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I NGW 行星減速器設(shè)計(jì) 摘 要 本文完成了行星齒輪減速機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該減速機(jī)具有較小的傳動(dòng)比 而且 它具有結(jié)構(gòu)緊湊 傳動(dòng)效率高 外廓尺寸小和重量輕 承載能力大 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 抗沖擊和震動(dòng)的能力較強(qiáng) 噪聲低的特點(diǎn) 適用于化工 輕工業(yè)以及機(jī)器人等領(lǐng) 域 這些功用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)展有著較重要的意義 首先簡(jiǎn)要介紹了課題的背景以及齒輪減速機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 然后比 較了各種傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 從而確定了傳動(dòng)的基本類型 論文主體部分是對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主 要構(gòu)件包括太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒圈及行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算 通過(guò)所給的輸入功率 傳動(dòng)比 輸入轉(zhuǎn)速以及工況系數(shù)確定齒輪減速機(jī)的大致結(jié)構(gòu)之后 對(duì)其進(jìn)行了整 體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算和主要零部件的強(qiáng)度校核計(jì)算 其中該減速機(jī)的設(shè)計(jì)與其他減 速機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比有三大特點(diǎn) 其一 為了使三個(gè)行星輪的載荷均勻分配 采 用了齒式浮動(dòng)機(jī)構(gòu) 即太陽(yáng)輪與高速軸通過(guò)齒式聯(lián)軸器將二者連接在一起 從而 實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)輪的浮動(dòng) 其二 該減速機(jī)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(nèi)齒圈與箱體采用分離式 通過(guò)螺栓和圓錐銷將其與上下箱 體固定在一起 最后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了總結(jié) 基本上完成了對(duì)該減速機(jī)的整 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 校 核 計(jì) 算 II ABSTRACT This 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 calculation 1 目 錄 前 言 1 第 1 章 傳動(dòng)方案的確定 6 1 1 設(shè) 計(jì)任務(wù) 6 1 1 1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 6 1 1 2 齒輪傳動(dòng)的兩大類型 7 1 2 行星機(jī)構(gòu)的類型選擇 7 1 2 1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 7 1 2 2 確定行星齒輪傳動(dòng)類型 10 第 2 章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 2 1 配齒計(jì)算 12 2 1 1 確定各齒輪的齒數(shù) 12 2 1 2 初算中心距和模數(shù) 13 2 2 幾何尺寸計(jì)算 15 2 3 裝配條件驗(yàn)算 17 2 3 1 鄰接條件 17 2 3 2 同心條件 18 2 3 2 安裝條件 18 2 4 齒輪強(qiáng)度校核 19 2 4 1 a c 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 19 2 4 1 c b 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 24 第 3 章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 3 1 行星軸設(shè)計(jì) 29 3 2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 31 3 2 1 輸入軸設(shè)計(jì) 31 3 2 2 輸出軸設(shè)計(jì) 32 第 4 章 行星架和箱體的設(shè)計(jì) 35 4 1 行星架的設(shè)計(jì) 35 4 1 1 行星架結(jié)構(gòu)方案 35 2 4 1 2 行星架制造精度 37 4 2 箱體的設(shè)計(jì) 39 結(jié) 論 42 致謝 43 參考文獻(xiàn) 44 3 前 言 本課題通過(guò)對(duì)行星齒輪減速機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初步計(jì)算出各零件的設(shè)計(jì)尺寸和 裝配尺寸 并對(duì)涉及結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化分析 為行星齒輪減速機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)和性能 評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)行星齒輪減速機(jī)規(guī)模化生產(chǎn)提供了參考和理論依據(jù) 通過(guò)本設(shè)計(jì) 要能 弄懂該減速機(jī)的傳動(dòng)原理 達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)與鞏固 從而在以后的工作中 能解決類似的問(wèn)題 1 齒輪減速機(jī)的研究現(xiàn)狀 齒輪是使用量大面廣的傳動(dòng)元件 目前世器上齒輪最大傳遞功率已達(dá) 6500kW 最大線速度達(dá) 210m s 在實(shí)驗(yàn)室中達(dá) 300m s 齒輪最大重量達(dá) 200t 最大直徑達(dá) 組合式 最大模數(shù) m 達(dá) 50mm 我國(guó)自行設(shè)計(jì)的高速齒輪m6 25 增 減速機(jī)的功率已達(dá) 44000kW 齒輪圓周速度達(dá) 150m s 以上 由齒輪 軸 軸承及箱體組成的齒輪減速機(jī) 用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī) 構(gòu)之間 起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用 在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛 20 世紀(jì)末的 20 多年 世界齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展 產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢(shì)是 小型化 高速化 低噪聲 高可靠度 技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術(shù) 功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù) 硬齒面技術(shù)到 20 世紀(jì) 80 年代時(shí)在國(guó)外日趨成熟 采用優(yōu)質(zhì)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(jí) 綜合承載能力為中 硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的 4 倍 為軟齒而齒輪的 5 一 6 倍 一個(gè)中等規(guī)格的硬齒面齒輪 減速機(jī)的重量?jī)H為軟齒面齒輪減速機(jī)的 1 3 左右 功率分支技術(shù)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(dòng)的水泥磨主減速機(jī) 其核心技術(shù)是均載 模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)通用和標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)旨在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆 蓋面需求的同時(shí) 盡可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格 以便于組織生產(chǎn) 使零 部件生產(chǎn)形成批量 降低成本 取得規(guī)模效益 其他技術(shù)的發(fā)展還表現(xiàn)在理論研究 如強(qiáng)度計(jì)算 修形技術(shù) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的 應(yīng)用 新齒形 新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等 更完善 更接近實(shí)際 普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼 鍛件 材料和熱處理質(zhì)量控制水平的提高 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理 加工精度普遍提高 到 ISO 的 4 一 6 級(jí) 軸承質(zhì)量和壽命的提高 潤(rùn)滑油質(zhì)量的提高 加工裝備和檢 4 測(cè)手段的提高等方面 這些技術(shù)的應(yīng)用和日趨成熟 使齒輪產(chǎn)品的性能價(jià)格比大大提 高 產(chǎn)品越來(lái) 越完美 如非常粗略地估計(jì)一下 輸出 IOONm 轉(zhuǎn)矩的齒輪裝置 如果在 1950 年 時(shí)重 10kg 到 80 年代就可做到僅約 lkg 20 世紀(jì) 70 年代至 90 年代初 我國(guó)的高速齒輪技術(shù)經(jīng)歷了測(cè)繪仿制 技術(shù)引 進(jìn) 技術(shù)攻關(guān) 到獨(dú)立設(shè)計(jì)制造 3 個(gè)階段 現(xiàn)在我國(guó)的設(shè)計(jì)制造能力基本上可滿足 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要 設(shè)計(jì)制造的最高參數(shù) 最大功率 44MW 最高線速度 168m s 最高 轉(zhuǎn)速 67000r min 我國(guó)的低速重載齒輪技術(shù) 特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測(cè)繪仿制等階段 從無(wú)到有逐步發(fā)展起來(lái) 除了摸索掌握制造技術(shù)外 在 20 世紀(jì) 80 年代末至 90 年代初推廣硬齒面技術(shù)過(guò)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(jì) 70 80 年代一直認(rèn)為是國(guó)內(nèi)重載齒輪兩大難題的 水泥磨減速機(jī) 和 軋鋼機(jī)械減速機(jī) 可以說(shuō)已完全解決 20 世紀(jì) 80 年代至 90 年代初 我國(guó)相繼制訂了一批減速機(jī)標(biāo)準(zhǔn) 如 ZBJ19004 一 88 圓柱齒輪減速機(jī) ZBJ19026 一 90 運(yùn)輸機(jī)械用減速機(jī) 和 YB T050 一 93 冶金設(shè)備用 YNK 齒輪減速機(jī) 等幾個(gè)硬齒面減速機(jī)標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó) 有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn) 如 YB T079 95 三環(huán)減速機(jī) 按這些標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的許多 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)均可達(dá)到或接近國(guó)外同類產(chǎn)品的水平 其中 YNK 減速機(jī)較 完整地吸取了德國(guó) FLENDER 公司同類產(chǎn)品的特點(diǎn) 并結(jié)合國(guó)情作了許多改進(jìn)與 創(chuàng)新 1 漸開線行星齒輪效率的研究 行星齒輪傳動(dòng)的效率作為評(píng)價(jià)器傳動(dòng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一 國(guó)內(nèi)外有許 多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究 現(xiàn)在 計(jì)算行星齒輪傳動(dòng)效率的方法很多 國(guó)內(nèi) 外學(xué)者提出了許多有關(guān)行星齒輪傳動(dòng)效率的計(jì)算方法 在設(shè)計(jì)計(jì)算中 較常用的 計(jì)算方有3種 嚙合功率法 力偏移法 和傳動(dòng)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(lái)計(jì)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(xiàn)狀 行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊 質(zhì)量小 體積小 承載能力大等優(yōu)點(diǎn) 這些都 是由于在其結(jié)構(gòu)上采用了多個(gè)行星輪的傳動(dòng)方式 充分利用了同心軸齒輪之間的 5 空間 使用了多個(gè)行星輪來(lái)分擔(dān)載荷 形成功率流 并合理的采用了內(nèi)嚙合傳動(dòng) 從而使其具備了上述的許多優(yōu)點(diǎn) 但是 這只是最理想的情況 而在實(shí)際應(yīng)用中 由于加工誤差和裝配誤差的存在 使得在傳動(dòng)過(guò)程中各個(gè)行星輪上的載荷分配不 均勻 造成載荷有集中在一個(gè)行星輪上的現(xiàn)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(dòng)結(jié)構(gòu) 所以 為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性 均載的問(wèn)題就成了一個(gè)十分重要的課題 在結(jié)構(gòu)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(lái)通過(guò)時(shí)間采 取了對(duì)行星齒輪的基本構(gòu)件徑向不加限制的專門措施和其它可自動(dòng)調(diào)位的方法 即采用各種機(jī)械式地均載機(jī)構(gòu) 以達(dá)到各行星輪間的載荷分布均勻的目的 典型 的幾種均載機(jī)構(gòu)有基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu) 杠桿聯(lián)動(dòng)均載機(jī)構(gòu)和采用彈性件的 均載機(jī)構(gòu) 2 齒輪減速機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推進(jìn) 九五 期間 齒輪行業(yè)的專業(yè)化生產(chǎn)水平有了明顯 提高 如一汽 二汽等大型企業(yè)集團(tuán)的齒輪變速箱廠 車轎廠 通過(guò)企業(yè)改組 改制 改為相對(duì)獨(dú)立的專業(yè)廠 參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 隨著軍工轉(zhuǎn)民用 農(nóng)機(jī)齒輪企業(yè) 轉(zhuǎn)加工非農(nóng)用齒輪產(chǎn)品 調(diào)整了企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 私有企業(yè)的堀起 中外合資企業(yè) 的涌現(xiàn) 齒輪行業(yè)的整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化 行業(yè)實(shí)力增強(qiáng) 技術(shù)進(jìn)步加快 近十幾年來(lái) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 信息技術(shù) 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的廣泛應(yīng)用 改變了制造業(yè)的傳統(tǒng)觀念和生產(chǎn)組織方式 一些先進(jìn)的齒輪生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)采用精 益生產(chǎn) 敏捷制造 智能制造等先進(jìn)技術(shù) 形成了高精度 高效率的智能化齒輪 生產(chǎn)線和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理 適應(yīng)市場(chǎng)要求的新產(chǎn)品開發(fā) 關(guān)鍵工藝技術(shù)的創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng) 產(chǎn)品質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)以及 員工技術(shù)素質(zhì)與創(chuàng)新精神 是 2l 世紀(jì)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn) 在 2l 世紀(jì)成套機(jī)械裝備 中 齒輪仍然是機(jī)械傳動(dòng)的基本部件 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 使得 機(jī)械加工精度 加工效率太為提高 從而推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品多樣化 整機(jī)配套 的模塊化 標(biāo)準(zhǔn)化 以及造型設(shè)計(jì)藝術(shù)化 使產(chǎn)品更加精致 美觀 CNC 機(jī)床和工藝技術(shù)的發(fā)展 推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展 在傳動(dòng)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中的電子控制 液壓傳動(dòng) 齒輪 帶鏈的混合傳動(dòng) 將成為變速箱設(shè)計(jì)中優(yōu) 化傳動(dòng)組合的方向 在傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的學(xué)科交叉 將成為新型傳動(dòng)產(chǎn)品發(fā)展的重要 趨勢(shì) 6 工業(yè)通用變速箱是指為各行業(yè)成套裝備及生產(chǎn)線配套的大功率和中小功率變 速箱 國(guó)內(nèi)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(jí) 高可靠度軟啟動(dòng) 運(yùn)行監(jiān)控 運(yùn)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(yīng)機(jī)電一體化成套裝備自動(dòng)控制 自動(dòng)調(diào)速 多種控制與通訊功能的接口需要 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外型在相應(yīng)改變 矢 量變頻代替直流伺服驅(qū)動(dòng) 已成為近年中小功率變速箱產(chǎn)品 如擺輪針輪傳動(dòng) 諧 波齒輪傳動(dòng)等 追求的目標(biāo) 隨著我國(guó)航天 航空 機(jī)械 電子 能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè) 機(jī)器人等在各工業(yè)部門的應(yīng)用 我國(guó)在諧波傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用方面已取得顯著成績(jī) 同時(shí) 隨著國(guó)家高新技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 對(duì)諧波傳動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品的需求將會(huì)更 加突出 總之 當(dāng)今世界各國(guó)減速機(jī)及齒輪技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)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(dòng) 效率 二低即低噪聲 低成本 二化即標(biāo)準(zhǔn)化 多樣化 減速機(jī)和齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展 在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工 業(yè)水平 因此 開拓和發(fā)展減速機(jī)和齒輪技術(shù)在我國(guó)有廣闊的前景 3 論文的基本內(nèi)容 1 選擇傳動(dòng)方案 傳動(dòng)方案的確定包括傳動(dòng)比的確定和傳動(dòng)類型的確定 2 設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 都大致包括 選擇傳動(dòng)方案 傳動(dòng)零件齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 軸承的選型與壽命計(jì)算 鍵的選擇與強(qiáng)度計(jì)算 箱體的設(shè)計(jì) 潤(rùn)滑與密封的選擇等 在對(duì)行星齒輪減速機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上 依據(jù)給定的減速機(jī)設(shè)計(jì) 的主要參數(shù) 通過(guò) CAD 繪圖軟件建立行星齒輪減速機(jī)各零件的二維平面圖 繪 制出減速機(jī)的總裝圖對(duì)其進(jìn)行分析 7 第 1 章 傳動(dòng)方案的確定 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)減速機(jī) 已知電機(jī) 30KW 輸入轉(zhuǎn)速 n 1470r p m 2K H 行星傳動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩 輸出 轉(zhuǎn)速 56 60r p m 1 1 1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 齒輪傳動(dòng)與其它傳動(dòng)比較 具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定 工作可靠 壽命長(zhǎng) 效率 高 可實(shí)現(xiàn)平行軸任意兩相交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng) 適應(yīng)的圓周速度和傳動(dòng)功 率范圍大 但齒輪傳動(dòng)的制造成本高 低精度齒輪傳動(dòng)時(shí)噪聲和振動(dòng)較大 不適 宜于兩軸間距離較大的傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)是以主動(dòng)輪的輪齒依次推動(dòng)從動(dòng)輪來(lái)進(jìn)行工作的 是是現(xiàn)代機(jī)械中 應(yīng)用十分廣泛的一種傳動(dòng)形式 齒輪傳動(dòng)可按一對(duì)齒輪軸線的相對(duì)位置來(lái)劃分 也可以按工作條件的不同來(lái)劃分 隨著行星傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展 目前 高速漸開線行星齒輪傳動(dòng)裝置所傳遞 的功率已達(dá)到 20000kW 輸出轉(zhuǎn)矩已達(dá)到 4500kN 據(jù)有關(guān)資料介紹 人們認(rèn)m 為目前行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向如下 1 標(biāo)準(zhǔn)化 多品種 目前世界上已有 50 多個(gè)漸開線行星齒輪傳動(dòng)系列設(shè) 計(jì) 而且還演化出多種型式的行星減速機(jī) 差速器和行星變速器等多品種的產(chǎn)品 2 硬齒面 高精度 行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學(xué) 熱處理 齒輪制造精度一般均在 6 級(jí)以上 顯然 采用硬齒面 高精度有利于進(jìn) 一步提高承載能力 使齒輪尺寸變得更小 3 高轉(zhuǎn)速 大功率 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在高速傳動(dòng)中 如在高速汽輪中 已獲得日益廣泛的應(yīng)用 其傳動(dòng)功率也越來(lái)越大 4 大規(guī)格 大轉(zhuǎn)矩 在中低速 重載傳動(dòng)中 傳遞大轉(zhuǎn)矩的大規(guī)格的行 星齒輪傳動(dòng)已有了較大的發(fā)展 8 1 1 2 齒輪傳動(dòng)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(jù)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各齒輪的幾何軸線相對(duì)位置是否變動(dòng) 齒輪傳動(dòng)分為兩大 類型 1 普通齒輪傳動(dòng) 定軸輪系 當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 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(dòng) 或稱定軸輪系 在普通齒輪傳動(dòng)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(dòng) 如果齒輪系中含有一個(gè)相交軸齒輪副或 一個(gè)相錯(cuò)軸齒輪副 則稱為不平行軸齒輪傳動(dòng) 空間齒輪傳動(dòng) 2 行星齒輪傳動(dòng) 行星輪系 當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個(gè)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(zhuǎn) 即在該齒輪系中 至少具有一個(gè)作 行星運(yùn)動(dòng)的齒輪 則稱該齒輪傳動(dòng)為行星齒輪傳動(dòng) 即行星輪系 1 2 行星機(jī)構(gòu)的類型選擇 1 2 1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較 它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 行星齒輪傳 動(dòng)的主要特點(diǎn)如下 1 體積小 質(zhì)量小 結(jié)構(gòu)緊湊 承載能力大 一般 行星齒輪傳動(dòng)的外 廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的 即在承受相同的載荷條件下 51 2 2 傳動(dòng)效率高 在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng) 結(jié)構(gòu)布置合理的情況下 其效率 值可達(dá) 0 97 0 99 3 傳動(dòng)比較大 可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解 只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳 動(dòng)的類型及配齒方案 便可以用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比 在僅作為傳 遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中 其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千 應(yīng)該指出 行星齒輪傳動(dòng)在其 傳動(dòng)比很大時(shí) 仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊 質(zhì)量小 體積小等許多優(yōu)點(diǎn) 4 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng) 由于采用了數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡 9 同時(shí) 也使參與嚙合的齒數(shù)增多 故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 抵抗沖擊和振動(dòng) 的能力較強(qiáng) 工作較可靠 最常見的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是 NGW 型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 行星齒輪傳動(dòng)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(jié)構(gòu)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(dòng)最顯著的特點(diǎn)是 在傳遞動(dòng)力時(shí)它可進(jìn)行功率分流 同時(shí) 其 輸入軸與輸出軸具有同軸性 即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上 所以 行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來(lái)代替普通齒輪傳動(dòng) 而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的中 的減速機(jī) 增速器和變速裝置 尤其是對(duì)于那些要求體積小 質(zhì)量小 結(jié)構(gòu)緊湊 和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī) 起重運(yùn)輸 石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及 需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置 行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來(lái)越 廣泛的應(yīng)用 表 1 1 列出了常用行星齒輪傳動(dòng)的型式及特點(diǎn) 表 1 1 常用行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類型及其特點(diǎn) 性能參數(shù)傳動(dòng) 形式 簡(jiǎn)圖 傳動(dòng)比 效率 最大功率 kW 特點(diǎn) NGW 2K H 負(fù)號(hào) 機(jī)構(gòu) 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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制 造方便 傳遞公路范 圍大 軸向尺寸小 可用于各個(gè)工作條件 在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最 廣 單級(jí)傳動(dòng)比范圍 較小 耳機(jī)和三級(jí)傳 動(dòng)均廣泛應(yīng)用 10 NW 2K H 負(fù) 號(hào)機(jī)構(gòu) 1 50BAXi 推薦 7 21 效率高 徑向尺寸比 NGW 型小 傳動(dòng)比 范圍較 NGW 型大 可用于各種工作條件 但雙聯(lián)行星齒輪制造 安裝較復(fù)雜 故 BAXi 7 時(shí)不宜采用 NN 2K H 負(fù) 號(hào)機(jī)構(gòu) 推薦值 8BXEi 30 效率較低 一般為 0 7 0 8 40 傳動(dòng)比打 效率較低 適用于短期工作傳動(dòng) 當(dāng)行星架 X 從動(dòng)時(shí) 傳動(dòng)比 大于某一i 值后 機(jī)構(gòu)將發(fā)生自 鎖 WW 2K H 負(fù)號(hào)機(jī) 構(gòu) 1 2 數(shù)BXAi 千 1 2 5BXAi 時(shí) 效率 可達(dá) 0 9 0 7 i 5 以后 隨 增加徒降i 20 傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng) 運(yùn)動(dòng)精度低也不用于 分度機(jī)構(gòu) 當(dāng)行星架 X 從動(dòng)時(shí) 從某一i 數(shù)值起會(huì)發(fā)生自鎖 常用作差速器 其傳 動(dòng)比取值為 1 8 3 最佳值XABi 為 2 此時(shí)效率可達(dá) 0 9 NGW 小功率傳 動(dòng) 500BAEi 推薦 0 8 0 9 隨 增加而BAEi 下降 短期工作 120 長(zhǎng)期工作 10 結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 傳動(dòng)比范圍大 但效 率低于 NGW 型 工 藝性差 適用于中小 11 型 3Z 20 10BAEi 0 功率功率或短期工作 若中心輪 A 輸出 當(dāng) 大于某一數(shù)值i 時(shí)會(huì)發(fā)生自鎖 NGWN 型 3Z 60 50BAEi 0 推薦 64 30i 0 0 7 0 84 隨 增加而bAEi 下降 短期工作 120 長(zhǎng)期工作 10 結(jié)構(gòu)更緊湊 制造 安裝比上列 型傳動(dòng) 方便 由于采用單齒 圈行星輪 需角度變 為才能滿足同心條件 效率較低 宜用于短 期工作 傳動(dòng)自鎖情 況同上 1 2 2 確定行星齒輪傳動(dòng)類型 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 傳動(dòng)比小 結(jié)構(gòu)緊湊和外廓尺寸較小 根據(jù)表 1 1 中傳動(dòng)類型的工作特點(diǎn)可知 2K H 型效率高 體積小 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便 適用于任何工況下的大小功率的傳動(dòng) 且廣泛地應(yīng)用于動(dòng)力及輔助傳動(dòng)中 工作 制度不限 本設(shè)計(jì)選用 2K H 型行星傳動(dòng)較合理 其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 1 1 所示 12 圖 1 1 減速機(jī)設(shè)計(jì)方案 二級(jí) NGW 2K H 型行星齒輪傳動(dòng) 13 第 2 章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 1 配齒計(jì)算 2 1 1 確定各齒輪的齒數(shù) 據(jù) 2K H 型行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比 值和按其配齒計(jì)算 見參考文獻(xiàn) 1 一級(jí)行pi 星輪公式 3 27 公式 3 33 可求得內(nèi)齒輪 b 和行星輪 c 的齒數(shù) 和 現(xiàn)考bzc 慮到行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸較小 故選擇中心輪 a 的齒數(shù) 17 和行星輪 3 apn 根據(jù)內(nèi)齒輪 apbziz 1 76 5 75 對(duì)內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整 同時(shí)考慮到安裝條件 取 此時(shí)實(shí)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(dòng)比誤差的范圍內(nèi) 實(shí)際傳動(dòng)比為 abzi 1647 59 其傳動(dòng)比誤差 2 67 5 pi 由于外嚙合采用角度變位的傳動(dòng) 行星輪 c 的齒數(shù) 應(yīng)按如下公式計(jì)算 即cz cabczz 2 因?yàn)?為偶數(shù) 故取齒數(shù)修正量為 此時(shí) 通過(guò)角變位后 62 abz 1 c 既不增大該行星傳動(dòng)的徑向尺寸 又可以改善 a c 嚙合齒輪副的傳動(dòng)性能 故 cz301 279 在考慮到安裝條件為 整數(shù) 32 Czba 14 二級(jí)行星輪根據(jù)內(nèi)齒輪 apbziz 1 100 4 5 2Z 對(duì)內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整 同時(shí)考慮到安裝條件 取 100 此時(shí)實(shí)際的 pbZ 值與給定的 p 值稍有變化 但是必須控制在其傳動(dòng)比誤差的范圍內(nèi) 實(shí)際傳動(dòng)比為 104 5728i 其傳動(dòng)比誤差 5 47 pi 由于外嚙合采用角度變位的傳動(dòng) 行星輪 c 的齒數(shù) 應(yīng)按如下公式計(jì)算 即cz cabczz 2 因?yàn)?為偶數(shù) 故取齒數(shù)修正量為 此時(shí) 通過(guò)角變位后 62 abz 1 c 既不增大該行星傳動(dòng)的徑向尺寸 又可以改善 a c 嚙合齒輪副的傳動(dòng)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(shù) 1 齒輪材料 熱處理工藝及制造工藝的選定 太陽(yáng)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(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限 1591Mpa limH 試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽(yáng)輪 485Mpa liF 行星輪 485 0 7Mpa 339 5Mpa 對(duì)稱載荷 齒形為漸開線直齒 最終limF 加工為磨齒 精度為 6 級(jí) 內(nèi)齒圈材料為 38GrMoAlA 淡化處理 表面硬度為 973HV 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 1282MpalimH 驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限 370MPaliF 齒形的終加工為插齒 精度為 7 級(jí) 2 減速機(jī)的名義輸出轉(zhuǎn)速 2n 由 i21n 得 i15 0minr 181 82 3 載荷不均衡系數(shù) PK 采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu) 取 15 PFHK 4 齒輪模數(shù) 和中心距 am 首先計(jì)算太陽(yáng)輪分度圓直徑 3lim21a 1dukTKHdPAt 式中 一齒數(shù)比為u76 0 一使用系數(shù)為 1 25 A 一算式系數(shù)為 768 tdK 一綜合系數(shù)為 2 H 一太陽(yáng)輪單個(gè)齒傳遞的轉(zhuǎn)矩 1T ppanPn1954 8 032 mN 16 376 mN 其中 高速級(jí)行星齒輪傳動(dòng)效率 取 0 985 齒寬系數(shù)暫取 0 5d adb 1450MpalimH 代入 3lim21a 1ukTKHdPAt 32a 76 1 59 0 768d 78 66 模數(shù) m 63 417 az 取 m 5 則 mzga 3017 52 20 117 5 取 5 1 齒寬 5 42170 db 取 m62 2 2 幾何尺寸計(jì)算 1 計(jì)算變位系數(shù) 1 a c 傳動(dòng) 嚙合角 ac 因 20cos5 17oss0 0 93969262 所以 ac 4392 變位系數(shù)和 tan ivizxcc 17 17 30 20tan5439 iviv 1 141 圖 2 1 選擇變位系數(shù)線圖 中心距變動(dòng)系數(shù) y y 15 17 20 ma 齒頂降低系數(shù) y 4 0 yx 分配邊位系數(shù) 根據(jù)線圖法 通過(guò)查找線圖 2 1 中心距變動(dòng)系數(shù) y y 15 17 20 ma 18 齒頂降低系數(shù) y 14 0 yx 分配邊位系數(shù) 根據(jù)線圖法 通過(guò)查找線圖 2 1 得到邊位系數(shù) 549 0ax 則 592 401 ac 2 c b 傳動(dòng) 由于內(nèi)嚙合的兩個(gè)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(jì)算結(jié)果 對(duì)于單級(jí)的 2K H 型的行星齒輪傳動(dòng)按公式進(jìn)行幾何尺寸的計(jì)算 各齒輪副 的計(jì)算結(jié)果如下表 表 3 1 各齒輪副的幾何尺寸的計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 計(jì)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(nèi) 嚙 合 1yxhcaa22db 513 641 ad092 外 嚙 1aaf xchm22fd 987 1 fd4232f 19 合齒根圓直 徑 fd內(nèi) 嚙 合 2 1caf xhmd 2 bf 42 13 fd2f 注 齒頂高系數(shù) 太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒輪 1 ah8 0 ah 頂隙系數(shù) 內(nèi)齒輪 25 0 c 2 3 裝配條件驗(yàn)算 對(duì)于所設(shè)計(jì)的單級(jí) 2K H 型的行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下裝配條件 2 3 1 鄰接條件 按公式驗(yàn)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(duì)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(yàn)證其安裝條件 即得 20 整 數(shù)Cnzpba 將 代入該式驗(yàn)證得17az9b3 滿足安裝條件2 嚙合要素的驗(yàn)算 1 a c 傳動(dòng)端面重合度 a 1 頂圓齒形曲率半徑 22 baad 太陽(yáng)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(zhǎng)度 ag sin 21taag 式中 號(hào)正號(hào)為外嚙合 負(fù)號(hào)為內(nèi)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 1 265 2 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(jì)算得 42 4161a 1a m 內(nèi)齒輪 222 8 37 0 9 61 597m 2 端面嚙合長(zhǎng)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(qiáng)度校核 2 4 1 a c 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 本節(jié)僅列出相嚙合的小齒輪 太陽(yáng)輪 的強(qiáng)度計(jì)算過(guò)程 大齒輪 行星輪 的計(jì)算 方法相同 從略 1 確定計(jì)算載荷 名義轉(zhuǎn)矩 376 89 N mT 名義圓周力 N 8868NtFd20859 376 2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) aN 60 次 次aHnpt041 91037 181 82i5 10mirinr Han 82 1 818 18 ir 式中 太陽(yáng)輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速 a minr 壽命期內(nèi)要求傳動(dòng)的總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 h t 22 t 10a 70400hdha230 3 確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) 1 使用系數(shù) K A 取 K 1 25A 2 動(dòng)負(fù)荷系數(shù) K v 因 z 17 50 和 143 03 1200MPa40 sm2limH 查得 Z 1 0L 3 速度系數(shù) Z v 因 3 64 和 1591 MPaslimH 查得 Z 0 975v 4 粗糙度系數(shù) Z R 因 1200 MPa 和齒面 R 1 6 6 9 6limH z m 查得 Z 1 026R 5 工作硬化系數(shù) W 25 因大小齒輪均為硬齒面 且齒面 R 9 6 6 zm 由圖 5 17 取 1 0WZ 6 尺寸系數(shù) 查得 Z 1 0X 10 許用接觸應(yīng)力 HP HPlimXWRVLNTZ 1591 1 0 1 0 0 975 1 026 1 0 1 0 1592MPa 11 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) S H S 1 985HP 802159 12 確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 時(shí)的各種系數(shù)FP l 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 2 0STY 2 壽命系數(shù)因 N 查得 0 83L91037 NT 3 相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) relT 由 1 796 查得 1 0saYrl 4 齒根表面狀況系數(shù) 0 925 齒根 R 6 3 6 37 8 TRelY z m 5 尺寸系數(shù) 可按下式計(jì)算X 0 01m 1 0 05 1501 13 許用彎曲應(yīng)力 FP limSTYNrelT Rl XY 485 2 0 0 83 1 0 0 925 1 0MPa 745 MPa 14 彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) S F S 5 21P 14375 2 4 1 c b 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 本節(jié)僅列出相嚙合的大齒輪 內(nèi)齒輪 的強(qiáng)度計(jì)算過(guò)程 小齒輪 行星輪 的計(jì)算 26 方法相同 從略 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算按第 5 章中的有關(guān)公式和圖表進(jìn)行 1 名義切向力 tF 8868NtF 2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N b N 60 60 次 2 3 10 次bHanpt704382 1 9 式中 n 太陽(yáng)輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速 H minr n n 181 82 bb ir 3 確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) 1 使用系數(shù) K 取 K 1 25AA 2 動(dòng)負(fù)荷系數(shù) K v 根據(jù) 60 Hbdn 1082 3954 sm 3 76 sm 查得 7 級(jí)精度 K 1 068v 3 齒向載荷分布系數(shù) K K HF 由式 5 1 和 5 2 K 1 K 1 K K 0 HWHe K 1 K 1 K KFF 式中 K 計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期 未經(jīng)跑合 的齒向載荷分布系數(shù) 查0 H 得 K 1 187 0 5 0d K 計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的跑合影響系數(shù) 查得 K 0 83 v W HW 3 76 HB 450 sm2 K 計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期 未經(jīng)跑合 的齒向載荷分布系數(shù) 由圖 5 40 F 查得 K 1 12 12 4 0 Fb K 計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的跑合影響系數(shù) 由圖 5 5 查得 K 0 95 v 3 76W FW HB 450 s2 K 與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) K 0 7He He K 與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù) K 0 85F F 則 K 1 1 187 1 0 83 0 7 1 149 H 27 K 1 1 12 1 0 95 0 85 1 097 F 4 齒間載荷分布系數(shù) K K HF 因 178 79 精度 7 級(jí) 非硬齒面直齒btA6285 1mN 輪由表 5 9 查得 K K 1 0 F 5 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z 可查圖 5 13 或按下式計(jì)算H Z 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(shù) Z E 查得 Z 189 8 鋼一鋼 MPa 7 載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) Y Fa 查得 Y 2 053Fa 8 載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) Y sa 查得 Y 2 65sa 9 重合度系數(shù) z Y z 0 889 34a 63 1 0 25 0 25 0 71 Ya75 0 10 螺旋角系數(shù) Z Y 可按下式計(jì)算 因 0 z 得 z 1cos Y 1 20 所以 z 1 Y 1 28 4 齒數(shù)比 u 2 633cbz3079 5 計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值 0H 0H zEubdFt1 2 495 189 8 0 889 1 MPa 63 21508 323 75MPa 6 接觸應(yīng)力 H 0 HvAK 323 75 149 068 125 401MPa 7 彎曲應(yīng)力的基本值 0F Y Y Y Y0FbmtaS 17 06523 5628 110 497MPa 8 齒根彎曲應(yīng)力 F K K K K0Av F 110 49 1 25 1 068 1 097 1 161 812MPa 9 確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 時(shí)的各種系數(shù)HP l 壽命系數(shù) Z NT 因 N 2 3 10 查得 Z 1L 9NT 2 潤(rùn)滑系數(shù) Z L 因 和 1282MPasm 204 limH 查得 Z 1L 3 速度系數(shù) Z v 因 v 3 76 和 1282MPaslimH 29 查得 Z 0 975v 4 粗糙度系數(shù) Z R 因 1282 MPa 和齒面 R 6 3 6 9 6limH z m 查得 Z 1 026R 5 工作硬化系數(shù) W 取 1 0W 6 尺寸系數(shù) 查得 Z 1 0X 10 許用接觸應(yīng)力 HP Z Z Z Z Zw ZHPlimNTLvRX 1282 1 1 0 975 1 026 1 1 1283MPa 11 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) S H S 3 2HP 401283 12 確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 時(shí)的各種系數(shù)FP l 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) Y 2 0ST 2 壽命系數(shù)因 N 2 3 10 查得 Y 1 0L 9N 3 相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) Y relT 由 Y 2 65 查得 Y 1 0Sal 4 齒根表面狀況系數(shù) 0 925 齒根 R 6 3 6 37 8 TRrel z m 5 尺寸系數(shù) Y 可按下式計(jì)算X Y 0 006m 1 03 0 006 5 1 0 03 1 13 許用彎曲應(yīng)力 FP Y Y Y Y YlimSTNrelT Rrl X 370 2 1 1 0 925 1MPa 684 5MPa 14 彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) S F S 4 23P 812 654 30 31 第 3 章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 行星齒輪減速機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 行星輪軸承安裝在行星輪內(nèi) 行星軸固定在行星 架的行星輪軸孔中 輸出軸和行星架通過(guò)鍵聯(lián)接其支承軸承在減速機(jī)殼體內(nèi) 太 陽(yáng)輪通過(guò)雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與高速軸聯(lián)接 以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)輪浮動(dòng) 太陽(yáng)輪浮動(dòng)原理如 圖 3 1 所示 圖 3 1 太陽(yáng)輪浮動(dòng)原理 3 1 行星軸設(shè)計(jì) 1 初算軸的最小直徑 在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中 每個(gè)行星輪軸承受穩(wěn)定載荷 當(dāng)行星輪相對(duì)于NFt862 行星架對(duì)稱布置時(shí) 載荷 則作用在軸跨距的中間 取行星輪與行星架之間的間tF 隙 則跨距長(zhǎng)度 當(dāng)行星輪軸在轉(zhuǎn)臂中m5 2 mbl 75620 的配合選為 H7 h6 時(shí) 就可以把它看成是具有跨距為 的雙支點(diǎn)梁 當(dāng)軸較短時(shí) 0l 兩個(gè)軸承幾乎緊緊地靠著 因此 可以認(rèn)為軸是沿著整個(gè)跨度承受均布載荷 見圖 3 2 0 lFqt 32 圖 3 2 行星輪軸的載荷簡(jiǎn)圖 危險(xiǎn)截面 在跨度中間 內(nèi)的彎矩 N mm867280 2 lFqMt 148538 N mm 行星輪軸采用 40Cr 鋼 調(diào)質(zhì) MPa 考慮到可能的沖擊振動(dòng) 取安全40s 系數(shù) 則許用彎曲應(yīng)力 MPa 176MPa 故行星輪軸直5 2 S 5 2 b S 徑 mdb 8 1768532330 取 4 0 其實(shí)際尺寸將在選擇軸承時(shí)最后確定 2 選擇行星輪軸軸承 在行星輪內(nèi)安裝兩個(gè)軸承 每個(gè)軸承上的徑向載荷 rF N20tan8620tan rF 1614N 在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中 軸承外圈以轉(zhuǎn)速 463 6430178 caHcznminrinr 考慮到行星輪軸的直徑 以及安裝在行星輪體內(nèi)的軸承 其d45 2 外廓尺寸將受到限制 故初步選用單列深溝球軸承 6306 型 其參數(shù)為 md30 D7B19 kN kN 油浴 2rC2 50r 0limninr 33 取載荷系數(shù) 2 1 pf 當(dāng)量動(dòng)載荷 N 1937N 614 rFP 軸承的壽命計(jì)算 h 97377h330 19720 PCnLHch 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 該減速機(jī)要求連續(xù)工作 10 年 每年按 320 天計(jì)算 每天按 22 小時(shí)計(jì)算 即 h 所以設(shè)計(jì)決定選用 6306 型40 2 10 dhah 軸承 并把行星輪軸直徑增大到 m30 校核行星輪輪緣厚度 是否大于許用值 c mmc Ddf 5 22 min 式中 行星輪模數(shù) mm m mm 5 2274 13min c 35 712 12 5mmci 滿足條件 min 由于行星輪寬度 mm 因此兩個(gè)軸承之間安裝一厚度為 5mm 寬6202 b 度為 13mm 的套筒 3 2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 3 2 1 輸入軸設(shè)計(jì) 1 初算軸的最小直徑 由下式 30nPAd 初步估算軸的最小直徑 選取軸材料為 40Cr 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 3 2 查得 0A 表 3 2 軸常用幾種材料的 及 值 T 0A 軸的材料 Q235 A 20 Q275 45 40Cr 35SiMn 34 35 1Cr18Ni9Ti 38SiMnMo T PaM15 25 20 35 25 45 35 550A 149 126 135 112 126 103 112 97 查表取 112 得0 mnPAd243 510233min 輸入軸的最小直徑安裝法蘭 該截面處開有鍵槽 軸頸增大 5 7 故 958 in 其實(shí)際尺寸將在選擇軸承時(shí)最后確定 2 選擇輸入軸軸承 1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)估算所得直徑 輪彀寬及安裝情況等條件 軸的結(jié)構(gòu)尺寸可進(jìn)行草圖設(shè) 計(jì) 該軸中間一段對(duì)稱安裝一對(duì)深溝球軸承 6217 型 其尺寸為 可畫出輸入軸草圖 如附圖 03 mBDd281508 軸承的壽命計(jì)算 其參數(shù)為 mB kN kN 油浴 2 83rC8 630r 50limninr 取載荷系數(shù) 1pf 當(dāng)量動(dòng)載荷 N 3873N 2 rFP 軸承的壽命計(jì)算 h 165258h 70400h330 6 8720 16 PCnLah 故該對(duì)軸承滿足壽命要求 3 2 2 輸出軸設(shè)計(jì) 1 初算軸的最小直徑 在三個(gè)行星輪均布的條件下 輪齒嚙合中作用于中心輪上的力是相互平衡的 在輸出軸軸端安裝膜片盤式聯(lián)軸器時(shí) 則輸出軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只承受轉(zhuǎn)矩 輸出軸選用 42CrMo 合金鋼 其許用剪切應(yīng)力 MPa 即求出輸出軸伸出端直徑 45 35 mTd3322 4561 7 17 88 423m N mm97 082195422 npT 6114 N mm 式中 輸出軸轉(zhuǎn)矩 2 齒輪嚙合傳動(dòng)的效率 取 0 97 2 選擇輸出軸軸承 由于輸出軸的軸承不承受徑向工作載荷 僅承受輸出行星架裝置的自重 所示軸承的尺寸應(yīng)由結(jié)構(gòu)要求來(lái)確定 輸出軸端 軸頸 mm 102 d 由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 輸出軸軸承須兼作行星架軸承 為了太陽(yáng)輪安裝方便 使太 陽(yáng)輪能通過(guò)行星架輪轂中的孔 故輪轂孔的直徑應(yīng)大于太陽(yáng)輪的齒頂圓直徑 99 076mm ad 故按結(jié)構(gòu)要求選用特輕系列單列深溝球軸承 6030 型 其尺寸為 可畫出行星架草圖 如附圖 03 mBD352150 軸承的壽命計(jì)算 其參數(shù)為 mdB kN kN 油浴 132rC1250r30limninr 取載荷系數(shù) pf 當(dāng)量動(dòng)載荷 N 5088N 4 rFP 軸承的壽命計(jì)算 h 1600938h 70400h330 6 50812 67 1 CnLch 故該軸承滿足壽命要求 3 輸出軸上鍵的選擇及強(qiáng)度計(jì)算 平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí) 其主要失效形式是工作面被壓潰 因此 通常只按工 作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算 普通平鍵連接的強(qiáng)度條件按 3 2 式計(jì)算 36 3 2 pp20 kldT 式中 轉(zhuǎn)矩 TNmA 軸頸 mm d 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 此處 為鍵的高度 mm k hk5 0 鍵的工作長(zhǎng)度 mm 型鍵 型鍵 型鍵 l bLl BLl C 2lLb 其中 為鍵的長(zhǎng)度 為鍵的寬度 Lb 許用擠壓應(yīng)力 在這里鍵材料為 45 鋼 其許用擠壓應(yīng)力值 p 2mN 按輕微沖擊算查相關(guān)資料的 100 120 p MPa 由前面計(jì)算知輸入轉(zhuǎn)矩 N m 146 T 選用 型鍵 其型號(hào)為 A Lhb10832 將數(shù)值 985 0 k5 l 鍵連接處的軸頸 110mm 代入式 3 2 得d 39 9 4 較大時(shí) 行星輪的軸承一般應(yīng)安裝在行星輪輪緣孔內(nèi)baxi 臂較合理 對(duì)于尺寸較小的整體式轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu) 可以采用整休鍛造毛坯來(lái)制造 但其切削 加工量較大 因此 對(duì)于尺寸較大的整體式轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu) 則可采用鑄造和焊接的方 法 以獲得形狀和尺寸較接近于實(shí)際轉(zhuǎn)臂的毛坯 但在制造轉(zhuǎn)臂的工藝過(guò)程中 應(yīng)注意消除鑄造或焊接的內(nèi)應(yīng)力和其他缺陷 否則將會(huì)影響到轉(zhuǎn)臂的強(qiáng)度和剛度 而致使其產(chǎn)生較大的變形 從而 影響行星齒輪機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn) 在此 還應(yīng)該 指出的是 在加工轉(zhuǎn)臂時(shí) 應(yīng)盡可能提高轉(zhuǎn)臂 x 上的行星輪心軸孔 或軸承孔 的 位置精度和同軸度 38 圖 4 1 雙側(cè)板整體式轉(zhuǎn)臂 2 雙側(cè)板分開式轉(zhuǎn)臂 雙側(cè)板分開式轉(zhuǎn)臂 見圖 4 1 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一塊側(cè)板裝配到另一塊側(cè)板上 故又稱之為裝配式轉(zhuǎn)臂 其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 這主要與行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝工藝有 關(guān) 當(dāng)傳動(dòng)比較小 例如 2K H 型的傳動(dòng)比 4 故在此情況下本設(shè)計(jì)采用這種結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)臂 baxi 4 1 2 行星架制造精度 由于在轉(zhuǎn)臂 x 上支承和安裝著 3 個(gè)行星輪的心軸 因此 轉(zhuǎn)臂 x 的制造pn 精度對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的工作性能 運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和行星輪間載荷分布的均勻性等 都有較大的影響 在制定其技術(shù)條件時(shí) 應(yīng)合理地提出精度要求 且嚴(yán)格地控制 其形位偏差和孔距公差等 1 中心距極限偏差 af 在行星齒輪傳動(dòng)中 轉(zhuǎn)臂 x 上各行星輪軸孔與轉(zhuǎn)臂軸線的中心距偏差的大小 和方向 可能增加行星輪的孔距相對(duì)誤差 和轉(zhuǎn)臂 x 的偏心量 且引起行星輪產(chǎn)1 生徑向位移 從而影響到行星輪的均載效果 所以 在行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)嚴(yán) 格地控制中心距極限偏差 值 要求各中心距的偏差大小相等 方向相同 一般應(yīng)af 控制中心距極限偏差 0 01 0 02mm 的范圍內(nèi) 該中心距極限偏差 之值應(yīng) af 根據(jù)巾心距 值 按齒輪精度等級(jí)按照 a 表 4 1 選取 40 表 4 1 中心距極限偏差 afm 齒輪副的中心距 a精度等 級(jí) af 1830 305 5080 8012 12080 18025 25031 315408 7109 IT821 IT9 16 5 26 19 5 31 23 37 27 43 5 31 5 50 36 57 5 40 5 65 44 5 70 2 各行星輪軸孔的孔距相對(duì)偏差 1 由于各行星輪軸孔的孔距相對(duì)偏差 對(duì)行星輪間載荷分布的均勻性影響很大 故必須嚴(yán)格控制 值的大小 而 值主要取決于各軸孔的分度誤差 即取決于機(jī)1 1 床和工藝裝備的精度 一般 值可按下式計(jì)算 即 1m0a 5 4 3 括號(hào)中的數(shù)值 高速行星齒輪傳動(dòng)取小值 一般中低速行星傳動(dòng)取較大值 3 轉(zhuǎn)臂 x 的偏心誤差 xe 轉(zhuǎn)臂 x 的偏心誤差 推薦 值不大于相鄰行星輪軸孔的孔距相對(duì)偏差x 的 1 2 即1 xem21 4 各行星輪軸孔平行度公差 各行星輪軸孔對(duì)轉(zhuǎn)臂 x 軸線的平行度公差 和 可按相應(yīng)的齒輪接觸精度要 xf y 求確定 即 和 是控制齒輪副接觸精度的公差 其值可按下式計(jì)算 即 xf y xfm bB yf 式中 和 在全齒寬上 方向和 方向的軸線平行度公差 按xfyxym 41 GB T10095 1988 選取 轉(zhuǎn)臂 x 上兩臂軸孔對(duì)稱線 支點(diǎn) 間的距離 B 齒輪寬度 b 5 平衡性要求 為了保證行星齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性 對(duì)中 低速行星傳動(dòng)的轉(zhuǎn)臂 x 應(yīng)進(jìn)行 靜平衡 一般 許用不平衡力矩 可按表 4 2 選取 對(duì)于高速行星傳動(dòng) 其轉(zhuǎn)臂pM x 應(yīng)在其 上全部零件裝配完成后進(jìn)行該部件的動(dòng)平衡 表 4 2 轉(zhuǎn)臂 x 許用不平衡力矩 p 轉(zhuǎn)臂外圓直徑 m D 200 200 300 350 500 許用不平衡力矩 NpM 0 15 0 25 0 50 6 浮動(dòng)構(gòu)件的軸向間隙 如前所述 在行星齒輪傳動(dòng)中 上述各基本構(gòu)件 中心輪 a b 以及轉(zhuǎn)臂 x 均可 以進(jìn)行浮動(dòng) 以便使其行星輪間載荷均勻分布 但是 在進(jìn)行各浮動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)注意在每個(gè)浮動(dòng)構(gòu)件的兩端與其相鄰零件間需留有一定的軸向間隙 通常 選取軸向間隙 0 5 1 5mm 否則 使相鄰兩零件接觸后 不僅會(huì)影響浮 動(dòng)和均載效果 而且還會(huì)導(dǎo)致摩擦發(fā)熱和產(chǎn)生噪聲 軸向間隙的大小通常是通過(guò) 控制有關(guān)零件軸向尺寸的制造偏差和裝配時(shí)固定有關(guān)零件的軸向位置或修配有關(guān) 零件的端面來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)于小尺寸 小規(guī)格的行星齒輪傳動(dòng)其軸向間隙可取小值 對(duì)于較大尺寸 大規(guī)格的行星傳動(dòng)其軸向間隙可取較大值 4 2 箱體的設(shè)計(jì) 機(jī)體是上述各基本構(gòu)件的安裝基礎(chǔ) 也是行星齒輪傳動(dòng)中的重要組成部分 在進(jìn)行機(jī)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) 要根據(jù)制造工藝 安裝工藝和使用維護(hù)及經(jīng)濟(jì)性等條 件來(lái)決定其具體的結(jié)構(gòu)型式 對(duì)于單件生產(chǎn)和要求質(zhì)量較輕的非標(biāo)準(zhǔn)行星齒輪傳動(dòng) 一般采用焊接機(jī)體 對(duì)于中 小規(guī)格的機(jī)體在進(jìn)行大批量的生產(chǎn)時(shí) 通常采用鑄造機(jī)體 42 按照行星傳動(dòng)的安裝型式的不同 可將機(jī)休分為臥式 立式和法蘭式 見圖 4 4 按其結(jié)構(gòu)的不同 又可將機(jī)體分為整體式和剖分式 圖 4 4 機(jī)體結(jié)構(gòu)形式 圖 4 4 a 所示為臥式整體鑄造機(jī)體 其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 緊湊 能有效地吸 收振動(dòng)和噪聲 還具有良好的耐腐蝕性 通常多用于專用的行星齒輪傳動(dòng)中 且 有一定的生產(chǎn)批量 鑄造機(jī)體應(yīng)盡量避免壁厚突變 應(yīng)設(shè)法減少壁厚差 以免產(chǎn)生疏松和縮孔等 鑄造缺陷 圖 4 4 b 所示為軸向剖分式機(jī)體結(jié)構(gòu) 通常用于大規(guī)格的 單件生產(chǎn)的行星 齒輪傳動(dòng)中 它可以鑄造 也可以焊接 采用軸向剖分式機(jī)體的顯著優(yōu)點(diǎn)是安裝 和維修較方便 便于進(jìn)行調(diào)試和測(cè)量 圖 4 4 c 所示為立式法蘭式機(jī)體結(jié)構(gòu) 它可適用于與立式電動(dòng)機(jī)相組合的場(chǎng) 合 成批量生產(chǎn)時(shí)可以鑄造 單件生產(chǎn)時(shí)可以焊接 鑄造