内啮合齿圈金属传动构件三维结构

　　做传动结构设计快十二年，经手的内啮合齿圈方案少说有七八十套，这次做的这个内齿圈结构，是针对重载行星传动工况做的优化版本，最早是给矿山破碎设备的行星减速模块做配套，后来调整参数后也适配过风电增速箱、工程机械回转机构的配套需求。先从实际安装边界说，这个齿圈的外径是根据配套行星架的回转空间定的，齿圈外圆做了h6级的公差配合，和减速箱壳体的安装止口贴合，轴向靠台肩定位，端面做了0.8的粗糙度要求，保证和端盖贴合后不会出现渗油问题，内孔的齿顶圆公差带选了H7，和行星轮的齿顶间隙控制在0.2到0.35毫米之间，避免热胀后出现齿顶刮蹭。齿形设计上没有用标准的渐开线直齿，而是做了小角度的齿向修形，齿端做了15度的倒角导入，

　　因为行星轮在公转过程中会有微小的偏载，修形量控制在0.012到0.018毫米，既能保证啮合时的接触面积，又能减少偏载带来的点蚀问题，齿根处做了0.3毫米的圆角过渡，没有留加工刀痕的应力集中位置，之前做过失效分析，重载工况下齿圈断裂八成都是从齿根的加工刀痕处起裂，所以这个位置的圆角过渡是建模时特意留的工艺要求。实际应用场景里，这种内齿圈大多用在NGW型行星减速结构里，和太阳轮、三个以上的行星轮配合，能在很小的体积下实现大传动比的动力传递，相比外啮合的平行轴传动，同功率下体积能缩小40%以上，重量也能降三分之一左右，在工程机械的行走减速、回转机构里用得最多，因为这类设备安装空间有限，又需要大扭矩输出，内啮合的结构刚好能匹配这个需求。

　　设计的时候特意考虑了加工工艺性，齿圈的外圆没有做复杂的异形结构，就是光圆加定位台肩，适合用数控立车一次装夹完成外圆和端面的加工，内齿的加工留了0.2毫米的剃齿余量，热处理后做珩齿处理，能把齿面硬度做到HRC58-62，芯部硬度保持在HRC30-35，既有足够的齿面耐磨性，又有芯部的韧性扛冲击载荷。安装的时候要注意，齿圈和壳体的配合不能选过盈量太大的配合，过盈量控制在0.02到0.04毫米就够，过盈太大会导致内齿圈变形，齿形精度超差，运转的时候噪音会变大，传动效率也会降，之前有客户自己装配的时候把过盈量做到了0.1毫米，装完之后盘车都卡，拆下来测齿形变形量超了0.08毫米，直接报废了。还有齿圈的轴向固定，不能只靠端盖压死，

　　要在齿圈和端盖之间留0.05到0.1毫米的热胀间隙，因为设备连续运转的时候油温会升到七八十度，金属热胀的量如果没有空间释放，会把端盖顶变形，甚至导致轴承抱死。这个结构的润滑方式也做了适配，齿圈的齿根处没有开油槽，因为内啮合的时候润滑油会顺着齿面被带到啮合区，开油槽反而会降低齿根的强度，只要在壳体对应齿圈的位置开两个进油口，对着啮合区喷油就能满足润滑需求，润滑油选极压齿轮油，能扛住重载下的油膜破裂问题。之前做台架试验的时候，这个结构的齿圈在额定扭矩下连续运转了1200小时，齿面磨损量不到0.01毫米，接触斑点沿着齿高方向占比超过70%，齿长方向占比超过80%，完全满足重载工况的使用要求，后来调整模数和齿数之后，也给新能源汽车的电驱减速箱做过配套版本，把齿宽做窄，修形量调整到0.008毫米，运转噪音能控制在65分贝以下，适配乘用车的NVH要求。建模的时候把所有的工艺倒角、退刀槽都做全了，没有缺特征，不管是做加工仿真还是有限元分析都能直接用，齿形的渐开线是按照基圆半径准确生成的，没有用近似圆弧代替，避免后续加工出来的齿形和设计值有偏差，安装孔的位置度公差也在模型里做了标注，和壳体的配做孔位置完全对应，不用二次调整。