畢業(yè)設(shè)計（論文）NGW行星減速器設(shè)計

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1、 1 緒 論 行星齒輪減速器與普通定軸減速器相比，具有承載能力大、傳動比大、體積小、重量輕、效率高等特點，被廣泛應(yīng)用于汽車、起重、冶金、礦山等領(lǐng)域。我國的行星齒輪減速器產(chǎn)品在性能和質(zhì)量方面與發(fā)達國家存在著較大差距，其中一個重要原因就是設(shè)計手段落后，發(fā)達國家在機械產(chǎn)品設(shè)計上早巳進入分析設(shè)計階段，他們利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計方法，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計等應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，采用機械CAD系統(tǒng)在計算機上進行建模、分析、仿真、干涉檢查等。本文通過對行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，初步計算出各零件的設(shè)計尺寸和裝配尺寸，并對設(shè)計結(jié)果進行參數(shù)化分析，為行星齒輪減速器產(chǎn)品的開發(fā)和性能評價，實現(xiàn)行星齒

2、輪減速器規(guī)?；a(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。 本課題設(shè)計通過對行星齒輪減速器工作狀況和設(shè)計要求對其結(jié)構(gòu)形狀進行分析，得出總體方案.按總體方案對各零部件的運動關(guān)系進行分析得出行星齒輪減速器的整體結(jié)構(gòu)尺寸，然后以各個系統(tǒng)為模塊分別進行具體零部件的設(shè)計校核計算，得出各零部件的具體尺寸，再重新調(diào)整整體結(jié)構(gòu)，不斷反復(fù)計算從而使減速器的性能主要使壽命和穩(wěn)定性及潤滑情況進行優(yōu)化設(shè)計。 2設(shè)計與校核 2.1設(shè)計參數(shù) 輸入功率：P=10KW 輸入轉(zhuǎn)速：n1=750r/min； 輸出轉(zhuǎn)速：n2=20r/min； 中等沖擊； 每天連續(xù)工作14小時； 使用期限10年。

3、 2.2方案設(shè)計 2.2.1傳動形式選擇 減速器的總傳動比i=750/20=37.5，屬于二級NGW型的傳動比范圍。擬用兩級太陽輪輸入、行星架輸出的形式串聯(lián)，即i1i2=37.5。 兩級行星輪數(shù)都選np=3。高速級行星架不加支承，與低速級太陽輪之間用單齒套聯(lián)接，以實現(xiàn)高速級行星架與低速級太陽輪浮動均載。 其中高速級行星輪采用球面軸承，機構(gòu)鎮(zhèn)定。低速級仍為靜不定。其自由度為： 機構(gòu)的靜定度為： 2.2.2齒形及精度設(shè)計 因?qū)儆诘退賯鲃?，采用齒形角an=20o 的直齒輪傳動。精度定為6級。為提高承載能力，兩級均采用變位齒輪傳動，要求外嚙合aac=24

4、o內(nèi)嚙合acb=20o左右。 2.2.3齒輪材料及其性能 太陽輪和行星輪采用硬齒面，內(nèi)齒輪采用軟齒面，以提高承載能力，減小尺寸。兩級都采用相同的材料搭配，如表2-1疲勞極限σHlim和σFlim選取區(qū)域圖的下部數(shù)值。 表2-1 齒輪材料及其性能表 齒輪 材料 熱處理 σHlim σFlim 加工精度 太陽輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC58～62 1400 350 6級 行星輪 245 內(nèi)齒輪 40Cr 調(diào)質(zhì)HB262～293 650 220 7級 2.2.4傳動比分配 按照高速級和低速級齒面接觸強度相等的原則分配傳動比。取λ=1.2，

5、取n=3,(ф)=(ф)=0.7,σHlim1=σHlim2其余系數(shù)確定如表2-2。則q值為： 表2-2 有關(guān)q值的系數(shù)表 代號 名稱 說明 取值 KA 使用系數(shù) 中等沖擊，KA1=KA2 1.25 KHP1 行星輪間載荷分配系數(shù) 行星架浮動，6級精度 1.20 KHP2 太陽輪浮動，6級精度 1.05 KHΣ1 綜合系數(shù) np=3，高精度，硬齒面，靜定結(jié)構(gòu)降低取值 1.80 KHΣ2 1.80 計算qλ3值 qλ3=1.143x1.23≈2 以此值和傳動比得p1=6.6 可知： i1=1+p1=1+6.6=7.6 i2=

6、i/i1 =37.5/7.6=4.93 3 高速級設(shè)計計算 3.1配齒數(shù) 按變位傳動要求選配齒數(shù)。 從彎曲強度的高可靠性出發(fā),保證必要的工作平穩(wěn)性，取za= 14。按齒面硬度HRC=60，u=zc/zc =(7.6-2)/2=2.8等zamax=18,故 12< za <18,故可用。 由傳動比條件知，Y=ibaxza=i1za=7.6+14 =106.4 ,為滿足裝備條件取Y=108 計算內(nèi)齒輪和行星輪齒數(shù)： 3.2初步計算齒輪主要參數(shù) （1）按齒面接觸強度計算太陽輪分度圓直徑 太陽輪傳遞的扭矩： 取u=40/14

7、=2.86,Ktd=768,則太陽輪分度圓直徑： （2）按彎曲強度初算模數(shù) 式中系數(shù)KA、同前，其余系數(shù)如表3-1 表3-1 彎曲強度有關(guān)系數(shù)表 代號 名稱 說明 取值 Ktm 算式系數(shù) 直齒輪 12.1 KFp 行星輪間載荷分配系數(shù) KFp= 1+ 1.5（KHp - 1） = 1+ 1.5（1.2 - 1） 1.3 KFΣ 綜合系數(shù) 高精度，正變位，靜定結(jié)構(gòu) 1.6 YFa1 齒形系數(shù) 按x=0查值 3.18 YFa2 2.4 所以應(yīng)按行星輪計算模數(shù)： 若按模數(shù)m=2.5mm，則太陽輪直徑da=zam=14x

8、2.5=35mm，與接觸強度初算結(jié)果da=37mm接近，故初定按da=35mm，m=2.5mm進行接觸和彎曲疲勞強度校核計算。 3.3齒輪變位計算 （1）確定行星輪齒數(shù)zc 1)由前面配齒數(shù)結(jié)果知： 2）初選a-c副的齒高變動系數(shù)和xΣac 根據(jù) 3)初算a-c副的齒高變動系數(shù) 根據(jù)初選的，計算： 按B查D： D= 1.89 4）確定： 取 （2）a-c齒合副的計算 1）確定中心距 a-c和a-b嚙合副和標(biāo)準中心距： 根據(jù)確定的方法，因zc為小于計算值的圓整值，取= 68.5 2）中心距分離系數(shù)： 3）齒高變動系數(shù)： 4）變位系數(shù)和嚙

9、合角 在變位范圍內(nèi)，在推薦值范圍內(nèi)。 5）變位系數(shù)分配 根據(jù)齒數(shù)比得：故： （3）變位系數(shù)分配 1）中心距分離系數(shù) 2）齒頂高變動系數(shù) 已知得： 3）變位系數(shù) 故 4）嚙合角 在推薦范圍內(nèi)。 3.4幾何尺寸計算 將分度圓直徑、節(jié)圓直徑和齒頂圓直徑的計算值列于表3-2。 表3-2 齒輪幾何尺寸表 齒輪 分度圓直徑 節(jié)圓直徑 齒頂圓直徑 說明 太陽輪 行星 輪 外嚙合 外嚙合削頂 內(nèi)嚙合 內(nèi)齒輪 已考慮了干涉 3.5重合度計算 外嚙合： 按嚙合角查得

10、，故： 3.6 嚙合效率計算 嚙合效率： 機構(gòu)的效率，查得各嚙合副的效率為， 轉(zhuǎn)化機構(gòu)效率為： 轉(zhuǎn)化機構(gòu)傳動比： 則： 轉(zhuǎn)化機構(gòu)效率為：0.984 轉(zhuǎn)化機構(gòu)傳動比為：0.986 3.7齒輪疲勞強度校核 （1）外嚙合 1）齒面接觸疲勞強度 各參數(shù)和系數(shù)取值如表3-3 表3-3 外嚙合接觸強度有關(guān)參數(shù)和系數(shù)表 代號 名稱 說明 取值 使用系數(shù) 按中等沖擊查 1.25 動載荷系數(shù) 1.01 齒向載荷分布系數(shù) 1.12 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 2.21 彈性系數(shù) 查得

11、 重合度系數(shù) 0.95 螺旋角系數(shù) 直齒，，得 1 分度圓上的切向力 2425N 工作寬度 25mm 齒數(shù)比 2.786 壽命系數(shù) 1 潤滑油系數(shù) 1.03 續(xù)表3-3 代號 名稱 說明 取值 速度系數(shù) 查得 0.96 粗糙度系數(shù) 1.01 工作硬化系數(shù) 兩齒輪均為硬齒面得 1 尺寸系數(shù) m<5mm 1 最小安全系數(shù) 按高可靠度查得 1.25 接觸應(yīng)力基本值： 接觸應(yīng)力： 許用接觸應(yīng)力： 故，接觸強

12、度通過。 2）齒根彎曲疲勞強度 各參數(shù)和系數(shù)列于表3-4 表3-4 外嚙合齒根彎曲強度有關(guān)參數(shù)和系數(shù)表 代號 名稱 說明 取值 齒向載荷分布系數(shù) 1.08 齒間載荷分布系數(shù) 1 行星輪間再載荷分配系數(shù) 1.3 YFAC 太陽輪齒形系數(shù) ，查得 2.28 YFAC1 行星輪齒形系數(shù) ，查得 2.14 YSAA 太陽輪應(yīng)力修正系數(shù) 查得 1.84 YSAC 行星輪應(yīng)力修正系數(shù) 查得 1.86 彎曲壽命系數(shù) 1 試驗齒輪應(yīng)力修正系數(shù) 查得 2 YYBTC 太陽輪齒根圓角敏感系數(shù) 查得 0

13、.98 YYBTC 行星輪齒根圓角敏感系數(shù) 查得 1.01 齒根表面形狀系數(shù) ，查得 1.045 最小安全系數(shù) 按高可靠度，查得 1.6 太陽輪 彎曲應(yīng)力基本值: 彎曲應(yīng)力: 許用彎曲應(yīng)力： 行星輪： 彎曲應(yīng)力基本值： 彎曲應(yīng)力： 許用彎曲應(yīng)力： 故彎曲應(yīng)力大于許用彎曲彎曲應(yīng)力，彎曲強度通過。 （2）內(nèi)嚙合 1）齒面接觸疲勞強度 其中與外嚙合取值不同的參數(shù)為： 接觸應(yīng)力基本值： 接觸應(yīng)力： 故，接觸強度通過。 2）齒根彎曲疲勞強度 其中與外嚙合取值不同的參數(shù)為： 。 彎曲應(yīng)力基本值：

14、 許用彎曲應(yīng)力： 故，彎曲強度通過。 以上計算說明齒輪的承載能力足夠。 3.8行星輪軸承計算 考慮到采用直齒輪傳動，以及為了加工和裝配方便，擬用中空式行星輪，內(nèi)孔中裝一個球面滾子軸承，心軸固定在行星架上。計算軸承的動負荷，其中系數(shù)確定如表3-5。 表3-5 計算軸承動負荷有關(guān)系數(shù)表 代號 名稱 說明 取值 負荷性質(zhì)系數(shù) 中等沖擊，查得 1.25 齒輪系數(shù) 查得 1.06 安裝部分系數(shù) 對稱，查得 1 工作情況系數(shù) 1.325 溫度系數(shù) 一般低速傳動 1 壽命系數(shù) 更換期1.5年，，得 2.14

15、 續(xù)表3-5 代號 名稱 說明 取值 速度系數(shù) ，查得 0.557 行星架傳遞扭矩 當(dāng)量載荷 5653N 選用雙列向心求面滾子軸承3506，軸承額定動負荷為27900N。軸承符合要求。 3.9行星架設(shè)計計算 采用雙壁整體式行星架，一端有浮動內(nèi)齒圈。按經(jīng)驗取壁厚C1=C2=0.26a1=18mm。兩壁之間的扇形斷面連接板如圖1，其慣性中心On所在半徑計算為： 此經(jīng)驗數(shù)據(jù)擬定的行星架尺寸，不必作強度計算，只計算其變形即可。連接板相當(dāng)于固連在兩側(cè)伴之間的雙支點梁，在行星輪軸的作用力Fn作用下，連接板和側(cè)板都產(chǎn)生變形。Fn為側(cè)板的內(nèi)

16、力素。因兩側(cè)板近似相等，相對切向變形的柔度計算各參數(shù)如表3-6。 表3-6 柔度計算各有關(guān)參數(shù)表 代號 名稱 算法及說明 取值 周圍上的切向力 1872N 續(xù)表3-6 代號 名稱 算法及說明 取值 彈性摸量 ZG45鑄鋼 連接板長度 58mm 連接板有效長度 46.4mm 側(cè)板慣性矩 35327mm4 側(cè)板斷面積 1305mm 圓盤形側(cè)板形狀系數(shù) 1.08 連接板慣性矩 連接板斷面積 1477.5mm2 連接板側(cè)板形狀系數(shù) ，查得 1.04 連

17、接板形狀系數(shù) 凸四邊形 1 對連接板變形的影響系數(shù) 9.12 故： 兩側(cè)板相對切向位移引起行星輪嚙合面上的輪齒歪斜角γ為： 在NGW型傳動中，由于行星架變形而產(chǎn)生的輪齒歪斜角γ，可以補償太陽輪扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生的沿齒長方向的載荷集中現(xiàn)象。所以γ的大小以不超過太陽扭轉(zhuǎn)變形引起的輪齒歪斜角為宜。 4低速級設(shè)計計算 設(shè)計計算方法和步驟與高速級相同，在此從略，僅將部分計算結(jié)果給出。 4.1配齒數(shù) 4.2中心距 4.3變位計算結(jié)果 外嚙合： 內(nèi)嚙合： 4.4嚙合效率

18、 5均載機構(gòu)設(shè)計計算 5.1均載機構(gòu)位移量計算 （1）高速級行星架浮動的位移量 高速級各構(gòu)件的制造誤差確定如表5-1 表5-1 高速級各構(gòu)件的制造誤差表 構(gòu)件的誤差名稱 代號 組 成 誤差值 太陽輪偏心 機體上軸孔對基準圓徑向跳動公差之半+齒圈徑向跳動公差之半 22 內(nèi)齒輪偏心 齒圈徑向跳動公差之半 16 行星輪偏心 齒圈徑向跳動公差之半 8 行星輪軸孔切向誤差 行星架上行星輪軸孔由于分度不均等引起的切向誤差 15 行星架 行星架中心線與主軸線不同軸度公差 10 高速級行星架浮動的位移量： （

19、2）低速級行星架浮動的位移量 低速級各構(gòu)件的制造誤差確定如表5-2 表5-2 高速級各構(gòu)件的制造誤差表 構(gòu)件的誤差名稱 代號 組成 誤差值 太陽輪偏心 齒圈徑向跳動公差之半+太陽輪軸線對主軸線的不同軸度公差 22 內(nèi)齒輪偏心 齒圈徑向跳動公差之半 16 續(xù)表5-2 構(gòu)件的誤差名稱 代號 組成 誤差值 行星輪偏心 齒圈徑向跳動公差之半 14 行星輪軸孔切向誤差 行星架上行星輪軸線分度位置等引起的切向位置誤差 24 行星架 機體上行星架軸孔對基準圓徑向跳動公差之半 17.5 5.2浮動聯(lián)軸器傾斜角及

20、主要參數(shù)確定 在最嚴重的情況下，兩級浮動構(gòu)件等效誤差的最大值和分布在過主軸線的一個平面上，且位于主軸線的兩側(cè)。由于低速級行星輪和高速級都用滾動軸承，可設(shè)想低速級太陽輪軸線只作范圍內(nèi)的平動，高速級行星架軸線繞浮動聯(lián)接做傾斜運動的同時，補償和。確定單齒套長度應(yīng)由浮動齒中間平面計算到滾動軸承的中間平面，經(jīng)初步結(jié)構(gòu)設(shè)計取為，則其最大傾斜角應(yīng)為： 為提高均載效果，采用的鼓形齒聯(lián)軸器，考慮到加工工藝問題。取。根據(jù)結(jié)構(gòu)取浮動聯(lián)軸器分度圓直徑 。 5.3聯(lián)軸器幾何計算 取模數(shù)m=2.5mm,齒數(shù)z=24,齒頂高系數(shù)，變位系數(shù)x=0.4;采用側(cè)面定心，則幾何尺寸計算如表5-3. 表5-3 聯(lián)

21、軸器幾何計算表 名 稱 計 算 式 結(jié) 果 嚙合角 節(jié)圓直徑 62mm 齒頂圓直徑 66mm 58mm 齒根圓直徑 55.75mm 68.25mm 鼓形齒刀具位移圓半徑 193.085mm 切向鼓形半徑 422.118mm 法向鼓形半徑 464.183mm 5.4聯(lián)軸器強度驗算 鼓形聯(lián)軸器的內(nèi)齒套為高速級行星架的一部分，為鑄鋼調(diào)質(zhì)，HB250～280，；外齒與低速級太陽輪是一個構(gòu)件。計算齒面接觸應(yīng)力。各參數(shù)和系數(shù)確定如表5-4。 表5-4 聯(lián)軸器強度計算參數(shù)和系數(shù)表 代號 名稱 說明 取值

22、 傳遞扭矩 與高速級行星架扭矩同 968Nm 使用系數(shù) 中等沖擊 1.25 續(xù)表5-4 代號 名稱 說明 取值 輪齒間載荷分配不均系數(shù) 非柔性構(gòu)件浮動 1 輪齒有效接觸高度系數(shù) 1.2 壽命系數(shù) ，日工作14時 1.6 載荷分布系數(shù) 與聯(lián)軸器傾角有關(guān) 0.45 接觸應(yīng)力符合要求。 6潤滑裝置及散熱計算 采用集中潤滑，潤滑站XYZ-63，供油壓力0.4MPa，流量63L/min。 連續(xù)工作產(chǎn)生的熱量Q1=3600（1-η）P1 =

23、3600x（1-0.98x0.98）x22=3136.32（kJ/h） 箱體表面排出的最大熱量Q2max=4.1868hS（Qymax-Q0） =4.1868x35x0.85x（50-20）=3737 Q1（kJ/h） 式中η——傳動效率取0.92， P1——輸入軸的傳動功率，KW h——自然通風(fēng)不好的地方h=31～38(KJ/h m2h℃) 自然通風(fēng)良好的地方h=50～63(KJ/h m2h℃) S——散熱的計算面積（m2、）， Qymax—油溫的最大許用值（50℃～60℃），取50℃ Q0——周圍空氣的溫度取，20℃；環(huán)境3

24、0℃時Q2max=2491（kJ/h） 考慮安全和潤滑充分，故增加潤滑站。 結(jié)論 論文在查閱大量文獻和分析、計算的基礎(chǔ)上，取得如下的研究成果： （1）對行星齒輪減速器的現(xiàn)狀和發(fā)展前景進行了探討。 （2）通過對現(xiàn)有行星齒輪減速器的研究方法進行分析，認識到國內(nèi)行星齒輪減速器發(fā)展面臨的主要問題以及相應(yīng)的解決方案。 （3）通過對行星齒輪傳動各部件的設(shè)計，為行星齒輪減速器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。 由于研究時間短及本人設(shè)計能力有限，行星齒輪減速器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計還不完善，主要還存在以下不足： （1）在整機設(shè)計中未充分分析齒輪

25、在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動，希望能在以后的研究中，完善設(shè)計。 （2）本文僅對行星齒輪減速器的提升裝置進行了初步的試驗研究，未能在具體樣機中進行設(shè)計合理性的校核，希望在以后的研究中，通過生產(chǎn)實踐，完善設(shè)計存在的缺陷。 致謝 值此成文之際，首先我要衷心地感謝我的指導(dǎo)教師劉家倫在畢業(yè)設(shè)計這段時間來對我的教育和培養(yǎng)。導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、兢兢業(yè)業(yè)的工作精神和求精、求實的科學(xué)研究理念將對我以后獨立學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生深刻的影響。每當(dāng)遇到困惑和疑難時，在我仿徨、不知所措時，劉老師總能及時查明我的心態(tài)，幫助我克服學(xué)習(xí)和生活中的困難，給予我充分信任、

26、鼓勵和支持，并為我提供十分寶貴的學(xué)習(xí)機會。其辛勞和對學(xué)生的良苦栽培無以言表。論文定稿之前的細致修改無不銘刻著導(dǎo)師為人師表和嘔心瀝血的烙印，而這種治學(xué)精神將成為學(xué)生終身受用不盡，用之不竭的寶貴財富。謹向老師致以深深的敬意和最誠摯的謝意。 感謝多年來培育我的宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院的老師們和關(guān)心我的同學(xué)們。 衷心感謝我的父母，感謝他們對我的理解、關(guān)心、照顧和支持，讓我的生活充滿無比的快樂與幸福。 最后，感謝那些默默地關(guān)心和支持我而在此無法一一提及的師長、朋友和親友們。 參 考 文 獻 [1]漸開線齒輪行星傳動的設(shè)計

27、與制造編委會編.漸開線齒輪行星傳動的設(shè)計與制造.北京:機械工業(yè)出版社，2002 [2]張國瑞，張展.行星傳動技術(shù).上海:上海交通大學(xué)出版社，1989 [3]彭書志.一種新型行星齒輪減速器的理論研究.光機電信息，1998 [4]張鎖懷，隋鐵成.三軸式內(nèi)齒行星齒輪減速器傳動力學(xué)及運動性能的研究.機械設(shè)計，1995 [5]林將，張學(xué)峰.無自轉(zhuǎn)活齒雙擺線行星齒輪減速器.東北大學(xué)學(xué)報(自然版)，1995 [6]繞振綱.新式3K傳動的設(shè)計理論研究.傳動技術(shù)(上海)，1993 [7]黃曉劍.雙擺線滾子行星傳動原理初探.機械設(shè)計與研究，1989 [8]繞振剛.火炮行星齒輪減速器反求設(shè)計.機械設(shè)計，1992 [9]張蕾，盧玉明.高速、中截圓柱齒輪減速器的穩(wěn)健設(shè)計.機械設(shè)計，1999 [10]程自彬.NGW行星齒輪減速器的模糊優(yōu)化設(shè)計.湖南大學(xué)學(xué)報，1991 [11]熊銀根，淮良貴一齒差擺線針輪行星傳動的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計.機械設(shè)計與研究，1989 26