行星齒輪傳動課程設(shè)計

1、行星齒輪傳動課程設(shè)計目錄一. 緒論31引言32. 行星齒輪傳動的特點及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4(1) 行星齒輪傳動的特點及應(yīng)用4(2) 國內(nèi)外的研究狀況及其發(fā)展方向53. 本文的主要內(nèi)容7二. 機構(gòu)簡圖的確定7三. 齒形與精度8四. 齒輪材料及其性能8五. 設(shè)計計算91. 配齒數(shù)92. 初步計算齒輪主要參數(shù)10(1) 按齒面接觸強度計算太陽輪分度圓直徑10(2) 按彎曲強度初算模數(shù)113. 幾何尺寸計算124. 重合度計算145 嚙合效率計算14六. 行星輪的強度計算15七. 疲勞強度校核191. 外嚙合19(1) 齒面接觸疲勞強度19(2) 齒根彎曲疲勞強度222. 內(nèi)嚙合25A-安全系數(shù)校核26九

2、.零件圖及裝配圖29十.參考文獻30一. 緒論1.引言漸開線行星齒輪減速器是一種至少有一個齒輪繞著位置固定的 幾何軸線作圓周運動的齒輪傳動,這種傳動通常用內(nèi)嚙合且多采用幾 個行星輪同時傳遞載荷，以使功率分流。漸開線行星齒輪傳動具有以 下優(yōu)點:傳動比范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積和質(zhì)量小、效率普遍較高、 噪音低以及運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等，因此被廣泛應(yīng)用于起重、冶金、工程機械、 運輸、航空、機床、電工機械以及國防工業(yè)等部門作為減速、變速或 增速齒輪傳動裝置。漸開線行星齒輪減速器所用的行星齒輪傳動類型很多，按傳動機 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，

3、W外嚙合，G內(nèi)外嚙合公用行星齒輪，ZU錐齒輪。NGW型行星齒輪傳動機構(gòu)的主要特點有：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 速機重量減速輕1/2以上，體積縮小1/21/3;2、傳動效率高;3、傳 動功率范圍大，可由小于1千瓦到上萬千瓦，且功率越大優(yōu)點越突出, 經(jīng)濟效益越高;4、裝配型式多樣，適用性廣，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小;5、 外齒輪為6級精度，內(nèi)齒輪為7級精度，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已成為傳動中應(yīng)用最多、傳遞功率大的一種行星齒輪傳動。NGW型行星齒輪傳動機構(gòu)的傳動原理:當高速軸由電動機驅(qū)動時，帶動太陽輪回轉(zhuǎn)，再帶動行星輪轉(zhuǎn)動，由于內(nèi)齒圈固定不

4、動，便 驅(qū)動行星架作輸出運動，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、三級或多級傳動。NGW型行星齒輪傳動機構(gòu) 主要由太陽輪、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ZKH型行星齒輪傳動機構(gòu)。2. 行星齒輪傳動的特點及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）行星齒輪傳動的特點及應(yīng)用傳動裝置是大多數(shù)機械設(shè)備必不可少的重要部件，其性能直接決 定著整臺設(shè)備的性能和質(zhì)量，隨著機械工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對傳動 裝置的要求越來越高，要求體積小、重量輕、承載能力大、效率高、 壽命長。普通齒輪傳動減速器傳動比小，當傳動比大時需多級減速, 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

5、減速器的性能好，但效率較低。對于從事機械設(shè)計的工程設(shè)計人員而 言，這就意味著兩方面的要求:其一，掌握和應(yīng)用先進、合理的傳動 形式；其二，掌握和應(yīng)用先進的設(shè)計思想、設(shè)計手段和方法。行星傳 動是近幾十年來迅速發(fā)展和應(yīng)用起來的新型的齒輪傳動形式之一，在 各種機械傳動中得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高機械設(shè)備、儀器和儀表 等的工作壽命、可靠性和減小外形尺寸，其傳動形式常以行星傳動代 替定軸傳動。行星齒輪傳動與其他形式的齒輪傳動相比有如下幾個特點:（1）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、承載能力高,這個特點是由行星齒輪傳動的結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素決定的。町功率分流用幾個完全相同的行星輪均勻地分布在中心輪的周 圍來

6、共同分擔載荷，因而使每個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)共軸線式的傳動裝置各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動，輸入軸 與輸出軸共軸線，使這種傳動裝置長度方向的尺寸大大縮小。(2) 傳動比大只要適當?shù)倪x擇行星傳動的類型及配齒方案，就可以利用很少的幾個齒輪而得到很大的傳動比。在不作為動力傳動而 主要用以傳遞運動的行星機構(gòu)中，其傳動比可達到幾千。此外，行星 齒輪傳動由于它的三個基本構(gòu)件都可以傳動，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。(3) 傳

7、動效率高由于行星齒輪傳動采用了對稱的分流傳動結(jié) 構(gòu)，即它具有數(shù)個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,有利于提高傳動效率。在傳動類型選擇恰當、 結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率可達0.97-0.99o(4) 運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強由于采用數(shù)個相同的行星輪，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，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)，抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。在具有上述特點和優(yōu)越性的同時，行星齒輪傳動也存在一些缺 點，如結(jié)構(gòu)形式比定軸齒輪傳動復(fù)雜；對制造質(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

8、要求嚴格的潤滑與冷卻裝置等。行星齒輪傳動的設(shè)計進行研究，對促進技術(shù)進步和國民經(jīng)濟的發(fā) 展具有重要的理論和實用意義。(2)國內(nèi)外的研究狀況及其發(fā)展方向世界上一些工業(yè)發(fā)達的國家，如：日本、德國、英國、美國和 俄羅斯等，對行星齒輪傳動的應(yīng)用、生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu) 化、傳動性能、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)了一些新型的傳動技術(shù)，如封閉行星齒輪傳動、行星齒輪變速傳動 和微型行星齒輪傳動等早已在現(xiàn)代的機械傳動設(shè)備中獲得了成功的 應(yīng)用。國內(nèi)對行星齒輪傳動比較深入的研究最早開始于20世紀60 年代后期，20世紀70年代制定了 NGW型漸開線行星齒輪減速 器標準系列JB1799-1

9、976O 一些專業(yè)定點廠己成批生產(chǎn)了 NGW型 標準系列產(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，如列車電站燃氣輪機（3000KW）、高速氣輪機（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 的行星齒輪減速器已成批生產(chǎn)，如礦井提升機的XL-30型行星齒輪 減速器（800kW）,雙滾筒采煤機的行星齒輪減速器（375kW）。世界各先進工業(yè)國家，經(jīng)由工業(yè)化、信息時代化，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 星齒輪傳動已達到較高的水平。我國與世界先進水平雖存在明顯的差 距，但隨著改革開放帶來設(shè)備引進、技術(shù)引進

10、，在消化吸收國外先進 技術(shù)方面取得很大的進步。目前行星齒輪傳動正在向以下幾個方面發(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22065RW； 大型水泥磨中所用80/125型行星齒輪箱，輸出轉(zhuǎn)矩高達4150kNm。 在這類產(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、 零件材料與熱處理及高效率、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。實現(xiàn)無級變速就是讓行星齒 輪傳動中三個基本構(gòu)件都傳動并傳遞功率,這只要對原行星機構(gòu)中

11、固 定的構(gòu)件附加一個轉(zhuǎn)動（如采用液壓泵及液壓馬達系統(tǒng)來實現(xiàn)），就 能成為變速器。3）向復(fù)合式行星齒輪傳動發(fā)展。近年來，國外將蝸桿傳動、旋齒輪傳動、圓錐齒輪傳動與行星齒輪傳動組合使用，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，這樣可適用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，克服各自的弱點，以 適應(yīng)市場上多樣化需要。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。3. 本文的主要內(nèi)容NGW型行星齒輪傳動機構(gòu)的傳動原理:當高速軸由電動機驅(qū)動時,帶動太陽輪回轉(zhuǎn)，再帶動行星輪轉(zhuǎn)動，由于內(nèi)齒

12、圈固定不動，便 驅(qū)動行星架作輸出運動，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、三級或多級傳動。NGW型行星齒輪傳動機構(gòu) 主要由太陽輪、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型行星齒輪傳動機構(gòu)。本設(shè)計的主要內(nèi)容是單級NGW型行星減速器 的設(shè)計。二. 機構(gòu)簡圖的確定 減速器傳動比上6,故屬于1級NGW型行星傳動系統(tǒng)。17查書漸開線行星齒輪傳動設(shè)計書表41確定 =2或3,從提 高傳動裝置承載力，減小尺寸和重量出發(fā)，取 =3。計算系統(tǒng)自由度W=3*3-2*3-2=l三. 齒形與精度因?qū)儆诘退賯鲃樱约胺奖慵庸?，故采用齒形角為20。，直齒傳動, 精度定位6級。

13、四. 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。表1齒輪材料及其性能齒輪材料熱處理bH lim(N/mm2)CT F lim(N/inm2)加工精度太陽輪20CrMnTi滲碳淬火HRC586214003506級行星輪245內(nèi)齒輪40Cr調(diào)制HB262-2936502207級五. 設(shè)計計算1.配齒數(shù)采用比例法：Za.Zc.Zb.M =Za： Za(i 一 2)/2 ： (, - l)Za : Za(i / Hp)=Zt: 2Za : 5Z: 2Za按齒面硬度 HRC=60, u = Zc/Za=(6 2)/2 = 2査漸開線行星齒輪傳動設(shè)計書圖4-7

14、a的Z? max = 20。 13Zz20o 取乙= 17。由傳動比條件知 Y = iZ, = 17*6 = 102M = Y/3 = 102/3 = 34計算內(nèi)齒輪和行星齒輪齒數(shù)Z, = Y-Zz = 102-17 = 85Z =2* 乙=342. 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(、 v ITciKaKHpKhZ U 土用式= K恥勺進行計算，式中系數(shù)如下:u=Z/Z = 34/17 = 2,太陽輪傳遞的扭矩Ta = 9549P/nPna = 9549*30/(3* 100) = 954.9 N-m則太陽輪分度圓直徑為：TuKaKhpKh w 1954.9 xl

15、.25 xl.05xl.8 2 + 1=768 x 刃7x0.7X140022=103.76 mm表2齒面接觸強度有關(guān)系數(shù)代號名稱說明取值Ktd算式系數(shù)直齒輪768Ka使用系數(shù)表65,中等沖擊1.25Khp行星輪間載荷分配系數(shù)表7-2,太陽輪浮動，6級精度1.05Kh綜合系數(shù)表 6-4, %P = 3 ,高精度，硬齒面1.8(p(i小齒輪齒寬系數(shù)表630.7代號名稱說明取值CH lim實驗齒輪的接觸疲勞極限圖6161400以上均為在書漸開線行星齒輪傳動設(shè)計上查得(2)按彎曲強度初算模數(shù)T KaKfpKfYfu用式 =K叫 ZE訕進行計算。式中系數(shù)同表1，其余系數(shù)如表2。因為(JFlim2*YF

16、a/YFa2 = 245X3.18/2.54 = 306.73 (TF limi = 350 N/mm2,所以 應(yīng)按行星輪計算模數(shù)ITuKaKfpKfL YFa 2m =3 5Y (PcZyF lim 2_廣 p J954.9 x 1.25 x 1.075 x 1.6 x 2.45 ._* X V0.7x172x245= 5.64表3 彎曲強度有關(guān)系數(shù)符號名稱說明取值Kt.n算式系數(shù)直齒輪12.1KFp行星輪間載荷分配系數(shù)Kfp 二 1 + 1 .5（Khp 1）=1+1.5（1.05-1）1.075Kfz綜合系數(shù)表64高精度，1.6Yfu!齒形系數(shù)圖625,按x=0査值3.18YFa2齒形系

17、數(shù)圖6-25,按x=0查值2.45以上均為在書漸開線行星齒輪傳動設(shè)計上査得若取莫屬m = 6 ,則太陽輪直徑(d)二乙加= 17x6 = 102 mm, 與接觸強度初算結(jié)果(“ = 103.76 mm接近，故初定按 (d)“ = 108.5 mm, m = 6進行接觸和彎曲疲勞強度校核計算。3. 幾何尺寸計算將分度圓直徑、節(jié)圓直徑、齒頂圓直徑的計算值列于表3。表4 齒輪幾何尺寸齒輪分度圓直徑節(jié)圓直徑齒頂圓直徑太陽輪（町d = 102（/）a = 102（仏= 114行外嚙合星輪內(nèi)嚙合（）=204（卜= 204=216內(nèi)齒輪（“ = 510（d” = 510（厶）b = 498對于行星輪，各主要

18、參數(shù)及數(shù)據(jù)計算值列于表4表5行星輪幾何尺寸名稱代號數(shù)值齒數(shù)34模數(shù)m6壓力角a20分度圓直徑d204mm齒頂高6mm齒根高hf75mm齒全高h13.5mm齒頂圓直徑心216mm齒根圓直徑189mm基圓直徑db191.70mm齒距P1&84mm齒厚s9.42mm齒槽寬e9.42mm4. 重合度計算外嚙合：(r)a= mZa/2 = 6x17/2 = 51(r)c =加Z/2 = 6 x 34/2 = 102(r)A = (a)a/2 = 114/2 = 57(/)1.2內(nèi)嚙合：(r)b= m Zb/2 = 6x 85/2 = 255( =加 Z/2 = 6 x 34/2 = 102D =(如 “

19、2 = 495/2 = 247.5(九)心(d“)/2 = 216/2 = 108(aa)b = arccos(r)b cos a/(r)&) = arccos(255cos 20/247.5) = 14.50 aa)c = arccos(r)ccosz/(r1.25. 嚙合效率計算式中入為轉(zhuǎn)化機構(gòu)的效率，可用KyapsiBneB計算法確定。査圖3-3a. b （取m=0.06,因齒輪精度髙）得各嚙合副的效率為=0-978 ,沁=0.997 ,轉(zhuǎn)化機構(gòu)效率為 F =曲血=0.987x0.997 = 0.984x Z/785-轉(zhuǎn)化機構(gòu)傳動比lab二藝77 = 51 + 5x0.9841 + 5=

20、0.987六.行星輪的強度計算行星輪可歸結(jié)為受內(nèi)外載荷的封閉圓環(huán)，其彎曲半徑與斷面厚度 之比pEy5,屬于大曲率圓環(huán)，彎曲中性層不通過重心，相距為e。當軸承裝在行星輪內(nèi)時，其輪緣減薄，若hMY3時，在載荷作用F有較大變形。此變形對齒輪彎曲強度和軸承的承載能力有顯著影響，應(yīng)準確且計算。但在設(shè)計時由于軸承上載荷大小和分布規(guī)律不清 楚，而難以計算。這里設(shè)想軸承中反力按余弦規(guī)律分布，并且不考慮 離心力對軸承載荷的影響，作一簡化計算。FH圖2計算簡圖及彎矩分布在與內(nèi)、外齒中心輪嚙合處分別有一組相等且對稱的載荷：圓周 力斥、徑向力巴和斥對彎曲中心的力矩冏。在圓周力斥相背的一半軸 承上作用有按余弦規(guī)律分布的

21、徑向分布力。載荷計算式如表6。內(nèi)力素彎矩在兩個嚙合節(jié)點，即斷面1處達最小值，在與斷面 1成90處達最大值。這兩個斷面的彎矩冏、和軸向力M、N?的 計算式列于表6o表6行星輪輪緣強度計算公式外載荷危險斷面的彎矩耳=2嚴d肆pFr = Fjga；Mx =FHG =cos-l)M 嚴-耳 p(0.094+0.31 &ga； +0.5)M. = f；p(0.11 + 0.182/-0.138P危險斷面的軸向力輪緣外側(cè)彎曲應(yīng)力N、=0MJiN、CTmax =一一 + 亠 + %M =f；(079605/gy+0.637?)Se(p + /i) SPMxhNbminQ n、+ e +Se(p + h)S最

22、大、最小應(yīng)力都發(fā)生在輪緣的外側(cè)，為彎曲應(yīng)力、軸向應(yīng)力和離心應(yīng)力之和。內(nèi)力素及應(yīng)力計算公式列于。其中離心力產(chǎn)生的應(yīng)力_ 2兀_ 2兀式中/齒輪材料的比重；Z=Tg重力加速度;齒輪的絕對角速度；吩齡罟=52珈如A輪緣斷面重心位置的曲率半徑。使用表6中的公式時，要從實際斷面尺寸換算出一個相當矩形斷 面，才能較準確的求出應(yīng)力的大小和位置。相當斷面的慣性矩為心 Anin+Smi式中 bn、S麗，實際斷面對OX軸的慣性矩和斷面面積;a系數(shù)，按經(jīng)驗公式確定：a = 0.25jm(h“n +0.3 肋=0.25 * J6* (44.5+0.3*6) =4.167力mm不計輪齒時的斷面厚度；5=44.5加齒輪模

23、數(shù)。相當斷面的寬度取為輪緣的實際寬度b,其高度h、面積S、斷面系數(shù)W分別為h =從圖中讀出，實際斷面尺寸 =72, d（孔）=100=55; S = bh = 72 * 55 = 3960 ；W = = 363006 6bh3 72*55min = 一 =998250 ,5min = bh = 72*55 = 3960 min 22minI = 7min + 5mintz2 = 998250 + 3960 * 4.1672 = 1067011斷面的彎曲半徑為Q =PL ； A =72.25 , 而丄=1067011=373pS 72.25 * 3960 =燉一幺=72.25 -3.73 = 6

24、8.52盞*52.3宀72.仁2叫曲）30斷面上承受最大、最小應(yīng)力處到斷面重心的距離為和力”。先決定內(nèi)側(cè)/? = 25.98 ,則h =h-h =29.02,40.48數(shù)據(jù)計算：圓周力斤=斧9詈：.25=7.觀N)心知102*3徑向力你=Fjga = 7.80*(32.78) = 5.02(燈V)力矩冏=F=78*4048=315744(N2)4*7.83.14*68.52徑向分布力cos (2 一 1)0. = 0.145 cos kN! nun)危險斷面的彎矩. H40 48=-斤(0094+0318農(nóng)冬 +0.5 )= 一502 水 6852*(0094+031&g3278 + 05*)

25、 p6&52= 20433(N”= Fxp(0.11 + 0.182/a； -0.138 = 5.02* 68.52* (0.11 + 0.182/g32.78+0.138*p6&52= 10617(N 加)危險斷面的軸向力N、=0/ H,40.48”2 =斤(0796-05仗/+0637)= 502*(0796-05$3278。+ 0637*) = 4.27kNp68.52M h N輪緣外側(cè)彎曲應(yīng)力嘰=廠+甘+ b廠6207(N / 腫) Se(p + li) SSin = W 廠 + J + bQ = 5 1 2.9(N)Se(p + h) S七.疲勞強度校核1.外嚙合(1)齒面接觸疲勞強

26、度(Th = (T H OyjKAKvKHKHaKHp(JHO = ZhZeZZ/3Ft uldb u6/limZv計算接觸應(yīng)力,用式6P = . - ZZZrZwZxDH min計算其許用應(yīng)力bHP。三式中的參數(shù)和系數(shù)取值如表5。接觸應(yīng)力基本值bHO：Ft ul(jho = ZhZeZZsdb u=2.5xl89.8x0.89xlx/x=825.85 N/mm2接觸應(yīng)力67 :ch (7 h oj KaKvKh p Kh a Khp=825.85 x VL25xL005xl.l 14x1x1.05= 1001.98 N/mm2許用接觸應(yīng)力HP：bH lim ZnbHP ZlZvZ/?ZwZxSh min=1400xL03xl.05x0.88xl.03xlxl1.25二 1097.9 N/mm2故(TH 61Sh min最小安全系數(shù)按可靠度査表6-81.25代號名稱說明取值CTH lim接觸疲勞極限査圖6-161400以上均為在書漸開線行星齒輪傳動設(shè)計上査得（2）齒根彎曲疲勞強度齒根彎曲疲勞應(yīng)力及其許用應(yīng)力（7FP ,用式CTF 二Fi:CFoKAKvKrf