刚柔耦合大型行星齿轮减速机动态特性研究.pdf

摘要

随着全球经济的飞速增长，起重设备已经变成了帮助人们减轻重体力、提

升工作效率、实现机械智能化和确保生产安全的核心工具，并在多个行业中得

到了广泛应用。而大吨位起重机用减速机作为一种起重机中的核心部件，其设

计与制造水平直接影响到整个起重设备的性能及使用寿命。随着国内产品的种

类逐渐增多，制造的品质也在持续提升，同时在产品生产过程中，物料的装卸

和搬运成本所占的份额也在逐渐上升，从而对大吨位重载起重机的需求仍在持

续增长。目前，在中国国内，重载起重机的大型提升减速机主要依赖于外国进

口，并且价格相对较高。如果使用两个较小吨位的机型同时运行，这不仅会增

加结构的复杂性，还会导致故障率和维护成本的增加。因此，本文研究设计出

一种性能良好、安全可靠并且造价低廉的起重机用大型减速机具有非常重要的

意义。

根据大型行星齿轮减速机工作要求，设计行星齿轮减速机齿轮传动系统方

案；基于行星齿轮减速机的结构特点，对齿轮传动系统进行理论分析计算建立

动力学微分方程，得出行星齿轮减速机的动力学模型，为后续的动态特性研究

提供理论基础。根据设计方案最终得到的部件参数建立行星减速机的三维数字

化模型。

通过多体动力学分析软件对行星减速机整机进行动力学仿真模拟。研究了

各级每个齿轮的啮合力情况，在此基础上研究不同转速和扭矩下的齿轮副啮合

力情况及运动平稳性。考虑行星减速机在变转速定负载作用下齿轮副运动及受

力情况，查看齿轮副运动规律及受力情况并检验了其正确性，后面对行星减速

机在定转速变负载作用下进行动力学仿真，得出减速机在工作过程中各零件所

受到的实际作用力，验证了行星减速机数字化模型设计的合理性，为下文进行

刚柔耦合仿真分析及齿轮修形提供依据。

研究刚柔耦合技术理论并基于刚柔耦合仿真技术，将齿轮副、行星架柔性

化，创建了行星减速机的刚柔耦合仿真模型。对行星减速机进行了刚柔耦合仿

真分析，研究了各级齿轮副和一级、二级行星架所受应力情况，根据前文研究

结果，利用软件对各级行星轮进行修形，并对修形后的齿轮副齿轮应力情况进

行验证，结果显示了修形设计的合理性。

根据仿真分析得出的结论制造了该行星齿轮减速机的样机，并对其性能进

行了试验研究，搭建试验平台，分别进行跑合、传动效率及可靠性能试验。获

取了转速、扭矩、温度、传动效率等数据，根据试验结果数据分析及零件产品

观测验证了优化改进后的大型行星齿轮减速机的可靠性，也加快了产品推向市

场的速度。

关键词：刚柔耦合，行星齿轮，动力学仿真，齿轮修形

Abstract

Withtherapidgrowthoftheglobaleconomy,liftingequipmenthasbecomea

coretooltohelppeoplereduceheavyphysicalstrength,improveworkefficiency,

realizemechanicalintelligenceandensureproductionsafety,andhasbeenwidely

usedinmanyindustries.Asacorecomponentinthecrane,thedesignand

manufacturinglevelofthereducerforlarge-tonnagecranesdirectlyaffectsthe

performanceandservicelifeoftheentireliftingequipment.Withthegradualincrease

inthevarietyofdomesticproducts,thequalityofmanufacturingisalsocontinuingto

improve,andatthesametime,intheproductionprocess,theshareofmaterialloadin