行星齿轮传动系统的修形降噪技术研究进展（行星齿轮传动系统的修形降噪技术研究现状）

行星轮系作为当前先进的齿轮传动机构之一，具有结构紧凑、重量轻、承载能力强、传递功率范围大、效率高、寿命长等优点。但其结构复杂、计算量大，导致设计人员具有一定的水平。如果设计或制造不当，行星齿轮的传动精度会受到一定的影响，导致传动过程中产生一定的振动和噪声。通常，以下几个方面影响传动系统的噪声：

1）设计时，由于行星轮系参数选择不当，导致齿轮副重合度过小；轮齿修整不当或未修整；变速箱结构设计不合理等。

2）加工轮齿时，由于基距误差或齿形误差过大，导致齿侧间隙过大；加工表面表面粗糙度太大等。

3）装配齿轮系时，由于轴的平行度不好或旋转精度低，轴或轴承的刚性不够等，导致齿轮系的精度降低。

4）此外，输入扭矩、负载扭矩和轴系扭转振动的波动也会引起传动系统一定的噪声。

为了解决齿轮副传动过程中因传动误差过大和一定的负载偏心而引起的噪声问题，常用的方法是对齿轮的冲击部分进行修改，以增加接触面积，减少冲击。适量的修形有利于提高齿轮的弹性，从而进一步改善齿轮的啮合性能，减少振动和噪声。

修形齿轮时，一般是根据经验修形，即先加工齿面，然后进行接触点实验，得到不同工况下的齿面接触点，然后根据经验修形轮齿。在获得的接触点上。这种方法显然需要多次修饰实验才能确定最佳修饰方法，成本高、时间长。本文利用KISSsoft软件很好地模拟了这些实验过程。通过不同的修形方法和组合，可以获得最佳的传动误差、齿面载荷分布和齿轮副啮合的接触点，从而实现行星减速机的减速。噪音目的。与传统方法相比，使用该软件可以有效节省加工成本，缩短设计周期。

1 齿轮修形原理

一般来说，齿轮修形分为齿形修形和齿向修形，如图1和图2所示。齿向修形主要是为了减少齿面载荷分布，减轻齿面偏载，以提高齿轮的承载能力。容量，而齿廓修形主要是为了减少齿轮副的啮合冲击，从而降低噪音。

理论上，具有精密渐开线的刚性齿轮在啮合过程中可以实现主从动轮相同的基距。但在实际应用中，在一定的齿轮副啮合力的作用下，齿轮副作为弹性体，会产生相应的弹性变形，导致啮合线位置处的主、从动轮基部截面发生变化而不再受力。平等的。

如图3所示，当齿对2进入啮合位置时，由于齿对1的弹性变形，主动轮距Pb1小于从动轮距Pb2，齿轮处的啮合力啮合点瞬间增大，形成咬合冲击。类似地，当齿对1即将脱离啮合接触时，由于齿对2的弹性变形，主动轮的基节Pb1大于从动轮的基节Pb2，导致齿尖主动轮沿从动轮齿根刮削。形成咬出冲击，如图4所示。为了减小基距误差，减少齿轮在载荷作用下弹性变形引起的啮合冲击和啮合冲击，通常将一部分材料向下切削从齿高方向改变齿廓形状，即齿廓修形，以消除齿轮副入口处和出口处的几何干涉。

图1 齿形修形

图2 牙齿矫正

图3 参与度影响

图4 咬出影响

对于齿形修形，ISO标准公式为：

式中，max为最大修整量，a为端面重合度，KA为工况系数，Ft/b为单位齿宽上的周向力，为齿轮啮合刚度。

对于齿向修正，英国重点关注齿轮的弹性变形系数。计算公式为：

日本注重齿轮的精度，计算公式为：

ISO主要考虑齿轮啮合的齿向误差因素，计算公式为：

式中，Cc、Ca为修形量，Fm为作用在齿宽面上的周向力，b为齿面宽度，fg为齿向误差，FXCV为啮合齿向误差。

然而，齿形修形和齿向修形都是基于独特的经验背景进行修形，因此并不适合所有场合。改装不当会进一步降低齿轮传动性能，达不到预期效果。达到想要的效果。

2 行星轮系改型技术研究

Kisssoft软件在修形齿轮时，应用鼓形、直线、抛物线和螺旋角或其组合等不同修形方法，通过修改齿轮的齿廓、齿向或对角线来获得合理的修形方法。达到最佳的塑形效果。 Kisssoft软件完成修改后，可以分析修改前后齿轮强度的变化，以判断修改的质量。同时，齿轮传动误差和接触点的变化也可以直观地进行比较，作为参考。本节利用Kisssoft软件对不同的修改方法及组合进行比较分析，得出最佳的修改方法。

2.1 行星轮系参数建模分析

以行星齿轮减速机为例，齿轮系统以太阳轮作为输入，行星架作为输出。额定输出扭矩330Nm；额定输入转速为3000rpm。齿轮参数如表1所示。

表1 齿轮基本参数

根据表1中的参数，在SolidWorks软件中建立准确的模型，并将其导入Kisssoft软件中。具体三维模型如图5所示。

图5 行星轮系三维模型图

通过对其运动进行仿真，得到行星轮与太阳轮、行星轮与内齿圈的轮齿啮合图，如图6、图7所示。通过仿真分析可以看出，轮齿啮合过程中无干涉。

图6 太阳轮和行星轮运动仿真图

图7 行星齿轮与内齿圈运动仿真图

当滑差比在-1到1之间时，越接近0，齿轮传动的噪声越低。经分析，行星轮与太阳轮、行星轮与内齿圈的滑动比均在-1和1之间，如图8和图9所示。从图中可以看出，滑动比均在-1和1之间。行星齿轮和内齿圈的传动比彼此接近。 0，证明其工作状态良好。

图8 太阳轮与行星轮滑动比图

图9 行星齿轮与内齿圈滑动比图

2.2 修改分析

由于行星齿轮既与太阳轮又与内齿圈啮合，因此一般只需要修改行星齿轮，其他齿轮不需修改。利用Kisssoft软件，对某行星减速机的行星齿轮进行了短齿廓、长齿廓、短圆弧、长圆弧、短渐开线、齿顶长齿、齿根、齿顶、齿根的选择。渐开线、短齿廓圆弧过渡、长齿廓圆弧过渡等修形方法分析（限于篇幅，仅列出最优的一组实践数据，如表2）。练习量计算如下：

1）计算有效齿形啮合点的曲率半径：

2）计算网格划分最低点的最小曲率半径：

3）计算齿顶、齿根修整量：

4）齿轮修形起点：

在：

式中，ra、rb分别为齿顶圆半径和分度圆半径，A为啮合两齿轮副的中心距，a'为齿轮副的啮合压力角，Q为单元上的力齿宽，b为齿宽，T为扭矩，P为功率，n为转速，B1B2为齿轮副的有效啮合长度，Pb为基节距，m为模数。

表2 最佳实践参数集

为了清楚地了解同一位置不同修正方法和不同位置相同修正方法对传动误差、最大法向刚度、最大切向刚度和最大应力的影响，采用图形比较，如图10所示至13 显示。

图10 齿尖修形条件对比

图11 牙根修形条件对比

图12 齿顶、齿根修形条件对比

图13 同一位置不同方法修改结果

图13中，横坐标1-9分别代表不同的修形方法，即1-短齿形、2-长齿形、3-短圆弧、4-长圆弧、5-短渐开线、6-长渐开线、7-长渐开线短齿形圆弧过渡、8长齿形圆弧过渡。

通过分析上图并结合实验过程中获得的相关数据，可以得出以下结论：

长齿廓修形比短齿形修形效果好。当齿顶和齿根同时修形时，传动误差、最大应力和最大法向刚度最低。其中齿顶齿根长圆弧修形效果最好，噪音最低。如图14至图16所示，在此修改方法下，传输误差从最初的1.847m降低到1.192m，降低了35.5%；修改前的法向刚度为365.8582N/m，切向刚度为365.8582N/m。为30.3627N/m。经过实践，法向刚度降低为343.8746N/m，切向刚度降低为30.3092N/m；未修正的前齿面载荷沿齿宽方向分布不均匀，存在一定的偏载现象。最大载荷为1335.547N/mm2。经过实践，齿面载荷沿齿宽方向均匀分布，基本不存在偏载荷。最大载荷为1129.163N/mm2。

图14 传递误差曲线图

图15 刚度曲线图

图16 齿面接触载荷及分布图

3 结论

本文在SolidWorks软件中建立了渐开线直齿圆柱齿轮行星轮系的精确模型，然后将其导入Kisssoft软件中进行仿真分析。通过不同的修正方法和组合，对修正前后行星轮系的传动误差和轮齿进行分析。表面载荷分布和接触点以获得最佳的改性方法。通过对某型行星减速机的仿真分析，得出行星齿轮系统的行星齿轮采用齿顶、齿根长圆弧修正时效果最佳，传动误差、最大载荷和接触点均相应减少和优化，以达到减振、降噪的目的。因此，使用Kisssoft软件进行齿轮修形时，可以大大提高齿轮修形的设计效率，缩短设计周期。

题外话

结合近年来专利审查情况，可以得出以下经验：

1、关于齿圈的固定，可以采用制动器实现啮合与分离，也可以直接固定；

2、主要变速部件可与制动器、离合器组合使用，并布置在不同位置；

3、当某个部件为共用部件时，可用同步器代替制动器和离合器的组合；

4、当齿圈直接固定在壳体上时，可以利用输入端的换档元件选择动力路径，也可以利用输出端的动力路径选择。

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审稿人：李茜