Ngwn型行星齒輪在汽車后視鏡電動調(diào)節(jié)機構(gòu)中設(shè)計應(yīng)用摘要：詳細解析ngwn行星齒輪的傳動原理與汽車后視鏡的關(guān)系，并對ngwn型行星齒輪機構(gòu)實現(xiàn)大傳動比時齒輪齒數(shù)的分析，推導(dǎo)出簡化公式，為齒數(shù)設(shè)計帶來很多方便。并通過實例對該輪系實例作為減速機構(gòu)在汽車后視鏡電動調(diào)節(jié)機構(gòu)中額設(shè)計應(yīng)用作出相應(yīng)介紹。該實例指明，簡化公式使該機構(gòu)中齒輪的齒數(shù)的快速選擇提供了可能，并對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：行星齒輪；汽車后視鏡Abstract：Inthispaper,therelationshipbetweenthetransmissionprincipleofNGWNplanetarygearsandtherearviewmirrorofautomobileisanalyzedindetail,andtheanalysisofgeartoothnumberwhentheNGWNplanetarygearmechanismisrealized,thesimplifiedformulaisdeduced,whichbringsalotofconveniencetothedesignoftoothnumber.Anexampleisgiventointroducetheapplicationofthewheeldesignexampleasadecelerationmechanismintheelectricregulatoroftheautomobilerearviewmirror.Theexampleshowsthatthesimplifiedformulaprovidesthepossibilityfortherapidselectionofthetoothnumberofgearsinthemechanism,andisinstructivetothestructuraloptimizationdesignofthemechanism.Keywords:planetarygears;carrearviewmirror目錄中文摘要………………英文摘要………………1緒論………………….1.1研究背景及意義………………1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………1.2.1大速比行星齒輪研究現(xiàn)狀………………1.2.2行星齒輪傳動均載特性研究現(xiàn)狀………2大速比行星齒輪轉(zhuǎn)動的特點和基本參數(shù)設(shè)計……2.1大速比行星齒輪傳動的特點…………………2.2大速比行星齒輪的效率和基本參數(shù)設(shè)計……2.2.1大速比行星齒輪的效率…………………2.2.2大速比行星齒輪的傳動比………………2.2.4大速比行星齒輪基本參數(shù)間的關(guān)系……2.3大速比行星齒輪實現(xiàn)大速比的原理…………2.4本章小結(jié)………………………3大速比行星齒輪效率特性分析……………………3.1大速比行星齒輪效率偏低的原因……………3.2大速比行星齒輪效率優(yōu)化方法………………3.3本章小結(jié)………………………4大速比行星齒輪靜態(tài)均載特性分析………………4.1靜態(tài)均載特性結(jié)果分析………4.2本章小結(jié)………………………5大速比行星齒輪熱談流熱特性分析………………5.1大速比行星齒輪熱談流分析…………………5.1.1大速比行星齒輪熱彈流潤滑結(jié)果………5.2本章小結(jié)……………………6.結(jié)論與展望…………6.1結(jié)論……………6.2展望……………1緒論1.1研究背景及意義機械類的裝備常常要求其齒輪傳動系統(tǒng)實現(xiàn)大傳動比并傳遞大扭矩,如采煤機截割部傳動系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電齒輪增速箱、采煤機截割部傳動系統(tǒng)、土壓平衡盾構(gòu)機主減速器等。平行軸齒輪傳動的最大傳動比一般超過5,一級NGW行星齒輪的最大傳動比一般不超過9。工程中若作減速用,輸出端常常是低速大扭矩,若作增速用,輸入端常常是低速大扭矩。因此為實現(xiàn)很大的傳動比,工程中常常采用多級平行軸齒輪和一級NGW串聯(lián)或者是多級NGW行星齒輪直接串聯(lián)的齒輪傳動系統(tǒng)。整個齒輪傳動系統(tǒng)的外形尺寸取決于最后一級齒輪傳動傳遞的轉(zhuǎn)矩。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1大速比行星齒輪研究現(xiàn)狀國內(nèi)外已經(jīng)有不少學(xué)者對NGWN(I)型,NGWN(II)型和正號機構(gòu)NN這三種大速比行星齒輪進行相關(guān)的科學(xué)性的研究。國內(nèi)對NGWN(I),NGWN(II)和正號機構(gòu)的研究可分為三類。第一類是效率和傳動比的計算公式推導(dǎo)。林建德固運用圖論的方法并結(jié)合運動學(xué)的原理、力矩平衡原理及能量守恒原理推演出了NGWN的傳動比和效率計算公式。曹煥亞凹證明了循環(huán)功率流的產(chǎn)生是使得NGWN(I)型和NGWN(II)型功率損耗增大,效率降低的主要原因。盧存光凹將NGWN型行星輪系分解為3個簡單的K-H型輪系單元,接著對這些單元進行運動分析和受力分析,列出方程組并求解,并對輪系的功率流向進行系統(tǒng)性的分析,發(fā)現(xiàn)NGWN中存在的循環(huán)功率流是使得其效率較低甚至發(fā)生自鎖的原因,NGWN嚙合效率的提高只能通過減小循環(huán)功率來獲得。辛家祥圓運用轉(zhuǎn)化機構(gòu)法推導(dǎo)了NGWN(I)型和NGWN(II)型的傳動比和效率計算公式.第二類是關(guān)于三種大速比行星齒輪的優(yōu)化設(shè)計。饒振綱凹詳細地討論了NGWN(II)型的設(shè)計理論,包括配齒計算、模數(shù)確定、嚙合參數(shù)和幾何尺寸計算、以體積最小為優(yōu)化目標,裝配條件等約束條件下的優(yōu)化設(shè)計。胡水華運用可靠性理論與最優(yōu)化方法,提出了NGWN(I)型行星傳動系統(tǒng)的可靠性計算方法,建立了NGWN(I)系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型,該可靠性優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型中提及了各齒輪的接觸疲勞強度可靠度、彎曲疲勞強度可靠度,行星輪軸承的可靠度,并以可靠度最高為優(yōu)化目標;經(jīng)過實例計算發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠度降低主要是因為NGWN(I)兩內(nèi)齒輪的彎曲疲勞強度可靠度較低引起的,是整個系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。劉文吉凹針對針對正號行星齒輪NN傳動時的多齒嚙合效應(yīng),采用有限元法建立了漸開線少齒差多齒嚙合模型,分析了動態(tài)輪齒的接觸特性,得到了完整嚙合周期內(nèi)齒面接觸應(yīng)力、齒面印痕、齒面滑動位移等嚙合特性參數(shù),分析了嚙入、嚙出沖擊對齒頂刮行的影響。第三類是實驗或?qū)嶋H工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這三種大速比行星齒輪的存在問題。鄒小紅講行了NGWN(II)的實驗,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于NGWN(II)存在輸出齒圈磨損嚴重的現(xiàn)象。楊小安介紹了一種錐齒輪與斜齒圓柱齒輪組合的NGWN(I),具有承載能力大、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,推導(dǎo)了該組合減速器的傳動比、效率、圓錐輪預(yù)壓力的計算公式。宋軼民運用集中參數(shù)法建立了計入時變嚙合剛度和陀螺效應(yīng)的NGWN行星齒輪系統(tǒng)的平移-扭轉(zhuǎn)耦合模型。靳云山分析了NGWN(I)中的雙聯(lián)行星輪的加工過程,指出NGWN(I)型中的雙聯(lián)行星輪齒厚誤差等加工裝配誤差會使得行星輪系的均載效果較差、齒輪偏載和軸承早期失效、承載能力下降。方瑞華介紹了NGWN行星齒輪機構(gòu)作為減速機構(gòu)在汽車后視鏡電動調(diào)節(jié)機構(gòu)中的設(shè)計應(yīng)用,為實現(xiàn)大傳動比滿足減速要求,對齒輪齒數(shù)設(shè)計做了研究,推導(dǎo)出簡化公式,為齒數(shù)的選擇以及機構(gòu)的優(yōu)化提供了較大方便,并用設(shè)計實例對齒數(shù)的選擇做了一些相關(guān)介紹。ArnaudovlId對NGWN(II)進行了幾何計算,給出了選擇NGWN(II)型中各齒輪的變位系數(shù)應(yīng)該遵循的約束條件,并用實例驗證了如何避免NGWN(II)輸出齒圈的齒頂不與行星輪c干涉的具體方法.JonathonI證明了NGWN(I)型和NGWN(II)型的總效率是傳動比的函數(shù),且當(dāng)傳動比很大時,效率迅速降低。Hori1副證明了在很寬的傳動比范圍內(nèi)NGWN(II)的效率都很難超過79%,通過同時改變各齒輪的變位系數(shù)和齒頂圓半徑,使得NGWN(II)型兩內(nèi)嚙合的嚙入重合度和嚙出重合度相等可大大提高NGWN(II)的總效率,并給出了具體的效率優(yōu)化方法。YUI9指出NGWN(I)、正號機構(gòu)對制造、安裝精度要求高,尤其是對雙聯(lián)行星輪軸承孔的位置精度要求很高,制造、安裝誤差會大大影響NGWN(I)、正號機構(gòu)的均載性能.Long-ChangHsieh20對NGWN行星齒輪進行輪系分析并運用循環(huán)功率法推導(dǎo)了NGWN的效率計算公式,并分析獲得NGWN行星齒輪內(nèi)部存在循環(huán)功率流,齒輪的加工精度對NGWN的總效率有很大影響的結(jié)論。A.GOLENKO對Hori對Hori提出時NGWN(II)型效率優(yōu)化萬法進行修止,在修正的效率優(yōu)化模型中考慮了實際刀具加工對NGWN(II)型的影響,使得模型中齒輪嚙合的狀態(tài)更加符合實際嚙合狀態(tài)。H?hn發(fā)表了一系列低耗齒輪的論文,旨在提高單對齒輪嚙合的效率,并嘗試將低耗齒輪應(yīng)用于大速比行星齒輪傳動中。H?hn[22]分析了齒輪幾何參數(shù)對嚙合效率的影響,這些齒輪幾何參數(shù)包括端面重合度、模數(shù)、螺旋角、分度圓壓力角、表面粗糙度、速比、齒寬、嚙入嚙出重合度、齒根圓角半徑,并指出端面重合度和模數(shù)對齒輪嚙合效率的影響最大,端面重合度和模數(shù)越小,齒輪嚙合效率越高。B.RH?hn[3證明了齒輪實現(xiàn)低嚙合功耗損失的主要方法是讓嚙合齒輪的嚙入重合度與嚙出重合度相等,從而使得嚙合點集中在節(jié)點附近。H?hn24]將低耗齒輪應(yīng)用于正號機構(gòu)NN行星齒輪上,使得正號機構(gòu)NN的嚙合效率從8.81%提升到95.94%。H?hn25推導(dǎo)了NGWN(I)的效率和傳動比計算公式,提出低耗齒輪的概念,計算了NGWN(I)型的三對嚙合(太陽輪-行星輪嚙合、行星輪-固定齒圈嚙合、行星輪-輸出齒圈嚙合)均采用低耗齒輪時效率能大幅高,但該文獻作者并未進行低耗齒輪應(yīng)用于NGWN(I)型的詳細齒輪參數(shù)計算。從查閱到的文獻來看,大速比行星齒輪雖然能實現(xiàn)很大的傳動比,且零部件數(shù)量少,但主要存在兩方面的問題影響了它們廣泛采用:a.效率偏低.NGWN(I)型、NGWN(II)型和NN型的效率都很難超過90%,而且效率值隨傳動增多而逐漸降低。b.對制造與安裝精度要求較高,輪系的均載性能對制造、安裝誤差較敏感。NGWN(I)型和NN型的雙聯(lián)行星輪制造,而NGWN(II)的行星輪需要同時與三個中心輪嚙合,對制造與安裝的精度要求也很高。這是由于效率低導(dǎo)致的。由于這三種大速比行星齒輪效率偏低,在傳遞大功率時會導(dǎo)致嚴重的發(fā)熱問題,將會降低熱膠合承載能力。1.2.2行星齒輪傳動均載特性研究現(xiàn)狀近幾年來,國內(nèi)外許多學(xué)者為了更加深入性地了解行星齒輪的均載特性,分別從靜力學(xué)和動力學(xué)的研究角度出發(fā),分析了行星齒輪傳動機構(gòu)的均載性能。Kahrama對行星齒輪輪系的均載問題作出相應(yīng)分析,并提出了動態(tài)均載系數(shù),靜態(tài)均載系數(shù)和動載系數(shù)三個參數(shù),用來表示行星齒輪傳動的均載效果,在動力學(xué)分析中主要考慮了剛度的變化.Kahraman對行星齒輪傳動裝置進行了靜態(tài)力學(xué)分析和實驗,在分析模型中,齒輪的位置偏差和齒形誤差得到考慮。Kahraman采用有限元法分析了內(nèi)齒輪的柔性對行星輪系準靜態(tài)均載特性的眾多影響，他指出內(nèi)齒輪的柔性與其厚度密切相關(guān)，并且其柔性程度大大影響行星輪系的均載特性。Sing.A指出只有行星輪中心位置誤差的切向分量才會影響行星齒輪系統(tǒng)的載荷分配而其徑向分量對載荷分配沒有影響。除此之外，Sing.A還研究了另外一個就是不考慮中心構(gòu)件軸承剛度的行星齒輪系統(tǒng)均載特性看有沒有影響，并給出了誤差補償力與誤差太陽輪行星輪內(nèi)齒圈支路等效剛度之間的量化關(guān)系。Montestruc研究了行星輪齒輪軸剛度對均載特性的影響，并指出采用柔性行星輪齒輪軸的方法對改善行星齒輪系統(tǒng)均載特性有巨大影響。M.Iglesias建立了行星輪系的的靜力學(xué)均載模型，模型中考慮了切向的和徑向的行星輪軸承位置誤差、浮動與非浮動太陽輪對行星輪系均載性能的影響。行星齒輪NGWN(Ⅰ)、NGWN(Ⅱ)和正號機構(gòu)NN在傳遞大功率時熱彈流潤滑時狀況十分惡劣。針對齒輪傳動的彈流潤滑性，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)表了許多關(guān)于齒輪彈流潤滑的文獻。1916年Martin首次將雷諾方程與齒輪潤滑兩個分析結(jié)合起來。他主要采用的方法是近似代替法，即用圓弧來代替齒廓，因為兩者的形狀相近。在此基礎(chǔ)上研究了齒輪、齒條嚙合的潤滑性問題。由于他的這種方法既簡單又方便，而且與實際情況的相似度很高，至今為止，仍然被許多學(xué)者沿用特別是在齒輪潤滑性的研究領(lǐng)域，在研究中不僅需要考慮潤滑油的粘壓特性和粘溫特性，還要把齒輪材料的彈性與慣性力等因素同時算入研究中。與此同時，Maritin的方法就成為首要選擇的一個研究方法。齒輪彈流潤滑理論研究自此之后成為備受關(guān)注的研究課題，得到了廣泛的傳播。Adkins和Radzim-ovsky在不計算潤滑油的粘壓效應(yīng)和粘溫效應(yīng)的前提下，更多的考慮了輪齒的幾何形狀和齒輪傳動的工作條件等實際問題、齒面接觸過程中發(fā)生的彈性變形的作用等，計入時變量去研究潤滑油膜沿齒輪嚙合線的變化情況。Mcewen同時存在滾動摩擦和滑動摩擦的嚙合齒輪間的油膜厚度進行分析。Dowson等在忽略輪齒的滑動和齒面彈性變形并且假設(shè)載荷均勾恒定的情況下分析油膜厚度沿喃合線的變化規(guī)律。Wang和Cheng利用有限元方法計算了齒輪傳動過程中載荷和齒面溫度沿嚙合線變化的規(guī)律，又探討齒輪傳動的相應(yīng)參數(shù)對滑油膜厚度的影響。最后公開表示，減小輪齒寬度或提高傳動比等都有助于提高齒輪傳動的潤滑性能，不久之后，Wada采用牛頓法并賦值給定的擠壓速度與卷吸速度的比值，求解了Reynolds方程與彈性變形方程，最終得到準穩(wěn)態(tài)完全數(shù)值解，這些數(shù)值及研究同Gmbin的解相比，這些解中具有很多新的特征。Wada的研究成果把齒輪動態(tài)潤滑的研究帶入另一個嶄新的時期，走入一個新的大門。華東耕運用牛頓法研究了隨機載荷對油膜厚度的影響，其研究結(jié)果顯示油膜厚度在單齒嚙合到雙齒嚙合的轉(zhuǎn)換處的過渡時期異常的平穩(wěn)。Roland則提出最小油膜厚度在輪齒所受載荷發(fā)生變化的臨界處會出現(xiàn)比較大的波動現(xiàn)象，另外，輪齒接觸區(qū)次表面上主剪應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在節(jié)點處。盧立新等人通過建立扭振模型得到直齒圓柱齒輪嚙合輪齒在一個周期內(nèi)的動載荷譜，并且還考慮非穩(wěn)態(tài)效應(yīng)和流體的非牛頓特性，運用牛頓法求解了齒輪傳動彈流潤滑問題。然后，釆用數(shù)值分析方法，以標準載荷譜為依據(jù)，來求解非牛頓流體瞬態(tài)彈流潤滑模型，并提出外載荷的動態(tài)效應(yīng)和流體的非牛頓效應(yīng)對于進行齒輪傳動彈流潤滑性的研究是不容忽略的。2.1大速比行星齒輪傳動的特點在此列出為常見的行星齒輪傳動分類，各字母的含義如下：N——內(nèi)嚙合，W——外嚙合，G——公用行星輪。由該表可知。NN型、NGWN(Ⅰ)型、NGWN(Ⅱ)型可實現(xiàn)的傳動性比較大。NGWN(Ⅰ)和NGWN(Ⅱ)甚至可以實現(xiàn)100以上的傳動性。因此本文選擇NN型、NGWN(Ⅰ)型和NGWN(Ⅱ)型行星傳動作為研究對象，對它們進行性能、優(yōu)缺點對比分析。行星齒輪傳動分類傳動形式推薦傳動比效率特點NGW2.8~997%~99%效率高、體積小，獲得廣泛應(yīng)用NW7~2197%~99%傳動比范圍大，雙聯(lián)行星輪制造、安裝復(fù)雜NN8~3070%~90%傳動比范圍大，雙聯(lián)行星輪制造、安裝復(fù)雜WW1.2以上 上70%~90%運動精度低，外形尺寸較大，一般不用于動力傳遞NGWN(Ⅰ)20~10080%~90%結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比很大，雙聯(lián)行星輪的工藝性差，太陽輪輸出時可自鎖NGWN(Ⅱ)50~50070%~84%結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)很大傳動比，太陽輪輸出時可自鎖由于傳動比、嚙合點、齒輪數(shù)量、估算的軸承數(shù)量，不難發(fā)現(xiàn)實際在在實現(xiàn)同樣大小的傳動比下，上述的三種大速比行星齒輪的零部件數(shù)量更少。在實現(xiàn)同樣大的傳動比下，這三種大速比行星齒輪大大縮短了齒輪傳動系統(tǒng)的傳動鏈。更多的傳動鏈和更少的傳動系統(tǒng)零部件，可以有效地降低整個齒輪傳動系統(tǒng)的故障發(fā)生率，提高整個齒輪傳動系統(tǒng)的工作可靠性，并有助于延長傳動系統(tǒng)的無故障工作時間。但與此同時，大速比行星齒輪也存在以下這些問題，從而限制了它在市場的廣泛應(yīng)用：①效率偏低。NGWN(Ⅰ)型、NGWN(Ⅱ)型和NN型的效率都很難超過90%，而且效率值隨傳動增大而迅速降低。②對制造精度要求較高，就會導(dǎo)致大速比行星輪系的均載性能對制造誤差存在較大影響。NGWN(Ⅰ)型和NN型的雙聯(lián)行星輪制造、安裝困難，而NGWN(Ⅱ)的行星輪需要同時與三個中心輪嚙合，對制造、安裝的精度要求將會更高。③效率低導(dǎo)致的發(fā)熱問題。由于這三種大速比行星齒輪效率偏低，因此在傳遞大功率時會導(dǎo)致嚴重的發(fā)熱問題，使得熱膠合承載能力的降低。2.2大速比行星齒輪的效率和基本參數(shù)設(shè)計2.2.1大速比行星齒輪的效率行星齒輪傳動的效率是衡量傳動質(zhì)量好壞的重要指標之一，其計算方法主要有力矩法、嚙合功率法和速比法，前兩者求得的效率經(jīng)常是不一致的，這是因為在嚙合功率法中所用的嚙合功率是理論嚙合功率而不是實際嚙合功率。而且計算比較麻煩，用速比法既簡單又接近實際。國外學(xué)者提出許多有關(guān)行星齒輪傳動效率計算的觀點和方法，分別從運動學(xué)、動力學(xué)和機構(gòu)學(xué)等不同角度，理論上更深層次的探討了分析和計算行星齒輪傳動效率的最佳途徑，若是借助完善的實驗條件將會取得更多的收獲。2.2.2大速比行星齒輪的傳動比轉(zhuǎn)化機構(gòu)法的基本原理是：行星齒輪傳動與定軸齒輪傳動的根本區(qū)別在于前者具有圍繞主軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臂（即行星架），而安裝在行星架上的行星輪c既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)。因此，行星齒輪傳動的傳動比不能直接用定軸齒輪傳動的方法來進行計算。根據(jù)相對運動原理，如果給整個行星齒輪傳動加上一個與行星架的角速度大小相等、方向相反的公共角速度（-wx），則原來以角速度wx運動的行星架x就變成為靜止不動的構(gòu)件，即其相對角速度為零。于是，該行星齒輪傳動遍轉(zhuǎn)化為定軸齒輪傳動。這一假想的定軸齒輪傳動稱為該行星齒輪傳動的轉(zhuǎn)化機構(gòu)。2.2.3大速比行星齒輪基本參數(shù)間的關(guān)系該小節(jié)將會討論大速比行星齒輪的傳動比、效率之間的關(guān)系。在網(wǎng)絡(luò)查資料可得NGWN行星齒輪的三種運動學(xué)可行機構(gòu)的傳動均為100時效率依次為38.26%、54.06%，51.3%，運動學(xué)可行機構(gòu)的效率最高，因此NGWN的等效機構(gòu)為運動學(xué)可行機構(gòu)，因此NGWN行星齒輪可等效為一級NGW行星齒輪一級正號機構(gòu)NN串聯(lián)。因此，NGWN行星齒輪的傳動比為一級NGW行星齒輪的傳動比和一級正號機構(gòu)NN傳動比的乘積，NGWN行星齒輪的效率為一級NGW行星齒輪的效率和一級正號機構(gòu)NN效率的乘積。2.3大速比行星齒輪實現(xiàn)大速比的原理NGWN行星齒輪傳動就是通過一系列相互嚙合的齒輪，將主動軸的運動傳遞到從動軸，同時，在該輪系中有一個或一個以上的齒輪軸線繞位置固定的幾何軸線回轉(zhuǎn)，太陽輪為主動件，內(nèi)齒輪固定，當(dāng)太陽輪旋轉(zhuǎn)時，行星輪也會繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，同時，帶動行架繞太陽輪軸線回轉(zhuǎn)，形成速度及動力的傳遞。其基本傳動結(jié)構(gòu)為四部分：太陽齒輪、行星齒內(nèi)齒輪環(huán)，以直接連接的方式啟動太陽齒輪，太陽齒輪將組合于行星齒輪架上的行星齒輪帶動運轉(zhuǎn)。整組行星齒輪沿著外齒輪環(huán)自動出力軸輸出達到加速目的。2.4總結(jié)本小節(jié)圍繞三種大速比行星齒輪的特點展開了相關(guān)調(diào)查。并充分利用轉(zhuǎn)動比公式分析大速比齒輪實現(xiàn)大傳動比的原理：三種大速比行星齒輪的傳動比與兩個齒圈的齒數(shù)差成反比，由于三種大速比行星齒輪中兩個齒圈的齒數(shù)很接近，因此可實現(xiàn)很大的傳動比。3大速比行星齒輪效率優(yōu)化3.1大速比行星齒輪效率偏低的原因大速比行星齒輪的一大特點是可實現(xiàn)大傳動比，且傳動比范圍大，但效率偏低，難以滿足工程需求，并會帶來發(fā)熱大、潤滑狀況惡劣等問題。效率問題是影響大速比行星齒輪獲得廣泛應(yīng)用的一大難題。為了探究大速比行星齒輪效率偏低的主要原因，必須深入了解大速比行星齒輪內(nèi)部的功率流。本小節(jié)采用單元分析法分析內(nèi)部功率流，首先將大速比行星齒輪分解成簡單的中心輪-行星架型輪系單元，并繪出離散圖，然后按圖建立運動方程組和力矩方程組并聯(lián)立求解，再按照構(gòu)件傳遞功率是正值還是負值，在離散圖中表示出功率流向?？梢姶笏俦刃行驱X輪內(nèi)部存在循環(huán)功率流，循環(huán)功率只在輪系單元中循環(huán)。大速比行星齒輪中存在的循環(huán)功率流，增加了摩擦功率損失，降低了大速比行星齒輪的效率，這也是大速比行星齒輪的效率偏低的主要原因。3.2大速比行星齒輪效率優(yōu)化的方法國家標準（GB/T1357-2008）中規(guī)定的齒頂高系數(shù)的標準值為：當(dāng)采用正常齒制時，齒頂高系數(shù)*ha=1；當(dāng)采用短齒制時，齒頂高系數(shù)*ha=0.8。上述規(guī)定往往是為了齒輪的標準化生產(chǎn)。但是如果齒頂高系數(shù)允許在合理范圍內(nèi)改變和取值，通過同時調(diào)整變位系數(shù)和齒頂高系數(shù)，可以調(diào)整齒頂圓壓力角，進而調(diào)整嚙入重合度和嚙出重合度的數(shù)值，從而獲得低耗齒輪，實現(xiàn)齒輪高的嚙合效率。按照三行星輪正號機構(gòu)NN的配齒方法，在傳動比10到30之間，齒圈b的齒數(shù)為87進行配齒計算。對這些齒數(shù)組合進行優(yōu)化，獲得的優(yōu)化前后效率值在表3.17中體現(xiàn)。優(yōu)前的效率值按傳動比從小到大排列，依次為85.99%、85.63%、85.30%、85.15%、85.02%；優(yōu)化后的效率值同樣從小到大排列，依次為89.43%、89.36%、89.29%、89.27%、89.25%。不難發(fā)現(xiàn)在這五組齒數(shù)組合下，優(yōu)化前后不同傳動比的效率值均隨傳動比的增大而減小。傳動比越大時，優(yōu)化后的效率相比優(yōu)化前的效率提高幅度越大3.3本章小結(jié)由于效率不高，盡管大速比行星齒輪能實現(xiàn)很大的傳動比，還是限制了他們在市場上的廣泛應(yīng)用。采用單元分析法分析發(fā)現(xiàn)大速比行星齒輪內(nèi)部存在循環(huán)功率流是其效率偏低的主要原因。此外，本文還分析了提高齒輪嚙合效率的參數(shù)優(yōu)化方法，基于低耗齒輪實現(xiàn)高效率嚙合的原理，提出同時改變嚙合輪齒的變位系數(shù)和齒頂高系數(shù)的方法以實現(xiàn)嚙合輪齒的嚙入重合度和嚙出重合度相等，從而實現(xiàn)低耗齒輪高效率嚙合。4大速比行星齒輪靜態(tài)均載特性分析4.1靜態(tài)均載特性結(jié)果分析本節(jié)將考慮行星輪軸承孔位置誤差和行星論齒厚誤差額靜力學(xué)均載模型進行分析和對比。①行星輪軸承孔位置誤差。如果只考慮行星輪軸承孔的位置存在正誤差，正誤差的取值范圍是0~100μm。由于只考慮靜力學(xué)特性時，行星齒輪的均載系數(shù)是隨誤差值的變化而成線性變化的，因此三種大速比行星齒輪及NGW行星齒輪的均載系數(shù)均隨行星輪軸承孔位置誤差而線性增長。由于采用單浮動措施時，一半的行星輪軸承孔正的位置誤差會通過中心輪的浮動會被彌補。因此采用單浮動措施后，盡管部分軸承孔位置誤差通過浮動抵消了，但是由于行星輪系的系統(tǒng)剛度更大，因此NGWN（Ⅰ）和NGWN(Ⅱ)的均載系數(shù)比正號機構(gòu)NN和NGW行星齒輪要大，它們的均載性能更差，因此對行星輪行星輪軸承孔位置誤差更敏感。②對于普通NGW行星齒輪，正的行星輪齒厚誤差會使得該行星輪相對于其他行星輪提前進入嚙合，而負的行星輪齒厚誤差則使得該行星輪滯后于其他行星輪進入嚙合，使得各行星輪的載荷分配發(fā)生變化，行星輪系的均載特性由此發(fā)生變化。而對于采用雙聯(lián)行星輪的NGWN(Ⅰ)型和正號機構(gòu)NN行星齒輪，雙聯(lián)行星輪上的誤差并無直接關(guān)系，它們可能有誤差值不同的齒厚誤差。雙聯(lián)行星輪上不同的齒厚誤差組合本文考慮的雙聯(lián)行星輪齒厚誤差類型為行星輪c有負的齒厚誤差，行星輪d有正的齒厚誤差。而NGWN(Ⅱ)和NGW行星齒輪都不采用雙聯(lián)行星輪，因此這兩種行星齒輪只考慮其上有負的齒厚誤差。4.2本章小結(jié)限制大速比行星齒輪獲得廣泛應(yīng)用的第二個缺點是大速比行星齒輪的均載性能對制造誤差敏感，當(dāng)制造精度較低時，大速比行星齒輪的均載性能較差。5大速比行星齒輪熱彈流潤滑特性分析5.1大速比行星齒輪熱談流分析可實現(xiàn)較大的傳動比，但由于效率偏低導(dǎo)致在傳遞大功率時發(fā)熱量大，潤滑狀況惡劣。為了使大速比行星齒輪獲得工程應(yīng)用價值，一方面可通過提高效率來降低發(fā)熱；另一方面，在維持同樣的效率和發(fā)熱的情況下，采用雙壓力角非對稱齒輪來降低潤滑油的最高溫升，增加潤滑油的最小油膜厚度，從而改善大速比行星齒輪的潤滑狀況。對NGWN(Ⅰ)、NGWN(Ⅱ)和正號機構(gòu)NN這三種大速比行星齒輪進行熱彈流潤滑分析，分析它們在傳遞大功率時潤滑油的最大溫升和最小油膜厚度。在此基礎(chǔ)上，為了改善大速比行星齒輪的潤滑狀況，嘗試將雙壓力角非對稱齒輪應(yīng)用在這三種大速比行星齒輪中，工作側(cè)采用大壓力角，并利用齒輪熱彈流潤滑模型分析雙壓力角非對稱齒輪對于改善大速比行星齒輪的潤滑狀況的積極作用。5.2熱彈流潤滑數(shù)值計算方法①潤滑油壓力計算本文采用多重網(wǎng)格法求解潤滑油壓力分布，計算油膜厚度時采用多重網(wǎng)格積分法。應(yīng)用多重網(wǎng)格法求解壓力分布的過程實際上就是把計算區(qū)域劃分成一系列疏密不同的多層網(wǎng)格，讓每一層網(wǎng)格都代表一個計算域，Reynolds方程是與壓力有關(guān)的二階偏微分方程，按照多重網(wǎng)格的原理需要對其進行格式離散，以此將得到代數(shù)方程組的近似解和偏差進行轉(zhuǎn)移，然后在每層網(wǎng)格上進行迭代，最終在最稠密的網(wǎng)格上獲得合乎精度要求的數(shù)值解。②溫度分布計算1）油膜速度場的計算為了獲得油膜溫度場的分布，需要求解油膜連續(xù)方程、能量方程、上下界面溫度條件；這些方程的求解依賴于給定壓力分布和油膜厚度條件下確定的油膜速度場。速度場的獲得，可以對運動方程進行積分。2）油膜連續(xù)性方程及其離散3）潤滑油能量方程的離散化4）上下界面溫度條件5.3大速比行星齒輪熱彈流潤滑結(jié)果5.3.1NGWN(Ⅰ)熱彈流潤滑結(jié)果由實驗可得，NGWN(Ⅰ)齒輪副d-e嚙合過程中的最小油膜厚度圖。對稱齒輪“20°/20°”嚙合過程的最小油膜厚度比非對稱齒輪“25°/20°”要薄，。兩者的最小油膜厚度分別為0.60μm和0.69μm。5.3.2NGWN(ⅠI)熱彈流潤滑結(jié)果由實驗可得，采用非對稱齒輪時可以使得工作側(cè)的嚙合線上的最高溫升大大降低。對比NGWN(Ⅰ)齒輪副b-c嚙合線的最高溫升，由于NGWN(Ⅱ)的效率要比NGWN(Ⅰ)要低，NGWN(Ⅱ)的總效率為78.78%NGWN(Ⅰ)的總效率為88.79%。因此NGWN(Ⅱ)的齒輪副b-c的最高溫升是126℃，比NGWN(Ⅰ)的齒輪副b-c的最高溫升61℃要高出一倍。5.3.3正號機構(gòu)NN熱彈流潤滑結(jié)果對稱齒輪“20°/20°”嚙合線上的最小油膜厚度比非對稱齒輪“25°/20°”的最小油膜厚度要薄。嚙合線上的最小油膜厚度均位于單齒嚙合的的上限點，齒輪副b-c采用對稱齒輪“20°/20°”的最小油膜厚度為1.22μm；采用非對稱齒輪“25°/20°”的最小油膜厚度為1.43μm。因此采用非對稱齒輪時，可以使得正號機構(gòu)中的齒輪副b-c的最小油膜厚度增加，潤滑狀況得以改善。5.3.4三種大速比行星齒輪熱彈流潤滑結(jié)果對比當(dāng)嚙合點到達節(jié)點位置時，溫度值降到最低，在節(jié)點時，齒面不存在相對滑動速度，局部摩擦系數(shù)也是最低值，故此時的溫度最低。過了節(jié)點之后，在相對滑動速度和摩擦力的作用最大溫升呈上升趨勢，當(dāng)?shù)竭_單雙齒交替區(qū)域時溫度有突然下降，這是由于單對齒載荷有所減小，過了尖點之后繼續(xù)上升，一直到嚙合齒輪即將退出嚙合，此時再度產(chǎn)生一個較高的溫升，這是由于嚙出點的相對速度較大，局部摩擦系數(shù)也較大的原因，但此時的溫度相對于剛進入嚙合時的溫度要低?？梢娪捎谌N大速比行星齒輪的效