毕业设计（论文）NGW行星减速器设计

1 绪 论行星齿轮减速器与普通定轴减速器相比，具有承载能力大、传动比大、体积小、重量轻、效率高等特点，被广泛应用于汽车、起重、冶金、矿山等领域。我国的行星齿轮减速器产品在性能和质量方面与发达国家存在着较大差距，其中一个重要原因就是设计手段落后，发达国家在机械产品设计上早巳进入分析设计阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化设计等应用到产品设计中，采用机械CAD系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查等。本文通过对行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺寸和装配尺寸，并对设计结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价，实现行星齿轮减速器规模化生产提供了参考和理论依据。本课题设计通过对行星齿轮减速器工作状况和设计要求对其结构形状进行分析，得出总体方案.按总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出行星齿轮减速器的整体结构尺寸，然后以各个系统为模块分别进行具体零部件的设计校核计算，得出各零部件的具体尺寸，再重新调整整体结构，不断反复计算从而使减速器的性能主要使寿命和稳定性及润滑情况进行优化设计。2设计与校核2.1设计参数输入功率：P=10KW输入转速：n1=750r/min；输出转速：n2=20r/min；中等冲击；每天连续工作14小时；使用期限10年。2.2方案设计2.2.1传动形式选择减速器的总传动比i=750/20=37.5，属于二级NGW型的传动比范围。拟用两级太阳轮输入、行星架输出的形式串联，即i1i2=37.5。两级行星轮数都选np=3。高速级行星架不加支承，与低速级太阳轮之间用单齿套联接，以实现高速级行星架与低速级太阳轮浮动均载。其中高速级行星轮采用球面轴承，机构镇定。低速级仍为静不定。其自由度为： 机构的静定度为：2.2.2齿形及精度设计因属于低速传动，采用齿形角an=20o 的直齿轮传动。精度定为6级。为提高承载能力，两级均采用变位齿轮传动，要求外啮合aac=24o内啮合acb=20o左右。2.2.3齿轮材料及其性能太阳轮和行星轮采用硬齿面，内齿轮采用软齿面，以提高承载能力，减小尺寸。两级都采用相同的材料搭配，如表2-1疲劳极限Hlim和Flim选取区域图的下部数值。表2-1 齿轮材料及其性能表齿轮材料热处理HlimFlim加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC586214003506级行星轮245内齿轮40Cr调质HB2622936502207级2.2.4传动比分配按照高速级和低速级齿面接触强度相等的原则分配传动比。取=1.2，取n=3,()=()=0.7,Hlim1=Hlim2其余系数确定如表2-2。则q值为：表2-2 有关q值的系数表代号名称说明取值KA使用系数中等冲击，KA1=KA21.25KHP1行星轮间载荷分配系数行星架浮动，6级精度1.20KHP2太阳轮浮动，6级精度1.05KH1综合系数np=3，高精度，硬齿面，静定结构降低取值1.80KH21.80计算q3值q3=1.143x1.232以此值和传动比得p1=6.6 可知：i1=1+p1=1+6.6=7.6i2=i/i1 =37.5/7.6=4.933 高速级设计计算3.1配齿数按变位传动要求选配齿数。从弯曲强度的高可靠性出发,保证必要的工作平稳性，取za= 14。按齿面硬度HRC=60，u=zc/zc =(7.6-2)/2=2.8等zamax=18,故 12 za 18,故可用。由传动比条件知，Y=ibaxza=i1za=7.6+14 =106.4 ,为满足装备条件取Y=108 计算内齿轮和行星轮齿数：3.2初步计算齿轮主要参数（1）按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径太阳轮传递的扭矩：取u=40/14=2.86,Ktd=768,则太阳轮分度圆直径： （2）按弯曲强度初算模数式中系数KA、同前，其余系数如表3-1表3-1 弯曲强度有关系数表代号名称说明取值Ktm算式系数直齿轮12.1KFp行星轮间载荷分配系数KFp= 1+ 1.5（KHp - 1）= 1+ 1.5（1.2 - 1）1.3KF综合系数高精度，正变位，静定结构1.6YFa1齿形系数按x=0查值3.18YFa22.4所以应按行星轮计算模数：若按模数m=2.5mm，则太阳轮直径da=zam=14x2.5=35mm，与接触强度初算结果da=37mm接近，故初定按da=35mm，m=2.5mm进行接触和弯曲疲劳强度校核计算。3.3齿轮变位计算（1）确定行星轮齿数zc1)由前面配齿数结果知：2）初选a-c副的齿高变动系数和xac根据3)初算a-c副的齿高变动系数根据初选的，计算：按B查D：D= 1.894）确定：取（2）a-c齿合副的计算1）确定中心距a-c和a-b啮合副和标准中心距：根据确定的方法，因zc为小于计算值的圆整值，取= 68.52）中心距分离系数：3）齿高变动系数：4）变位系数和啮合角在变位范围内，在推荐值范围内。5）变位系数分配根据齿数比得：故：（3）变位系数分配1）中心距分离系数2）齿顶高变动系数已知得：3）变位系数故4）啮合角在推荐范围内。3.4几何尺寸计算将分度圆直径、节圆直径和齿顶圆直径的计算值列于表3-2。表3-2 齿轮几何尺寸表齿轮分度圆直径节圆直径齿顶圆直径说明太阳轮行星轮外啮合外啮合削顶内啮合内齿轮已考虑了干涉3.5重合度计算外啮合：按啮合角查得，故：3.6 啮合效率计算啮合效率：机构的效率，查得各啮合副的效率为，转化机构效率为：转化机构传动比：则： 转化机构效率为：0.984 转化机构传动比为：0.9863.7齿轮疲劳强度校核（1）外啮合1）齿面接触疲劳强度各参数和系数取值如表3-3表3-3 外啮合接触强度有关参数和系数表代号名称说明 取值使用系数按中等冲击查1.25动载荷系数1.01齿向载荷分布系数1.12节点区域系数2.21弹性系数查得重合度系数0.95螺旋角系数直齿，得1分度圆上的切向力2425N工作宽度25mm齿数比2.786寿命系数1润滑油系数1.03 续表3-3代号名称说明 取值速度系数查得0.96粗糙度系数1.01工作硬化系数两齿轮均为硬齿面得1尺寸系数m5mm1最小安全系数按高可靠度查得1.25接触应力基本值：接触应力：许用接触应力：故，接触强度通过。2）齿根弯曲疲劳强度各参数和系数列于表3-4表3-4 外啮合齿根弯曲强度有关参数和系数表代号名称说明取值齿向载荷分布系数1.08齿间载荷分布系数1行星轮间再载荷分配系数1.3YFAC太阳轮齿形系数，查得2.28YFAC1行星轮齿形系数，查得2.14YSAA太阳轮应力修正系数查得1.84YSAC行星轮应力修正系数查得1.86弯曲寿命系数1试验齿轮应力修正系数查得2YYBTC太阳轮齿根圆角敏感系数查得0.98YYBTC行星轮齿根圆角敏感系数查得1.01齿根表面形状系数，查得1.045最小安全系数按高可靠度，查得1.6太阳轮弯曲应力基本值:弯曲应力:许用弯曲应力：行星轮：弯曲应力基本值：弯曲应力：许用弯曲应力：故弯曲应力大于许用弯曲弯曲应力，弯曲强度通过。（2）内啮合1）齿面接触疲劳强度其中与外啮合取值不同的参数为：接触应力基本值：接触应力：故，接触强度通过。2）齿根弯曲疲劳强度其中与外啮合取值不同的参数为：。弯曲应力基本值：许用弯曲应力：故，弯曲强度通过。 以上计算说明齿轮的承载能力足够。3.8行星轮轴承计算考虑到采用直齿轮传动，以及为了加工和装配方便，拟用中空式行星轮，内孔中装一个球面滚子轴承，心轴固定在行星架上。计算轴承的动负荷，其中系数确定如表3-5。表3-5 计算轴承动负荷有关系数表代号名称说明取值负荷性质系数中等冲击，查得1.25齿轮系数查得1.06安装部分系数对称，查得1工作情况系数1.325温度系数一般低速传动1寿命系数更换期1.5年，得2.14续表3-5代号名称说明取值速度系数，查得0.557行星架传递扭矩当量载荷5653N选用双列向心求面滚子轴承3506，轴承额定动负荷为27900N。轴承符合要求。3.9行星架设计计算采用双壁整体式行星架，一端有浮动内齿圈。按经验取壁厚C1=C2=0.26a1=18mm。两壁之间的扇形断面连接板如图1，其惯性中心On所在半径计算为：此经验数据拟定的行星架尺寸，不必作强度计算，只计算其变形即可。连接板相当于固连在两侧伴之间的双支点梁，在行星轮轴的作用力Fn作用下，连接板和侧板都产生变形。Fn为侧板的内力素。因两侧板近似相等，相对切向变形的柔度计算各参数如表3-6。表3-6 柔度计算各有关参数表代号名称算法及说明取值周围上的切向力1872N续表3-6代号名称算法及说明取值弹性摸量ZG45铸钢连接板长度58mm连接板有效长度46.4mm侧板惯性矩35327mm4侧板断面积1305mm圆盘形侧板形状系数1.08连接板惯性矩连接板断面积1477.5mm2连接板侧板形状系数，查得1.04连接板形状系数凸四边形1对连接板变形的影响系数9.12故：两侧板相对切向位移引起行星轮啮合面上的轮齿歪斜角为：在NGW型传动中，由于行星架变形而产生的轮齿歪斜角，可以补偿太阳轮扭转变形而产生的沿齿长方向的载荷集中现象。所以的大小以不超过太阳扭转变形引起的轮齿歪斜角为宜。4低速级设计计算设计计算方法和步骤与高速级相同，在此从略，仅将部分计算结果给出。4.1配齿数4.2中心距 4.3变位计算结果外啮合：内啮合：4.4啮合效率5均载机构设计计算5.1均载机构位移量计算（1）高速级行星架浮动的位移量高速级各构件的制造误差确定如表5-1表5-1 高速级各构件的制造误差表构件的误差名称代号组 成误差值太阳轮偏心机体上轴孔对基准圆径向跳动公差之半+齿圈径向跳动公差之半22内齿轮偏心齿圈径向跳动公差之半16行星轮偏心齿圈径向跳动公差之半8行星轮轴孔切向误差行星架上行星轮轴孔由于分度不均等引起的切向误差15行星架行星架中心线与主轴线不同轴度公差10高速级行星架浮动的位移量：（2）低速级行星架浮动的位移量低速级各构件的制造误差确定如表5-2表5-2 高速级各构件的制造误差表构件的误差名称代号组成误差值太阳轮偏心齿圈径向跳动公差之半+太阳轮轴线对主轴线的不同轴度公差22内齿轮偏心齿圈径向跳动公差之半16续表5-2构件的误差名称代号组成误差值行星轮偏心齿圈径向跳动公差之半14行星轮轴孔切向误差行星架上行星轮轴线分度位置等引起的切向位置误差24行星架机体上行星架轴孔对基准圆径向跳动公差之半17.55.2浮动联轴器倾斜角及主要参数确定在最严重的情况下，两级浮动构件等效误差的最大值和分布在过主轴线的一个平面上，且位于主轴线的两侧。由于低速级行星轮和高速级都用滚动轴承，可设想低速级太阳轮轴线只作范围内的平动，高速级行星架轴线绕浮动联接做倾斜运动的同时，补偿和。确定单齿套长度应由浮动齿中间平面计算到滚动轴承的中间平面，经初步结构设计取为，则其最大倾斜角应为：为提高均载效果，采用的鼓形齿联轴器，考虑到加工工艺问题。取。根据结构取浮动联轴器分度圆直径 。5.3联轴器几何计算取模数m=2.5mm,齿数z=24,齿顶高系数，变位系数x=0.4;采用侧面定心，则几何尺寸计算如表5-3.表5-3 联轴器几何计算表名 称计 算 式结 果啮合角节圆直径62mm齿顶圆直径66mm58mm齿根圆直径55.75mm68.25mm鼓形齿刀具位移圆半径193.085mm切向鼓形半径422.118mm法向鼓形半径464.183mm5.4联轴器强度验算鼓形联轴器的内齿套为高速级行星架的一部分，为铸钢调质，HB250280，；外齿与低速级太阳轮是一个构件。计算齿面接触应力。各参数和系数确定如表5-4。表5-4 联轴器强度计算参数和系数表代号名称说明取值传递扭矩与高速级行星架扭矩同968Nm使用系数中等冲击1.25续表5-4代号名称说明取值轮齿间载荷分配不均系数非柔性构件浮动1轮齿有效接触高度系数1.2寿命系数，日工作14时1.6载荷分布系数与联轴器倾角有关0.45接触应力符合要求。6润滑装置及散热计算采用集中润滑，润滑站XYZ-63，供油压力0.4MPa，流量63L/min。连续工作产生的热量Q1=3600（1-）P1 =3600x（1-0.98x0.98）x22=3136.32（kJ/h）箱体表面排出的最大热量Q2max=4.1868hS（Qymax-Q0） =4.1868x35x0.85x（50-20）=3737 Q1（kJ/h）式中传动效率取0.92， P1输入轴的传动功率，KWh自然通风不好的地方h=3138(KJ/h m2h)自然通风良好的地方h=5063(KJ/h m2h) S散热的计算面积（m2、），Qymax油温的最大许用值（5060），取50Q0周围空气的温度取，20；环境30时Q2max=2491（kJ/h）考虑安全和润滑充分，故增加润滑站。结论论文在查阅大量文献和分析、计算的基础上，取得如下的研究成果：（1）对行星齿轮减速器的现状和发展前景进行了探讨。（2）通过对现有行星齿轮减速器的研究方法进行分析，认识到国内行星齿轮减速器发展面临的主要问题以及相应的解决方案。（3）通过对行星齿轮传动各部件的设计，为行星齿轮减速器总体结构设计提供了理论依据。由于研究时间短及本人设计能力有限，行星齿轮减速器的总体结构设计还不完善，主要还存在以下不足：（1）在整机设计中未充分分析齿轮在旋转过程中产生的振动，希望能在以后的研究中，完善设计。 （2）本文仅对行星齿轮减速器的提升装置进行了初步的试验研究，未能在具体样机中进行设计合理性的校核，希望在以后的研究中，通过生产实践，完善设计存在的缺陷。致谢值此成文之际，首先我要衷心地感谢我的指导教师刘家伦在毕业设计这段时间来对我的教育和培养。导师严谨的治学作风、兢兢业业的工作精神和求精、求实的科学研究理念将对我以后独立学习和生活产生深刻的影响。每当遇到困惑和疑难时，在我仿徨、不知所措时，刘老师总能及时查明我的心态，帮助我克服学习和生活中的困难，给予我充分信任、鼓励和支持，并为我提供十分宝贵的学习机会。其辛劳和对学生的良苦栽培无以言表。论文定稿之前的细致修改无不铭刻着导师为人师表和呕心沥血的烙印，而这种治学精神将成为学生终身受用不尽，用之不竭的宝贵财富。谨向老师致以深深的敬意和最诚挚的谢意。感谢多年来培育我的宜宾职业技术学院的老师们和关心我的同学们。衷心感谢我的父母，感谢他们对我的理解、关心、照顾和支持，让我的生活充满无比的快乐与幸福。最后，感谢那些默默地关心和支持我而在此无法一一提及的师长、朋友和亲友们。参 考 文 献1渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会编.渐开线齿轮行星传动的设计与制造.北京:机械工业出版社，20022张国瑞，张展.行星传动技术.上海:上海交通大学出版社，19893彭书志.一种新型行星齿轮减速器的理论研究.光机电信息，19984张锁怀，隋铁成.三轴式内齿行星齿轮减速器传动力学及运动性能的研究.机械设计，19955林将，张学峰.无自转活齿双摆线行星齿轮减速器.东北大学学报(自然版)，19956绕振纲.新式3K传动的设计理论研究.传动技术(上海)，19937黄晓剑.双摆线滚子行星传动原理初探.机械设计与研究，19898绕振刚.火炮行星齿轮减速器反求设计.机械设计，19929张蕾，卢玉明.高速、中截圆柱齿轮减速器的稳健设计.机械设计，199910程自彬.NGW行星齿轮减速器的模糊优化设计.湖南大学学报，199111熊银根，淮良贵一齿差摆线针轮行星传动的多目标优化设计.机械设计与研究，1989 26