摘 要

作为一种应用普遍的机械产品，行星齿轮减速机利用其传动特点可以实现降速传动，并且增加减速机输出的扭矩。因为行星齿轮减速机具有传动精度高、传动噪声小等许多长处，所以被广泛应用于交通、开掘、桥梁、土木、机械等各个领域[1]。太阳轮、行星轮、内齿圈以及行星架是组成行星齿轮减速机的部件中最重要的四个部件。行星轮轴是该减速器中的一个小的零件，但它的装配如果不合理，就会使行星减速器在长时间的工作下产生晃动，降低行星齿轮机构的运转精度，甚至可能出现冲击等现象损坏减速器。

本文主要研究行星齿轮减速机轴孔过盈配合，即行星架与行星轮轴之间的配合。采用过盈配合分析的理论知识和有限元模拟相结合的方法，按以下步骤进行研讨：首先，对过盈量的范围进行确定，本文通过行星架中行星孔的基本尺寸，查阅机械设计手册，从而确定行星轴与轴孔配合的过盈量；其次，使用ABAQUS有限元分析软件对几种不同过盈量的轴孔过盈配合进行模拟仿真，得到不同过盈配合装配下接触面的应力分布情况，分析过盈配合面是否满足其材料的强度要求，以及分析配合接触面的应力分布情况；最后，通过改变摩擦系数来研究摩擦力对本文装配过程的影响。

行星齿轮减速机轴孔过盈配合分析及精密装配工艺研究这一课题，通过ABAQUS有限元仿真对相关问题进行了分析。应用有限元法并结合理论计算，对不同尺寸的行星轮轴与行星架过盈配合进行了校核，并根据装配时的润滑条件研究了摩擦力对过盈配合的影响，仿真结果对研究行星齿轮减速机是否安全这一问题提供了一定的理论支撑与参照。

关键词：行星齿轮减速器，过盈配合，接触分析

Abstract

As a widely used mechanical product, planetary gear reducer can use its transmission characteristics to achieve reduced speed transmission and increase the output torque of reducer. Because planetary gear reducer has many advantages such as high transmission accuracy and low transmission noise, it is widely used in various fields such as transportation, excavation, bridge, civil engineering and machinery ^[1]. The sun wheel, the planet wheel, the inner gear ring and the planet frame are the four most important parts of the planetary gear reducer. Planetary gear axle is a small part of the reducer, but if its assembly is not reasonable, it will cause the planetary gear reducer to sway under long-term work, reduce the accuracy of planetary gear mechanism, and even damage the reducer by impact and other phenomena.

This paper mainly studies the interference fit between planetary wheel axle and planetary frame. By combining the theoretical knowledge of interference fit analysis with finite element simulation, the following aspects are analyzed: Firstly, determining the scope of the interference. In this paper, through the basic size of planetary hole in planetary frame, the mechanical design manual is consulted to determine the interference fit between planetary axle and axis hole. Secondly, finite element analysis software ABAQUS was used and several kinds of fit with different interference are simulated, the stress distribution of contact surface under different fit assembly is obtained, the strength requirement of interference fit surface is analyzed, and the stress distribution of mating contact surface is analyzed . Finally, the influence of friction on the assembly process is studied by changing the friction coefficient.

The problem of interference fit analysis and precision assembly technology of planetary gear reducer axle hole was solved by ABAQUS finite element simulation. The interference fit between planetary gear axle and planetary frame of different sizes was checked by finite element method and theoretical calculation. The influence of friction on interference fit was studied according to the lubrication conditions during assembly, which provided a basis for the safety of planetary gear reducer.

Key Words: planetary gear reducer,interference fit, contact analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1论文选题背景及意义 1

1.2国内外现状 2

1.2.1过盈配合研究现状 2

1.2.2行星齿轮减速机研究现状 4

1.3本文的主要内容及思路 5

1.4本章小结 5

第2章 行星齿轮减速器三维建模 6

2.1行星减速器的结构及工作原理 6

2.1.1行星减速器结构介绍 6

2.1.2行星减速器的工作原理 6

2.2行星齿轮减速器的三维建模 7

2.2.1三维建模软件UG 简介 7

2.2.2行星齿轮减速器零件图建模 7

2.2.2.1行星架的建模 7

2.2.2.2行星轮以及轴承的建模 8

2.2.2.3太阳轮的建模 11

2.2.2.4行星轮轴的建模 11

2.2.2.5内齿圈的建模 12

2.2.3行星齿轮减速器的装配 13

2.3本章小结 14

第3章 ABAQUS有限元模型的建立与分析 15

3.1ABAQUS有限元分析概述以及研究对象的引入 15

3.1.1ABAQUS软件的介绍 15

3.1.2引入研究对象 15

3.2过盈配合的相关理论计算 16

3.2.1过盈配合接触面上的应力 16

3.2.2过盈配合过程中的装配力 17

3.3ABAQUS软件网格的划分 18

3.3.1网格划分模块介绍 18

3.3.2网格划分过程 18

3.4行星架与轮轴的装配 20

3.4.1装配模块介绍 20

3.4.2实例装配过程 21

3.5材料属性的定义 22

3.6设置分析步 23

3.7相互作用设置 23

3.8边界条件 23

3.9软件仿真及结果分析 23

3.10本章小结 27

第4章 摩擦力对装配过程的影响 28

4.1改变摩擦力进行有限元分析 28

4.2结论分析 31

4.3本章小结 31

第5章 课题经济环保性分析 32

5.1经济环保性分析的作用 32

5.2经济环保性优化 32

5.3本章小结 33

第6章 总结与展望 34

6.1总结 34

6.2展望 34

参考文献 36

致谢 38

第1章 绪论

1.1论文选题背景及意义

行星减速机这一名称来源于天体运动，行星是围绕恒星转动的星体，太阳是一颗恒星，行星减速器的工作状态就类似一些行星围绕太阳转动，所以称之为行星减速器，其部件行星轮、太阳轮也因此得名。行星齿轮减速器利用齿轮或齿轮组之间相互配合，将输入转速减速到用户所期望的转速，同时它也可以用来提高扭矩。随着机械行业的快速发展，行星减速机作为一种用途广泛的传动装置，对于推动社会快速发展、工业快速发展有着非常重要的作用，它的使用遍及电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、食品机械、轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶机械、水利机械、石油机械等行业^[2]。现在，行星减速机产品的不断完善以及应用范围的不断扩大，推动着行星减速机行业不断带动着其他行业的发展， 说明行星减速机在一些领域具有非常的的影响。

行星齿轮减速机中，行星架是组成该机构的重要部件，其上面的行星轮轴是将行星轮固定在行星架中的连接件。当行星齿轮减速机运行时，行星架所受的扭矩最大，其受力情况比较复杂，所以要使行星齿轮减速机载荷分布均匀、运转平稳就需要保证行星架设计与制造的合理性，一般情况下，行星架应具有精度高、重量轻、受力均匀等特点。行星架常见的结构形式分为：双侧板整体式、双侧板分开式和单侧板式，它的结构形式一般取决于使用功能、制造行星架的方法和行星齿轮减速器的装配条件等等[3]，本文选用的行星架结构形式为双侧板整体式。

行星轮轴是行星齿轮减速机的关键部件，它与行星架上的行星孔采用过盈配合，二者经过轴孔过盈配合发生机械干涉，使材料发生塑性变形，通过过盈配合的塑性变形产生的挤压力来对行星架传递扭矩，最后将扭矩传递给输出轴。过盈配合中接触压力的大小和分布情况主要取决于过盈量以及配合时的表面粗糙度等因素，这些直接影响行星架的工作状态和使用寿命。其中过盈量的大小对于行星架传递载荷尤为重要，过盈量太小会导致没有足够的挤压力来传递扭矩，行星轮轴和行星架之间还有可能发生微小振动，甚至发生滑动，最终导致行星齿轮减速机不能正常工作，提前失效。过盈量太大的话，会使挤压力变大，如果挤压力变大就会直接影响行星架的强度，还可能会引起应力集中，随着时间推移，影响会逐渐累积越来越大，最终可能会造成疲劳破坏失效[4]。因此，通过查阅机械设计手册，确定行星轴与轴孔配合的不同过盈量，利用ABAQUS有限元分析软件对行星轴与行星孔之间的过盈安装过程进行仿真分析，并对其强度进行校核有一定的现实意义。