起重机行星减速器与圆柱齿轮减速器怎么选？功率密度与成本对比
32t 起重机用行星减速器还是平行轴圆柱齿轮减速器，是新建项目和旧机改造里争议最多的一处。同扭矩下重量差 40% 以上，采购价却反过来差 30%~80%。本文按 GB/T 3811-2008 的机构计算思路，给出静扭矩、峰值扭矩与传动比的完整校核过程，把功率密度、效率、维护费用放进同一张表，并给出一台 32t 设备的换装实测案例。
行星减速器与平行轴圆柱齿轮减速器差在哪：先看结构再谈选型
行星减速器的核心是太阳轮、3~4 个行星轮和一个内齿圈，输入扭矩经 3~4 路同时传到内齿圈。载荷被分流后，单对齿面的法向力只有平行轴结构的 1/3 左右，齿轮模数和齿宽都可以做小，这就是功率密度的来源。
平行轴圆柱齿轮减速器（，QJ型、ZQ型系列）是定轴轮系，扭矩沿一条轴系逐级传递，每级齿宽与中心距都要按全部载荷放大。它体积重量大，但上盖一开就能看到齿面，检查换油不必吊出整机。选型上，行星结构多用于卷筒内置式起升机构和回转机构，平行轴结构多用于输出轴需直连卷筒、中心距大的场合。
输出扭矩与传动比怎么算：从起升载荷推到减速器选型
计算从单绳静拉力开始：S =（Q + q）×g /（a × ηz）。Q 为额定起重量 32t，q 为吊具质量 1.2t，a 为滑轮组倍率取 4，ηz 为滑轮组效率 0.97（4 倍率滚柱轴承滑轮，按 GB/T 3811-2008 的效率取值范围取中值），g 取 9.81 m/s²。代入得 S =（32 + 1.2）×1000×9.81 /（4×0.97）= 325692 / 3.88 = 83941 N，即 83.9 kN。
卷筒计算直径取钢丝绳中心直径 D0 = D + d = 800 + 20 = 820 mm，钢丝绳按 6×36WS、公称抗拉强度 1770 MPa 选出 20 mm。减速器输出静扭矩 M = S × D0 / 2 = 83941 × 0.41 = 34416 N·m，约 34.4 kN·m。
换一条路径互校：M =（Q + q）×g × D0 /（2 × a × ηz）= 325692 × 0.82 /（2×4×0.97）= 34416 N·m，结果一致；差值超过 2% 通常是 D0 用了名义直径。
传动比按卷筒转速反推：n卷筒 = v × a /（π × D0）= 8 × 4 /（3.1416 × 0.82）= 12.4 r/min，起升速度 v 取 8 m/min。配 8 极电机 750 r/min，i = 750 / 12.4 = 60.4，取标准值 i = 63。这个比值正好是分水岭：平行轴结构要三级才能做到，行星结构两级即可。
选型用的不是静扭矩，而是峰值扭矩。起升动载系数按 GB/T 3811-2008 的取值方法 φ2 = φ2min + β2 × vh，本机起升状态级别取 HC3（φ2min = 1.15，β2 = 0.51），vh = 0.133 m/s，得 φ2 = 1.15 + 0.51 × 0.133 = 1.22，峰值扭矩 T峰值 = 34416 × 1.22 = 41988 N·m，约 42.0 kN·m。φ2 的完整取值方法见起升动载系数φ2按起升状态级别取值的方法。
拿到 42.0 kN·m 后，判据有两条：样本的公称输出扭矩不小于 42.0 kN·m；样本允许的最大瞬时扭矩不小于 2.5 倍公称值，即 105 kN·m，用于校核卡阻、急停冲击。这里用的是输出轴扭矩，不是电机功率——同一台 45 kW 电机配 i = 25 还是 i = 63，输出扭矩差 2.5 倍。
功率密度与效率对比：同扭矩下体积、重量差多少
以 42.0 kN·m 为同一基准，两种减速器的差异用 12 个维度对齐更清楚。表中效率为满载值，功率密度按样本额定功率除以净重计算，体积比以平行轴结构为 100%。
45 kW 行星机型净重约 300 kg，功率密度 0.15 kW/kg；同扭矩平行轴机型约 700 kg，功率密度 0.064 kW/kg，前者是后者的 2.3 倍。体积上，行星机型中心高一般 180~250 mm，平行轴机型要到 400~500 mm，对净空紧张的老旧车间这点常比价格更关键。
| 对比维度 | 行星齿轮减速器 | 平行轴圆柱齿轮减速器 |
|---|---|---|
| 达到 i=63 所需级数 | 2 级 | 3 级 |
| 单级传动比常用范围 | 3~9 | 3~6.3 |
| 满载传动效率 | 0.96~0.97 | 0.93~0.95 |
| 功率密度 / (kW·kg⁻¹) | 0.12~0.18 | 0.06~0.10 |
| 同扭矩体积（相对值） | 100% | 140%~180% |
| 输出轴径向承载能力 | 较弱，需外加支撑 | 较强，可直连卷筒 |
| 齿面载荷分配 | 3~4 路分流，需浮动均载 | 单路传递，无均载问题 |
| 载荷不均系数 | 1.15~1.25（浮动结构取小值） | 1.0（无分流） |
| 抗冲击过载能力 | 依赖均载结构，瞬时冲击敏感 | 齿宽储备大，耐冲击 |
| 检查与拆检 | 需整机吊出，行星轮不易观察 | 开上盖即可看齿面 |
| 密封点与漏油风险 | 少，轴向尺寸短 | 多，输入输出轴封易渗漏 |
| 同扭矩采购价指数 | 1.3~1.8 | 1.0 |
表里最容易被忽略的是输出轴径向承载与载荷不均系数两行。行星结构经 3~4 路分流，制造误差使各行星轮受力不同，均载系数取 1.15~1.25（太阳轮浮动取小值，刚性固定取大值），这部分余量必须在选型时留出，不能靠短时过载能力顶。
成本账怎么算：采购价、效率电费与维护费用
采购价按同扭矩对比，行星机型的价指指数 1.3~1.8，比平行轴机型高出 30%~80%；批量生产的卷筒内置机型差价会收窄到 20% 以内。单看采购价，平行轴结构占优。
把效率差折成电费后结论会变。本机平均输入功率约 30 kW、年运行 3500 h：年耗电差 = 30 × 3500 ×（1/0.94 − 1/0.96）= 105000 × 0.0221 = 2321 kWh，按工业电价 0.7 元/kWh 计约 1625 元/年，年电费降低约 2.2%；若差价 1.5 万元，仅靠节电要 9 年以上回收。
真正拉开差距的是维护工时。行星机型拆检需先吊出卷筒总成，一次中修 2~3 天；平行轴机型开上盖 4~6 h 即可完成齿面检查与换油。但行星机型外露轴封少，漏油点少，换油周期可放到 8000 h。高温粉尘工况的油品选择见高温粉尘工况下减速器润滑油怎么选。
现场常见错误与选型失效的边界条件
常见错误一：按电机功率选减速器。45 kW 并不对应固定输出扭矩，同一台电机配 i = 25 与 i = 63 输出扭矩相差 2.5 倍。正确做法是先按起升载荷算出输出静扭矩与峰值扭矩，再按输出轴扭矩查样本。
常见错误二：行星替换圆柱只对传动比。只把 i 对上就下单，会漏掉三处接口：输出轴径向承载（行星机型通常不能直接承受卷筒侧径向力，需加支撑座）、制动器安装位置（高速轴与卷筒侧的制动力矩折算基准不同）、地脚孔距。三处对不上，改造周期会从 3 天拖到 2 周。
常见错误三：把样本公称扭矩当作可长期运行的扭矩。公称值对应特定工作级别与每日运行时间，M7、M8 级或日均动作超过 400 次时需按选型表级别系数折减。齿面点蚀到什么程度必须更换另有判定方法（见减速器齿轮点蚀到什么程度必须更换）。
边界条件：行星结构在下列场合不推荐——需要双卷筒同步输出、需中间轴取力、输入转速超过 3000 r/min、单件非标中心距，以及无法保证浮动结构清洁度的场合。平行轴结构不适用于卷筒内置式紧凑安装和小体积回转机构。选型前对照一遍，比事后改底座省得多。
在役改造怎么落地：一台 32t 设备的换装实测
某厂一台 QD 型双梁桥式起重机，32t、A6 级、起升速度 8 m/min、日均起升 260 次，原配 ZQ650 三级圆柱齿轮减速器（i = 48.57、净重 980 kg）。2024 年 4 月检查发现箱体结合面渗漏、油温 78 ℃、输出轴径向跳动 0.35 mm，齿面点蚀面积已达 12%，遂按上面的算式重做选型。
核算发现原 i = 48.57 对应起升速度 10.4 m/min，高于标称值，属早期选型偏差。新机按 i = 63 配两级行星结构，输出静扭矩 34.4 kN·m、峰值 42.0 kN·m，选公称输出扭矩 45 kN·m、允许瞬时扭矩 112 kN·m 的机型，净重 620 kg，比原机下降 37%。
安装改动两处：输出端增加径向支撑座，制动器保持高速轴布置、制动力矩无需折算。改造后实测油温 62 ℃（降低 20.5%），噪声由 84 dB(A) 降到 79 dB(A)（按 GB/T 6404.1-2005 的测量条件），回差从 18 arcmin 降到 9 arcmin，替换周期 3 天。检查方式从每 2000 h 开箱看齿面改为每 4000 h 取油样做铁谱分析；振动判读方法见起升机构齿轮箱异响怎么用听诊法与频谱判断。
参考文献
- [1] GB/T 3811-2008《起重机设计规范》，2008.
- [2] GB/T 3480.1-2019《直齿轮和斜齿轮承载能力计算 第1部分》，2019.
- [3] GB/T 10095.1-2022《圆柱齿轮 精度制 第1部分》，2022.
- [4] GB/T 6404.1-2005《齿轮装置的验收规范 第1部分》，2005.
- [5] GB/T 6067.1-2010《起重机械安全规程 第1部分》，2010.
常见问题解答
问：行星减速器与平行轴圆柱齿轮减速器怎么按工况选型？
答：先按起升载荷算出输出静扭矩与峰值扭矩，再按输出轴扭矩选样本，而不是按电机功率。32t、a=4、ηz=0.97 的机构静扭矩 34.4 kN·m，φ2=1.22 时峰值 42.0 kN·m，公称输出扭矩不低于 42.0 kN·m；依据 GB/T 3811-2008。
问：换成行星减速器后是否要重新校核制动器？
答：是。制动器装在高速轴时，制动力矩需求不因减速器型式改变，但要按新传动比核算卷筒侧等效制动力矩；制动器改到低速轴或卷筒侧时，制动力矩须按传动比重新折算。吊运熔融金属的机构按 TSG 51-2023 要求设置两套制动器，换件时不得取消。
问：32t 设备的减速器传动比一般取多大？
答：常用 40~80。本机按卷筒转速 12.4 r/min 与 8 极电机 750 r/min 算出 i=60.4，取标准值 63。起升速度 6~10 m/min 的 32t 设备多落在 50~70 区间；速度到 12 m/min 以上时传动比降到 40 左右，行星结构两级即可。
问：行星减速器与平行轴圆柱齿轮减速器的主要区别在哪？
答：区别集中在三处：行星结构 3~4 路分流、两级可达 i=63、效率 0.96~0.97、功率密度约为平行轴型的 2.3 倍，但需浮动均载、拆检不便；平行轴结构单路传递、效率 0.93~0.95、体积大 40%~80%，胜在开箱可查、采购价低 30%~80%。河南鸿升起重机有限公司在做减速器改造时按输出扭矩与安装接口两项逐条核对后出方案。
