常见行星齿轮减速机的问题与故障判断
来源：东莞市宇鑫机电有限公司
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发表时间：2020-09-14 11:46:58【
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随着我国机械制造业的不断发展，行星减速器作为一种重要的部件，已广泛应用于各种机械领域，并在一定程度上取代了传统的固定轴减速器。行星齿轮减速器也用于煤矿设备，如采煤机、料斗和挖掘机。
行星齿轮减速器的特点是同轴传动与输出轴同轴，大大减小了减速器的体积。同时，在传输功率时，减速器可以分配输入功率，大大提高了减速器的承载力。总而言之，与固定轴减速器相比，行星减速器的体积较小。它能驱动电源，效率高，传动宽，范围宽。我国机械设计和制造技术的不断发展，主机对关键部件提出了更高的要求，以获得更优化的结构，更高的可靠性和更好的性能。因此，为了满足机械市场的需要，有必要在此阶段提高减速器的性能。
1 行星齿轮减速器的结构与故障特征分析
行星齿轮传动系统的基本部件是太阳齿轮，行星齿轮齿条和内齿圈。根据行星齿轮减速器的具体结构、有许多不同的分类方法。简而言之，可以区分次减少，第二次减少，第三次减少和第四次减少。二级减速以上减速器的太阳齿轮采用浮动连接方式。故障机制与信号传输路径和模式有许多相似之处。它的运动形式和自我结构更加复杂。因此，分析一阶行星齿轮减速器作为示例。
在级行星齿轮减速器中，太阳齿轮通常固定在驱动轴上，并且多个行星齿轮分别与太阳齿轮和内齿圈啮合，并通过行星齿轮架输出动力或运动。齿轮系的主要缺陷是腐蚀、齿磨损和齿断裂。常见的齿轮故障发生在10％的齿轮表面磨损，31％的点蚀，41%的牙齿被折断，18%的其他齿轮被磨损。经过一段时间的齿轮磨损，很难找到初始齿面磨损。只有当磨耗达到一定的振动信号时，齿轮的啮合频率和谐波幅值才显著增加。
齿轮传动的循环应力一般超过齿轮材料的疲劳极限，在齿轮的根部逐渐出现裂纹，导致齿裂。齿轮故障振动信号通常以齿轮啮合频率和谐波为载频，齿轮轴的旋转频率和双频为调制频率，因此，调制带宽非常高。行星齿轮的载波频率为齿轮啮合频率或倍增器，调制频率为故障齿轮特性频率或乘法器。
2 行星齿轮减速器的设计方法
行星减速器的尺寸、重量和承载能力取决于传动参数的选择。设计问题是确定给定的齿轮比和输入扭矩的小齿轮数、每齿轮的齿数、齿轮的模数和宽度。由于行星减速器的特殊结构，每个齿轮的齿数不能任意选择，必须根据一定的匹配条件严格计算。
传统的设计方法是先选择行星齿轮的数量，然后根据匹配条件匹配齿。这种方法的结果并不独特。根据结构布置和设计人员定义的经验，可以选择一组齿数方案，然后根据强度计算模型和齿宽等参数进行选择。在确定结构参数时，必须进行大量的计算，才能得到满足性能要求、尺寸合理的方案。因此，利用计算机寻找更好的设计方案具有实用价值。
3 行星齿轮减速器振动信号特征
由于行星减速器传动系统具有旋转和旋转的行星齿轮，振动信号不仅包括太阳轮、行星齿轮、内齿圈和行星齿轮架的转动频率，还包括它们之间的啮合频率。另外，上述频率的倍频与振动信号的其他部分叠加。通常，传感器安装在齿圈上或连接到壳体上以收集振动信号。啮合点相对于太阳齿轮，行星齿轮和齿轮副的位置随行星齿轮架的旋转而变化，因此，改变了啮合点与传感器之间的振动传递路径。时变传输路径对振动测试信号产生幅度调制效应，进一步增加了信号的复杂性。考虑到行星齿轮系统的这一特性，适用于不同结构的行星齿轮减速器的振动信号模型是进一步分析的基础。国内外许多学者根据行星齿轮减速器的一些特点建立了相应的信号模型和加工方法。
4 行星齿轮减速器故障信号分析方法
根据行星齿轮减速器的结构特点，测量信号通常包含多个频率分量。如何分离故障信号，识别障碍类型是解决这一问题的关键。冯志鹏等人提出了一种基于经验模态分解和行星减速器振动信号调幅特性的频率解调分析方法，提出了基本模态函数的选取原则。分析中应考虑齿轮啮合的瞬时影响因素以及齿轮刚度和相变的影响。在目前的行星齿轮系统中，多级行星齿轮减速器经常用于非常重要的场合，其结构比较复杂。因此，在齿轮故障诊断中，有必要将基于实时信号处理的时域同步平均法与现代信号采集技术相结合，以提高信号的实时性，进行实时诊断有效的检测。为了提高行星齿轮系统故障预测的准确性，需要采取多种方法。
5 提高减速机性能的措施
5.1 齿轮修形
齿轮修改包括齿冠修改和齿根齿根修改。当齿轮啮合时，齿廓具有弹性变形。当切割或退出齿轮时，主动齿轮的顶部和根部相互干涉，啮合刚度急剧变化，导致重力激励。齿轮齿廓的改进不仅可以避免产生数千个波浪，减少激励和动载荷，还可以减小由基圆螺距误差引起的额外动载荷的影响。
5.2 提高齿轮啮合的接触度
齿轮啮合越大，齿轮传动越稳定，啮合冲击越小，噪声越低。
5.3 数合理设计齿轮齿数和模数
齿轮减速器的减速比由齿轮齿数决定，齿轮减速器的承载能力由齿轮齿数和齿轮模数决定。在减速器中，太阳轮的工作条件非常差，因此在设计阶段，必须根据减速器的实际用途选择齿数和模数，并检查太阳轮的力。同时，为了减少齿轮制造中可能出现的误差，在选择齿轮齿数时，传动比为非整数，是一个素数。此齿数可避免齿轮周期性制造误差，造成振动或异常噪声。
5.4 制造精度
任何机器的精度都将直接影响机器的机械性能，特别是高精度机械的性能。行星减速机在一般工程中的精度为7及以上。齿轮表面粗糙度是影响齿轮加工精度的重要因素之一。因为齿轮副传递扭矩通过与齿面接触和幻灯片在传输过程中，较小的表面粗糙度可以减少齿轮之间的磨损，降低齿轮的热量，提高生命的齿轮传动和齿轮的承载能力。为了获得更高的表面形貌，齿轮需要研磨。齿轮的制造精度也与齿距累积误差有关。径向跳动偏差和齿轮齿形偏差用于测量实际齿形和理想齿形之间的偏差。如果实际加工齿廓偏差较大，会造成齿轮受力不均，造成振动和噪声。
5.5 合理的均载机构
事实上，齿轮的制造误差总是存在的。齿轮传动装置采用负荷分配机构，可自动补偿齿轮与行星架之间的各种制造和安装误差，实现负荷平衡。行星齿轮减速器通常分为浮动的一个部件和同时浮动的两个部件。单组分浮、太阳轮浮、内齿轮浮、行星齿条浮、两部分浮、太阳轮与内齿轮同时浮、太阳轮与行星架同时浮起。两个组件比一个组件浮动得更好。
5.6 齿轮材料及表面处理
减速器的承载力不仅与齿数模量有关，还涉及齿轮和行星齿条材料的选择。为了进一步提高齿轮和行星架的承载能力，通常需要根据所选材料进行热处理，如渗碳或渗氮。经过热处理后，齿轮齿面具有恒定的硬化层。齿轮硬度可达到HRC60，承载能力较高，齿轮中心硬度较低，使齿轮具有一定的韧性。
5.7 设置合理的侧隙
齿轮间隙啮合可避免因制造误差和热变形引起的齿间干扰，便于润滑油储存。然而，很明显，过大的间隙会引起啮合齿轮的冲击，从而增加振动和噪音。分析了行星齿轮减速器的故障类型和成因，从设计和制造水平提出了提高减速器性能的措施。从分析中可以看出，为了提高减速器的性能，有必要将设计和制造的各个方面结合起来。除了必要的设计计算外，齿轮减速机的优异性能更依赖于成熟的制造工艺和丰富的产品经验。
