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開題報(bào)告
課題：二級(jí)行星齒輪變速器
1、 本課題的研究意義
近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，特別是轎車生產(chǎn)對(duì)變速器齒輪的精度及力學(xué)性能的要求愈來愈高，齒輪正朝著高精度、低噪聲、高承載、高速度、輕量化及長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。其中，采用硬齒面齒輪是提高齒輪強(qiáng)度及承載能力的有效途徑。
近十幾年來，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
1）齒輪減速的介紹
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。齒輪減速機(jī)是按國(guó)家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBJ19004生產(chǎn)的外嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪減速機(jī)，齒輪減速機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、起重、運(yùn)輸、水泥、建筑、化工、紡織、印染、制藥等領(lǐng)域。齒輪減速機(jī)適用范圍如下：1、高速軸轉(zhuǎn)不大于1500轉(zhuǎn)/分。2、齒輪傳動(dòng)圓周速度不大于20米/秒。3、工作環(huán)境溫度為-40-45℃，如果低于0℃，啟動(dòng)前潤(rùn)滑油應(yīng)預(yù)熱至0℃以上，本減速機(jī)可用于正反兩個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。類型主要有斜齒輪硬齒面減速機(jī),斜齒一渦輪蝸桿減速機(jī),螺旋錐齒輪減速機(jī),平行軸斜齒輪減速機(jī),渦輪蝸桿減速機(jī),擺線針輪減速機(jī)等。
2）輪減速機(jī)的工作原理
行星式齒輪減速機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是齒輪，想象一下有一大一小兩個(gè)圓，兩圓同心，在兩圓之間的環(huán)形部分有另外三個(gè)小圓，所有的圓中最大的一個(gè)是內(nèi)齒環(huán)，其他四個(gè)小圓都是齒輪，中間那個(gè)叫太陽輪，另外三個(gè)小圓叫行星輪．伺服電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)的太陽輪，太陽輪再驅(qū)動(dòng)支撐在內(nèi)齒環(huán)上的行星輪，行星輪通過其與外齒環(huán)的嚙合傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)與外齒環(huán)相連的輸出軸，就達(dá)到了減速的目的，減速比與齒輪系的規(guī)格有關(guān)。
3）齒輪減速的特點(diǎn)
齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、承載能力大和同軸性好；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低；易于拆檢，易于安裝；傳動(dòng)率高，沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。
2、本課題的基本內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)，擬采用的研究手段（途徑），工作進(jìn)度安排等。
1）基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)
基本內(nèi)容就是結(jié)合渦輪的輸入轉(zhuǎn)速、噴嘴所需的轉(zhuǎn)速以及輸出轉(zhuǎn)矩等已知條件設(shè)計(jì)一個(gè)滿足要求的齒輪減速器。重難點(diǎn)是傳動(dòng)方案的確定、傳動(dòng)比的確定和傳動(dòng)類型的確定。此次設(shè)計(jì)的減速器傳動(dòng)比要求達(dá)到14400，無前例參考，只有通過不斷的比較和分析去合理的選擇一種傳動(dòng)方案，且盡可能降低減速器的體積和重量
2）任務(wù)要求：
減速器設(shè)計(jì)的主要參數(shù)：初轉(zhuǎn)速120 ；目標(biāo)轉(zhuǎn)速0.5 ；輸出轉(zhuǎn)矩2000
1．選擇確定傳動(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。此次設(shè)計(jì)的減速器傳動(dòng)比達(dá)到14400，只有通過不斷的比較和分析去合理的選擇一種傳動(dòng)方案，盡量降低減速器的體積和重量。
2．設(shè)計(jì)計(jì)算 每級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，都大致包括：傳動(dòng)比的分配、傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核、軸承的選擇與計(jì)算、鍵連接的選擇與計(jì)算、箱體的設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑與密封的選擇和傳動(dòng)裝置的附件說明等。
3、文獻(xiàn)綜述（可以另附頁）
1）齒輪減速器的背景
“十一五”期間我國(guó)將按照國(guó)家儲(chǔ)備與企業(yè)儲(chǔ)備相結(jié)合、以國(guó)家儲(chǔ)備為主的方針，統(tǒng)一規(guī)劃，分批建設(shè)國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備基地。大型原油儲(chǔ)罐在建立時(shí)就必須增設(shè)油泥防止和消除系統(tǒng)，以增加油罐的儲(chǔ)油效率，提高儲(chǔ)油安全性，減小清罐難度。大型原油儲(chǔ)罐罐底油泥的防止和消除方法主要是在罐內(nèi)增加油泥的混合攪拌系統(tǒng)，使油泥破碎、細(xì)化，便于通過管線輸出。旋轉(zhuǎn)噴射器中減速箱是工業(yè)油罐罐底油泥旋轉(zhuǎn)噴射混合系統(tǒng)中重要的一部分。高速旋轉(zhuǎn)的渦輪帶動(dòng)噴嘴低速的轉(zhuǎn)動(dòng)，中間需要一個(gè)傳動(dòng)比很大的減速器連接。
6）減速器的研究現(xiàn)狀
齒輪傳動(dòng)具有功率輸出恒定、承載能力大、傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備和儀器儀表中，是機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)零件，其質(zhì)量、性能、壽命直接影響整機(jī)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。而齒輪制造技術(shù)水平是獲得優(yōu)質(zhì)齒輪的關(guān)鍵。因?yàn)辇X輪形狀復(fù)雜、技術(shù)問題多，制造難度大，齒輪加工水平在某一程度上反映了一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)制造的水平。因此，齒輪加工的研究是各國(guó)加工制造業(yè)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。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?，F(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。
齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可概括為：當(dāng)傳動(dòng)載荷一定時(shí)追求齒輪的體積最小，或在齒輪體積一定時(shí)追求傳遞的載荷最大。有時(shí)也追求齒輪傳動(dòng)的某項(xiàng)或某幾項(xiàng)性能為最佳。齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)既可以成為但目標(biāo)函數(shù)的問題，也肯已成為多目標(biāo)函數(shù)問題。為使齒輪工作可靠，顯然齒面的接觸應(yīng)力、齒輪的疲勞彎曲應(yīng)力應(yīng)分別小于或等于許用值或保證一定得的安全裕度。為使齒輪的嚙合處于較好的工作條件下，有時(shí)還把吃面同油膜厚度以及潤(rùn)滑油的溫升也作為約束條件。另外，諸如為了避免產(chǎn)生根切、并保持連續(xù)嚙合、避免齒輪齒頂過分變尖、均須對(duì)設(shè)計(jì)變量提出某些限制，這些限制也應(yīng)最為約束條件。
在機(jī)械設(shè)計(jì)中人們希望獲得全部最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)，但實(shí)際的工程問題，很少能保證滿足凸性的要求，即所追求的目標(biāo)函數(shù)往往具有很多個(gè)相對(duì)的極小點(diǎn)，因而優(yōu)化的結(jié)果一般為局部最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)，或后退一步講，如果這些都做不到，那么優(yōu)化設(shè)計(jì)最起碼也能將設(shè)計(jì)方案作出重大改進(jìn)。這就是我們以前提到過的“最優(yōu)化”應(yīng)被理解為一個(gè)相對(duì)的概念，而不要把它決對(duì)化。實(shí)際上，如上所述，設(shè)計(jì)人員如能正確地運(yùn)用最優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)方法比較，一定會(huì)有所改善并能避免許多盲目性，顯然這剛好是工程設(shè)計(jì)人員最感興趣的。
2）減速器的計(jì)算
主要為每級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，大致包括：傳動(dòng)比的分配、傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核、軸承的選擇與計(jì)算、鍵聯(lián)結(jié)的選擇與計(jì)算、箱體的設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑與密封的選擇和傳動(dòng)裝置的附件說明等。下面以配齒計(jì)算為例。根據(jù)各種公式而計(jì)算的結(jié)果，有如下公式：
……………………………………..1
，………………………………………………………………2
…………………………………………………………………3
…………………………………………………………….4
＝
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
系意見：
蓋章
年 月 日
行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 1 - 二 級(jí) 行 星 齒 輪 減 速 器 設(shè)計(jì)及三維造型 摘 要 本 文 完 成 了 對(duì) 一 個(gè) 二 級(jí) 行 星 齒 輪 減 速 器 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 。 與 國(guó) 內(nèi) 外 已 有 的 減 速 器 相 比 ， 此 減 速 器 具 有 更 大 的 傳 動(dòng) 比 ， 而 且 ， 它 具 有 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 外 廓 尺 寸 小 和 重 量 輕 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 論 文 首 先 簡(jiǎn) 要 介 紹 了 課 題 的 背 景 以 及 齒 輪 減 速 器 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) 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 ， 通 過 分 配 傳 動(dòng) 比 確 定 齒 輪 減 速 器 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 校 核 。 論 文 最 后 對(duì) 設(shè) 計(jì) 過 程 進(jìn) 行 了 總 結(jié) ， 并 在 此 基 礎(chǔ) 上 指 出 了 一 些 改 進(jìn) 的 建 議 。 關(guān)鍵詞：行 星 齒 輪 ； 變 位 ； 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 2 - Abstract This paper proposes a design configuration of the two-stage planetary gear reducer settling for some known parameters.Compared with other gear reducers in the word,it have a larger gear ratio. Furthermore,there are other more advantages,such as, compact configuration,small figure,light avoirdupois and so on.The content is as followa. Firstly, the paper introduces the context of the task and the extent on research of gear reducers,as well as its development trends.Secondly,the drivered type is decided by comparing all kinds of gear configuration.The significant part is about the calculation of the configuration design.After distributing gear ratios, the rough configuration will be get.Then, the holistic configuration can be designed and back- checked.Lastly,the paper is summarized,and the needed improvements are indicated. Key words： planetary gear；modifying profile；driving machanism 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 3 - 目 錄 摘要 Abstract 主要代號(hào) 第 1 章 概述 .....................................................- 8 - 1.1. 課題的提出和論文的主要內(nèi)容 ........................................- 8 - 1.2. 齒輪減速器的研究現(xiàn)狀 ..............................................- 8 - 1.3. 齒輪減速器的發(fā)展趨勢(shì) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -8 - 第 2 章 傳動(dòng)方案的確定 ........................................- 10 - 2.1.齒輪傳動(dòng)比較和選擇 .................................................- 10 - 2.1.1.齒輪傳動(dòng)兩種大的類型 ...........................................- 10 - 2.1.2.定軸輪系和行星輪系的比較 .......................................- 10 - 2.2.選擇行星機(jī)構(gòu)的類型 ...............................................- 12 - 2.2.1.行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) ...........................................- 12 - 2.2.1.1. Z—X—V 型漸開線行星機(jī)構(gòu) ....................................- 12 - 2.2.1.2. 2Z—X 型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu) ..................................- 13 - 2.2.1.3. 3Z 型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu) .....................................- 14 - 2.2.2.漸開線行星齒輪傳動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì) ...................................- 15 - 第 3 章 設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................- 16 - 3.1.設(shè)計(jì)任務(wù) ..........................................................- 16 - 3.2.前言 ..............................................................- 16 - 3.3 傳動(dòng)比分配傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算 ............................- 17 - 3.4.傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) ....................................................- 19 - 3.5.軸設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 ..................................................- 46 - 3.6.軸承的選擇與計(jì)算 ..................................................- 56 - 3.7.鍵連接的選擇與計(jì)算 ................................................- 59 - 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 4 - 3.8.箱體的設(shè)計(jì) ........................................................- 62 - 3.9. 潤(rùn)滑和密封的選擇 .................................................- 62 - 3.10 傳動(dòng)裝置的附件及說明 .............................................- 63 - 3.11 齒輪的加工工藝 ............................................66- 3.12 軸的加工工藝 ..............................................67- 第 4 章 設(shè)計(jì)小結(jié) ...............................................- 65 - 參考文獻(xiàn) ......................................................- 69 - 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 5 - 主要代號(hào) 代號(hào) 意 義 單 位 代號(hào) 意 義 單 位 a '0 b C * d 0abdf'd e F nrtF? f pbtf H 中心距、標(biāo)準(zhǔn)中心距 角度變位齒輪的中心距 切齒中心距 齒寬 頂隙 頂隙系數(shù) 直徑、分獨(dú)圓直徑 插刀齒的分度圓直徑 齒頂圓直徑 基圓直徑 齒根圓直徑 節(jié)圓直徑 齒槽寬 作用力 法向力 徑向力 切向力 齒向公差 摩擦系數(shù) 基節(jié)極限偏差 齒距極限偏差 高度 布氏硬度 mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm N N N N m? mm inv? K APK??V L M m N L n p P r 'arbfr T?? 角的漸開線函數(shù) 系數(shù)、載荷系數(shù) 使用系數(shù) 行星輪間載荷分布不均 勻系數(shù) 齒間載荷分布系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù) 動(dòng)載系數(shù) 長(zhǎng)度 彎矩 模數(shù) 指數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 轉(zhuǎn)速 行星輪數(shù)目 功率 半徑、分度圓半徑 節(jié)圓半徑 齒頂圓半徑 基圓半徑 齒根圓半徑 轉(zhuǎn)矩 重合度 效率 計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 mmNm: mm r/min kW mm mm mm mm mmNm:2/ 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 6 - HB HRCah*f i x X? YFNT 洛氏硬度 齒頂高 齒頂高系數(shù) 齒根高 傳動(dòng)比 變位系數(shù) 轉(zhuǎn)臂 變位系數(shù)和 系數(shù) 齒形系數(shù) 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的壽命 mm mm F?P YSXY?? y z?a 許用齒根彎曲應(yīng)力 系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù) 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的尺寸 系數(shù) 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的螺旋 角系數(shù) 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的重合 度系數(shù) 中心距變動(dòng)系數(shù) 齒數(shù) 壓力角、齒形角 齒頂壓力角 2/Nm rad??? rad? 主要角下標(biāo) a 齒頂?shù)?，中心輪、太陽? n 法向的 b 基圓的，中心輪、內(nèi)齒輪 p 許用的 c 行星輪 r 徑向的 e 中心輪、內(nèi)齒輪 t 切向的、端面的 F 齒根彎曲的 x 軸向的，轉(zhuǎn)臂的 f 齒根的 代數(shù)和? 1 小齒輪的 I 第 1 級(jí)的，I 類 2 大齒輪的 II 第 2 級(jí)的，II 類 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 7 - 第 1 章 概述 1.1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 旋 轉(zhuǎn) 噴 射 器 中 減 速 箱 是 工 業(yè) 油 罐 罐 底 油 泥 旋 轉(zhuǎn) 噴 射 混 合 系 統(tǒng) 中 重 要 的 一 部 分 。 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 渦 輪 帶 動(dòng) 噴 嘴 低 速 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 中 間 需 要 一 個(gè) 傳 動(dòng) 比 很 大 的 減 速 器 連 接 。 本 說 明 書 的 內(nèi) 容 就 是 結(jié) 合 渦 輪 的 輸 入 轉(zhuǎn) 速 、 噴 嘴 所 需 的 轉(zhuǎn) 速 以 及 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 等 已 知 條 件 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 滿 足 要 求 的 齒 輪 減 速 器 。 減 速 器 設(shè) 計(jì) 的 主 要 參 數(shù) 包 括 ： 1． 初 轉(zhuǎn) 速 120 ；/minr 2． 目 標(biāo) 轉(zhuǎn) 速 0.5 ；h 3． 輸出轉(zhuǎn)矩 2000 。N? 本 論 文 主 要 完 成 以 下 工 作 ： 1． 選 擇 確 定 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 。 此 次 設(shè) 計(jì) 的 減 速 器 傳 動(dòng) 比 達(dá) 到 14400， 是 目 前 國(guó) 際 上 設(shè) 計(jì) 出 的 減 速 器 中 傳 動(dòng) 比 最 大 的 ， 沒 有 參 考 的 先 例 ， 所 以 ， 只 有 通 過 不 斷 的 比 較 和 分 析 去 合 理 的 選 擇 一 種 傳 動(dòng) 方 案 ， 盡 量 降 低 減 速 器 的 體 積 和 重 量 。 2． 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 。 每 級(jí) 傳 動(dòng) 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 ， 都 大 致 包 括 ： 傳 動(dòng) 比 的 分 配 、 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 和 動(dòng) 力 學(xué) 計(jì) 算 、 傳 動(dòng) 零 件 的 設(shè) 計(jì) 、 軸 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 與 校 核 、 軸 承 的 選 擇 與 計(jì) 算 、 鍵 連 接 的 選 擇 與 計(jì) 算 、 箱 體 的 設(shè) 計(jì) 、 潤(rùn) 滑 與 密 封 的 選 擇 和 傳 動(dòng) 裝 置 的 附 件 說 明 等 。 1.2. 齒輪減速器的研究現(xiàn)狀 齒輪傳動(dòng)具有功率輸出恒定、承載能力大、傳動(dòng)效率高、使用壽命長(zhǎng)、可 靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備和儀器儀表中，是機(jī)械傳動(dòng) 的基礎(chǔ)零件，其質(zhì)量、性能、壽命直接影響整機(jī)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。而齒輪制 造技術(shù)水平是獲得優(yōu)質(zhì)齒輪的關(guān)鍵。因?yàn)辇X輪形狀復(fù)雜、技術(shù)問題多，制造難 度大，齒輪加工水平在某一程度上反映了一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)制造的水平。因此， 齒輪加工的研究是各國(guó)加工制造業(yè)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 8 - 齒輪產(chǎn)品種類較多，按大類來分，主要有圓柱齒輪、錐齒輪、蝸輪蝸桿齒 輪與行星傳動(dòng)齒輪等四大類。其中，圓柱齒輪在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，各 種通用與專用的齒輪減速器以及機(jī)床、車輛、農(nóng)機(jī)等大量采用，約占齒輪產(chǎn)品 總量的 90％左右。因此，齒輪制造技術(shù)的研究主要集中在圓柱齒輪的成形及其 熱處理方面。 近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，特別是轎車生產(chǎn)對(duì)變速器齒輪的精度及力 學(xué)性能的要求愈來愈高，齒輪正朝著高精度、低噪聲、高承載、高速度、輕量 化及長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。其中，采用硬齒面齒輪是提高齒輪強(qiáng)度及承載能力的 有效途徑。 目前，硬齒面圓柱齒輪普遍采用“機(jī)械加工－滲碳－熱處理－精加工”的傳 統(tǒng)工藝，材料利用率不高，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品成本高，尤其是金屬流線被切斷， 而且成形后滲碳處理使?jié)B碳層晶粒粗大、滲碳層厚度分布不合理，造成齒輪強(qiáng) 度與疲勞壽命的降低。這種不利局面使得工程技術(shù)人員尋求新的制造工藝。 最優(yōu)化方法在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，效果顯著。近十年來，國(guó) 內(nèi)外對(duì)整臺(tái)機(jī)器或某一機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用最優(yōu)化方法代替原來傳統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方法也越來越多。 機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)從六十年代后期開始得到學(xué)速發(fā)展，目前已經(jīng)成為機(jī)構(gòu)學(xué) 的重要研究方向之一。 齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可概括為：當(dāng)傳動(dòng)載荷一定時(shí)追求齒輪的體積最小， 或在齒輪體積一定時(shí)追求傳遞的載荷最大。有時(shí)也追求齒輪傳動(dòng)的某項(xiàng)或某幾 項(xiàng)性能為最佳。齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)既可以成為但目標(biāo)函數(shù)的問題，也肯已成 為多目標(biāo)函數(shù)問題。為使齒輪工作可靠，顯然齒面的接觸應(yīng)力、齒輪的疲勞彎 曲應(yīng)力應(yīng)分別小于或等于許用值或保證一定得的安全裕度。為使齒輪的嚙合處 于較好的工作條件下，有時(shí)還把吃面同油膜厚度以及潤(rùn)滑油的溫升也作為約束 條件。另外，諸如為了避免產(chǎn)生根切、并保持連續(xù)嚙合、避免齒輪齒頂過分變 尖、均須對(duì)設(shè)計(jì)變量提出某些限制，這些限制也應(yīng)最為約束條件。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中人們希望獲得全部最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)，但實(shí)際的工程問題，很少能 保證滿足凸性的要求，即所追求的目標(biāo)函數(shù)往往具有很多個(gè)相對(duì)的極小點(diǎn)，因 而優(yōu)化的結(jié)果一般為局部最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)，或后退一步講，如果這些都做不到，那 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 9 - 么優(yōu)化設(shè)計(jì)最起碼也能將設(shè)計(jì)方案作出重大改進(jìn)。這就是我們以前提到過的 “最優(yōu)化”應(yīng)被理解為一個(gè)相對(duì)的概念，而不要把它決對(duì)化。實(shí)際上，如上所 述，設(shè)計(jì)人員如能正確地運(yùn)用最優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)方法比 較，一定會(huì)有所改善并能避免許多盲目性，顯然這剛好是工程設(shè)計(jì)人員最感興 趣的。 第 2 章 傳動(dòng)方案的確定 2.1.齒輪傳動(dòng)比較和選擇 2.1.1.齒輪傳動(dòng)兩種大的類型 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 。 2.1.2.定軸輪系和行星輪系的比較 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) 。 它 的 最 顯 著 的 特 點(diǎn) 是 ： 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 10 - 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 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 器 、 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 越 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 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 1/2-1/5（ 即 在 承 受 相 同 的 載 荷 條 件 下 ） 。 例 ， 傳 動(dòng) 比 i＝ 7.15， 功 率 為 4400kw 的 行 星 齒 輪 減 速 器 與 普 通 定 軸 齒 輪 減 速 器 比 較 如 下 ： 項(xiàng) 目 行 星 齒 輪 減 速 器 普 通 定 軸 齒 輪 減 速 器 質(zhì) 量 /kg 3471 6943 高 度 /m 1.31 1.80 長(zhǎng) 度 /m 1.29 1.42 寬 度 /m 1.35 2.36 體 積 / 32.29 6.09 齒 寬 /m 0.18 0.41 損 失 功 率 /kw 81 95 圓 周 速 度 /m/s 42.7 99.4 （ 2） 傳 動(dòng) 效 率 高 。 在 傳 動(dòng) 類 型 恰 當(dāng) 、 合 理 布 置 的 情 況 下 ， 其 效 率 值 可 達(dá) 0.97－ 0.99。 （ 3） 傳 動(dòng) 比 大 ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) 的 合 成 和 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 以 達(dá) 到 幾 千 。 應(yīng) 該 指 出 ， 行 星 齒 輪 在 傳 動(dòng) 比 很 大 的 情 況 下 ， 仍 然 可 保 持 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 質(zhì) 量 小 、 體 積 小 等 許 多 優(yōu) 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 11 - 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) 行 星 輪 ， 均 勻 的 分 布 在 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 。 同 時(shí) ， 也 使 參 與 嚙 合 的 齒 數(shù) 增 多 ， 故 行 星 齒 輪 的 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) ， 抗 沖 擊 能 力 和 振 動(dòng) 的 能 力 較 強(qiáng) ， 工 作 較 可 靠 。 總 之 ， 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 具 有 質(zhì) 量 小 、 體 積 小 、 傳 動(dòng) 比 大 及 效 率 高 （ 類 型 選 用 得 當(dāng) ） 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 行 星 傳 動(dòng) 不 僅 適 用 于 高 轉(zhuǎn) 速 、 大 功 率 ， 而 且 在 低 速 大 轉(zhuǎn) 矩 的 傳 動(dòng) 裝 置 上 也 已 獲 得 了 應(yīng) 用 。 它 幾 乎 可 適 用 于 一 切 功 率 和 轉(zhuǎn) 速 范 圍 ， 故 目 前 行 星 傳 動(dòng) 技 術(shù) 已 成 為 世 界 各 國(guó) 機(jī) 械 傳 動(dòng) 發(fā) 展 的 重 點(diǎn) 之 一 。 從 機(jī) 構(gòu) 的 活 動(dòng) 度 來 分 ， 有 一 個(gè) 自 由 度 的 行 星 機(jī) 構(gòu) 、 兩 個(gè) 自 由 度 的 行 星 機(jī) 構(gòu) 和 多 自 由 度 的 行 星 機(jī) 構(gòu) 。 從 結(jié) 構(gòu) 形 式 來 分 ， 有 K—H—V 型 、 2K—H 型 和 3K 型 行 星 機(jī) 構(gòu) 三 種 基 本 類 型 。 其 它 的 漸 開 線 行 星 齒 輪 機(jī) 構(gòu) ， 都 可 以 分 解 為 這 三 種 基 本 機(jī) 構(gòu) ， 即 可 以 由 這 三 種 基 本 行 星 機(jī) 構(gòu) 復(fù) 臺(tái) 而 成 。 通 過 上 述 的 比 較 ， 結(jié) 合 要 求 ： 傳 動(dòng) 比 大 、 質(zhì) 量 小 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 及 外 廓 尺 寸 小 等 ， 我 們 選 擇 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 作 為 減 速 器 的 傳 動(dòng) 型 式 。 2.2.選擇行星機(jī)構(gòu)的類型 2.2.1.行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 2.2.1.1. Z—X—V 型漸開線行星機(jī)構(gòu) 如 圖 1 所 示 ， 是 Z—X—V 型 行 星 機(jī) 構(gòu) 。 它 的 基 本 構(gòu) 件 是 ： 中 心 輪 Z、 轉(zhuǎn) 臂 X 和 輸 出 軸 v。 這 種 機(jī) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) 是 ： 將 行 星 輪 a 的 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 通 過 一 個(gè) 傳 動(dòng) 比 為 1 的 中 間 機(jī) 構(gòu) 傳 遞 給 輸 出 軸 v。 這 種 把 行 星 輪 a 的 軸 線 與 輸 出 軸 v 的 軸 線 聯(lián) 結(jié) 起 來 ， 而 實(shí) 現(xiàn) 等 速 傳 動(dòng) 的 機(jī) 構(gòu) 稱 為 等 速 比 機(jī) 構(gòu) ， 或 稱 為 w 機(jī) 構(gòu) 。 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 12 - 圖 1. Z－ X－ V 行 星 齒 輪 機(jī) 構(gòu) Z—X—V 型 漸 開 線 少 齒 差 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 的 傳 動(dòng) 比 范 圍 為 10－ 100， 其 傳 動(dòng) 效 率 為 0.75－ 0.93。 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 體 積 小 、 加 工 方 便 ， 但 行 星 輪 軸 承 的 徑 向 力 較 大 ， 使 用 于 中 小 功 率 ， 一 般 ， 個(gè) 別 的 達(dá) 到 20－ 45kw； 傳 動(dòng)18Pkw? 比 大 ， 使 用 于 短 期 工 作 。 采 用 擺 線 針 輪 行 星 傳 動(dòng) ， 則 適 用 于 功 率 ，10P? 任 何 工 作 制 度 ， 其 傳 動(dòng) 效 率 為 0.90－ 0.97。 目 前 應(yīng) 用 較 廣 泛 ， 但 制 造 精 度 要 求 較 高 ， 且 高 速 轉(zhuǎn) 速 。15/minxnr? 2.2.1.2. 2Z—X 型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu) 這 種 行 星 齒 輪 機(jī) 構(gòu) 有 兩 個(gè) 中 心 輪 a、 b(即 2Z)和 轉(zhuǎn) 臂 (X)， 由 此 三 個(gè) 基 本 構(gòu) 件 組 成 ， 故 用 符 號(hào) 2Z—X 表 示 。 根 據(jù) 轉(zhuǎn) 化 機(jī) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 比 的 不 同 ， 可12 Hi 分 為 兩 類 。 當(dāng) 是 >0 時(shí) ， 稱 為 正 號(hào) 機(jī) 構(gòu) ； 當(dāng) <0 時(shí) ， 稱 為 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) 。 如 圖1 Hi 12Hi 2 所 示 ， 為 2Z—X 型 行 星 機(jī) 構(gòu) 的 常 見 類 型 。 圖 2 2Z－ X 型 行 星 機(jī) 構(gòu) 的 常 見 類 型 由 于 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 簡(jiǎn) 單 、 制 造 容 易 ， 外 形 尺 寸 小 ， 質(zhì) 量 小 ， 傳 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 13 - 動(dòng) 效 率 高 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 在 結(jié) 構(gòu) 合 理 的 調(diào) 價(jià) 下 ， 通 常 ， 其 傳 動(dòng) 比 范 圍 為 2.8－ 13， 傳 動(dòng) 效 率 為 0.97－ 0.99。 目 前 該 傳 動(dòng) 類 型 已 獲 得 了 較 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 具 有 雙 齒 圈 行 星 的 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) ， 其 合 理 的 傳 動(dòng) 比 范 圍 為 7－ 16， 傳 動(dòng) 效 率 仍 較 高 ； 但 由 于 采 用 了 雙 齒 圈 行 星 輪 ， 故 制 造 安 裝 較 復(fù) 雜 。 具 有 圓 錐 齒 輪 傳 動(dòng) 的 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) ， 主 要 用 于 差 動(dòng) 行 星 裝 置 。 具 有 雙 嚙 合 的 正 號(hào) 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ， 嚙 合 摩 擦 系 數(shù) 較 大 ， 故 其 傳 動(dòng) 效 率 低 ， 一 般 ， 該 機(jī) 構(gòu) 基 本 上 不 用 于 傳 遞 動(dòng) 力 。 具 有 雙 內(nèi) 嚙 合 的 正 號(hào) 機(jī) 構(gòu) ， 其 合 理 的 傳 動(dòng) 比 范 圍 為 8－ 30， 其 嚙 合 摩 擦 損 失 較 小 。 當(dāng) 傳 動(dòng) 比 小 于 50， 其 傳 動(dòng) 效 率 可 達(dá) 到 0.8 以 上 ， 但 隨 著 傳 動(dòng) 比 的 增 加 ， 其 效 率 值 也 會(huì) 降 低 。 少 齒 差 2Z－ X 正 號(hào) 機(jī) 構(gòu) 的 合 理 傳 動(dòng) 比 范 圍 為 30－ 100。 但 它 由 于 具 有 少 齒 差 的 內(nèi) 嚙 合 齒 輪 傳 動(dòng) ， 其 嚙 合 摩 擦 系 數(shù) 較 小 ， 故 該 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 的 傳 動(dòng) 效 率 較 高 ， 可 達(dá) 0.9。 2.2.1.3. 3Z 型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu) 這 種 類 型 的 行 星 齒 輪 機(jī) 構(gòu) 是 由 三 個(gè) 中 心 輪 a、 b、 e 和 一 個(gè) 轉(zhuǎn) 臂 X 組 成 。 基 本 構(gòu) 件 是 三 個(gè) 中 心 輪 ， 它 們 承 受 外 力 矩 的 作 用 。 而 轉(zhuǎn) 臂 X 不 承 受 外 力 矩 的 作 用 ， 僅 起 支 承 的 作 用 ， 故 用 符 號(hào) 3Z 表 示 ， 如 圖 3 所 示 。 圖 3 3Z 行 星 齒 輪 機(jī) 構(gòu) （ 3Z[I]） 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 14 - 在 3Z 型 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 中 ， 較 常 見 的 傳 動(dòng) 型 式 有 如 下 三 種 。 （ 1） 3Z[I] 具 有 雙 齒 圈 行 星 輪 的 3Z 型 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 。 它 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 是 ： 內(nèi) 齒 輪 b 固 定 ， 而 旋 轉(zhuǎn) 的 中 心 輪 a 和 e 分 別 與 行 星 輪 c 和 d 相 嚙 合 。 在 各 種 機(jī) 械 傳 動(dòng) 種 ， 它 已 獲 得 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 3Z（ I） 型 較 合 理 的 傳 動(dòng) 比 范 圍 為 20－ 300， 其 傳 動(dòng) 效 率 為 0.8－ 0.9。 （ 2） 3Z（ II） 具 有 單 齒 圈 行 星 輪 c 的 3Z 型 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 。 該 3Z 型 行 星 輪 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 是 ： 三 個(gè) 中 心 輪 a、 b 和 e 同 時(shí) 與 單 齒 圈 c 相 嚙 合 ； 即 內(nèi) 齒 輪 b 固 定 ， 兩 個(gè) 旋 轉(zhuǎn) 的 中 心 輪 a 和 e 同 時(shí) 與 行 星 輪 c 相 嚙 合 。 它 是 一 種 較 新 型 的 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) ， 目 前 該 項(xiàng) 傳 動(dòng) 新 技 術(shù) 在 我 國(guó) 的 齒 輪 傳 動(dòng) 中 已 日 益 廣 泛 應(yīng) 用 。 其 合 理 的 傳 動(dòng) 比 為 50－ 300， 其 傳 動(dòng) 效 率 為 0.70－ 0.84。 （ 3） 3Z（ III） 具 有 雙 齒 圈 行 星 輪 的 3Z 型 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) ， 它 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ： 內(nèi) 齒 輪 e 固 定 ， 兩 個(gè) 旋 轉(zhuǎn) 的 中 心 輪 a 和 b 同 時(shí) 與 行 星 輪 c 相 嚙 合 ， 而 另 外 一 個(gè) 行 星 輪 d 與 固 定 內(nèi) 齒 輪 e 相 嚙 合 。 它 的 傳 動(dòng) 比 范 圍 和 傳 動(dòng) 效 率 和 3Z（ I） 型 基 本 上 相 同 。 因 此 ， 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 ， 一 般 很 少 采 用 3Z（ III） 型 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 。 在 此 ， 應(yīng) 該 指 出 的 是 ： 3Z 型 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 用 于 短 期 間 斷 工 作 的 機(jī) 械 傳 動(dòng) 裝 置 中 最 為 合 理 ， 它 具 有 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 傳 動(dòng) 比 大 和 傳 動(dòng) 效 率 較 高 等 特 點(diǎn) 。 2.2.2.漸開線行星齒輪傳動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì) 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) 50000kW， 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 已 達(dá) 。 據(jù) 有 關(guān) 資 料 介 紹 ， 人450kNm: 們 認(rèn) 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) 劃 、 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 器 、 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) 處 理 。 齒 輪 制 造 精 度 一 般 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 氣 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 15 - 輪 機(jī) 中 已 獲 得 日 益 廣 泛 得 應(yīng) 用 ， 其 傳 動(dòng) 功 率 也 越 來 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 。 綜 上 ， 本 次 我 要 設(shè) 計(jì) 的 減 速 器 以 3 級(jí) 以 下 為 好 ， 否 則 ， 傳 動(dòng) 效 率 會(huì) 很 低 。 通 過 對(duì) 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 的 比 較 ， 選 用 2 級(jí) 級(jí) 可 以 滿 足 傳 動(dòng) 比 14400 的 要 求 。 所 設(shè) 計(jì) 的 減 速 器 不 僅 要 傳 遞 運(yùn) 動(dòng) ， 且 要 傳 遞 動(dòng) 力 ， 故 只 有 3Z 型 滿 足 要 求 。 在 3Z 型 行 星 傳 動(dòng) 中 ， 3Z（ I） 型 和 3Z（ II） 型 的 特 點(diǎn) 基 本 一 樣 ， 而 3Z（ II） 在 具 有 它 們 的 優(yōu) 點(diǎn) 同 時(shí) ， 還 較 它 們 安 裝 要 方 便 ， 所 以 選 擇 3Z（ II） 型 。 3Z（ II） 合 理 的 傳 動(dòng) 比 范 圍 為 64－ 300， 那 么 只 能 選 用 2 級(jí) 傳 動(dòng) 。 最 后 ， 傳 動(dòng) 方 案 為 ： 3Z（ II） 2 級(jí) 行 星 齒 輪 傳 動(dòng) 。 其 傳 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖 如 圖 4 所 示 第 3 章 設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1.設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪傳動(dòng)減速器。 原始條件和數(shù)據(jù)： 已知該傳動(dòng)的輸出轉(zhuǎn)矩 T＝2000 ，輸入轉(zhuǎn)速 ，傳動(dòng)比Nm?120minr? ；且要求該齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸較小。140i? 3.2. 題目分析 短期間斷、傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊和外廓尺寸較小。 擬定的設(shè)計(jì)方案如下圖： 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 16 - 圖 4 減速器設(shè)計(jì)方案（二級(jí) 3Z（II）行星齒輪傳動(dòng)） 3.3 傳動(dòng)比分配傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算 設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì) 算 及 說 明 結(jié) 果 1.計(jì)算傳動(dòng)裝置 的總傳動(dòng)比和分 配各級(jí)傳動(dòng)比 （1）傳動(dòng)裝置 總傳動(dòng)比 （2）分配傳動(dòng) 裝置各級(jí)傳動(dòng)比 2 計(jì)算傳動(dòng)裝置 總傳動(dòng)比 12064.5mwni???bgi?? 按平均分配的原則分配傳動(dòng)比，則 ，120bi? 則 120gbi Ⅰ 軸 r/min120n?? i＝14400 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 17 - 的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參 數(shù) （1）各軸轉(zhuǎn)速 （ 2） 各 軸 輸 入 功 率 （3）各軸輸入 轉(zhuǎn)矩 Ⅱ 軸 r/min120bni??: III .5/ghi: 輸出功率 P 0.214.76Tww???? 則 III 軸 1.75I II 軸 ' 2.908IIbae? I 軸 .1.7IbaePw? 上式中， 和 分別為二級(jí) 3Z（II ）行?'e 星齒輪傳動(dòng)高速級(jí)和低速級(jí)的傳動(dòng)效率， 根據(jù)文獻(xiàn)【1】表 2－4 可查得 和 的bae?' 值。 III 軸 0ITNm?: Ⅱ 軸 952.9IIPn I 軸 N m0.IIT?: ＝120bi ＝120g ＝120r /min? ＝ 1r/min: ＝0.5wh ＝2.70kwIP ＝2.19kwI ＝1.75kww0.2TNm??:9I I 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 18 - 3.4.傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì) 1、配齒計(jì)算 A、低速級(jí) 據(jù) 3Z（II ）行星傳動(dòng)比 值和按其配pi 齒計(jì)算文獻(xiàn)【1】公式（3－65） －（3－68）可求得內(nèi)齒輪 b、e 和行星輪 c 得齒數(shù) 、 和 ?，F(xiàn)考慮到該行星齒bzec 輪傳動(dòng)得外廓尺寸較小，故選擇中心輪 a 的齒數(shù) ＝15 和行星輪數(shù)目 ＝3。為了a pn 使內(nèi)齒輪 b 與 e 的齒數(shù)差盡可能的小，即 應(yīng)取 － ＝ ＝3。再將 、 和 值ezpnazpi 代入文獻(xiàn)【1】公式（3－65） ，則得內(nèi)齒輪 b 得齒數(shù) 為b2[()4(1))]apapapznzizn???? 21[(53)(0)(53)]? ＝66 內(nèi)齒輪 e 的齒數(shù) 為ez ＝66＋3＝69ebpzn?? 因 ＝69－15＝54 為偶數(shù)，則a? ＝0.5（69－15）－1＝26??12cezz 再按文獻(xiàn)【1】公式（3－62）驗(yàn)算其實(shí)際 的傳動(dòng)比 ＝124.2bbeaeabzi????????? 其傳動(dòng)誤差 ＝ ＝i?pei1204.035?? 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 19 - B、高速級(jí) 2、初步計(jì)算齒 輪的主要參數(shù) A、低速級(jí) 故滿足傳動(dòng)比誤差的要求，即得該行星齒 輪傳動(dòng)實(shí)際的傳動(dòng)比 ＝124.2。最后確定baei 該行星傳動(dòng)各輪的齒數(shù) ＝15、 ＝66、zb ＝69 和 ＝26。ezcz 其配齒計(jì)算過程同上，配齒結(jié)果： ＝15、 ＝66、 ＝69 和 ＝26。azbezcz 齒輪材料和熱處理的選擇：中心輪 a 和行 星輪 c 均采用 20CrMnTi，滲碳淬火，齒面 硬度 58－62HRC ，據(jù)【1 】圖 6－12 和圖 6－27，取 和2lim40HN?? ，中心輪 a 和行星輪 c2li3F 的加工精度 6 級(jí)；內(nèi)齒輪 b 和 e 均采用 42CrMo，調(diào)質(zhì)硬度 217－259HB，據(jù)文獻(xiàn) 【1】圖 6－11 和圖 6－26，取 和 ，2lim780HN??2lim0FN?? 內(nèi)齒輪 b 和 e 的加工精度 7 級(jí)。 按彎曲強(qiáng)度的初算公式文獻(xiàn)【1】式 （6－50）計(jì)算齒輪的模數(shù) m 為1132liaAFpmdTKYz???? 現(xiàn)已知 ， 。小1521340FPN? 齒輪名義轉(zhuǎn)矩 ；取算.967Tm: 式系 數(shù) ＝ 12.1；按文獻(xiàn) 【1】表 6－7 取使用mK ＝15az ＝66b ＝69ez ＝26c ＝15az ＝66b ＝69ez ＝26c 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 20 - B、高速級(jí) 3、嚙合參數(shù)計(jì) 算 （低速級(jí)和高速 系數(shù) ＝1.5 ；按文獻(xiàn)【1】表 6－4 取綜AK 合系數(shù) ；取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星.8F?? 輪間載荷分布不均勻系數(shù) ，由公1.2HpK? 式文獻(xiàn)【1】 （7－12）可得 ；由文獻(xiàn)【1】??.5.3FpHpK??? 圖 6－22 查得齒形系數(shù) ；由文12.45aF? 獻(xiàn)【1】表 6－6 查得齒寬系數(shù) 。則06d? 得齒輪模數(shù) m 為32.971.58.345206?? ＝1.32 2 （ mm）? 取齒輪模數(shù) m＝2mm。 齒輪選材相同，即中心輪 a 和行星輪 c 均采用 20CrMnTi，滲碳淬火；內(nèi)齒輪 b 和 e 均采用 42CrMo，調(diào)質(zhì)處理。 同樣，按彎曲強(qiáng)度的初算公式文獻(xiàn) 【1】公式（6－50）計(jì)算齒輪的模數(shù) m。 已知條件中只有 不同，小齒輪名義轉(zhuǎn)矩1T 。得：10.2.73TN?:32..581.34506m? ＝0.29 0.4 （ mm）? 因?yàn)辇X輪低速級(jí)的外形尺寸要比高速 級(jí)大，而下面的計(jì)算表示低速級(jí)總體尺寸 不大，為了制造加工方便，高速級(jí)模數(shù) m 取值 m＝2mm 在三個(gè)嚙合副 a－c 、b －c 和 e－c 中， 其標(biāo)準(zhǔn)中心距 a 為 m＝2mm m＝2mm 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 21 - 級(jí)的嚙合參數(shù)相 等） （1） 中心距計(jì) 算 （2） 變動(dòng)系數(shù) 計(jì)算 11()2(56)41()2acacmzm?????0bb??()(9)3()2ececz 由此可見，三個(gè)齒輪副得標(biāo)準(zhǔn)中心距 均不相等，且 。因此，改行ecabc? 星傳動(dòng)不能滿足非變位得同心條件。為了 使該行星傳動(dòng)既能滿足給定得傳動(dòng)比 得要求，又能滿足嚙合傳動(dòng)得同124.pi? 心條件，即應(yīng)使各齒輪副得嚙合中心距 a 和 相等，則必須對(duì)該 3z（II）型行星傳'a 動(dòng)進(jìn)行角度變位。 根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)中心距之間得關(guān)系 ，現(xiàn)取其嚙合中心距ecabc? ＝ ＝43mm 作為各齒輪副的公用中心' 距值。 已知 ，15264acz?? 和 ，60bc?92643ecz?? m＝2mm， ＝43mm 及壓力角 a＝ ，' 0? 按文獻(xiàn)【1】公式（4－19）－（4－22）計(jì) 算該 3z（II）型行星傳動(dòng)角度變位的嚙合 參數(shù)。對(duì)各齒輪副的嚙合參數(shù)的計(jì)算結(jié)果 如下： 中心距變動(dòng)系數(shù) ； 'aym?? a－c： ＝1a b－c： ＝1.5by e－c： ＝0e ＝41mmac ＝40mmb ＝43mmec ＝1ay ＝1.5b ＝0cy 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 22 - （3） 嚙合角計(jì) 算 （4） 變位系數(shù) 和計(jì)算 （5）齒頂高計(jì) 算 （6）重合度計(jì) 算 （7）各齒輪的 變位系數(shù)計(jì)算 1）a－c 齒輪副 嚙合角 ；' 'arcos???????? ＝'ac'26? ＝'b'94? ＝'ec0? 變位系數(shù)和 ；??'2tanzxivi???? ＝ 1.2125c ＝ 1.8031bx? ＝ 0ec 齒頂高變位系數(shù) ；yx???? ＝0.2125a ＝0.3031by ＝0e? 重合度 ????' '12tanttant2zz??? ?????? ? ＝1.4016? ＝1.480b ＝1.7374e? 在 a－c 副中，由于中心輪 a 的齒數(shù) ＝15 ＝34zminacz?min2z 和中心距 。由此可知，'413ac?? 該齒輪副的變位目的是避免小齒輪 a 產(chǎn)生 根切、湊合中心距和改善嚙合性能。其變 位方式應(yīng)采用角度變位的正變動(dòng)，即 ' '26ac??''94b?'0ec? ＝1.2125acx? ＝1.8031b ＝0ecx? ＝0.2125ay? ＝0.3031b ＝0ey ＝1.4016a? ＝1.480b ＝1.7374e? 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 23 - 2）b－c 齒輪副 0accx???? 當(dāng)齒頂高系數(shù) ＝1，壓力角 ，避*h2??? 免根切的最小變位系數(shù) 為minx min7150.76azx?? 按文獻(xiàn)【1】公式（4－38）可求得中心輪 a 的變位系數(shù) 為a ??0.5caaacazxxyx????????????? ??261.1.50.21.8? ?? ?? ? 0.5521> =0.1176?minx 按【1】公式（4－39）可得行星 c 的變位 系數(shù) 為c ＝1.2125－0.5521acx??? ＝0.6604 在 b－c 齒輪副中， ＝26> cz ＝17 ， 和minzmin40234cz??? 。據(jù)此可知，該齒'40bcaa?? 輪副的變位目的是為了湊合中心距和改善 嚙合性能。故其變位方式也應(yīng)采用角度變 位的正傳動(dòng)，即 。0bccx???? 現(xiàn)已知其變位系數(shù)和 ＝1.8031 和b? ＝0.6604，則可得內(nèi)齒輪 b 得變位系數(shù)cx 為 ＝1.8031+0.6604=2.4635。bcx??? ＝0.1176ax ＝0.6604cx ＝2.4635bx 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 24 - 3）e－c 齒輪副 4、齒輪幾何尺 寸計(jì)算 （高速級(jí)和低速 級(jí)齒輪的幾何參 數(shù)相等） （1）變位系數(shù) （2）分度圓直 徑 在 e－c 齒輪副中， ，mincz? 和 。min4324eczz???'43ea? 由此可知，該齒輪副得變位目的是為了改 善嚙合性能和修復(fù)嚙合齒輪副。故其變位 方式應(yīng)采用高度變位，即 。0bcecx?? 即可得內(nèi)齒輪 e 得變位系數(shù)0.64ecx? 對(duì)于 3Z（II ）型行星齒輪傳動(dòng)可按如 下的計(jì)算公式進(jìn)行幾何尺寸的計(jì)算。各齒 輪副的幾何尺寸計(jì)算結(jié)果如下：（單位： mm） 變位系數(shù) x ： ，1?21x?? a－c： ， ；0.50.64 b－c： ， ；164x235x e－c： ，.?.? 分度圓直徑 d： ，1mz?2dz a－c： ， ；305 b－c： ， ；12 e－c： ，d?18 ＝0.6604ex ，10.52x?64 ； ，10.x?24635 ； ，10.x?264 ，130d? ；25 ，1 ；23d? ，15 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 25 - （3）基圓直徑 bd （4）節(jié)圓直徑 'd （5）齒頂圓直 徑 ad a）外嚙合 基圓直徑 ： ，bd1cos??2cosbd?? a－c： ， ；128.90b248.60b b－c： ， ；14.6bd?21.39bd? e－c： ，8067 節(jié)圓直徑 ： ，'d''112za??''221za?? a－c： ， ＝ 54.5366；'13.46d'2d b－c： ＝55.9000， ＝141.9000；'1'2 e－c： ＝52， ＝138'd' 齒頂圓直徑 ：ad 外嚙合： ??*112amhxy???? 2a 2138d?1.90b ；2486d?1.b ；2039148.6bd? ；27 ，'13.46d? ＝54.54；'2 ＝55.90，'1 ＝141.90'2d ； ＝52，'1 ＝138'2d 35.35841ad? 57.42922 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 26 - b）內(nèi)嚙合 （6）齒根圓直 徑 fd a）外嚙合 b）內(nèi)嚙合 a－ c 齒輪副： 35.35841ad? 57.42922 內(nèi)嚙合： ??*11aadmhx?? 2y?? b－c 齒輪副： 58.6416－1ade ＝58.6416－0.1328 ＝58.5088 136.64162a? 內(nèi)嚙合： ??*11aadmhxe???? 22 '*1()afC插 齒 0.38e?? e－ c 齒輪副： 58.6416－1ad?e? ＝58.5088 136.64162a 齒根圓直徑 fd 外嚙合： ??*11f amhCx??? 22f a－c 齒輪副： ＝27.20841fd ＝49.64162f 內(nèi)嚙合： ??*11f admhCx???－ 用插齒加工： '202fa 58.50881ad? 136.6412 6 58.511ad? 136.642 ＝27.20841fd ＝49.64162f ＝49.641fd ＝144.732f 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 27 - c） 的計(jì)算2fd b－c 齒輪副： ＝49.64161fd ＝144.72282f e－ c 齒輪副： ＝49.64161fd ＝145.41362f 關(guān)于用插齒刀加工內(nèi)齒輪，其齒根圓 直徑 的計(jì)算。2fd 已知模數(shù) m＝2mm，插齒刀齒數(shù) ＝25 ，齒頂高系數(shù) ＝ 1.25，變?yōu)橄禂?shù)0z*0ah ＝0（中等摩損程度） 。試求被插制內(nèi)齒x 輪的齒根圓直徑 。2fd 齒根圓直徑 按下式計(jì)算，即f '202fa?? 式中 ——插齒刀的齒頂圓直徑；0ad ——插齒刀與被加工內(nèi)齒輪的中'2 心距。 ??*0051.25()aadmzhxm???? 現(xiàn)對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副 b－c 和 e－c 分別 計(jì)算如下： （1） b－c 內(nèi)齒輪合齒輪副 ??20'0tanbxinvaivz???? ? .4635t20i ?? ＝0.058643 ＝49.641fd ＝145.412f 行星齒輪傳動(dòng)減速器設(shè)計(jì)及三維造型 - 28 - 查文獻(xiàn)【1】表 4－6 得 ＝'02?'