2Z-X型漸開線行星齒輪減速器設(shè)計(jì)
2Z-X型漸開線行星齒輪減速器設(shè)計(jì),漸開線,行星,齒輪,減速器,設(shè)計(jì)
XXXXX
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
2Z-X型NGW嚙合
兩級(jí)行星齒輪減速設(shè)計(jì)
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
專 業(yè)：
系 別：
指導(dǎo)教師：
二○一五年六月
I 摘 要 本文完成了對(duì) 2Z-X 型 NGW 嚙合方式兩級(jí)行星齒輪減速的設(shè)計(jì)。該減速器具有較 小的傳動(dòng)比，而且，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、外廓尺寸小和重量輕、承載能力 大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和震動(dòng)的能力較強(qiáng)、噪聲低的特點(diǎn)。 首先簡(jiǎn)要介紹了課題的背景以及齒輪減速器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，然后比較了 各種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，從而確定了傳動(dòng)的基本類型。論文主體部分是對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件包 括太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈及轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì)計(jì)算，通過所給的輸入功率、傳動(dòng)比、輸入 轉(zhuǎn)速以及工況系數(shù)確定齒輪減速器的大致結(jié)構(gòu)之后，對(duì)其進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 和主要零部件的強(qiáng)度校核計(jì)算。最后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了總結(jié)，基本上完成了對(duì)該 減速器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：行星齒輪；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；校核計(jì)算 II ABSTRACT This paper completed the 2Z-X of NGW structural design of the planetary gear reducer. The reducer has a smaller gear ratio, and it has a compact, high transmission efficiency, small size and light weight profile, large carrying capacity, smooth movement, a strong ability to shock and vibration, low noise characteristics. Briefly introduces the background and current situation and development trend of research topics gear reducer, and then compare the various transmission structure, which determines the basic types of transmission. The main part of the paper is the main member of the transmission mechanism including a sun gear, planetary gear, the ring gear and the planet carrier is designed to calculate, by means of a given input power, the transmission ratio, the input rotation speed and the operating conditions to determine the approximate coefficients after the configuration of the gear reducer its strength check calculation carried out to calculate the overall structure and design of the major components. Finally, a summary of the entire design process, basically completed the overall structural design of the reducer. KEYWORDS：Planetary gear; transmission mechanism; Structural design; Checking calculation III 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................I ABSTRACT.......................................................................................................................II 目 錄 ...............................................................................................................................III 1 緒論 ..................................................................................................................................1 1.1 研究背景及意義 .......................................................................................................1 1.2 行星齒輪減速器研究現(xiàn)狀 .......................................................................................1 1.3 行星齒輪減速器發(fā)展趨勢(shì) .......................................................................................2 1.4 論文的基本內(nèi)容 .......................................................................................................2 2 總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................................3 2.1 設(shè)計(jì)要求 ...................................................................................................................3 2.2 總體方案選擇 ...........................................................................................................3 2.2.1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) ....................................................................................3 2.2.2 確定行星齒輪傳動(dòng)類型 ....................................................................................5 3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..............................................................................................................6 3.1 配齒計(jì)算 ...................................................................................................................6 3.2 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) .......................................................................................7 3.2.1 計(jì)算高速級(jí)齒輪的模數(shù) m ...............................................................................7 3.2.2 計(jì)算低速級(jí)的齒輪模數(shù) m ...............................................................................7 3.3 嚙合參數(shù)計(jì)算 ...........................................................................................................8 3.3.1 高速級(jí) ................................................................................................................8 3.3.2 低速級(jí) ................................................................................................................8 3.3.3 高速級(jí)變位系數(shù) ................................................................................................9 3.3.4 低速級(jí)變位系數(shù) ................................................................................................9 3.4 幾何尺寸的計(jì)算 .......................................................................................................9 3.4.1 高速級(jí) ...............................................................................................................9 3.4.2 低速級(jí) .............................................................................................................10 3.4.3 插齒刀齒根圓直徑的計(jì)算 ..............................................................................10 3.5 裝配條件的驗(yàn)算 .....................................................................................................11 3.5.1 鄰接條件 ..........................................................................................................11 3.5.2 同心條件 ..........................................................................................................11 3.5.3 安裝條件 ..........................................................................................................12 IV 3.6 傳動(dòng)效率的計(jì)算 .....................................................................................................12 3.6.1 高速級(jí)嚙合損失系數(shù) 的確定 .................................................................12 1x 3.6.2 低速級(jí)嚙合損失系數(shù) 的確定 ..................................................................13 2 3.7 齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算 .....................................................................................................14 3.7.1 高速級(jí)外嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 .........................................................14 3.7.2 高速級(jí)外嚙合齒輪副彎曲強(qiáng)度的校核 .........................................................16 3.7.3 高速級(jí)內(nèi)嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 .........................................................17 3.7.4 低速級(jí)外嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 .........................................................18 3.7.5 低速級(jí)外嚙合齒輪副彎曲強(qiáng)度的校核 ..........................................................19 3.7.6 低速級(jí)內(nèi)嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 ..........................................................21 4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................................22 4.1 行星軸設(shè)計(jì) ............................................................................................................22 4.1.1 初算軸的最小直徑 ..........................................................................................22 4.1.2 選擇行星輪軸軸承 ..........................................................................................23 4.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) ............................................................................................................24 4.2.1 輸入軸設(shè)計(jì) .....................................................................................................24 4.2.2 輸出軸設(shè)計(jì) .....................................................................................................25 5 轉(zhuǎn)臂、箱體及附件的設(shè)計(jì) ............................................................................................27 5.1 轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) .............................................................................................................27 5.1.1 轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)方案 ..................................................................................................27 5.1.2 轉(zhuǎn)臂制造精度 ..................................................................................................28 5.2 箱體的設(shè)計(jì) ............................................................................................................30 5.3 其他附件的選用 .....................................................................................................31 5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)件及附件的選用 ......................................................................................31 5.3.2 密封和潤(rùn)滑 ......................................................................................................32 結(jié)論 ...................................................................................................................................33 致謝 ...................................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................35 1 1 緒論 1.1 研究背景及意義 行星齒輪傳動(dòng)在我國(guó)已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應(yīng)用。然而，自 20 世紀(jì) 60 年代以來，我國(guó)才開始對(duì)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無 論是在設(shè)計(jì)理論方面，還是在試制和應(yīng)用實(shí)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(guó)改革開放以來，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn) 步和發(fā)展，我國(guó)已從世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了大量先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)，經(jīng) 過我國(guó)機(jī)械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時(shí)俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新地努力奮進(jìn)，使我 國(guó)的行星傳動(dòng)技術(shù)有了迅速的發(fā)展1。 本課題通過對(duì)行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步計(jì)算出各零件的設(shè)計(jì)尺寸和裝配 尺寸，并對(duì)涉及結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化分析，為行星齒輪減速器產(chǎn)品的開發(fā)和性能評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn) 行星齒輪減速器規(guī)?；a(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。通過本設(shè)計(jì)，要能弄懂該減速器 的傳動(dòng)原理，達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)與鞏固，從而在以后的工作中能解決類似的問題。 1.2 行星齒輪減速器研究現(xiàn)狀 我國(guó)的低速重載齒輪技術(shù)，特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測(cè)繪仿制等階段，從 無到有逐步發(fā)展起來。除了摸索掌握制造技術(shù)外，在 20 世紀(jì) 80 年代末至 90 年代初推 廣硬齒面技術(shù)過程中，我們還作了解決“斷軸” 、 “選用”等一系列有意義的工作。 （1）漸開線行星齒輪效率的研究 行星齒輪傳動(dòng)的效率作為評(píng)價(jià)器傳動(dòng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，國(guó)內(nèi)外有許多學(xué) 者對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)在，計(jì)算行星齒輪傳動(dòng)效率的方法很多，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提 出了許多有關(guān)行星齒輪傳動(dòng)效率的計(jì)算方法，在設(shè)計(jì)計(jì)算中，較常用的計(jì)算方有 3 種： 嚙合功率法、力偏移法、和傳動(dòng)比法（克萊依涅斯法） ，其中以嚙合功率法的用途最為 廣泛，此方法用來計(jì)算普通的 2K2H 和 3K 型行星齒輪的效率十分方便。 （2）漸開線行星齒輪均載分析的研究現(xiàn)狀 行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。這些都是由 于在其結(jié)構(gòu)上采用了多個(gè)行星輪的傳動(dòng)方式，充分利用了同心軸齒輪之間的空間，使 2 用了多個(gè)行星輪來分擔(dān)載荷，形成功率流，并合理的采用了內(nèi)嚙合傳動(dòng)，從而使其具 備了上述的許多優(yōu)點(diǎn)。為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性，均載的問題就成了一個(gè)十 分重要的課題。在結(jié)構(gòu)方面，起初人們只努力地提高齒輪的加工精度，從而使得行星 齒輪的制造和裝配變得比較困難。后來通過時(shí)間采取了對(duì)行星齒輪的基本構(gòu)件徑向不 加限制的專門措施和其它可自動(dòng)調(diào)位的方法。 1.3 行星齒輪減速器發(fā)展趨勢(shì) 隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)， “九五”期間，齒輪行業(yè)的專業(yè)化生產(chǎn)水平有了明顯提 高，如一汽、二汽等大型企業(yè)集團(tuán)的齒輪變速箱廠、車轎廠，通過企業(yè)改組、改制， 改為相對(duì)獨(dú)立的專業(yè)廠，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)；隨著軍工轉(zhuǎn)民用，農(nóng)機(jī)齒輪企業(yè)轉(zhuǎn)加工非農(nóng) 用齒輪產(chǎn)品，調(diào)整了企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；私有企業(yè)的堀起，中外合資企業(yè)的涌現(xiàn)，齒輪行 業(yè)的整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，行業(yè)實(shí)力增強(qiáng)，技術(shù)進(jìn)步加快。 當(dāng)今世界各國(guó)減速器及齒輪技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)是向六高、二低、二化方面發(fā)展。六 高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動(dòng)效率；二低即低 噪聲、低成本；二化即標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化。 減速器和齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水 平，因此，開拓和發(fā)展減速器和齒輪技術(shù)在我國(guó)有廣闊的前景。 1.4 論文的基本內(nèi)容 （1）選擇傳動(dòng)方案。傳動(dòng)方案的確定包括傳動(dòng)比的確定和傳動(dòng)類型的確定。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，都大致包括：選擇傳動(dòng)方案、傳動(dòng) 零件齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核、軸承的選型與壽命計(jì)算、鍵的選 擇與強(qiáng)度計(jì)算、箱體的設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑與密封的選擇等。 在對(duì)行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)給定的減速器設(shè)計(jì)的主 要參數(shù)，通過 CAD 繪圖軟件建立行星齒輪減速器各零件的二維平面圖，繪制出減速器 的總裝圖對(duì)其進(jìn)行分析。 3 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 電機(jī)功率： 75kW； 輸入轉(zhuǎn)速： 735r/min； 輸出轉(zhuǎn)速約為： 26.3r/min； 工作年限的按 2 年，每天工作 16-18 小時(shí)； 使用系數(shù)選?。篕A=1.5。 2.2 總體方案選擇 2.2.1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較，它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)的 主要特點(diǎn)如下： （1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸 和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的 （即在承受相同的載荷條件下） 。512 （2）傳動(dòng)效率高。在傳動(dòng)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(dá) 0.970，99。 （3）傳動(dòng)比較大?？梢詫?shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解。只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動(dòng)的類 型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行 星齒輪傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很大時(shí)， 仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。 （4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。由于采用了數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的行星輪， 均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí)，也使 參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工 作較可靠。 最常見的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是 NGW 型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。行星齒輪傳動(dòng)的型式可按 兩種方式劃分：按齒輪嚙合方式不同分有 NGW、 NW、NN、WW、NGWN 和 N 等類 型。按基本結(jié)構(gòu)的組成情況不同有 2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X 等類型。 4 行星齒輪傳動(dòng)最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它可進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入 軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪 傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的中的減速器、增 速器和變速裝置。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航 空發(fā)動(dòng)機(jī)、起重運(yùn)輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要變速器的汽車和坦 克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置，行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來越廣泛的應(yīng)用，表 2-1 列出了 常用行星齒輪傳動(dòng)的型式及特點(diǎn)： 表 2-1 常用行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類型及其特點(diǎn) 性能參數(shù)傳動(dòng) 形式 簡(jiǎn)圖 傳動(dòng)比 效率 最大功 率/kW 特點(diǎn) NGW（2Z- X 負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)） =1.1 BAXi 313.7 推薦 2.89 效率高，體積小，重量輕， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳 遞公路范圍大，軸向尺寸 小，可用于各個(gè)工作條件， 在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣。 單級(jí)傳動(dòng)比范圍較小，耳 機(jī)和三級(jí)傳動(dòng)均廣泛應(yīng)用 NW（2Z-X 負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)） =15 BAXi 0 推薦 721 0.970.99 不限 效率高，徑向尺寸比 NGW 型小，傳動(dòng)比范圍較 NGW 型大，可用于各種工作條 件。但雙聯(lián)行星齒輪制造、 安裝較復(fù)雜，故| | 7 時(shí) BAXi 不宜采用 NN（2Z-X 負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)） 推薦值： =83 BXEi 0 效率較低， 一般為 0.70.8 40 傳動(dòng)比打，效率較低，適 用于短期工作傳動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn) 臂 X 從動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比 | |大i 于某一值后，機(jī)構(gòu)將發(fā)生 自鎖 WW（2Z-X 負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)） =1.2 BXAi 數(shù)千 | |=1.2 BXAi 5 時(shí)，效 率可達(dá) 0.90.7， 5 以后.i 隨| |增加 徒降 20 傳動(dòng)比范圍大，但外形尺 寸及重量較大，效率很低， 制造困難，一般不用與動(dòng) 力傳動(dòng)。運(yùn)動(dòng)精度低也不 用于分度機(jī)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)臂 X 從動(dòng)時(shí)，| |從某一數(shù)值起i 會(huì)發(fā)生自鎖。常用作差速 器；其傳動(dòng)比取值為 =1.83，最佳值為 2， XABi 5 此時(shí)效率可達(dá) 0.9 NGW（ ）型 （3Z） 小功率 傳動(dòng) BAEi 500； 推薦： =20 BAEi 100 0.80.9 隨 增加 而下降 短期工 作 120 ，長(zhǎng)期 工作 10 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，傳動(dòng) 比范圍大，但效率低于 NGW 型，工藝性差，適用 于中小功率功率或短期工 作。若中心輪 A 輸出，當(dāng)| |大于某一數(shù)值時(shí)會(huì)發(fā)生i 自鎖 NGWN（ ）型 （3Z） =60 BAEi 500 推薦： =64 300 0.70.84 隨 增 bAEi 加而下降 短期工 作 120 ，長(zhǎng)期 工作 10 結(jié)構(gòu)更緊湊，制造，安裝 比上列型傳動(dòng)方便。由 于采用單齒圈行星輪，需 角度變?yōu)椴拍軡M足同心條 件。效率較低，宜用于短 期工作。傳動(dòng)自鎖情況同 上 2.2.2 確定行星齒輪傳動(dòng)類型 根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求可知，該行星齒輪減速器傳遞功率高、傳動(dòng)比較大、工作環(huán)境 惡劣等特點(diǎn)。故采用雙級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。 總傳動(dòng)比為： 95.27min/3.2675ri輸 出輸 入 2Z-X 型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適用于任何工況下的大小功率的傳動(dòng)。選用由兩個(gè) 2Z-X 型 NGW 嚙合方式的行星齒輪傳動(dòng)串聯(lián)而成的雙級(jí)行星齒輪減速器較為合理，名 義傳動(dòng)比可分為 , 進(jìn)行傳動(dòng)。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 2-1 所示：16pi24.p 圖 2-1 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 6 3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 配齒計(jì)算 根據(jù) 2Z-X 型行星齒輪傳動(dòng)比 的值和按其配齒計(jì)算公式，可得第一級(jí)傳動(dòng)的內(nèi)pi 齒輪 ,行星齒輪 的齒數(shù)?，F(xiàn)考慮到該行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸，故選取第一級(jí)中心1b1c 齒輪 數(shù)為 17 和行星齒輪數(shù)為 。根據(jù)內(nèi)齒輪a3pn11bapiz16785bz 根據(jù)同心條件可求得行星齒輪 c1 的齒數(shù)為 11234cba 所求得的 適用于非變位或高度變位的行星齒輪傳動(dòng)。再考慮到其安裝條件為：ZC C51 12zab整 數(shù) 第二級(jí)傳動(dòng)比 為 4.66，選擇中心齒輪數(shù)為 23 和行星齒輪數(shù)目為 3，根據(jù)內(nèi)齒輪2pi zb1 1iza zb4.62384.1 對(duì)內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整后，此時(shí)實(shí)際的 P 值與給定的 P 值稍有變化，但是必須控 制在其傳動(dòng)比誤差范圍內(nèi)。實(shí)際傳動(dòng)比為 4.652i1 2zab 其傳動(dòng)比誤差 0.2%i pi4.652 再考慮到其安裝條件，選擇 的齒數(shù)為 852zb 根據(jù)同心條件可求得行星齒輪 c1 的齒數(shù)為 2311zcb1za 實(shí)際傳動(dòng)比為 4.696i1 zab 7 其傳動(dòng)比誤差 1%i pi 3.2 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 齒輪材料和熱處理的選擇：中心齒輪 A1 和中心齒輪 A2，以及行星齒輪 C1 和 C2 均采用 20CrMnTi,這種材料適合高速，中載、承受沖擊和耐磨的齒輪及齒面較寬的齒輪 ,故 且滿足需要。齒面硬度為 58-62HRC，根據(jù)圖二可知，取 =1400 , =350 ,中心齒輪加工精度為六級(jí)，高速級(jí)與低速級(jí)limH 2NlimF2N 的內(nèi)齒輪均采用 42CrMo,這種材料經(jīng)過正火和調(diào)質(zhì)處理，以獲得相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和硬度等 力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)硬度為 217-259HRC，根據(jù)圖三可知，取 =780 , =420 輪 B1 和 B2 的加工精度為 7 級(jí)。li 2li2 3.2.1 計(jì)算高速級(jí)齒輪的模數(shù) m 按彎曲強(qiáng)度的初算公式，為 1132liAFPaTKYmdz 現(xiàn)已知 17, =3401aZm2 N 中心齒輪 a1 的名義轉(zhuǎn)矩為：11 759549434.8PTmn 取算式系數(shù) ，按表 6-6 取使用系數(shù) ; 按表 6-4 取綜合系數(shù) =1.8;取2.mK1.5AKfk 接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數(shù) ，由公式可得2hpk ；由表查得齒形系數(shù) ；由表查 1.61.621.3fphpk12.67faY 的齒寬系數(shù) ；則所得的模數(shù) m 為0.8d324.5..71. 4.0173m 取齒輪模數(shù)為 8 3.2.2 計(jì)算低速級(jí)的齒輪模數(shù) m 按彎曲強(qiáng)度的初算公式，計(jì)低速級(jí)齒輪的模數(shù) m 為1132liAFPaTKYmdz 現(xiàn)已知 23， =420 。中心齒輪 a2 的名義轉(zhuǎn)矩 =m2 N 2aT1xa6324.819. 取算式系數(shù) ，按表 6-6 取使用系數(shù) ; 按表 6-4 取綜合系數(shù)mk1.5ak =1.8;取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數(shù) ，由公式可得f 1.2hp ；由表查得齒形系數(shù) ；由表查的齒1.61.621.3fphp1.4faY 寬系數(shù) ；則所得的模數(shù) 為0d 6.07mm 3948.5..412.6230m 取齒輪模數(shù)為 m 3.3 嚙合參數(shù)計(jì)算 3.3.1 高速級(jí) 在兩個(gè)嚙合齒輪副中 ， 中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距 a1 為1ac1b11 4730222acacmz11 851bcbc 3.3.2 低速級(jí) 在兩個(gè)嚙合齒輪副中 ， 中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距 a2 為2ac2b22116316acbcmz22 52bcbc 由此可見，高速級(jí)和低速級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)中心距均相等。因此該行星齒輪傳動(dòng)滿足非變 9 位的同心條件, 但是在行星齒輪傳動(dòng)中，采用高度變位可以避免根切，減小機(jī)構(gòu)的尺寸 和質(zhì)量2；還可以改善齒輪副的磨損情況以及提高其載荷能力。 由于嚙合齒輪副中的小齒輪采用正變位 ，大齒輪采用負(fù)變位 。內(nèi)10 x20 x 齒輪的變位系數(shù)和其嚙合的外齒輪相等，即 ， 型的傳動(dòng)中，當(dāng)傳動(dòng)比2zA 時(shí)，中心齒輪采用正變位，行星齒輪和內(nèi)齒輪采用負(fù)變位，其變位系數(shù)關(guān)系為4 baxi 。0ca 3.3.3 高速級(jí)變位系數(shù) 確定外齒輪副的變位系數(shù)，因其高度變位后的中心距與非變位的中心距不變，在 嚙合角仍為 ， 根據(jù)表選擇變位系數(shù)102a125z .35x.3bx0.315cx 3.3.4 低速級(jí)變位系數(shù) 因其嚙合角仍為 根據(jù)表選擇變位系數(shù)162a1254z 20.15ax0.b0.1cx 3.4 幾何尺寸的計(jì)算 對(duì)于雙級(jí)的 型的行星齒輪傳動(dòng)按公式進(jìn)行其幾何尺寸的計(jì)算，各齒輪副的2xA 幾何尺寸的計(jì)算結(jié)果如下表： 3.4.1 高速級(jí) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 齒輪副1ac齒輪副1bc 分度圓直 徑 1dmz268d2336d240 10 3.4.2 低速級(jí) 項(xiàng)目 計(jì)算公式 齒輪副1ac齒輪副1bc 分度圓直徑 1dmz238d2686d250 外 嚙 合 112amdxh2178.52ad4b 頂圓 直徑 1a內(nèi)嚙 合 2a3a21afmc插 齒 14.8b23a 外 嚙 合 1fdxh212f160.5fd2348f 齒根圓直 徑 f內(nèi)嚙 合 fa202插 齒 123.48f50f 11 3.4.3 插齒刀齒根圓直徑的計(jì)算 已知模數(shù) ，盤形直齒插齒刀的齒數(shù)為 18，變位系數(shù)為4m ，試求被插齒的內(nèi)齒輪 ， 的齒圓直徑。0.1x中 等 磨 損 程 度 1b2 齒根圓直徑 按下式計(jì)算，即2fd20fad插 齒 插齒刀的齒頂圓直徑0a 插齒刀與被加工內(nèi)齒輪的中心距200aomaoxzh4182.3582.m 高速級(jí)： 2fd.40 低速級(jí)：選擇模數(shù) ，盤形直齒插齒刀的齒數(shù)為 176m00aoaoxz1726.518.2 填入表格22f 8.38.m 3.5 裝配條件的驗(yàn)算 對(duì)于所設(shè)計(jì)的雙級(jí) 2Z-X 型的行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下裝配條件 3.5.1 鄰接條件 外 嚙 合 112amadxh2215.38ad296 齒頂圓 直徑 1a 內(nèi) 嚙 合 a23a1afmdc插 齒 2196.a308 外 嚙 合 1f xh212f a124.38fd69f 齒根圓 直徑 f 內(nèi) 嚙 合 f 202fad插 齒 169.2f2348f 12 按公式驗(yàn)算其鄰接條件，即 2sinacacpd 已知高速級(jí)的 ， 和 代入上式，則得14.8ac10ac3 滿足鄰接條件 14.820sin76.3m 將低速級(jí)的 ， 和 代入，則得92acd2acpn 滿足鄰接條件 96.si80.5 3.5.2 同心條件 按公式對(duì)于高度變位有 2acbz 已知高速級(jí) ， 滿足公式則滿足同心條件。17a34c85 已知低速級(jí) ， 也滿足公式則滿足同心條件。b 3.5.3 安裝條件 按公式驗(yàn)算其安裝條件，即得 1abpCzn整 數(shù) 2abpCzn整 數(shù) （高速級(jí)滿足裝配條件） 178534abp （低速級(jí)滿足裝配條件） 26abpz 3.6 傳動(dòng)效率的計(jì)算 雙級(jí) 2Z-X 型的基本行星齒輪傳動(dòng)串聯(lián)而成的，故傳動(dòng)效率為 122baxax 由表可得： 11bxaxp 13 221bxaxp 3.6.1 高速級(jí)嚙合損失系數(shù) 的確定 1x 在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，其損失系數(shù) 等于嚙合損失系數(shù) 和軸承損失系數(shù) 之和即: 1x 1xm1xn111xxxmn 其中 1ab 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中中心輪 與行星齒輪 之間的嚙合損失 1xmb 11c 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中中心輪 與行星齒輪 之間的嚙合損失1 xa a 可按公式計(jì)算即 xmb1xb122mfz 高速級(jí)的外嚙合中重合度 =1.584,則得:1xma12.486mf 式中 齒輪副中小齒輪的齒數(shù)1z 齒輪副中大齒輪的齒數(shù)2 嚙合摩擦系數(shù)，取 0.2mf =0.041 1xa12.4860.743 內(nèi)外嚙合中重合度 =1.864,則得1xmb122.96mfz =0.0080 1xb.0.43 即得 =0.041+0.008=0.049, 1xm16.049.57bax 14 3.6.2 低速級(jí)嚙合損失系數(shù) 的確定 2x 外嚙合中重合度 =1.627 = =0.037 2xma12.54mfz1.540.234 內(nèi)嚙合中重合度 =1.858 =0.019 2xma12.97mf1.970.239 即得 =0.037+0.019=0.056, 2xm2410.56.bax 則該行星齒輪的傳動(dòng)效率為: = = 122baxax0.95.0974 傳動(dòng)效率高滿足短期間斷工作方式的使用要求。 3.7 齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算，大小齒輪的計(jì)算接觸應(yīng)力中的較大 值均小于其H 相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力 ，即Hpp 3.7.1 高速級(jí)外嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 考慮到由齒輪嚙合外部因素引起的附加動(dòng)載荷影響的系數(shù)，它與原動(dòng)機(jī)和工作機(jī) 的特性，軸和連軸器系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度以及運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，原動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，為中等 沖擊8 。故選 為 1.5, 工作機(jī)的環(huán)境惡劣，屬于嚴(yán)重沖擊9。故選 為 1.8aKaK （1）動(dòng)載荷系數(shù) v 考慮齒輪的制造精度，運(yùn)轉(zhuǎn)速度對(duì)輪齒內(nèi)部附加動(dòng)載荷影響的系數(shù)，查表可得 =1.108v （2）齒向載荷分布系數(shù) H 考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻?qū)X面接觸應(yīng)力影響的系數(shù)，該系數(shù) 主要與HK 15 齒輪加工誤差，箱體軸孔偏差，嚙合剛度，大小齒輪軸的平行度，跑合情況等有關(guān)。 查表可得 ，1HbK1.2b3H 則 .23.6 （3）齒間載荷分配系數(shù) 、HakF 齒間載荷分配系數(shù)是考慮同時(shí)嚙合的各對(duì)齒輪間載荷分布不均勻影響的系數(shù)。它 與齒輪的制造誤差，齒廓修形，重合度等因素有關(guān)。查表可得 =1 ， =1HakFa （4）行星齒輪間載荷分配不均勻系數(shù) Hp 考慮在各個(gè)行星齒輪間載荷分配不均勻?qū)X接觸應(yīng)力影響的系數(shù)。它與轉(zhuǎn)臂 X 和 齒輪及箱體精度，齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。查表取 =1.4Hpk （5）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Hz 考慮到節(jié)點(diǎn)處齒廓曲率對(duì)接觸應(yīng)力的影響。并將分度圓上的切向力折算為節(jié)圓上 的法向力的系數(shù)。 根據(jù) ，取 為 2.495 2cosintaHtzHz （6）彈性系數(shù) eZ 考慮材料彈性模量 E 和泊松比 對(duì)接觸應(yīng)力影響的系數(shù)，查表可得 為 189.80 eZ （7）重合度系數(shù) 考慮重合度對(duì)單位齒寬載荷 的影響，而使計(jì)算接觸應(yīng)力減小的系：tbF ，故取 0.897 43aZ （8）螺旋角系數(shù) 考慮螺旋角造成的接觸線傾斜對(duì)接觸應(yīng)力影響的系數(shù)。 ，取 為 1cos （9）最小安全系數(shù) ，minHSinF 考慮齒輪工作可靠性的系數(shù)，齒輪工作的可靠性要求應(yīng)根據(jù)重要程度，使用場(chǎng)合 16 等。取 =1minHS （10）接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) NtZ 考慮齒輪壽命小于或大于持久壽命條件循環(huán)次數(shù)時(shí)，它與一對(duì)相嚙合齒輪的材料， 熱處理，直徑，模數(shù)和使用潤(rùn)滑劑有關(guān)。 取 =1.039， =1.0851NtZ2Nt （11）潤(rùn)滑油膜影響系數(shù) ， ，LVR 齒面間的潤(rùn)滑油膜影響齒面的承載能力。查表可得 =1， =0.987, =0.991LZVR （12）齒面工作硬化系數(shù) ，接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù)wZx 考慮到經(jīng)光整加工的硬齒面的小齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)調(diào)質(zhì)剛的大齒輪產(chǎn)生冷作硬 化。還考慮因尺寸增大使材料強(qiáng)度降低的尺寸效應(yīng)因素的系數(shù)。故選 =1， =1wxZ 根據(jù)公式計(jì)算高速級(jí)外嚙合齒輪副中許用接觸應(yīng)力 10，即：HP 中心齒輪 a1 的 =1422min lNtLVRWXHpZS PaM 行星齒輪 c1 的 =1486in ltLp a 外嚙合齒輪副中齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算中 ，12H110AUHaPHK01t EubFZd 經(jīng)計(jì)算可得 2987PaHM 則 ， 滿足接觸疲勞強(qiáng)度條件。14p221486HPa 3.7.2 高速級(jí)外嚙合齒輪副彎曲強(qiáng)度的校核 （1）名義切向力 tF 已知 ， =3 和 =153mm,則得235.aNmTpnad 17 2002351960atP NTFnd 使用系數(shù) ，和動(dòng)載系數(shù) 的確定方法與接觸強(qiáng)度相同。aKv （2）齒向載荷分布系數(shù) F 齒向載荷分布系數(shù) 按公式計(jì)算，即 1FbFK 由圖可知 =1， ，則 =1.311F1.4b （3）齒間載荷分配系數(shù) Fa 齒間載荷分配系數(shù) 可查表 =1.1 （4）行星齒輪間載荷分配系數(shù) Fp 行星齒輪間載荷分配系數(shù) 按公式計(jì)算K1.621.3Fp （5）齒形系數(shù) faY 查表可得， =2.421, =2.6561f 2fa （6）應(yīng)力修正系數(shù) s 查表可得 =1.684, =1.5771sa2a （7）重合度系數(shù) Y 查表可得 1 0.75..38 （8）螺旋角系數(shù) （9）計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 f =18711 tFaAVFaFPFbmYK PaM =18922 ta aa （10）計(jì)算許用齒根應(yīng)力 FpminFSTNtrelTRrlXpYs 18 已知齒根彎曲疲勞極限 =400minF 2N 查得最小安全系數(shù) =1.6,式中各系數(shù) ， ， ， 和 取值如iSSTYNrelTRrelTYx 下： 查表 =2， = =1STYNT壽 命 系 數(shù) 0.2631L 查表齒根圓角敏感系數(shù) =1， 1rel20.95relTY 相對(duì)齒根表面狀況系 =1.043 .1.674.RrelTz =1.043 0.121.6740.529RrelTz 許用應(yīng)力 694 , 1FpPaM247FpPa 因此 ； ， a-c 滿足齒根彎曲強(qiáng)度條件。2F 3.7.3 高速級(jí)內(nèi)嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 高速級(jí)內(nèi)嚙合齒輪副中彎曲強(qiáng)度校核可以忽略，主要表現(xiàn)為接觸強(qiáng)度的計(jì)算，校 核上與高速級(jí)外嚙合齒輪副中的強(qiáng)度相似。 選擇 =1.272， =1.189, =189.8, =1, =2.495, =1.098, =0.844，vKHZhHaKZ =1.095, =1.151, =1, =1, =0.987, =0.974, 1NZ2N1L2L1V2V =0.991, =0.982, =1.153, =1.153, =1, =1, =1R1R1W2W1XminHS 計(jì)算行星齒輪的許用應(yīng)力為 =1677 1minlNtLVRXHpZS paM 計(jì)算內(nèi)齒輪 c1 的接觸許用應(yīng)力 =641 1minlNtLVRWXHp pa 而 = =3961210AUHaHPHKpa 則 641 得出結(jié)論：滿足接觸強(qiáng)度的條件。Hpa 19 3.7.4 低速級(jí)外嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 （1）選擇使用系數(shù) aK 原動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，為中等沖擊。故選 為 1.6, 工作機(jī)的環(huán)境惡劣，屬于嚴(yán)重沖a 擊。故選 為 1.8a （2）動(dòng)載荷系數(shù) v0.251349Vk （3）齒向載荷分布系數(shù) HK =1.2291Hb （4）齒間載荷分配系數(shù) 、HakF 查表可得 =1.021 =1.021Ha （5）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) z 取 =2.495 2cosintaHtz （6）彈性系數(shù) eZ 考慮材料彈性模量 E 和泊松比 對(duì)接觸應(yīng)力影響的系數(shù)，查表可得 為 189.80 eZ （7）重合度系數(shù) 考慮重合度對(duì)單位齒寬載荷 的影響，而使計(jì)算接觸應(yīng)力減小的系數(shù)tbF ，故取 0.889 43aZ （8）螺旋角系數(shù) 考慮螺旋角造成的接觸線傾斜對(duì)接觸應(yīng)力影響的系數(shù)。 ，取 為 1cosZ 計(jì)算齒面的接觸應(yīng)力 代人參數(shù)110AUHaHPHK =145112HpaM 20 （9）最小安全系數(shù) ，minHSinF 取 =1minH （10）接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) NtZ 取 =1.116， =1.1171NtZ2Nt （11）潤(rùn)滑油膜影響系數(shù) ， ，LVR 齒面間的潤(rùn)滑油膜影響齒面的承載能力。查表可得 =1， =0.958, =0.996LVZR （12）齒面工作硬化系數(shù) ，接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù)wZx 選 =1， =1wZx 計(jì)算許用接觸應(yīng)力 =1770 中心齒輪 a2 1minlNtLVRWXHpS paM =1525 行星齒輪 c2 2inltLVRXpHZpa 接觸強(qiáng)度校核： 1451 滿足接觸強(qiáng)度校核12H2H 3.7.5 低速級(jí)外嚙合齒輪副彎曲強(qiáng)度的校核 （1）名義切向力 tF 已知 ， =3 和 =276mm,則得623.47aNmTpnad001623.47862tPa Nnd 使用系數(shù) ，和動(dòng)載系數(shù) 的確定方法與接觸強(qiáng)度相同。Kv （2）齒向載荷分布系數(shù) F 齒向載荷分布系數(shù) 按公式計(jì)算，即 1FbFK 由圖可知 =1， ，則 =1.229F1.29b （3）齒間載荷分配系數(shù) Fa 21 齒間載荷分配系數(shù) 可查表 =1.021FaKFa （4）行星齒輪間載荷分配系數(shù) p 行星齒輪間載荷分配系數(shù) 按公式計(jì)算F1.621.3Fp （5）齒形系數(shù) faY 查表可得， =2.531, =2.5841f 2fa （6）應(yīng)力修正系數(shù) s 查表可得 =1.630, =1.5901sa2a （7）重合度系數(shù) Y 查表可得 1 0.75..18 （8）螺旋角系數(shù) （9）計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 f =39611 tFaAVFaFPFbmYK PaM =39422 ta aa （10）計(jì)算許用齒根應(yīng)力 FpminFSTNtrelTRrlXpYs 已知齒根彎曲疲勞極限 =400minF 2 查得最小安全系數(shù) =1.6,式中各系數(shù) ， ， ， 和 取值如i STYNrelTRrelTYx 下 查表 =2， = =1STYNT壽 命 系 數(shù) 0.2631L 查表齒根圓角敏感系數(shù) =1，1rel2relTY 相對(duì)齒根表面狀況系 22 =1.043 0.11.6740.529RrelTzY =1.043 0.12..rel 許用應(yīng)力 674 , 1FpPaM248FpPa 因此 ； ， a2-c2 滿足齒根彎曲強(qiáng)度條件。2F 3.7.6 低速級(jí)內(nèi)嚙合齒輪副接觸強(qiáng)度的校核 低速級(jí)內(nèi)嚙合齒輪副中彎曲強(qiáng)度校核可以忽略，主要表現(xiàn)為接觸強(qiáng)度的計(jì)算，校 核上與高速級(jí)外嚙合齒輪副中的強(qiáng)度相似11。 選擇 =1.051， =1.213, =189.8, =1, =2.495, vKHZ hZ =1.098, =0.844HaZ =1.192, =1.261, =1, =1, = 0.958, =0.912, 1N2N1L2L1V2V =0.996, =0.992, =1.153, =1.153, =1, =1, =1R1RWW1XminHS 計(jì)算行星齒輪的許用應(yīng)力為 =1782 1minlNtLVRXHpZS paM 計(jì)算內(nèi)齒輪 c1 的接觸許用應(yīng)力： =665 1minlNtLVRWXHp pa 而 = =6521210AUHaHPHKpa 則 652 得出結(jié)論：滿足接觸強(qiáng)度的條件。Hpa 4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：行星輪軸承安裝在行星輪內(nèi)，行星軸固定在轉(zhuǎn)臂的行 23 星輪軸孔中；輸出軸和轉(zhuǎn)臂通過鍵聯(lián)接其支承軸承在減速器殼體內(nèi)，太陽輪通過雙聯(lián) 齒輪聯(lián)軸器與高速軸聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)太陽輪浮動(dòng)。太陽輪浮動(dòng)原理如圖 4-1 所示： 圖 4-1 太陽輪浮動(dòng)原理 4.1 行星軸設(shè)計(jì) 4.1.1 初算軸的最小直徑 在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，每個(gè)行星輪軸承受穩(wěn)定載荷 ，當(dāng)行星輪相對(duì)于
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