一、大型行星减速器行星结构损坏现象
行星轮齿面微裂纹：由于行星结构均载性的影响，微观上各行星轮受力实时变化，虽然行星齿面为硬齿面齿轮，但因长期受力不均衡，会使齿面加大磨损，齿面油膜形成发生变化，这引起齿 面长期运转后易产生微裂纹。
行星轮轴承损坏： 大型行星减速器行星轮轴一般设计为调心滚子轴承， 可适应于行星轮偏斜，但长期运行过程中，常出现轴承滚子划伤、磨损加剧，或者保持架损坏、轴承外圈断裂等现象，远未达到设计要求。
行星轮内孔疲劳裂纹：行星轮长期运行后，常出现行星齿轮内孔拉伤或疲劳裂纹。如图 1，断口形貌具有典型的疲劳断裂特征，在行星轮内孔处有辉状纹路，其收敛于内孔浅表层，属于裂纹起源区，裂纹扩散并最终与齿槽附近快速断裂形成粗糙的撕裂区。
图 1 某大型行星减速器行星轮内孔疲劳裂纹
行星轮轴承外圈滑动： 行星轮内孔与轴承外圈配合一般为过盈配合，装配过程中采取加热烘装方式，但在损坏的某型行星减速器中， 发现行星轮外圈滑动，而载荷并没有出现突变。图2是某型行星轮内孔滑动痕迹，图3是行星轮轴承外圈痕迹。
图2 某型行星减速器行星轮内孔痕迹
图 3 某型行星减速器行星轴承外圈痕迹
二、微观原因分析
行星传动均载系数影响： 行星传动的均载系数通常受到行星架行星安装孔位置度的制造精度、行星轮重量偏差，行星滚动轴承间隙、行星轮内孔配合等多方面因素影响，使均载系数超出原设计 输入参数。行星轮在实际运转时，行星轮受力不断发生变化，引起瞬间冲击，减少行星传动使用寿命。瞬间冲击带来的扭矩变化，超出原行星轮在额定负荷的计算要求，行星传动实际运转中已超出了设计的传扭能力，长期运转后瞬间冲击将发生几何数量级增长。
行星轮壁厚影响：在常规设计手册中，行星轮内孔的壁厚通常是齿轮模数的2.5-4 倍，这种设计规范是基于原中小型齿轮传动长期经验数据的模拟，但行星传动向大型化方向发展时，行星轮内孔逐步增大，传扭能力也相应加大，使原壁厚设计理论留下了一定的局限。行星轮内孔壁厚在受力逐步增大情况下，其变形将加剧，引起行星轴承受到额外的附加力。
行星轴承寿命计算影响：行星轮轴承设计计算时，通常采取额定负荷或最大负荷计算行星轮轴承，但在瞬间冲击时，行星轮的实际负荷将远超出最大负荷，虽然留有安全裕度，但远没有达到行星轴承瞬间冲击的要求。长期运转后，行星轮轴承寿命将大幅度缩短，无法达到减速器的使用要求。应综合考虑持续瞬间冲击的影响。
行星轮内孔微观变形： 行星轮运转中，理论上行星轮齿面是除受到内齿圈和太阳轮的扭矩外，内孔只承受行星轮轴承切向力，但在实际运行中，由于行星安装孔的位置精度影响，内孔持续发生变化，行星轮内孔微小变形，形成一个椭圆，通过不断的周期性椭圆，行星轮轴承外圈受到周期性的外力，使行星轮轴承绕行星内孔滑动，使齿轮啮合发生变化。
瞬间冲击影响： 大型行星减速机长期使用过程中的瞬间冲击数据还无法准确掌握，但瞬间冲击对行星齿轮造成的影响非常大，现基于瞬间冲击t为冲击产生时间，可通过瞬间扭矩按下列公式进行计算。
三、有限元仿真分析
有限元模型建立：大型行星减速器二级行星结构中，二级行星轮受力最复杂，受影响最大，对二级行星轮进行研究，可以解决二级行星结构可靠性关键技术。因此，本文只对二级行星轮作为有限元研究重点，忽略行星架的影响。 以某大型行星减速器二级行星轮进行有限元模型建立，齿轮主要参数为:模数Mn:14mm，齿数Z:42,齿顶圆直径:ф622.62mm,内孔直径:ф440,齿宽:300mm,材料:17CrNiMo6，将齿轮啮合力转化到行星轮轴承受力为430kN。三维模型见图 4。
图 4 某大型行星减速器行星轮三维模型
通过网格划分，建立有限元模型，齿部啮合放大图见图 5。
图 5 齿部啮合放大图
有限元计算结果：①应力计算结果。结果显示见图 6：吊装孔处最大等效应力约91.229MPa，齿根处应力最大约95.197MPa，最大应力位于齿面约344.17MPa。而17CrNiMo6 材料的拉伸屈服点为850MPa。虽然吊装孔、轮齿齿根处应力远小于材料屈服点，但通过分析，此二处仍然为轮齿应力集中部位。
图 6 有限元计算应力仿真图
②变形结果。通过仿真分析，忽略轴承对行星轮内孔的影响，其最大变形为0.104mm，轴承受力方向最大，与受力方向垂直的变形也达到0.04mm，行星轮内孔在受力情况下是椭圆。变形详见图 7。
图 7 有限元计算变形仿真图
同一外径下壁厚变化影响：在相同的齿轮模数与齿数下，将行星轮齿根与内孔的壁厚按2.5Mn、3Mn、3.5Mn、4Mn 进行分析计算，计算齿根处的应力变化。
以上述二级行星轮为例进行三维模型设计，齿形应力见图 8，进行网格划分后，计算结果如表 1。
图 8 有齿形应力仿真图
经过分析，将直径小于3.9之后，齿根应力的变化就很微小，内孔变形量也可忽略不计，因此，大型行星齿轮减速器的行星轮壁厚在设计时，应控制在3.9-4.2Mn时，确保内孔变形满足要求。
表1 壁厚变化计算结果
四、解决方案
增加行星内孔壁厚：适当增加二级行星轮的壁厚，提高壁厚模数比，增强二级行星轮的刚度。增大吊装孔距离齿根的距离，改善受力情况。
调整行星轮轴承寿命计算： 行星轴轴承计算时，适当增加冲击系数，在原冲击系数的基础上，增加可靠性系数，提高行星轮轴承承受长期瞬间冲击的能力。
提高行星轮内孔公差： 根据行星轮温升的情况，适当提高行星轮公差的过盈配合，避免因行星轮温升导致发生行星轮轴承的外圈滑动。
基于瞬间冲击的齿轮强度计算： 长期不稳定瞬间冲击，将使硬齿面齿轮齿面发生微裂纹，因此，在计算齿轮强度时，对于接触安全系数也应进一步提高，减少齿面的功率密度，提高长期运转的可靠性。
加大润滑冷却： 加大润滑冷却，进一步降低行星轮运转后温升对行星轴承的影响，可有效提高长期运转的可靠性，而且对于齿面微裂纹改善也有积极作用。
优化零部件制造： 加工和装配误差，以及装配时清洁度不够等因素也可能导致行星级均载出现异常，从而导致行星轮始终处于超负荷状态运行。因此，制造过程中要特别关注行星轮的加 工质量和装配清洁度。尤其是内孔表面质量是影响疲劳强度的重要因素之一，影响系数如表2所示。
表 2 影响系数
五、结论
本文通过对大型行星齿轮减速器行星轮损坏现象进行分析，利用有限元技术，对行星轮损坏进行了理论分析与剖析，提出了行星减速器可靠性提升的设计与制造解决方案，可广泛应用于大型行星齿轮减速器的可靠性提升。