为满足骨钻的使用灵巧、输出力矩大等要求，在骨钻结构设计中一般采用行星减速器进行增矩、降速，而受空间结构的限制，行星轮与销轴之间空间太小，无法安装轴承，只能采用小间隙配合，行星减速器结构如图1所示。但骨钻在高转速运行时，行星减速器中各转动齿轮间会产生较大摩擦阻力，摩擦导致发热，同时高转速运行时销轴与行星轮内孔配合间隙小，行星轮内孔中润滑油极易被挤出，导致润滑不良而发热;另外骨钻运行过程中工作阻力大，浮动的行星轮易出现齿轮啮合偏载的现象引发噪声。
国内外学者针对减速器振动、噪声问题进行了大量的研究。王鑫兴等针对全自动攻丝机用行星减速器振动、噪声问题，进行齿轮微观修形完成降噪研究;陈新从齿轮的参数、结构、精度和材料等入手对齿轮噪声进行控制;周飞等研究配齿和设计参数对 3K 型行星减速器传动效率的影响;胡润凤从振动、润滑、齿形等方面分析影响减速器噪声的因素;谭建军等对行星减速器传动啮合偏载原因从行星轮弯矩、销轴非对称结构进行分析;张树平研究齿轮参数和加工精度对齿轮传动噪声的影响。本文针对上述问题，主要从行星减速器润滑不良、摩擦发热、啮合异常、运行偏载等方面进行分析，结合试验来探索降低行星减速器的温升和噪声的有效途径。
一、高速行星减速器温升、噪声分析
行星减速器连续工作时，产生的热量和噪声主要由摩擦、偏载、振动引发。将发热量较大、噪声异常的骨钻进行拆机，重点观察其中行星减速器的变化，发现部分行星轮内孔油脂量存量较少，润滑油变黑，部分行星架上的销轴外圆出现异常磨损，行星轮内孔出现环形划痕和烧伤，部分轮齿出现撕裂等现象，如图 2 所示。此行星减速器电机输入转速 38 000 r/min，正、反空载运行 5 min 后实测温度 80~90 ℃，实测噪声80~90 dB，超出目标值30%，不符合使用要求。
摩擦因素
行星减速器结构如图3 所示，此款医用骨钻选用电机38 000 r/min作为动力输入，根据减速比可知行星轮转速高达80 000 r/min，行星轮与销轴之间相对转速较高，根据F=(a+bv)e-cd，摩擦力F与运动速度v成正比，a、b、c、d为由摩擦材料和载荷大小决定的系数，此时摩擦系数对摩擦力的影响非常敏感。
润滑条件
由于销轴与行星轮内孔为小间隙配合，如图4 所示，轴与孔配合间隙较小，为 0.01~0.02 mm，不易存油。当骨钻高速运行并承受负载时，行星轮受力将润滑油挤出，极易导致销轴与行星轮内孔干摩擦。
行星轮M值
行星减速器装配时，同一减速器中各行星轮 M 值需保持大小一致，保证同一减速器中各行星轮与齿圈、中心轮啮合的松紧一致，否则行星减速器运行过程中将发生偏载，引起发热和噪声。
齿轮啮合间隙
行星减速器不仅要保证运行平稳，同时还需保证传动精度，齿轮啮合间隙须保证在合适的范围内，齿轮啮合间隙如图5所示。齿轮啮合间隙过大，影响传动的准确性，引起冲击，加剧整个传动系统的噪声和振动冲击;但齿轮啮合间隙过小，齿面摩擦增大，发热增加、噪声增大。
二、解决路径
优化措施
1)提高零件表面粗糙度及精度，内孔、外圆的接触面粗糙度提高到Ra0.4。
2)提高销轴尺寸、形状精度，提高至IT6级。
3)适当缩短行星轮内孔与销轴配合长度，齿轮孔口45°倒角调整为30°，减少孔与轴摩擦面积，同时便于装配，如图6所示。
4)在销轴与行星轮配合的圆柱面上加工双扁，增加存油空间，如图7所示。
参数调整
1)行星减速器装配时，同一级行星轮使用同一组 M 值，通过行星轮 M 值测量分组保证各行星轮大小一致，提高减速器运行的平稳性。
2)提高与行星轮接触面的位置精度，提高行星轮端面跳动、齿圈跳动、内孔圆度，减少高速旋转行星轮的摩擦发热。
3)适当调大齿轮啮合间隙，减少齿面摩擦，提高传动效率，从而减少发热、降低噪声。
三、试验验证
行星减速器试验条件及要求
试验条件：现对某款医用电钻用行星减速器进行试验。试验设备：兆信 KXN-3020D 直流稳压电源(测试电压为9.6 V)、CEM DT-612热电偶测温仪、 特安斯分贝仪噪音测试仪。检测要求：正、反运行 5 min，开始检测数据，检测位置为减速器行星轮附件(温升最高处)，如图8所示。该试验中行星减速器的检测要求如表1所示。
分组试验
提高表面粗糙度：根据图 6 优化行星轮结构，将销轴外圆、行星轮内孔及端面粗糙度提高至 Ra0.4，齿轮孔口 45° 倒角调整为 30°，其他零件均不变(且均为尺寸与精度合格零件)。行星减速器空载运行 5 min 后开始检测，试验数据如表2所示。试验表明：提高零件表面粗糙度可减小摩擦，行星轮端面的润滑油发黑症状减轻，行星减速器的发热降低。
控制行星轮M值：行星减速器装配前对行星轮 M 值进行分组，保 证同一减速器的各行星轮 M 值同组，其他零件均不变(且均为尺寸与精度合格零件)，试验数据如表3所示，噪声、温升均降低。试验表明：保持行星轮 M 值一致性，可保证各齿轮啮合松紧一致，减少偏载，使行星减速器运行平稳，避免各齿轮啮合面的异常磨损，有效降低行星减速器的运行噪声。
优化销轴结构：根据图 7 优化销轴结构，在销轴与行星轮内孔的配合面上加工双扁，销轴装配时双扁垂直于行星轮与中心轮的连心线，其他零件均不变(且均为尺寸与精度合格零件)。行星减速器空载运行 5 min 后进行检测，试验数据如表4所示。试验表明：行星减速器选用优化后带扁销轴，拆机发现行星轮内孔、销轴配合面润滑油未变黑，表明销轴增加双扁可明显改善孔-轴润滑情况，降低减速器温升。同时发现孔-轴间隙调整至 0.020~0.030 mm可明显降低行星减速器温度、噪声。
调整齿轮啮合间隙：进一步验证各齿轮啮合间隙对骨钻的温升、噪声的影响程度，通过调整行星轮 M 值大小调整各齿轮啮合间隙。除行星轮M值，其他零件相同(选双扁销轴)且合格，行星减速器空载运行 5 min 后检测，试验数据如表5所示。试验表明：齿轮啮合间隙对行星减速器的噪声、温升影响明显，适当调大齿轮啮合间隙，将齿轮啮合间隙调整至0.04~0.05 mm，齿面摩擦阻力减小，减速器运行效率提升，运行平稳，可以明显降低减速器的噪声、温升。
通过以上 4 项措施，选用带扁销轴，提高零件表面粗糙度，控制行星轮 M 值，调整齿轮啮合间隙，行星减速器的温升和噪声情况明显改善，行星减速器发热量降低到45~65 ℃，噪声控制在40~62 dB，符合骨钻的使用要求。
五、结论
通过对该型号医用骨钻行星减速器温升和噪声进行研究，发现影响行星减速器温升、噪声的主要因素依次为转速、摩擦、润滑、间隙、偏载。试验表明：通过优化零件结构、调整间隙、降低偏载、提高精度等措施，可有效改善行星减速器运行过程中的温升和噪声问题。
参考文献略.