INGW 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)件包括太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算，通過所給的輸入功率、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)，即太陽輪與高速軸通過齒式聯(lián)軸器將二者連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)了太陽輪的浮動(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IIABSTRACTThis completed a single-stage planetary gear reducer design. The gear has a smaller transmission ratio, and it has a compact, high transmission efficiency, outline, small size and light weight, carrying capacity, smooth motion, shock and vibration resistant and low noise characteristics, Used in chemical, light industry and robotics fields. The function of the development of modern mechanical transmission has a more important significance.First paper introduces the background and the subject of gear reducer situation and development trend, and then compared various transmission structures, which determine the basic type of transmission. Thesis is the main part of the main components of drive mechanism including the sun wheel, planet gear, ring gear and planet carrier in the design calculation, given by the input power, gear ratio, input speed and the condition factor to determine the approximate structure after the gear reducer And to carry out the design and calculation of the overall structure and main components of the strength check calculation. One of the other gear reducer design and compared the structural design of the three major characteristics: First, the three planetary gear to make the load evenly, using a gear-type floating body, the sun gear and high-speed shaft through the gear together Coupling the two together to achieve a floating sun gear; Second, the box uses a reducer flange box, upper and lower box were cast; Third, the ring gear and Box with separate, through bolts and tapered pins will be fixed together with the upper and lower box. Finally, a summary of the entire design process is basically complete the overall design of the reducer.KEY WORDS: planetary gear，driving machanism，structural design，checking calculation1目 錄前 言 .1第 1 章 傳動(dòng)方案的確定 .61.1 設(shè) 計(jì)任務(wù) .61.1.1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) .61.1.2 齒輪傳動(dòng)的兩大類型 .71.2 行星機(jī)構(gòu)的類型選擇 71.2.1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) .71.2.2 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 .122.1 配齒計(jì)算 .122.1.1 確定各齒輪的齒數(shù) .122.1.2 初算中心距和模數(shù) .132.2 幾何尺寸計(jì)算 .152.3 裝配條件驗(yàn)算 .172.3.1 鄰接條件 .172.3.2 同心條件 .182.3.2 安裝條件 .182.4 齒輪強(qiáng)度校核 .192.4.1 a-c 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 192.4.1 c-b 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 24第 3 章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .293.1 行星軸設(shè)計(jì) .293.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) .313.2.1 輸入軸設(shè)計(jì) .313.2.2 輸出軸設(shè)計(jì) .32第 4 章 行星架和箱體的設(shè)計(jì) .354.1 行星架的設(shè)計(jì) .354.1.1 行星架結(jié)構(gòu)方案 .3524.1.2 行星架制造精度 .374.2 箱體的設(shè)計(jì) .39結(jié) 論 .42致謝 .43參考文獻(xiàn) .443前 言本課題通過對(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?，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。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，從無到有逐步發(fā)展起來。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?，F(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。后來通過時(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，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?？傊?，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 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.m1.1.1 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)位置來劃分，也可以按工作條件的不同來劃分。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。81.1.2 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?？梢詫?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10NW（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| |BAXi7 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0.7～0.840 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， i5 以后.隨||增加徒降i20?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)0.9NGW（Ⅰ）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）=20~10BAEi0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（Ⅱ）型（3Z）=60~50BAEi0 推薦：=64~30i00.7~0.84 隨增加而bAEi下降短期工作120，?長(zhǎng)期工作10結(jié)構(gòu)更緊湊，制造，安裝比上列Ⅰ型傳動(dòng)方便。由于采用單齒圈行星輪，需角度變?yōu)椴拍軡M足同心條件。效率較低，宜用于短期工作。傳動(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czcabczz??2'因?yàn)?為偶數(shù)，故取齒數(shù)修正量為 。此時(shí)，通過角變位后，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??Czba14二級(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czcabczz????2'因?yàn)?為偶數(shù)，故取齒數(shù)修正量為 。此時(shí)，通過角變位后，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采用太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取 。15.?PFHK4. 齒輪模數(shù) 和中心距 am首先計(jì)算太陽輪分度圓直徑： 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 m622.2 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) yy= =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，通過查找線圖 2-1中心距變動(dòng)系數(shù) yy= =15.17.20??ma18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?fd4232f19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)：太陽輪、行星輪— ，內(nèi)齒輪— ；1??ah8.0??ah頂隙系數(shù)：內(nèi)齒輪— 25.0?c2.3 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=1.2652. 端面重合度bc?a?（1）頂圓齒形曲率半徑 ?22)(baad??21行星輪 由上面計(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(太陽輪)的強(qiáng)度計(jì)算過程，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)t22t=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. 25A2)動(dòng)負(fù)荷系數(shù) K v因 z =171200MPa40?sm2limH?查得 Z =1.0L3)速度系數(shù) Z v因 =3.64 和 =1591 MPaslimH查得 Z =0.975v4)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 =1.026R5)工作硬化系數(shù) W25因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 R =9.6 6 ,zm?由圖 5-17 取 =1.0WZ6)尺寸系數(shù) 查得 Z =1.0X10．許用接觸應(yīng)力 HP?=HPlimXWRVLNTZ=1591 1.0 1.0 0.975 1.026 1.0 1.0??=1592MPa11．接觸強(qiáng)度安全系數(shù) S HS = = =1.985HP?80215912．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) = 2.0STY2)壽命系數(shù)因 N = ，查得 =0.83L91037.?NT3)相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) relT?由 =1.796，查得 = 1.0saYrl4)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 MPa14．彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) S FS = = =5.21P?143752.4.1 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=8868NtF2．應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N bN =60 =60 次=2.3 10 次bHanpt704382.1??9式中 n —太陽輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速( )H minr= n -n = =181.82 bb).(?ir3．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. 25AA2)動(dòng)負(fù)荷系數(shù) K v根據(jù) = =60Hbdn?1082.3954.?sm=3.76 sm查得（7 級(jí)精度)：K =1. 068v3)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?HWHeK =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)；sm2K — 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?FbK —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)；s2K —與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，K =0.7He HeK —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?27K =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?F5)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z 可查圖 5-13 或按下式計(jì)算HZ = ='2'sincottb??20sinco2?=2.495 式中 直齒輪 = 0b?—端面節(jié)圓嚙合角't?直齒輪 = =20'tcb?—端面壓力角t直齒輪 = =20t?6)彈性系數(shù) Z E查得 Z =189.8 (鋼一鋼)MPa7)載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) Y Fa查得 Y =2.053Fa8)載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) Y sa查得 Y =2.65sa9)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?284．齒數(shù)比 u= = =2.633cbz30795．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?=323.75MPa6．接觸應(yīng)力 H?= 0???HvAK=323.75 149.068.125?=401MPa7．彎曲應(yīng)力的基本值 0F?= Y Y Y Y0FbmtaS??= 17.06523.5628??=110.497MPa8．齒根彎曲應(yīng)力 F?= K K K K0Av??F=110.49 1.25 1.068 1.097 1??=161.812MPa9．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?9NT2)潤(rùn)滑系數(shù) Z L因 和 =1282MPasm/204??limH?查得 Z =1L3)速度系數(shù) Z v因 v=3.76 和 =1282MPaslimHINGW 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)件包括太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算，通過所給的輸入功率、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)，即太陽輪與高速軸通過齒式聯(lián)軸器將二者連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)了太陽輪的浮動(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IIABSTRACTThis completed a single-stage planetary gear reducer design. The gear has a smaller transmission ratio, and it has a compact, high transmission efficiency, outline, small size and light weight, carrying capacity, smooth motion, shock and vibration resistant and low noise characteristics, Used in chemical, light industry and robotics fields. The function of the development of modern mechanical transmission has a more important significance.First paper introduces the background and the subject of gear reducer situation and development trend, and then compared various transmission structures, which determine the basic type of transmission. Thesis is the main part of the main components of drive mechanism including the sun wheel, planet gear, ring gear and planet carrier in the design calculation, given by the input power, gear ratio, input speed and the condition factor to determine the approximate structure after the gear reducer And to carry out the design and calculation of the overall structure and main components of the strength check calculation. One of the other gear reducer design and compared the structural design of the three major characteristics: First, the three planetary gear to make the load evenly, using a gear-type floating body, the sun gear and high-speed shaft through the gear together Coupling the two together to achieve a floating sun gear; Second, the box uses a reducer flange box, upper and lower box were cast; Third, the ring gear and Box with separate, through bolts and tapered pins will be fixed together with the upper and lower box. Finally, a summary of the entire design process is basically complete the overall design of the reducer.KEY WORDS: planetary gear，driving machanism，structural design，checking calculation1目 錄前 言 .1第 1 章 傳動(dòng)方案的確定 .61.1 設(shè) 計(jì)任務(wù) .61.1.1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) .61.1.2 齒輪傳動(dòng)的兩大類型 .71.2 行星機(jī)構(gòu)的類型選擇 71.2.1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) .71.2.2 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 .122.1 配齒計(jì)算 .122.1.1 確定各齒輪的齒數(shù) .122.1.2 初算中心距和模數(shù) .132.2 幾何尺寸計(jì)算 .152.3 裝配條件驗(yàn)算 .172.3.1 鄰接條件 .172.3.2 同心條件 .182.3.2 安裝條件 .182.4 齒輪強(qiáng)度校核 .192.4.1 a-c 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 192.4.1 c-b 傳動(dòng)強(qiáng)度校核 24第 3 章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .293.1 行星軸設(shè)計(jì) .293.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) .313.2.1 輸入軸設(shè)計(jì) .313.2.2 輸出軸設(shè)計(jì) .32第 4 章 行星架和箱體的設(shè)計(jì) .354.1 行星架的設(shè)計(jì) .354.1.1 行星架結(jié)構(gòu)方案 .3524.1.2 行星架制造精度 .374.2 箱體的設(shè)計(jì) .39結(jié) 論 .42致謝 .43參考文獻(xiàn) .443前 言本課題通過對(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)?；a(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。通過本設(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，從無到有逐步發(fā)展起來。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?，F(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。后來通過時(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，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?？傊?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 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.m1.1.1 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)位置來劃分，也可以按工作條件的不同來劃分。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。81.1.2 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?？梢詫?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10NW（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| |BAXi7 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0.7～0.840 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， i5 以后.隨||增加徒降i20?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)0.9NGW（Ⅰ）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）=20~10BAEi0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（Ⅱ）型（3Z）=60~50BAEi0 推薦：=64~30i00.7~0.84 隨增加而bAEi下降短期工作120，?長(zhǎng)期工作10結(jié)構(gòu)更緊湊，制造，安裝比上列Ⅰ型傳動(dòng)方便。由于采用單齒圈行星輪，需角度變?yōu)椴拍軡M足同心條件。效率較低，宜用于短期工作。傳動(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 ?，F(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czcabczz??2'因?yàn)?為偶數(shù)，故取齒數(shù)修正量為 。此時(shí)，通過角變位后，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??Czba14二級(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czcabczz????2'因?yàn)?為偶數(shù)，故取齒數(shù)修正量為 。此時(shí)，通過角變位后，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采用太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取 。15.?PFHK4. 齒輪模數(shù) 和中心距 am首先計(jì)算太陽輪分度圓直徑： 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 m622.2 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) yy= =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，通過查找線圖 2-1中心距變動(dòng)系數(shù) yy= =15.17.20??ma18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?fd4232f19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)：太陽輪、行星輪— ，內(nèi)齒輪— ；1??ah8.0??ah頂隙系數(shù)：內(nèi)齒輪— 25.0?c2.3 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=1.2652. 端面重合度bc?a?（1）頂圓齒形曲率半徑 ?22)(baad??21行星輪 由上面計(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(太陽輪)的強(qiáng)度計(jì)算過程，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)t22t=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. 25A2)動(dòng)負(fù)荷系數(shù) K v因 z =171200MPa40?sm2limH?查得 Z =1.0L3)速度系數(shù) Z v因 =3.64 和 =1591 MPaslimH查得 Z =0.975v4)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 =1.026R5)工作硬化系數(shù) W25因大小齒輪均為硬齒面，且齒面 R =9.6 6 ,zm?由圖 5-17 取 =1.0WZ6)尺寸系數(shù) 查得 Z =1.0X10．許用接觸應(yīng)力 HP?=HPlimXWRVLNTZ=1591 1.0 1.0 0.975 1.026 1.0 1.0??=1592MPa11．接觸強(qiáng)度安全系數(shù) S HS = = =1.985HP?80215912．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) = 2.0STY2)壽命系數(shù)因 N = ，查得 =0.83L91037.?NT3)相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) relT?由 =1.796，查得 = 1.0saYrl4)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 MPa14．彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) S FS = = =5.21P?143752.4.1 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=8868NtF2．應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N bN =60 =60 次=2.3 10 次bHanpt704382.1??9式中 n —太陽輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速( )H minr= n -n = =181.82 bb).(?ir3．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. 25AA2)動(dòng)負(fù)荷系數(shù) K v根據(jù) = =60Hbdn?1082.3954.?sm=3.76 sm查得（7 級(jí)精度)：K =1. 068v3)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?HWHeK =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)；sm2K — 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?FbK —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)；s2K —與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，K =0.7He HeK —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?27K =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?F5)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z 可查圖 5-13 或按下式計(jì)算HZ = ='2'sincottb??20sinco2?=2.495 式中 直齒輪 = 0b?—端面節(jié)圓嚙合角't?直齒輪 = =20'tcb?—端面壓力角t直齒輪 = =20t?6)彈性系數(shù) Z E查得 Z =189.8 (鋼一鋼)MPa7)載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù) Y Fa查得 Y =2.053Fa8)載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù) Y sa查得 Y =2.65sa9)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?284．齒數(shù)比 u= = =2.633cbz30795．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?=323.75MPa6．接觸應(yīng)力 H?= 0???HvAK=323.75 149.068.125?=401MPa7．彎曲應(yīng)力的基本值 0F?= Y Y Y Y0FbmtaS??= 17.06523.5628??=110.497MPa8．齒根彎曲應(yīng)力 F?= K K K K0Av??F=110.49 1.25 1.068 1.097 1??=161.812MPa9．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?9NT2)潤(rùn)滑系數(shù) Z L因 和 =1282MPasm/204??limH?查得 Z =1L3)速度系數(shù) Z v因 v=3.76 和 =1282MPaslimH