浅议行星齿轮传动机构的设计

摘 要：渐开线行星齿轮摆环箱由于工作稳定、可靠性高已越来越受到一些生产企业的重视，从设计原理上对其进行了阐述，并分析了渐开线行星齿轮摆环箱与传统摆环箱相比的优缺点，与原德国引进的技术进行过对比，其性能指标优于其它类型的传动方式。

关键词：行星齿轮；摆环箱；设计

一、概述

随着技术全球化及一些引进产品带来的技术冲击，人们在追求机械产品高品质的同时，更加关注产品的可靠性。渐开线行星齿轮传动机构由于制造精度高、结构复杂等特点一直在各种传动机构上应用较少，但其可靠性高的优点近年来已受到许多功能生产厂家的重视。开发、应用渐开线行星齿轮传动机构代替传统摆环箱结构已成为提高传动质量的一环。下面介绍一种行星齿轮传动机构的设计和应用。

二、工作原理

利用行星齿轮传动的特点，将圆周运动变为直线往复运动。行星齿轮传动机构主要由壳体、固定内齿圈、行星齿轮、曲柄、转臂、刀头、割刀杆等组成。其主要工作部件是行星齿轮，工作时行星齿轮在大齿圈的作用下绕中心部件（或叫太阳轮，这里指大齿圈中心，转动的同时，也进行自转。当选择一个合理的参数时，行星齿轮节圆上的点沿直线运动，其余各点均是不规则的曲线运动。为了使行星齿轮摆环箱输出具有直线特性，设计时原理方面应从两方面考虑：

（1）固定内齿圈D的齿数是行星齿轮齿数的2倍。

（2）转臂的长度=曲柄的长度=行星齿轮节圆直径的1/2=固定内齿圈节圆直径的1/4。在上述这2个条件的共同约束下，同一时间内行星齿轮的公转角恒为行星轮自转角的一半。节圆上的点沿直线运动。如果将输出端的理论点固定在行星齿轮节圆上，其运动轨迹则是通过固定内齿圈中心的直线运动。

当行星齿轮转过一角度φ=ωt时，行星齿轮中心由A点转到B点，图中C点的位置将移动到D

点，如果以C点为原点，取水平方向为x轴，此时该传动机构输出端行走的距离

x=2r-2rcosωt

式中

r―――行星齿轮节圆半径；

ω―――行星轮转动的角速度；

t―――转动时间。

为了表述输出端的运动特性，分别求出其速度和加速度与时间的函数关系

v=dx/dt=2rωsinωt

a=dv/dt=2rω2cosωt

从速度和加速度与时间的函数关系上可以看出，其运动特性随时间呈正弦或余弦曲线规律运动。这与偏置式曲柄连杆机构运动特性基本相同。

三、整体设计时应考虑的几个因素

1.输出端往复运动频率该行星齿轮设计时按牧草收获机的传动进行设计的，行星齿轮传动机构动力由皮带轮传给主动轴，主动轴通过一对锥齿轮把动力传递给行星齿轮，通过输出端将动力以直线运动的方式输出到输出端上，为了保证输出端工作时的频率要求，设计时在充分考虑结构配置的同时，应严格计算输入皮带轮的传动比和锥齿轮的传动比。同时在设计时考虑到齿轮的强度要求。

2.装配要求

从上述分析中可知，行星齿轮传动机构只有行星齿轮节圆上的点能做通过圆心的直线运动，其它任何一点都是不规则的曲线运动。而割刀运动是水平直线往复运动。所以要想使输出具有水平直线特性，装配时应考虑以下2个条件：

（1）输出端中心必须位于行星齿轮节圆上。

（2）在传动机构整体与收割机整体配置固定的前提下，确保输出端运动方向与割刀运动方向一致，以便减少刀片的磨损。

3.齿轮设计

行星齿轮传动机构动力传递主要靠齿轮，从割刀的运动形式上可以看出，该传动机构所受的力主要是冲击载荷，这就要求齿轮工作过程中啮合间隙合理，而且齿轮要有相当高的承载能力。实际上由于加工中零件的制造误差、工作中的热变形、装配时的误差等，齿轮很难达到理想的啮合状态。所以齿轮强度对该传动机构的可靠性影响显得尤为重要。本设计中，齿轮精度均按国家标准8级要求，齿轮齿面硬度均要求HRC52-58。

四、效果分析

（1）设计后的产品曾在联合收割机上进行过试验。美国约翰・迪尔公司几年前将渐开线行星齿轮传动机构做成传动箱体应用到联合收割机上，经过实践证明，该种传动机构除具有传动功率大、可靠性高等明显优点外，与传统式摆环箱相比还具有重量轻、体积小、利用空间小等特点，更便于配置。

（2）从运动原理上分析，渐开线行星齿轮传动机构输出端更能保证输出端做往复直线运动而无有害的侧向运动，因而振动小，能够减少对零件的磨损，更有利于提高产品的可靠性。