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南通職業(yè)大學 16 屆畢業(yè)設計（論文）任務書 編號：01 學生姓名 應存超 所學專業(yè) 數控技術 班 級 數控 課題名稱 行星齒輪減速器的設計與仿真 工作內容 （應完成的設計內容、論文內容） 1、 零件三維造型設計； 2、 3D打印出所設計的零件； 3、 設計說明書； 4、 外文資料翻譯； 5、 崗位實習報告。 6、 行星齒輪減速器的仿真光盤 工作要求 （設計應達到的性能、指標，論文質量要求） 1、 熟練使用CREO3.0軟件進行零件的三維實體造型設計； 2、 將設計出的零件通過增材制造的方法：3D打印出來； 3、 實體零件的設計制造方法及說明；對3D打印的過去、現狀及未來進行分析、研究； 4、 編制設計說明書。 主要參考 資料 1、 《完全精通Pro/ENGINEER野火4.0綜合教程》 林清玄主編 2、 《Creo3.0從入門到精通》 鐘日銘主編 3、 《3D打印技術概論》 史玉升主編 4、 《3D打?。簭南胂蟮浆F實》 （美） 胡迪·利普森 梅爾芭·庫曼 5、 《3D打?。捍蛴∥磥怼? 中國機械工程學會主編 工作進度 要求 1、 熟悉零件、借閱資料（一周） 2、 零件設計（一周） 3、 零件打印制造設計（二周） 4、 編制說明書、外文資料翻譯（一周） 5、 本學期末完成 課題組 其他成員 指導教師 （簽名） 彭淑華 教研室主任 （簽名） 部門批準 （蓋章） 簽發(fā)日期 2016.11 注：本任務書一式三份，由指導教師填寫，教研室主任審核，系部批準后下發(fā)；學生、指導教師、系部各一份。 Mineral product monorail reduction gear synopsis First:what is reducer Reducer is a dynamic communication agencies, the use of gear speed converters, motor rotational speed reducer to the Rotary to be few, and have greater torque institutions. The reducer role 1) velocity at the same time increase the output torque, torque output ratio by motor output by slowdown, but the attention should be paid to exceed the rated torque reducer. 2) the speed at the same time reduce the inertia load, the inertia of deceleration than reduced to the square. We can look at the General Motors has a value of inertia. ?????????? The type of reducer General helical gear reducer has reducer (including parallel shaft helical gear reducer, a worm reducer, bevel gear reducer, etc.), planetary gear reducer, Cycloid reducer, a worm reducer, a planetary friction CVT mechanical machines. ???????? Common reducer 1) worm reducer is the main characteristics of a reverse self-locking function, can be larger than a slowdown, input shaft and output shaft axis is not the same, nor in the same plane. But generally larger, transmission efficiency is not high, the accuracy is not high. 2) Harmonic Harmonic Drive reducer is controllable using flexible components to transfer elastic deformation and dynamic movement, not volume, high precision, but the disadvantage is that flexible wheel limited life, impatient shocks, rigidity and pieces of metal relatively poor. Not too high speed input. 3) planetary reducer its comparative advantage is compact structure, the return gap small, high precision, and have a long life span rated output torque can be done great. However, a price slightly expensive, the requirements of parts before assembly 1. Rolling cleaning with gasoline, kerosene other parts cleaning. All parts and Xiangbenna not allowed to have any impurities exist. Gear box and the inner wall (Worm), unprocessed surface has not been coated twice erosion-resistant oil paint, box has the outer surface coated primer and paint color (color requested by host). 2. Parts coated with a face wash after lubricants Second, the requirements of installation and adjustment 1. Rolling installation Rolling bearing inner ring should be installed at the shaft shoulder close to gap must not pass 0.05 mm thick Cypriot feet. 2. Bearing axial clearance of the clearance can not be adjusted bearings (such as deep groove ball bearings), axial clearance of 0.25 to 0.4 mm; the clearance adjustable bearing axial clearance numerical table. Click Tapered Roller Bearings axial clearance; angular contact ball bearing axial clearance 3. Gear (Worm) meshing tooth space available Cypriot side foot of lead or pressure. Will be lead wire on the alveolar, and then turning gear and squash lead wire, measuring two teeth side was crushed lead wire thickness and the size of which is adjacent teeth. 4. Tooth contact dot cylinder gear tooth contact Dot 2-10-4; bevel gear tooth contact Dot 2-11-4; Gearing contact Dot 2-12-4 Third, seal requirements 1. Box partition between the surface does not allow any pads filled, but can be coated or water glass sealant to ensure that the seal; 2. Assembly, the bolt tightening box, before using 0.05 mm Cypriot-foot inspection Covers Block with me and between the sealing surface; 3. Shaft seal should stretch to smear grease. The seal should be installed in strict accordance with the requirements Forth, lubrication requirements 1. Rationally determine the types of lubricants and greases and grades 2. Bearing lubrication fat, grease filled in the general Fatliquor space can be 1 / 2 to 2 / 3. 3. Lubricants should be regularly replaced, the new reducer used for the first time, the operation of oil-7 ~ 14 days, according to the situation can be after every 3 to 6 months for first oil. Fifth, the test requirements 1. Empty operation: at rated speed is, anti-running 1 to 2 hours; 2. Load test: at rated speed, rated load operation, the oil temperature balance to date. On the gear reducer, requested the pool temperature is not more than 35 oC, bearing temperature rise no more than 40 oC; the worm reducer, requested the pool temperature not more than 60 oC, bearing temperature of not more than 50 oC; 3. Entire testing process for the smooth operation, noise, not loosening the fixed link, sealed, not with the Sixth, packaging and transportation requirements 1. Protruding shaft and its annex should Oiler packaging; 2. Handling, lifting may not use screw rings and lug all of the above technical requirements are not necessarily listed, and sometimes also by other projects, mainly by the specific design requirements. Seventh. Technical requirements 1. Assembly, all parts cleaning with kerosene, gasoline Rolling cleansing, while the existence of any debris. Oil is not painted wall corrosion coatings twice; 2. Backlash with lead wire mesh test of not less than 0.16 mm, lead wire Backlash may not exceed the smallest of the four times; 3. Used Tu-color dot test. Tooth high point of contact by not less than 40% of contact spots on teeth not less than 50 per cent. Can be used when necessary, grinding or scraping after grinding to improve contacts; 4. Bearing axial clearance should be adjusted: φ40 0.05 - 0.1 mm, φ55 0.08 - 0.15 mm; 5. Test reducer subdivision surface, the contact surface and seal, oil spills are not allowed. Split-Tu allowed to paint or water glass seal and allow the use of any filler; 6. Engine lubricants to the contents N100 provisions height; 一、 什么是減速器 減速器是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將馬達的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。 1、減速器的作用 1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。 2） 減速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。大家可以看一下一般電機都有一個慣量數值。 2、減速器的種類 一般的減速器有斜齒輪減速器(包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等)、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機械無級變速機等等。 3、常見減速器 1） 蝸輪蝸桿減速器的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。 2） 諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉速不能太高。 3） 行星減速器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴一、對裝配前零件的要求 ： 1.滾動軸承用汽油清洗，其他零件用煤油清洗。所有零件和箱體內不許有任何雜質存在　。箱體內壁和齒輪（蝸輪）等未加工表面先后涂兩次不被機油侵蝕的耐油漆，箱體外表　面先后涂底漆和顏色油漆（按主機要求配色）。 2.零件配合面洗凈后涂以潤滑油 二、安裝和調整的要求　 1.滾動軸承的安裝　　滾動軸承安裝時軸承內圈應緊貼軸肩，要求縫隙不得通過0.05mm 厚的塞尺。 2.軸承軸向游隙　　對游隙不可調整的軸承（如深溝球軸承），其軸向游隙為0.25~0.4mm；對游隙可調整　　的軸承軸向游隙數值見表。點擊查看圓錐滾子軸承軸向游隙；角接觸球軸承軸向游隙　 3.齒輪（蝸輪）嚙合的齒側間隙　　可用塞尺或壓鉛法。即將鉛絲放在齒槽上，然后轉動齒輪而壓扁鉛絲，測量兩齒側被　　壓扁鉛絲厚度之和即為齒側的大小?！? 4.齒面接觸斑點圓柱齒輪齒面接觸斑點2-10-4；圓錐齒輪齒面接觸斑點2-11-4；蝸桿傳動接觸斑點2-12-4 三、密封要求　 1.箱體剖分面之間不允許填任何墊片，但可以涂密封膠或水玻璃以保證密封；　 2.裝配時，在擰緊箱體螺栓前，應使用0.05mm的塞尺檢查箱蓋和箱座結合面之間的密封性；　 3.軸伸密封處應涂以潤滑脂。各密封裝置應嚴格按要求安裝 四、潤滑要求　 1.合理確定潤滑油和潤滑脂類型和牌號　 2.軸承脂潤滑時，潤滑脂的填充量一般為可加脂空間的1/2~2/3?！? 3.潤滑油應定期更換，新減速器第一次使用時，運轉7~14天后換油，以后可以根據情況每隔3~6個月換一次油。 五、試驗要求　 1.空載運轉：在額定轉速下正、反運轉1~2小時；　 2.負荷試驗：在額定轉速、額定負荷下運轉，至油溫平衡為止。　　對齒輪減速器，要求油池溫升不超過35oC,軸承溫升不超過40oC；　　對蝸桿減速器，要求油池溫升不超過60oC,軸承溫升不超過50oC；　 3.全部試驗過程中，要求運轉平穩(wěn)，噪聲小，聯接固定處不松動，各密封、結合處不 六、包裝和運輸要求　 1.外伸軸及其附件應涂油包裝；　 2.搬運、起吊時不得使用吊環(huán)螺釘及吊耳以上技術要求不一定全部列出，有時還需另增項目，主要由設計的具體要求而定。 七、技術要求　 1.裝配前，所有零件用煤油清洗，滾動軸承用汽油清洗，不許有任何　　雜物存在。內壁涂上不被機油腐蝕的涂料兩次；　 2.嚙合側隙用鉛絲檢驗不小于0.16mm，鉛絲不得大于最小側隙的4倍；　 3.用涂色法檢驗斑點。按齒高接觸點不小于40%；按齒長接觸斑點不　　小于50%。必要時可用研磨或刮后研磨以便改善接觸情況；　 4.應調整軸承軸向間隙：φ40為0.05--0.1mm,φ55為0.08--0.15mm;　 5.檢驗減速器剖分面、各接觸面及密封處，均不許漏油。剖分面允許　　涂以密封油漆或水玻璃，不允許使用任何填料；　 6.機座內裝N100潤滑油至規(guī)定高度。 “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 1 - 文本復制檢測報告單(全文標明引文) ADBD2017R_2017041416225220170417205745425080055953 檢測時間：2017-04-17 20:57:45 檢測文獻: 行星齒輪減速器 作者: 應存超 檢測范圍: 中國學術期刊網絡出版總庫 中國博士學位論文全文數據庫/中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數據庫 中國重要會議論文全文數據庫 中國重要報紙全文數據庫 中國專利全文數據庫 大學生論文聯合比對庫 互聯網資源(包含貼吧等論壇資源) 英文數據庫(涵蓋期刊、博碩、會議的英文數據以及德國Springer、英國Taylor3 - 豆丁網 0.3%（35） - 互聯網文檔資源（http:/）- 2015 是否引證：否 7 41081024_張重陽_機械工程及自動化_玉米收割機傳動系統(tǒng)設計 (2) 0.3%（35） 張重陽 - 大學生論文聯合比對庫- 2012-06-04 是否引證：否 8 機械設計-簡答題 0.3%（32） - 互聯網文檔資源（http:/wenku.baidu.c）- 2016 是否引證：否 原文內容 南通職業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文） 課題： 行星齒輪減速器的設計與仿真 院部機械工程系 專業(yè)數控技術 班級數控141 姓名應存超 指導教師彭淑華 完成日期 2016.12.7 摘要 本課題研究是的如何設計一個不同于傳統(tǒng)定軸傳動的行星齒輪傳動的減速器，因為它比常規(guī)定軸傳動的減速器相比，能更 加精確的傳動，獲得更加高效的傳動效率。設計后的行星減速器與常規(guī)的定軸傳動的減速器相比，它擁有更加大的減速比，同 時也能占用較小的占地面積，這為每一個對減速器對那些既要求能獲得較高的傳動比，又能節(jié)省空間面積的廠家提供了另一種 選擇。 本文主要應用了工程力學和機械原理的相關知識，對行星齒輪進行計算，利用Creo軟件對所設計的減速器進行機構運動仿 真。分析所設計的行星齒輪減速器在實際應用當中是否能符合預期的要求。本文主要分為三部分，第一部分是應用機械原理對 行星齒輪進行相關的設計與校核，第二部分則是利用Creo軟件進行機構的運動仿真，第三部分是制作部分，利用3D打印機將 所制作的行星齒輪減速器進行打印制作。 機械原理部分主要應用了變位齒輪的角度變位和相關系數的計算，使得所設計的行星齒輪減速器能夠在實際生活中能夠被 正確的安裝。以下是滿足正確安裝的三個條件：1.同心條件；2.鄰接條件；3.安裝條件。只要滿足了以上幾點，便能對變位齒 輪進行正確的安裝，并且能夠使齒輪進行正確的嚙合，避免根切，提高齒輪的傳動效率。 軟件部分主要應用了Creo軟件，進行三維建模，將所有零件進行組裝，然后在軟件當中進行仿真，在模擬環(huán)境中的狀況盡 量靠近真實的實際情況下，觀察所設計的行星齒輪減速器是否滿足預期要求。如果不滿足要求，便對行星齒輪減速器進行適當 的調整，使得行星齒輪減速器的制造成本既能降到買家能夠接受的程度，又不會降低行星齒輪減速器的相關性能呢。 建模部分是利用3D打印機將制作的減速器進行增料打印，這不同于傳統(tǒng)的切削減材料的加工方式。將所打印的模型進行裝 配，進一步觀察在設計過程中，結構設計的是否合理，是否能在最大程度上減輕工人的勞動強度。 所制作的行星齒輪減速器主要是有以下幾個部分組成：3個中心輪，3個行星輪和1個行星架組成，其運動的規(guī)律猶如地球在 自轉的同時，還能繞著太陽公轉那樣，行星齒輪既能和輸入中心輪進行嚙合自轉，又能在中心輪所設定的軌道內沿著輸入中心 輪進行公轉。不過與地球的公轉和自轉不同的是，行星齒輪還能帶動輸出中心齒輪進行旋轉，以達到速度的輸出的目的。在軟 件當中，我們主要是通過觀察輸入軸與輸出軸的轉速的快慢，來觀察是否達到了減速器的現象，然后對根據軟件進行相關的設 定，令輸出的轉速顯示在窗口當中，比較減速器是否達到了所需要的速度。 關鍵詞：行星齒輪減速器，Creo，變位齒輪，3D打印 Abstract The research of subject is to desgin planetary gear reducer which has more effective property than common fixed spindle transmission reducer, such as accurate transmission and higher transmission efficiency. Compared with traditional transmission reducer, the planetary gear reducer doesnt only have little floor area, but also have extensive reduction ratio. There is a alternative choice for merchants who want to use little money to get superior quality goods. This thesis applies much knowledge about engineering mechanics and Theory of Machines and Mechanisms into working process. Besides this, I also make the most of software named Creo to do mechanism simulation which can provide flash for people to make them understand this production how to work and lets us analyze the data from simulation. It is helpful for us to figure out that the reducer has been obtained or not in fact. This thesis consists of three parts, including: Theory of Machines and Mechanisms, software named Creo used in mechanism simulation and production part where we use technology of 3D print which can print the planetary gear reducer. The theory of Machines and Mechanisms mainly uses angle modification and computing of correlation coefficient of profile “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 3 - shifted gear making gear assembled correctly. There are there requirements about how to assemble planetary gears: First, equal distance condition; Second, the adjacent condition; and the last, installation condition. If those requirements are met, the gear will be avoided from undercutting and booted transmission efficiency. The part of software is application of Creo. I use it to construct 3D Modeling and assemble all parts. Then we start to do mechanism simulation and set up condition related to reality. If work condition isnt accorded with reality, the reducer will be adjusted to a balance point that the reducer isnt only care to many merchants, but also dont reduce the requirements of planetary gear. The 3D print, that is different from traditional production, belongs to the third part. To get the product, it increases material in production process. Then we will assemble those parts and observe whether the structure of the products assembled is reasonable, and it can reduce the labor intensity at utmost. Planetary gear reducers consist of three centre gears, one planetary gear and one planet carrier. Like the earth going around the sun, the planetary gears go around one center and at the same time, the planetary gear also makes planet carrier rotation. The condition of deceleration will be observed by spindle speed compared with output speed. Then data on the screen will be compared with the requirement of data. We could judge the reducer is up to standard or not. Key word: planetary gear reducer, Creo, shifted gear，3D print 目錄 一、引言 5 二、 減速器的選用形式 6 2.1 減速器設計要求 6 2.2要求分析 6 2.3 機構運動簡圖 6 三、減速器的參數計算 7 3.1 配齒及傳動比計算 7 3.2 計算齒輪的模數 8 3.3 計算齒輪嚙合時的參數 9 3.4 行星齒輪所有重要參數 12 3.5 校核裝配參數 14 3.7 計算傳動效率 15 3.8 齒輪的校核 16 四、軸的材料選用及其結構分析 16 4.1 太陽輪所在軸 17 4.2 行星軸 17 4.3 輸出輪軸的結構設計 18 五、軸的校核 18 5.1 太陽輪所在軸 18 5.2 行星齒輪所在軸 20 5.3 輸出軸的受力分析 24 六、軸承的選用與校核 25 6.1 太陽輪所在軸的軸承校核 25 6.2 行星輪所在軸的軸承校核 25 6.3 輸出軸所在軸的軸承校核 26 七、CREO軟件的三維設計及仿真分析 26 7.1 零件三維圖的繪制 26 7.2 機構的裝配 29 八、3D打印 34 九、結論 41 十、參考文獻 42 一、引言 本論文主要目的是：如何制作一個行星齒輪減速器，并進行仿真模擬，最后利用3D打印技術將理論上的模型打印成機械零 件。之所以要制作行星齒輪減速器，是因為課上我們所學習的基本上都是定軸傳動的齒輪減速器，然而現在社會上許多的大功 率，大轉矩的電動機基本上是利用行星齒輪變速器，而本文的行星齒輪減速器作為其中的一種，是為了讓我們更好地理解行星 “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 4 - 變速器的減速原理，從而能夠更好地理解市面上變速器的變速原理。這也是為了適應機械發(fā)展的潮流，為了讓我們知道，怎么 把所學習的基礎知識能夠更好地應用在我們不知道的新生事物上，從而改變我們認為老師教的知識都是些落后的知識，沒有必 要花太大的功夫去深究這些知識。然后，利用我們所學的軟件進行仿真模擬，讓我們發(fā)現我們所制作的行星齒輪減速器在實際 裝配和運行中發(fā)生哪些問題，然后裝配和仿真過程中所出現的問題，進行修改，令我們制作的行星齒輪減速器更能適用于實際 。 最后，利用時下最火熱的3D打印技術打印出我們的理論模型。這樣能更加直觀的觀察出我們所制作的零件在理論上正確的 裝配過程中，還有哪些不人性化的設計會加大裝配難度，從而能更加的讓我們繼續(xù)去優(yōu)化自己的模型，讓所制作的模型能收到 更多人的喜歡。此外，使用3D打印技術，能讓我們知道3D打印的原理。在未來，這讓我們會在3D打印成為主流的過程中占有 更大的優(yōu)勢，占有更大的主動權，讓我們更好地走在時代前面，在現有的3D打印技術上開拓出目前還不為人知的領域。 二、 減速器的選用形式 2.1 減速器設計要求 試為一卷筒直徑為4.5m的卷揚機設計減速器，高速軸通過與聯軸器與電動機連接。目前只知道電動機功率，輸入軸輸入的 轉速，減速比，容許的傳動比誤差，短時間間斷工作方式，天天工作，壽命維持10年，且要求布局結構緊湊，外形尺寸較小 和工作效率較高。 2.2要求分析 減速器的設計可以采用兩種結構來設計，第一種是采用定軸傳動的方法，讓每個齒輪繞著自己的旋轉中心旋轉，并且每個 旋轉中心采用并聯的方式進行連接。第二種是采用行星式傳動，這種減速器，一般是由三個基本構件（中心輪，行星輪和行星 架）組成。因其行星輪的運動方式類似于地球繞著太陽運動的方式，自身繞著中心軸轉動，中心軸又繞著其它齒輪的中心軸圓 周運動，而得名為行星齒輪減速器。 題目中要求傳動結構緊湊，輪廓尺寸較小和傳動效率較高，并且傳動比。傳統(tǒng)圓柱齒輪減速器的傳動比（這里以圓柱齒輪 二級減速為例） ，如果我采用定軸傳動的方法來設計減速器，必然要增加齒輪的個數，擴大減速器的箱體尺寸，占用較大的 空間。這顯然不是太符合題目要求，所以我采用第二種方式：行星式傳動。利用這個方法來設計減速器，因為行星齒輪減速器 中內置的行星個數可以是多個，能夠有效的減小從高速軸傳動到行星軸的扭矩，在一定程度上能夠有效地防止硬質齒輪之間因 為齒根彎曲的疲勞強度過大而導致齒根斷裂的現象出現。 2.3 機構運動簡圖 行星齒輪減速器的結構形式有多個，但是我們采用NGWN的形式。因為NGWN型的行星齒輪減速器的減速比 ，短時間工作 ，并且傳動效率，布局緊湊，建造安裝較3Z（I）型容易；用于短時間間斷工作的傳動最合理。 機構運動簡圖如下所示： 輸出輸入 圖2-1 機構運動簡圖 三、減速器的參數計算 3.1 配齒及傳動比計算 由于沒有設計經驗，我們查找相關書籍的表格，根據傳動比的差值來確定中心輪的齒數，查得我們的中心輪a（太陽輪，為 了行文方便，下述太陽輪均指中心輪a）的齒數，根據題目要求，減小減速器的輪廓尺寸，行星輪個數。根據以下公式 ： 如果是偶數的話，則行星齒輪 如果是奇數的話，則行星齒輪 計算得出： 再按下面的傳動比計算公式： 計算得出： 所以，其傳動比誤差，制定的齒輪齒數合格。 3.2 計算齒輪的模數 根據相關教材可以知道，齒輪的磨損方式有齒面點蝕和齒根彎曲斷裂。在這，我考慮到由于是短期間斷工作方式，為了及 時發(fā)現減速器出現的故障，減少因為傳動比下降不明顯的原因而導致的經濟損失，因此選用硬度較大的金屬來作為行星齒輪的 毛坯。查找機械設計手冊得到的金屬材料及相關的齒輪參數如下表所示： 齒輪種類齒數材料加工方法硬度 太陽輪 21 20CrMnTi 滲碳淬火回火 56-62HBS 1500MPa 850MPa 行星輪c 31 中心輪b 81 中心輪c 84 表3-1 選用的金屬材料屬性 由于選用的都是硬質合金，其硬度都比較大，所以按照機械原理的要求，按照齒根彎曲疲勞強度設計，按照齒面接觸疲勞 強度校核。在此，根據相關公式： 上式中： -計算系數，關于直齒輪增減速時=12.1 “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 5 - 根據機械設計手冊，查找相關參數可以知道：, 。 同時，計算式中的轉矩，按照行星齒輪的轉矩來計算。因為行星齒輪不僅要自己繞著軸線進行自轉，還要沿著太陽輪的軸 線進行公轉，也就是說，對于高速軸上的太陽輪來說，行星齒輪雖然扭矩承受的小了點，但是其轉速依然相當快，而且，在我 們所設計的NGWN形式中，三個行星輪要同時和一個中心齒輪相互嚙合，所以相對于其它齒輪來說，行星輪受損的概率相對 較高。 綜上所述，行星輪的轉矩 將上面查找和計算得出的值帶入（3.7）式當中，可以得到，翻閱機械設計手冊，可以得到標準的模數值m=2.5 3.3 計算齒輪嚙合時的參數 考慮到減速器在工作中，行星齒輪與三個中心輪相互嚙合，我們不妨把這三個齒輪副分別叫做a-c齒輪副，b-c齒輪副，e- c齒輪副。安裝時，三個齒輪的中心距要相等，才能實現齒輪安裝和嚙合。所以，下面計算三個齒輪的中心距： 由上式結算結果明顯知道，三個齒輪副的中心距不相等，并且要想正確運行行星齒輪，還必須滿足其他三個條件：同心條 件，鄰接條件和安裝條件。 由于鄰接條件與行星齒輪的個數有關，我們采用一般的行星輪個數，應滿足如下條件 ： （3.8） 將所設計的相關參數帶入上式進行驗算： 上式中：-指行星輪的齒頂圓直徑 所以，經計算發(fā)現，所設計的減速器滿足鄰接條件。 然后就是同心條件，對于NGWN的行星齒輪來說，同心條件就要滿足三個齒輪副的中心距要相等，通過前面計算，發(fā)現設 計的齒輪并不滿足這個條件。最后是安裝條件，要滿足以下關系式： （3.9） 上式中：N,C均為正整數； 經過計算，發(fā)現所設計的減速器也不滿足這個條件，所以我們要對齒輪副進行調整。而調整的方法又有兩個，分別是：高 度變位和角度變位。雖然高度變位能夠改善齒輪副的嚙合條件和能使其正確安裝，但是高度變位又有一定的限制。所以，我們 考慮進行角度變位。 此時，發(fā)現所設計的減速器的中心距滿足關系式： 所以，根據有關書籍，我們令變位中心距作為個齒輪副的變位中心值。然后，根據公式： 分別計算出各參數，現將所有結果整理于下表： 齒輪副a-c齒輪副b-c齒輪副e-c 中心距變動系數y 0.5 1.25 0 嚙合角 變位系數和 0.53365 1.78133 0 齒頂高變動系數 0.03365 0.53133 0 表3-2 行星齒輪嚙合時的參數 由于知道齒輪副之間的變位系數和沒有辦法對單個齒輪進行角度變位，接下來，計算單個齒輪的變位系數的計算： 太陽輪的變位系數計算 在齒輪副a-c中，齒輪均為直齒輪，所以齒頂高系數,壓力角按標準值計算，避免根切的最小的變位系數可按照公式： （3.14） 其中：17是避免根切的最小齒數； 接下來，按照公式 （3.15） 計算出太陽輪的變位系數：. 然后再根據公式： （3.16） 其中：是大齒輪，是小齒輪； 外嚙合用“-”，內嚙合用“+”； 可以計算出:； 中心輪b的變位系數計算 由公式（2.16）可以計算得出: 輸出內齒輪e的變位系數計算 由公式（3.16）可以計算得出: 3.4 行星齒輪所有重要參數 /mm “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 6 - 類型公式 a-c b-c e-c 變位系數 分度圓直徑 基圓直徑 節(jié)圓直徑 齒頂圓直徑外嚙合 內嚙合 齒根圓直徑外嚙合 內嚙合 表3-3 行星齒輪各重要參數表 關于內齒輪的加工，一般采用插齒刀加工?，F在，要計算表格中沒有公式的 假設使用一把模數，插齒刀齒數，齒頂高系數,變位系數的插齒刀來加工所設計的內齒輪。根據公式： （3.17） 其中：-插齒刀齒頂圓直徑 -插齒刀與被加工內齒輪中心距 可以按照下面的公式來計算插齒刀的齒頂圓直徑： （3.18） 可以解得出 下面進行兩個內齒輪副b-c和e-c的相關計算： b-c 中內齒輪的齒根圓直徑計算 根據公式： （3.19） 式子中：inv表示反函數； 表示壓力角 將已知數據帶入公式（3.19）中，可以計算出. 查表可得 加工中心距為 接著，按照公式（2.17）計算齒根圓直徑： e-c中內齒輪的齒根圓直徑計算（： 查表可得 加工中心距為 接著，按照公式（2.17）計算齒根圓直徑： 3.5 校核裝配參數 所設計的行星齒輪已經按照角変位的要求進行了重新的設計，現在進行校核，計算變位后的齒輪是否滿足行星齒輪的安裝 要求。 同心條件： 根據如下公式進行驗算： （3.20） 將所設計的相關參數代入上式： 滿足同心安裝條件。 鄰接條件： 鄰接條件的驗算，按照公式（2.8）進行驗算： 發(fā)現滿足行星齒輪的鄰接條件。 安裝條件： 按照公式（3.9）進行驗算： 發(fā)現，滿足安裝條件。 綜上，發(fā)現所設計的行星齒輪滿足裝配有關參數。 3.6 精度的確定 根據相關材料，查找齒輪傳動精度等級的選擇及應用，再根據題目要求，傳動比，在高速、重載下工作的齒輪傳動，是高 速減速器中的齒輪，將其定為6級精度。 3.7 計算傳動效率 根據相關書籍查詢，發(fā)現因為 ，所以根據公式： “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 7 - （3.21） 其中：-系數， -嚙合損失系數，其計算： （3.22） （3.23） 上式中：-嚙合摩擦系數。一般； “”用于外嚙合，“”用于內嚙合。 將所設計的行星齒輪相關參數代入： 該傳動效率與一般的齒輪傳動差不多，也能滿足短期間斷工作方式的要求。 3.8 齒輪的校核 前面是按照齒輪齒根容易斷裂的齒根彎曲疲勞強度設計，所以，也要按照齒輪的齒面容易膠合的齒面接觸疲勞強度進行校 核。計算時，我們選用高速軸的齒輪副。即a-c齒輪副進行計算，因為這部分傳遞的扭矩最大，轉速最快。，只要這部分校驗 合格，下面的計算全部合格。計算如下： 因為有三個行星輪，我只是對一個行星輪和太陽輪進行校核，所以傳遞的扭矩為太陽輪傳遞扭矩的的. 不難發(fā)現：。 所以，設計的行星齒輪符合要求。 四、軸的材料選用及其結構分析 根據機械設計手冊的相關標準，制定軸的材料。下面是選用的軸的材料的表格; 原料熱處理毛坯直徑/mm 硬度(HBS) 強度極限 (MPa) 屈服極限 (MPa) 彎曲疲勞極限(MPa) 高速軸 40Cr 調質750 550 350 行星軸 40Cr 調質750 550 350 輸出軸 40Cr 調質750 550 350 表4.1 選用軸的原料及其需要的力學性能 選用完軸的原料之后，接下來根據相關書籍 ，開始對軸的結構進行設計并且進行力學計算： 4.1 太陽輪所在軸 太陽輪所在軸的結構設計圖如下： 圖4.1 太陽輪所在軸的結構設計圖 將其做成齒輪軸的形式，是因為要減少占用的體積和避免不必要的安裝麻煩。因為行星齒輪的安裝和維護費用都比一般的 定軸傳動的齒輪麻煩，所以，這里采用齒輪軸的形式。其次，在齒輪的兩邊打上圓角，是為了防止因齒輪軸轉動而引起在齒輪 兩邊引起的應力集中，（在畫軸的力矩分析圖中會發(fā)現這些地方的力矩發(fā)生突變）在軸承安裝的地方打圓角也是這個原因。軸 的左邊再降下一個階梯，原因是為了讓安裝人員好安裝軸承，右邊打倒角也是這個原因，并且也是為了能夠讓高速軸固定而采 取的措施。 4.2 行星軸 首先，我們知道 所以： 行星輪所在軸的結構設計圖如下： 圖4.2 行星輪所在軸的結構設計圖 放軸承的定位軸肩出打圓角是為了防止因應力集中而導致軸的失效，定位齒輪的定位軸肩兩邊打上圓角,也是為了防止因為 應力集中而導致的軸的失效。有一段軸肩的高速比較小是因為要考慮到選用的套筒要能夠擋住軸承的內齒圈，不能沒過內齒圈 ，否則就因為內齒圈的全部沒有，而導致軸承不好拆卸，只能更換新的軸承。無形之中增加了一定的經濟損失，還可能會在拆 卸軸承的過程中，對軸產生傷害。 4.3 輸出輪軸的結構設計 因為輸出軸和內齒輪e做成一個整體，所以力矩即為內齒輪e所承受的力矩，不難發(fā)現，在不考慮力矩損失的情況下，內齒 輪e所承受的力矩是單個行星齒輪的三倍。 所以： 為了使輸出齒輪的轉矩得以輸出，我在輸出軸開一個鍵槽，所以，計算結果要增大5有以下結果： 內齒輪e所在軸的結構設計圖如下： 圖4.3 內齒輪e所在軸的結構設計圖 有軸承處打圓角的均是為了防止應力集中而導致軸的失效。其次，在輸出輪e的中間開了一個孔的目的是放置輸出軸，因為 根據相關書籍查得，要避免直徑較大的軸與直徑較小的軸連接，所以采取了在內齒輪e處開一個孔，通過鍵連接來傳遞扭矩。 五、軸的校核 軸的結構設計完以后，接下來就是各個軸進行校核，計算出每個軸的結果是否滿足實際要求。 “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 8 - 5.1 太陽輪所在軸 受力分析圖如下所示： 水平面鉛垂面56510.085水平面彎矩圖20567.88鉛垂面彎矩圖60136.74合成彎矩圖159150扭矩圖 159150170132.7460136.74acdabbcdabcdabcdabcd當量彎矩圖 圖4.4 太陽輪所在軸受力分析圖 太陽輪所受的力計算式如下所示： 根據水平面受力分析圖可得方程： 解得： 所以： 同理可得，垂直面的彎矩值為： 合成彎矩為： 力矩 危險截面當量彎矩為： 5.2 行星齒輪所在軸 受力分析圖如下所示： 水平面鉛垂面水平面彎矩圖鉛垂面彎矩圖合成彎矩圖扭矩圖acdabbcdabcdabcd 33912.1306當量彎矩圖 13263.7807510611.024661539.94813-16197.734848074.857260093.571536315.3165-37581.9000849231.95751- 110685.3675738661.7393836564.88675bcd61539.94813-37581.9000849231.9575138661.73938a 圖4.5 行星齒輪所在軸的受力分析圖 根據以下公式，可以得到行星軸相關數據： （4.1） （4.2） 我們不難計算出： 同時根據受力分析圖，我們不難計算出各未知力： 解得： 根據工程力學相關知識，即可得出鉛垂面相關結果： 同理可得水平面的彎矩圖： 根據彎矩圖可以得到危險截面的當量彎矩： 5.3 輸出軸的受力分析 受力分析圖如下所示： 水平面鉛垂面扭矩圖abc212200abcabcabcabc1369032.25498286.6751456893.5829441472266.19047212200水平面鉛垂 面合成彎矩圖當量彎矩圖 圖4.6 輸出軸的受力分析圖 易見： 危險截面的當量彎矩： 六、軸承的選用與校核 由于已經對軸的最小直徑進行了計算，我們把最小直徑進行元整。 指 標 疑似剽竊文字表述 - 1. 設計的行星齒輪減速器是否滿足預期要求。如果不滿足要求，便對行星齒輪減速器進行適當的調整， 2. 齒輪的校核 前面是按照齒輪齒根容易斷裂的齒根彎曲疲勞強度設計，所以，也要按照齒輪的齒面容易膠合的齒面接觸疲勞強度進行 校核。計算時， 2. 行星齒輪減速器_第2部分 總字數：3203 相似文獻列表 文字復制比：0%(0) 疑似剽竊觀點：(0) 原文內容 將其作為兩端裝軸承的直徑，于是，便可以選擇國標代號為6304和6306的深溝球軸承?，F對軸承進行校核，計算選擇的軸 承是否符合要求。 “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 9 - 6.1 太陽輪所在軸的軸承校核 前面計算已知：. 根據 ，查閱相關表格，使用插值法可得：。因為：，所以，X=1，Y=0。 當量動載荷 6.2 行星輪所在軸的軸承校核 前面計算已知：. 根據查閱相關表格，使用插值法可得：。因為：，所以，X=1，Y=0。 當量動載荷 6.3 輸出軸所在軸的軸承校核 前面計算已知：. 根據查閱相關表格，使用插值法可得：。因為：，所以，X=1，Y=0。 當量動載荷 七、CREO軟件的三維設計及仿真分析 7.1 零件三維圖的繪制 首先，打開Creo3.0軟件，進入歡迎界面。 接著，點擊工具欄中的新建選項，勾選零件，實體選項。零件名稱創(chuàng)建為xingxingchilunzhou，取消使用默認模板選項，在 隨后彈出的對話框中選擇mns_part_solid，如圖7.1所示： 圖7.1 勾選mns_part_solid選項 然后進入三維繪圖準備頁面。這里以行星齒輪軸的創(chuàng)建為例，進行繪制。 選擇上方工具欄中的旋轉按鈕，進入旋轉截面。點擊放置，草繪。在彈出來的對話框中，基準平面選擇TOP平面，參考平 面選擇RIGHT平面，方向選擇向上。設置完成后，點擊確定。如圖7.2所示： 圖 7.2 草繪設置 在接下來的三維平面中點擊按鈕，進入草繪二維截面。在二維界面中繪制如下圖7.3所示的草繪圖形： 圖7.3 行星齒輪軸的二維草繪圖形 繪制完成后，點擊工具欄中的確定按鈕，退出草繪。（這里旋轉草繪一定要保證只有一個旋轉軸和一個封閉圖形?。?然后在中填入360。保證繪制的二維草圖按照右手螺旋的規(guī)則，繞著旋轉軸旋轉360形成一個軸。 最后得到如下圖7.4所示的三維立體圖形： 圖7.4 行星齒輪軸三維實體圖 7.2 機構的裝配 點擊新建按鈕，選擇裝配，設計選項。下方名稱欄填寫zhuangpei。取消默認模板，在隨后的對話框中選擇 mns_asm_design選項。如圖7.5所示： 圖 7.5勾選mns_asm_design選項 進入裝配界面。然后點擊工具欄中的組裝按鈕，在隨后的對話框中找到已經設計好的各個零件的三維實體圖。這里主要介 紹怎么裝配行星齒輪。 第一步：在點擊組裝按鈕之后彈出的對話框中點擊機箱齒輪b文件，進入裝配的自由度限制界面，所有自由度限制選項的設 置按照下圖7.6所示： 圖 7.6 機箱齒輪b的自由度限制選項設置 第二步：重復第一步，選擇行星架的三維圖文件，自由度限制選項選擇銷釘連接，在放置選項卡中的軸對齊使行星架的軸 線與機箱齒輪b的軸線重合，平移選項選定兩個平面的距離，距離數值按照二維裝配圖確定，步驟按下圖7.7與圖7.8所示; 圖 7.7 行星架自由限制類型 圖 7.8 行星架銷釘自由度限制設定 第三步：重復第二步，選擇太陽齒輪軸的三維零件圖進行裝配設置。 第四步：重復第二步，選擇行星齒輪的三維零件圖進行裝配設置。 第五步：重復第二步，選擇輸出齒輪的三維零件圖進行裝配設置。 第六步：選擇菜單欄中的應用程序，點擊機構。 第七步：點擊齒輪，將需要嚙合的齒輪進行齒輪副連接，步驟如下圖7.9所示： 圖 7.9 齒輪副連接設置 其中：pitch circle為節(jié)圓直徑。Gear1為主動齒輪，Gear2為從動齒輪。 第八步：重復第七步，將所有齒輪的齒輪副完成定義。 第九步：點擊拖動元件按鈕，嘗試轉動太陽齒輪軸，發(fā)現機構開始運動。 以下是通過相關書籍的查閱， 利用Creo軟件中進行運動仿真與分析的最終結果： 圖7.1 裝配后的視圖 “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 10 - 圖7.2 三維模擬結果 裝配后，機構的運動結果分別是：輸入轉速1800 r/min和輸出轉速13.2354208408r/min .我們不妨令太陽輪的轉速為 ，輸出 輪的轉速為. 計算傳動誤差說明符合我們的要求。 所以，設計的行星齒輪減速器合格。 八、3D打印 3D打印突破傳統(tǒng)通過去除材料，獲得特定形狀的零件的方法，使用增加材料的方法，來獲得特定形狀的零件。這里打印太 陽齒輪軸為例，介紹3D打印技術。 首先，我們將已經做好的太陽軸文件在Creo3.0中打開，點擊菜單欄中的文件選項，選擇另存為，格式類型選擇stl類型。 然后通過存儲移動設備，將其轉移到與3D打印相連的計算機上，利用3D打印機的軟件ideaMaker點擊“+”號，打開文件類型 為.stl的太陽軸文件。如下圖8.1所示： 圖 8.1 打開類型為stl的太陽軸文件 第二步：通過軟件的相應按鈕，使得太陽軸的擺放和相關參數如下圖8.2和如8.3所示： 圖 8.2 太陽軸的擺放 圖 8.3 太陽軸的縮放比例 第三步：點擊開始切片，在隨后的跳出的對話框中，選擇噴嘴材料PLA，模板使用“最佳F100LPLA”，點擊下一步； 第四步：底座選擇“Raft”,支撐結構選擇“僅外部支撐”。高級設置，填充率和模型壁厚可按照個人想法自行設置，這里選擇默 認選項和數值。如圖8.4所示： 圖 8.4 打印參數設置 第五步：將生成文件類型為.gcode的文件保存至能找到的地方，然后將3D打印機中的存儲卡拔出，插至裝有剛才生成 .gcode文件計算機中，并將文件復制入存儲卡中。 第六步：將存儲卡插回3D打印機中，打開打印機。如果打印機有材料，則跳過第七步；若沒有，則執(zhí)行第七步。 第七步：調平。通過旋轉按鈕將光標調至運動控制，摁下按鈕，選擇平臺調平。然后按照相應提示，對平臺進行調平。調 平的三個點是支撐板的三個點。如圖8.5和圖8.6所示： 圖 8.5 平臺調平的3個定位點 圖 8.6 平臺調平 第八步：進入打印機界面，選擇預熱PLA預熱，當溫度預熱至規(guī)定溫度（這里是230）,將材料從后面的塑料齒輪的插孔 中插入，直至材料被吸入打印機中，管內材料并且不斷伸長。直至噴嘴有細絲吐出。如下圖8.7和圖8.8所示： 圖 8.7 打印機初始頁面 圖 8.8 材料送入的地方 第九步：進入打印機界面，選擇預熱PLA預熱，當溫度預熱至規(guī)定溫度（這里是230），然后旋轉按鈕，當光標停在SD卡 打印上時，摁下按鈕。然后，選擇剛才復制在SD卡中的文件，接著，打印機開始打印。 第十步：拿鏟子鏟下打印的模型，并把外界的支撐結構全部去除。得到最后的實體零件如圖8.9所示： 圖 8.9 最后得到的實體模型 九、結論 經過反復計算的校核，Creo的仿真模擬裝配和最后數據的輸出顯示，發(fā)現我們設計的行星齒輪減速器輸出的速度差距比例 還是在題目要求的范圍之內。再通過機械裝配圖一些機械結構的設計，目前已經能夠滿足一些基本的功能要求。在傳動比達到 136如此之大的程度，行星齒輪減速器使不二之選，總長只占696mm，不到1m。如果換成定軸傳動的普通減速器的話，減速 的級數估計至少需要3級，每個傳動的減速都要包括齒輪的中心距，這必然會對生產商的占地面積提出不小的要求。 但是，從計算的過程可以知道，行星減速器在占地面積和減速的傳動上，都比平常的定軸傳動的減速器具有很大的優(yōu)勢 ，但是由于自身的裝配要求比較高，拆卸難度大，維修費用比一般的定軸傳動的減速器高，這對產品的加工工藝工程師提出了 不小的要求。但是我相信，在未來的社會上，隨著制造技術的提高，行星齒輪減速器的結構會開始簡化，減速器的維修費用會 逐漸降低。 并且，通過時下最熱門的3D打印技術，快速的將零件打印成型，避免了許多傳統(tǒng)加工時產生的的形位誤差，能夠在大部分 情況下保證零件的裝配質量。但是其缺點就是精度的大小是通過打印機上的滾珠絲杠來調控，這對絲杠的制造提出了更高的要 求。 十、參考文獻 1 饒振綱行星齒輪傳動設計北京：化學工業(yè)出版社 2014.5 2 李業(yè)農機械設計基礎北京：高等教育出版社 2010.9 3 成大仙機械設計手冊第六版北京：化學工業(yè)出版社 2016.3 4 博創(chuàng)設計坊 Creo3.0裝配與產品設計從入門到精通北京：機械工業(yè)出版社 2015.1 5 吳宗澤機械設計禁忌1000例第三版北京：機械工業(yè)出版社 2011.7 “中國知網”大學生論文檢測系統(tǒng) - 11 - 表格檢測結果 原文表格1：表3-3 行星齒輪各重要參數表 類型 公式 a-c b-c e-c 變位系數 分度圓直徑 基圓直徑 節(jié)圓直徑 齒頂圓直徑 外嚙合 內嚙合 齒根圓直徑 外嚙合 內嚙合 相似表格1：表1 相似度：53.33% 來源：基于PROE的行星齒輪減速器建模及仿真-2013-08-26 相似表格2：表1 相似度：53.33% 來源：基于PROE的行星齒輪減速器建模及仿真-2013-07-15 相似表格3：表1 相似度：53.33% 來源：基于PROE的行星齒輪減速器建模及仿真-2013-08-22 相似表格4：表1 相似度：60.00% 來源：基于PROE的行星齒輪減速器建模及仿真-2013-07-13 相似表格5：表1 相似度：60.00% 來源：基于PROE的行星齒輪減速器建模及仿真-2013-07-23 相似表格6：表1 相似度：60.00% 來源：基于PROE的行星齒輪減速器建模及仿真-2013-07-16 相似表格7：Table 3-6 Calculation of the geometric dimensions of the planetary gear drive (mm)表3-6 行星齒輪傳動的幾 何尺寸計算 （mm） 相似度：60.00% 來源：機械工程學院+機械工程+趙雷+機器人基座微型行星減速器設計及分析-趙雷-2016-10-17 相似表格8：表4.2.2 齒輪各系數最終計算結果 相似度：60.00% 來源：抗戰(zhàn)勝利后中間路線破產原因-2016-04-04 相似表格9：Table 3-6 Calculation of the geometric dimensions of the planetary gear drive (mm)表3-6 行星齒輪傳動的幾 何尺寸計算 （mm） 相似度：60.00% 來源：20161542_趙雷_機器人基座微型行星減速器設計及分析-趙雷-2016-12-20 說明：1.指標是由系統(tǒng)根據學術論文不端行為的界定標準自動生成的。 2.紅色文字表示文字復制部分; 黃色文字表示引用部分。 3.本報告單僅對您所選擇比對資源范圍內檢測結果負責。 4.Email： http:/ http:/ http:/