合的太陽輪3轉動，太陽輪3帶動輸出軸旋轉，實現二級減速，從而達到減速的目的，且能夠通過控制配齒方案來得到大的傳動比。

通過圖1可見輪1固定（即n1=0）

故i3H=1225。

即當行星架H轉1225轉，輪3才轉1轉，其轉向與行星架H的轉向相同，可見行星輪系可獲得的傳動比極大且減速效果明顯。

1.2 結構設計

根據上述原理，對行星輪減速器進行了重新設計，新型行星輪減速器結構見圖2。圖2中，件1為電機2642W-024CXR，件2為一級減速器太陽輪，件3為一級減速器行星輪，件4為行星架，件5為二級減速器行星輪，件6為二級減速器太陽輪，件7為行星輪箱體，件8為輸出軸。

齒輪和軸采用40Cr鋼，強度較高，有較高的硬度和良好的強韌性，具有一定的耐磨性，能滿齒輪和軸運作時高可靠性的要求[3]。

行星輪箱體和行星架采用鋁合金，密度小，能滿足輕量化的設計要求;有良好的耐腐蝕性、耐候性，能起到防止潤滑油溢出、外界異物侵入的作用;鋁合金通過表面處理可得到不同的膜層，有良好的裝飾性[4];部分鋁合金具有良好的剛度和強度，能保證行星齒輪正確嚙合。

2? 齒輪的強度校核

2.1 齒根彎曲疲勞強度校核

大、小齒輪均采用40Cr鋼表面發黑，平均齒面硬度52HRC，選用7級精度。

齒根彎曲疲勞強度的校核公式：

式中：K為載荷系數;T1為小齒輪傳遞的名義轉矩;b為齒寬;d1=mz1;m為齒輪模數;YFa為齒形系數;YSa為應力校正系數。

許用彎曲疲勞應力

取壓力修正系數Yst=2.0，安全系數SF=1.4，彎曲疲勞強度壽命系數YN1=YN2=1.0

查表得齒形系數YFa1=2.45、YFa2=2.44，應力校正系數YSa1=1.65、YSa2=1.654

使用系數KA=1.0，動載系數Kv=1.09

查表得齒間載荷分配系數Kα=1.1，齒向載荷分布系數Kβ=1.05

得載荷系數K=KAKvKαKβ=1.259

按最大功率計算轉矩，則

由上述計算可知，滿足齒根彎曲疲勞強度。

2.2 齒面接觸疲勞強度校核

齒面接觸疲勞強度的校核公式：

式中：K為載荷系數;T1為小齒輪傳遞的名義轉矩;？準d為齒寬系數;d1為小齒輪的分度圓直徑;ZH為區域系數，對于標準齒輪（α=20°），ZH=2.5;ZE為彈性影響系數。

K、T1、？準d、d1取值同前。

齒數比u=1.03，區域系數ZH=2.5，彈性影響系數ZE=189.8MPa

許用接觸應力

查圖得接觸疲勞極限σHlim1=σHlim2=1100（MPa），接觸疲勞壽命系數ZN1=ZN2=1.0

取安全系數SH=1.0

由上述計算可知，滿足齒面接觸疲勞強度。

3? 輸出軸零部件的有限元分析

通過圖3、圖4可知，軸的最大應力值在鍵槽處，最大應力值為548.2MPa，小于材料的屈服強度為785MPa，設計強度足夠，且最大位移為0.2162mm，固輸出軸滿足設計條件。

4? 結語

筆者設計了一款新型差動行星輪系減速器，提出了其設計原理且設計了減速器的結構，然后對齒輪進行了強度校核，并對齒輪與輸出進行了有限元分析，顯示該設計方案性能基本達到了設計的要求，具有可行性。

參考文獻：

[1]呂曉丹.EBZ135掘進機行星減速器結構優化設計[D].太原理工大學，2010.

[2]譚樹梁.輕型汽車電子機械制動執行器及硬件在環試驗臺研究[D].吉林大學，2008.

[3]賀茂盛，李華，張淵.我國通用貨車發展及相關技術研究[J].鐵道經濟研究，2013（01）：36-40.

[4]馮泳燕.鋁合金建筑型材檢驗分析[J].建材與裝飾，2018（02）：44-45.