K-H-V什么意思

K-H-V型少齿差行星轮系在钻掘机械中的优化设计

内容摘要摘要：小体积、大传动比等优点使少齿差行星轮系在钻掘机械中得到了广泛的应用，通过模糊可靠性设计，寻求最佳设计参数，保证了传动装置可靠性好、寿命长，对钻掘机械的正常运行起到了重要的作用。
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殷素峰1，廖新根2 ,何伟2

(1.河北科技大学 机械学院， 河北 石家庄 050054

2.东莞理工学院 城市学院, 广东 东莞 523106 ）

摘要：小体积、大传动比等优点使少齿差行星轮系在钻掘机械中得到了广泛的应用，通过模糊可靠性设计，寻求最佳设计参数，保证了传动装置可靠性好、寿命长，对钻掘机械的正常运行起到了重要的作用。

关键词：钻掘机械; 优化设计; 少齿差； 可靠性

The optimal design of K-H-V gear galaxy with fewer tooth difference in milling machine

Yin Sufeng1，Liao Xingen2，He Wei 2

（1．Hebei University of Science and Technology Mechanical College，Shijiazhuang，Hebei 050054

2．Dongguan University of Technology City College，Dongguan，Guangdong 523106）

Abstract：The advantages of gear galaxy with fewer tooth difference, such as little volume and big transmission ratio , make it applied widely in milling machine. According to fuzzy reliability optimal design, reasonable parameters are found to assure the reliability and prolong the life of the transmission, as a result, which make an effect on operation of milling machine.

Key word: milling machine；optimal design；fewer tooth difference；reliability

1、K-H-V型少齿差行星轮系传动原理

目前，在岩土钻掘机械中，如转盘式钻机、动力头钻机、冲击反循环钻机、牙轮钻机、旋挖钻机等，其变速机构广泛采用圆柱齿轮减速器，行星齿轮减速器，涡轮减速器，摆线针轮减速器，而K-H-V少齿差传动装置与其相比结构更加简单、体积小，承载能力大、耐疲劳，使用可靠。 K-H-V型少齿差行星轮系传动原理如图1所示， 在这种少齿差行星齿轮传动中，只有一个太阳轮(用K表示)、一个行星架（用H表示）和一根带输出机构的输出轴(用V表示)，故又称这种轮系为K—H—V行星轮系。行星轮1与内齿轮2的齿数差为1~ 4，这种轮系用于减速时，行星架H为主动件，行星轮1为从动件。输出的运动为行星轮的转动。其传动比

由上式可知，如齿数差（z2－z1）很小，就可以获得较大的单级减速比，当z2－z1=1时 ，即“一齿差”时，则 。由此可见，这种轮系可用很少几个构件，就可获得相当大的传动比。

由于上述优点，渐开线少齿差行星齿轮减速器在岩土钻掘机械中得到了较为广泛的应用。但该传动的设计计算比较复杂,传统的设计方法根据材料的物理机械性能，采用材料力学的弹性理论进行计算,没有充分考虑材料机械性能参数的离散性设计影响,要么其工作可靠度不够,要么造成材料浪费，因此，只有在考虑全部变量的离散性和约束条件模糊性基础上,进行优化计算,才能够保证设计出更为合理的少齿差传动机构。

2、K-H-V少齿差行星轮系模糊优化基本原理

在K-H-V少齿差行星传动中,齿轮副许用弯曲应力是一个模糊量，根据模糊数学和概率论知识，如果使齿轮副许用弯曲应力的模糊可靠度R不低于要求可靠度R0，就能够设计出既能满足使用要求，又能显著节省材料，提高机械性能的变速器。

模糊可靠度计算如下

μA (x) 为隶属函数

p(x) 为概率密度函数

在K-H-V少齿差行星传动中, 齿轮副弯曲应力近于对数正态分布,其概率密度函数为

μ为变量x对数均值，σ为变量x的对数标准差。

许用弯曲应力模糊隶属函数为降半梯形分布

α1、α2为许用应力

将（2）、（3）式代入（1），得齿轮副齿根弯曲强度模糊可靠度

φ为标准正态函数

3、优化设计分析

1、目标函数

以K-H-V少齿差行星系体积最小为设计目标,从图1可知其体积大小主要取决于内齿轮顶圆直径和齿宽,因此，其目标函数可设为

2、强度约束

在K-H-V少齿差行星传动中,由于行星轮和内齿轮曲率半径相差甚小, 相互接触面积大,接触应力较小 ,其主要的失效形式一般为轮齿折断,而不会产生齿面点蚀破坏,所以只需进行齿根弯曲强度计算，而不需考虑接触疲劳强度的计算。取内齿轮、行星轮弯曲强度的要求可靠度R0为0.995,则弯曲强度模糊可靠性约束条件为

R1、R2计算如下：

K-H-V少齿差行星传动轮齿弯曲强度的要求

K为载荷系数；Ft为圆周力；YFα 为齿形系数；YSα为应力修正系数；Ys 为重合度系数；φd为齿宽系数；m为模数；z 为齿数

CσF为变异系数

将σ、μ代入（4）式，得 R1、R2

3、运动约束

(1)不产生齿廓重叠干涉条件

δ1、δ2为辅助角

αe1、αe2为行星轮、内齿轮的齿顶压力角

(2)连续传动条件

α为传动啮合角

4、几何约束

(1)根据模数应大于零，得

(2)根据轮齿不根切条件，得

(3)根据齿宽限制条件，得

4、优化结果及存在的问题

某旋挖钻机动力头采用渐开线"一齿差"少齿差传动，要求内齿轮分度圆直径不大于400mm，传动比i=75，输入轴转速1500r/min，额定输出转矩T2=30KN，在满足强度可靠度R≥0.995条件下进行模糊可靠性优化设计。优化设计前后对照如表1。

表1 优化设计前后对照表

m z1 b f(X)

优化前 6 75 80mm 12.7×106mm3

优化后 6 66 71mm 8.7×106mm3

通过优化设计，K-H-V少齿差传动装置在钻掘机械中的体积明显减小，节约了材料，降低了生产成本，在实际应用中轮齿接触性能也有所改善，受载均匀，在使用过程中工作良好，但为了防止由于齿数差很小而引起的内啮合轮齿的干涉，需要采用具有很大啮合角( 54°~ 64°)的正传动，当传动速度小于980r/min,或速度过高时、容易自锁，并且有较大的轴向压力。此外，K-H-V少齿差传动还需要一个输出机构，致使其传递的功率和传动效率受到了一些限制。因此，少齿差传动在钻掘机械的应用还需作进一步的研究，但可以肯定的是少齿差传动在钻掘机械的应用前景是乐观的。