2143 NGW型行星齒輪傳動(dòng)及優(yōu)化設(shè)計(jì)

2143 NGW型行星齒輪傳動(dòng)及優(yōu)化設(shè)計(jì),ngw,行星,齒輪,傳動(dòng),優(yōu)化,設(shè)計(jì) 寧波大紅鷹學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書所在學(xué)院 專業(yè) 班級(jí)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師題 目 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求：本課題屬工程設(shè)計(jì)類題目，通過(guò)對(duì)已有機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)完成本課題使學(xué)生在以下幾方面的能力得到訓(xùn)練和提高：1．綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力；2. 制定方案、工程設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、分析判斷等能力；3．掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法以及獲取新知識(shí)的能力；4．強(qiáng)化外語(yǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5．圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；6．撰寫論文和口頭表達(dá)的能力；7．獨(dú)立工作和協(xié)作配合工作的能力。（二）原始數(shù)據(jù)NGW 型行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、傳動(dòng)效率高等優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)參數(shù)：規(guī)格 280，傳動(dòng)比為 25，外形和安裝尺寸參照 JB/T6502-1993。（三）任務(wù)和要求1. 按給定參數(shù)進(jìn)行行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。2. 對(duì)太陽(yáng)輪、行星輪、齒圈、軸等主要零部件進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與校驗(yàn)，并對(duì)重要部位的連接銷釘、螺釘、鍵等進(jìn)行校核； 3. 繪制總裝圖和主要零件圖，不少于 16 張；4. 撰寫 10000 字以上的設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。5. 查閱文獻(xiàn)資料不少于 12 篇，其中外文資料不少于 2 篇；6. 完成文獻(xiàn)綜述，不少于 3000 字；7. 外文文獻(xiàn)翻譯，不少于 2000 字；8. 其他要求設(shè)計(jì)要符合技術(shù)要求，造型要美觀；計(jì)算要準(zhǔn)確，繪圖要規(guī)范；文字要通順，條理要清楚，符合規(guī)范的寫作格式；要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成。（四）主要參考資料[1]陳東.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010[2]陶棟材.偏心輪推桿行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010[3]陳立周.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[M].第 3 版 北京：冶金工業(yè)出版社，2005[4]鄭甲紅，朱建儒，劉喜平.機(jī)械原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010[5]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).減速器和變速器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).齒輪傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[7]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[8]陳明.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[9]張俊，雷偉斌.機(jī)械工程材料與熱處理[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010[10]廖念釗.互換性與技術(shù)測(cè)量[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃2011 年 7 月—2011 年 8 月 選定課題，進(jìn)行課題調(diào)研及收集資料并學(xué)習(xí)課題相關(guān)知識(shí)。2011 年 9 月 1 日—2011 年 9 月 15 日 完成外文翻譯及文獻(xiàn)綜述。2011 年 9 月 16 日—2011 年 9 月 25 日 撰寫并提交開題報(bào)告。2011 年 9 月 26 日—2011 年 10 月 20 日 進(jìn)行課題總體方案的設(shè)計(jì)與分析，確定方案。2011 年 10 月 21 日—2011 年 12 月 31 日 完成主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。2012 年 1 月 繪制設(shè)計(jì)圖紙。2012 年 2 月—2012 年 3 月 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。2012 年 4 月 完善說(shuō)明書及圖紙資料，準(zhǔn)備答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2011 年 7 月 日至 2012 年 4 月 日計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 月 日三、專業(yè)（教研室）審批意見：審批人（簽字）： 老師要的是設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書，不是論文，計(jì)算的東西要多一點(diǎn)，主要是設(shè)計(jì)的過(guò)程。包括設(shè)計(jì)和說(shuō)明兩大塊。像扭矩的計(jì)算，齒圈的計(jì)算都要具體出來(lái)，還有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外形尺寸、工藝參數(shù)等東西。 寧波大紅鷹學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書所在學(xué)院 專業(yè) 班級(jí)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師題 目 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求：本課題屬工程設(shè)計(jì)類題目，通過(guò)對(duì)已有機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)完成本課題使學(xué)生在以下幾方面的能力得到訓(xùn)練和提高：1．綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力；2. 制定方案、工程設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、分析判斷等能力；3．掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法以及獲取新知識(shí)的能力；4．強(qiáng)化外語(yǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5．圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；6．撰寫論文和口頭表達(dá)的能力；7．獨(dú)立工作和協(xié)作配合工作的能力。（二）原始數(shù)據(jù)NGW 型行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、傳動(dòng)效率高等優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)參數(shù)：規(guī)格 280，傳動(dòng)比為 25，外形和安裝尺寸參照 JB/T6502-1993。（三）任務(wù)和要求1. 按給定參數(shù)進(jìn)行行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。2. 對(duì)太陽(yáng)輪、行星輪、齒圈、軸等主要零部件進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與校驗(yàn)，并對(duì)重要部位的連接銷釘、螺釘、鍵等進(jìn)行校核； 3. 繪制總裝圖和主要零件圖，不少于 16 張；4. 撰寫 10000 字以上的設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。5. 查閱文獻(xiàn)資料不少于 12 篇，其中外文資料不少于 2 篇；6. 完成文獻(xiàn)綜述，不少于 3000 字；7. 外文文獻(xiàn)翻譯，不少于 2000 字；8. 其他要求設(shè)計(jì)要符合技術(shù)要求，造型要美觀；計(jì)算要準(zhǔn)確，繪圖要規(guī)范；文字要通順，條理要清楚，符合規(guī)范的寫作格式；要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成。（四）主要參考資料[1]陳東.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010[2]陶棟材.偏心輪推桿行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010[3]陳立周.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[M].第 3 版 北京：冶金工業(yè)出版社，2005[4]鄭甲紅，朱建儒，劉喜平.機(jī)械原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010[5]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).減速器和變速器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).齒輪傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[7]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[8]陳明.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[9]張俊，雷偉斌.機(jī)械工程材料與熱處理[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010[10]廖念釗.互換性與技術(shù)測(cè)量[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2007二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃2011 年 7 月—2011 年 8 月 選定課題，進(jìn)行課題調(diào)研及收集資料并學(xué)習(xí)課題相關(guān)知識(shí)。2011 年 9 月 1 日—2011 年 9 月 15 日 完成外文翻譯及文獻(xiàn)綜述。2011 年 9 月 16 日—2011 年 9 月 25 日 撰寫并提交開題報(bào)告。2011 年 9 月 26 日—2011 年 10 月 20 日 進(jìn)行課題總體方案的設(shè)計(jì)與分析，確定方案。2011 年 10 月 21 日—2011 年 12 月 31 日 完成主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。2012 年 1 月 繪制設(shè)計(jì)圖紙。2012 年 2 月—2012 年 3 月 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。2012 年 4 月 完善說(shuō)明書及圖紙資料，準(zhǔn)備答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2011 年 7 月 日至 2012 年 4 月 日計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 月 日三、專業(yè)（教研室）審批意見：審批人（簽字）： 老師要的是設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書，不是論文，計(jì)算的東西要多一點(diǎn)，主要是設(shè)計(jì)的過(guò)程。包括設(shè)計(jì)和說(shuō)明兩大塊。像扭矩的計(jì)算，齒圈的計(jì)算都要具體出來(lái)，還有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外形尺寸、工藝參數(shù)等東西。 分 類 號(hào) 密 級(jí) 寧寧波大紅鷹學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )NGW 型行星齒輪傳動(dòng)及優(yōu)化設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院 機(jī) 械 與 電 氣 工 程 學(xué) 院專 業(yè) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 老 師年 月 日誠(chéng) 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《NGW 型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)》均系本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。承諾人（簽名）： 年 月 日摘 要漸開線行星齒輪減速器是一種至少有一個(gè)齒輪繞著位置固定的幾何軸線作圓周運(yùn)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)通常用內(nèi)嚙合且多采用幾個(gè)行星輪同時(shí)傳遞載荷，以使功率分流。漸開線行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)比范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積和質(zhì)量小、效率普遍較高、噪音低以及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等，因此被廣泛應(yīng)用于起重、冶金、工程機(jī)械、運(yùn)輸、航空、機(jī)床、電工機(jī)械以及國(guó)防工業(yè)等部門作為減速、變速或增速齒輪傳動(dòng)裝置NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理:當(dāng)高速軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，便驅(qū)動(dòng)行星架作輸出運(yùn)動(dòng)，行星輪在行星架上既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)，以此同樣的結(jié)構(gòu)組成二級(jí)、三級(jí)或多級(jí)傳動(dòng)。NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架所組成，以基本構(gòu)件命名，又稱為 ZK-H 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的基本思想是以兩級(jí)外嚙合接觸強(qiáng)度相等為原則分配傳動(dòng)比，而構(gòu)造是以高速級(jí)傳動(dòng)比為設(shè)計(jì)變量的目標(biāo)函數(shù)，采用黃金分割法得到合理的傳動(dòng)比分配。然后采用離散變量的組合型法分別進(jìn)行單級(jí)傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：漸開線齒輪，離散變量，齒輪傳動(dòng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)IAbstractInvolute planetary gear reducer is a kind of at least one gear around the axis of the geometry of the fixed position for circular motion of gear transmission, the transmission usually use internal meshing and use more several planet round and load, in order to make power diversion. Involute planetary gear transmission has the following advantages: transmission range, compact structure, small volume and quality, and generally high efficiency, low noise and stable operation, etc, so are widely used in lifting, metallurgy, construction machinery, transportation, aviation, machine tools, electric machinery and defense industry and other sectors for slowing down, variable speed or growth gear transmission device Planetary gear transmission mechanism NGW modeled drive principle: when the shaft from motor driver, drive the sun turn rebirth, then drive the planet wheel rotation, with the inner circle teeth fixed, then drive planet shelf as the output motion, the planet round in the planet shelf is rotation and the revolution, to the same structure of the second and third or multi-stage transmission. NGW modeled planetary gear transmission main institutions by the sun, planets wheel, inner wheel gear circle and of planet shelf, with basic component named, also called ZK-H planetary gear transmission mechanism. The basic idea of this design is based on the two levels of meshing contact strength for principle equal distribution ratio, and structure is based on the level as the design variables transmission ratio, the objective function of the separation of gold get reasonable distribution of transmission ratio. And then the discrete variable combination method, single stage of transmission of optimization design.Key Words: Involute gear, discrete variables, gear transmission, optimization designII目 錄摘 要 .........................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................II目 錄 .......................................................................................................................................III第 1 章 緒論...............................................................................................................................11.1 引言 ..............................................................................................................................11.2 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................................11.2.1 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用 ............................................................................11.2.2 國(guó)內(nèi)外的研究狀況及其發(fā)展方向 ...................................................................31.3 本文的主要內(nèi)容 ..........................................................................................................4第 2 章 NGW 齒輪結(jié)構(gòu)分析 ....................................................................................................52.1NGW 齒輪漸開線齒廓曲線方程 .................................................................................52.2 齒根過(guò)渡曲線方程 .......................................................................................................72.3 行星輪系中各輪齒數(shù)的確定 ......................................................................................8第 3 章 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì) ..............................................................................113.1 雙極 NGW 行星減速器傳動(dòng)比分配 .........................................................................113.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析 .............................................................................................................133.2.1 建立齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)模型 .................................................................................143.2.2 選取目標(biāo)函數(shù) .................................................................................................143.2.3 確定設(shè)計(jì)變量 .................................................................................................143.2.4 約束條件的建立 .............................................................................................153.2.5 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析 .................................................................................................163.3 建立、運(yùn)行優(yōu)化任務(wù) .................................................................................................173.4 分析優(yōu)化結(jié)果和更新模型參數(shù) .................................................................................17第 4 章 NGW 型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零部件設(shè)計(jì) ..................................................................184.1 行星輪軸、軸承、行星輪內(nèi)孔設(shè)計(jì) .........................................................................184.2 浮動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與校核 .........................................................................18III4.2.1 齒輪聯(lián)軸器的特點(diǎn) ..........................................................................................184.2.2 齒輪聯(lián)軸器基本參數(shù)的確定 ..........................................................................194.2.3 齒輪聯(lián)軸器的強(qiáng)度校核 ..................................................................................194.2.4 齒輪聯(lián)軸器的幾何計(jì)算 ..................................................................................19總結(jié)與展望...............................................................................................................................21參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................22致 謝.........................................................................................................................................23附 錄.........................................................................................................................................24寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論1.1 引言漸開線行星齒輪減速器是一種至少有一個(gè)齒輪繞著位置固定的幾何軸線作圓周運(yùn)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)通常用內(nèi)嚙合且多采用幾個(gè)行星輪同時(shí)傳遞載荷，以使功率分流。漸開線行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)比范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積和質(zhì)量小、效率普遍較高、噪音低以及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等，因此被廣泛應(yīng)用于起重、冶金、工程機(jī)械、運(yùn)輸、航空、機(jī)床、電工機(jī)械以及國(guó)防工業(yè)等部門作為減速、變速或增速齒輪傳動(dòng)裝置。漸開線行星齒輪減速器所用的行星齒輪傳動(dòng)類型很多，按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中齒輪的嚙合方式分為:NGW 、NW 、NN 、NGWN、ZU 飛 VGW、W.W 等，其中的字母表示:N—內(nèi)嚙合，W—外嚙合， G—內(nèi)外嚙合公用行星齒輪，ZU—錐齒輪。NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)有:1、重量輕、體積小。在相同條件下比硬齒面漸開線圓柱齒輪減速機(jī)重量減速輕1/2 以上，體積縮小 1/2—1/3;2、傳動(dòng)效率高;3、傳動(dòng)功率范圍大，可由小于 1 千瓦到上萬(wàn)千瓦，且功率越大優(yōu)點(diǎn)越突出，經(jīng)濟(jì)效益越高;4 、裝配型式多樣，適用性廣，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小;5、外齒輪為 6 級(jí)精度，內(nèi)齒輪為 7 級(jí)精度，使用壽命一般均在十年以上。因此 NGW 型漸開線行星齒輪傳動(dòng)已成為傳動(dòng)中應(yīng)用最多、傳遞功率最大的一種行星齒輪傳動(dòng)。NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理:當(dāng)高速軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，便驅(qū)動(dòng)行星架作輸出運(yùn)動(dòng)，行星輪在行星架上既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)，以此同樣的結(jié)構(gòu)組成二級(jí)、三級(jí)或多級(jí)傳動(dòng)。NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架所組成，以基本構(gòu)件命名，又稱為 ZK—H 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。第 1 章 緒論11.2 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用傳動(dòng)裝置是大多數(shù)機(jī)械設(shè)備必不可少的重要部件，其性能直接決定著整臺(tái)設(shè)備的性能和質(zhì)量，隨著機(jī)械工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)裝置的要求越來(lái)越高，要求體積小、重量輕、承載能力大、效率高、壽命長(zhǎng)。普通齒輪傳動(dòng)減速器傳動(dòng)比小，當(dāng)傳動(dòng)比大時(shí)需多級(jí)減速，體積大，結(jié)構(gòu)笨重，且使用壽命短。普通的蝸輪減速器雖比上述齒輪減速器的性能好，但效率較低。對(duì)于從事機(jī)械設(shè)計(jì)的工程設(shè)計(jì)人員而言，這就意味著兩方面的要求:其一，掌握和應(yīng)用先進(jìn)、合理的傳動(dòng)形式；其二，掌握和應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)手段和方法。行星傳動(dòng)是近幾十年來(lái)迅速發(fā)展和應(yīng)用起來(lái)的新型的齒輪傳動(dòng)形式之一，在各種機(jī)械傳動(dòng)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高機(jī)械設(shè)備、儀器和儀表等的工作壽命、可靠性和減小外形尺寸，其傳動(dòng)形式常以行星傳動(dòng)代替定軸傳動(dòng)。行星齒輪傳動(dòng)與其他形式的齒輪傳動(dòng)相比有如下幾個(gè)特點(diǎn):（1）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、承載能力高，這個(gè)特點(diǎn)是由行星齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素決定的。a)功率分流 用幾個(gè)完全相同的行星輪均勻地分布在中心輪的周圍來(lái)共同分擔(dān)載荷，因而使每個(gè)齒輪所受到的載荷都很小，相應(yīng)齒輪模數(shù)就可較小。b)合理地應(yīng)用了內(nèi)嚙合 充分利用內(nèi)嚙合承載能力高和內(nèi)齒輪的空間體積，從而縮小了徑向、軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊而承載能力又高。c)共軸線式的傳動(dòng)裝置 各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動(dòng)，輸入軸與輸出軸共軸線，使這種傳動(dòng)裝置長(zhǎng)度方向的尺寸大大縮小。（2）傳動(dòng)比大 只要適當(dāng)?shù)倪x擇行星傳動(dòng)的類型及配齒方案，就可以利用很少的幾個(gè)齒輪而得到很大的傳動(dòng)比。在不作為動(dòng)力傳動(dòng)而主要用以傳遞運(yùn)動(dòng)的行星機(jī)構(gòu)中，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。此外，行星齒輪傳動(dòng)由于它的三個(gè)基本構(gòu)件都可以傳動(dòng)，故可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解，以及有級(jí)和無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)等復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。（3）傳動(dòng)效率高 由于行星齒輪傳動(dòng)采用了對(duì)稱的分流傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，即它具有數(shù)個(gè)均勻分布的行星齒輪，使作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力相互平衡，有利于提高傳動(dòng)效率。在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率可達(dá) 0.97~0.99。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2（4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)由于采用數(shù)個(gè)相同的行星輪，均勻分布于中心輪周圍，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，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。在具有上述特點(diǎn)和優(yōu)越性的同時(shí)，行星齒輪傳動(dòng)也存在一些缺點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)形式比定軸齒輪傳動(dòng)復(fù)雜；對(duì)制造質(zhì)量要求較高；由于體積較小、散熱面積小導(dǎo)致油溫升高，故要求嚴(yán)格的潤(rùn)滑與冷卻裝置等。行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，對(duì)促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的理論和實(shí)用意義。1.2.2 國(guó)內(nèi)外的研究狀況及其發(fā)展方向世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，如： 日本、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)和俄羅斯等，對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用、生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu)化、傳動(dòng)性能、傳遞功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位；并出現(xiàn)了一些新型的傳動(dòng)技術(shù)，如封閉行星齒輪傳動(dòng)、行星齒輪變速傳動(dòng)和微型行星齒輪傳動(dòng)等早已在現(xiàn)代的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)對(duì)行星齒輪傳動(dòng)比較深入的研究最早開始于 20 世紀(jì) 60 年代后期， 20 世紀(jì) 70 年代制定了 NGW 型漸開線行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列 JB1799-1976。一些專業(yè)定點(diǎn)廠已成批生產(chǎn)了 NGW 型標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，使用效果很好。已研制成功高速大功率的多種行星齒輪減速器，如列車電站燃?xì)廨啓C(jī)（3000KW） 、高速氣輪機(jī)（500KW）和萬(wàn)立方米制氧透平壓縮機(jī)（6300KW）的行星齒輪箱。低速大轉(zhuǎn)矩的行星齒輪減速器已成批生產(chǎn)，如礦井提升機(jī)的 XL-30 型行星齒輪減速器（800kW） ，雙滾筒采煤機(jī)的行星齒輪減速器（375kW ） 。世界各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，經(jīng)由工業(yè)化、信息時(shí)代化，正在進(jìn)入知識(shí)化時(shí)代，行星齒輪傳動(dòng)在設(shè)計(jì)上日趨完善，制造技術(shù)不斷進(jìn)步，使行星齒輪傳動(dòng)已達(dá)到較高的水平。我國(guó)與世界先進(jìn)水平雖存在明顯的差距，但隨著改革開放帶來(lái)設(shè)備引進(jìn)、技術(shù)引進(jìn)，在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)方面取得很大的進(jìn)步。目前行星齒輪傳動(dòng)正在向以下幾個(gè)方面發(fā)展：1）向高速大功率及低速大轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)展。例如年產(chǎn) 300kt 合成氨透平壓縮機(jī)的第 1 章 緒論3行星齒輪增速器，其齒輪圓周速度已達(dá) 150m/s；日本生產(chǎn)了巨型船艦推進(jìn)系統(tǒng)用的行星齒輪箱，功率為 22065kW；大型水泥磨中所用 80/125 型行星齒輪箱，輸出轉(zhuǎn)矩高達(dá) 4150kN m。在這類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造中需要繼續(xù)解決均載、平衡、密封、潤(rùn)滑、零件材料與熱處理及高效率、長(zhǎng)壽命、可靠性等一系列設(shè)計(jì)制造技術(shù)問(wèn)題。2）向無(wú)級(jí)變速行星齒輪傳動(dòng)發(fā)展。實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速就是讓行星齒輪傳動(dòng)中三個(gè)基本構(gòu)件都傳動(dòng)并傳遞功率，這只要對(duì)原行星機(jī)構(gòu)中固定的構(gòu)件附加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)（如采用液壓泵及液壓馬達(dá)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)） ，就能成為變速器。3）向復(fù)合式行星齒輪傳動(dòng)發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)外將蝸桿傳動(dòng)、螺旋齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)與行星齒輪傳動(dòng)組合使用，構(gòu)成復(fù)合式行星齒輪箱。其高速級(jí)用前述各種定軸類型傳動(dòng)，低速級(jí)用行星齒輪傳動(dòng)，這樣可適用相交軸和交錯(cuò)軸間的傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比和大轉(zhuǎn)矩輸出等不同用途，充分利用各類型傳動(dòng)的特點(diǎn)，克服各自的弱點(diǎn)，以適應(yīng)市場(chǎng)上多樣化需要。4）向少齒差行星齒輪傳動(dòng)方向發(fā)展。這類傳動(dòng)主要用于大傳動(dòng)比、小功率傳動(dòng)。1.3 本文的主要內(nèi)容NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理:當(dāng)高速軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，便驅(qū)動(dòng)行星架作輸出運(yùn)動(dòng)，行星輪在行星架上既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)，以此同樣的結(jié)構(gòu)組成二級(jí)、三級(jí)或多級(jí)傳動(dòng)。NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架所組成，以基本構(gòu)件命名，又稱為 ZK-H 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的基本思想是以兩級(jí)外嚙合接觸強(qiáng)度相等為原則分配傳動(dòng)比, 而構(gòu)造是以高速級(jí)傳動(dòng)比為設(shè)計(jì)變量的目標(biāo)函數(shù), 采用黃金分割法得到合理的傳動(dòng)比分配。然后采用離散變量的組合型法分別進(jìn)行單級(jí)傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4第 2 章 NGW 齒輪結(jié)構(gòu)分析2.1NGW 齒輪漸開線齒廓曲線方程如圖 2-1 所示，當(dāng)直線 x-x 沿著半徑為 的圓作純滾動(dòng)時(shí)，該直線上的任一點(diǎn) K 的0r軌跡稱為該圓的漸開線。半徑為 r 的圓稱為漸開線的基圓，直線 x-x 稱為漸開線的發(fā)0生線。圖 2-1 漸開線形成原理從漸開線的形成過(guò)程可以看出漸開線具有以下性質(zhì)：（1）發(fā)生線在基圓上滾過(guò)的線段長(zhǎng)度 等于基圓上被滾過(guò)的圓弧長(zhǎng)度 AN ，KN即： = AN。KN（2）漸開線上任一點(diǎn)的法線切于基圓。當(dāng)發(fā)生線 x-x 沿基圓作純滾動(dòng)時(shí)，切點(diǎn) N 為其瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，K 點(diǎn)處的漸開線可以看作以瞬心 N 為圓心的圓弧，因而 為漸K開線在 K 點(diǎn)處的曲率半徑，即為其法線。故漸開線法線與其基圓在 N 點(diǎn)相切。漸開在線各點(diǎn)處的曲率不等，離基圓越近，其曲率半徑越??；離基圓越遠(yuǎn)，其曲率半徑越大。（3）基圓以內(nèi)沒(méi)有漸開線。（4）漸開線的形狀僅僅取決于基圓的大小，基圓越小，漸開線越彎曲，基圓越大，漸開線越平直。在工程上，漸開線通常以極坐標(biāo)方程表示。在圖 2-1 中，以 OA 為極坐標(biāo)軸，則漸開線上任一點(diǎn)的位置可以用極徑 和極角 來(lái)確定。在 ΔKON 中iri?第 2 章 NGW 齒輪結(jié)構(gòu)分析5/cosibir??又根據(jù)漸開線的性質(zhì)，由圖 2-1 得：()tanbii birANKr?????則： taniii???極角 稱為壓力角 的漸開線函數(shù)，在工程上通常用符號(hào) inv 表示，即i?i i?tiiiiv歸納起來(lái)，漸開線極坐標(biāo)參數(shù)方程為 /cosibir??taniiiiv??從上面方程可以看出，當(dāng)基圓半徑 一定時(shí)，只要給出一個(gè) 值，就有一確定的bri?及 值，即確定了漸開線在某一點(diǎn)的坐標(biāo)位置。iri齒廓漸開線的直角坐標(biāo)方程可根據(jù)漸開線極坐標(biāo)參數(shù)方程得出。建立如圖 2-2 所示的直角坐標(biāo)系，將極坐標(biāo)方程轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)方程，可得： sinco()2iixrvs?????式中， 為齒廓上任意點(diǎn)的壓力角， ： 為齒廓上任意點(diǎn)到齒輪i arcos(/)ibi??ir軸心的距離； 為分度圓壓力角。圖 2-2 極坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6圖 2-3 單個(gè)齒形示意圖2.2 齒根過(guò)渡曲線方程部分文獻(xiàn)在分析齒根應(yīng)力和輪齒彈性變形時(shí)，均近似的用圓弧代替齒根過(guò)渡曲線“圓角” 。而 Dolan 與 Broghammer、Jacobson 等的光彈實(shí)驗(yàn)及 Chang，F(xiàn)iliz ，唐進(jìn)元和周長(zhǎng)江等人的研究均表明：齒根圓角半徑對(duì)齒輪的應(yīng)力和變形的影響是比較顯著的。為了進(jìn)一步對(duì)齒輪的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布做出科學(xué)的判斷，同時(shí)分析其對(duì)模態(tài)的影響，有必要給出實(shí)際齒形，因此必須準(zhǔn)確地確定過(guò)渡曲線方程。齒根的過(guò)渡曲線為一段長(zhǎng)幅外擺線，方程由共軛齒廓運(yùn)動(dòng)學(xué)方法求得。如圖 2-3 所示， 為靜坐標(biāo)系， ， ， 為動(dòng)坐標(biāo)系。初始位置取刀具齒廓pxoy1xoy2ffxoy與齒輪槽對(duì)稱相嵌位置，此時(shí) 。因此，從 到 的變換矩陣 為:p??12xy21M21csinsi()csoin01rM????? ?? ???? ?刀具圓角上任意點(diǎn)在 中的坐標(biāo)為：1xy1[sincos]TcPrhr?????ta(0~7)???2()sii()coscos)incxrrryh???????第 2 章 NGW 齒輪結(jié)構(gòu)分析7式中 的范圍為:?tan20cohrr?????若令 ，則???0tan20cohr?由 到 的變換矩陣為2xyff22sicsoinf yM??????????綜合變換矩陣和漸開線方程得： ????20.5()sicos()[sin()cos()]fc ccxrhrrhhr??????????????????20.5oinoinfc ccy ???? ?sr???式中， 滿足?minax?當(dāng) 過(guò)渡曲線相切于根圓，當(dāng) ，過(guò)渡曲線相切，滾刀齒i0?maxtn20cohr??頂平臺(tái)半寬 為?()tan4cosrcrh????實(shí)際加工節(jié)線至滾刀圓角中心距離 為：chrcacxm?式中， 為滾刀頂部圓角半徑： 為滾刀齒頂高。 ra2.3 行星輪系中各輪齒數(shù)的確定在行星輪系中，各齒輪齒數(shù)的選配需滿足下述四個(gè)條件?，F(xiàn)以圖 2-4 所示的行星輪系為例，說(shuō)明如下：寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8圖 2-4 行星輪系參考圖圖中，太陽(yáng)輪 1，齒數(shù)為 ，分度圓半徑為 ；行星輪 2，齒數(shù)為 ，分度圓半徑1z1r2z為 ；內(nèi)齒圈 3，齒輪為 ，分度圓半徑為 。2r33（1）保證實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比根據(jù)上面的行星輪系圖示，通過(guò)機(jī)械原理知識(shí)可以知道，因 ，故131/Hiz??31/Hzi??（2）保證滿足同心條件要行星輪系能正常回轉(zhuǎn)，其三個(gè)基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線必須在同一直線上。因此，對(duì)于圖示的行星輪系來(lái)說(shuō)，必須滿足下式 312r????當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒齒輪傳動(dòng)或等變位齒輪傳動(dòng)時(shí)，上式變?yōu)榛?12312z?（3）保證安裝均布條件為使各個(gè)行星輪都能夠正確均布地安裝在太陽(yáng)輪和內(nèi)齒之間，行星輪的數(shù)目與各輪之間齒數(shù)必須滿足一定的關(guān)系，否則將會(huì)因行星輪與太陽(yáng)輪輪齒的干涉不能正確裝配（圖 2-4 所示） 。下面就對(duì)為了使行星輪能均布且正確裝配，行星輪個(gè)數(shù) k 與各輪齒數(shù)之間應(yīng)滿足的關(guān)系進(jìn)行分析。（4）保證滿足鄰接條件對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)： ??122sin(80/)()oarkrhm???第 2 章 NGW 齒輪結(jié)構(gòu)分析9式中，m 為模數(shù)， 為齒頂高系數(shù)。ah以上式子說(shuō)明的是在選擇各齒輪的齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)時(shí)，所必需滿足的條件。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10第 3 章 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與定軸輪系傳動(dòng)相比, 行星輪系傳動(dòng)具有體積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、效率高、功率密度高和工作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛用于各類傳動(dòng)裝置中。同時(shí), 行星輪系傳動(dòng)也存在設(shè)計(jì)量大、制造精度要求較高、制造安裝困難等缺點(diǎn)。尤其是對(duì)于多級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比的合理分配和配齒等都是其難點(diǎn)。本文從傳動(dòng)比分配、配齒、強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)幾個(gè)方面, 總結(jié)了多級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。并通過(guò)型式試驗(yàn), 對(duì)設(shè)計(jì)的變槳傳動(dòng)裝置進(jìn)行了性能分析, 驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。此次設(shè)計(jì)的減速機(jī)采用兩級(jí) NGW 行星齒輪傳動(dòng)，總效率不小于 0.9，設(shè)計(jì)的主要參數(shù)：規(guī)格 280，傳動(dòng)比為 25，外形和安裝尺寸參照 JB/T6502-1993。如前所述, 由于設(shè)計(jì)速比大, 結(jié)構(gòu)要求緊湊 , 因此在變槳減速機(jī)的設(shè)計(jì)中采用行星輪系傳動(dòng)是很好的選擇。行星輪系傳動(dòng)中 NGW 型又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、軸向尺寸小等優(yōu)點(diǎn) , 應(yīng)用最為廣泛。3.1 雙極 NGW 行星減速器傳動(dòng)比分配NGW 型行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。這種型式的行星傳動(dòng) , 齒輪的齒數(shù)及行星輪數(shù)應(yīng)滿足以下條件:1) 傳動(dòng)比條件: 保證給定的傳動(dòng)比。2) 裝配條件：太陽(yáng)輪與內(nèi)齒輪的齒數(shù)和等于行星輪數(shù)目的整數(shù)倍3）鄰接條件：保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰，齒頂間的最小間隙取決于制造精度, 一般為 0.5 倍模數(shù)。多級(jí)行星輪系傳動(dòng)的傳動(dòng)比分配原則是各級(jí)傳動(dòng)之間強(qiáng)度相等, 并且外廓尺寸最小。在兩級(jí) NGW 行星傳動(dòng)中 , 欲得到最小的徑向尺寸可使低速級(jí)內(nèi)齒輪分度圓直徑 dB1與高速級(jí)內(nèi)齒輪分度圓直徑 dB2 之比 (dB2/ dB1)接近于 1, 通常 dB2/ dB1=1~1. 2。對(duì)于齒輪采用相同材料、相同加工精度和熱處理工藝時(shí), 為了使各級(jí)傳動(dòng)的強(qiáng)度大致相等, 高速級(jí)中心距 a2 與低速級(jí) a1 中心距之比(a2/ a1)約為 0. 7。按各級(jí)內(nèi)齒圈分度圓直徑的比例分配傳動(dòng)比。內(nèi)齒圈分度圓直徑基本上決定了行星減速器的外形尺寸。設(shè)比例系數(shù)
=db Ⅱ/ dbⅠ, 角標(biāo)Ⅰ, Ⅱ分別表示高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng), 為獲得合理的尺寸關(guān)系, 一般取
= 1～1. 2。當(dāng)
= 1 時(shí), 減速器的徑向尺寸最小。第 3 章 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)11雙級(jí)行星減速器傳動(dòng)比的分配以兩級(jí)外嚙合接觸強(qiáng)度相等作為分配傳動(dòng)比的前提。其方法是先列出各級(jí)之間等強(qiáng)度方程式, 再根據(jù)圖 1 所示行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的力矩關(guān)系, 建立關(guān)于傳動(dòng)比的目標(biāo)函數(shù)。圖 3-1 雙極 NGW 行星減速器簡(jiǎn)圖接觸強(qiáng)度計(jì)算公式：不計(jì)齒輪變位時(shí)綜合上面的式子可得太陽(yáng)輪所傳遞的許用扭矩為則兩級(jí)太陽(yáng)輪許用扭矩之比為：式中：寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12其力矩關(guān)系為：帶入式中，可得：計(jì)算出 之后, 構(gòu)造目標(biāo)函數(shù):31/q?利用黃金分割法進(jìn)行一維搜索目標(biāo)函數(shù)的極小值, 即可以求出高速級(jí)傳動(dòng)比 i1, 由此得出低速級(jí)傳動(dòng)比 i2。求得傳動(dòng)比 i1, i2 以后, 即可分別對(duì)兩級(jí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。遵循以上原則, 通過(guò)配齒計(jì)算, 確定該兩級(jí) NGW 行星齒輪減速機(jī)的主要參數(shù)見表1。各級(jí)齒輪采用相同的材料及熱處理工藝, 精度 6 級(jí)。表 1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表齒數(shù) 中心距/mm 速比 總速比太陽(yáng)輪 12行星輪 25第一級(jí)內(nèi)齒輪 6362 6.25太陽(yáng)輪 20行星輪 21第二級(jí)內(nèi)齒輪 6082 4253.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析如果行星輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，就有可能出現(xiàn)齒輪齒面最大等效應(yīng)力超過(guò)屈服極限的情況。這種情況會(huì)造成行星輪上節(jié)點(diǎn)等效應(yīng)力的最大值在運(yùn)動(dòng)中每循環(huán)一周就會(huì)出現(xiàn)一次，屈服點(diǎn)處多次重復(fù)循環(huán)，齒面產(chǎn)生塑性變形破壞齒面嚙合的正確性，引起很大的動(dòng)載荷，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致輪齒折斷。在行星齒輪工作過(guò)程中，為了盡可能的避第 3 章 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)13免上述情況，就要對(duì)行星輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證齒輪約束條件前提下，改善齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，盡可能的降低其等效應(yīng)力。行星輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)已由廣泛的二維結(jié)構(gòu)向三維結(jié)構(gòu)過(guò)渡，由局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化向整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過(guò)渡。利用成熟的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行模型優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立優(yōu)化任務(wù)，前面已經(jīng)通過(guò)局部靈敏度分析和全局靈敏度分析研究確定了設(shè)計(jì)變量范圍，將其與目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)行優(yōu)化任務(wù)以得到最優(yōu)化的結(jié)果。3.2.1 建立齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)模型應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，降低齒輪嚙合過(guò)程中行星輪齒面最大等效應(yīng)力，可歸結(jié)為下述最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，即求解一個(gè) n 維變量，使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最小，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：min()fx0;1,23igXim??…式中： —目標(biāo)函數(shù)；取行星輪最大等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)力()fX—n 維設(shè)計(jì)變量—約束條件g()x其中，目標(biāo)函數(shù)取行星輪最大等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；約束條件取齒輪材料強(qiáng)度、齒輪不產(chǎn)生根切及其他已知條件等；設(shè)計(jì)變量用來(lái)描述齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)。3.2.2 選取目標(biāo)函數(shù)通過(guò)對(duì)同類產(chǎn)品的研究，可知行星輪系故障多是由行星輪齒面最大等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)力超過(guò)齒輪材料屈服極限而導(dǎo)致的。本文的任務(wù)就是通過(guò)改變齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，達(dá)到降低齒輪齒面最大等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的目的。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的目標(biāo)函數(shù)在已知載荷、工作條件并已選定材料的基礎(chǔ)上, 以各級(jí)太陽(yáng)輪、行星輪和內(nèi)齒圈的體積之和 V
最小作為優(yōu)化目標(biāo), 則有:將其最小值作為目標(biāo)函數(shù)。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）143.2.3 確定設(shè)計(jì)變量行星輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)應(yīng)盡量選取能夠滿足對(duì)應(yīng)力影響較大并且在一定程度上能夠描述結(jié)構(gòu)外形的相互獨(dú)立的尺寸參數(shù)。前面完成的靈敏度分析就是為了研究了這方面問(wèn)題，通過(guò)分析確定將 、 、 作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量。tiZimib3.2.4 約束條件的建立為保證行星輪優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可靠性，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)變量要滿足一定的約束條件，約束條件主要有：(1) 設(shè)計(jì)變量的上下界限：考慮到行星輪系傳動(dòng)比不變，中心距和軸向力不能太大，并且能滿足短期過(guò)載等因素，各設(shè)計(jì)變量變化范圍取 14.52??z6.m(2) 齒面接觸強(qiáng)度：齒輪齒面接觸應(yīng)力不能超過(guò)許用應(yīng)力,即HP??(3) 齒根彎曲強(qiáng)度：齒輪齒根彎曲應(yīng)力不能超過(guò)許用彎曲應(yīng)力，即：FP其中 為許用彎曲應(yīng)力，可由下式計(jì)算：式中：第 3 章 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)15通過(guò)計(jì)算得許用彎曲應(yīng)力為 600MPa，氫化處理后可達(dá)到 900MPa，即齒輪齒根彎曲應(yīng)力不能超過(guò) 900MPa。(4) 重合度條件：重合度條件為 ， 其計(jì)算公式如下：a?1.2?外嚙合時(shí)：內(nèi)嚙合時(shí):(5) 相對(duì)齒寬系數(shù)約束條件： 10.8.4bd?3.2.5 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析經(jīng)典優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了四種優(yōu)化算法，自動(dòng)算法(Automatic)、序列二次規(guī)劃法(SQP)、梯度投影法(GDP)和復(fù)合行法。序列二次規(guī)劃方法是非線性方法中的最新技術(shù)，它允許我們能夠象解決無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題那樣解決約束優(yōu)化問(wèn)題，每次主循環(huán)都會(huì)使用牛頓校正方法近似計(jì)算拉格朗日方程的海森矩陣。然后構(gòu)成一個(gè)二次規(guī)劃子問(wèn)題，它的解在線性搜索中用來(lái)形成搜索方向。在序列二次規(guī)劃法的算法過(guò)程中，首先將優(yōu)化數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為求解搜索方向的二次規(guī)劃子問(wèn)題，如下式所示：式中： H—拉格朗日函數(shù)近似 Hesse 矩陣，初始化為單位矩陣：2klimL????如果 ，則迭代終止，解為 ，迭代終止后，如果條件無(wú)法得到滿足，則求線性搜索補(bǔ)償 a*，根據(jù)搜索步長(zhǎng)更新自變量 ，再求解無(wú)約束極小化問(wèn)寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16題。采取優(yōu)化算法為 Automatic 時(shí)，它自動(dòng)將 SQP 算法作為初始算法，如果遇到模型無(wú)效或重生失敗，將在后續(xù)計(jì)算中自動(dòng)切換到 GDP 算法解決問(wèn)題。SQP 算法相對(duì)于 GDP 算法而言要快很多，一般情況的優(yōu)化設(shè)計(jì)都可以由 SQP 解決，只有當(dāng)需要保證迭代的每一步準(zhǔn)確度并且不關(guān)心運(yùn)算速度的情況下才會(huì)選擇 GDP 算法。本文采用直接解法中的復(fù)合形法求解數(shù)學(xué)模型。復(fù)合形法的基本思想是: 先在可行區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)具有 K 個(gè)初始點(diǎn)的頂點(diǎn)復(fù)合形( )。利用復(fù)合形各頂點(diǎn)函數(shù)12nK??值大小的關(guān)系, 判斷目標(biāo)函數(shù)值的下降方向, 不斷丟掉最差點(diǎn), 代之以既使目標(biāo)函數(shù)值有所下降又滿足所有約束條件的新點(diǎn), 如此重復(fù)計(jì)算, 直至達(dá)到一定的收斂精度為止。3.3 建立、運(yùn)行優(yōu)化任務(wù)設(shè)置優(yōu)化分析任務(wù)，首先定義分析類型為優(yōu)化設(shè)計(jì)；優(yōu)化目標(biāo) Goal 為模型體積的最小值，使用默認(rèn)的 Minimize，取收斂精度 , 復(fù)合形頂點(diǎn)數(shù) K= 8, 映射系數(shù)310???反映系數(shù)精度 -。將原常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)作為第一個(gè)已知可行點(diǎn)輸入,進(jìn)行優(yōu)1.3??310???化分析。3.4 分析優(yōu)化結(jié)果和更新模型參數(shù)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)新的參數(shù)如下表 3-2 所示：表 3-2 參數(shù)優(yōu)化結(jié)果參數(shù)計(jì)算方法 1ZXqZb 目標(biāo)函數(shù)常規(guī) 12 25 63 62高速級(jí)優(yōu)化 12 23 62 60常規(guī) 20 21 60 82低速級(jí)優(yōu)化 22 24 70 8041980=.19265?常 規(guī)優(yōu) 化從表中計(jì)算結(jié)果可知, 優(yōu)化設(shè)計(jì)使輪系參數(shù)比原常規(guī)設(shè)計(jì)更為合理, 總體積減小17.26%, 重量亦相應(yīng)減小。此外, 由表 1 中所列數(shù)據(jù)可算出: 常規(guī)設(shè)計(jì)各級(jí)實(shí)際傳動(dòng)比i1=6， i2=4.18, 實(shí)際總傳動(dòng)比 i2=25.09，實(shí)際總傳動(dòng)比誤差為 0.09，滿足設(shè)計(jì)要求且更第 3 章 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)17有利于油池潤(rùn)滑。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18第 4 章 NGW 型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零部件設(shè)計(jì)4.1 行星輪軸、軸承、行星輪內(nèi)孔設(shè)計(jì)NGW 型行星減速機(jī)構(gòu)除了計(jì)算輪齒的主要參數(shù)和承載能力之外，還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。行星輪多做成中空的齒輪，以便在內(nèi)孔中裝置行星輪軸或軸承。為了減少行星輪之間的尺寸差，可將同一傳動(dòng)中的行星輪成組一次加工。行星輪的內(nèi)孔直徑根據(jù)所選軸承或孔中軸的配合直徑確定，內(nèi)孔邊緣距離齒根的最小厚度一般不小于全齒高的 1.2~ 1.4 倍，即模數(shù)的 3 倍左右。在行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，行星輪上的支承所受負(fù)荷最大，在一般用途的低速傳動(dòng)和航空機(jī)械的傳動(dòng)中采用滾動(dòng)軸承作為行星輪的支承，行星輪常用的滾動(dòng)軸承有圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承、向心球軸承等等，本系統(tǒng)選用圓錐滾子軸承作為行星輪的支撐。由于行星輪軸與其軸承內(nèi)徑配合、軸承外徑與行星輪內(nèi)孔配合，因此系統(tǒng)采用對(duì)行星輪軸、軸承、行星輪內(nèi)孔進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，首先計(jì)算出行星輪軸直徑，然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑值，根據(jù)選擇的內(nèi)徑篩選標(biāo)準(zhǔn)軸承對(duì)應(yīng)符合要求的型號(hào)，根據(jù)行星輪寬度選擇合適的軸承總寬度，確定具體的軸承型號(hào)，則對(duì)應(yīng)的行星輪內(nèi)孔直徑就是所選軸承的外徑，然后對(duì)所選軸承進(jìn)行校核，并對(duì)行星輪內(nèi)孔直徑進(jìn)行核算是否滿足要求。4.2 浮動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與校核4.2.1 齒輪聯(lián)軸器的特點(diǎn)在行星齒輪傳動(dòng)中，廣泛使用齒輪聯(lián)軸器來(lái)保證浮動(dòng)機(jī)構(gòu)中的浮動(dòng)構(gòu)件在受力不平衡時(shí)產(chǎn)生位移，以使各行星齒輪之間載荷分布均勻。齒輪聯(lián)軸器采用漸開線齒形，按其外齒軸套輪齒沿齒寬方向的截面形狀區(qū)分為直齒和鼓形齒兩種。直齒聯(lián)軸器用于與內(nèi)齒輪( 或行星架) 制成一體的浮動(dòng)用齒輪聯(lián)軸器，其需用傾角小，一般不大于 0.5。 ，且承載能力較低，易磨損，壽命較短。直齒聯(lián)軸器的齒寬很窄，常取齒寬與齒寬節(jié)圓之比 。鼓形齒聯(lián)軸器許用傾角大(可達(dá) 以上)，承載能力和壽命都比/0.1~.3wbd?? 3?直齒的高，因而使用越來(lái)越廣泛。第 4 章 NGW 型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零部件設(shè)計(jì)19齒輪聯(lián)軸器內(nèi)齒套的外殼壁厚占按浮動(dòng)構(gòu)件確定。太陽(yáng)輪浮動(dòng)的聯(lián)軸器，取(式中 為聯(lián)軸器的節(jié)圓直徑)。當(dāng)節(jié)圓直徑較小時(shí)，其系數(shù)取大值，(0.5~.1)d????反之取小值。內(nèi)齒套浮動(dòng)的聯(lián)軸器，為降低外殼變形引起的載荷不均勻，應(yīng)設(shè)計(jì)成薄壁外殼。4.2.2 齒輪聯(lián)軸器基本參數(shù)的確定(l)按經(jīng)驗(yàn)取值，分度圓直徑 1GdK?式中: —太陽(yáng)輪分度圓直徑;1d—修正系數(shù)，考慮尺寸隨承載能力的變化。GK模數(shù) m 和齒數(shù) z:根據(jù)初選的分度圓直徑 d，試按齒數(shù)為 32~34 計(jì)算模數(shù)，隨后取圓整的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)、確定齒數(shù)(盡量選偶數(shù)齒數(shù))， 。283z?(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求按經(jīng)驗(yàn)公式初定齒寬 。用于內(nèi)嚙合中心輪浮動(dòng)的齒輪聯(lián)軸器，wb按 確定 ;用于外嚙合中心輪或其他構(gòu)件浮動(dòng)的中間零件組成的聯(lián)軸器，/0.1~.3wbd??按式 確定。??2d(3)齒形角 ??刀具位移圓角半徑 R=0.9d;4)圓柱齒輪與聯(lián)軸器齒部的過(guò)渡部分。過(guò)渡直徑盡可能取較大值，略小于兩端的齒根圓直徑;過(guò)渡部分的長(zhǎng)度最小值按圓柱齒輪磨齒、鼓形齒滾切時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生正常的越程、退刀障礙條件驗(yàn)算。4.2.3 齒輪聯(lián)軸器的強(qiáng)度校核在浮動(dòng)齒輪聯(lián)軸器中，由于其內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相等，基本上屬于零齒差的內(nèi)嚙合齒輪副。根據(jù)該嚙合傳動(dòng)的受載荷情況，它的實(shí)效形式主要是齒面點(diǎn)蝕和齒面磨損。一般不會(huì)產(chǎn)生輪齒折斷。因此，對(duì)于該齒輪聯(lián)軸器只需按輪齒剪切應(yīng)力和輪齒表面擠壓計(jì)算，而不必驗(yàn)算其輪齒的齒根彎曲強(qiáng)度，如不符合要求，要改變參數(shù)變量重新計(jì)算，直到符合要求為止。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）204.2.4 齒輪聯(lián)軸器的幾何計(jì)算齒輪聯(lián)軸器的幾何計(jì)算通常在通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算以后進(jìn)行;由受結(jié)構(gòu)條件的限制，通常不能安全按標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器的規(guī)格套用?？梢圆捎米兾缓头亲兾粐Ш希捎米兾粐Ш蠒r(shí)，外齒輪和內(nèi)齒輪的變位系數(shù) 和 大小相等，方向相同，一般可取 x=0.3~0.5(若聯(lián)軸器1x2的齒為被浮動(dòng)齒輪輪齒的一段，則變位系數(shù)可與被浮動(dòng)齒輪相同)、這種變位有利于提高外齒套的齒根強(qiáng)度，因?yàn)閮?nèi)齒的齒根抗彎截面較大，變位后使兩者趨向等強(qiáng)度。對(duì)于齒數(shù)較少的內(nèi)齒圈，變位還有利于避免插齒時(shí)的頂切現(xiàn)象、變位后外齒的齒頂厚度應(yīng)保證 。10.4asm?總結(jié)與展望21總結(jié)與展望一、總結(jié)漸開線行星齒輪減速器是一種至少有一個(gè)齒輪繞著位置固定的幾何軸線作圓周運(yùn)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)通常用內(nèi)嚙合且多采用幾個(gè)行星輪同時(shí)傳遞載荷，以使功率分流。漸開線行星齒輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)比范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積和質(zhì)量小、效率普遍較高、噪音低以及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等，因此被廣泛應(yīng)用于起重、冶金、工程機(jī)械、運(yùn)輸、航空、機(jī)床、電工機(jī)械以及國(guó)防工業(yè)等部門作為減速、變速或增速齒輪傳動(dòng)裝置NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理:當(dāng)高速軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，便驅(qū)動(dòng)行星架作輸出運(yùn)動(dòng)，行星輪在行星架上既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)，以此同樣的結(jié)構(gòu)組成二級(jí)、三級(jí)或多級(jí)傳動(dòng)。NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架所組成，以基本構(gòu)件命名，又稱為 ZK-H 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的基本思想是以兩級(jí)外嚙合接觸強(qiáng)度相等為原則分配傳動(dòng)比, 而構(gòu)造是以高速級(jí)傳動(dòng)比為設(shè)計(jì)變量的目標(biāo)函數(shù), 采用黃金分割法得到合理的傳動(dòng)比分配。然后采用離散變量的組合型法分別進(jìn)行單級(jí)傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這些工作能為以后 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)工作提供一定的參考。二、今后研究方向受本人學(xué)術(shù)水平和客觀條件所限，NGW 型行星減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)還有待更深入的研究和進(jìn)一步完善的地方:可視化的 CAD/CAE/CAM 技術(shù)是未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的重要方向，應(yīng)用特征建模和參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，本人未來(lái)的工作將在這個(gè)方面進(jìn)行展開，分析 NGW-S 型行星齒輪減速器裝配組成及主要零部件之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，建立了主要零部件和裝配實(shí)體模型。分析選定 NGW 型行星齒輪減速器主要零件的參數(shù)化尺寸，確定各尺寸之間的約束關(guān)系，實(shí)現(xiàn) NGW 型行星齒輪減速器主要零件的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)和裝配，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的自動(dòng)化和可視化。寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22參考文獻(xiàn)[1]徐正興,辛洪兵 ,戰(zhàn)曉磊. 行星齒輪傳動(dòng)均載問(wèn)題的研究 [J]. 北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2007,(06)[2]薛隆泉，蘇志霄，郗向儒，崔亞輝，楊華成. 組合式無(wú)級(jí)變速器的效率計(jì)算[J]. 傳動(dòng)技術(shù), 1996,(02)[3]桂乃磐,郭惠昕 ,羅佑新. 功率循環(huán)型復(fù)合行星齒輪機(jī)構(gòu)的功率流分析及效率與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法[J]. 常德師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2000,(04) .[4]趙建良,劉偉 . 振動(dòng)機(jī)械在純堿廠中的應(yīng)用[J]. 純堿工業(yè), 2008,(02) . [5]尹力. 2K－ H 行星傳動(dòng)參數(shù)優(yōu)化的研究[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào), 1994,(S1) . [6]尹力. 典型行星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào), 1996,(01) . [7]尹力. 行星齒輪傳動(dòng)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào), 1997,(04) [8]王健,李宜謙 ,李鴻亮,賈虹,王芳. 脂潤(rùn)滑密封軸承高溫高速試驗(yàn)機(jī)[J]. 軸承, 2011,(05) . [9]滕弘飛,包維弟 ,張?zhí)旒t. 滾動(dòng)軸承自差動(dòng)減速器[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào), 1990,(06) . [10]何衛(wèi)東,李力行 . RV 傳動(dòng)的效率及其受力分析[J]. 大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào), 1992,(01) . [11]Romax Technology Ltd.RomaxDesigner Training for Transmission Engineering [M]. Romax, 2008,:2.35-245. 致 謝23致 謝本論文是在導(dǎo)師楊光老師的悉心指導(dǎo)下完成的， 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 （正文，小四號(hào)宋體，1.5 倍行距，段前段后 0 行，首行縮進(jìn) 2 字符。 ）附錄24附 錄論文一般應(yīng)由 8 個(gè)部分組成，裝訂順序依次為：1）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）封面2）中文摘要、關(guān)鍵詞3）英文摘要、關(guān)鍵詞4）目錄5）正文，按章節(jié)順序　6）參考文獻(xiàn)7）致謝8）附錄（可選）