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摘 要：行星齿轮传动系统具有体积小、重量轻、传动平稳、承载能力大以及传动效率高等优点。但是由于渐开线直齿轮在加工制造过程中存在制造误差、安装误差等因素，使传动系统容易产生冲击、振动、噪音且传动不平稳，进而使行星传动系统传动平稳、承载能力大的优良性能无法充分发挥。人字齿轮具有承载能力大、振动和噪声低且传动平稳等特点，能有效发挥其优势。所以需加强对于此方面的研发与探索，本文介绍了其特点及其研究现状。
关键词：NGW；行星传动；人字齿轮
一、NGW人字齿轮行星传动系统组成及原理
轮系可以获得较大的传动比，能作较远距离的传动。分为定轴轮系和行星轮系，其中行星轮系应用广泛。按照传动机构中齿轮的啮合方式分为：NGW、NN、NW、NGWN等等，其中的字母表示为：N-内啮合、W-外啮合、G-内外啮合公用行星齿轮。NGW人字齿轮行星传动系统主要由太阳轮a、行星轮c、内齿圈b、行星架x、输入轴及输出轴构成，其他辅助零件有滚动轴承、平键、螺栓等。其简图如下：
其工作原理为输入功率通过输入轴（电动机）传递给太阳轮a，太阳轮a与行星轮c（可以多个）啮合，将功率均匀分流给行星轮c，内齿圈b与的行星轮进行内啮合，行星轮c安装在行星架X上，使得行星架既有公转也有自转，最后功率经行星架汇流输出。
二、NGW人字齿轮行星传动系统特点和研究意义
行星齿轮传动具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动比大、传动效率高以及运动平稳等优点，行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比最具特性的优点是：在传递功率时可以进行功率分流以及输入轴与输出轴的同轴性。这一特性使得行星传动系统的结构非常紧凑，且承载能力大，达到轻量化设计的目的。由于行星传动系统具有多个对称且均匀分布在太阳轮周围的行星轮，使得行星轮作用在太阳轮和行星架（转臂）上的反作用力能相互平衡，并且使行星轮与转臂之间的作用力相互抵消，从而提高了传动装置的传动效率、抗冲击和振动能力以及传动的平稳性。由于行星传动系统的诸多优点，使得它广泛的应用于机械行业，有起重机械、工程机械、矿山机械等重型机械，有飞机、船舶、坦克等大型机械，有机床、汽车等中型机械，也有机械手、仪器仪表、机械表等小型机械。
目前，行星传动系统大多数采用渐开线直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，但是直齿轮和斜齿轮应用在大功率和重载荷机械设备存在一些问题，比如齿轮强度低、噪声和冲击振动大，这就使得机械设备存在一定的安全隐患。渐开线直齿轮用于两个相互平行的轴之间的传动，啮合过程是间歇性的，在啮合时同时进行轮齿的啮合和分离由于轮齿在制造中存在制造误差、安装误差等因素，将会凸显间歇传动的特性，导致传动装置的噪音大、冲击大且齿轮强度较低。斜齿轮既可用于两个相互平行的轴传动也可用于两个相互垂直的轴进行交错传动，在啮合时每一对轮齿的啮入啮出是渐次的，所以产生的冲击、振动和噪音较小，齿轮强度有所提高，传动比较平稳，适用于重载，但是在传动时会产生轴向分力，它使得装置之间的摩擦力增大，使装置易于磨损或损害，也存在一定的隐患
人字齿轮是两个左右完全对称的斜齿轮构成的，由于是对称结构，人字齿轮在传动时的振动冲击低、噪音小而且可以自平衡斜齿轮的轴向分力，齿轮的强度大，使得传动更加平稳，适用于大功率、重载荷机械。随着现代工业的快速发展，对行星传动系统的性能要求越来越高，尤其是航空航天和舰船等领域。如果某机械设备的行星齿轮传动装置的传动性能不好，不仅满足不了低冲击、低噪音、重载荷、高强度和传动平稳的工作要求，还会埋下安全隐患或发生安全事故。因此，引入采用人字齿轮的行星齿轮传动系统的结构具有重要意义。
三、行星齒轮传动研究现状
行星齿轮传动是机械传动中的一个非常重要部分，其具有传动比大、承载能力强、结构紧凑、体积小、传动效率高和传动平稳等诸多优点，优势突出、特点明显。基于行星齿轮传动技术开发的各种行星齿轮增减速器、差速器、换向机构越来越多的应用于航空、舰船、汽车、矿山、冶金等行业。
19世纪80年代初，第一个行星齿轮传动装置的专利在德国出现。19世纪以后，在汽车和飞机等行业快速发展的推动下，行星齿轮传动技术得到了迅速发展。19世纪20年代，第一批行星差动传动装置制造成功，并应用于汽车差速器。19世纪40年代末，各国大力发展汽车使用的行星差动传动装置。二战后，美国、英国、俄罗斯等国加快研制航空母舰、波音系列飞机、大型坦克及工程机械等高速大功率机械，进而使得行星传动系统得到快速发展。我国从1952年开始研制应用行星齿轮减速器，直到20世纪70年代，我国设计制定了四种NGW型行星齿轮减速器的标准。
国内外诸多学者对行星齿轮传动进行了深入的研究，并得到了许多显著的成果。王世宇等研究了行星齿轮传动的固有特性及模态跃迁现象；孙智民等]研究了NGW型行星齿轮传动的非线性动力学；LIN等研究了行星齿轮由啮合刚度变化引起的参数不稳定性；BAHK等则研究了行星齿轮传动非线性动力学的解析解；陆俊华等分析了行星齿轮传动的动态均载特性；KIM等分析了轮体横向振动导致的时变啮合角和时变重合度对系统动态响应的影响；ERITENEL等采用弯—扭—轴—摆耦合模型分析了斜齿行星齿轮传动的固有特性。
目前国内外齿轮界学者非常关注封闭差动行星齿轮传动，它不仅具有行星齿轮传动的特点，还具有功率分流，承载能力大等优点。近年来，学者们对封闭差动行星齿轮传动技术的研究不断深入，使得其飞速的发展，被广泛的应用。我国从一些先进国家引进了许多先进的机械产品，使得我国的机械设计领域开始研究封闭差动行星齿轮传动技术，我国的学者开始研究它，并慢慢的实践应用和推广。封闭差动行星齿轮传动装置在工程机械、起重机械、航空航天、舰船等领域均获得了很好的应用。
四、人字齿轮研究现状
齿轮传动是近现代机械传动中最常见的一种，齿轮的齿形设计与加工制造过程中的工艺水平的好坏，对产品的性能有很大的影响，由于齿轮在工业发展中的突出地位，可以说它是一个国家工业水平的象征。 渐开线齿轮的发展可以追溯到17世纪末，17世纪末，法国学者Philippe首先提出渐开线可作为齿形曲线；18世纪70年代中期，瑞士的Euler L.提出渐开线齿形轮廓后，渐开线齿廓在后来的齿轮发展中研究很多，如王玉新等在渐开线齿廓的研究；19世纪80年代初，德国工程师Hoppe提出了在压力角改变时的渐开线齿形，从而奠定了现代变位齿轮的理论基础；20世纪20年代初，美国的怀尔德哈伯首次提出圆弧齿廓的齿轮；20世纪60年代中期，原苏联科学家Novikov经过更加深入的研究后，将其投入实际应用中。之后国内诸多专家与学者投入到齿轮齿形与结构研究中，比如李海翔等首次提出分阶式双渐开线齿轮；周长江等齿轮柔度与误差的弯曲强度计算力点进行了研究，且推导出了关于齿轮弯曲强度计算力点的位置判别式。进入20世纪世纪，渐开线齿轮、锥齿轮、准双曲面齿轮、斜齿轮和蜗轮蜗杆等传动方式相继出现。
近年来，国内对人字齿轮的研究也越来越多。如赵宁等通过遗传算法对人字齿轮齿形的优化设计，使传动性能得到改善；廖映华等研究了啮合刚度和啮合误差的随机性对人字齿轮传动动力学特性的影响；吴新跃等通过对齿轮模型的振动与耦合分析，进而得到人字齿轮的振动理论分析模型；王艺杰等精确的建立人字齿轮三维模型，在静态和动态接触情况下对齿轮进行受理分析，研究了压力角和齿顶高系数在静态接触情况下对齿轮应力的影响，以及齿廓修形在动态接触过程中对齿轮啮合特性的影响。王峰等分析了人字齿轮传动系统振动传递特性；王成等根据齿轮啮合特性建立了人字齿轮动力学模型，并对其求解和分析。
綜上所述，随着齿轮行业的快速发展，诸多学者从多方面对人字齿轮进行深入的研究，得到了许多有关人字齿轮的成果，从而使得人字齿轮可以更多的应用在行星齿轮传动上。
参考文献
[1]郑世成，陈静珊，王丽君等.直齿与斜齿圆柱齿轮减速器性能的对比及其改进[J].机电产品开发与创新，2015，28（5）.
[2]赵宁，秋朋园，刘贵立.高重合度人字齿轮传动动态性能优化设计[J].国防科技大学学报，2015，（2）.
[3]饶振纲.行星齿轮传动设计（第2版）[M].北京：国防工业出版社，2014.10.
[4]LIN J， PARKER R G.Planetary gear parametric instability caused by mesh stiffness variation[J].Journal of Sound and Vibration，2002，249（1）：129-145.
关键词：NGW；行星传动；人字齿轮
一、NGW人字齿轮行星传动系统组成及原理
轮系可以获得较大的传动比，能作较远距离的传动。分为定轴轮系和行星轮系，其中行星轮系应用广泛。按照传动机构中齿轮的啮合方式分为：NGW、NN、NW、NGWN等等，其中的字母表示为：N-内啮合、W-外啮合、G-内外啮合公用行星齿轮。NGW人字齿轮行星传动系统主要由太阳轮a、行星轮c、内齿圈b、行星架x、输入轴及输出轴构成，其他辅助零件有滚动轴承、平键、螺栓等。其简图如下：
其工作原理为输入功率通过输入轴（电动机）传递给太阳轮a，太阳轮a与行星轮c（可以多个）啮合，将功率均匀分流给行星轮c，内齿圈b与的行星轮进行内啮合，行星轮c安装在行星架X上，使得行星架既有公转也有自转，最后功率经行星架汇流输出。
二、NGW人字齿轮行星传动系统特点和研究意义
行星齿轮传动具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动比大、传动效率高以及运动平稳等优点，行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比最具特性的优点是：在传递功率时可以进行功率分流以及输入轴与输出轴的同轴性。这一特性使得行星传动系统的结构非常紧凑，且承载能力大，达到轻量化设计的目的。由于行星传动系统具有多个对称且均匀分布在太阳轮周围的行星轮，使得行星轮作用在太阳轮和行星架（转臂）上的反作用力能相互平衡，并且使行星轮与转臂之间的作用力相互抵消，从而提高了传动装置的传动效率、抗冲击和振动能力以及传动的平稳性。由于行星传动系统的诸多优点，使得它广泛的应用于机械行业，有起重机械、工程机械、矿山机械等重型机械，有飞机、船舶、坦克等大型机械，有机床、汽车等中型机械，也有机械手、仪器仪表、机械表等小型机械。
目前，行星传动系统大多数采用渐开线直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，但是直齿轮和斜齿轮应用在大功率和重载荷机械设备存在一些问题，比如齿轮强度低、噪声和冲击振动大，这就使得机械设备存在一定的安全隐患。渐开线直齿轮用于两个相互平行的轴之间的传动，啮合过程是间歇性的，在啮合时同时进行轮齿的啮合和分离由于轮齿在制造中存在制造误差、安装误差等因素，将会凸显间歇传动的特性，导致传动装置的噪音大、冲击大且齿轮强度较低。斜齿轮既可用于两个相互平行的轴传动也可用于两个相互垂直的轴进行交错传动，在啮合时每一对轮齿的啮入啮出是渐次的，所以产生的冲击、振动和噪音较小，齿轮强度有所提高，传动比较平稳，适用于重载，但是在传动时会产生轴向分力，它使得装置之间的摩擦力增大，使装置易于磨损或损害，也存在一定的隐患
人字齿轮是两个左右完全对称的斜齿轮构成的，由于是对称结构，人字齿轮在传动时的振动冲击低、噪音小而且可以自平衡斜齿轮的轴向分力，齿轮的强度大，使得传动更加平稳，适用于大功率、重载荷机械。随着现代工业的快速发展，对行星传动系统的性能要求越来越高，尤其是航空航天和舰船等领域。如果某机械设备的行星齿轮传动装置的传动性能不好，不仅满足不了低冲击、低噪音、重载荷、高强度和传动平稳的工作要求，还会埋下安全隐患或发生安全事故。因此，引入采用人字齿轮的行星齿轮传动系统的结构具有重要意义。
三、行星齒轮传动研究现状
行星齿轮传动是机械传动中的一个非常重要部分，其具有传动比大、承载能力强、结构紧凑、体积小、传动效率高和传动平稳等诸多优点，优势突出、特点明显。基于行星齿轮传动技术开发的各种行星齿轮增减速器、差速器、换向机构越来越多的应用于航空、舰船、汽车、矿山、冶金等行业。
19世纪80年代初，第一个行星齿轮传动装置的专利在德国出现。19世纪以后，在汽车和飞机等行业快速发展的推动下，行星齿轮传动技术得到了迅速发展。19世纪20年代，第一批行星差动传动装置制造成功，并应用于汽车差速器。19世纪40年代末，各国大力发展汽车使用的行星差动传动装置。二战后，美国、英国、俄罗斯等国加快研制航空母舰、波音系列飞机、大型坦克及工程机械等高速大功率机械，进而使得行星传动系统得到快速发展。我国从1952年开始研制应用行星齿轮减速器，直到20世纪70年代，我国设计制定了四种NGW型行星齿轮减速器的标准。
国内外诸多学者对行星齿轮传动进行了深入的研究，并得到了许多显著的成果。王世宇等研究了行星齿轮传动的固有特性及模态跃迁现象；孙智民等]研究了NGW型行星齿轮传动的非线性动力学；LIN等研究了行星齿轮由啮合刚度变化引起的参数不稳定性；BAHK等则研究了行星齿轮传动非线性动力学的解析解；陆俊华等分析了行星齿轮传动的动态均载特性；KIM等分析了轮体横向振动导致的时变啮合角和时变重合度对系统动态响应的影响；ERITENEL等采用弯—扭—轴—摆耦合模型分析了斜齿行星齿轮传动的固有特性。
目前国内外齿轮界学者非常关注封闭差动行星齿轮传动，它不仅具有行星齿轮传动的特点，还具有功率分流，承载能力大等优点。近年来，学者们对封闭差动行星齿轮传动技术的研究不断深入，使得其飞速的发展，被广泛的应用。我国从一些先进国家引进了许多先进的机械产品，使得我国的机械设计领域开始研究封闭差动行星齿轮传动技术，我国的学者开始研究它，并慢慢的实践应用和推广。封闭差动行星齿轮传动装置在工程机械、起重机械、航空航天、舰船等领域均获得了很好的应用。
四、人字齿轮研究现状
齿轮传动是近现代机械传动中最常见的一种，齿轮的齿形设计与加工制造过程中的工艺水平的好坏，对产品的性能有很大的影响，由于齿轮在工业发展中的突出地位，可以说它是一个国家工业水平的象征。 渐开线齿轮的发展可以追溯到17世纪末，17世纪末，法国学者Philippe首先提出渐开线可作为齿形曲线；18世纪70年代中期，瑞士的Euler L.提出渐开线齿形轮廓后，渐开线齿廓在后来的齿轮发展中研究很多，如王玉新等在渐开线齿廓的研究；19世纪80年代初，德国工程师Hoppe提出了在压力角改变时的渐开线齿形，从而奠定了现代变位齿轮的理论基础；20世纪20年代初，美国的怀尔德哈伯首次提出圆弧齿廓的齿轮；20世纪60年代中期，原苏联科学家Novikov经过更加深入的研究后，将其投入实际应用中。之后国内诸多专家与学者投入到齿轮齿形与结构研究中，比如李海翔等首次提出分阶式双渐开线齿轮；周长江等齿轮柔度与误差的弯曲强度计算力点进行了研究，且推导出了关于齿轮弯曲强度计算力点的位置判别式。进入20世纪世纪，渐开线齿轮、锥齿轮、准双曲面齿轮、斜齿轮和蜗轮蜗杆等传动方式相继出现。
近年来，国内对人字齿轮的研究也越来越多。如赵宁等通过遗传算法对人字齿轮齿形的优化设计，使传动性能得到改善；廖映华等研究了啮合刚度和啮合误差的随机性对人字齿轮传动动力学特性的影响；吴新跃等通过对齿轮模型的振动与耦合分析，进而得到人字齿轮的振动理论分析模型；王艺杰等精确的建立人字齿轮三维模型，在静态和动态接触情况下对齿轮进行受理分析，研究了压力角和齿顶高系数在静态接触情况下对齿轮应力的影响，以及齿廓修形在动态接触过程中对齿轮啮合特性的影响。王峰等分析了人字齿轮传动系统振动传递特性；王成等根据齿轮啮合特性建立了人字齿轮动力学模型，并对其求解和分析。
綜上所述，随着齿轮行业的快速发展，诸多学者从多方面对人字齿轮进行深入的研究，得到了许多有关人字齿轮的成果，从而使得人字齿轮可以更多的应用在行星齿轮传动上。
参考文献
[1]郑世成，陈静珊，王丽君等.直齿与斜齿圆柱齿轮减速器性能的对比及其改进[J].机电产品开发与创新，2015，28（5）.
[2]赵宁，秋朋园，刘贵立.高重合度人字齿轮传动动态性能优化设计[J].国防科技大学学报，2015，（2）.
[3]饶振纲.行星齿轮传动设计（第2版）[M].北京：国防工业出版社，2014.10.
[4]LIN J， PARKER R G.Planetary gear parametric instability caused by mesh stiffness variation[J].Journal of Sound and Vibration，2002，249（1）：129-145.