畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）行星齒輪減速器設(shè)計(jì)

1、行星齒輪減速器設(shè)計(jì)【摘要】 行星齒輪特殊的結(jié)構(gòu)可以滿足人們不同的需求，它廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，不 僅適用于高速、大功率的地方，也適用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動(dòng)中，尤其應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng) 系統(tǒng)中的增速器、減速器及變速裝置，及各種航空機(jī)械和起重機(jī)械，其設(shè)計(jì)更是現(xiàn)代設(shè)計(jì)人 員的重要任務(wù)。隨著人們對設(shè)計(jì)要求的提高，逐漸將可靠性理論應(yīng)用到行星齒輪設(shè)計(jì)中去。 本文對使用常規(guī)設(shè)計(jì)方法的ngw行星齒輪，引入可靠度指數(shù)，對其進(jìn)行現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對 優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對比和分析。論文首先分析了行星齒輪的工作原理和傳動(dòng)比，采用解析法推 導(dǎo)了太陽輪與行星輪、內(nèi)齒圈與行星輪之間的轉(zhuǎn)矩公式以及傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩公式。研 究了傳動(dòng)系統(tǒng)的參

2、數(shù)約束關(guān)系，以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各齒輪對數(shù)的分配方案和變化規(guī)律，得到 該行星齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)并建立有限元仿真模型。其次，針對行星齒輪耦合的特殊問題進(jìn)行 了仿真和研究，主要包括耦合特殊性的原因和意義，并以太陽輪和行星輪極距相等時(shí)的情 況為參照，分析了太陽輪和行星輪極距不相等的情況，行星輪極距不相等的情況和太陽輪 及行星輪上形狀變化對傳遞轉(zhuǎn)矩的影響。此外，對行星齒輪進(jìn)行了仿真，對其傳遞轉(zhuǎn)矩和 齒槽轉(zhuǎn)矩的大小與規(guī)律進(jìn)行研究，并分析了輸入輸出角的隨動(dòng)特性。再次，采用有限元法 研究了行星齒輪內(nèi)齒圈的三種嚙合方式，最后，針對可調(diào)變速比行星齒輪，分析了其調(diào)節(jié) 變速比的原理，設(shè)計(jì)了對應(yīng)三種傳動(dòng)比的分布和連接方式。建立

3、仿真模型，主要包括靜轉(zhuǎn) 矩特性，輸入輸出角的隨動(dòng)特性以及傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載分析。【關(guān)鍵詞】ngw型行星齒輪設(shè)計(jì)減速器齒輪比變速器行星齒輪design of planetary gear reducerabstract! the special structure of the planetary gear can meet the different needs of people and it is widely used in various fields, not only for high-speed, high-power and low-speed mechanical transmi

4、ssion of high torque, especially used in the mechanical transmission system increased and reducer and transformation of speed, and a variety of aviation machinery and lifting machinery, therefore the work of design is an important task of modem designers. as the improvement of the design requirement

5、s, reliability theory is gradually applied to the design of the planetary gear for ngw planetary gear using conventional design methods, it is introduced the reliability index and made its modem optimal design in order to compare and analysis the results of optimizationfirstly, the operation princip

6、le and speed reduction ratio of planetary gear have been analyzed. the torque equation between sun gear and planetary gear, the torque equation between ring gear and planetary gear and the torque of drive system are derived, respectively. parameter constraints of drive system are studied, and the al

7、location plan and its variation law of each gear are discussed and analyzed. in this way, the design parameter of planetary gear is obtained so that simulation model is built.secondly, special problems of magnetic coupling are simulated and analyzed, including the research value of coupling particul

8、arity. in comparison with the condition that polar distance of sun gear is equal to that of planetary gear, the condition that polar distance of sun gear is unequal to that of planetary gear, and that distance of is unequal to that of on planetary gear, and the effects of shape on transmitted torque

9、 are analyzed respectively in this article. secondly excitation methods of ring gear on planetary gear element method. the planetary gear model is simulated, including value and variation law of transmitted torque and clogging torque, and following characteristic between input angle and output angle

10、. moreover, structure designs of planetary gear are studied, including comparison of planetary gear of ring gear, and feasibility analysis structure at last, operation principle of modulating speed reduction ratio is analyzed the static torque characteristic, load analysis of planetary gear and foll

11、owing characteristic between input angle and output angle.【keyword ngw type design of planetary gear reducer gear ratio planetaiy gear transmission目錄1概述11.1減速器傳動(dòng)分類112行星齒輪傳動(dòng)定義21.3行星減速器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21. 3. 1行星減速器國外研究現(xiàn)狀21.3.2行星減速器國內(nèi)研究現(xiàn)狀32原始數(shù)據(jù)及系統(tǒng)組成框圖42.1有關(guān)原始數(shù)據(jù)42. 2系統(tǒng)組成框圖43傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)53. 1傳動(dòng)方案的分析與擬定54行星齒輪減速器設(shè)計(jì)64.

12、 1行星齒輪減速器的傳動(dòng)比和效率計(jì)算64. 2行星齒輪傳動(dòng)的配齒計(jì)算64. 3輪系中的幾何尺寸及嚙合計(jì)算74. 4行星齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算及校核104. 4. 1行星齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算及校核104. 4. 2齒輪齒面強(qiáng)度的計(jì)算及校核105行星齒輪傳動(dòng)的受力分析136行星輪架與輸岀軸上的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)156. 1輪材料及精度等級156. 2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)156. 3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算156. 4驗(yàn)算齒輪的圓周速度v167輸入與輸岀軸的設(shè)計(jì)177.1輸入軸的設(shè)計(jì)177. 2輸出軸的設(shè)計(jì)19設(shè)計(jì)總結(jié)21參考文獻(xiàn)22致謝231概述1.1減速器傳動(dòng)分類減速器是將動(dòng)力產(chǎn)牛機(jī)構(gòu)與獲得動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間匹

13、配轉(zhuǎn)速或扭矩的一 個(gè)部件，它是利用不同齒數(shù)的齒輪組合，將動(dòng)力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的冋轉(zhuǎn)數(shù)降到所需 要的冋轉(zhuǎn)數(shù)，并獲得更大的扭矩，在減速的同吋動(dòng)力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的負(fù)載慣量也呈一 定比例的減小，理論上來講轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等于減速比的平方。正常分類的話減速器有 斜齒輪減速器、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦 式機(jī)械c-t-v等。單級、二級、多級是按照傳動(dòng)的級數(shù)分類的；按傳動(dòng)件類型又 可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等?？傊疁p速器分類有很多方法在 這里我就不加以過多的介紹。下面大概介紹一下蝸輪蝸桿減速器、諧波減速、行 星減速器的優(yōu)缺點(diǎn)。1、蝸輪蝸桿減速的重要特質(zhì)是具備單向傳遞動(dòng)力也就是反方

14、向自己鎖住的 功能，由于他們的嚙合方式使蝸輪的齒數(shù)遠(yuǎn)大于蝸桿的齒數(shù)，所以傳動(dòng)比的數(shù)值 會(huì)很大，蝸輪蝸桿不在相同軸線上，也不在一個(gè)平面上，正是上述因素做出來的 蝸輪蝸桿減速器一般體積較大，傳動(dòng)效能不高，精度較低。2、諧波減速器的部件有三大零部件組成的，它們分別是波的的產(chǎn)生部件、 剛性部件和柔性部件。傳動(dòng)方式是利用彈性形變傳遞動(dòng)能，它的變形量分析圖類 似于正弦波。有著比一般減速器還要小的回程間隙、傳動(dòng)比大、可以給密閉空間 傳遞動(dòng)力等特性，但是缺點(diǎn)是柔輪壽命短，抗沖擊能力弱，通常情況下剛度低于 其它減速器，輸入轉(zhuǎn)速不能太高。3、行星減速器因?yàn)樗茉谛行羌苌鲜褂枚鄠€(gè)行星齒輪這使它的機(jī)構(gòu)看起來 比較緊湊

15、，正是因?yàn)橛猩鲜銮闆r它的回程間隔時(shí)間極短、精度較高、有效工作吋 間長、通過多級的行星輪行星架組合扭矩可以做得很大，可是它技術(shù)要求，技術(shù) 知識掌握較高，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。如圖下所示行星齒輪減速器按照設(shè)計(jì)中使用的構(gòu)件的組合形成情況可分為：2k h、3k、及khv三種。如果按照齒輪的嚙合方式分類的話又可以分為：ngw 型、nn型、ww型、wgw型、ngwn型和n型等。普通齒輪減速器和行星齒輪減速 器相比較的話行星齒輪減速器的優(yōu)勢更大人們更愿意使用行星齒輪減速器，原因 在于它的減速比，傳動(dòng)效率和體積等都優(yōu)于普通齒輪減速器。同時(shí)行星齒輪減速 器也并不是完美的他的的缺點(diǎn)是:材料選用基準(zhǔn)高、結(jié)構(gòu)比普通齒輪減速器繁

16、雜、 加工齒輪等零件精度要求苛刻、安裝工藝設(shè)計(jì)計(jì)算也比一般減速器繁瑣。現(xiàn)在我 國科技發(fā)展迅速各種新的設(shè)計(jì)理念和方法的出現(xiàn)，從而使行星齒輪減速器設(shè)計(jì)更 加完善，和它的牛產(chǎn)工藝水準(zhǔn)提高，一定可以設(shè)計(jì)制造出性能優(yōu)越，成木較低的行星齒輪減速器。圖1-1 2z-x傳動(dòng)圖1-2 3z傳動(dòng)jr丁圖1-3 z-x-v傳動(dòng)1 2行星齒輪傳動(dòng)定義根據(jù)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各個(gè)齒輪的軸線相對于機(jī)架的位置是否固定，而將輪系分 為了三大類，即定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系。顧名思義，定軸輪系即是在運(yùn)轉(zhuǎn)中，各齒輪的軸線相對機(jī)架的位置不變。而在周 轉(zhuǎn)輪系屮，其屮最少有一個(gè)齒輪的軸線位置相對于機(jī)架是改變的，是圍繞著其屮 一個(gè)齒輪做旋轉(zhuǎn)的

17、。如圖11所示，其中齒輪c在桿件x的帶動(dòng)下圍繞著齒輪 a、b的軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，則將齒輪a和b稱為中心輪，而最小的外齒中心輪a 又可稱為太陽輪；一邊圍繞太陽輪做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一邊圉繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的齒輪c 形象地稱之為行星輪，而帶動(dòng)其做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件x則稱之為轉(zhuǎn)臂或行星架等。 在實(shí)際生活中的輪系，往往是既有定軸輪系，又有周轉(zhuǎn)輪系，或者幾個(gè)周轉(zhuǎn)輪系 的，這種輪系即為復(fù)合輪系，就是一種復(fù)合輪系。而因?yàn)橛行行禽喌拇嬖?，所?也將周轉(zhuǎn)輪系和復(fù)合輪系稱為行星輪系。1.3行星減速器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1行星減速器國外研究現(xiàn)狀國外行星齒輪減速器的發(fā)展起步比較早，早在1880年德國就岀現(xiàn)了相關(guān)專 利，經(jīng)過上百年的發(fā)

18、展，設(shè)計(jì)及制造技術(shù)都已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很高的水準(zhǔn)，同時(shí)國 際上對于齒輪減速器的生產(chǎn)制造水平也向著結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化、承載能力進(jìn)一步提 高、總體小型化、高速化、低噪聲和高可靠性等方向發(fā)展，各種不同系列的減速 器的模塊化互換程度也越來越高。冃前國外高代表性公司，如flender.住友、 sem,其產(chǎn)品的高可靠性、壽命長、重量輕、故障率低等方而的優(yōu)點(diǎn)，使之大量 的成果被廣泛地應(yīng)用于航天、醫(yī)療、軍事等高精密高性能的場合中。在行星齒輪傳動(dòng)的理論研究方面，德國、美國、口本、英國和俄羅斯等工業(yè) 發(fā)達(dá)國家，對行星齒輪傳動(dòng)的研究、生產(chǎn)制造和工業(yè)應(yīng)用都十分重視。他們在結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、傳動(dòng)性能、傳遞功率和使用壽命等方面均處

19、于領(lǐng)先地位；并研究了 最前沿的行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)理論,主要包括封閉行星齒輪傳動(dòng)、少齒差齒輪傳動(dòng)、 微型行星齒輪傳動(dòng)和多級變速行星齒輪傳動(dòng)等，并早已在現(xiàn)代化的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備 屮獲得了成功的應(yīng)用%1.3.2行星減速器國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國行星齒輪減速的研制起步相比較歐美國家要晚很多，從20世紀(jì)60年代 起才開始研制，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 jb1799-19764o經(jīng)過多年的發(fā)展，尤其是在改革開放政策實(shí)施以后，我國與國 際逐漸接軌，齒輪加工設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，材料和熱處理工藝的提高，使得齒 輪加工精度有了很大的提高。冃前，我國齒輪制造得到了跨越式的發(fā)展，在工業(yè) 通用變速

20、箱領(lǐng)域以中國工業(yè)通用變速箱企業(yè)為代表形成了自己的體系，能與國際 品牌相媲美了；在高速重載齒輪制造領(lǐng)域，以南京高速齒輪箱廠為首的一干企業(yè) 作出了卓越的貢獻(xiàn)。與齒輪制造業(yè)交相輝映，我國齒輪的理論研究也取得諸多進(jìn) 展。在國內(nèi)的相關(guān)研究中，謝軍等完成了行星齒輪傳動(dòng)彈流潤滑設(shè)計(jì)，基于 彈性流體動(dòng)力潤滑（ehl）理論，通過ehl模型屮太陽輪與行星輪z間的嚙合 建立一種行星齒輪傳動(dòng)。計(jì)算了彈流潤滑油膜在嚙合區(qū)兩種分布情況下的油膜厚 度，即以太陽輪為主動(dòng)輪和壞形齒輪為主動(dòng)輪兩種情況，而計(jì)算得岀以環(huán)形齒輪 為主動(dòng)輪時(shí)，潤滑較差。另外，通過大量的比較計(jì)算，發(fā)現(xiàn)油膜厚度計(jì)算通過合 適的參數(shù)設(shè)計(jì)可顯著增加。研究表明潤

21、滑油粘度的合理提高可以得到更好的齒輪 潤滑，增加齒輪壓力角也可大大增加油膜厚度，能明顯改善齒輪的潤滑，防止磨 損，降低齒輪的生產(chǎn)成本，具有很大的實(shí)用價(jià)值。2原始數(shù)據(jù)及系統(tǒng)組成框圖2. 1有關(guān)原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)行星齒輪減速器的主要技術(shù)參數(shù):項(xiàng)目額定功率額定輸入 轉(zhuǎn)速額定輸出 轉(zhuǎn)速速比最大極限 載荷系數(shù)工作時(shí)間要求150wn=2600r/min500r/min5.33工作年限 為20,有 限工作時(shí) 間為 53000h2. 2系統(tǒng)組成框圖行星齒輪動(dòng)力傳遞示意圖圖2-1圖2-23傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)3. 1傳動(dòng)方案的分析與擬定1、對傳動(dòng)方案的要求查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊可以知道一般情況下對傳動(dòng)方案的要求有以下幾點(diǎn)：（

22、1） 傳動(dòng)方案的選定與實(shí)際需求的功能性能相符。（2）傳動(dòng)方案在滿足功能性能的情 況下盡可能的去優(yōu)化該方案的工作可靠性、動(dòng)力傳遞的高效性、在不改變其性能 的情況下成本是否能控制到最小、維護(hù)維修是否便利等。根據(jù)上述要求給出如下 方案。圖32 3z傳動(dòng)圖31 2zh傳動(dòng)2、擬定傳動(dòng)方案任何一個(gè)方案，要滿足上述所有的要求是不可能的，但是設(shè)計(jì)的基本思想是 要統(tǒng)籌兼顧，先考慮并滿足最主要的和最基本的功能和性能。圖3-1所示是經(jīng)過 綜合各項(xiàng)要求而做出的傳動(dòng)方案，下面為簡圖及3d模型，該方案有著體積小， 結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪減速器類型為2k-h行星傳動(dòng)ngw型且內(nèi)齒圈固定。圖3-3a表示中心輪g表示行星輪

23、b表示內(nèi)齒圈h表示行星架4行星齒輪減速器設(shè)計(jì)4. 1行星齒輪減速器的傳動(dòng)比和效率計(jì)算1、內(nèi)齒圈固定時(shí)參考圖3. 1有：心=1弋=1 +至（4-0z “可得心=' _廟=l-/p =1-5.2 = -4.2查齒輪設(shè)計(jì)手冊乙取63則有：乙=-1 = = 15w 4.2輸出轉(zhuǎn)速：nh = na / ip = n/ip= 2600/5.2 = 500r/min2、效率計(jì)算:由相關(guān)數(shù)據(jù)及傳動(dòng)計(jì)算相關(guān)知識可得7 =1 ”廠/（說1）*%也円（4-2）b 11 f a 劃代：（4-3）/為2g嚙合的損失系數(shù)；為bg嚙合的損失系數(shù)；為軸承的損失系數(shù)；為總的損失系數(shù)；查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊及經(jīng)驗(yàn) 取0.025

24、原始數(shù)據(jù)na =2600 r/min. %=500r7min、 c = -4.2代入上式可得：7 = 1_”“ _%/（,： _1）*知憶 h = j.|2600-500/（-4.2-1 ）*500|*0.025=97%4. 2行星齒輪傳動(dòng)的配齒計(jì)算1、傳動(dòng)比的要求一一傳動(dòng)比條件由上面初步計(jì)算和查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)可知心二1+乙/乙倒推公式1 + z方/ zq = 1 +4.2 = ih從數(shù)據(jù)看岀中心輪和內(nèi)齒輪的齒數(shù)能夠滿足給條件要求。2、保證中心輪、內(nèi)齒輪和行星架軸線重合一一即同軸條件為保證行星輪£與乙、z方準(zhǔn)確嚙合，從理論上來講外嚙合齒輪ag的屮 心距應(yīng)該和內(nèi)嚙合齒輪b-g的中心距相

25、等，即 ma_g = mh_g稱為同軸條件。 對于非變位或高度變位傳動(dòng)，有m/2（ % + zg ）=m/2（ z,廠/）可以推岀 zg = zb 勺/2=63 15/2=243、保證多個(gè)行星輪均布裝入兩個(gè)中心輪的齒間一一裝配條件相鄰的兩個(gè)行星輪和太陽輪形成的夾角為中心角，這個(gè)夾角%=2代太陽 輪a如果轉(zhuǎn)過量為,那么務(wù)必與太陽輪已轉(zhuǎn)過丫個(gè)(整數(shù))齒所對的夾角相 等，即% = /*2 兀/z “式中2n/z“為中心輪3轉(zhuǎn)過一個(gè)齒(周節(jié))所對的中心角。ip=nlnh=(pj(ph=zhlza將和海代入上式，有2兀* y! za /2 兀 / nw=l+zb/za經(jīng)整理后 y = zrt + zh

26、= (15+63) /2=39 從上而計(jì)算的數(shù)據(jù)看出兩中心輪的齒數(shù)與行星齒輪的個(gè)數(shù)呈整數(shù)倍關(guān)系這和行 星齒輪減速器的裝配條件相符合所以滿足。4、保證相鄰兩行星輪的齒頂不相碰一一鄰接條件在行星傳動(dòng)中，設(shè)計(jì)行星齒輪的個(gè)數(shù)是有條件的，如果在規(guī)定尺寸內(nèi)設(shè)計(jì)的 行星齒輪個(gè)數(shù)較多會(huì)出現(xiàn)相鄰的齒輪的齒頂相碰，就這個(gè)問題而言我們需要計(jì)算 一下，利用行星齒輪屮心到太陽輪屮心的距離是否大于兩個(gè)行星齒輪屮心的距離 就可以解決設(shè)計(jì)的行星齒輪的個(gè)數(shù)是否會(huì)造成鄰齒相碰的情況。如圖4. 1所示圖41可得：l=2a/sin(18(t/qj>a)&(4-4)l=2*2/m*( za + zg )*sin 60&q

27、uot; =39 y/i /2m(d“)廠d+2/乙二17m滿足條件不會(huì)造成齒頂相碰的情況。4. 3輪系中的幾何尺寸及嚙合計(jì)算1、按齒根彎曲強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)m齒輪模數(shù)ni的初算公式為:m=心 疥兀爲(wèi)喬亦云7（ 4-5）式中：k”為算數(shù)系數(shù)對齒輪傳動(dòng)。7；為小齒輪扭矩n*m o心為使用系數(shù)。笛工為綜合系數(shù)。環(huán)為彎曲強(qiáng)度下行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)。禺為小齒輪齒形系數(shù)。z為齒輪副中小齒輪齒數(shù)。 卬和為試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限。查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得心=12.1、k”=1.85、©=1、心產(chǎn)2、爲(wèi)=3.15、 可= z“=15、afim=120 n*mm2 所以有：m=/afhm =

28、12.1 x 0.2984x1x2x1.85x3. 15/0.8x152x120 =0.658查閱齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表后模數(shù)取為12、分度圓直徑d圖4-2d（“）=m*=115=15mmd（g）=m* z（g）= l><24=24mm d）=m* z（/?）=lx63=63mm3、齒頂圓直徑d“齒頂高心:外嚙合/?al=/z*m=lmm 內(nèi)嚙合化2=（%：%*）*m=0.88mm%）= d+2 他=15+2=17mmd心）=血）+2 九=24+2=26mm4")=血)2 他=632=61 mm4、齒根圓直徑巧.齒根高勺=(町 + c*) *m=1.25£=da -

29、2 =17-2.5=14.5111111cig = dg2 hf =26-2.5=23.5mmdfb = d(h) +2 hf =61 +2.5=63.5 mm查閱齒輪設(shè)計(jì)手冊齒頂間隙系數(shù)?=0.255、齒寬b查閱齒輪設(shè)計(jì)手冊b )=(pd * d(g)=26mm如)= 0d%=63mm6、中心距q在齒輪設(shè)計(jì)屮有最小齒數(shù)的限定，當(dāng)設(shè)計(jì)的齒輪齒數(shù)小于最小齒數(shù)可以采用 制造變位齒輪來嚙合，當(dāng)然這種齒輪的制作工藝要比標(biāo)準(zhǔn)齒輪的制作工藝?yán)щy， 所以齒輪的種類有：標(biāo)準(zhǔn)齒輪、變位齒輪。變位齒輪中齒輪的齒頂大于標(biāo)準(zhǔn)齒輪 的齒頂則為正變位齒輪反z則為負(fù)變位齒輪，該行星齒輪的節(jié)圓分度園重合，則 嚙合齒輪副的中心

30、距按標(biāo)準(zhǔn)齒輪計(jì)算：1) 3g為外嚙合齒輪副% =m/2*(+ z§ )= 1 /2x(15+24)= 19.5mm2) bg為內(nèi)嚙合齒輪副ahg =m/2( zh- zg )=l/2x(63-24)= 19.5mm表4t輪系各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算值中心輪a行星輪g內(nèi)齒圈b模數(shù)111齒數(shù)152463分度圓直徑152463齒頂圓直徑172661齒根圓直徑14.523.563.5齒寬152463中心距= 19.5mm% =19.5mm4. 4行星齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算及校核4. 4. 1行星齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算及校核1、選擇齒輪材料及精度等級查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊中心輪a選用45號鋼熱處理方式為正火，查表可以知其

31、 硬度為162217hbs,該行星齒輪用于一般機(jī)械設(shè)備當(dāng)屮選擇制造精度為8級, 同理可推齒面粗糙度r（l<.6行星輪g、內(nèi)齒圈b從制造成本上來考慮我選用聚 甲醛（常見的機(jī)械結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)只要有以下特性的都可以用來制作齒輪、軸承、 凸輪等，條件有硬度大，強(qiáng)度、鋼性、韌性等性能突出，尺寸穩(wěn)定等）8級精度, 齒而粗糙度r（l <3.2.2、轉(zhuǎn)矩gt=ta / nw =9549 / nw n=9549x0.15/3x2600=183.6n*mm；式中：町為中心輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩單位為n*m；a為輸入件所傳遞的額定功率單位為kw；%，為行星齒輪個(gè)數(shù)3、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核如果【©】校核

32、通過。參考相關(guān)資料得出: 齒形系數(shù)緯緯產(chǎn)3.15, =2.7, 丫尸產(chǎn)2.29；應(yīng)力修正系數(shù)匕=149,人=1.58, ysb=1.74；許用彎曲應(yīng)力q6iim】=18°mpa, <rflim2=160mpa ；彎曲最小安全系數(shù)和彎曲壽命系數(shù)yn :由參考文獻(xiàn)三式814可得0訂=rvi * 唄 /» = 180/1.3=138mpa6 2 = yn2 *o-flim2/5f = 160/1.3=123.077mpa ari=2k7；/bm2 z“* yfa =18.78mpa< o>=138mpayjym 蔦=14.62<0j=123.o77mpa

33、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格。4. 4. 2齒輪齒面強(qiáng)度的計(jì)算及校核1、齒面接觸應(yīng)力（7丹：h jkrk聲”半皿/刖26/2 _ 6o jka kv k(7ho -zhzezyzpyjft /dhxu±/u2、許用接觸應(yīng)力為(7涉：% = % / s 訕 * zntzlzvzrzwzx3、強(qiáng)度條件從理論結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來講齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該為：各個(gè)齒輪計(jì)算岀來的接觸應(yīng)力最大的<7円值均應(yīng)不大于其各個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的許用接觸應(yīng)力 %，即或者用齒輪的安全系數(shù)校核來代替許用接觸應(yīng)力的校核即，各 個(gè)齒輪接觸安全系數(shù)s”值均應(yīng)不大于其各個(gè)齒輪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的最小安全系數(shù) shlim ,即s/s”

34、恤查閱相關(guān)資料得出shiim=1.3可以推出sh>1.34. 4. 3有關(guān)系數(shù)和接觸疲勞極限1、使用系數(shù)k“查參考文獻(xiàn)二表67選取k*=l2、動(dòng)載荷系數(shù)心查參考文獻(xiàn)二圖66可得kv=.o23、齒向載荷分布系數(shù)k結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可以取 心戶4、齒間載荷分配系數(shù)k%、k帀結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可 以得 k 弘產(chǎn) k 切=1.1 kha2-kfa2=1.25、行星輪間載荷分配不均勻系數(shù)k涉，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可以得弘=1+0.5 ( k -1) k =1.5 k加=1+0.5 ( k -1) =l+0.5x (1.5-1)hphp

35、hp=1.25同理可推k切2=1756、節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)z”結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可以得 zh =2.067、彈性系數(shù)z&結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可以得ze=1. 6058、重合度系數(shù)z工由結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可以得z 工=0.829、螺旋角系數(shù)z = jcos0 =110、試驗(yàn)齒的接觸疲勞極限”中訕結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn) 可以得 =520mpa11、最小安全系數(shù)s”訕、你臥結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可 以得s訕=15、f訕=212、接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)z“結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn) 可以

36、得2=13813、潤滑油膜影響系數(shù)乙、z八zr結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo) 準(zhǔn)可以得z/=0.9、zv =0.952> zr=0.8214、齒面工作硬化系數(shù)z“,結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn)可以得zjl215、接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)zv，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)手冊上所使用的標(biāo)準(zhǔn) 可以得乙=1所以有：(7/0 = zhzezyz/?yjft /dbxu±/u =2.95(4-6)巧 = b0 j k ak, k h 0 k hak hp2 =3.5(4-7)h2jk人瓦 k”pk皿2尺刖2 -4.32(4-8)hp =lim / lim * ntl=464.

37、4(4-9)所以皿齒面接觸校核合格。5行星齒輪傳動(dòng)的受力分析在行星齒輪傳動(dòng)中為了保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高行星齒輪減速器的剛 度，人們設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)選擇行星輪的數(shù)冃通常大于1,即而且行星齒輪都會(huì) 均勻?qū)ΨQ地分布于屮心輪z間，所以在行星傳動(dòng)屮，各個(gè)基本構(gòu)件對傳動(dòng)主軸上 所作用的總徑向力等于零。于是在圖5.1中傳動(dòng)的受力分析圖中均未繪岀構(gòu)件直 徑方向所受到的力，只做出行星齒輪的傳動(dòng)簡圖和簡單的受力分析，用符號f 代表切向力fr.為了分析各構(gòu)件所受力的切向力f,提出如下三點(diǎn)：（1）行星齒 輪在運(yùn)動(dòng)中傳遞轉(zhuǎn)矩的情況下各構(gòu)件均處于平衡狀態(tài)，所以齒輪等零件間的作用 力等于反作用力。（2）如果一個(gè)成員函數(shù)有三個(gè)

38、平行的力，兩者之間的力和力的 方向應(yīng)該是相反的。（3）為了獲得組件的兩個(gè)平行的力比，應(yīng)研究其作用的第三 個(gè)力的力矩。我所設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)按照設(shè)計(jì)手冊及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)得出，畫岀其受力 分析圖必定要從運(yùn)動(dòng)的輸入件開始研究，然后依次確定各零件上所受到的作用力 和轉(zhuǎn)矩。只需繪制切向力f,如圖51所示對于圖屮所選用的直齒圓柱齒輪的嚙 合齒輪副。由于在輸入件中心輪a上受有個(gè)行星輪g同時(shí)施加的作用力和輸入 轉(zhuǎn)矩的作用。本設(shè)計(jì)中行星輪數(shù)目為3時(shí)，計(jì)算過各個(gè)行星輪上的載荷是均勻 分布的，于是，為了設(shè)計(jì)的方便減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性我只分析和計(jì)算其屮的一組。 首先確定輸入件中心輪a在每一組中（即在每個(gè)功率分流上）所承受的輸入轉(zhuǎn)

39、矩 為 tx=ta/nw =9549 px / nw 183.6n*m 由上面的公式反向推出町=7；*億,u550.8n*mt a/kipwq>fgh匕、tx/npwx（a）傳動(dòng)簡圖（b）構(gòu)件的應(yīng)力分析圖51傳動(dòng)簡圖及受力分析由上而所闡述的設(shè)計(jì)原理和相關(guān)資料的查詢則可得行星輪g對中心輪3的切向力 為：f爐=2000 tjd'a =2000 ta /nw da =44.2n（5-1） 中心輪a作用與行星輪g的切向力為：6 二喙=2000巧/%d；=44.2n 內(nèi)齒輪對行星輪g的切向力為： = =-20007；/n>p<=-44.2n轉(zhuǎn)臂ii作用于行星輪g的切向力為：fh

40、8 =-2 fas =-4000 ta!nwd'a =-88.4n轉(zhuǎn)臂h上所的作用力為：盼2 仏=40007；/傀 <=-88.4n 轉(zhuǎn)臂h上所的力矩為：th = nw f&h rx=-4000ta/da * rv =-4655.0 n*m 在內(nèi)齒輪b上所受的切向力為：=-=20007；/ <=44.2n在內(nèi)齒輪b上所受的力矩為：th = nw fgb dh/2000=ta </<=1.432n*m 式中：d：為中心輪a的節(jié)圓直徑單位為mm必為內(nèi)齒輪b的節(jié)圓直徑單位為mm 為轉(zhuǎn)臂h的回轉(zhuǎn)半徑單位為nini 根據(jù)行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)資料得：(5-2) 7?耳=

41、1心=1/1 心 f/1+p轉(zhuǎn)臂h的轉(zhuǎn)矩為：th=-t(l * (l+p) = -0.8952x (1+4.2) =-4.655 n*m 同理可推內(nèi)齒輪b所傳遞的轉(zhuǎn)矩7；: 7?耳=1心=1/_加 p/1+p7；二 p/l+p* th =-4.275.2x(-4.655)=3.76 n*m6行星輪架與輸出軸上的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)6. 1輪材料及精度等級上述條件有：傳遞功率p=150w,齒輪軸傳速n=2600r/min,傳動(dòng)比i=5.2,載 荷平穩(wěn)。行星輪架內(nèi)齒圈采用45鋼調(diào)質(zhì)查閱相關(guān)資料碩度為220250hbs,齒 輪軸采用45號鋼止火查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料硬度為170210hbs,選定8級精度， 齒面粗

42、糙度選定為ra 53.26.3 pm。圖61轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)簡圖6. 2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)兩齒輪選用材料鋼為質(zhì)齒輪，查閱相關(guān)資料計(jì)算出4值，并確定有關(guān)參數(shù)與 系數(shù)。1、轉(zhuǎn)矩gt= t = tj % =9549 片 / nw n=183.6n*m2、荷系數(shù)k查機(jī)械設(shè)計(jì)資料取k=l.l3、齒數(shù)z和齒寬系數(shù)©行星輪架內(nèi)齒圈齒數(shù)可與齒輪軸外齒面齒數(shù)z2都取11。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是對稱 布置的單級齒輪傳動(dòng)，齒輪齒面是軟齒面，所以查閱相關(guān)資料選取©=1。4、許用接觸應(yīng)力巾查閱相關(guān)資料得到：(yhiim(=560mpa,ljm2 =53ompa, sh=m=60nj 厶=1.997x1 ()9n2

43、 = m/i=l997xl()9nt=znt2= 1.05o廠zn八 hmi/=1.05x560/l=588mpao2=zat2 <tz/lim2/sh=1.05x530/l=556.5mpa6. 3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算由參考文獻(xiàn)四式1024得lb(jr ,如果ck = <l = m*z則校核合格。下面 來確定有關(guān)系數(shù)與參數(shù)。由查閱相關(guān)資料得到：齒形系數(shù)緯:緯嚴(yán)緯2=3.63 應(yīng)力修正系數(shù)e： ys=ys2=ia 許用彎曲應(yīng)力0：crniml=210mpa, crfiim2=190mpa,彎曲最小安全系數(shù)sf=1.3,彎曲壽命系數(shù)yn： =ynt2=1所以有以下計(jì)算：卜=訕 h1

44、0/1.3 = 162mpa,2=zv£2/sf=190/1.3 = 146mpa m n 1.26ktfys!(pdz；(yf =1.26vl.1x298.4x3.63x1.41/lxl l2x146 =0.58 crf1=2k7；/bm2 z、uyf ys=1 =27.77mpa<<rf1 =162mpa 刁2 ="門緯2 ys2”f ysi=27.77mpa< f2=146mpa齒根彎曲強(qiáng)度校核合格。6. 4驗(yàn)算齒輪的圓周速度vv= 71 d n /60x 1000=11 x2600/60x 1000=0.921 m/s 由參考文獻(xiàn)四表 1022,可

45、知選用8級精度是合適的。7輸入與輸出軸的設(shè)計(jì)7. 1輸入軸的設(shè)計(jì)1、選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力采用45號鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查閱相關(guān)資料得到材料的強(qiáng)度極限q=650mpa, 許用彎曲應(yīng)力 =60mpa2、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑根據(jù)相關(guān)資料得到 c=118107。d>cvp7w=(h8107)mo. 15/1600 =5.36 4.86> cv0.15/1600j,為了方便計(jì)算直徑取&5mm3、確定各軸段的直徑軸段1 (外端)直徑最少 =8.5mm £ ,各個(gè)軸段直徑初步定為： d2 =97mm, d. =10mm, d4 =11mm, d5 =11.5mm, d()=12

46、mm, d7 = 15.42mm , =18mm。4、確定各軸段的長度通過上面數(shù)據(jù)的分析和查閱相關(guān)資料得岀齒輪輪轂寬度為63. 5mm,從行星 齒輪減速器的的安裝工藝和使用地點(diǎn)對輸入軸的相關(guān)尺寸進(jìn)行確定：l= 107mm, l =3.3mm, l2 =2mm, l3 =44.2mm, l4 =4mm, ls =18.5mm , l(y =1.5mm, l7=16.3mitio按設(shè)計(jì)結(jié)果畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖：圖71輸入軸簡圖5、校核軸(1) 受力分析圖:u acl >lo>t圖7-2 受力分析()水平面彎矩圖(b)垂直面內(nèi)的彎矩圖(c)合成彎矩圖(d)轉(zhuǎn)矩圖 圓周力計(jì)算：f = ttjd

47、x =2x298.4/13.5-44n徑向力計(jì)算：f= f；qana =44.2xtan20° = 16n法向力計(jì)算：fn = f( /cosa=44.2/cos 20° 47n(2) 作水平面內(nèi)彎矩圖(7-2a)：支點(diǎn)反力為：fh = ff/2=22n彎矩為：m/yi =22x77.95/2-861.3 n*mm=22x29.05/2=321 n*mm(3) 作垂直面內(nèi)的彎矩圖(72b)：支點(diǎn)反力為：fv = fr/2=8n彎矩為：=8.04x77.95/2=313.5 n*mmmv2 =8.04x29.05/2=116.78n*mm(4) 作合成彎矩圖(7-2c)：=v

48、861.352 +313.52 =994.45 n*mm= 爲(wèi)+m：2 =a/3212 +116.782 =370.6 n*mm(5) 作轉(zhuǎn)矩圖(7-2d):t=9549 /n=9549x0.15/1600=0.8952n*m=895.2 n*mm()求當(dāng)量彎矩：me = jm： + (m)2 = j994.452+(0.6x895.2)2 = 1130.23 n*mmme2 = jm；+t)2 = j370.6 2+(0.6x895.2)2 =652.566 n*mm(7) 軸的校核強(qiáng)度：crel = me /w= 1130.23/0.1 £ = 1130.23/0. lxi23=

49、6.54mpa(t(2 = a/c2/w=652.566/0.1 £=652.566/0xl 2=4.9mpa(je < cr_1j=60mpa滿足設(shè)計(jì)要求并有一定裕量。7. 2輸出軸的設(shè)計(jì)1、選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力齒輪軸采用45鋼正火，查閱相關(guān)資料得到強(qiáng)度極限巧二600mp&,許用彎曲應(yīng) 力a1j=55mpa2、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑p=p*n=0.15x97.98%=0.147kw由輸入軸查閱到的資料可以知道0118107,計(jì)算輸出軸的直徑 d > cp/n =（118107） vo. 147/1600 =5.344.83 n cm。. 147/1600 為了

50、 方便計(jì) 算直徑取8.9mm3、確定齊軸段的直徑軸段1 （外端）直徑最少d（=s.9m考慮到軸和輸入軸的安裝所必須滿足的條件 初步定為：d=12mm, t/2 = j4=l 1.3mm, d3 = d5 = d7=12mmo4、確定各軸段的長度通過上面數(shù)據(jù)的分析和查閱相關(guān)資料得出齒輪輪轂寬度為63.5mm,從行星 齒輪減速器的的安裝工藝和使用地點(diǎn)對輸出軸的相關(guān)尺寸進(jìn)行確定l=136.5mm, l、= 19.2mm, l2=l.lmm, 厶=74.5mm, l4=1.5mm, l5 =15.8mm, l6=1.2mm,圖73輸出軸 厶7 =23.2mm。5、校核軸：（1）受力分析圖，如圖74所示

51、：rmu > _rtrtttttttttr圖74受力分析圖(d)轉(zhuǎn)矩圖(a)水平面內(nèi)彎矩圖(b)垂直面內(nèi)的彎矩圖(c)合成彎矩圖 圓周力計(jì)算：f = 2tjd =2x465/11-84.64n 徑向力計(jì)算：f= f；utan a =846xtan 20° -308.1n 法向力計(jì)算：f=f /cosa=846/ cos 20° -90.72n(2) 作水平面內(nèi)彎矩圖(7-4a)：支點(diǎn)反力為：fh = f( /2m2.32n彎矩為：a/h1=42.32x68.25/2=1444.17n*mmmh2 =423.2x33.05/2=699.338 n*mm(3) 作垂直面內(nèi)

52、的彎矩圖(74b)：支點(diǎn)反力為：fv = fr/2=5a05n彎矩為：= 154.05x68.25/2=525.7 n*mmms =154.05x33.05/2=254.57 n*mm(4) 作合成彎矩圖(7-4c)：mx=mhmvx =a/14441.72+52572 =1536.87 n*mmm2 = jm爲(wèi)+m；2 = j6993.3* +2545.7? =744.23 n*mm(5) 作轉(zhuǎn)矩圖(7-4d):t=-th = t( (1+p) =0.8952x (1+4.2) =465.5 n*mm(7) 求當(dāng)量彎矩：me= 丁硏+何尸=jl 5368.72+(0.6x4655)2 = 1

53、562.04 n*mmme2 = y/m(at)2 = 7442.3 2+(0.6x4655)2 =794.9 n*mm(8) 校核強(qiáng)度：5 =/w=l562.04/0d： =1562.04/0.ixi23 =9.1 mpaq 2 =/w=794.9/0.1 £ =794.9/0.1 x 12? = 4.6mpa(je < cr_1j=55mpa滿足設(shè)計(jì)要求并有一定裕量。設(shè)計(jì)總結(jié)本文是關(guān)于行星齒輪減速裝置，這種減速器對于體積和重量方而要求較 高，在設(shè)計(jì)過程中不僅要注意這些，同時(shí)也要在精度上下些力氣，因?yàn)榫?不高，在行星齒輪運(yùn)行中產(chǎn)生的震動(dòng)和噪音就越大，隨著人們對減速器的要 求

54、逐漸提高和科技的日益發(fā)展，行星齒輪減速器是減速器家族中常見的一 種，人們對它的要求不僅是質(zhì)量上的，對它本身的重量、體積、噪音等方面 的要求也越來越高，本文設(shè)計(jì)的減速器就注重在這些方而下手，盡量減輕他 的重量和縮小他的體積，同時(shí)也不忘提高齒輪間的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)的精度， 能在運(yùn)行屮做到噪音小，震動(dòng)小的作用。同時(shí)由于本人能力和經(jīng)驗(yàn)有限，在設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)犯很多錯(cuò)誤，也可 能有許多不切實(shí)際的地方，述望讀者在借鑒的同時(shí)，能指出當(dāng)中的不足，把 減速器做的更完美。參考文獻(xiàn)1 .漸開線齒輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造編委會(huì).漸開線齒輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造m.機(jī)械工 業(yè)出版社.2002. (5);2 .饒振綱.行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)m.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003. (9);3 .khan mubarak a.,nemala appala raju,monteiro nicole.noise level reduction in planetary gear set j. journal of mechanical design and vibration, 2014,