李勇鵬,王宇航,張 帆

(中國(guó)重型機(jī)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(jī)齒輪修形

李勇鵬,王宇航,張 帆

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，西安 710032)

齒輪修形是改善齒輪傳動(dòng)性能，提高承載能力的重要途徑。使用KISSsoft軟件對(duì)PBZF系列900 kW行星齒輪減速機(jī)的齒輪修形參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。分析齒輪修形前后齒面載荷及傳遞誤差，結(jié)果表明齒輪修形后可以有效改善其傳動(dòng)性能。

KISSsoft；行星齒輪減速機(jī)；齒輪修形

0 前言

齒輪修形可以改善齒輪副的傳動(dòng)性能，提高齒輪的承載能力，并延長(zhǎng)齒輪的使用壽命。國(guó)內(nèi)外都是根據(jù)各自的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出齒輪修形經(jīng)驗(yàn)公式，并提出各自的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是齒輪在實(shí)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(shè)計(jì)齒輪，其齒輪修形模塊模擬通過(guò)多次修形實(shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)整齒輪副接觸斑點(diǎn)最佳位置的過(guò)程，最后給出合理的修形參考值，從而縮短了齒輪修形的設(shè)計(jì)周期。

1 齒輪修形

一般來(lái)說(shuō)，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(yīng)用是不同的。

對(duì)由于齒輪制造、輪齒受載后產(chǎn)生的彈性變形及高速運(yùn)轉(zhuǎn)熱變形的綜合結(jié)果產(chǎn)生的齒距和齒形誤差的修整稱(chēng)齒廓修形，即對(duì)漸開(kāi)線(xiàn)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(jié)誤差和受載變形所引起的嚙入和嚙出沖擊，改善齒面潤(rùn)滑狀態(tài)防止膠合發(fā)生。

對(duì)由于齒輪制造、齒輪受載后產(chǎn)生的彈性變形及高速運(yùn)轉(zhuǎn)熱變形的綜合結(jié)果產(chǎn)生的螺旋線(xiàn)誤差的修整稱(chēng)齒向修形。本文中齒向修形采用齒向修鼓(圖2)。對(duì)齒輪進(jìn)行齒向修形，可以改善載荷在齒寬方向分布不均勻的現(xiàn)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(duì)于齒廓修形，ISO標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，F(xiàn)t/b為單位齒寬上的圓周力，Cγ為齒輪嚙合剛度。

對(duì)于齒向修形，ISO標(biāo)準(zhǔn)的公式

Ca=0.5Fβxcv。

式中,Ca為修形量，F(xiàn)βxcv為原始嚙合齒向誤差。

依據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是齒廓修形還是齒向修形，都有其特有的經(jīng)驗(yàn)背景，對(duì)于具體的應(yīng)用場(chǎng)合，可能并不適用；而不恰當(dāng)?shù)男扌?，反而?huì)進(jìn)一步降低齒輪傳動(dòng)性能，起到相反的效果。

2 KISSsoft軟件修形模塊

KISSsoft軟件是一種專(zhuān)業(yè)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，在齒輪傳動(dòng)方面具有強(qiáng)大的計(jì)算分析能力和參數(shù)優(yōu)化功能。借助KISSsoft軟件進(jìn)行齒廓和齒向修形可以大大的節(jié)省成本并縮短周期。修形時(shí)，定義一組修形參數(shù)，以減小傳遞誤差和優(yōu)化接觸斑點(diǎn)及提高齒面接觸及齒根彎曲強(qiáng)度作為目標(biāo)，進(jìn)行修形。修形完之后，分析齒輪強(qiáng)度在修形前后的變化來(lái)評(píng)定修形的效果，同時(shí)也可以直觀的比較齒輪傳遞誤差和接觸斑點(diǎn)的變化作為參考。

2.1 傳遞誤差曲線(xiàn)圖

傳遞誤差是用來(lái)描述齒輪傳動(dòng)不平穩(wěn)性的參數(shù)，是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，傳遞誤差絕對(duì)峰值越小，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)工作越平穩(wěn)。因此，在KISSsoft軟件中，可以通過(guò)軟件生成的傳遞誤差曲線(xiàn)圖絕對(duì)峰值大小直接評(píng)判修形的好壞。

2.2 齒輪副接觸斑點(diǎn)及齒面載荷分布圖

齒輪副嚙合產(chǎn)生的接觸斑點(diǎn)，可以用來(lái)評(píng)估齒輪間的載荷分布，KISSsoft軟件可以生成齒輪副的接觸斑點(diǎn)，可以對(duì)比修形前后接觸斑點(diǎn)以及齒面載荷分布圖來(lái)評(píng)估修形結(jié)果。

3 KISSsoft軟件修形實(shí)例

行星齒輪傳動(dòng)同其他類(lèi)型的齒輪傳動(dòng)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(rùn)滑狀態(tài)，獲得較為均勻的載荷分布，提高承載能力，降低振動(dòng)和噪聲，一般應(yīng)對(duì)太陽(yáng)輪和行星輪進(jìn)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(jī)為例，用KISSsoft軟件對(duì)該減速機(jī)進(jìn)行了齒輪修形設(shè)計(jì)及齒輪強(qiáng)度校核。根據(jù)減速機(jī)的齒輪參數(shù)分別對(duì)低速級(jí)、中間級(jí)及高速級(jí)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及齒輪修形。

對(duì)低速級(jí)和中間級(jí)行星傳動(dòng)，修形實(shí)踐表明：內(nèi)齒輪齒數(shù)較多，修形經(jīng)濟(jì)性能不好；太陽(yáng)輪、行星輪同時(shí)做齒頂齒根修整和齒向鼓形修形。對(duì)高速級(jí)則：大小齒輪同時(shí)做齒頂齒根修整和齒向鼓形修形。

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

從表1可以看出，對(duì)中間級(jí)齒輪的修形，提高了齒輪強(qiáng)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(yán)重偏載現(xiàn)象，最大載荷979.4 N/mm；沿嚙合線(xiàn)方向，存在載荷突變，可能產(chǎn)生較大附加動(dòng)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(xiàn)象,最大載荷減小為803.1 N/mm；沿嚙合線(xiàn)方向載荷變化平穩(wěn)、基本消除了載荷突變。

表1 中間級(jí)齒輪修形前后齒輪強(qiáng)度

圖3 中間級(jí)齒輪修形前后齒輪副接觸斑點(diǎn)、齒面載荷分布及傳遞誤差曲線(xiàn)

4 結(jié)論

通過(guò)該型號(hào)減速機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)的使用，說(shuō)明在行星齒輪減速機(jī)設(shè)計(jì)中，借助于KISSsoft軟件對(duì)齒輪參數(shù)及修形進(jìn)行優(yōu)化，減速機(jī)齒輪的承載能力得到了提高，齒輪傳動(dòng)嚙合質(zhì)量得到了顯著改善，減速機(jī)的沖擊和噪聲明顯減小，從而延長(zhǎng)了減速機(jī)的使用壽命。

[1] 齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)(第二版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．

[2] 唐進(jìn)元，雷敦財(cái).基于KiSSsoft 軟件的行星傳動(dòng)裝置齒輪參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械傳動(dòng)，2010，34(12):15-19.

[3] 沈裕文.重載齒輪修形研究[D].湘潭：湘潭大學(xué)，2012．

[4] 王富凱，楊婉麗.齒輪齒形和齒向修形設(shè)計(jì)[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2014，41(04):55-58.

[5] 季旭,耿雷,王斌武.齒輪修形方法[J].煤礦機(jī)械，2000(05):25-26.

[6] 潘洪鑫.齒輪修形技術(shù)研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(13):122.

[7] 朱傳敏，宋孔杰，田志仁.齒輪修形的優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1998，34(04):63-68.

[8] 張玉梅，張志國(guó).齒輪修形小結(jié)[J].塑膠技術(shù)與設(shè)備2007，33(10):48-51.

[9] 高娜，王艷衛(wèi)．基于KISSSOFT的行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)信息化，2010(04):92-93.

[10] 劉玉珠，徐遜．基于KIsssoft的齒輪加工模擬試驗(yàn)[J]．重工與起重技術(shù)，2011(03)：9-11．

[11] 趙登利，于良峰．基于KIsssoft的齒輪修形優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．風(fēng)機(jī)技術(shù)，2014(01)：66-70．

[12] 楊素芬，賀敬良．基于MASTA的齒輪彈性變形修形的研究[J]．機(jī)械傳動(dòng)，20l3,37(04)：33-36．

[13] 王慧敏，吳訓(xùn)成．斜齒輪接觸分析與修形優(yōu)化[J]．機(jī)械傳動(dòng)．2016，40(12):73-77.

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(jī)械傳動(dòng)。