I2K-H 行星齒輪減速機設計摘 要本文完成了行星齒輪減速機的結構設計。該減速機具有較小的傳動比，而且，它具有結構緊湊、傳動效率高、外廓尺寸小和重量輕、承載能力大、運動平穩(wěn)、抗沖擊和震動的能力較強、噪聲低的特點，適用于化工、輕工業(yè)以及機器人等領域。這些功用對于現代機械傳動的發(fā)展有著較重要的意義。首先簡要介紹了課題的背景以及齒輪減速機的研究現狀和發(fā)展趨勢，然后比較了各種傳動結構，從而確定了傳動的基本類型。論文主體部分是對傳動機構主要構件包括太陽輪、行星輪、內齒圈及行星架的設計計算，通過所給的輸入功率、傳動比、輸入轉速以及工況系數確定齒輪減速機的大致結構之后，對其進行了整體結構的設計計算和主要零部件的強度校核計算。其中該減速機的設計與其他減速機的結構設計相比有三大特點：其一，為了使三個行星輪的載荷均勻分配，采用了齒式浮動機構，即太陽輪與高速軸通過齒式聯軸器將二者連接在一起，從而實現了太陽輪的浮動；其二，該減速機的箱體采用的是法蘭式箱體，上下箱體分別鑄造而成；其三，內齒圈與箱體采用分離式，通過螺栓和圓錐銷將其與上下箱體固定在一起。最后對整個設計過程進行了總結，基本上完成了對該減速機的整體結構設計。關鍵詞：行 星 齒 輪 ， 傳 動 機 構 ， 結 構 設 計 ， 校 核 計 算IIThe design of NGW planetary gear reducerABSTRACTThis completed a single-stage planetary gear reducer design. The gear has a smaller transmission ratio, and it has a compact, high transmission efficiency, outline, small size and light weight, carrying capacity, smooth motion, shock and vibration resistant and low noise characteristics, Used in chemical, light industry and robotics fields. The function of the development of modern mechanical transmission has a more important significance.First paper introduces the background and the subject of gear reducer situation and development trend, and then compared various transmission structures, which determine the basic type of transmission. Thesis is the main part of the main components of drive mechanism including the sun wheel, planet gear, ring gear and planet carrier in the design calculation, given by the input power, gear ratio, input speed and the condition factor to determine the approximate structure after the gear reducer And to carry out the design and calculation of the overall structure and main components of the strength check calculation. One of the other gear reducer design and compared the structural design of the three major characteristics: First, the three planetary gear to make the load evenly, using a gear-type floating body, the sun gear and high-speed shaft through the gear together Coupling the two together to achieve a floating sun gear; Second, the box uses a reducer flange box, upper and lower box were cast; Third, the ring gear and Box with separate, through bolts and tapered pins will be fixed together with the upper and lower box. Finally, a summary of the entire design process is basically complete the overall design of the reducer.KEY WORDS: planetary gear，driving machanism，structural design，checking calculation1目 錄前 言 .1第 1 章 傳動方案的確定 .61.1 設 計任務 .61.1.1 齒輪傳動的特點 .61.1.2 齒輪傳動的兩大類型 .71.2 行星機構的類型選擇 71.2.1 行星機構的類型及特點 .71.2.2 確定行星齒輪傳動類型 .10第 2 章 齒輪的設計計算 .122.1 配齒計算 .122.1.1 確定各齒輪的齒數 .122.1.2 初算中心距和模數 .132.2 幾何尺寸計算 .152.3 裝配條件驗算 .172.3.1 鄰接條件 .172.3.2 同心條件 .182.3.2 安裝條件 .182.4 齒輪強度校核 .192.4.1 a-c 傳動強度校核 192.4.1 c-b 傳動強度校核 24第 3 章 軸的設計計算 .293.1 行星軸設計 .293.2 轉軸的設計 .313.2.1 輸入軸設計 .313.2.2 輸出軸設計 .32第 4 章 行星架和箱體的設計 .354.1 行星架的設計 .354.1.1 行星架結構方案 .3524.1.2 行星架制造精度 .374.2 箱體的設計 .39結 論 .42致謝 .43參考文獻 .443前 言本課題通過對行星齒輪減速機的結構設計，初步計算出各零件的設計尺寸和裝配尺寸，并對涉及結果進行參數化分析，為行星齒輪減速機產品的開發(fā)和性能評價實現行星齒輪減速機規(guī)?；a提供了參考和理論依據。通過本設計，要能弄懂該減速機的傳動原理，達到對所學知識的復習與鞏固，從而在以后的工作中能解決類似的問題。1.齒輪減速機的研究現狀齒輪是使用量大面廣的傳動元件。目前世器上齒輪最大傳遞功率已達6500kW，最大線速度達 210m／s(在實驗室中達 300m/s)；齒輪最大重量達 200t，最大直徑達 (組合式)，最大模數 m 達 50mm。我國自行設計的高速齒輪m6.25?(增)減速機的功率已達 44000kW，齒輪圓周速度達 150m／s 以上。 由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速機，用于原動機和工作機或執(zhí)行機構之間，起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，在現代機械中應用極為廣泛。20 世紀末的 20 多年，世界齒輪技術有了很大的發(fā)展。產品發(fā)展的總趨勢是小型化、高速化、低噪聲、高可靠度。技術發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術、功率分支技術和模塊化設計技術。硬齒面技術到 20 世紀 80 年代時在國外日趨成熟。采用優(yōu)質合金鋼鍛件滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于 IS01328 一 1975 的 6 級，綜合承載能力為中硬齒面調質齒輪的 4 倍，為軟齒而齒輪的 5 一 6 倍。一個中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速機的重量僅為軟齒面齒輪減速機的 1/3 左右。功率分支技術主要指行星及大功率齒輪箱的功率雙分及多分支裝置，如中心傳動的水泥磨主減速機，其核心技術是均載。模塊化設計技術對通用和標準減速機旨在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆蓋面需求的同時，盡可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格，以便于組織生產，使零部件生產形成批量，降低成本，取得規(guī)模效益。其他技術的發(fā)展還表現在理論研究(如強度計算、修形技術、現代設計方法的應用，新齒形、新結構的應用等)更完善、更接近實際；普遍采用各種優(yōu)質合金鋼鍛件；材料和熱處理質量控制水平的提高；結構設計更合理；加工精度普遍提高到 ISO 的 4 一 6 級；軸承質量和壽命的提高；潤滑油質量的提高；加工裝備和檢4測手段的提高等方面。這些技術的應用和日趨成熟，使齒輪產品的性能價格比大大提.高，產品越來越完美。如非常粗略地估計一下，輸出 IOONm 轉矩的齒輪裝置，如果在 1950 年時重 10kg，到 80 年代就可做到僅約 lkg。20 世紀 70 年代至 90 年代初，我國的高速齒輪技術經歷了測繪仿制、技術引進(技術攻關 )到獨立設計制造 3 個階段?，F在我國的設計制造能力基本上可滿足國內生產需要，設計制造的最高參數:最大功率 44MW,最高線速度 168m/s，最高轉速 67000r/min。我國的低速重載齒輪技術，特別是硬齒面齒輪技術也經歷了測繪仿制等階段，從無到有逐步發(fā)展起來。除了摸索掌握制造技術外，在 20 世紀 80 年代末至 90年代初推廣硬齒面技術過程中，我們還作了解決“ 斷軸” 、 “選用”等一系列有意義的工作。在 20 世紀 70-80 年代一直認為是國內重載齒輪兩大難題的“水泥磨減速機”和“軋鋼機械減速機 ”，可以說已完全解決。20 世紀 80 年代至 90 年代初，我國相繼制訂了一批減速機標準，如ZBJ19004 一 88《圓柱齒輪減速機》 、ZBJ19026 一 90《運輸機械用減速機》和YB/T050 一 93《冶金設備用 YNK 齒輪減速機》等幾個硬齒面減速機標準，我國有自己知識產權的標準，如 YB/T079 - 95《三環(huán)減速機》 。按這些標準生產的許多產品的主要技術指標均可達到或接近國外同類產品的水平，其中 YNK 減速機較完整地吸取了德國 FLENDER 公司同類產品的特點，并結合國情作了許多改進與創(chuàng)新。（1） 漸開線行星齒輪效率的研究行星齒輪傳動的效率作為評價器傳動性能優(yōu)劣的重要指標之一，國內外有許多學者對此進行了系統(tǒng)的研究。現在，計算行星齒輪傳動效率的方法很多，國內外學者提出了許多有關行星齒輪傳動效率的計算方法，在設計計算中，較常用的計算方有3種：嚙合功率法、力偏移法、和傳動比法（克萊依涅斯法），其中以嚙合功率法的用途最為廣泛，此方法用來計算普通的2K2H 和3K 型行星齒輪的效率十分方便。（2） 漸開線行星齒輪均載分析的研究現狀行星齒輪傳動具有結構緊湊、質量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點。這些都是由于在其結構上采用了多個行星輪的傳動方式，充分利用了同心軸齒輪之間的5空間，使用了多個行星輪來分擔載荷，形成功率流，并合理的采用了內嚙合傳動，從而使其具備了上述的許多優(yōu)點。但是，這只是最理想的情況，而在實際應用中，由于加工誤差和裝配誤差的存在，使得在傳動過程中各個行星輪上的載荷分配不均勻，造成載荷有集中在一個行星輪上的現象，這樣，行星齒輪的優(yōu)越性就得不到發(fā)揮，甚至不如普通的外傳動結構。所以，為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性，均載的問題就成了一個十分重要的課題。在結構方面，起初人們只努力地提高齒輪的加工精度，從而使得行星齒輪的制造和裝配變得比較困難。后來通過時間采取了對行星齒輪的基本構件徑向不加限制的專門措施和其它可自動調位的方法，即采用各種機械式地均載機構，以達到各行星輪間的載荷分布均勻的目的。典型的幾種均載機構有基本構件浮動的均載機構、杠桿聯動均載機構和采用彈性件的均載機構。2.齒輪減速機的發(fā)展趨勢隨著我國市場經濟的推進， “九五” 期間，齒輪行業(yè)的專業(yè)化生產水平有了明顯提高，如一汽、二汽等大型企業(yè)集團的齒輪變速箱廠、車轎廠，通過企業(yè)改組、改制，改為相對獨立的專業(yè)廠，參與市場競爭；隨著軍工轉民用，農機齒輪企業(yè)轉加工非農用齒輪產品，調整了企業(yè)產品結構；私有企業(yè)的堀起，中外合資企業(yè)的涌現，齒輪行業(yè)的整體結構得到優(yōu)化，行業(yè)實力增強，技術進步加快。近十幾年來，計算機技術、信息技術、自動化技術在機械制造中的廣泛應用，改變了制造業(yè)的傳統(tǒng)觀念和生產組織方式。一些先進的齒輪生產企業(yè)已經采用精益生產、敏捷制造、智能制造等先進技術。形成了高精度、高效率的智能化齒輪生產線和計算機網絡化管理。適應市場要求的新產品開發(fā)，關鍵工藝技術的創(chuàng)新競爭，產品質量競爭以及員工技術素質與創(chuàng)新精神，是 2l 世紀企業(yè)競爭的焦點。在 2l 世紀成套機械裝備中，齒輪仍然是機械傳動的基本部件。由于計算機技術與數控技術的發(fā)展，使得機械加工精度、加工效率太為提高，從而推動了機械傳動產品多樣化，整機配套的模塊化、標準化，以及造型設計藝術化，使產品更加精致、美觀。CNC 機床和工藝技術的發(fā)展，推動了機械傳動結構的飛速發(fā)展。在傳動系統(tǒng)設計中的電子控制、液壓傳動，齒輪、帶鏈的混合傳動，將成為變速箱設計中優(yōu)化傳動組合的方向。在傳動設計中的學科交叉，將成為新型傳動產品發(fā)展的重要趨勢。6工業(yè)通用變速箱是指為各行業(yè)成套裝備及生產線配套的大功率和中小功率變速箱。國內的變速箱將繼續(xù)淘汰軟齒面，向硬齒面(50～60HRC) 、高精度(4～5 級)、高可靠度軟啟動、運行監(jiān)控、運行狀態(tài)記錄、低噪聲、高的功率與體積比和高的功率與重量比的方向發(fā)展。中小功率變速箱為適應機電一體化成套裝備自動控制、自動調速、多種控制與通訊功能的接口需要，產品的結構與外型在相應改變。矢量變頻代替直流伺服驅動，已成為近年中小功率變速箱產品(如擺輪針輪傳動、諧波齒輪傳動等) 追求的目標。 隨著我國航天、航空、機械、電子、能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè)機器人等在各工業(yè)部門的應用，我國在諧波傳動技術應用方面已取得顯著成績。同時，隨著國家高新技術及信息產業(yè)的發(fā)展，對諧波傳動技術產品的需求將會更加突出?？傊?，當今世界各國減速機及齒輪技術發(fā)展總趨勢是向六高、二低、二化方面發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率；二低即低噪聲、低成本；二化即標準化、多樣化。減速機和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平，因此，開拓和發(fā)展減速機和齒輪技術在我國有廣闊的前景。3.論文的基本內容：（1）選擇傳動方案。傳動方案的確定包括傳動比的確定和傳動類型的確定。（2）設計計算及校核。傳動結構的設計計算，都大致包括：選擇傳動方案、傳動零件齒輪的設計計算與校核、軸的設計計算與校核、軸承的選型與壽命計算、鍵的選擇與強度計算、箱體的設計、潤滑與密封的選擇等。在對行星齒輪減速機的結構進行深入分析的基礎上，依據給定的減速機設計的主要參數，通過 CAD 繪圖軟件建立行星齒輪減速機各零件的二維平面圖，繪制出減速機的總裝圖對其進行分析。7第 1 章 傳動方案的確定1.1 設計任務設計一個行星齒輪傳動減速機。已知電機 30KW ，輸入轉速：n=1470r.p.m ， 2K-H 行星傳動輸出轉矩，輸出轉速 56-60r.p.m1.1.1 齒輪傳動的特點齒輪傳動與其它傳動比較，具有瞬時傳動比恒定、工作可靠、壽命長、效率高、可實現平行軸任意兩相交軸和交錯軸之間的傳動，適應的圓周速度和傳動功率范圍大，但齒輪傳動的制造成本高，低精度齒輪傳動時噪聲和振動較大，不適宜于兩軸間距離較大的傳動。齒輪傳動是以主動輪的輪齒依次推動從動輪來進行工作的，是是現代機械中應用十分廣泛的一種傳動形式。齒輪傳動可按一對齒輪軸線的相對位置來劃分，也可以按工作條件的不同來劃分。隨著行星傳動技術的迅速發(fā)展，目前，高速漸開線行星齒輪傳動裝置所傳遞的功率已達到 20000kW,輸出轉矩已達到 4500kN 。據有關資料介紹，人們認m?為目前行星齒輪傳動技術的發(fā)展方向如下。（1） 標準化、多品種 目前世界上已有 50 多個漸開線行星齒輪傳動系列設計；而且還演化出多種型式的行星減速機、差速器和行星變速器等多品種的產品。（2） 硬齒面、高精度 行星傳動機構中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學熱處理。齒輪制造精度一般均在 6 級以上。顯然，采用硬齒面、高精度有利于進一步提高承載能力，使齒輪尺寸變得更小。（3） 高轉速、大功率 行星齒輪傳動機構在高速傳動中，如在高速汽輪中已獲得日益廣泛的應用，其傳動功率也越來越大。（4） 大規(guī)格、大轉矩 在中低速、重載傳動中，傳遞大轉矩的大規(guī)格的行星齒輪傳動已有了較大的發(fā)展。81.1.2 齒輪傳動的兩大類型輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿渦輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。根據齒輪系運轉時各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動，齒輪傳動分為兩大類型。（1）普通齒輪傳動（定軸輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動（或稱定軸輪系） 。在普通齒輪傳動中，如果各齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動；如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳動（空間齒輪傳動） 。（2）行星齒輪傳動（行星輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉，即在該齒輪系中，至少具有一個作行星運動的齒輪，則稱該齒輪傳動為行星齒輪傳動，即行星輪系。1.2 行星機構的類型選擇1.2.1 行星機構的類型及特點行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。行星齒輪傳動的主要特點如下：（1）體積小，質量小，結構緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質量約為普通齒輪傳動的 （即在承受相同的載荷條件下） 。51~2（2）傳動效率高。在傳動類型選擇恰當、結構布置合理的情況下，其效率值可達 0.97~0，99。（3）傳動比較大?？梢詫崿F運動的合成與分解。只要適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可達到幾千。應該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結構緊湊、質量小、體積小等許多優(yōu)點。（4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強。由于采用了數個結構相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉臂的慣性力相互平衡。9同時，也使參與嚙合的齒數增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。最常見的行星齒輪傳動機構是 NGW 型行星傳動機構。行星齒輪傳動的型式可按兩種方式劃分：按齒輪嚙合方式不同分有 NGW、NW、NN、WW、NGWN和 N 等類型。按基本結構的組成情況不同有 2K-H、 2Z-X、3Z、Z-X-V 、Z-X 等類型。行星齒輪傳動最顯著的特點是：在傳遞動力時它可進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)的中的減速機、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質量小、結構緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應用，表 1-1 列出了常用行星齒輪傳動的型式及特點：表 1-1 常用行星齒輪傳動的傳動類型及其特點性能參數傳動形式簡圖傳動比 效率 最大功率/kW特點NGW（2K-H 負號機構）=1.13BAXi~13.7 推薦2.8~9 0.97~0.99 不限效率高，體積小，重量輕，結構簡單，制造方便，傳遞公路范圍大，軸向尺寸小，可用于各個工作條件，在機械傳動中應用最廣。單級傳動比范圍較小，耳機和三級傳動均廣泛應用10NW（2K-H 負號機構）=1~50BAXi推薦 7~21效率高，徑向尺寸比NGW 型小，傳動比范圍較 NGW 型大，可用于各種工作條件。但雙聯行星齒輪制造、安裝較復雜，故| |BAXi7 時不宜采用?NN（2K-H 負號機構）推薦值：=8BXEi~30效率較低，一般為0.7～0.840 傳動比打，效率較低，適用于短期工作傳動。當行星架 X 從動時，傳動比| |大于某一i值后，機構將發(fā)生自鎖WW（2K-H負號機構）=1.2~數BXAi千| |=1.2~5BXAi時，效率可達0.9~0.7， i5 以后.隨||增加徒降i20?傳動比范圍大，但外形尺寸及重量較大，效率很低，制造困難，一般不用與動力傳動。運動精度低也不用于分度機構。當行星架X 從動時，| |從某一i數值起會發(fā)生自鎖。常用作差速器；其傳動比取值為=1.8~3，最佳值XABi為 2，此時效率可達0.9NGW（Ⅰ）小功率傳動500BAEi?；推薦：0.8~0.9 隨增加而BAEi下降短期工作120，?長期工作10結構緊湊，體積小，傳動比范圍大，但效率低于 NGW 型，工藝性差，適用于中小11型（3Z）=20~10BAEi0功率功率或短期工作。若中心輪 A 輸出，當| |大于某一數值i時會發(fā)生自鎖NGWN（Ⅱ）型（3Z）=60~50BAEi0 推薦：=64~30i00.7~0.84 隨增加而bAEi下降短期工作120，?長期工作10結構更緊湊，制造，安裝比上列Ⅰ型傳動方便。由于采用單齒圈行星輪，需角度變?yōu)椴拍軡M足同心條件。效率較低，宜用于短期工作。傳動自鎖情況同上1.2.2 確定行星齒輪傳動類型根據設計要求：連續(xù)運轉、傳動比小、結構緊湊和外廓尺寸較小。根據表 1-1 中傳動類型的工作特點可知，2K-H 型效率高，體積小，機構簡單，制造方便。適用于任何工況下的大小功率的傳動，且廣泛地應用于動力及輔助傳動中，工作制度不限。本設計選用 2K-H 型行星傳動較合理，其傳動簡圖如圖 1-1 所示。12圖 1-1 減速機設計方案（二級 NGW—2K-H 型行星齒輪傳動）13第 2 章 齒輪的設計計算2.1 配齒計算2.1.1 確定各齒輪的齒數據 2K-H 型行星傳動的傳動比 值和按其配齒計算（見參考文獻[1]）一級行pi星輪公式（3-27）~公式（ 3-33）可求得內齒輪 b 和行星輪 c 的齒數 和 ?，F考bzc慮到行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，故選擇中心輪 a 的齒數 =17 和行星輪 =3.apn根據內齒輪 apbziz)1(??=76.5 75.?）（對內齒輪齒數進行圓整，同時考慮到安裝條件，取 ，此時實際的 p 值79?bz與給定的 p 值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內。實際傳動比為=abzi??1647.59其傳動比誤差 =2.67%5.??pi由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪 c 的齒數 應按如下公式計算，即czcabczz??2'因為 為偶數，故取齒數修正量為 。此時，通過角變位后，62??abz 1???c既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善 a-c 嚙合齒輪副的傳動性能。故=cz301-279在考慮到安裝條件為（整數）32??Czba14二級行星輪根據內齒輪 apbziz)1(??=100.4 5.2Z?對內齒輪齒數進行圓整，同時考慮到安裝條件，取 100，此時實際的 pbZ?值與給定的 p 值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內。實際傳動比為 104.5728i??其傳動比誤差 5.47.%pi???由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪 c 的齒數 應按如下公式計算，即czcabczz????2'因為 為偶數，故取齒數修正量為 。此時，通過角變位后，62??abz 1??c既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善 a-c 嚙合齒輪副的傳動性能。故10236.5cZ??在考慮到安裝條件為 362abZC??2.1.2 初算中心距和模數1. 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定太陽輪和行星輪材料為 20GrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為 57~ 61HRC。15試驗齒輪齒面接觸疲勞極限 =1591Mpa。limH?試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪 =485Mpa。liF行星輪 =485 0.7Mpa=339.5Mpa (對稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終limF??加工為磨齒，精度為 6 級。內齒圈材料為 38GrMoAlA，淡化處理，表面硬度為 973HV。試驗齒輪的接觸疲勞極限 =1282MpalimH?驗齒輪的彎曲疲勞極限 =370MPaliF齒形的終加工為插齒，精度為 7 級。2. 減速機的名義輸出轉速 2n由 = i21n得 = =i15.0minr=181.82 3. 載荷不均衡系數 PK采用太陽輪浮動的均載機構，取 。15.?PFHK4. 齒輪模數 和中心距 am首先計算太陽輪分度圓直徑： 3lim21a 1dukTKHdPAt ?????式中： 一齒數比為u76.0?一使用系數為 1.25；A一算式系數為 768；tdK一綜合系數為 2；?H一太陽輪單個齒傳遞的轉矩。1T?ppanPn1954?= 8.032?mN?16=376 mN?其中 —高速級行星齒輪傳動效率，取 =0.985??—齒寬系數暫取 =0.5d?adb=1450MpalimH?代入 3lim21a 1ukTKHdPAt ???32a 76.1)(59.0.768d ???=78.66模數 m= 63.417.?az取 m=5則 mzga )3017(52)(20 ????=117.5取 5.1齒寬 5.42170????db?取 m622.2 幾何尺寸計算1. 計算變位系數(1) a-c 傳動嚙合角 ac?因 ?20cos5.17oss0?=0.93969262所以 =ac?“‘4392?變位系數和 ?tan)(ivizxcc????17=（17+30 ） ????20tan5439“'iviv?=1.141圖 2-1 選擇變位系數線圖中心距變動系數 yy= =15.17.20??ma齒頂降低系數 y?4.0.??yx分配邊位系數：根據線圖法，通過查找線圖 2-1中心距變動系數 yy= =15.17.20??ma18齒頂降低系數 y?14.0.????yx分配邊位系數：根據線圖法，通過查找線圖 2-1得到邊位系數 549.0ax則 592.401.???ac(2) c-b 傳動由于內嚙合的兩個齒輪采用的是高度變位齒輪，所以有 0???bcx從而 592.?b且 a?' ?'y?2. 幾何尺寸計算結果對于單級的 2K-H 型的行星齒輪傳動按公式進行幾何尺寸的計算，各齒輪副的計算結果如下表：表 3-1 各齒輪副的幾何尺寸的計算結果項目 計算公式 a-c 齒輪副 b-c 齒輪副分度圓直徑 d1zm?22 8517??d032 150?d3972?基圓直徑 b?cos1b2d7.9cos1?b 514252 .41b 1.720cos52??d外嚙合)(1yxhmaa?????22dc076.91?ad5342齒頂圓直徑 ad內嚙合)(*1yxhcaa22db????? 513.641?ad092外嚙)(*1aaf xchm22fd?987.1?fd4232f19合齒根圓直徑 fd內嚙合)(2*1caf xhmd????2 bf 42.13?fd2f注：齒頂高系數：太陽輪、行星輪— ，內齒輪— ；1??ah8.0??ah頂隙系數：內齒輪— 25.0?c2.3 裝配條件驗算對于所設計的單級 2K-H 型的行星齒輪傳動應滿足如下裝配條件2.3.1 鄰接條件按公式驗算其鄰接條件，即paccnd?si2'?已知行星輪 c 的齒頂圓的直徑 =164.513， 和 代入上式，acd5.12'?ac3pn則得164.513 滿足鄰接條件m176.23sin5.12????2.3.2 同心條件按公式對于角變位有 ''cossbazz????已知 ， 代入上式得173079“'' 54392??ac ?20'?bc?=52.145 滿足同心條件??2cos5492cos“'2.3.2 安裝條件按公式驗證其安裝條件，即得20)(整 數Cnzpba??將 代入該式驗證得17az9b3滿足安裝條件2嚙合要素的驗算1. a-c 傳動端面重合度 a?（1）頂圓齒形曲率半徑 ?22)(baad???太陽輪 221 )874.9()06.9(a=29.31m行星輪 222 )954.10()53.64(??a?=42.416（2）端面嚙合長度 ag)sin(''21taag?????式中“ ”號正號為外嚙合，負號為內嚙合；端面節(jié)圓嚙合角。't?直齒輪 = ='tac“'54392?則 mga )54392sin.16( “'?????=18.67m（3）端面重合度 ?20cos567.18)cos/(s???????tnag=1.2652. 端面重合度bc?a?（1）頂圓齒形曲率半徑 ?22)(baad??21行星輪 由上面計算得， =42.4161a?1a?m內齒輪 222 )8.37()0.9(??=61.597m（2）端面嚙合長度 ag''21sintaag?????= ?20si5.197.64. ?m=24.05（3）端面重合度 = =1.63)cos/(stnaag?????20cos5.4?2.4 齒輪強度校核2.4.1 a-c 傳動強度校核本節(jié)僅列出相嚙合的小齒輪(太陽輪)的強度計算過程，大齒輪(行星輪)的計算方法相同，從略。1．確定計算載荷名義轉矩=376.89 N·mT名義圓周力= = N=8868NtFd20859.376?2．應力循環(huán)次數 aN=60 = 次= 次aHnpt041. 91037.?= = =181.82i5.10mirinr= =Han?82.1=818.18 ir式中 —太陽輪相對于行星架的轉速( )a minr—壽命期內要求傳動的總運轉時間(h)t22t=10a =70400hdha230?3. 確定強度計算中的各種系數1)使用系數 K A取 K =1. 25A2)動負荷系數 K v因 z =171200MPa40?sm2limH?查得 Z =1.0L3)速度系數 Z v因 =3.64 和 =1591 MPaslimH查得 Z =0.975v4)粗糙度系數 Z R因 1200 MPa 和齒面 R =1.6 6 =9.6limH?z?m?查得 Z =1.026R5)工作硬化系數 W25因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 R =9.6 6 ,zm?由圖 5-17 取 =1.0WZ6)尺寸系數 查得 Z =1.0X10．許用接觸應力 HP?=HPlimXWRVLNTZ=1591 1.0 1.0 0.975 1.026 1.0 1.0??=1592MPa11．接觸強度安全系數 S HS = = =1.985HP?80215912．確定計算許用彎曲應力 時的各種系數FP?l)試驗齒輪的應力修正系數 = 2.0STY2)壽命系數因 N = ，查得 =0.83L91037.?NT3)相對齒根圓角敏感系數 relT?由 =1.796，查得 = 1.0saYrl4)齒根表面狀況系數 = 0.925(齒根 R =6.3 6 = 37. 8 )TRelY' z?m?5)尺寸系數 可按下式計算X= 0.01m= =1.0?05.1501.13．許用彎曲應力 FP?= limSTYNrelT?Rl'XY=485 2.0 0.83 1.0 0.925 1.0MPa??=745 MPa14．彎曲強度安全系數 S FS = = =5.21P?143752.4.1 c-b 傳動強度校核本節(jié)僅列出相嚙合的大齒輪(內齒輪)的強度計算過程，小齒輪(行星輪)的計算26方法相同，從略。齒輪強度驗算按第 5 章中的有關公式和圖表進行。1．名義切向力 tF=8868NtF2．應力循環(huán)次數 N bN =60 =60 次=2.3 10 次bHanpt704382.1??9式中 n —太陽輪相對于行星架的轉速( )H minr= n -n = =181.82 bb).(?ir3．確定強度計算中的各種系數1)使用系數 K 取 K =1. 25AA2)動負荷系數 K v根據 = =60Hbdn?1082.3954.?sm=3.76 sm查得（7 級精度)：K =1. 068v3)齒向載荷分布系數 K ,K?HF由式(5-1)和(5-2)K = 1+(K -1 )K K?0?HWHeK =1+(K -1)K KFF式中 K — 計算接觸強度時運轉初期( 未經跑合 )的齒向載荷分布系數，查0?H得 K = 1.187 ( =0.5);0d?K — 計算接觸強度時的跑合影響系數，查得 K = 0.83(v W HW=3.76 ，HB =450)；sm2K — 計算彎曲強度時運轉初期(未經跑合)的齒向載荷分布系數，由圖 5-40?F查得 K =1.12( =12.4) 0?FbK —計算彎曲強度時的跑合影響系數，由圖 5-5 查得 K =0.95 (v =3.76W FW， HB =450)；s2K —與均載系數有關的系數，K =0.7He HeK —與均載系數有關的系數，K =0.85F F則 K = 1+(1.187-1 ) 0.83 0.7=1.149?H?27K =1+(1.12-1) 0.95 0.85=1.097?F?4)齒間載荷分布系數 K 、K?HF因 = =178.79 ，精度 7 級，非硬齒面直齒btA6285.1mN輪由表 5-9 查得 K =K =1.0?F5)節(jié)點區(qū)域系數 Z 可查圖 5-13 或按下式計算HZ = ='2'sincottb??20sinco2?=2.495 式中 直齒輪 = 0b?—端面節(jié)圓嚙合角't?直齒輪 = =20'tcb?—端面壓力角t直齒輪 = =20t?6)彈性系數 Z E查得 Z =189.8 (鋼一鋼)MPa7)載荷作用齒頂時的齒形系數 Y Fa查得 Y =2.053Fa8)載荷作用齒頂時的應力修正系數 Y sa查得 Y =2.65sa9)重合度系數 z ，Y?z = = =0.889?34a?63.1=0.25+ =0.25+ =0.71?Ya75.0.10)螺旋角系數 Z , Y 可按下式計算?因 =0，z = 得 z =1cos?Y = ??1??20所以 z =1,Y =1?284．齒數比 u= = =2.633cbz30795．計算接觸應力的基本值 0H?= 0H???zEubdFt1?=2.495 189.8 0.889 1 MPa??63.21508?=323.75MPa6．接觸應力 H?= 0???HvAK=323.75 149.068.125?=401MPa7．彎曲應力的基本值 0F?= Y Y Y Y0FbmtaS??= 17.06523.5628??=110.497MPa8．齒根彎曲應力 F?= K K K K0Av??F=110.49 1.25 1.068 1.097 1??=161.812MPa9．確定計算許用接觸應力 時的各種系數HP?l)壽命系數 Z NT因 N = 2.3 10 ，查得 Z =1L?9NT2)潤滑系數 Z L因 和 =1282MPasm/204??limH?查得 Z =1L3)速度系數 Z v因 v=3.76 和 =1282MPaslimHI2K-H 行星齒輪減速機設計摘 要本文完成了行星齒輪減速機的結構設計。該減速機具有較小的傳動比，而且，它具有結構緊湊、傳動效率高、外廓尺寸小和重量輕、承載能力大、運動平穩(wěn)、抗沖擊和震動的能力較強、噪聲低的特點，適用于化工、輕工業(yè)以及機器人等領域。這些功用對于現代機械傳動的發(fā)展有著較重要的意義。首先簡要介紹了課題的背景以及齒輪減速機的研究現狀和發(fā)展趨勢，然后比較了各種傳動結構，從而確定了傳動的基本類型。論文主體部分是對傳動機構主要構件包括太陽輪、行星輪、內齒圈及行星架的設計計算，通過所給的輸入功率、傳動比、輸入轉速以及工況系數確定齒輪減速機的大致結構之后，對其進行了整體結構的設計計算和主要零部件的強度校核計算。其中該減速機的設計與其他減速機的結構設計相比有三大特點：其一，為了使三個行星輪的載荷均勻分配，采用了齒式浮動機構，即太陽輪與高速軸通過齒式聯軸器將二者連接在一起，從而實現了太陽輪的浮動；其二，該減速機的箱體采用的是法蘭式箱體，上下箱體分別鑄造而成；其三，內齒圈與箱體采用分離式，通過螺栓和圓錐銷將其與上下箱體固定在一起。最后對整個設計過程進行了總結，基本上完成了對該減速機的整體結構設計。關鍵詞：行 星 齒 輪 ， 傳 動 機 構 ， 結 構 設 計 ， 校 核 計 算IIThe design of NGW planetary gear reducerABSTRACTThis completed a single-stage planetary gear reducer design. The gear has a smaller transmission ratio, and it has a compact, high transmission efficiency, outline, small size and light weight, carrying capacity, smooth motion, shock and vibration resistant and low noise characteristics, Used in chemical, light industry and robotics fields. The function of the development of modern mechanical transmission has a more important significance.First paper introduces the background and the subject of gear reducer situation and development trend, and then compared various transmission structures, which determine the basic type of transmission. Thesis is the main part of the main components of drive mechanism including the sun wheel, planet gear, ring gear and planet carrier in the design calculation, given by the input power, gear ratio, input speed and the condition factor to determine the approximate structure after the gear reducer And to carry out the design and calculation of the overall structure and main components of the strength check calculation. One of the other gear reducer design and compared the structural design of the three major characteristics: First, the three planetary gear to make the load evenly, using a gear-type floating body, the sun gear and high-speed shaft through the gear together Coupling the two together to achieve a floating sun gear; Second, the box uses a reducer flange box, upper and lower box were cast; Third, the ring gear and Box with separate, through bolts and tapered pins will be fixed together with the upper and lower box. Finally, a summary of the entire design process is basically complete the overall design of the reducer.KEY WORDS: planetary gear，driving machanism，structural design，checking calculation1目 錄前 言 .1第 1 章 傳動方案的確定 .61.1 設 計任務 .61.1.1 齒輪傳動的特點 .61.1.2 齒輪傳動的兩大類型 .71.2 行星機構的類型選擇 71.2.1 行星機構的類型及特點 .71.2.2 確定行星齒輪傳動類型 .10第 2 章 齒輪的設計計算 .122.1 配齒計算 .122.1.1 確定各齒輪的齒數 .122.1.2 初算中心距和模數 .132.2 幾何尺寸計算 .152.3 裝配條件驗算 .172.3.1 鄰接條件 .172.3.2 同心條件 .182.3.2 安裝條件 .182.4 齒輪強度校核 .192.4.1 a-c 傳動強度校核 192.4.1 c-b 傳動強度校核 24第 3 章 軸的設計計算 .293.1 行星軸設計 .293.2 轉軸的設計 .313.2.1 輸入軸設計 .313.2.2 輸出軸設計 .32第 4 章 行星架和箱體的設計 .354.1 行星架的設計 .354.1.1 行星架結構方案 .3524.1.2 行星架制造精度 .374.2 箱體的設計 .39結 論 .42致謝 .43參考文獻 .443前 言本課題通過對行星齒輪減速機的結構設計，初步計算出各零件的設計尺寸和裝配尺寸，并對涉及結果進行參數化分析，為行星齒輪減速機產品的開發(fā)和性能評價實現行星齒輪減速機規(guī)?；a提供了參考和理論依據。通過本設計，要能弄懂該減速機的傳動原理，達到對所學知識的復習與鞏固，從而在以后的工作中能解決類似的問題。1.齒輪減速機的研究現狀齒輪是使用量大面廣的傳動元件。目前世器上齒輪最大傳遞功率已達6500kW，最大線速度達 210m／s(在實驗室中達 300m/s)；齒輪最大重量達 200t，最大直徑達 (組合式)，最大模數 m 達 50mm。我國自行設計的高速齒輪m6.25?(增)減速機的功率已達 44000kW，齒輪圓周速度達 150m／s 以上。 由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速機，用于原動機和工作機或執(zhí)行機構之間，起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，在現代機械中應用極為廣泛。20 世紀末的 20 多年，世界齒輪技術有了很大的發(fā)展。產品發(fā)展的總趨勢是小型化、高速化、低噪聲、高可靠度。技術發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術、功率分支技術和模塊化設計技術。硬齒面技術到 20 世紀 80 年代時在國外日趨成熟。采用優(yōu)質合金鋼鍛件滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于 IS01328 一 1975 的 6 級，綜合承載能力為中硬齒面調質齒輪的 4 倍，為軟齒而齒輪的 5 一 6 倍。一個中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速機的重量僅為軟齒面齒輪減速機的 1/3 左右。功率分支技術主要指行星及大功率齒輪箱的功率雙分及多分支裝置，如中心傳動的水泥磨主減速機，其核心技術是均載。模塊化設計技術對通用和標準減速機旨在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆蓋面需求的同時，盡可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格，以便于組織生產，使零部件生產形成批量，降低成本，取得規(guī)模效益。其他技術的發(fā)展還表現在理論研究(如強度計算、修形技術、現代設計方法的應用，新齒形、新結構的應用等)更完善、更接近實際；普遍采用各種優(yōu)質合金鋼鍛件；材料和熱處理質量控制水平的提高；結構設計更合理；加工精度普遍提高到 ISO 的 4 一 6 級；軸承質量和壽命的提高；潤滑油質量的提高；加工裝備和檢4測手段的提高等方面。這些技術的應用和日趨成熟，使齒輪產品的性能價格比大大提.高，產品越來越完美。如非常粗略地估計一下，輸出 IOONm 轉矩的齒輪裝置，如果在 1950 年時重 10kg，到 80 年代就可做到僅約 lkg。20 世紀 70 年代至 90 年代初，我國的高速齒輪技術經歷了測繪仿制、技術引進(技術攻關 )到獨立設計制造 3 個階段?，F在我國的設計制造能力基本上可滿足國內生產需要，設計制造的最高參數:最大功率 44MW,最高線速度 168m/s，最高轉速 67000r/min。我國的低速重載齒輪技術，特別是硬齒面齒輪技術也經歷了測繪仿制等階段，從無到有逐步發(fā)展起來。除了摸索掌握制造技術外，在 20 世紀 80 年代末至 90年代初推廣硬齒面技術過程中，我們還作了解決“ 斷軸” 、 “選用”等一系列有意義的工作。在 20 世紀 70-80 年代一直認為是國內重載齒輪兩大難題的“水泥磨減速機”和“軋鋼機械減速機 ”，可以說已完全解決。20 世紀 80 年代至 90 年代初，我國相繼制訂了一批減速機標準，如ZBJ19004 一 88《圓柱齒輪減速機》 、ZBJ19026 一 90《運輸機械用減速機》和YB/T050 一 93《冶金設備用 YNK 齒輪減速機》等幾個硬齒面減速機標準，我國有自己知識產權的標準，如 YB/T079 - 95《三環(huán)減速機》 。按這些標準生產的許多產品的主要技術指標均可達到或接近國外同類產品的水平，其中 YNK 減速機較完整地吸取了德國 FLENDER 公司同類產品的特點，并結合國情作了許多改進與創(chuàng)新。（1） 漸開線行星齒輪效率的研究行星齒輪傳動的效率作為評價器傳動性能優(yōu)劣的重要指標之一，國內外有許多學者對此進行了系統(tǒng)的研究。現在，計算行星齒輪傳動效率的方法很多，國內外學者提出了許多有關行星齒輪傳動效率的計算方法，在設計計算中，較常用的計算方有3種：嚙合功率法、力偏移法、和傳動比法（克萊依涅斯法），其中以嚙合功率法的用途最為廣泛，此方法用來計算普通的2K2H 和3K 型行星齒輪的效率十分方便。（2） 漸開線行星齒輪均載分析的研究現狀行星齒輪傳動具有結構緊湊、質量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點。這些都是由于在其結構上采用了多個行星輪的傳動方式，充分利用了同心軸齒輪之間的5空間，使用了多個行星輪來分擔載荷，形成功率流，并合理的采用了內嚙合傳動，從而使其具備了上述的許多優(yōu)點。但是，這只是最理想的情況，而在實際應用中，由于加工誤差和裝配誤差的存在，使得在傳動過程中各個行星輪上的載荷分配不均勻，造成載荷有集中在一個行星輪上的現象，這樣，行星齒輪的優(yōu)越性就得不到發(fā)揮，甚至不如普通的外傳動結構。所以，為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性，均載的問題就成了一個十分重要的課題。在結構方面，起初人們只努力地提高齒輪的加工精度，從而使得行星齒輪的制造和裝配變得比較困難。后來通過時間采取了對行星齒輪的基本構件徑向不加限制的專門措施和其它可自動調位的方法，即采用各種機械式地均載機構，以達到各行星輪間的載荷分布均勻的目的。典型的幾種均載機構有基本構件浮動的均載機構、杠桿聯動均載機構和采用彈性件的均載機構。2.齒輪減速機的發(fā)展趨勢隨著我國市場經濟的推進， “九五” 期間，齒輪行業(yè)的專業(yè)化生產水平有了明顯提高，如一汽、二汽等大型企業(yè)集團的齒輪變速箱廠、車轎廠，通過企業(yè)改組、改制，改為相對獨立的專業(yè)廠，參與市場競爭；隨著軍工轉民用，農機齒輪企業(yè)轉加工非農用齒輪產品，調整了企業(yè)產品結構；私有企業(yè)的堀起，中外合資企業(yè)的涌現，齒輪行業(yè)的整體結構得到優(yōu)化，行業(yè)實力增強，技術進步加快。近十幾年來，計算機技術、信息技術、自動化技術在機械制造中的廣泛應用，改變了制造業(yè)的傳統(tǒng)觀念和生產組織方式。一些先進的齒輪生產企業(yè)已經采用精益生產、敏捷制造、智能制造等先進技術。形成了高精度、高效率的智能化齒輪生產線和計算機網絡化管理。適應市場要求的新產品開發(fā)，關鍵工藝技術的創(chuàng)新競爭，產品質量競爭以及員工技術素質與創(chuàng)新精神，是 2l 世紀企業(yè)競爭的焦點。在 2l 世紀成套機械裝備中，齒輪仍然是機械傳動的基本部件。由于計算機技術與數控技術的發(fā)展，使得機械加工精度、加工效率太為提高，從而推動了機械傳動產品多樣化，整機配套的模塊化、標準化，以及造型設計藝術化，使產品更加精致、美觀。CNC 機床和工藝技術的發(fā)展，推動了機械傳動結構的飛速發(fā)展。在傳動系統(tǒng)設計中的電子控制、液壓傳動，齒輪、帶鏈的混合傳動，將成為變速箱設計中優(yōu)化傳動組合的方向。在傳動設計中的學科交叉，將成為新型傳動產品發(fā)展的重要趨勢。6工業(yè)通用變速箱是指為各行業(yè)成套裝備及生產線配套的大功率和中小功率變速箱。國內的變速箱將繼續(xù)淘汰軟齒面，向硬齒面(50～60HRC) 、高精度(4～5 級)、高可靠度軟啟動、運行監(jiān)控、運行狀態(tài)記錄、低噪聲、高的功率與體積比和高的功率與重量比的方向發(fā)展。中小功率變速箱為適應機電一體化成套裝備自動控制、自動調速、多種控制與通訊功能的接口需要，產品的結構與外型在相應改變。矢量變頻代替直流伺服驅動，已成為近年中小功率變速箱產品(如擺輪針輪傳動、諧波齒輪傳動等) 追求的目標。 隨著我國航天、航空、機械、電子、能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè)機器人等在各工業(yè)部門的應用，我國在諧波傳動技術應用方面已取得顯著成績。同時，隨著國家高新技術及信息產業(yè)的發(fā)展，對諧波傳動技術產品的需求將會更加突出。總之，當今世界各國減速機及齒輪技術發(fā)展總趨勢是向六高、二低、二化方面發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率；二低即低噪聲、低成本；二化即標準化、多樣化。減速機和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平，因此，開拓和發(fā)展減速機和齒輪技術在我國有廣闊的前景。3.論文的基本內容：（1）選擇傳動方案。傳動方案的確定包括傳動比的確定和傳動類型的確定。（2）設計計算及校核。傳動結構的設計計算，都大致包括：選擇傳動方案、傳動零件齒輪的設計計算與校核、軸的設計計算與校核、軸承的選型與壽命計算、鍵的選擇與強度計算、箱體的設計、潤滑與密封的選擇等。在對行星齒輪減速機的結構進行深入分析的基礎上，依據給定的減速機設計的主要參數，通過 CAD 繪圖軟件建立行星齒輪減速機各零件的二維平面圖，繪制出減速機的總裝圖對其進行分析。7第 1 章 傳動方案的確定1.1 設計任務設計一個行星齒輪傳動減速機。已知電機 30KW ，輸入轉速：n=1470r.p.m ， 2K-H 行星傳動輸出轉矩，輸出轉速 56-60r.p.m1.1.1 齒輪傳動的特點齒輪傳動與其它傳動比較，具有瞬時傳動比恒定、工作可靠、壽命長、效率高、可實現平行軸任意兩相交軸和交錯軸之間的傳動，適應的圓周速度和傳動功率范圍大，但齒輪傳動的制造成本高，低精度齒輪傳動時噪聲和振動較大，不適宜于兩軸間距離較大的傳動。齒輪傳動是以主動輪的輪齒依次推動從動輪來進行工作的，是是現代機械中應用十分廣泛的一種傳動形式。齒輪傳動可按一對齒輪軸線的相對位置來劃分，也可以按工作條件的不同來劃分。隨著行星傳動技術的迅速發(fā)展，目前，高速漸開線行星齒輪傳動裝置所傳遞的功率已達到 20000kW,輸出轉矩已達到 4500kN 。據有關資料介紹，人們認m?為目前行星齒輪傳動技術的發(fā)展方向如下。（1） 標準化、多品種 目前世界上已有 50 多個漸開線行星齒輪傳動系列設計；而且還演化出多種型式的行星減速機、差速器和行星變速器等多品種的產品。（2） 硬齒面、高精度 行星傳動機構中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學熱處理。齒輪制造精度一般均在 6 級以上。顯然，采用硬齒面、高精度有利于進一步提高承載能力，使齒輪尺寸變得更小。（3） 高轉速、大功率 行星齒輪傳動機構在高速傳動中，如在高速汽輪中已獲得日益廣泛的應用，其傳動功率也越來越大。（4） 大規(guī)格、大轉矩 在中低速、重載傳動中，傳遞大轉矩的大規(guī)格的行星齒輪傳動已有了較大的發(fā)展。81.1.2 齒輪傳動的兩大類型輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿渦輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。根據齒輪系運轉時各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動，齒輪傳動分為兩大類型。（1）普通齒輪傳動（定軸輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動（或稱定軸輪系） 。在普通齒輪傳動中，如果各齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動；如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳動（空間齒輪傳動） 。（2）行星齒輪傳動（行星輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉，即在該齒輪系中，至少具有一個作行星運動的齒輪，則稱該齒輪傳動為行星齒輪傳動，即行星輪系。1.2 行星機構的類型選擇1.2.1 行星機構的類型及特點行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。行星齒輪傳動的主要特點如下：（1）體積小，質量小，結構緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質量約為普通齒輪傳動的 （即在承受相同的載荷條件下） 。51~2（2）傳動效率高。在傳動類型選擇恰當、結構布置合理的情況下，其效率值可達 0.97~0，99。（3）傳動比較大?？梢詫崿F運動的合成與分解。只要適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可達到幾千。應該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結構緊湊、質量小、體積小等許多優(yōu)點。（4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強。由于采用了數個結構相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉臂的慣性力相互平衡。9同時，也使參與嚙合的齒數增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。最常見的行星齒輪傳動機構是 NGW 型行星傳動機構。行星齒輪傳動的型式可按兩種方式劃分：按齒輪嚙合方式不同分有 NGW、NW、NN、WW、NGWN和 N 等類型。按基本結構的組成情況不同有 2K-H、 2Z-X、3Z、Z-X-V 、Z-X 等類型。行星齒輪傳動最顯著的特點是：在傳遞動力時它可進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)的中的減速機、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質量小、結構緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應用，表 1-1 列出了常用行星齒輪傳動的型式及特點：表 1-1 常用行星齒輪傳動的傳動類型及其特點性能參數傳動形式簡圖傳動比 效率 最大功率/kW特點NGW（2K-H 負號機構）=1.13BAXi~13.7 推薦2.8~9 0.97~0.99 不限效率高，體積小，重量輕，結構簡單，制造方便，傳遞公路范圍大，軸向尺寸小，可用于各個工作條件，在機械傳動中應用最廣。單級傳動比范圍較小，耳機和三級傳動均廣泛應用10NW（2K-H 負號機構）=1~50BAXi推薦 7~21效率高，徑向尺寸比NGW 型小，傳動比范圍較 NGW 型大，可用于各種工作條件。但雙聯行星齒輪制造、安裝較復雜，故| |BAXi7 時不宜采用?NN（2K-H 負號機構）推薦值：=8BXEi~30效率較低，一般為0.7～0.840 傳動比打，效率較低，適用于短期工作傳動。當行星架 X 從動時，傳動比| |大于某一i值后，機構將發(fā)生自鎖WW（2K-H負號機構）=1.2~數BXAi千| |=1.2~5BXAi時，效率可達0.9~0.7， i5 以后.隨||增加徒降i20?傳動比范圍大，但外形尺寸及重量較大，效率很低，制造困難，一般不用與動力傳動。運動精度低也不用于分度機構。當行星架X 從動時，| |從某一i數值起會發(fā)生自鎖。常用作差速器；其傳動比取值為=1.8~3，最佳值XABi為 2，此時效率可達0.9NGW（Ⅰ）小功率傳動500BAEi?；推薦：0.8~0.9 隨增加而BAEi下降短期工作120，?長期工作10結構緊湊，體積小，傳動比范圍大，但效率低于 NGW 型，工藝性差，適用于中小11型（3Z）=20~10BAEi0功率功率或短期工作。若中心輪 A 輸出，當| |大于某一數值i時會發(fā)生自鎖NGWN（Ⅱ）型（3Z）=60~50BAEi0 推薦：=64~30i00.7~0.84 隨增加而bAEi下降短期工作120，?長期工作10結構更緊湊，制造，安裝比上列Ⅰ型傳動方便。由于采用單齒圈行星輪，需角度變?yōu)椴拍軡M足同心條件。效率較低，宜用于短期工作。傳動自鎖情況同上1.2.2 確定行星齒輪傳動類型根據設計要求：連續(xù)運轉、傳動比小、結構緊湊和外廓尺寸較小。根據表 1-1 中傳動類型的工作特點可知，2K-H 型效率高，體積小，機構簡單，制造方便。適用于任何工況下的大小功率的傳動，且廣泛地應用于動力及輔助傳動中，工作制度不限。本設計選用 2K-H 型行星傳動較合理，其傳動簡圖如圖 1-1 所示。12圖 1-1 減速機設計方案（二級 NGW—2K-H 型行星齒輪傳動）13第 2 章 齒輪的設計計算2.1 配齒計算2.1.1 確定各齒輪的齒數據 2K-H 型行星傳動的傳動比 值和按其配齒計算（見參考文獻[1]）一級行pi星輪公式（3-27）~公式（ 3-33）可求得內齒輪 b 和行星輪 c 的齒數 和 ?，F考bzc慮到行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，故選擇中心輪 a 的齒數 =17 和行星輪 =3.apn根據內齒輪 apbziz)1(??=76.5 75.?）（對內齒輪齒數進行圓整，同時考慮到安裝條件，取 ，此時實際的 p 值79?bz與給定的 p 值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內。實際傳動比為=abzi??1647.59其傳動比誤差 =2.67%5.??pi由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪 c 的齒數 應按如下公式計算，即czcabczz??2'因為 為偶數，故取齒數修正量為 。此時，通過角變位后，62??abz 1???c既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善 a-c 嚙合齒輪副的傳動性能。故=cz301-279在考慮到安裝條件為（整數）32??Czba14二級行星輪根據內齒輪 apbziz)1(??=100.4 5.2Z?對內齒輪齒數進行圓整，同時考慮到安裝條件，取 100，此時實際的 pbZ?值與給定的 p 值稍有變化，但是必須控制在其傳動比誤差的范圍內。實際傳動比為 104.5728i??其傳動比誤差 5.47.%pi???由于外嚙合采用角度變位的傳動，行星輪 c 的齒數 應按如下公式計算，即czcabczz????2'因為 為偶數，故取齒數修正量為 。此時，通過角變位后，62??abz 1??c既不增大該行星傳動的徑向尺寸，又可以改善 a-c 嚙合齒輪副的傳動性能。故10236.5cZ??在考慮到安裝條件為 362abZC??2.1.2 初算中心距和模數1. 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定太陽輪和行星輪材料為 20GrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為 57~ 61HRC。15試驗齒輪齒面接觸疲勞極限 =1591Mpa。limH?試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪 =485Mpa。liF行星輪 =485 0.7Mpa=339.5Mpa (對稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終limF??加工為磨齒，精度為 6 級。內齒圈材料為 38GrMoAlA，淡化處理，表面硬度為 973HV。試驗齒輪的接觸疲勞極限 =1282MpalimH?驗齒輪的彎曲疲勞極限 =370MPaliF齒形的終加工為插齒，精度為 7 級。2. 減速機的名義輸出轉速 2n由 = i21n得 = =i15.0minr=181.82 3. 載荷不均衡系數 PK采用太陽輪浮動的均載機構，取 。15.?PFHK4. 齒輪模數 和中心距 am首先計算太陽輪分度圓直徑： 3lim21a 1dukTKHdPAt ?????式中： 一齒數比為u76.0?一使用系數為 1.25；A一算式系數為 768；tdK一綜合系數為 2；?H一太陽輪單個齒傳遞的轉矩。1T?ppanPn1954?= 8.032?mN?16=376 mN?其中 —高速級行星齒輪傳動效率，取 =0.985??—齒寬系數暫取 =0.5d?adb=1450MpalimH?代入 3lim21a 1ukTKHdPAt ???32a 76.1)(59.0.768d ???=78.66模數 m= 63.417.?az取 m=5則 mzga )3017(52)(20 ????=117.5取 5.1齒寬 5.42170????db?取 m622.2 幾何尺寸計算1. 計算變位系數(1) a-c 傳動嚙合角 ac?因 ?20cos5.17oss0?=0.93969262所以 =ac?“‘4392?變位系數和 ?tan)(ivizxcc????17=（17+30 ） ????20tan5439“'iviv?=1.141圖 2-1 選擇變位系數線圖中心距變動系數 yy= =15.17.20??ma齒頂降低系數 y?4.0.??yx分配邊位系數：根據線圖法，通過查找線圖 2-1中心距變動系數 yy= =15.17.20??ma18齒頂降低系數 y?14.0.????yx分配邊位系數：根據線圖法，通過查找線圖 2-1得到邊位系數 549.0ax則 592.401.???ac(2) c-b 傳動由于內嚙合的兩個齒輪采用的是高度變位齒輪，所以有 0???bcx從而 592.?b且 a?' ?'y?2. 幾何尺寸計算結果對于單級的 2K-H 型的行星齒輪傳動按公式進行幾何尺寸的計算，各齒輪副的計算結果如下表：表 3-1 各齒輪副的幾何尺寸的計算結果項目 計算公式 a-c 齒輪副 b-c 齒輪副分度圓直徑 d1zm?22 8517??d032 150?d3972?基圓直徑 b?cos1b2d7.9cos1?b 514252 .41b 1.720cos52??d外嚙合)(1yxhmaa?????22dc076.91?ad5342齒頂圓直徑 ad內嚙合)(*1yxhcaa22db????? 513.641?ad092外嚙)(*1aaf xchm22fd?987.1?fd4232f19合齒根圓直徑 fd內嚙合)(2*1caf xhmd????2 bf 42.13?fd2f注：齒頂高系數：太陽輪、行星輪— ，內齒輪— ；1??ah8.0??ah頂隙系數：內齒輪— 25.0?c2.3 裝配條件驗算對于所設計的單級 2K-H 型的行星齒輪傳動應滿足如下裝配條件2.3.1 鄰接條件按公式驗算其鄰接條件，即paccnd?si2'?已知行星輪 c 的齒頂圓的直徑 =164.513， 和 代入上式，acd5.12'?ac3pn則得164.513 滿足鄰接條件m176.23sin5.12????2.3.2 同心條件按公式對于角變位有 ''cossbazz????已知 ， 代入上式得173079“'' 54392??ac ?20'?bc?=52.145 滿足同心條件??2cos5492cos“'2.3.2 安裝條件按公式驗證其安裝條件，即得20)(整 數Cnzpba??將 代入該式驗證得17az9b3滿足安裝條件2嚙合要素的驗算1. a-c 傳動端面重合度 a?（1）頂圓齒形曲率半徑 ?22)(baad???太陽輪 221 )874.9()06.9(a=29.31m行星輪 222 )954.10()53.64(??a?=42.416（2）端面嚙合長度 ag)sin(''21taag?????式中“ ”號正號為外嚙合，負號為內嚙合；端面節(jié)圓嚙合角。't?直齒輪 = ='tac“'54392?則 mga )54392sin.16( “'?????=18.67m（3）端面重合度 ?20cos567.18)cos/(s???????tnag=1.2652. 端面重合度bc?a?（1）頂圓齒形曲率半徑 ?22)(baad??21行星輪 由上面計算得， =42.4161a?1a?m內齒輪 222 )8.37()0.9(??=61.597m（2）端面嚙合長度 ag''21sintaag?????= ?20si5.197.64. ?m=24.05（3）端面重合度 = =1.63)cos/(stnaag?????20cos5.4?2.4 齒輪強度校核2.4.1 a-c 傳動強度校核本節(jié)僅列出相嚙合的小齒輪(太陽輪)的強度計算過程，大齒輪(行星輪)的計算方法相同，從略。1．確定計算載荷名義轉矩=376.89 N·mT名義圓周力= = N=8868NtFd20859.376?2．應力循環(huán)次數 aN=60 = 次= 次aHnpt041. 91037.?= = =181.82i5.10mirinr= =Han?82.1=818.18 ir式中 —太陽輪相對于行星架的轉速( )a minr—壽命期內要求傳動的總運轉時間(h)t22t=10a =70400hdha230?3. 確定強度計算中的各種系數1)使用系數 K A取 K =1. 25A2)動負荷系數 K v因 z =171200MPa40?sm2limH?查得 Z =1.0L3)速度系數 Z v因 =3.64 和 =1591 MPaslimH查得 Z =0.975v4)粗糙度系數 Z R因 1200 MPa 和齒面 R =1.6 6 =9.6limH?z?m?查得 Z =1.026R5)工作硬化系數 W25因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 R =9.6 6 ,zm?由圖 5-17 取 =1.0WZ6)尺寸系數 查得 Z =1.0X10．許用接觸應力 HP?=HPlimXWRVLNTZ=1591 1.0 1.0 0.975 1.026 1.0 1.0??=1592MPa11．接觸強度安全系數 S HS = = =1.985HP?80215912．確定計算許用彎曲應力 時的各種系數FP?l)試驗齒輪的應力修正系數 = 2.0STY2)壽命系數因 N = ，查得 =0.83L91037.?NT3)相對齒根圓角敏感系數 relT?由 =1.796，查得 = 1.0saYrl4)齒根表面狀況系數 = 0.925(齒根 R =6.3 6 = 37. 8 )TRelY' z?m?5)尺寸系數 可按下式計算X= 0.01m= =1.0?05.1501.13．許用彎曲應力 FP?= limSTYNrelT?Rl'XY=485 2.0 0.83 1.0 0.925 1.0MPa??=745 MPa14．彎曲強度安全系數 S FS = = =5.21P?143752.4.1 c-b 傳動強度校核本節(jié)僅列出相嚙合的大齒輪(內齒輪)的強度計算過程，小齒輪(行星輪)的計算26方法相同，從略。齒輪強度驗算按第 5 章中的有關公式和圖表進行。1．名義切向力 tF=8868NtF2．應力循環(huán)次數 N bN =60 =60 次=2.3 10 次bHanpt704382.1??9式中 n —太陽輪相對于行星架的轉速( )H minr= n -n = =181.82 bb).(?ir3．確定強度計算中的各種系數1)使用系數 K 取 K =1. 25AA2)動負荷系數 K v根據 = =60Hbdn?1082.3954.?sm=3.76 sm查得（7 級精度)：K =1. 068v3)齒向載荷分布系數 K ,K?HF由式(5-1)和(5-2)K = 1+(K -1 )K K?0?HWHeK =1+(K -1)K KFF式中 K — 計算接觸強度時運轉初期( 未經跑合 )的齒向載荷分布系數，查0?H得 K = 1.187 ( =0.5);0d?K — 計算接觸強度時的跑合影響系數，查得 K = 0.83(v W HW=3.76 ，HB =450)；sm2K — 計算彎曲強度時運轉初期(未經跑合)的齒向載荷分布系數，由圖 5-40?F查得 K =1.12( =12.4) 0?FbK —計算彎曲強度時的跑合影響系數，由圖 5-5 查得 K =0.95 (v =3.76W FW， HB =450)；s2K —與均載系數有關的系數，K =0.7He HeK —與均載系數有關的系數，K =0.85F F則 K = 1+(1.187-1 ) 0.83 0.7=1.149?H?27K =1+(1.12-1) 0.95 0.85=1.097?F?4)齒間載荷分布系數 K 、K?HF因 = =178.79 ，精度 7 級，非硬齒面直齒btA6285.1mN輪由表 5-9 查得 K =K =1.0?F5)節(jié)點區(qū)域系數 Z 可查圖 5-13 或按下式計算HZ = ='2'sincottb??20sinco2?=2.495 式中 直齒輪 = 0b?—端面節(jié)圓嚙合角't?直齒輪 = =20'tcb?—端面壓力角t直齒輪 = =20t?6)彈性系數 Z E查得 Z =189.8 (鋼一鋼)MPa7)載荷作用齒頂時的齒形系數 Y Fa查得 Y =2.053Fa8)載荷作用齒頂時的應力修正系數 Y sa查得 Y =2.65sa9)重合度系數 z ，Y?z = = =0.889?34a?63.1=0.25+ =0.25+ =0.71?Ya75.0.10)螺旋角系數 Z , Y 可按下式計算?因 =0，z = 得 z =1cos?Y = ??1??20所以 z =1,Y =1?284．齒數比 u= = =2.633cbz30795．計算接觸應力的基本值 0H?= 0H???zEubdFt1?=2.495 189.8 0.889 1 MPa??63.21508?=323.75MPa6．接觸應力 H?= 0???HvAK=323.75 149.068.125?=401MPa7．彎曲應力的基本值 0F?= Y Y Y Y0FbmtaS??= 17.06523.5628??=110.497MPa8．齒根彎曲應力 F?= K K K K0Av??F=110.49 1.25 1.068 1.097 1??=161.812MPa9．確定計算許用接觸應力 時的各種系數HP?l)壽命系數 Z NT因 N = 2.3 10 ，查得 Z =1L?9NT2)潤滑系數 Z L因 和 =1282MPasm/204??limH?查得 Z =1L3)速度系數 Z v因 v=3.76 和 =1282MPaslimH