基于KISSsoft软件的900 kW行星齿轮减速机齿轮修形

李勇鹏,王宇航,张 帆

(中国重型机械研究院股份公司，西安 710032)

基于KISSsoft软件的900 kW行星齿轮减速机齿轮修形

李勇鹏,王宇航,张 帆

(中国重型机械研究院股份公司，西安 710032)

齿轮修形是改善齿轮传动性能，提高承载能力的重要途径。使用KISSsoft软件对PBZF系列900 kW行星齿轮减速机的齿轮修形参数进行优化。分析齿轮修形前后齿面载荷及传递误差，结果表明齿轮修形后可以有效改善其传动性能。

KISSsoft；行星齿轮减速机；齿轮修形

0 前言

齿轮修形可以改善齿轮副的传动性能，提高齿轮的承载能力，并延长齿轮的使用寿命。国内外都是根据各自的实践经验，总结出齿轮修形经验公式，并提出各自的相关标准，但是齿轮在实际使用中，要考虑到各种条件，如使用工况、工艺水平以及修形的便利性等。本文利用KISSsoft软件设计齿轮，其齿轮修形模块模拟通过多次修形实验来调整齿轮副接触斑点最佳位置的过程，最后给出合理的修形参考值，从而缩短了齿轮修形的设计周期。

1 齿轮修形

一般来说，齿轮修形分为齿廓修形和齿向修形两种形式，这两种形式的目的和应用是不同的。

对由于齿轮制造、轮齿受载后产生的弹性变形及高速运转热变形的综合结果产生的齿距和齿形误差的修整称齿廓修形，即对渐开线齿顶和齿根修形(图1)。齿轮齿廓修形可使啮合刚度变化缓和，减小由于基节误差和受载变形所引起的啮入和啮出冲击，改善齿面润滑状态防止胶合发生。

对由于齿轮制造、齿轮受载后产生的弹性变形及高速运转热变形的综合结果产生的螺旋线误差的修整称齿向修形。本文中齿向修形采用齿向修鼓(图2)。对齿轮进行齿向修形，可以改善载荷在齿宽方向分布不均匀的现象，降低偏载，提高齿轮承载能力。

图1 齿顶齿根修形

图2 齿向鼓形修形

对于齿廓修形，ISO标准的公式为

式中,Δmax为最大修形量，ξa为端面重合度，KA为工况系数，Ft/b为单位齿宽上的圆周力，Cγ为齿轮啮合刚度。

对于齿向修形，ISO标准的公式

Ca=0.5Fβxcv。

式中,Ca为修形量，Fβxcv为原始啮合齿向误差。

依据现有的标准，无论是齿廓修形还是齿向修形，都有其特有的经验背景，对于具体的应用场合，可能并不适用；而不恰当的修形，反而会进一步降低齿轮传动性能，起到相反的效果。

2 KISSsoft软件修形模块

KISSsoft软件是一种专业的传动系统设计软件，在齿轮传动方面具有强大的计算分析能力和参数优化功能。借助KISSsoft软件进行齿廓和齿向修形可以大大的节省成本并缩短周期。修形时，定义一组修形参数，以减小传递误差和优化接触斑点及提高齿面接触及齿根弯曲强度作为目标，进行修形。修形完之后，分析齿轮强度在修形前后的变化来评定修形的效果，同时也可以直观的比较齿轮传递误差和接触斑点的变化作为参考。

2.1 传递误差曲线图

传递误差是用来描述齿轮传动不平稳性的参数，是齿轮传动系统动态性能的一个重要指标，传递误差绝对峰值越小，齿轮传动系统工作越平稳。因此，在KISSsoft软件中，可以通过软件生成的传递误差曲线图绝对峰值大小直接评判修形的好坏。

2.2 齿轮副接触斑点及齿面载荷分布图

齿轮副啮合产生的接触斑点，可以用来评估齿轮间的载荷分布，KISSsoft软件可以生成齿轮副的接触斑点，可以对比修形前后接触斑点以及齿面载荷分布图来评估修形结果。

3 KISSsoft软件修形实例

行星齿轮传动同其他类型的齿轮传动一样，为了减轻由轮齿变形、轴和箱体的变形及制造误差所引起的啮合冲击，改善齿面润滑状态，获得较为均匀的载荷分布，提高承载能力，降低振动和噪声，一般应对太阳轮和行星轮进行修形。

本文中以大型重载齿轮箱PBZF系列的900 kW行星齿轮减速机为例，用KISSsoft软件对该减速机进行了齿轮修形设计及齿轮强度校核。根据减速机的齿轮参数分别对低速级、中间级及高速级进行强度计算及齿轮修形。

对低速级和中间级行星传动，修形实践表明：内齿轮齿数较多，修形经济性能不好；太阳轮、行星轮同时做齿顶齿根修整和齿向鼓形修形。对高速级则：大小齿轮同时做齿顶齿根修整和齿向鼓形修形。

表1、图3以减速机中间级为例，给出了修形前后的齿轮强度和齿面载荷分布以及传递误差曲线。

从表1可以看出，对中间级齿轮的修形，提高了齿轮强度。从图3可以看出，修形前，齿轮副沿齿宽方向载荷分布不均，存在较严重偏载现象，最大载荷979.4 N/mm；沿啮合线方向，存在载荷突变，可能产生较大附加动载荷。修形后，齿轮副沿齿宽方向载荷分布均匀、不存在偏载现象,最大载荷减小为803.1 N/mm；沿啮合线方向载荷变化平稳、基本消除了载荷突变。

表1 中间级齿轮修形前后齿轮强度

图3 中间级齿轮修形前后齿轮副接触斑点、齿面载荷分布及传递误差曲线

4 结论

通过该型号减速机在现场的使用，说明在行星齿轮减速机设计中，借助于KISSsoft软件对齿轮参数及修形进行优化，减速机齿轮的承载能力得到了提高，齿轮传动啮合质量得到了显著改善，减速机的冲击和噪声明显减小，从而延长了减速机的使用寿命。

[1] 齿轮手册编委会.齿轮手册(第二版)[M].北京：机械工业出版社，2000．

[2] 唐进元，雷敦财.基于KiSSsoft 软件的行星传动装置齿轮参数优化设计[J].机械传动，2010，34(12):15-19.

[3] 沈裕文.重载齿轮修形研究[D].湘潭：湘潭大学，2012．

[4] 王富凯，杨婉丽.齿轮齿形和齿向修形设计[J].拖拉机与农用运输车，2014，41(04):55-58.

[5] 季旭,耿雷,王斌武.齿轮修形方法[J].煤矿机械，2000(05):25-26.

[6] 潘洪鑫.齿轮修形技术研究[J].中国新技术新产品，2011(13):122.

[7] 朱传敏，宋孔杰，田志仁.齿轮修形的优化设计与试验研究[J].机械工程学报，1998，34(04):63-68.

[8] 张玉梅，张志国.齿轮修形小结[J].塑胶技术与设备2007，33(10):48-51.

[9] 高娜，王艳卫．基于KISSSOFT的行星齿轮传动设计[J].制造业信息化，2010(04):92-93.

[10] 刘玉珠，徐逊．基于KIsssoft的齿轮加工模拟试验[J]．重工与起重技术，2011(03)：9-11．

[11] 赵登利，于良峰．基于KIsssoft的齿轮修形优化设计[J]．风机技术，2014(01)：66-70．

[12] 杨素芬，贺敬良．基于MASTA的齿轮弹性变形修形的研究[J]．机械传动，20l3,37(04)：33-36．

[13] 王慧敏，吴训成．斜齿轮接触分析与修形优化[J]．机械传动．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

李勇鹏(1982-)，男，工程师，研究方向：机械传动。