起重機用雙速差動行星齒輪減速器裝置的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計論文

1、第一章 緒 論1.1 行星齒輪傳動的發(fā)展歷史行星齒輪在我國已有了許多年的發(fā)展歷史，很早就有了應(yīng)用。然而，自20世紀(jì)60年代以來，我國才開始對行星齒輪傳動進行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無論是設(shè)計理論方面，還是試制和應(yīng)用實踐方面，均得了較大的成就，并獲得了許多研究成果。近20多年來，尤其是我國改革開放以來，隨著科技技術(shù)水平的進步和發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達國家引進了大量的先進設(shè)備和技術(shù)，進過我國科技人員的不斷吸收和消化，與時俱進，開拓創(chuàng)新地努力奮進，是我國行星傳動技術(shù)有了迅速的發(fā)展。行星齒輪減速機主要傳動結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽輪，外齒圈。行星減速機因為結(jié)構(gòu)原因，單級減速最小為3，最大一般

2、不超過10，常見減速比為：3.4.5.6.8.10，減速機級數(shù)一般不超過3，但有部分大減速比定制減速機有4級減速。相對其他減速機，行星減速機具有高剛性、高精度(單級可做到1分以內(nèi))、高傳動效率(單級在97%-98%)、高的扭矩/體積比、終身免維護等特點。因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。行星減速機額定輸入轉(zhuǎn)速最高可達到18000rpm(與減速機本身大小有關(guān)，減速機越大，額定輸入轉(zhuǎn)速越小)以上，工業(yè)級行星減速機輸出扭矩一般不超過2000nm，特制超大扭矩行星減速機可做到10000nm以上。工作溫度一般在-25到100左右，通過改變潤滑脂可

3、改變其工作溫度。起重機用雙速差動行星齒輪減速裝置是自由度為1的差動輪系所得到的單自由度行星齒輪減速裝置，該變速器由兩個行星輪系組成，該行星齒輪減速裝置采用兩級變速，使起重機在不同的載荷下不同的速度，滿足工作需要。同時，行星齒輪傳動具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動功率大、承載能力高等優(yōu)點，并且只要選擇行星傳動的類型和配齒方案，便可利用少數(shù)幾個齒輪而得到很大的傳動比。此外，行星齒輪傳動由于它的三個基本構(gòu)件都可以轉(zhuǎn)動，故可以實現(xiàn)運動的合成與分解，以及有級和無級變速傳動等復(fù)雜的運動。世界上一些先進的工業(yè)國家，如西德、日本、英國、美國等，在行星齒輪傳動的研究、生產(chǎn)制造和應(yīng)用等方面均處于領(lǐng)先水平。1880年德國

4、第一個行星傳動齒輪裝置的專利出現(xiàn)。19世紀(jì)以來，隨著機械工業(yè)特別是汽車和飛機工業(yè)的發(fā)展，對行星傳動齒輪的發(fā)展有很大影響。1920年首次成批制造出行星傳動齒輪傳動裝置，并首先用作汽車的差速器。1938年起集中發(fā)展汽車用的行星傳動齒輪傳動裝置。二次世界大戰(zhàn)后，高速大功率船艦、透平發(fā)電機組、透平壓縮機組、航空發(fā)動機及工程機械的發(fā)展，促進行星齒輪傳動的發(fā)展。高速大功率行星齒輪傳動廣泛的實際應(yīng)用，于1951年首先在德國獲得成功。1958年后，英、意、日、美、蘇、瑞士等國亦獲得成功，均有系列產(chǎn)品，并已成批生產(chǎn)，普遍應(yīng)用。英國allen齒輪公司生產(chǎn)的壓縮機用行星減速器，功率25740kw；德國renk公司生

5、產(chǎn)的船用行星減速器，功率11030 kw.低速重載行星減速器已由系列產(chǎn)品發(fā)展到生產(chǎn)特殊用產(chǎn)品，如法國 citroen 生產(chǎn)用于水泥磨、榨糖機、礦山設(shè)備的行星減速器，重量達125t，輸出轉(zhuǎn)矩3900；我國從20世紀(jì)60年代開始研制應(yīng)用行星齒輪減速器，20世紀(jì)70年代制訂了ngw型漸開線行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列jb1799-1976.世界各先進工業(yè)國，經(jīng)由工業(yè)化、信息工業(yè)化，正在進入知識化時代，行星齒輪傳動在設(shè)計上日趨完善，制造技術(shù)不斷進步，使行星齒輪傳動以達到較高的水平。我國與世界先進水平雖存在明顯差距，但隨著改革開放帶來設(shè)備引進、技術(shù)引進，在消化吸收國外先進技術(shù)方面取得長足的進步。隨著生產(chǎn)的不斷

6、發(fā)展，制造技術(shù)的不斷進步，以及行星齒輪傳動在設(shè)計上日趨完善，從而使行星齒輪傳動至今已達到了較高的水平。目前漸開線行星齒輪傳動圓周速度達160200米/秒，傳遞功率達100000馬力，效率達0.98以上，齒輪噪音達85分貝以下，并且外廓尺寸小，重量輕，它比同等工作條件下的定軸齒輪傳動外廓尺寸和重量減小1/21/6。表1列出了delaval公司生產(chǎn)的傳動比i=7.15，n=6000馬力的行星齒輪減速箱與該工作條件下的一般定軸齒輪減速箱的比較情況。行星齒輪傳動與一般齒輪傳動在相同條件下，圓周速度也較小，故傳動載荷比一般齒輪也小些，并且行星齒輪傳動還具有工作可靠，同軸傳動等一系列優(yōu)點。表1 行星齒輪減

7、速箱和一般定軸齒輪減速箱比較項 目行星齒輪減速箱一般定軸齒輪減速箱總 重 量 （kg）34716943高 度 （m）1.311.80長 度 （m）1.291.42寬度 (m)1.352.36體 積 ()2.296.09損 失 功 率 （kw）0.180.41齒 寬 (m)8195圓 周 速 度 (m/s)42.799.4目前行星齒輪傳動不僅適用于高速大功率，而且在低速大扭矩設(shè)備上也已推廣應(yīng)用，它幾乎適應(yīng)于一切功率、速度范圍和一切工作條件，成為世界各國齒輪傳動發(fā)展之重點。漸開線行星齒輪傳動已被廣泛應(yīng)用于船艦主減速器，汽車、坦克和拖拉機的差速器，活塞式和渦輪螺旋槳式航空發(fā)動機與直升飛機中帶動螺旋槳

8、的行星傳動，以及波音菲托ch1t前旋翼驅(qū)動行星齒輪箱和貝爾vh1d主旋翼驅(qū)動行星齒輪減速器，燃?xì)廨啓C、高速汽輪機和透平鼓風(fēng)機及壓縮機的行星齒輪增速箱和減速箱，以及工程機械等產(chǎn)品上。我國從1968年起，先后在有關(guān)單位試制成功列車電站燃?xì)廨啓C（n=3000千瓦），工業(yè)用高速汽輪機（n=500千瓦）和萬立米制氧透平壓縮機（n=6300千瓦）的行星齒輪箱。為了推廣行星傳動，有一機部組成了ngw系列工作組，由西安重機研究所、銀川通用機械廠、荊州減速機廠和各中性機械廠等二十幾個單位于1974年制定了ngw（2k-h）型漸開線行星齒輪減速器的部標(biāo)準(zhǔn)。目前漸開線行星齒輪傳動在國內(nèi)已逐漸受到重視，并推廣其應(yīng)用。

9、 我國是從20世紀(jì)60年代起開始研制應(yīng)用行星齒輪減速器，20世紀(jì)70年代制訂了ngw型漸開線行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列jb1799-1976。已形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（3000kw）/高速汽輪機（500kw）和萬立方米制氧透平壓縮機（6300kw）的行星齒輪箱，低速大轉(zhuǎn)矩的行星減速器也已批量生產(chǎn)，如礦井提升機的xl-30型行星減速器（800kw）。世界各先進工業(yè)國，經(jīng)由工業(yè)化、信息化時代，正在進入知識化時代，行星齒輪傳動在設(shè)計上日趨完善，制造技術(shù)不斷進步，使行星齒輪傳動已達到了較高水平。我國與世界先進水平雖存在明顯差距，但隨著改革開放帶來設(shè)備引進，技術(shù)引進，在消

10、化吸收國外先進技術(shù)方面取得長足的進步。1.2 行星齒輪傳動的發(fā)展趨勢（1）向高速大功率及低速大轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)展。行星齒輪箱傳遞的功率將與日俱增，但是機組功率的繼續(xù)增大，目前受優(yōu)越工藝因素的限制，主要是沒有與齒輪尺寸進一步增大相適應(yīng)的高精度切齒機，另一方面則是梅雨齒輪直徑大于6米的熱加工鍛造設(shè)備。因此需進一步研制大尺寸的高淬硬齒輪切削用的高剛性高精度滾齒和插齒機，以及高精度和超硬切齒刀具和檢驗儀器。在設(shè)計方面，則應(yīng)著重于擦傷強度的研究，制定出齒輪擦傷強度的計算公式，并對齒輪本體和箱體的變形、應(yīng)力計算進行研究。隨著高速的發(fā)展，目前對行星齒輪傳動的動力學(xué)研究還很不夠，特別是與公害有關(guān)的振動和噪音的研究

11、。隨著電算技術(shù)的發(fā)展，還應(yīng)用有限元法制定出應(yīng)用電子計算機進行齒輪設(shè)計和加工精度的計算方法，用電算解決參數(shù)選擇最優(yōu)化。此外，還必須對內(nèi)齒圈的固定方法，齒面接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力、齒輪加工工藝、均載機理及其裝置、齒輪潤滑等進行研究，還應(yīng)大量開展行星齒輪傳動的試驗研究工作，例如：實際負(fù)荷運轉(zhuǎn)試驗，齒輪應(yīng)力狀態(tài)、效率、溫升、振動、噪音、潤滑等各種性能試驗，壽命試驗，破壞試驗等。例如年產(chǎn)300kt合成氨透平壓縮機的行星齒輪增速器，其齒輪圓周速度已達150m/s；日本生產(chǎn)了巨型船艦推進系統(tǒng)用的行星齒輪箱，功率為22065kw；大型水泥球磨機所用80/125型行星齒輪箱，輸出轉(zhuǎn)矩高達4150kn.m。在這類

12、產(chǎn)品的設(shè)計與制造中需要繼續(xù)解決均載、平衡、密封、潤滑、零件材料及熱處理及高效率、長壽命、可靠性等一系列設(shè)計制造技術(shù)問題。（2）向無級變速行星齒輪傳動發(fā)展。多年來一直需要一種傳遞大功率、高效率、變速比的傳動裝置（無級變速），即輸入速度是固定的，輸出速度是可調(diào)的。實現(xiàn)無級變速，對行星齒輪傳動來說，就是讓行星齒輪傳動中三個基本構(gòu)件都轉(zhuǎn)動并傳遞功率，這只要在原先行星齒輪傳動裝置中對原來固定的基本構(gòu)件附加一個轉(zhuǎn)動，就能使輸出轉(zhuǎn)速有所增減而成為行星齒輪無級變速器?，F(xiàn)已制成能傳遞2000psi以上的無級變速齒輪箱。實現(xiàn)無級變速就是讓行星齒輪傳動中三個基本構(gòu)件都轉(zhuǎn)動并傳遞功率，這只要對原行星結(jié)構(gòu)中固定的構(gòu)件加

13、一個轉(zhuǎn)動（如采用液壓泵及液壓馬達系統(tǒng)來實現(xiàn)），就成為無級變速器。（3）向復(fù)合式行星齒輪傳動發(fā)展。近幾年來，國外蝸桿傳動、螺旋齒輪傳動、圓錐齒輪傳動與行星齒輪組合使用，構(gòu)成復(fù)合式行星齒輪箱。其高速級用前述各種定軸類型傳動，低速級用行星齒輪傳動，這樣可適應(yīng)相交軸和交錯軸間的傳動，可實現(xiàn)大傳動比和大轉(zhuǎn)矩輸出等不同用途，充分利用各類型傳動的特點，克服各自的缺點，以適應(yīng)市場上多樣化需求。如制堿工業(yè)澄清桶用蝸桿蝸輪行星齒輪減速器，總傳動比i=0.125r/min,輸出轉(zhuǎn)矩27200n.m。（4）向少齒差行星齒輪傳動方向發(fā)展。這類傳動主要用于大傳動比、小功率傳動。主要是它外廓尺寸小、重量輕、傳動比大，一級可

14、達100115，效率較高，達0.85左右，該機薄弱環(huán)節(jié)主要是轉(zhuǎn)臂軸承于高速重載，嚙合角很大，一齒差時達56左右，故傳動中徑向載荷為不進行變位切削時的2.8倍。因此，這種傳動現(xiàn)階段只適用于中小功率，國內(nèi)應(yīng)用的少齒差漸開線行星齒輪傳動功率均為超過50千瓦。轉(zhuǎn)臂軸承性能和承載能力有所提高，則傳遞功率增大。西德fridocon michel公司生產(chǎn)了齒數(shù)差為25的acbar漸開線少齒差行星齒輪減速器，并制定了標(biāo)準(zhǔn)系列。而少齒差傳動的效率和強度計算等還有待于進一步研究。（5）制造技術(shù)的發(fā)展方向。采用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)熱處理獲得高硬齒面（內(nèi)齒輪離子滲碳，外齒輪滲碳淬火），精密加工以獲得高齒輪精度及低粗糙度（

15、內(nèi)齒輪精插齒達5-6級精度，外齒輪經(jīng)磨齒達5級精度，粗糙度ra0.2-0.4m），從而提高承載能力，保證可靠性和使用壽命。1.3 行星齒輪傳動的優(yōu)缺點行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。它的顯著特點是：在傳遞動力時它可以進行功率分流；同時，其輸入軸和輸出軸具有同軸性，即輸入軸和輸出軸均設(shè)在同一軸線上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了

16、越來越廣泛的應(yīng)用。行星齒輪傳動的特點如下：(1)體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大 由于行星齒輪傳動具有功率分流和各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)非常緊湊。再由于在中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個行星輪來共同分擔(dān)載荷，從而使得每個齒輪所承受的負(fù)荷較小，并允許這些齒輪采用較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動的1/21/5（即在承受相同的載荷條件下）。(2)傳動效率高 由于行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)的對稱性，即它

17、具有數(shù)個勻稱分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡，從而有利于達到提高傳動效率的作用。在傳動類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達0.97099。(3)傳動比較大，可實現(xiàn)運動的合成與分解 只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可達幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點。而且，它還可以實現(xiàn)運動的合成與分解以及實現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運動。(4)運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強 由于采用了數(shù)個結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周

18、圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。行星齒輪傳動的主要特點是體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)；但大功率高速行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求制造精度高。行星齒輪傳動中有些類型效率高，但傳動比不大。另一些類型則傳動比可以很大，但效率較低，用它們作減速器時，其效率隨傳動比的增大而減小；作增速器時則有可能產(chǎn)生自鎖。差動輪系可以把兩個給定運動合成起來，也可把一個給定運動按照要求分解成兩個基本件的運動。汽車差速器就是分解運動的例子。行星齒輪傳動應(yīng)用廣泛，并可與無級變速器、液力耦合器和液力變矩器等聯(lián)合使用，進一步擴大

19、使用范圍。因此，行星齒輪傳動現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于工程機械、礦山機械、冶金機械、起重運輸機械、輕工機械、石油化工機械、機床、機器人、汽車、坦克、火炮、飛機、輪船、儀器和儀表等各個方面。行星傳動不僅適用于高轉(zhuǎn)速、大功率，而且在低速大轉(zhuǎn)矩的傳動裝置上也已獲得了應(yīng)用。它幾乎可適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動技術(shù)已成為世界各國機械傳動發(fā)展的重點之一。但是行星齒輪傳動的缺點是：材料優(yōu)質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝較困難些。但隨著人們對行星傳動技術(shù)進一步深入地了解和掌握以及對國外行星傳動技術(shù)的引進和消化吸收，從而使其傳動結(jié)構(gòu)和均載方式都不斷完善，同時生產(chǎn)生產(chǎn)工藝水平也不斷提高。因此，對于它的研制安裝問題，目前

20、已不再視為一件什么困難的事情。實踐表明，在具有中等技術(shù)水平的工廠里也是完全可以制造出較好的行星齒輪傳動減速器。尤為重要的是設(shè)計人員對于自己設(shè)計的某些齒輪減速器進行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果不僅為齒輪傳動提供了一個最優(yōu)的設(shè)計方案，而且對其設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化提供了依據(jù)。第二章 結(jié)構(gòu)原理簡介2.1傳動原理圖圖2-1所示即為起重機用雙速差動行星減速裝置的傳動原理圖，圖中z1、z2、za、zb、zg分別表示起重機用雙速差動行星車輛減速裝置的定軸輪、內(nèi)齒圈、中心齒輪、行星輪；大寫字母a、b表示輸入軸；大寫字母c輸出軸；大寫字母h表示系桿 圖2-1 起重機用雙速差動行星車輛減速裝置傳動原理圖2.2傳動原理由圖2-1可知，起

21、重機用雙速差動行星減速裝置由差動輪系、定軸輪系、輸出軸輸入軸及系桿組成。當(dāng)差動行星減速裝置工作時，有一個輸入軸被制動器制動，其余構(gòu)成自由度為1的差動輪系，滿足差動行星減速裝置的工作需要。起重機用雙速差動行星減速裝置處于空載或輕載狀態(tài)時，即用制動器把za制動。此時，電動機帶動輸入軸a傳動，通過z1與內(nèi)齒圈z2、zb嚙合，把動力傳給行星輪zg, zg帶動系桿h運動輸出功率，滿足輕載或空載時的工作要求。 圖2-2 起重機用雙速差動行星減速裝置空載或輕載時原理圖輸入軸a 齒輪z1 內(nèi)齒圈z2 內(nèi)齒圈zb 行星輪zg 系桿h 輸出軸c.當(dāng)起重機用雙速差動行星減速裝置出于重載工作狀態(tài)下時，此時要求起重速度

22、較慢，起重功率較大，速度平穩(wěn)。為滿足工作需要，我們采用主馬達輸入傳動。在起重機用雙速差動行星減速裝置出于重載工作狀態(tài)下時，用制動器把z1制動，此時電動機帶動輸入軸b運動，通過中心輪za與行星輪zg,嚙合，把動力傳給zg,，zg,帶動系桿h運動輸出功率，滿足工作需要。 圖2-3起重機用雙速差動行星減速裝置重載時原理圖第三章 齒輪齒數(shù)計算3.1已知傳動參數(shù)本設(shè)計已知的重機用雙速差動行星減速裝置主要傳動參數(shù)如表3-1所示。表3-1 主要傳動參數(shù)電動機型號轉(zhuǎn)速(r/min)功率kw傳動比ayzr132m2-69083.73.184byzr200l-6964224.93.2確定各齒輪齒數(shù)3.2.1閘住z

23、1時，確定傳動齒輪的齒數(shù)在確定行星齒輪傳動的各輪齒數(shù)時，除了滿足給定的傳動比外，還應(yīng)滿足與其裝配有關(guān)的條件，即同心條件、鄰接條件和安裝條件。此外，還要考慮到與承載能力有關(guān)的其它條件。傳動比條件：在行星齒輪傳動中，各輪齒數(shù)的選擇必須確保所給定的傳動比的大小，其各輪齒數(shù)與傳動比的關(guān)系式為 （3-1）鄰接條件：在行星傳動中，為了提高承載能力，減少機構(gòu)尺寸，并考慮到動力學(xué)的平衡問題，常在太陽輪與內(nèi)齒輪之間均勻內(nèi)、對稱地布置幾個行星齒輪。為使相鄰兩個行星齒輪不相互碰撞，要求其齒頂圓間有一定的間隙，稱為鄰接條件。設(shè)相鄰兩個行星輪中心之間的距離為l，最大行星齒輪齒頂圓直徑為，則鄰接條件為即 （3-2）式中

24、行星輪數(shù)目； a-g嚙合副中心距； 行星輪齒頂圓直徑。在本次設(shè)計的行星齒輪傳動中采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪時的鄰接條件為： (3-3)表3-2為行星輪數(shù)目與傳動比范圍的關(guān)系，其中最大傳動比即由鄰接條件決定。 同心條件:行星傳動裝置的特點為輸入與輸出軸是同軸線的，即各中心輪的軸線與行星架軸線是重合的。為保證中心輪和行星架軸線重合條件下的正確嚙合，由中心輪和行星輪組成的各嚙合副的實際中心距必須相等，稱之為同心條件。設(shè)a-g嚙合副中心距，g-b嚙合副實際中心距，依同心條件，各對相互嚙合齒輪的中心距應(yīng)相等，即 （3-4）對非變位、高度變位、等嚙合角的角度變位，中心距，式中“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合。因行

25、星傳動中通常各齒輪模數(shù)都是相同的，依（3-4）式可得 （3-5）但選擇齒輪齒數(shù)時往往難以同時滿足傳動比和同心條件，這就需要進行角變位。角度變位后的中心距。在本次設(shè)計中應(yīng)滿足的同心條件為 （3-6）裝配條件:一般行星傳動中，行星輪數(shù)目大于1。要使幾個行星輪能均勻載入，并保證與中心輪正確嚙合而沒有錯位現(xiàn)象，所應(yīng)具備的齒數(shù)關(guān)系即為裝配條件。當(dāng)行星輪個數(shù)時，第一個行星輪裝入并與兩個中心輪嚙合以后，兩個中心輪的相對位置就被確定了。若再要均勻地裝入其它行星輪，就必須滿足一定的條件。如圖3-1所示，相鄰兩行星輪所夾的中心角為。設(shè)第一個行星在位置裝入并與兩中心輪嚙合，然后將行星架h順時針轉(zhuǎn)過角度，即讓轉(zhuǎn)到位置

26、。在這期間，中心輪a轉(zhuǎn)過的角度由傳動比確定，即。為了在位置裝入行星輪，要求此時中心輪a在位置的相應(yīng)齒輪和它轉(zhuǎn)動角之前的位置完全相同。也就是說中心輪a轉(zhuǎn)過的必須為其周節(jié)所對的中心角的整倍數(shù)m，即，將值代入上式可得整數(shù) （3-7）根據(jù)行星傳動傳動比條件、同心條件、裝配條件和鄰接條件，可得以下聯(lián)比形： （3-8）其中m為整數(shù)為行星輪個數(shù)，當(dāng)閘住時：1）依=4.9，查表 3-2得3。2）用比例法配齒將=4.915/3代入（3-7）得：=:：4za:計算得22:32:86，滿足各齒數(shù)和值都是正整數(shù)條件，故可確定行星輪系各齒輪的齒數(shù)：22，32，86。3)計算實際傳動比： 滿足鄰接條件3.2.2閘住za時

27、，確定傳動齒輪的齒數(shù)在確定行星齒輪傳動的各輪齒數(shù)時，除了滿足給定的傳動比外，還應(yīng)滿足與其裝配有關(guān)的條件，即同心條件、鄰接條件和安裝條件。此外，還要考慮到與承載能力有關(guān)的其它條件。當(dāng)閘住時，1）已知總傳動比，而。又 2）由類比法取 則3）驗算傳動比： 滿足條件。由以上配齒計算可知各傳動齒輪的齒數(shù)為：名稱代號齒數(shù)太陽輪22行星輪32內(nèi)齒圈86外齒圈142齒輪56第四章 行星齒輪傳動的效率4.1 概述4.1.1 行星齒輪傳動效率的組成行星齒輪傳動效率是此種沖動裝置的重要性能指標(biāo)之一，為確定行星齒輪傳出的效率，首先應(yīng)分析和了解它的傳動損失。行星齒輪傳動主要有如下四種損失：1） 齒輪嚙合副中的摩擦損失，

28、相應(yīng)的效率為；2） 軸承中的摩擦損失，相應(yīng)的效率為；3） 液力損失，即潤滑油的攪動和飛濺引起的功率損失，相應(yīng)的效率為；4） 行星齒輪傳動中的均載機構(gòu)或輸出機構(gòu)的摩擦損失，相應(yīng)的效率為；行星齒輪傳動的總效率可表示為： 其中值尚無準(zhǔn)確計算方法，可通過試驗確定。4.1.2 行星齒輪傳動效率的特點就傳動效率的組成而言，行星傳動與普通定軸傳動是一樣的，但是效率的高低和計算方法則大不相同。通過試驗和理路研究分析發(fā)現(xiàn)行星傳動的效率有以下特點：1） 行星齒輪傳動的效率，隨其結(jié)構(gòu)的不同而不同；2） 同一類型的行星齒輪傳動的效率，當(dāng)主，從動件改變時，效率隨之改變；3） 同一類型的行星齒輪傳動的效率，隨傳動比的變化

29、而變化；4） 行星齒輪傳動小路的變化范圍極大，高的達0.98以上，低的可接近于零，甚至自鎖。因此在設(shè)計行星齒輪傳動時，要求考慮到以上幾點，選擇最合適的結(jié)構(gòu)及運轉(zhuǎn)狀態(tài)。4.1.3 計算行星齒輪傳動效率的依據(jù)和途徑在進行行星齒輪傳動的運動分析時，是通過轉(zhuǎn)臂固定的轉(zhuǎn)化機構(gòu)的運動關(guān)系，求得各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速和傳動比的。根據(jù)相同的原理，行星齒輪的效率也可以通過轉(zhuǎn)化機構(gòu)的功率關(guān)系或力矩關(guān)系求得。因此，假定行星齒輪傳動的摩擦損失功率等于它的轉(zhuǎn)化機構(gòu)的摩擦損失功率，然后通過轉(zhuǎn)化機構(gòu)的摩擦損失功率的計算關(guān)系，進而求得行星齒輪傳動的效率。上述的假定是建立在這樣的基礎(chǔ)上的：首先，嚙合摩擦損失是功率損失的主要部分，其大小取

30、決于齒廓間的摩擦系數(shù)、作用力和相對滑動速度，而行星輪系變?yōu)檗D(zhuǎn)化機構(gòu)之后，各構(gòu)件間的相對速度、齒廓間的作用力和摩擦系數(shù)并沒有改變；其次，略去了行星齒輪傳動中由于行星輪的離心作用而增加的軸承摩擦損失。實際上行星傳動中轉(zhuǎn)臂等處的摩擦損失不轉(zhuǎn)化機構(gòu)中該軸承的損失略有增加，當(dāng)因為行星傳動中常用滾動軸承，摩擦系數(shù)很小，消耗在全部軸承中的功率損失占整個功率損失的比例較小，故這一差異可忽略不計。但是，由于轉(zhuǎn)化機構(gòu)中各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速都必須由行星輪系中的轉(zhuǎn)速變成，因此：1） 各構(gòu)件所傳遞的功率要發(fā)生變化；2） 之值可能為正，也可能為負(fù)，這說明構(gòu)件所受的力或力矩的方向，與轉(zhuǎn)速方向之間的關(guān)系可能發(fā)生變化。也就是說，構(gòu)件在

31、行星傳動和在其轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的主從動地位可能發(fā)生變化。 以上兩點對機構(gòu)傳動效率的影響是實質(zhì)性的，這就是行星齒輪傳動的效率不同于轉(zhuǎn)化機構(gòu)傳動效率的根本原因。在行星齒輪傳動中，主動構(gòu)件輸入功率，從動構(gòu)件輸出功率，依一般效率計算的概念，行星傳動的效率應(yīng)為：因 故 （4-1a）或 (4-1b)式中 -行星傳動摩擦損失的功率。 可在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中求得。因前面假設(shè)行星齒輪傳動與其轉(zhuǎn)化機構(gòu)的摩擦損失率相等，應(yīng)為： （4-2a）或 (4-2b）依，將式（4-2）代入（4-1）中，則得： （4-3a）或 （4-3b） (4-3c) (4-3d)用這四個公式判別各機構(gòu)在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中嚙合功率的正負(fù)，從而知道其主從關(guān)系，也就判

32、別了嚙合功率的流向。式（4-3a）是某機構(gòu)在行星機構(gòu)中為主動件，在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中仍然為主動件的情況；式（4-3b）是某機構(gòu)在行星機構(gòu)中為主動件，在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中為從動件的情況；式（4-3c）是某機構(gòu)在行星機構(gòu)中為從動件，在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中為主動件的情況；式（4-3d）是某機構(gòu)在行星機構(gòu)中是從動件，在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中仍為從動件的情況。4.2 行星齒輪效率的計算4.2.1嚙合功率法 所謂嚙合功率法就是利用嚙合功率的概念，推證和建立行星傳動效率計算公式的方法。從式（4-3a）-(4-3d)中看到，若能求得轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的嚙合功率與行星齒輪傳動中功率之比 或，則可以得出行星齒輪傳動效率的計算公式。例如在2k-h型傳動中，若中

33、心輪b固定，則a輪在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的嚙合功率與在行星齒輪傳動中的功率的比值為： （4-4）4.2.2行星齒輪效率的計算1. 當(dāng)a為主動輪（即1）若，依式（4-4），則這表明轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的a輪仍為主動件。因此應(yīng)將式（4-4）代入（4-3a）中，求得其傳動效率為： （4-5a）當(dāng)用： （4-5b）當(dāng)用 （4-5c）2)若表明轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的a輪變?yōu)閺膭蛹?。因此?yīng)將式（4-4）代入（4-5b）中，求得傳動功率為： （4-6）2.當(dāng)轉(zhuǎn)臂h為主動輪時（即1） 若依式（4-4），則。又因為，故（因），這表明轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的a輪仍為從動，故應(yīng)將式（4-4）代入（4-3d）中，求其效率為： =當(dāng)，占分母很小一部分，可忽略，

34、又，代入上式，得： （4-7）2） 若，依式（4-4），則。又因為，故（因），這表明轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的a輪仍為從動，故應(yīng)將式（4-4）代入（4-3d）中，求效率過程與（4-7）相似：因，故有，則有： （4-8）3) 若，依式（4-4），則。又因為，故（因），這表明轉(zhuǎn)化機構(gòu)中的a輪仍為主動，故應(yīng)將式（4-4）代入（4-3c）中，求其效率為： =因，代入上式： （4-9）最常見的四種型式的2k-h傳動的效率計算公式列于表4-1內(nèi)。 對于2k-h型差動傳動的效率計算，差動傳動可以由兩個主動構(gòu)件同時輸入功率，也可以由兩個從動構(gòu)件同時輸入功率。在進行效率計算時，仍要先確定轉(zhuǎn)化機構(gòu)中嚙合功率流的方向，即確定轉(zhuǎn)化

35、機構(gòu)中主動件和從動件，然后安機械傳動的一般公式盡享計算。在此設(shè)計中，差動行星齒輪分兩種情況：一是在起重機輕載或空載時，閘住以為輸入軸輸入功率，以為主動件，以h為從動件，帶動輸出軸輸出功率；另一個是在起重機重載時閘住，以為主動件，h為從動件。兩種情況都只有一個主動構(gòu)建輸入功率，更好的控制起重機在不同工作狀態(tài)下的功率分流情況，滿足工作需要。當(dāng)閘住時：依表4-1可得公式： 由 取0.1，并將各輪齒數(shù)代入得： 則 = 當(dāng)閘住時：依表4-1可得公式： 由 取0.1，并將各輪齒數(shù)代入得： 則= 第五章 行星齒輪系的強度設(shè)計行星齒輪傳動都可以分解為兩對齒輪副的嚙合傳動（外嚙合齒輪副和內(nèi)嚙合齒輪副），因此，其

36、齒輪強度可分別采用定軸線齒輪傳動的公式，但需要考慮行星傳動的特點-多個行星齒輪嚙合（對于ngw型傳動，行星齒輪的輪齒既參與外嚙合又參與內(nèi)嚙合）和運動特點（行星齒輪既自傳又公轉(zhuǎn)）。在一般情況下，ngw型行星齒輪的承載能力注意取決于外嚙合副，因而要計算嚙合齒輪副的強度。但是，對于太陽輪和行星齒輪的輪齒為滲碳淬火、磨削加工，而內(nèi)齒圈為調(diào)質(zhì)處理、插齒加工的行星傳動，且速比較小，內(nèi)齒圈的強度為薄弱環(huán)節(jié)，也需要進行強度校核。5.1 差動輪系強度校核行星齒輪傳動，中心輪和行星輪是薄弱環(huán)節(jié)，一般內(nèi)齒圈的足夠的，所以只要校核中心輪和行星輪即可。 對于a-g傳動： 齒輪材料，熱處理工藝及制造工藝的確定。 齒輪材料

37、為20crni2moa,表面滲碳淬火處理，表面硬度為5761hrc 齒輪為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級。 試驗齒輪輪齒面接觸疲勞極限 試驗齒輪輪齒彎曲疲勞強度極限 太陽輪 行星輪 齒輪齒數(shù) 5.1.1 齒輪傳動主要參數(shù)的初算1 按齒面接觸疲勞強度初算小齒輪的分度圓直徑 式中 -算式系數(shù)為768 t1-小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩為864.5 -使用系數(shù)1.25 -綜合系數(shù)2.0 -行星輪載荷分布不均勻系數(shù)1.10 -齒輪齒寬系數(shù)0.7 u-齒數(shù)比1.45 -試驗齒輪的接觸疲勞強度極限1650mpa代入得 =93.6mm2. 按齒根彎曲強度初算齒輪模數(shù) 式中 -算式系數(shù)12.1 -綜合系數(shù)2.0

38、-行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)1.15 -小齒輪齒形系數(shù)2.51 za-小齒輪齒數(shù)22 -試驗齒輪彎曲疲勞強度為455n/mm2代入得： =4.948 取m=5 3. 幾何尺寸計算 分度圓 齒頂圓 基圓直徑 齒頂高系數(shù)： 太陽輪、行星輪-代入上式得： mm mm mm mm mm mm5.1.2 嚙合要素驗算 1.傳動端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 太陽輪 行星輪 （2）端面嚙合長度 式中 號正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合； -端面節(jié)圓嚙合角。 直齒輪 =25則 =29.2 （3）端面重合度 5.1.3 強度校核 （1） 確定計算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 t=864.5 名義圓周力 =15718n(2)

39、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)按6-13中相應(yīng)公式計算。且可按每年工作300天，每天工作16h。即 =6.6109次（3）確定強度計算中的各種系數(shù) 1）使用系數(shù) 取=1.252）動負(fù)荷系數(shù) 由圓周速度 查圖5-1得 由式（5-1） （5-2） 式中 -由圖5-2查得=1.2（） -由圖5-5查得=1.0（v=2.65m/s,） -由圖5-4查得=1.18 -由圖5-5查得=1.0 -與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，=0.7 -與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，=0.85則 3）齒間載荷分布系數(shù)，因 ，精度6級，硬齒面直齒輪，由表5-9查得 4）節(jié)點區(qū)域系數(shù)可查圖5-13或按下式計算： 式中 直齒輪 -端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪=25 -

40、端面壓力角 直齒輪=a=255）彈性系數(shù) 由表5-10查得 6）載荷作用齒頂時的齒形系數(shù)根據(jù) z1=22和x1=0由表5-8和圖5-11e查得7）載荷作用齒頂時的應(yīng)力修正系數(shù) 由表5-11和圖5-20e查得=1.758）重合度系數(shù)、y 9) 螺旋角系數(shù)、可查得5-21或按下式計算： 因 得 得=1（4）齒數(shù)比u u= (5) 計算接觸應(yīng)力的基本值 =（6）接觸應(yīng)力 = =1026.6mpa (7) 彎曲應(yīng)力的基本值 = =147.4mpa(8) 齒根彎曲應(yīng)力 = =233mpa(9) 確定計算許用接觸應(yīng)力時的各種系數(shù) 1）壽命系數(shù) 因為，由圖5-19得=1.0 2）潤滑系數(shù) 由圖5-14查得=

41、1.033）速度系數(shù) 因v=2.65m/s和 由圖5-15查得=0.99 4）粗糙度系數(shù) 因 由圖5-16查得=0.90 5） 工作硬化系數(shù)因大小齒輪均為硬齒面，且齒面由圖5-17取=1.0 6） 尺寸系數(shù) 由圖5-18查得（10）許用接觸應(yīng)力 = = =1514.3mpa 因接觸應(yīng)力小于許用接觸應(yīng)力=1514.3mpa，即。所以，滿足接觸疲勞強度條件。（11）確定計算許用彎曲應(yīng)力時的各種系數(shù)1） 試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)2） 壽命系數(shù) 因 由圖5-25得=0.823） 相對齒根圓角敏感系數(shù) 由，由圖5-22查得=0.994） 齒根表面狀況系數(shù)5）尺寸系數(shù) 由圖5-24查得=1.0（12）許用彎

42、曲應(yīng)力 = =683.3mpa因齒根彎曲強度，小于許用彎曲應(yīng)力=683.3mpa, 即： 所以，設(shè)計滿足齒根彎曲強度條件。5.2 定軸輪系強度校核 對于z1-z2傳動 齒輪材料，熱處理工藝及制造工藝的確定。 齒輪材料為20crni2moa,表面滲碳淬火處理，表面硬度為5661hrc 齒輪為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為7級。 試驗齒輪輪齒面接觸疲勞極限 試驗齒輪輪齒彎曲疲勞強度極限 z1 z2 齒輪齒數(shù) z1=56 z2=1425.2.1 齒輪傳動主要參數(shù)的初算1. 按齒根彎曲強度初算齒輪模數(shù) 式中 t1-小齒輪的轉(zhuǎn)矩為1224nm-算式系數(shù)12.1 -綜合系數(shù)2.0 -行星輪間載荷分布不

43、均勻系數(shù)1.15 -小齒輪齒形系數(shù)2.51 z1-小齒輪齒數(shù)56 -試驗齒輪彎曲疲勞強度為455n/mm2代入得： =4.06 取m=4 取2. 幾何尺寸計算 分度圓 齒頂圓 基圓直徑 齒頂高系數(shù)： 太陽輪、行星輪-代入上式得： mm mm mm mm mm mm 取b=157mm5.2.2 嚙合要素驗算 1. z1-z2傳動端面重合度 （1）頂圓齒形曲率半徑 z1輪 z2輪 （2）端面嚙合長度 式中 號正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合； -端面節(jié)圓嚙合角。 直齒輪 =25則 =16.2 （3）端面重合度 5.2.3 強度校核（1）確定計算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 t=1224 名義圓周力 =10928.6n(2) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)按6-13中相應(yīng)公式計算。且可按每年工作300天，每天工作16h。 =7.8109次（3）確定強度計算中的各種系數(shù) 1）使用系數(shù) 取=1.252）動負(fù)荷系數(shù)由圓周速度 查圖5-1得 由式（5-1） （5-2） 式中 -由圖5-2查得=1.31（） -由圖5-5查得=1.0（v=2.65m/s,） -由圖5-4查得=1.24 -由圖5-5查得=1.0 -與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，=0.7 -與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù)，=0.85則 3）齒