行星排齿轮设计

第六章2K-H型行星齿轮传动

6.1概论

行星齿轮传动的应用已有几十年的历史。由于行星传动是把定轴线传动改为动轴线传动，采用功率分流，用数个行星轮分担载荷，并且合理应用内啮合，以及采用合理的均载装置，使行星传动具有许多重大的优点。这些优点主要是质量轻、体积小，传动比范围大，承载能力不受限制，进出轴呈同一轴线；同时效率高，以2K-H（NGW）型为例，单级传动效率＝0.96－0.98，两级传动比＝0.94－0.96。

与普通定轴齿轮传动相比，行星齿轮传动最主要的特点就是它至少有一个齿轮的轴线是动轴线，因而称为动轴轮系。在行星齿轮传动中，至少有一个齿轮既绕动轴线自转，同时又绕定轴线公转，即作行星运动，所以通常称为行星齿轮传动（或行星轮系）。

6.1.1结构组成

在动轴线上作行星运动的齿轮称为行星轮，用符号g表示，行星轮一般均在两个以上（常用的是2－6个）；支承行星轮的动轴线构件称行星架（或称转臂或称系杆），用符号H表示，行星架是绕主轴线（固定轴线）转动的；其它两个齿轮构件的轴线和主轴线重合，称为中心轮，用符号K表示，其中外齿中心轮通常称为太阳轮，用符号a表示，内齿中心轮通常称内齿圈，用符号b表示。

在行星齿轮传动的各构件中，凡是轴线与定轴线重合，且承受外力矩的构件称为基本构件。

各种型式行星齿轮传动的名称，一般都是由其组成的基本构件命名的。由两个中心轮2K和行星架H等三个基本构件组成，因而称为2K-H型行星齿轮传动。2K-H行星齿轮传动称为NGW型，N表示内啮合，W表示外啮合，G表示内外啮合公用行星轮。

传动比符号规定

式中，

H

ab

i

表示构件H固定，a主动、b从动时的传动比；

H a n -表示构件H 固定、主动构件a 的转速； b H n -表示构件H 固定、从动构件b 的转速。

6.1.2行星齿轮传动的分类

2K-H 型：其基本构件为两个中心轮2K 和一个行星架H 。2K-H 型的传

动方案也很多，有单级传动、两级传动和多级传动之分；又由有正号机构和负号机构之分，当行星架H 固定时，主、从动轮转动方向相同的机构，称为正号机构；反之称为负号机构。

3K 型：基本构件为三个中心轮，故称为3K 型，其行星架不承受外扭矩，仅起支承行星轮的作用。

K-H-V 型：基本构件为一个中心轮K ，一个行星架H 及一个绕主轴线转动的构件V 。

具有内外啮合的2K-H 型单级传动优点较多，主要是传动效率高，承载能力大，传递功率不受限制，结构简单，工艺性好。3K 型的传动比较2K-H 型大，但随着传动比的增大，其传动效率下降，又因为是双联行星轮（zg=/zf ），制造上要复杂一些。 K-H-V 型的传动结构紧凑，传动比大，目前推广应用的渐开线少齿差行星齿轮传动和摆线针轮传动，就属于这一种，但其输出机构方面制造精度要求较高。

6.1.3行星齿轮传动的特点和优越性 6.1.3.1行星齿轮传动的特点

（1） 把定轴线传动改为动轴线传动； （2） 功率分流，采用数个行星轮传递载荷 （3） 合理应用内啮合 6.1.3.2行星齿轮传动的优越性

（1） 体积小、质量轻，只相当于一般齿轮传动的体积、质量的1/2

－1/3； （2） 承载能力大，传递功率范围及传动比范围大； （3） 运行噪声小，效率高，寿命长；

（4） 由于尺寸和质量减少，就能够采用优质材料与实现硬齿面等化

学处理，机床规格小；精度和技术要求容易达到； （5） 采用合理的结构，可以简化制造工艺，从而使中小型制造厂就

能够制造，并易于推广普及； （6） 采用差动行星机构，用两个电动机可以达到变速要求。

6.2 2K-H 行星排传动比和力能计算

输入：行星排传动结构形式，转速n ，扭矩T ，各档传动比经计算后分

配到行星排上的传动比 输出：行星轮、太阳轮、齿圈、行星架H 的转速和扭矩，太阳轮与齿

圈的齿数比。 行星齿轮传动系为动轴线传动，其传动比的计算不能简单地用定轴传动的公式计算，而通常采用行星架固定法、图解法、矢量法、力矩法等。其中最常用的是行星架固定法，现叙述如下：

6.2.1应用行星架固定法计算行星齿轮传动的传动比

行星架固定法就是设想将行星轮系通过转化机构为过桥，来确定行星轮系的传动比，故又称转化机构法，首先是威尔斯（Wiles ）于1841年提出的。行星架固定法系根据理论力学相对运动原理，即“一个机构整体的绝对运动并不影响机构内部各构件中间的相对运动”。这正如一长三针手表中的秒针、分针和时针的相对运动关系不因带表人的运动变化而变化。 如图1（a ）所示为NGW 型2K-H 行星传动，其中两个中心轮分别用a 、b 表示，行星架和行星轮分别用H 、g 表示，中心轮b 固定，即0b ω=。为考察各构件相对于行星架H 的运动，可设想给整个行星机构加上一个与行星架H 角速度相等和转速相反的公共转动，所施加的公共角速度为

H ω-。在这种情况下，行星架的角速度为()0H

H H H ωωω=+-=，即转化为固定不动，中心轮a 、b 和行星轮g 相对于行星架H 的角速度亦相应改变，但各构件之间的相对运动关系保持不变，而原行星传动便转化为定轴传动，如图1（b ）所示。

这种按一定条件转化得到的定轴传动（图1（b ））称为原行星传动的

转化机构。设转化机构中各构件相对于行星架H 的角速度分别为H

a ω、

H b ω、H

g

ω，有 H a a H H b b H H

g g H

ωωωωωωωωω=-=-=-

因而，在转化机构中，由齿轮a 到齿轮b 的传动比H

ab i 为

H g H a a H b b ab

H b b H a g a

Z Z Z

i Z Z Z ωωωωωω-===-∙=-- （1）

式中0b ω=，代入上式经整理后得：

1H H a a H a b ab

H b H H a

Z i Z ωωωωωωω-===-=-- （2）

式中，

a

H

ωω 为原行星传动由中心轮a 输入，经行星架H 输出的传动比，用b

aH i 表示，代入上式， 有

11b

H

a a aH a

b H b

z i i z ωω=

=-=+ （3） 由此推得

1b H

aH ab i i += （4）

当由行星架H 输入，经中心a 输出时，该行星传动的传动比b

Ha i 为