GeraldFox,EricJalat（铁姆肯公司）
摘要:行星齿轮系统配备的一般是双支撑的行星惰轮，用销轴支撑在行星架的输入和输出端。行星架的扭曲变形，销轴的定位精度，行星齿轮系统零部件的加工公差和轴承的间隙都能引起行星惰轮之间载荷分配的不均匀以及弯曲状态下的齿轮无法正常啮合。双悬臂柔性销概念的使用可以让众多行星惰轮之间实现更好的载荷分配和更好的齿轮啮合，这种概念被应用于先进的驱动系统中从而提高可靠性已经有很多年的历史了。由于提高了齿轮正确啮合的概率，这种方法可以用来建立一种在齿轮宽度方向提高功率密度的柔性行星轮系统。本文的主题，集成式柔性销轴承，可以通过轴承零部件、齿轮和销轴的集成在齿轮直径方向上提高功率密度。本文为设计人员提供了一种通过优化集成式柔性销轴承从而提高行星齿轮箱的可靠的方法。
前言
行星齿轮系统的设计挑战
行星齿轮系统特别适合于在尺寸相对较小和功率密集的组件内实现高的减速比。图1所示为典型的双支撑行星惰轮。
行星齿轮系统的各种特性使其成为设计人员普遍的选择，它被广泛地应用于各种各样的备中，包括汽车变速箱、路外机械的轮端驱动、风电齿轮箱和水泥破碎机等。
正如其它任何形式的动力传动系统那样，为了确保动力传动系统有较高可靠性，工程师在设计阶段面临着很多分析性的挑战。在行星齿轮系统里，由于公转和自转零部件传送功率时存在复杂的相互作用，这个挑战因而显得特别困难。
在传统的行星齿轮系统中，行星齿轮中心线之间的距离由设计确定，处于一个固定的范围内。众所周知，各个行星轮之间的载荷分配是不均等的。同样，每个啮合点处的应力分布也是变化的。每个啮合点处的载荷分配和应力分布受到总体设计的布置、齿隙游移公差、零部件设计公差、制造精度、零部件变形和热膨胀扭曲等的重大影响。图2以夸大的形式示出在其它行星齿轮啮合点接触之前行星轮a1的啮合点已经开始进行接触。在一个刚性系统中，这个情况就会引起行星惰轮之间的不平衡的载荷分布。
解决这种差异性的传统方法是在设计阶段应用安全系数。有关考虑行星轮载荷分配的安全系数，行星架组件的扭曲变形，施加到齿轮面上的接触压力等文章都由AGMA（美国齿轮协会）和其他出版物发表，并被频繁且成功地应用于当今的设计过程中。此外，非常先进的计算机程序将有限元分析法同齿轮设计的计算方法和上面提到的安全系数相结合并可应用于商业中，这种方法被大多数齿轮设计中心结合他们自己的专利设计一起使用。
但是，正像所有其它的设备形式那样，经济性不断要求增加功率密度和改进可靠性。一般的方法是去试图建立更多的行星齿轮用来降低每个啮合点的载荷和应力。但是随着行星齿轮的增多，每个行星轮传递功率的不确定性也增加了。因此，安全系数（例如Kgamma系数）就被应用于设计使其变得保守，但这样就使一些提高功率密度的努力前功尽弃。
此外，设计人员还应用了很多新奇的设计去构建有助于在行星轮之间更均匀地分配载荷的行星齿轮系统，并以此来提高功率密度。总而言之，那样的改进是在齿轮轮系中使用柔性的零部件，用于补偿间隙的差异性但又不会负面的效果。它们包括：
（1）应用柔性齿圈，但是由于齿圈的径向挠度不足以补偿各种啮合点处存在的间隙（游隙偏移）差异，所以这种方法并不总是有效的。
（2）浮动齿圈系统（用于某些路外设备）。
（3）浮动太阳齿轮。
（4）浮动行星架。
（5）带浮动元件的双斜齿轮。
（6）浮动行星齿轮，还可称作柔性销或缩写为Flexpin。
本文的下面部分将讲述一种编号为6的,称作集成式柔性销（IntegratedFlexpinBearingIFB）的新产品的优点。
什么是集成式柔性销轴承？
前文提到的柔性销设计由英国发明家RayHicks在1960年左右发明。它采用将行星齿轮固定在一个柔性的行星架上来达到行星齿轮之间载荷的均匀分配。与一般的行星齿轮位置固定不同的是，柔性销能够在圆周方向独立地弯曲，大大有助于行星齿轮之间力的平均分配，无论传递的扭矩有多大。这个特性此后在本文中称作柔性变形。
扭转顺从性应用双悬臂梁的设计来实现，如图3所示。将它简单叙述如下：当两个切向力施加于柔性销齿轮上时，来自行星架上悬臂销轴的弯曲引起的角度挠度能够被相反方向来自销轴另一端的悬臂套筒的弯曲引起的角度挠度所抵消。如果在设计销轴和套筒的截面时以此为目标，每个齿轮接触处的挠度将遵循着一个圆周运动。这意味着，齿轮接触的轴线将不会由于角度定位的不精确而向侧面倾斜，也不会由于行星架的扭曲变形而超前。
柔性销的设计已经应用于各种类型的设备中。其设计一般包括分立部件的总成，它包括齿轮、销轴、安装的套筒、支撑片、带帽螺钉和各种形式的滚动元件轴承座圈和衬套。典型的安装排列见图4。
该设计的目的是要建立一个如图5所示的扭曲柔性系统。此外，因为齿轮具有较小偏离轴线的倾向，单个侧面行星架不再扭曲，可以认为齿轮在所有啮合点都有非常高的保持对中的概率。所以柔性销能允许设计人员使用较窄的齿轮，并仍然能够避免应力集中。因此，在轴线方向的功率密度得到改进。