基于ProE的行星齒輪減速器設(shè)計

基于Pro/E的行星齒輪減速器設(shè)計〔**大學(xué)**學(xué)院機械****〕摘要目前，減速器作為機械傳動裝置應(yīng)用日益廣泛，但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)給設(shè)計工作帶來了重復(fù)性和繁瑣性。正基于此，本論文開發(fā)了基于Pro／E的漸開線行星齒輪減速器三維參數(shù)化CAD系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，用戶可以在可視化平臺上實現(xiàn)交互式設(shè)計，大大提高其設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，也方便了產(chǎn)品后續(xù)的運動仿真和有限元分析等，符合現(xiàn)代設(shè)計思想的開展要求。Pro/E系統(tǒng)是3DCAD/CAM實體設(shè)計系統(tǒng),Pro/E最顯著的優(yōu)點是造型功能強,目前在工業(yè)設(shè)計中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，越來越多的設(shè)計人員用Pro/E進行三維設(shè)計。本文主要基于Pro/E設(shè)計行星減速器,行星減速器的設(shè)計過程主要包括行星傳動設(shè)計，均載機構(gòu)的設(shè)計計算、軸和軸承的選擇計算與校核，Pro/E建模等過程。在本次行星減速器的設(shè)計中，由于減速器齒輪傳動中的兩個內(nèi)齒輪齒數(shù)不相同，而公共行星輪要同時與兩個內(nèi)齒輪相嚙合，故行星減速器必須要采用角度變位。在實際中，由于行星減速器由于不可防止的制造和安裝誤差，以及構(gòu)件的變形等因素的影響，致使行星輪間的載荷分布是不均勻的，本次設(shè)計是基于Pro/E的實體設(shè)計，這樣就更加直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計中所存在的問題，并加以優(yōu)化。關(guān)鍵字：齒輪減速器；行星傳動；均載機構(gòu)；Pro/EAbstractAtpresent,gearreducerisamechanicaldrivingdevicewhichisextensivelyappliedinmechanism.Butdesigningreducerisaperplexinganditerativeprocessbecauseofitscomplicatedstructure.Thepaperexpoundsthetechniquesofbuildinga3DparametricCADsystemofinvoluteplanetaryreducerbasedonPro/E.Throughthissystem,userscaninteractivelydesignallpartsofthereduceronthevisualcircumstance.Thissystemnotonlyimprovesdesigningqualityandefficiency,butalsobeofvaluetomovementsimulationandfiniteelementanalysis.Soitsatisfiesthedevelopmentofmoderndesigning.Pro/Eisanentitydesigningsystemof3DCAM/CAD.ThemostnotablemeritofPro/Eisthepowerfulfunctioninmodeling.Andnow,itisappliedwidelyinindustrydesign,andusedbymoreandmoredesignersin3Ddesign.Inthispaper,theplanetarydeceleratorisdesignbasedonthePro/E.Ourworksmainlyincludethedesignofplanetarytransmission,calculationoftheloadbalancingmechanism,designoforganizationcalculate,thechoiceofaxleandaxletreeaccordingtoourcalculationdata,andmodelingthewholeprocessusingPro/E.Becauseofthedifferentnumbersofteethofthetwoinnergearwheelsinthedecelerator,andthepublicplanetarygearshouldmeshwiththetwoinnergearwheelatthesametime,sotheplanetarydeceleratormustadopttheanglecorrecting.Inreality,becauseofunavoidableerrorsinmanufactureandinstallationoftheplanetarydecelerator,andtheinfluencebythefactorssuchasthedeformationofcomponent,etc.,thenon-uniformoftheloadoftheplanetarywheelsdistributioniscaused.BasedontheentitydesigningsystemPro/E,ourdesigncandiscovertheproblemsmoreintuitivelyandcanoptimizethedesign.Keywords:Geardecelerator,Planetarytransmission,Loadbalancingmechanism,Pro/E目錄TOC\o"1-3"\h\u10492第一章前言 1293251.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 189771.1.1行星齒輪減速器的開展概況 18471.1.2行星齒輪減速器的特點 12331.2本論文解決的關(guān)鍵問題 246221.3本論文研究的主要內(nèi)容 220983第二章行星齒輪傳動的設(shè)計 3175692.1行星齒輪傳動的設(shè)計計算 3287032.1.1選取行星齒輪傳動的傳動類型 3212842.1.2配齒和主要參數(shù)計算 4270822.1.3配齒結(jié)果的驗算 8220552.1.4嚙合要素計算 9291352.1.5傳動效率的計算 10265102.1.6齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11111032.1.7齒輪強度驗算 12131052.2行星輪減速器均載機構(gòu)的設(shè)計 1568072.2.1均載原理 15158072.2.2行星輪間載荷分布不均勻性分析 1616432.2.3均載機構(gòu)的設(shè)計 1670232.3軸的設(shè)計計算 18161222.3.1高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18239402.3.2中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2450152.3.3低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 27298762.4滾動軸承的選擇和計算 31240772.5行星架的選擇 3330696第三章減速器根本零件三維成型 35299113.1行星輪齒輪三維成型 35312253.1.1行星齒輪 3593303.1.2內(nèi)齒輪b三維成型 38118613.2軸的三維建模 3840873.2.1低速軸三維建模 38234613.2.2中間軸和高速軸的三維 3970503.3端蓋三維建模 40217553.5行星輪裝配 43223913.5.1中間軸裝配 43135803.5.2總裝配圖的爆炸圖 4522759小結(jié) 4713429致謝 485528參考文獻 49第一章前言行星齒輪傳動現(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，它幾乎可通用于一切功率和轉(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開展的重點之一。Pro／E系統(tǒng)是3DCAD/CAM實體設(shè)計系統(tǒng),Pro／E最顯著的優(yōu)點是造型功能強,目前在工業(yè)設(shè)計中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，越來越多的設(shè)計人員用Pro／E進行三維設(shè)計。市場需求前景：行星齒輪減速器由于體積小，重量輕，傳動效率高，將會節(jié)省可觀的原料和能源。因此，本減速器是一種節(jié)能型的機械傳動裝置，也是減速器的換代產(chǎn)品。本減速器可廣泛應(yīng)用于機械，冶金、礦山、建筑、航空、軍事等領(lǐng)域。特別在需要較大減速比和較大功率的各種傳動中有巨大的市場和應(yīng)用價值。社會經(jīng)濟效益：現(xiàn)有的各類減速器消耗材料和能源較多，對于大傳動比的減速器，該問題更為突出。由于減速裝置在各部門中使用廣泛，因此，人們都十分重視研究這個根底部件。不管在減小體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長使用壽命和提高承載能力以及降低本錢等等方面，有所改良的話，都將會促進資源〔包括人力、材料和動力〕的節(jié)省。可以預(yù)見，本新型減速器在國內(nèi)外市場中的潛力是很大的。1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1.1行星齒輪減速器的開展概況國外：世界上一些工業(yè)興旺國家，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)優(yōu)化、傳動性能，傳動功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位，并出現(xiàn)一些新型的行星傳動技術(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)代化的機械傳動設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。國內(nèi)：行星齒輪傳動在我國已有了許多年的開展史，很早就有了應(yīng)用。然而，自20世紀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。無論是在設(shè)計理論方面，還是在試制和應(yīng)用實踐方面，均取得了較大的成就，并獲得了許多的研究成果。近20多年來，尤其是我國改革開放以來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的進步和開展，我國已從世界上許多工業(yè)興旺國家引進了大量先進的機械設(shè)備和技術(shù)，經(jīng)過我國機械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時俱進，開拓創(chuàng)新地努力奮進，使我國的行星傳動技術(shù)有了迅速的開展。1.1.2行星齒輪減速器的特點目前，行星傳動技術(shù)已成為世界各國機械傳動技術(shù)的重要開展方向，主要表現(xiàn)在廣泛采用硬齒面、高精度、高轉(zhuǎn)速、大功率、大轉(zhuǎn)矩、大規(guī)格，而且向多品種、標準化的方向開展。概括地講，在礦山、工程、冶金、起重、運輸、輕工、石油化工、機床、汽車、機器人、坦克、火炮、飛機、船舶、儀器儀表等機械行業(yè)和高科技領(lǐng)域中，已普遍采用行星傳動作為減速、增速、差速、變速或控制裝置。(1)行星齒輪傳動的優(yōu)點①結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕行星傳動具有行星運動和功率分流的傳動特性，采用內(nèi)齒輪副,可以充分利用內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈內(nèi)部的可容空間，使其具有結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸小、重量輕等優(yōu)點。通常情況下，傳遞功率和傳動比相同時，行星傳動的體積和重量約為普通齒輪傳動的1/2～1/6。②傳動比大，可實現(xiàn)運動的合成與分解行星傳動的類型很多，如漸開線行星傳動、擺線針輪行星傳動、諧波行星傳動及活齒行星傳動等，一般都具有大傳動比的特點。用于傳遞運動時，其最大傳動比可達幾萬或數(shù)十萬以上；作為動力傳動，其最大傳動比可達幾十或數(shù)百。采用差動行星傳動，可實現(xiàn)兩個運動的合成和一個運動的分解。在某些情況下，適中選擇行星傳動的類型，可實現(xiàn)各種變速的復(fù)雜運動。③效率高、功率損失小行星傳動采用數(shù)個行星輪均勻分布在內(nèi)、外中心輪之間，可平衡作用于中心輪與行星架軸承上的慣性力。采用這種對稱結(jié)構(gòu)，有利于提高傳動系統(tǒng)的效率。適中選擇傳動類型，設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)，可使行星傳動的效率到達0.97～0.99。④傳動平穩(wěn)，抗沖擊振動能力強采用數(shù)個行星輪均勻分布在兩個中心輪之間，同時用均載裝置保持各行星輪間載荷均勻分布和功率均勻分流，不僅可平衡各行星輪和轉(zhuǎn)臂的慣性力，而且顯著提高了行星傳動的平穩(wěn)性以及抗沖擊、振動的能力。(2)行星齒輪傳動的缺點行星齒輪傳動的主要缺點是材料優(yōu)質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝較困難等。但隨著人們對行星傳動技術(shù)進一步深人地了解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)工藝水平也不斷提高。因此，對于它的制造安裝問題，目前已不再成為一件困難的事情。實踐說明，在具有中等技術(shù)水平的工廠里也完全可以制造出較好的行星齒輪傳動減速器。1.2本論文解決的關(guān)鍵問題減速器的傳動局部設(shè)計，均載機構(gòu)的設(shè)計以及Pro／E的建模是此次設(shè)計的重要局部，這將直接決定此次設(shè)計的好壞關(guān)鍵。1.3本論文研究的主要內(nèi)容減速器是動力和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需求。本論文研究的主要內(nèi)容為：〔1〕行星齒輪傳動的設(shè)計計算，包括齒輪傳遞類型確實定、齒輪主要參數(shù)的計算、傳動效率的計算及齒輪強度校核等；〔2〕行星減速器均載機構(gòu)的設(shè)計，包括均載裝置類型的選取、均載機構(gòu)的選擇及行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)確實定等；〔3〕軸的設(shè)計計算，包括高速軸、中間軸和低速軸的設(shè)計及計算；其他零件如滾動軸承的選擇、行星架的選擇等〔4〕行星齒輪減速器根本零件〔包括齒輪、軸等〕的三維成型。第二章行星齒輪傳動的設(shè)計2.1行星齒輪傳動的設(shè)計計算本設(shè)計為一礦山機械裝置所需配用的行星齒輪減速器。輸入功率P=30kW，輸入轉(zhuǎn)速n＝1500r／min，傳動比i=96，允許的傳動比偏差為△ip＝0.01。以短期間斷的工作方式，每天工作16h，要求使用壽命10年以上。且要求該行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸較小和傳動效率較高。選取行星齒輪傳動的傳動類型行星齒輪傳動可根據(jù)采用的根本構(gòu)件不同劃分為：２Ｋ-Ｈ型、３Ｋ型和Ｋ-Ｈ-Ｖ三種。根本構(gòu)件代號：Ｋ－中心輪；Ｈ－行星架；Ｖ－輸出機構(gòu)。行星齒輪傳動還可按齒輪嚙合方式不同劃分為：ＮＧＷ型、ＮＷ型、ＮＮ型、ＷＷ型、ＮＧＷＮ型、Ｎ型和ＺＵＷＧＷ型等。代號為：Ｎ-內(nèi)嚙合齒輪；Ｇ-外嚙合齒輪；ＺＵ-錐齒輪。根據(jù)上述設(shè)計要求：短期間斷、傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊和外廓尺寸較小。按各類傳動類型的工作特點可知，NGWN〔3K〕型行星傳動比擬合理，其傳動簡圖如圖2.1所示。圖2.1行星齒輪傳動簡圖配齒和主要參數(shù)計算1.配齒計算3K型行星傳動的配齒計算公式：〔2-1〕〔2-2〕〔2-3〕〔2-4〕試中np為行星齒輪的數(shù)目，由《現(xiàn)代機械傳動手冊》參考文獻[1]取np=3?？紤]到該行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，應(yīng)選擇中心輪a的齒數(shù)Za=15。將Za、np和i值代入公式(2-1)和〔2-2〕，可求出齒輪b、e的齒數(shù)Zb和Ze。因Ze–Za=60–15=45為奇數(shù)，按公式〔2-3〕求得行星輪c的齒數(shù)Zc為：再按公式〔2-4〕驗算其實際的傳動比i為：其傳動比誤差為：故滿足傳動比誤差要求，即該行星齒輪傳動的實際傳動比為i=96。最后確定該行星傳動各齒輪的齒數(shù)為Za=15，Zb=57，Zd=Zc=22和Ze=60。2.主要參數(shù)(1)齒輪材料和熱處理的選擇中心輪a和行星輪c均采用20CrNi2MoA，外表滲碳淬火處理，齒面硬度為56-62HRC。據(jù)《機械零件設(shè)計手冊》圖12-12(d)[2]和12-23(d)[2]，取齒面接觸疲勞極限，齒根彎曲疲勞極限。中心輪a和行星輪c的加工精度6級；內(nèi)齒圈b和e的材料采用42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為255-286HBS。據(jù)《機械零件設(shè)計手冊圖》圖12-12(c)[2]和12-23(c)[2]，取齒面接觸疲勞極限和齒根彎曲疲勞極限，內(nèi)齒圈b和c的加工精度7級。(2)按彎曲強度公式[2]計算齒輪的模數(shù)m：〔2-5〕現(xiàn)Za=15，；小齒輪額定轉(zhuǎn)矩；查《機械零件設(shè)計手冊》參考文獻[2]取載荷系數(shù)K=1.8；查《機械零件設(shè)計手冊》參考文獻[2]取齒形系數(shù)；查《機械零件設(shè)計手冊》參考文獻[2]查得齒寬系數(shù)；那么得齒輪模數(shù)m為：(mm)查《機械零件設(shè)計手冊》參考文獻[2]表12-3取標準值，得模數(shù)mm。3.計算變位系數(shù)〔1〕嚙合參數(shù)計算在三個嚙合齒輪副a-c、b-c和e-c中，其中心距為由此可見，三個齒輪副的中心距均不相等，且有。因此，該行星齒輪傳動不能滿足非變位的同心條件。為了使該行星傳動既能滿足給定傳動比的要求，又能滿足嚙合傳動的同心條件，應(yīng)使各齒輪副的嚙合中心距相等。即必須對該3K型行星傳動進行角度變位。現(xiàn)選取嚙合中心距mm，且。由條件，按《現(xiàn)代機械傳動手冊》參考文獻[1]中公式計算各嚙合參數(shù)如下：1〕a-c傳動①嚙合角∵∴②變位系數(shù)和③中心距變動系數(shù)y④齒頂高變動系數(shù)2〕b-c傳動①嚙合角∵∴②變位系數(shù)和③中心距變動系數(shù)④齒頂高變動系數(shù)3〕e-c傳動①嚙合角∵∴②變位系數(shù)和③中心距變動系數(shù)④齒頂高變動系數(shù)〔2〕確定各齒輪的變位系數(shù)1〕a-c傳動在a-c齒輪副中，由于；；<mm。因此，該齒輪副的變位目的是防止小齒輪a產(chǎn)生根切、湊合中心距和改善嚙合性能。其變位方式應(yīng)采用角度變位的正傳動，即〔2-6〕齒頂高系數(shù)，壓力角時，防止根切的最小變位系數(shù)為：中心輪a的變位系數(shù)計算公式為：〔2-7〕因此求得按公式〔2-6〕可得行星輪c的變位系數(shù)為：2〕b-c傳動在b-c齒輪副中，，，。因此，該齒輪副的變位目的是為了湊合中心距和改善嚙合性能。故其變位方式也應(yīng)采用角度變位的正傳動?！?-8〕現(xiàn)其變位系數(shù)和和，那么可得內(nèi)齒輪b的變位系數(shù)為3〕e-c傳動在e-c齒輪副中，，，mm。因此，該齒輪副的變位目的是為了改善嚙合性能和修復(fù)嚙合齒輪副。故其變位方式采用高度變位，即〔2-9〕那么可得內(nèi)齒輪e的變位系數(shù)為：。4.幾何尺寸計算對于該3Ｋ型行星齒輪傳動進行幾何尺寸的計算。如下表2.1：表2.1行星齒輪傳動幾何尺寸計算(單位:mm)工程計算公式太陽輪a行星輪c內(nèi)齒輪b內(nèi)齒輪e分度圓直徑基圓直徑齒頂圓直徑外嚙合內(nèi)嚙合齒根圓直徑外嚙合內(nèi)嚙合齒寬b,取齒寬b=60注：1、齒頂高系數(shù)[1]：太陽輪、行星輪——=1；內(nèi)齒輪——=0.8。2、頂隙系數(shù)C*[1]：太陽輪、行星輪——C*=0.4；內(nèi)齒輪——C*=0.25。2.1.3配齒結(jié)果的驗算所設(shè)計的上述行星齒輪傳動應(yīng)滿足如下的驗算條件。(1)鄰接條件〔2-10〕將的、和值代入上式，那么得：故滿足鄰接條件。(2)同心條件〔2-11〕各齒輪副的嚙合角為，和；且知、、和。代入上式，即得故滿足同心條件。(3)裝配條件〔2-12〕按公式2-10驗算其安裝條件，即得故滿足其裝配條件。2.1.4嚙合要素計算〔1〕a-c傳動端面重合度①頂圓齒形曲徑ρa〔2-13〕太陽輪：(mm)行星輪：(mm)②端面嚙合長度ga〔2-14〕式中，“〞正號為外嚙合，負號為內(nèi)嚙合；③端面重合度〔2-15〕〔2〕b-c傳動端面重合度①頂圓齒形曲徑ρa由公式〔2-13〕得：行星輪：內(nèi)齒輪b：②端面嚙合長度ga由公式〔2-14〕得：③端面重合度由公式〔2-15〕得：〔3〕e-c傳動端面重合度①頂圓齒形曲徑ρa由公式〔2-13〕得：行星輪：(mm)內(nèi)齒輪e：(mm)②端面嚙合長度ga由公式〔2-14〕得：③端面重合度由公式〔2-15〕得：傳動效率的計算a-c齒輪副中節(jié)圓直徑：b-c齒輪副中節(jié)圓直徑：e-c齒輪副中節(jié)圓直徑：可知,內(nèi)齒輪b的節(jié)圓直徑大于內(nèi)齒輪e的節(jié)圓直徑,即，故該行星齒輪傳動效率可采用公式〔2-16〕進行計算，即〔2-16〕，其嚙合損失系數(shù)〔2-17〕和可按如下公式計算，取輪齒的嚙合摩擦系數(shù)，即代入公式〔2-17〕，得代入公式〔2-16〕，即得傳動效率為可見，該行星齒輪傳動的傳動效率較高，可以滿足短期工作方式的使用要求。2.1.6齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)3K型行星傳動的工作特點、傳遞功率的大小和轉(zhuǎn)速的上下等情況，對其進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先應(yīng)確定太陽輪a的結(jié)構(gòu)，因為它的直徑d較小，所以采用將齒輪和軸做成一體的結(jié)構(gòu)型式,即齒輪軸。且按該行星傳動的輸入功率P和轉(zhuǎn)速n初步估算輸入軸的直徑d,同時進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了便于軸上零件的裝卸，通常將軸制成階梯形?？傊?，在滿足使用要求的情況下，軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡單，以便于加工制造。內(nèi)齒輪b采用十字滑塊聯(lián)軸器的均載機構(gòu)進行浮動，即采用齒輪固定環(huán)將內(nèi)齒輪b與箱體的端蓋連接起來，從而可以將其固定。內(nèi)齒輪e與輸出軸用鍵連接，且采用平面輻板與其輪轂相連接。行星輪c采用帶有內(nèi)控的結(jié)構(gòu)，它的齒寬b應(yīng)當(dāng)加大；以便保證行星輪與中心輪的嚙合良好，同時還要保證其與內(nèi)齒輪b、c嚙合。在每個行星輪的內(nèi)孔中，可安裝兩個滾動軸承來支承，而行星輪安裝到轉(zhuǎn)臂H的側(cè)板上之后，還應(yīng)采用矩形截面的彈性擋圈來進行軸向固定。該3K型行星傳動的轉(zhuǎn)臂H不承受外力矩，也不是行星傳動的輸入和輸出構(gòu)件，且行星輪各數(shù)為3。因此，該轉(zhuǎn)臂可采用雙側(cè)板整體式的結(jié)構(gòu)形式，并采用兩個向心球軸承支承在中心輪a的軸上。轉(zhuǎn)臂上各行星輪軸孔與轉(zhuǎn)臂軸線的中心距極限偏差可按《行星齒輪轉(zhuǎn)動設(shè)計》參考文獻[5]公式9-1計算?，F(xiàn)嚙合中心距mm，那么得取。各行星輪的孔距相對偏差可按《行星齒輪轉(zhuǎn)動設(shè)計》參考文獻[5]公式9-2計算，即(mm)取轉(zhuǎn)臂的偏心誤差約為孔距相對偏差的1/2，即在進行過參數(shù)和幾何尺寸的計算、裝配條件的驗算、結(jié)構(gòu)的設(shè)計之后，便可以繪制該行星齒輪傳動的結(jié)構(gòu)圖。齒輪強度驗算3K型行星齒輪傳動具有短期間斷的工作特點，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸較小和傳動比大的特點。針對其工作特點，只需按齒根彎曲應(yīng)力的強度條件進行較核計算，即〔2-18〕現(xiàn)將該3K型行星齒輪傳動按照三個齒輪副a-c、b-c和e-c分別驗算如下：(1)a-c齒輪副①確定計算負荷名義轉(zhuǎn)矩名義圓周力②應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Na次式中——太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速[1]；t——壽命期內(nèi)要求傳動的總運轉(zhuǎn)時間，按每年工作300天計算；③確定強度計算中的各種系數(shù)a.使用系數(shù)使用系數(shù)按中等沖擊查《行星齒輪傳動設(shè)計》表[5]得。b.動載荷系數(shù)按公式計算a相對于轉(zhuǎn)臂的速度如下且，有《現(xiàn)代機械傳動手冊》參考文獻[1]圖2.4-4查得6級精度時，C．齒向載荷分布系數(shù)、由《機械零件設(shè)計手冊》參考文獻[2]圖12-9可查得==1d.齒間載荷分布系數(shù)、由《機械零件設(shè)計手冊》參考文獻[2]表12-23可查得：=e.齒形系數(shù)根據(jù)Za=15和Xa=0.1176,由《現(xiàn)代機械傳動》參考文獻[1]圖2.4-14查得f.應(yīng)力修正系數(shù)由《現(xiàn)代機械傳動》參考文獻[1]圖2.4-18查得g.重合度系數(shù)、④彎曲應(yīng)力的根本值⑤計算齒根彎曲應(yīng)力取彎曲應(yīng)力N/mm2⑥確定計算許用彎曲應(yīng)力時的各種系數(shù)a.試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)b.壽命系數(shù)因，由《現(xiàn)代機械傳動》參考文獻[1]圖2.4-8得c.相對齒根圓角敏感系數(shù)∵，由《現(xiàn)代機械傳動》參考文獻[1]圖2.4-20查得d.齒根外表狀況系數(shù)由《現(xiàn)代機械傳動》參考文獻[1]圖2.4-21查得e.尺寸系數(shù)由《現(xiàn)代機械傳動》參考文獻[1]圖2.4-16查取，得⑦許用彎曲應(yīng)力齒根彎曲疲勞極限N/mm2因<，所以a-c齒輪副滿足齒輪彎曲強度條件。彎曲強度平安系數(shù)(2)b-c齒輪副在內(nèi)嚙合齒輪副b-c中只需要校核內(nèi)齒輪b的齒根彎曲強度，計算方法及過程同上。：,N/mm2通過查表及采用相應(yīng)的公式計算，得各項系數(shù)的值如下：，，，，，，，，，和取彎曲應(yīng)力可見，，故b-c齒輪副滿足齒根彎曲強度條件。彎曲強度平安系數(shù)(3)e-c齒輪副在內(nèi)嚙合齒輪副e-c中只需校核內(nèi)齒輪e的齒根彎曲強度，計算方法及過程同上。與內(nèi)齒輪b不同的系數(shù)為，取彎曲應(yīng)力可見，，故e-c齒輪副滿足齒根彎曲強度條件。彎曲強度平安系數(shù)2.2行星輪減速器均載機構(gòu)的設(shè)計2.2.1均載原理所謂行星輪間載荷分布均勻〔或稱均載〕，就是指輸入的中心輪傳遞給各行星輪的嚙合作用力的大小相等。NGWN型行星傳動常用的均載機構(gòu)為根本構(gòu)件浮動的均載機構(gòu)，主要適用于具有三個以上行星輪的行星傳動。它是靠根本構(gòu)件〔太陽輪、內(nèi)齒圈或行星架〕沒有固定的徑向支撐，在受力不平衡的情況下作徑向游動(又稱浮動)，以使各行星輪均勻分擔(dān)載荷。這種均載機構(gòu)的工作原理按《行星齒輪傳動裝置機械式均載機構(gòu)的均載原理》[11]如圖2-2所示。由于根本構(gòu)件的浮動，使行星架銷軸對行星輪的切向作用力2Ft、外嚙合處行星輪對太陽輪的法向作用力Fcn、內(nèi)嚙合處行星輪對內(nèi)齒圈的法向作用力Fcn各自形成力的封閉等邊三角形(即形成三角形的各力相等)，而到達均載的目的。由于制造誤差和浮動構(gòu)件自重等影響，實際上不是等邊三角形而是近似等邊三角形，因而引入了均載系數(shù)。一般情況下有一個根本構(gòu)件浮動，即可起到均載作用，采用二個根本構(gòu)件同時浮動時，均載效果更好。均載機構(gòu)既能降低行星齒輪傳動系統(tǒng)的均載系數(shù)，又能降低噪聲、提高運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和可靠性，因而得到廣泛的應(yīng)用。圖2.2均載機構(gòu)的工作原理2.2.2行星輪間載荷分布不均勻性分析行星齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點。這些都是由于在其結(jié)構(gòu)上采用了多個行星輪的傳動方式，充分利用了同心軸齒輪之間的空間，使用多個行星輪來分擔(dān)載荷，形成功率分流。并合理地采用內(nèi)嚙合傳動，從而才使其具備了上述的許多優(yōu)點。這對于傳遞動力的行星齒輪傳動來說，采用多個行星輪的結(jié)構(gòu)型式確是非常合理的。如果各行星輪間的載荷分布是均勻的，隨著行星輪數(shù)的增加，其結(jié)構(gòu)更加緊湊、承載能力更大。所謂行星輪間載荷分布均勻(或稱載荷均衡)，就是指輸入的中心輪傳遞給各行星輪的嚙合作用力的大小相等。但是，在沒有采取任何均載措施的情況下，實際上行星輪間的載荷分布是不均勻的；即使采用了某種均載機構(gòu)，在行星齒輪傳開工作的過程中，行星輪問的載荷分布也并非完全是均衡的。行星輪間載荷分布不均衡的原因，可以大致分為由齒輪本身的各種制造誤差，軸承、轉(zhuǎn)臂和齒輪箱體等的制造和安裝誤差兩局部所組成的。而行星齒輪傳動零件的制造誤差將使輪齒工作齒廓間形成間隙或過盈。各根本構(gòu)件和行星輪軸線的位移，及各齒輪的運動誤差。例如，中心輪軸線的位移，軸承軸線或內(nèi)齒輪與粕體配合的徑向倫移和轉(zhuǎn)臂上安裝行星輪的心軸孔的位移，以及雙聯(lián)行星輪工作齒形的相對位移，中心輪a、b的運功誤差和行星輪與中心輪嚙合的運動誤差等，將形成中心輪與行星輪嚙合時的間隙或過盈。由于上述這些行星輪與中心輪嚙合時的總間隙或過盈的存在，當(dāng)中心輪a或b和轉(zhuǎn)臂x的軸線都不能自由偏移而實現(xiàn)自由調(diào)整時，就可能出現(xiàn)中心輪a或b僅與一個行星輪接觸的情況，即中心輪與其余行星輪的嚙合處就會產(chǎn)生間隙。行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)確實定在3Ｋ型行星傳動中，行星輪數(shù)np=3，其行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)KHp值隨著所采用的均載機構(gòu)的不同而不相同。在內(nèi)齒輪b浮動情況下，如采用十字滑塊聯(lián)袖器或齒輪聯(lián)軸器時，其行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)為:，。2.2.3均載機構(gòu)的設(shè)計目前國內(nèi)外較常采用的幾種均載機構(gòu)有：太陽輪浮動,行星架浮動,內(nèi)齒圈浮動,太陽輪與行星架同時浮動,太陽輪與內(nèi)齒圈同時浮動,無多余約束的浮動,行星輪油膜浮動,杠桿聯(lián)動浮動,柔性均載浮動在選用行星齒輪傳動的均載機構(gòu)時，根據(jù)該機構(gòu)的功用和工作情況，應(yīng)對其提出如下幾點要求:(1)均載機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)組成靜定系統(tǒng)，能較好地補償制造和裝配誤差及其零件的變形，使載荷分布不均勻系數(shù)Kp值最小。(2)均載機構(gòu)的補償動作要可靠、均裁效果要好。為此，應(yīng)使均載構(gòu)件上所受的力較大，因為，作用力大才能使其動作靈敏、準確。(3)在均載過程中，均載構(gòu)件應(yīng)能以較小的自動調(diào)整位移量補償行星齒輪傳動存在的制造誤差。(4)均載機構(gòu)應(yīng)制造容易，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，布置方便，不得影響到行星齒輪傳動的傳動性能。(5)均載機構(gòu)本身的摩擦損失應(yīng)盡量小,效率要高。(6)均載機構(gòu)應(yīng)具有一定的緩沖和減振性能；至少不應(yīng)增加行星齒輪傳動的振動和噪聲。為了使行星輪間載荷分布均勻，有多種多樣的均載方法。對于主要靠機械方法來實現(xiàn)均載的系統(tǒng)(簡稱為機械均載系統(tǒng))，其結(jié)構(gòu)類型可分為如下兩種:〔1〕靜定系統(tǒng)：該機械系統(tǒng)的均載原理是通過系統(tǒng)中附加的自由度來實現(xiàn)均載的。采用本構(gòu)件自動調(diào)位的均載機構(gòu)是屬于靜定系統(tǒng)。當(dāng)行星輪間的載菏不均衡時，構(gòu)件按照所受到的作用力的不同情況，可在其自由度的范圍內(nèi)相應(yīng)地進行自動調(diào)位，從而，使行星輪間載荷分布均勻。較常見的靜定均載系統(tǒng)有如下兩種組成方案:①具有浮動根本構(gòu)件的系統(tǒng)。所謂“浮動根本構(gòu)件〞，就是指某個根本構(gòu)件沒有徑向的支承，那么稱它為浮動根本構(gòu)件。例如，采用中心輪a或內(nèi)齒輪b、e為浮動構(gòu)件的三行星輪系統(tǒng)。由于該均載機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，均載效果好等優(yōu)點，故它已獲得了較廣泛的應(yīng)用。②全部構(gòu)件都是剛性連接的，而行星輪在工作過程中可以進行自動調(diào)位的杠桿系統(tǒng)。例如，采用杠桿聯(lián)動的均載機構(gòu)，使np＝２～４個行星輪浮動，即行星輪可以自動調(diào)整位量，以實現(xiàn)行星輪間載荷分布均勻?！?〕靜不定系統(tǒng)：較常見的靜不定系統(tǒng)有以下兩種組成方案:①完全剛性構(gòu)件的均載系統(tǒng)。這種系統(tǒng)完全依靠構(gòu)件的高精度，即使其零件的制造和裝配誤差很小來保證獲得均載的效果。但采用這種均載方法將使得行星齒輪傳動的制造和裝配變得非常困難和復(fù)雜，且本錢較高。因此，很少采用它。②采用彈性件的均載系統(tǒng)。這種均載方法是采用具有彈性的齒輪和彈性支承在不均衡載荷的作用下，使彈性件產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，以實現(xiàn)均載的機械系統(tǒng)。例如，將內(nèi)齒輪制成薄壁無體結(jié)構(gòu)，或用彈性件將內(nèi)齒輪連接在箱體上，以及采用具有彈性襯套或柔性銷軸的行星輪。在此設(shè)計中，假設(shè)采用雙齒聯(lián)軸器或單齒聯(lián)軸器作為內(nèi)齒輪b浮動的均載機構(gòu)，通常內(nèi)齒輪是與箱體或輸出軸相連接。該均載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸小；但是，其浮動構(gòu)件的徑向尺寸大、質(zhì)旦較大，浮動的靈敏度差。所以，采用齒輪聯(lián)軸器使內(nèi)齒輪b浮動的均載效果不如中心輪a浮動。對于3K型傳動，由于在結(jié)構(gòu)上內(nèi)齒輪是與輸出軸或與箱體相連，U可采用十字滑塊聯(lián)軸器使內(nèi)齒輪b浮動，如圖2.3所示為固定內(nèi)齒圈b浮動的行星齒輪傳動，其行星輪數(shù)np=3?！瞐〕內(nèi)齒輪〔b)固定齒輪b浮動1-端蓋2-齒輪固定環(huán)圖2.3內(nèi)齒輪b的行星齒輪傳動該行星傳動均載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成情況如圖2.3所示，在內(nèi)齒輪b的左側(cè)有一條凹槽“J〞，齒輪固定環(huán)右側(cè)的矩形樣“K〞與凹槽“J〞相配合：而固定環(huán)的左側(cè)還有一條凹槽“A〞。其左側(cè)的凹槽“A〞與右側(cè)的矩形“K〞是位于互相垂直的兩個直徑上。端蓋右側(cè)的矩形“B“與齒輪固定環(huán)左側(cè)的凹槽“A“相配合。由圖2.4[6]可見，該均載機構(gòu)是內(nèi)齒輪b、齒輪固定環(huán)和端蓋二個構(gòu)件組成的剛性可移式聯(lián)軸器，即十字滑塊聯(lián)軸器。它允許內(nèi)齒輪b的軸線產(chǎn)生徑向位移。在行星齒輪傳動中，假設(shè)因齒輪等零件的制造和裝配誤差或輪齒變形的影響，而使內(nèi)齒輪b的軸線與np個行星輪的分布圓中心不同心時，那么在某個行星輪與中心輪a之間就會產(chǎn)生徑向力(此時，行星齒輪傳動就不是無徑向載荷的傳動〕；在該徑向力的作用下，可使內(nèi)齒輪b的軸線沿徑向發(fā)生位移，即使內(nèi)齒輪b的凹槽J沿齒輪固定環(huán)的矩形樣K滑動?；螨X輪固定環(huán)的凹槽A沿端蓋的矩形揮B滑動，從而，使主動中心輪a能同時與行星輪c相嚙合，而到達無徑向載荷的扭矩傳遞的目的，即使行星輪問載荷分布均勻；各切向力等值〔2-19〕圖2.4齒輪浮動的均載機構(gòu)結(jié)構(gòu)2.3軸的設(shè)計計算2.3.1高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上零件的裝配方案及定位根據(jù)齒輪軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，其裝配方案為：從左到右，軸上零件依次是聯(lián)軸器、左端蓋、甩油環(huán)、左端蓋軸承、軸套、左轉(zhuǎn)臂軸承、右轉(zhuǎn)臂軸承、軸套、右支承軸承。軸向定位采用軸肩、套筒、軸套和端蓋，周向定位采用鍵。軸段直徑和長度確實定(1〕確定齒輪軸的最小直徑在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常按扭轉(zhuǎn)強度條件估算軸的最小軸徑。即〔2-20〕式中：－扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位：MPa；T－軸所受的扭矩，單位：N·mm；n－軸的轉(zhuǎn)速，單位：r/min；P－軸傳遞的功率，單位：kw；d－計算截面處軸的直徑，單位：mm；－許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位：Mpa，見表2.2表2.2軸常用幾種材料的及值軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn]/MPa15~2520~3525~4535~55149~126135~112126~103112~97在彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)的情況下，]取較大值，取較小值。由公式〔2-21〕可得〔2-21〕式中=。查《機械設(shè)計〔第七版〕》參考文獻[3]表15-3，得那么mm因軸的截面上有一個鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱。因此，軸徑要增大5～7%，那么mm取mm。根據(jù)選擇鍵的尺寸為8*4.5*60[10]。采用齒輪聯(lián)軸器保證輸入軸在受力不平衡時產(chǎn)生位移，從而使輸入軸受力均勻。選用TGL鼓形齒式聯(lián)軸器，其具體參數(shù)如下表：表2.3TGL鼓形齒式聯(lián)軸器具體參數(shù)型號TGLA8額定轉(zhuǎn)矩Tn(N.m)140許用轉(zhuǎn)速[n](r/min)5600軸孔直徑d1、d228軸孔長度L\J1型44D100D172B50B123S4dM8重量(kg)4.06轉(zhuǎn)動慣量(kg.m^20.0037取軸長為2倍軸孔長度，即：mm(2〕軸肩高度取h=2mm那么：mm選擇圓錐滾子軸承，具體參數(shù)見表2-4；考慮到軸上要安裝端蓋以及軸套和甩油環(huán)，取軸的長度為mm。表2.4圓錐滾子軸承具體參數(shù)軸承代號30306尺寸d30尺寸\D72尺寸\T28.75尺寸\B27尺寸\C23尺寸\E55.2尺寸\α18.2其他尺寸\r(min)1.5其他尺寸\r1(min)1.5其他尺寸/mm15.3重量(kg)≈0.575(3〕行星架處軸徑：mm，取整為d3=35mm選擇深溝球軸承[10]，參數(shù)見表2.5表2.5深溝球軸承參數(shù)軸承代號6007根本尺寸\d(mm)35根本尺寸\D(mm)62根本尺寸\B(mm)14考慮到要安裝軸套定位，故軸的長度應(yīng)適當(dāng)加長，取mm。(4〕為了固定深溝球軸承，需增加一個階梯，軸徑為：mm，取整為mm同時為保證行星架和齒輪不發(fā)生碰撞，取mm。(5〕根本尺寸\B(mm)=14，齒輪軸的齒寬應(yīng)略大于內(nèi)齒輪b和e的齒輪寬度，在3Ｋ型行星傳動中，，，所以mm，取mm。(6〕為行星架和齒輪軸不發(fā)生碰撞，取mm，mm。(7〕在這一階梯軸上同時安裝深溝球軸承和圓錐滾子軸承，階梯軸的寬度應(yīng)該為兩個軸承的寬度之和，同時還需伸出余量，取mm取整mm，mm求軸上的載荷在3Ｋ行星傳動中，中心輪a的切向力計算公式為〔2-22〕：N·m，和〔mm〕那么得〔N〕〔N〕根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。確定軸承的支點位置，從設(shè)計手冊中查取值，對于30206型圓錐滾子軸承，查得。軸的危險截面，分別為1、2、3，如圖2.5：圖2.5軸的危險截面圖2.6軸的水平彎矩內(nèi)力圖圖2.7軸的垂直彎矩內(nèi)力圖圖2.8軸的彎矩合成內(nèi)力圖圖2.9軸的扭矩合成內(nèi)力圖從上述結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中，可以看出截面1是軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的截面1-0處的、和的值如下表2.6。表2.6截面1-0處的、和的值載荷水平面H垂直面V支反力NNNNN彎矩MN?mm總彎矩N?mm扭矩TN?mm按彎扭合成應(yīng)力較核軸的強度進行較核時，通常只較核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。〔2-23〕式中:——軸的計算應(yīng)力；M——軸所受的彎矩；T——軸所受扭矩；W——軸的抗彎截面系數(shù)；α——折合系數(shù)，取0.6由其他尺寸《機械設(shè)計〔第七版〕》參考公式[3]表15-4，計算出軸的抗彎截面系數(shù)W如下那么：軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻[5]15-1查得。，故平安。2.3.2中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上零件的裝配方案及定位中間軸采用鍵結(jié)構(gòu)帶動行星輪轉(zhuǎn)動，其兩端用向心球軸承支承在行星架上，用矩形截面的彈性擋圈來進行軸向固定。軸段直徑和長度確實定：計算方法及步驟同高速軸。由公式〔4-2〕可得軸的直徑因軸的截面上有一個鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱。因此，軸徑要增大5～7%，那么，取軸的直徑mm選擇鍵的尺寸參數(shù)為表2.7：表2.7鍵的尺寸參數(shù)鍵(公稱尺寸)\b(h9)8鍵(公稱尺寸)\h(h11)7鍵(公稱尺寸)\c或r0.25～0.4鍵(公稱尺寸)\L(h14)18～90選擇調(diào)心球軸承，根據(jù)軸的直徑mm，選擇軸承參數(shù)為表2.8:表2.8軸承參數(shù)軸承代號\圓錐孔10000K(KTN1、KM)型2206KTN1根本尺寸\d(mm)30根本尺寸\D(mm)62根本尺寸\B(mm)20安裝尺寸\da(min)(mm36安裝尺寸Da(min)(mm)56安裝尺寸\ras(max)(mm)1軸的長度應(yīng)等于行星輪的寬度、兩個軸承的寬度、軸伸出的支承余量以及防止行星輪與行星架碰撞而留出的間隙之合。取伸出余量，行星輪與行星架的間隙所以求軸上的載荷行星輪受力分析圖2.10：圖2.10行星輪受力分析〔N〕〔N〕〔N〕〔N〕〔N〕〔N〕根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖，如下：圖2.11軸的危險截面圖2.12軸的垂直彎矩內(nèi)力圖圖2.13軸的水平彎矩內(nèi)力圖圖2.14軸的合成彎矩圖圖2.15軸的合成扭矩圖從上述結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中，可以看出截面1-0是軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的截面1-0處的、和的值如下表2.9:表2.9截面1-0處的、和載荷水平面H垂直面V支反力NNNNN彎矩MN?mm總彎矩N?mm扭矩TN?mm按彎扭合成應(yīng)力較核軸的強度進行較核時，通常只較核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，同上。由參考公式[3]表15-4，計算出軸的抗彎截面系數(shù)W如下那么：軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由《行星齒輪傳動設(shè)計》參考文獻[5]15-1查得，因此，故平安。2.3.3低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸上零件的裝配方案及定位根據(jù)軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系，軸上零件從右到左依次為：聯(lián)軸器、右端蓋、甩油環(huán)、擋環(huán)、支承軸承、轉(zhuǎn)臂軸承、內(nèi)齒輪。分別采用軸肩、套筒、軸套和端蓋對零件進行軸向定位，采用鍵進行周向定位。軸段直徑和長度確實定(1〕確定齒輪軸的最小直徑，計算方法及步驟同高速軸。由公式〔4-2〕可得軸的直徑因軸的截面上有兩個以上鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱。因此，軸徑要增大10～15%，那么，取根據(jù)選擇鍵尺寸為32×15.2×140。軸在安裝鍵后還應(yīng)留有余量，取余量，因此軸長。(2〕軸肩高度取h=10mm那么：mm考慮到軸上要安裝端蓋、擋圈和甩油環(huán)，取軸的長度為mm。(3〕軸肩高度取h=5mm那么mm選擇調(diào)心滾子軸承，具體參數(shù)如下表2.10：表2.10調(diào)心滾子軸承具體參數(shù)軸承代號3053128尺寸d140尺寸\D210尺寸\B53尺寸\rs(min)2軸長略長于軸承寬度，取mm(4〕用軸肩固定調(diào)心滾子軸承，取軸肩高度那么：mm，取mm(5〕軸段安裝軸承，軸需要用軸肩固定，取軸肩高度那么：mm，選擇深溝球軸承參數(shù)為表2.11表2.11深溝球軸承參數(shù)軸承代號16028根本尺寸\d(mm)140根本尺寸\D(mm)210根本尺寸\B(mm)22安裝尺寸\damin(mm)147安裝尺寸\Damax(mm)203安裝尺寸\rasmax(mm)1根本額定載荷\Cr(kN)63根本額定載荷\Cor(kN)69.8極限轉(zhuǎn)速\脂(r/min)2400極限轉(zhuǎn)速\油(r/min)3200重量(kg)3.08軸段長mm(6〕此軸段安裝內(nèi)齒輪e,用雙鍵固定，軸段不適宜減小，直徑仍為140mm。選擇鍵的規(guī)格為36*20*80，同時還要安裝彈性擋圈，取軸段mm(7〕此軸段要固定高速軸的軸承，其寬度大于軸承的安裝寬度，取，同時該軸為空心軸，其空心直徑為軸承的安裝直徑，那么求軸上的載荷在3Ｋ行星傳動中，：N·m，和〔mm〕由公式〔4-3〕得〔N〕〔N〕kwr/min內(nèi)齒輪e的轉(zhuǎn)矩為根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖：圖2.16軸的危險截面，分別為2-0、7-0圖2.17軸的水平彎矩內(nèi)力圖圖2.18軸的垂直彎矩內(nèi)力圖圖2.19軸的合成彎矩內(nèi)力圖圖2.20軸的扭矩內(nèi)力圖從上述結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中，可以看出截面2-0是軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的截面2-0處的、和的值如下表2.12表2.12截面2-0處的、和的值如下載荷水平面H垂直面V支反力NNNNN彎矩MN?mm總彎矩N?mm扭矩TN?mm按彎扭合成應(yīng)力較核軸的強度進行較核時，通常只較核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，同上。由《機械設(shè)計(第七版)》參考公式[3]表15-4，計算出軸的抗彎截面系數(shù)W如下那么：軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由《行星輪傳動設(shè)計》參考文獻[5]15-1查得，因此，故平安。2.4滾動軸承的選擇和計算行星減速器高速級傳遞的轉(zhuǎn)矩：(2-24)由公式5-1得：N·m具體受力情況見圖〔1〕軸I受力分析齒輪的圓周力〔N〕齒輪的徑向力〔N〕〔2〕計算軸上的支反力經(jīng)計算得水平面HNN垂直面VNN圖2.21軸上的支反力〔3〕軸承的校核初選軸承型號為30606無沖擊或輕微沖擊，查教材表13-6得沖擊載荷系數(shù)計算軸承A受的徑向力軸承B受的徑向力②計算附加軸向力查表得3000型軸承附加軸向力〔2-25〕那么軸承A的軸承B的③計算軸承所受軸向載荷由于，即B軸承放松，A軸承壓緊，且軸無其他外加軸向載荷由此得計算當(dāng)量載荷，，那么,，，那么⑤軸承壽命計算因為，所以按軸承A的受力大小驗算所以，軸承合格。2.5行星架的選擇行星減速器中主要構(gòu)件為太陽輪、行星輪、內(nèi)齒輪、行星架等。行星輪的心軸和軸承就裝在行星架上。行星架為根本構(gòu)件，它是機構(gòu)中承受外力矩最大的零件。行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造質(zhì)量對各行星輪間的載荷分配以至傳動裝置的承載能力、噪音和振動等有很大影響。合理的行星架結(jié)構(gòu)應(yīng)該重量輕、剛性好、便于加工和裝配。其常見結(jié)構(gòu)形式有雙壁整體式、雙壁分開式和單壁式三種。由于所設(shè)計的行星減速器采用的行星輪較大，且行星輪里需安裝軸承，故多采用雙壁整體式行星架。這種行星架剛性比擬好，受載后的變形較小。這一特點有利于行星輪上載荷沿齒寬方向的均勻分布，減小振動和噪聲。1.連接板的選擇雙壁整體式和雙壁分開式行星架的2個壁(或稱側(cè)板)通過中間的連接板(梁)連接在一起。連接板的數(shù)量和尺寸與行星輪數(shù)有關(guān)，通常３個行星輪時行星架上有３塊連接板，連接板內(nèi)圓半徑應(yīng)滿足，兩連接板間距應(yīng)比行星輪外徑大10mm以上。2.壁厚及行星軸直徑的選擇壁厚的計算公式,為行星傳動的中心距，通常行星架兩側(cè)壁壁厚相等。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)等壁厚的剛度較富裕，從減小軸向尺寸使結(jié)構(gòu)緊湊的角度考慮可采用非等厚壁行星架。設(shè)離輸出軸近的一端壁厚為，將另一側(cè)壁厚減薄見圖2.22，其壁厚，為了保證行星架正常工作，應(yīng)使兩側(cè)壁受力后比壓相等。為此，將穿在薄壁上的行星軸加粗。令小軸徑為，大軸徑為，可由求出的近似解。設(shè)行星軸受力為，作用在段中點，以中心為支點，可得出：以中心為支點，可得出薄壁上受力

由比壓相等得圖2.22壁厚不等的行星架即圖2.22壁厚不等的行星架解方程得3.行星架變形問題的分析圖2.23行星架框架結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)結(jié)構(gòu)需要和經(jīng)驗公式設(shè)計的行星架可以保證足夠的強度，但有時會出現(xiàn)剛度不夠，受力后行星架產(chǎn)生變形的現(xiàn)象。這就要分析其變形對齒輪傳動的影響。行星架結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜，在計算變形時通常將其模擬為由兩側(cè)板及中間等距離的連接板組成的框架結(jié)構(gòu)，見圖2-23。行星架的變形系指在扭矩作用下側(cè)板1相對于側(cè)板2的位移。位移量△在半徑圓周的切線方向。由于雙壁行星架3個行星輪軸互相平行，行星架在扭矩作用下位移量為△時，3個行星軸相對于原位均位移了相同的△值，變形后3軸仍互相平行。由于扭矩對稱作用于連接板上，故行星架變形并不會使行星輪輪齒發(fā)生歪斜。從而對行星齒輪對的嚙合不產(chǎn)生影響。圖2.23行星架框架結(jié)構(gòu)示意圖4.行星架材料及結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計3K型傳動的行星架不傳遞轉(zhuǎn)矩，材料通常選用鑄鐵?，F(xiàn)采用球墨鑄鐵QT600-3，重量輕、離心力小、噪聲小，既降低了本錢，又不影響機構(gòu)性能，且其他性能也有所提高。在系列設(shè)計時，采用同一系列7個速比通用一個行星架毛坯，可簡化生產(chǎn)、制造工藝，減少木模制造本錢，降低整機本錢。同一系列產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)根據(jù)速比I最小時，確正D值(此時行星架中心距最大，即其外徑尺寸最大)。當(dāng)速比i大時，結(jié)構(gòu)也可滿足要求。為減少行星架連接板的加工面，將連接板設(shè)計成內(nèi)凹形式，可降低加工本錢。通過對行星架各部位的改良設(shè)計，使行星架加工工藝合理，可縮短制造周期，降低本錢。第三章減速器根本零件三維成型3.1行星輪齒輪三維成型3.1.1行星齒輪Pro／E是一款功能強大的計算機輔助繪圖和設(shè)計軟件系統(tǒng)可以以拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放大等特征形式形成實體。以下是基于Pro/e的齒輪繪制，設(shè)置參數(shù)：表3.1齒輪參數(shù)工程計算公式太陽輪a行星輪c內(nèi)齒輪b內(nèi)齒輪e分度圓直徑基圓直徑齒頂圓直徑外嚙合內(nèi)嚙合齒根圓直徑外嚙合內(nèi)嚙合齒寬b,取齒寬b=60利用拉伸生成齒輪，齒輪在Pro／E建模中是標準的拉伸體模型，以下是齒輪的繪圖步驟：1、輸入齒輪的各項參數(shù)：齒數(shù)：tooths；模數(shù)：mn；壓力角：angle；螺旋角：helix；變位系數(shù)：xn；齒高變動系數(shù)：teeth_change_modulus；徑向間隙系數(shù)：c_modulus；齒頂高系數(shù)：ha_modulus；齒寬：teeth_width；齒厚等于齒槽寬的圓的直徑：dse；2、編輯齒輪關(guān)系式3、插入基準曲線〔從方程〕：選取坐標系后選柱坐標選項，輸入漸開線方程：/*柱坐標

x=t*sqrt((dx/db)^2-1)

y=180/pi

r=0.5*db*sqrt(1+x^2)

theta=x*y-atan(x)

z=04、創(chuàng)立拉伸特征〔齒頂圓拉伸〕：FRONT平面為草繪平面，進入草繪模式后按“使用邊〞命令選取直徑等于da的圓創(chuàng)立拉伸截面；單側(cè)拉伸，深度為：teeth_width+6；完成.5、插入基準軸A_2：6、插入基準點PNT0：7、插入基準平面DTM1：穿過軸A_2，穿過點PNT0，完成。8、復(fù)制第4步創(chuàng)立的漸開線：先以DTM1平面作為基準鏡像，再旋轉(zhuǎn)360/tooths/2度，完成。9、插入基準平面DTM2，DTM3：DTM1平面繞軸A_2旋轉(zhuǎn)360/tooths/4得到DTM2，再創(chuàng)立DTM2平面的法向平面并穿過軸A_2得到DTM3平面。10、創(chuàng)立掃描軌跡：A〕插入基準曲線：選DTM3平面作為草繪平面畫一段線與DTM2平面相交角度為helix；B〕插入基準曲線〔投影〕完成后如以下圖：11、用掃描創(chuàng)立齒槽：選取上面的投影線作為掃描軌跡，掃描截面：由兩根漸開線分別和齒根圓用倒圓角的方式創(chuàng)立，圓角半徑設(shè)為pf；完成后如以下圖：圖3.1齒輪拉伸模型14、組陣列齒槽，完成后如以下圖：圖3.2外齒輪圖：行星輪成型3.1.2內(nèi)齒輪b三維成型用以上相同的方法建齒輪，在這里內(nèi)齒輪和上面齒輪的建模有一點區(qū)別，在其外加的一層需要用到旋轉(zhuǎn)得到。圖3.3內(nèi)齒輪b3.2軸的三維建模3.2.1低速軸三維建模利用旋轉(zhuǎn)特征來一次性生成各軸端，這是常規(guī)建模方法。軸在Pro／E建模中是標準的旋轉(zhuǎn)體模型。在本文中的軸就采用這種方法。1.根據(jù)第二章中計算得尺寸畫出草圖。2.旋轉(zhuǎn)草圖：單向旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)角度：360deg。3.考慮到要在軸外側(cè)切出鍵槽必須插入基準面，參考基準選前視基準面，在大端的直徑為所以這里確定距離為70。圖3.4低速軸草圖基準面上畫草圖，再切除拉伸距離為20。圖3.5低速軸切除鍵槽用相同的方法切除-拉伸得到：圖3.6成型低速軸3.2.2中間軸和高速軸的三維用以上相同的方法得到中間軸：圖3.7中間軸對于以上方法本文介紹另一種方法。利用特征拉伸一段一段的來生成各軸端或者是生成一圓柱后再切除成型。這種建模思路更貼近生產(chǎn)實際，但是比照第一種方法來的更加雜一些，特征和草圖數(shù)目也會多一些。圖3.8高速軸3.3端蓋三維建模在端蓋的建模中本文主要才用前一種建模方法即使用草圖旋轉(zhuǎn)的方法建得，在端蓋上還有就是固定孔，本文使用切除-拉伸及圓周整列實體。圖3.9前小端蓋圖3.10后端蓋3.4箱體的三維建模在本文中對箱體的建模主要使用至上而下的建模過程，先建立箱體最大的局部，使用建立草圖旋轉(zhuǎn)的方式，因為本文設(shè)計的是行星輪減速器，減速器的形狀內(nèi)部為圓柱體，使用草圖旋轉(zhuǎn)的好處是一步到位。再建立箱體上的散熱片、固定腳等。1.建立箱體的輪廓草圖。圖3.11箱體草圖2.旋轉(zhuǎn)草圖得到箱體的主輪廓，在拉伸-切除散熱片。圖3.12箱體主體成型3.拉伸出固定腳，切除-拉伸出固定孔等。圖3.13箱體3.5行星輪裝配3.5.1中間軸裝配在Pro／E的裝配中標準的裝配有重合、平行、垂直、相切、同心、距離、角度等。在高級配合中有對稱、凸輪、寬度、齒輪。在本文中根本使用重合和同心。像軸套類零件同心就可以了，有平面的像鍵的安裝使用面重合就可以了。下面具體介紹一下行星輪的裝配：1.建底面與鍵槽地面面重合，鍵側(cè)面和鍵槽側(cè)面重合。圖3.14裝配一2.建圓弧面與鍵槽圓弧面輪廓同心，齒輪鍵槽與鍵上底面面重合。圖3.15裝配二3.齒輪內(nèi)圓柱面與軸外圓柱面輪廓同心，軸段端面與齒輪端面端面重合。圖3.16裝配三3.中間軸圓柱面與軸套內(nèi)圓柱面輪廓同心，軸套端面與齒輪端面端面重合。圖3.17裝配四按以上方法逐個裝配起來后完成最終的裝配圖如下：圖3.18裝配完成對上訴最終裝配圖經(jīng)行軸向爆炸形成以下爆炸圖：圖3.19爆炸圖3.5.2總裝配圖的爆炸圖行星輪減速器的裝配絕大局部是軸向的，所以本文就使用軸向的爆炸圖表示本次設(shè)計的減速器的安裝順序。本文爆炸圖的制作是用從減速器的輸入端到減速器的輸出端依次按一定的距離爆炸出來。圖3.20總爆炸圖小結(jié)通過一個多學(xué)期的學(xué)習(xí)和老師的指導(dǎo)終于完成了本次設(shè)計。本次設(shè)計是對我四年來所學(xué)知識進行的一次全面的綜合的檢驗，也是對大學(xué)生根本設(shè)計能力進行一次具體培訓(xùn)和測試。我的設(shè)計題目是《基于Pro／E行星齒輪減速器設(shè)計》。在《機械原理》這門專業(yè)課中，我們雖然學(xué)過輪系及其設(shè)計，但大多數(shù)的重點還是放在理論的學(xué)習(xí)上。特別是行星齒輪傳動，只有簡單的介紹。意味著本次的設(shè)計對我來說是一個全新的工程，同樣也是一次挑戰(zhàn)，不管在綜合應(yīng)用能力方面，還是在設(shè)計開發(fā)能力方面，都是對自己所學(xué)專業(yè)知識的一次很全面的檢查。在設(shè)計過程中，我查閱了大量資料和老師的辛苦指導(dǎo)，來彌補自己的缺乏和提高已有的各方面知識，從而使設(shè)計出來的減速器性能更好更實用。在設(shè)計過程中遇到的第一個問題就是信息的來源有限。對于我所設(shè)計的減速器類型，既3K型行星傳動的參考資料甚少，大多都是關(guān)于根本的NGW型的介紹與實例。在指導(dǎo)老師的幫助以及大量搜尋各類文獻的結(jié)果，找到了一些相關(guān)資料。其次是設(shè)計過程中遇到的一些問題，由于專業(yè)知識學(xué)的不扎實，使得我在設(shè)計過程中走了很多彎路。本文是基于Pro／E三維軟件的，雖然在以前的學(xué)習(xí)中有課程設(shè)計，但學(xué)的不是很懂，在本次設(shè)計中也遇到了很多的麻煩，各尺寸選取及零件選用不當(dāng)，使得驗算結(jié)果不合格，從而重新計算加大了很多工作量，當(dāng)然也有個人疏忽的因素存在。總而言之，通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的東西，尤其鍛煉