深度解析行星减速机齿轮系统的参数，材质，种类与传动逻辑

发布时间：

2025-04-21

行星齿轮减速机是由一组（或多组）行星轮、太阳轮、内齿圈等组成的减速机。下图中中间那颗小齿轮为太阳轮，在内齿圈和太阳轮分布的多个自转的几颗齿轮为行星轮。

一、行星减速机齿轮的参数

分度圆直径d等于模数m乘以齿数z，即m=d/z。

模数的理解

它直接关联着齿距，从而反映了齿轮齿厚的大小，是齿轮齿本身尺寸的重要指标。

在齿轮的众多参数中，模数m是一个衍生参数。图1展示了其推导过程。

首先，我们定义了齿距p，并通过公式πd=pZ推导出d=p/πZ。在此基础上，我们人为地设定模数m等于p/π，以此作为齿轮设计的基础参数。

分度圆：标准齿轮中为槽宽和齿厚相等的那个圆，即e=s。

齿轮并非孤立的，它们往往成对出现，形成传动比。这引发了一个核心问题：如何确保两个尺寸不同的齿轮能够顺畅啮合？

显然，要实现这一点，它们的模数和压力角必须分别相等。然而，从齿轮的发明者的视角来看，事情并非总是那么直观。最初，人们可能仅仅使用矩形齿，而没有渐开线的概念。

为了确保两个齿轮能够顺利啮合，一个齿轮的齿厚必须与另一个齿轮的齿槽宽度相等。否则，它们可能会卡住。因此，需要找到一个能够直接反映齿轮齿厚的物理量。

最终，聪明的先辈们发现了齿距这个量。只要齿距相等，无论齿轮的齿数如何，它们都能顺畅地啮合。这一发现至关重要。

一旦确定了齿距，我们可以通过将齿数与齿距相乘来得到周长。进而，我们可以推导出模数的定义：模数实际上代表了齿距，即齿的大小。这就是模数的物理意义。

分度圆是为了便于齿轮设计和制造而选择的一个尺寸参考。齿轮分度圆上具有标准的模数和标准的压力角。

压力角：齿廓接触点的法线与分度圆切线之间的夹角α’。

压力角的大小对齿轮性能有着显著影响。压力角越小，齿轮的重合度越高，从而降低噪音，但这也可能导致更多的磨损和效率损失。另一方面，压力角越大，齿轮的啮合线越短，这有助于提高接触应力和齿根强度，但也可能对轴承提出更高要求，并可能增加摩擦和噪音。在实际应用中，常见的压力角值包括15°、17.5°、20°和25°。例如，20°压力角的齿轮常用于轻载和高速度传动场景，而25°压力角的齿轮则更适用于重载应用。

二、行星减速机齿轮的材质

在齿轮材料的选取中，我们要考虑很多因素。齿轮的齿体需要具备抗折断能力，而齿面要有抗点蚀、抗磨损和抗胶合能力，这就需要满足齿面硬度高、芯部韧性好的特点。

行星减速机齿轮用的是合金钢20CrMnTi（它是一种渗碳钢，常用于汽车传动齿轮的制造。这种钢含有适量的碳（0.17%-0.24%），并加入了Cr、Mn、Ti元素，使得其淬透性优异），经合适的热处理后，其抗拉强度≥1080MPa，屈服强度≥835MPa，能承受较大的载荷，适用于制造承受重载的零件，韧性好，耐磨性强。

三、行星减速机的齿轮加工工艺

齿轮的加工工艺也是关键！齿胚锻造、平面钻中心孔、精车齿胚、滚齿、插齿、剃齿、磨齿、花键轧齿、热处理，这些工艺环环相扣，共同完成了齿轮的生产加工。

毛坯制造：太阳轮、行星轮和内齿圈等齿轮部件的毛坯制造是第一步。这一环节需依据设计与尺寸来抉择锻造或精密铸造方法。锻造能优化金属内部组织，增强强度与韧性；精密铸造则对形状复杂的毛坯在尺寸精度控制上更具优势。

齿形加工：太阳轮和行星轮的加工多采用滚齿和磨齿法。在滚齿过程中，滚齿机上滚刀与毛坯相对运动，滚切出齿形，效率颇高。滚齿后为达更高精度，常以磨齿为辅，磨齿可修正齿形误差，保障啮合平稳性。内齿圈加工较复杂，常运用插齿或拉齿法，插齿就是利用插齿刀在插齿机上加工内齿圈齿形。