【摘 要】
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行星齿轮减速器在各类机械行业中应用广泛,如机床、机器人、风力发电、矿山机械、航空航天等。因其采用功率分流设计,具有体积小、承载能力高、传动比大和传动稳定等优点,可应用于各种工作环境,包含环境条件恶劣的工作场合。因此,降低行星齿轮减速器的故障率,减小振动和噪声,提高传动性能和服役寿命是至关重要的。行星齿轮传动系统结构复杂,非线性因素较多,制约了行星齿轮减速器的发展,因此对行星齿轮传动系统进行结构优化
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行星齿轮减速器在各类机械行业中应用广泛,如机床、机器人、风力发电、矿山机械、航空航天等。因其采用功率分流设计,具有体积小、承载能力高、传动比大和传动稳定等优点,可应用于各种工作环境,包含环境条件恶劣的工作场合。因此,降低行星齿轮减速器的故障率,减小振动和噪声,提高传动性能和服役寿命是至关重要的。行星齿轮传动系统结构复杂,非线性因素较多,制约了行星齿轮减速器的发展,因此对行星齿轮传动系统进行结构优化和特性研究,具有至关重要的意义。本文通过Romax Designer软件对行星齿轮减速器进行了刚柔耦合模型的建立,同时对该行星齿轮传动系统的轴、轴承和齿轮进行了静力学特性分析,校核了各轴的弯曲和扭转强度,计算了轴承的寿命和应力,分析了齿轮的接触应力、弯曲应力及啮合错位量。通过整个行星齿轮减速器的动态特性分析,研究了减速器的内部动态激励和箱体表面的振动加速度,确定了振动加速度及模态柔度峰值所对应的频率。同时分析了各轴承的动态响应特性,并对行星架和箱体进行了约束模态分析,确定了造成振动的共振频率点。查看了减速器的挠曲振型,发现输入轴右端连接太阳轮的位置和行星架左端的变形较大,提出通过遗传算法对齿轮进行多目标综合修形的方法,降低减速器内部动态激励,进而达到改善齿轮传动状况,降低振动和噪声的目的。结合齿轮的齿向和齿廓修形理论,以齿向斜度、齿向鼓形、渐开线斜度、渐开线鼓形和齿顶修缘为优化参数,通过遗传算法得到齿轮的最优修形参数。修形之后,齿轮的接触应力和弯曲应力均有降低,安全系数小幅提升;太阳轮与行星轮传动误差降低了65.15%,齿圈与行星轮传动误差降低了56.89%,减小了误差激励的贡献量;大幅改善了齿面偏载问题,降低了齿面应力,太阳轮齿面峰值载荷降低了22.43%,齿圈的齿面峰值载荷降低了23.99%,减小了齿轮的啮合冲击激励;降低了齿轮的时变啮合刚度,改善了齿轮副过早进入啮合和滞后退出啮合的问题,进而减小刚度激励对振动和噪声的贡献量;同时箱体表面振动加速度峰值大幅降低,减速器整体偏移量幅值也有减小,由优化前变形量80.79μm减小为65.05μm,减小了19.48%。将优化前后的减速器仿真模型所计算的激励源通过Romax Designer软件导出,将其作为声学仿真的输入文件导入LMS Virtual.lab Acoustics软件,采用BEM直接边界元法进行声学响应的求解,仿真结果表明减速器噪声明显降低。最后搭建了行星齿轮减速器动态特性试验台,对减速器进行了齿轮接触斑点试验,发现齿面偏载情况大幅改善,同时实测振动和噪声与仿真结果基本吻合。
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