2K-H行星齒輪減速器傳動系統(tǒng)設計

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1 摘 要 行星齒輪變速器 是用行星齒輪機構實現(xiàn)變速的裝置 它通常裝在液力變扭器的后 面 共同組成液力自動變速器 行星齒輪機構 有點好像太陽系 它的中央是太陽輪 太陽輪的周圍有幾個圍繞它旋轉的行星輪 行星輪之間 有一個共用的行星架 行星輪 的外面 有一個大齒圈 行星齒輪變速器 屬于一種齒輪箱 它是由行星齒圈 太陽輪 行星輪 又稱衛(wèi)星輪 和齒輪輪軸組成 根據齒圈 太陽輪和行星輪的運動關系 可以 實現(xiàn)輸入軸與輸出軸脫離剛性傳動關系 輸入軸與輸出軸同向或反向傳動和輸 本文通過對 2K H 型變速器的傳動結構 傳動原理及行星齒輪傳動的設計來計算一個 2K H 型變速器 2K H 型具有構件數量少 傳動功率和傳動比變化范大 設計容易等優(yōu) 點 因此應用最廣泛 論文首先介紹了行星變速器的定義 用途及功能 并對國內外行 星變速器的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景作了分析 通過設計和計算 完成對變速器相關結構的 零件設計 整體設計 初步確定了行星變速器結構的總體設計 關鍵詞 行星齒輪傳動 行星齒輪傳動結構 行星齒輪變速器 1 目 錄 緒 論 1 1 2K H 型變速器概述 2 1 1 行星齒輪變速器的定義 2 1 2 行星齒輪變速器的特點 4 1 3 2K H 型變速器的發(fā)展和現(xiàn)狀 6 1 3 2K H 變速器的設計目的和工作原理 8 1 4 行星齒輪變速器的設計目的 10 1 5 2K H 減速器的工作原理 12 2 2K H 行星齒輪減速器設計概要 15 2 1 2K H 行星齒輪減速器概述 15 2 2 2K K 行星齒輪減速器主要參數的確定 15 2 3 2K H 行星齒輪減速器強度計算 20 2 4 2K H 行星齒輪減速器結構設計 23 3 2K H 行星齒輪減速器優(yōu)化設計 27 3 1 2K H 行星齒輪減速器優(yōu)化設計原理 27 3 2 配齒計算 28 4 行星齒輪的傳動 31 4 1 行星齒輪傳動簡介 31 4 2 行星齒輪傳動的特點 32 5 2K H 行星齒輪減速器傳動設計 34 5 1 設計要點 34 5 2 行星齒輪減速器傳動的傳動比計算 34 5 3 2K H 行星齒輪減速器的傳動效率計算 34 結 論 37 致 謝 38 參考文獻 39 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 1 緒 論 通常情況 應用最多的是內齒圈 3 固定 太陽輪 1 主動 行星架從動的傳動裝置 當太陽輪 1 從動 行星架 H 主動時 則為行星增速傳動 而當太陽輪 行星架 內齒圈 均不固定時 便可得到行星差動傳動 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 2 1 2k h 型變速器概述 1 1 行星齒輪變速器的定義 行星齒輪變速器 是用行星齒輪機構實現(xiàn)變速的變速器 它通常裝在液力變扭器的 后面 共同組成液力自動變速器 行星齒輪機構 就像好像太陽系 它的中央是太陽輪 太陽輪的周圍有幾個圍繞它旋轉的行星輪 行星輪之間 有一個共用的行星架 行星輪 的外面 有一個大齒圈 1 太陽輪 2 行星輪 3 內齒圈 圖 1 1 2K H 型行星齒輪傳動簡圖 上圖為一種廣泛應用的 2K H 型行齒輪傳動簡圖 從結構上看其由四個構件組成的 在動軸線上做行星運動的齒輪稱是行星輪 用數字 2 表示 行星輪一般都在 2 6 個 其它 兩個齒輪構件的軸線和主軸線重合 稱為中心輪 通常用 K 表示 其中外齒中心輪通常 稱作太陽輪 如圖用數字 1 表示 內齒輪通常稱為內齒圈 如圖用數字 3 表示 支承行 星輪的動軸線構件稱作行星架 用 H 表示 其齒輪三維結構圖如圖 1 2 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 3 圖 1 3 中心輪浮動的單級行星齒輪減速器 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 4 圖 1 2 2K H 型行星齒輪三維簡圖 1 2 行星齒輪變速器的特點 齒輪軸線可動的傳動稱為行星齒輪傳動 與普通齒輪減速器相比 行星齒輪減速器 的特點是 當傳動比和輸出軸上的轉矩相同時 結構較為緊湊 常見的行星齒輪減速器 為 2K H 型 可以正反兩向運轉 一般情況下的使用條件為 1 高速軸最高轉速成 1500r min 2 齒輪圓周速度成 15m s 3 工作環(huán)境溫度為一 40 45 在保證工作轉速和輸出功率的條件下 確定了所需的減速器傳動比及電機 或其他 驅動器 的實際輸入功率 Ps 后 可選擇減速器 行星輪 稱衛(wèi)星輪 和齒輪輪軸組成的 根據齒圈 太陽輪和行星輪的運動關系 可以實現(xiàn)輸入軸與輸出軸脫離剛性傳動關系 輸入軸與輸出軸同向或反向傳動和輸 2K H 型具有構件數量少 傳動功率和傳動比變化范圍大 設計容易等優(yōu)點 因此應用最廣泛 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 5 還有以下優(yōu)點 體積小 重量輕 結構比較緊湊 只有一般齒輪傳動體積 重量地 1 2 1 3 承載能 力高 傳遞功率范圍及傳動比范圍大 由于行星齒輪傳動是一種共軸線的傳動裝置 即 具有同軸線傳動的特點 在結構上采用了對稱的分流傳動結構 即用幾個完全相同的行 星輪均勻的分布在中心輪的周圍來共同分擔載荷 從而使每個齒輪所受的負荷變小 相 應齒輪模數就可以較小 也合理的應用了內嚙合 充分利用了內嚙合承載能力高和內齒 輪的空間容量 從而縮小了徑 軸向尺寸 使結構很緊湊 而承載能力又高 傳動效率高 由于行星齒輪傳動結構地對稱性 即它具有數個勻稱分布的行星輪 使得作用于中心輪和轉臂軸承中的反作用力能互相平衡 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 結構布置合理的情況下 其效率值可達 0 97 0 99 傳動比較大 可以實現(xiàn)運動的合成與分解 只要合理選擇行星齒輪傳動的類型和配 齒方案 就可以用少數幾個齒輪來獲得很大的傳動比 在只作為傳遞運動的行星齒輪傳 動中 其傳動比可達到幾千 這里指出 行星齒輪傳動在其傳動比很大的時侯 依然可 保持結構緊湊 質量小 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)各種變速的復雜運動 運動平穩(wěn) 抗沖擊和振動的能力比較強 因為采用了多個結構相同的行星輪 均勻 地分布在中心輪周圍 使行星輪與轉臂的性力相互平衡 同時 也使參與嚙合的齒數增 多 所以行星齒輪傳動的運動平穩(wěn) 抵抗沖擊和振動的能力很強 工作起來比較可靠 綜上所述 行星齒輪傳動具有質量小 體積小 傳動比大及效率高等優(yōu)點 因此 行星齒輪傳 動已經廣泛的應用于工程機械 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速 大功率 而且在低速大轉矩的傳動裝置上也已獲得了應用 它幾乎可以適用到一切功率和轉速范圍 所以目前行星齒輪傳動技術已經成為世界各個 國家機械傳動發(fā)展的很重要的一部分 表 1 1 行星齒輪減速器箱和普通定軸減速器箱的比較 比較項目 行星齒輪減速箱 普通定軸減速器箱 重量 N 34020 68040 高度 m 1 30 1 80 長度 m 1 29 1 42 寬度 m 1 34 2 36 體積 3 2 29 6 08 齒寬 m 0 18 0 40 損失功率 ps 110 130 圓周速度 42 7 99 4 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 6 m S 1 3 2K H 型變速器的發(fā)展和現(xiàn)狀 變速器廣泛應用于各個行業(yè) 特別是在汽車行業(yè)應用的最為廣泛 對其要求也是很 高 2K H 行星變速器利用行星齒輪傳動在國內和國外得到了很大的發(fā)展 在汽車應用上 廣泛的采用活塞式內燃發(fā)動機 因為發(fā)動機地扭矩變化范圍比較較小 不能適應汽車在各 種條件下阻力變化地要求 并且在復件下要求汽車的牽引力和車速能在很大的范圍內變化 所以在汽車傳動系中 采用了可以改變轉速比和扭矩的裝置 即變速器 車輛傳動系要實現(xiàn) 減速增扭 變速 無級或有級 倒向行駛 中斷傳動 車輪差速等功能 變速器是其中重要的 部件 本文主要對 2K H 變速器中 2K H 行星減速器的設計 下面我們來看看 2K H 型行 星減速器的現(xiàn)狀和發(fā)展 2K H 型行星齒輪減速器與普通圓柱齒輪相比 尺寸小重量輕 但是制造精度要求較 高 結構較復雜 在要求結構緊湊的動力傳動中應用廣泛 減速器行業(yè)涉及地產品類別涵蓋了各類齒輪減速器 行星齒輪減速器和蝸桿減速器 同樣還包括了各種專用的傳動裝置 如減速裝置 調速裝置 和包括柔性傳動裝置在內 的各種復合傳動裝置等 減速器服務領涵蓋了冶金 機械 采煤 建材 船舶 水電 工程機械及石油化工等行業(yè) 重型和通用減速器行業(yè)的制造廠家也以不同形式并存 如 外資企業(yè) 中外合資企業(yè) 國有企業(yè) 股份制企業(yè)和私營企業(yè) 規(guī)模根據公司的生產能 力的大小不同而變化 有的年產值數億元以上 而有的小到數百萬元 具有良好生活條 件 產品質量控制體系健全的企業(yè)有 100 余個 2005 年全行業(yè)銷售額約為 200 億元 但 據資料顯示外資企業(yè)的銷售額約占四分之一 說明國外在減速器各個方面的發(fā)展還是比 國內先進些 查閱史料記載 我國是發(fā)明齒輪傳動和應用齒輪傳動最早的國家 遠在西 漢時代已經開始制作應用了鑄銅齒輪 在東漢時代 約公元 78 年 139 年 張衡已開始 應用比較復雜的齒輪系 特別是在行星齒輪傳動方面 我國在南北朝時期時 公元 429 500 年 我國著名的偉大科學家祖沖之發(fā)明創(chuàng)造了有行星齒輪的差動式的指南針 這種由圓錐齒輪構成的差動行星齒輪傳動能保證 圓轉不窮 而司方如一 因而 我國 行星齒輪傳動在應用方面比歐洲各個國家早一千三百多年 但是從資料上顯示的銷售業(yè) 績上來看 我國在減速器的發(fā)展和技術要求等領域還不如國外強 國內減速器行業(yè)的重點骨干企業(yè)產品品種 規(guī)格和參數覆蓋得范圍在近幾年都在不 斷的擴展 產品質量達到了甚至有些產品已經超過國外先進工業(yè)國家同類產品 完全有 能力可承擔起為國民經濟各行業(yè)提供傳動裝置配套的重任 部分產品還出口至歐美及東 南亞地區(qū) 國內減速器的現(xiàn)狀 國內的減速器大多數都以齒輪傳動 蝸桿傳動為主 但是還普遍存在著功率與重量比很小 或者傳動比很大但機械效率很低的問題 此外 材料品質和工藝水平還存在著很多弱點 特別是大型的減速器問題更突出 使用壽命短 國內使用的大型減速器 500kw 以上 大多都是從國外 如丹麥 德國等 進口 花去 不少的外匯 60 年代開始生產的少齒差傳動 擺線針輪傳動 諧波傳動等減速器具有傳 動比大 體積小 機械效率高等優(yōu)點 但是其傳動理論有限制 不能傳遞過大的功率 功率一般都要小于 40kw 由于在傳動的理論上 工藝水平和材料品質等方面還沒有突破 因此 沒有從根本上解決傳遞功率大 傳動比大 體積小 重量輕 機械效率高等這些 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 7 基本要求 90 年代初期 國內出現(xiàn)的三環(huán) 齒輪 減速器 是一種外平動齒輪傳動的減 速器 可實現(xiàn)較大的傳動比 傳遞載荷地能力也很大 它的大小和重量都比定軸齒輪減 速器輕 結構很簡單 效率且很高 由于該減速器的三軸平行結構 故使功率 體積 或 重量 比值仍小 并且其輸入軸與輸出軸并不在同一軸線上 這在使用上有許多不便 北京理工大學成功研制的 內平動齒輪減速器 不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點外 還有著很大 的功率 重量 或體積 比值 以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點 處于國內領先 地位 國內有少數高等學校和廠礦企業(yè)對平動齒輪傳動中的某些原理做些研究工作 發(fā) 表過一些研究論文 在利用擺線齒輪作平動減速器開展了一些工作 二 平動齒輪減速 器工作原理簡介 平動齒輪減速器是指一對齒輪傳動中 一個齒輪在平動發(fā)生器的驅動下 作平面平行運動 通過齒廓間的嚙合 驅動另一個齒輪作定軸減速轉動 實現(xiàn)減速傳動 的作用 平動發(fā)生器可采用平行四邊形機構 或正弦機構或十字滑塊機構 本成果采用 平行四邊形機構作為平動發(fā)生器 平動發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機構 也可 以是實體的采用平行四邊形機構 有實用價值的平動齒輪機構為內嚙合齒輪機構 因此 又可以分為內齒輪作平動運動和外齒輪作平動運動兩種情況 外平動齒輪減速機構 其 內齒輪作平動運動 驅動外齒輪并作減速轉動輸出 該機構亦稱三環(huán) 齒輪 減速器 由于內齒輪作平動 兩曲柄中心設置在內齒輪的齒圈外部 故其尺寸不緊湊 不能解決 體積很大的問題 內平動齒輪減速器 它的外齒輪作平動運動 驅動內齒輪作減速轉動 的輸出 因為外齒輪做的平動 兩曲柄中心能設置在外齒輪的齒圈內部 很大程度的減 少了機構整體尺寸 由于內平動齒輪機構傳動效率高 體積小 輸入輸出同軸線 故由 有著廣泛的應用前景 國外減速器現(xiàn)狀 齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛的應用著 是一種不可以缺少 的機械傳動裝置 當前減速器普遍存在著體積大 重量大 或傳動比大而機械效率很低 的問題 國外的減速器 其中以德國 丹麥和日本的處于世界領先地位 特別是在材料 和制造工藝方面占據很大的優(yōu)勢 減速器工作可靠性好 使用壽命長 但其傳動的形式 仍然以定軸齒輪傳動為主 體積和重量過大的問題 也未解決好 據資料顯示 日本住 友重工研制的 FA 型高精度減速器 美國 Alan Newton 公司研制的 X Y 式減速器 其性 能和效率都達到了很高的技術要求 都為目前先進的齒輪減速器 目前減速器發(fā)展方向 都向著大功率 大傳動比 小體積 低重量 高機械效率和使用壽命長的方向發(fā)展 所 以 除了不斷改進材料品質 提高工藝水平外 還應在傳動原理和傳動結構上深入探討 研究 和創(chuàng)新 平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例 減速器與電動機的連體結構 也是 大力開拓的形式 并已生產多種結構形式和多種功率型號的產品 目前 超小型的減速 器的研究成果并不是很明顯 但在醫(yī)療器械 生物工程 機器人等領域中 微型發(fā)動機 已基本研制成功 據有關報道 美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍 以內 但其只是發(fā)動機 如果能成功研制納米級的減速器做輔助 那其發(fā)展前景肯定很 大 減速器的制造方面 國內現(xiàn)在生產廠家的數目眾多 如對各種類型的圓柱齒輪和圓 錐 圓柱齒輪或者齒輪 蝸桿減速器系列產品 國內主要得生產制造廠家有南京高 精齒輪股份有限公司 寧波東力傳動設備有限公司 河北橋星減速機制造有限公司 江 蘇泰星減速器有限公司 江蘇金象減速機有限公司 山西平遙減速機廠等 對象蝸桿減 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 8 速器 目前國內主要生產圓弧圓柱蝸桿減速器 錐面包絡圓柱蝸桿減速器 平面二次包 絡環(huán)面蝸桿減速器等多種類型 主要生產廠家有江蘇金象減速機有限公司 首鋼機械制 造公司 杭州減機廠 杭州萬杰減速劑有限公司 上海玉隆減速機有限公司 天津萬新 減速機廠 上海浦江減速機有限公司等 對各種通用行星齒輪減速器 包括標準的 NGW 系列行星齒輪減速器 也包括各類回轉行星減速器及封閉式行星齒輪檢錄其等 主要生 產廠家有荊州巨鯨動機械有限公司 泰興減速機總廠有限公司 洛陽中重齒輪箱有限公 司 西安重型機械研究所 石家莊科一重工有限公司 內蒙興華機械廠等 本文主要研究的是行星齒輪減速器的傳動 隨著行星傳動技術的迅速發(fā)展 目前 高速漸開線行星齒輪傳動裝置所傳遞的功率已達到 2000KW 輸出轉矩已達到 4500KNm 從有關資料上分析顯示 行星齒輪傳動的發(fā)展方向會朝著幾個方向發(fā)展 1 標準化 多品種 目前世界上已經有 50 多個漸開線行星齒輪傳動系列的設計 并且還演化出多種型式的行星減速器 差速器和行星變速器等產品 2 硬齒面 高精度 行星齒輪傳動機構在高速傳動過程中 高精度不不僅對工程完 成效率又提高 且能增加齒輪的壽命 如在高速汽輪應用中已經得到廣泛的認可 其傳 動功率也變得越來越大 3 高轉速 大功率 行星齒輪傳動機構在高速傳動中 如在高速汽輪中已獲得日益 廣泛的應用 其傳動功率也越來越大 4 大規(guī)格 大轉矩 行星齒輪中低速 重載的傳動中 傳遞大轉矩的大規(guī)格的行星 齒輪傳動已經有了較大的發(fā)展 1 3 2K H 變速器的設計目的和工作原理 行星齒輪變速器是由行星齒輪和換擋執(zhí)行機構 離合器 制動器和單向離合器 等 組成 不同車型的自動變速器及其齒輪變速器各部分的結構類型 布置形式 數量往往 是不同的 但是其基本原理是相同的 圖 2 1 自動變速器結構簡圖 如圖 2 2 所示行星齒輪結構由太陽輪 行星輪 行星架及齒圈組成 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 9 圖 2 2 行星齒輪的組成 1 行星架 2 齒圈 3 太陽輪 4 行星輪 根據力的平衡原理和能量守恒定律 可推導行星齒輪的運動方程 n1 an2 1 a n3 0 式中 n1 n2 n3 分別為太陽輪 齒圈 行星架的轉速 a 為齒圈與太陽輪的齒數比 Z2 Z4 從上訴運動方程中可以看出 將太陽輪 齒圈和行星架這三個構件中的某一個構件 固定及使其轉速為 0 另一個連接輸入軸 還有一個連接輸出軸 可獲得 6 種不同的傳動 方式 加上任意兩構件連鎖 直接傳動 和任何構件都不加限制 自由空轉 單排行星 齒輪就有 8 種傳動方案可以選擇 1 前進擋減速傳動 當齒圈制動 太陽輪輸入 行星架輸出 由于 n2 0 這時輸入輸出的傳動比為 i3 3 n1 n3 1 a 1 Z2 Z1 這是一種傳動比大于 2 的減速傳動 2 當太陽輪制動 齒圈輸入 行星架輸出 由于 n3 0 這時的輸入輸出傳動比為 i2 3 n2 n3 1 1 a 1 Z1 Z2 這是一種傳動比大于 1 但小于 2 的減速傳動 2 前進擋超速傳動 1 當齒圈制動 行星架輸入 太陽輪輸出 由于 n2 0 這時的輸入輸出傳動比為 i3 1 n3 n1 1 1 a Z1 Z1 Z2 這是一種傳動比小于 0 5 的超速傳動 2 太陽輪制動 行星架輸入 齒圈輸出 由于 n1 0 這時的輸入輸出傳動比為 i3 2 n3 n2 1 1 a Z2 Z1 Z2 這是一種傳動比大于 0 5 小于 1 的超速傳動 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 10 3 倒檔傳動 1 當行星架制動 太陽輪輸入時 此時齒圈輸出 由于 n3 0 所以這時的輸入輸 出的傳動比為 i1 2 n1 n2 a Z2 Z1 這種傳動方式使內齒圈與太陽輪傳動的方向相反 是一種傳動比大于 1 地倒檔減速 傳動 2 當行星架制動 齒圈輸入時 此時太陽輪輸出 由于 n3 0 所以這時的輸入輸 出的傳動比為 i2 1 n2 n1 1 a Z1 Z2 是一種傳動比小于 1 的倒檔升速的傳動 4 直接檔傳動 直接傳動時太陽輪 行星架 齒圈中的任意兩個鎖定在一起了 此時各個齒輪之間 都不會有相對轉動 整個行星輪系將整體轉動 所以 這時的傳動是一個傳動比為 1 的 直接擋傳動 5 空檔 當太陽輪 行星架 齒圈都不制動 且也無任何兩個互相鎖定時 這時 太陽輪 齒圈 行星架可自由的轉動 輸入軸轉動時 輸出軸可以不隨其轉動 此時行星齒輪并 不傳遞動力 實現(xiàn)了空檔傳動 上訴 5 種行星齒輪實現(xiàn)的不同傳動比 實現(xiàn)了不同檔位的控制 充分說明了行星變 速器結構的作用 1 4 行星齒輪變速器的設計目的 變速器是指發(fā)動機的轉速一定的情況下 能輸出不同的轉速 并可以控制其轉向 且能控制在低轉速時輸出很大的扭矩 在高轉速時會有很好的的傳動效率 但扭矩較低 因此機器在啟動的時候 要在低轉速啟動 待機械運行起來后再切換為高轉速 以保持 效率在理想范圍內 變速器分為有級變速器和無極變速器 有極變速器是指在轉速在一定范圍內 能夠 實現(xiàn)若干固定的 不連續(xù)轉速的變動 其工作可靠 傳動比比較準確 采用多軸傳動時 變速范圍很大 但是其缺點為不能在運轉中變速 不宜選擇最適合的轉速值 有極變速 器或稱有極變速箱 應用廣泛 其中 定軸變速器多采用齒輪或帶輪進行變速 全部傳 動軸都是繞本身固定的軸線旋轉 行星變速器多采用齒輪進行變速 有些傳動軸是繞某 一固定軸線在空間旋轉 可將行星排中的太陽輪 內齒輪個行星架的任意元件作為輸入 件和輸出件 就可以實現(xiàn)很多種不同的變速傳動裝置 無極變速器是指 機械無級變速 器是指在轉速輸入一定的情況下來實現(xiàn)輸出轉速在一定范圍內連續(xù)變化的運動和動力傳 動裝置 由變速傳動機構 調速機構和加壓裝置或者輸出機構組成 無極變速器轉速不 較穩(wěn)定 具有恒功率 傳動效率高 滑動率很小的特點 能夠更好的適應不同種類的工 況要求和產品及時變換的需要 其容易實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化 機械化 而且其結構很 簡單 易于生產與操作 且維修方便 價格也很便宜 廣泛用于紡織 輕工 冶金 石 油 等領域 但是由于機械無極變速器絕大多數是依靠摩擦傳動動力 故承受過載和沖 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 11 擊力差 且不能滿足嚴格的傳動要求 總的來說變速器的作用有以下幾點一 實現(xiàn)動力 的傳遞 二 改變動力傳遞方向 實現(xiàn)倒擋 三 利用大小不同的齒輪改變扭矩 2K H 包括單級 兩級 三級 減速的十二個系列和八個派生系列的漸開線圓柱齒輪 行星系列 行星減速機是一種用途很廣泛的工業(yè)產品 它的性能可與其它軍品級減速機 產品相媲美 而它的價格卻和工業(yè)產品相差不大 適用于齒輪圓周速度小于 12m s 輸入 轉速不大于 1500r min 工作時環(huán)境溫度為 40 45 地傳動機械 主要用在塔式起重機 的回轉機構 又可以作為配套部件用于起重 挖掘 運輸 水泥 建筑 化工 紡織 印染 制藥 食品環(huán)保 建筑等行業(yè) 本系列產品是個量大面廣的產品 該減速器體積 小 重量輕 承載能力高 使用壽命長 運轉平穩(wěn) 噪聲低 具有功率分流 多齒嚙合 獨用的特性 最大輸入功率可達到 104kW 適用于起重運輸 工程機械 冶金 礦山 石油化工 建筑機械 輕工紡織 醫(yī)療器械 儀器儀表 汽車 船舶 兵器和航空航天 等工業(yè)部門行星系列新品種 WGN 定軸傳動減速器 WN 子母齒輪傳動減速器 彈性均載 少齒差減速器 性能特點 2K H 型齒輪減速機主要組成有太陽輪 行星輪 內齒圈 行星架 行星 減速器具有 體積小 工作平穩(wěn) 重量輕 效率高及噪聲小等特點 且在相同得情況下 比普通漸開線圓柱齒輪減速機重量輕 1 2 以上 體積小 1 2 1 3 且傳動效率高 單級行星 齒輪減速器達 97 98 兩級達 94 96 三級 91 94 傳動功率范圍大 可 以從 1KW 至 1300KW 之間變動 甚至可以達到更大 行星減速機素來以承載扭矩大 速 比大 啟動允許沖擊載荷大等優(yōu)點 輸出功率跟級數一般很多 從 0 75 200KW 都可以選 擇 但是具體功率要選擇具體的行星減速機機座號 如果小功率放在大減速機上是不行 的 小減速機用大功率電機配也是不行的 行星減速機一般有分一級 二級 三級 當 然可以在串級一個行星 那一起算起來就有 6 級了 且其傳動范圍很大 當 i 2 8 2000 適應性強且耐用 齒輪 齒軸等主要零件采用優(yōu)質低碳合金鋼 采用滲碳 淬火磨齒等 制造工藝制造 承載功率大 可由 0 1300KW 并且功率越大 優(yōu)點越突出 裝配型式多 樣 采用硬齒面技術 使用壽命長 使用性廣 減速機的作用主要有 1 降速的同時提高了輸出扭矩 扭矩輸出比例按電機輸出乘以減速比 但要注意不 能超出減速機的額定扭矩 2 減速的同時也降低了負載的慣量 慣量的減少為減速比的平方 行星減速器的傳動方式不同于一般傳統(tǒng)齒輪的運動方式 其傳統(tǒng)齒輪僅僅靠大小齒 輪間接觸面驅動 所有負荷集中于該接觸點 很容易產生齒輪之間的磨擦與斷裂 在高 速比中更需要有更多段齒輪相互連結 除占用大量空間外 同時產生更多之磨擦損耗 其每一段減速齒輪之間隙成倍數累計 故其效率相形變低 行星式齒輪減速機於驅動時 太陽齒 行星齒及內環(huán)齒間有六個接觸面均勻承受負載 并依附著內齒軌跡呈 360 度均 布沖擊負荷 這樣可以降低齒輪之磨擦更使得齒輪無斷裂 行星齒輪采取的是浮游式運 動 其間隙相當的密極 所以其高效率最高可達到百分之 97 2K H 型行星變速器其應用領域面很廣 其傳動比與傳動效率的分配很合理 因此 在各個領域發(fā)展都很好 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 12 1 5 2K H 減速器的工作原理 2K H 型行星減速器主要是由行星輪 太陽輪 行星架和內齒圈構成 原理是行星輪 圍繞太陽輪轉動來降低齒輪轉速 而增大轉矩 從而達到減速的目的 所謂行星齒輪傳 動即 當齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置是不固定的 而是繞著其他的 齒輪的幾何軸線做旋轉運動 即在這個輪系中 最少都有一個做行星運動的齒輪 行星 減速器因為結構的原因 單極減速最小為 3 最大一般不超過 10 常見的減速比為 3 4 5 6 8 10 減速器級數一般不超過 3 級 但有部分大減速比定制的減速器有 4 級減速 圖 2 3 行星齒輪結構圖 如圖 2 3 表示了簡單的行星齒輪傳動機構 位于行星齒輪機構中心的是太陽輪 太陽 輪和行星輪常嚙合 兩個外齒輪嚙合 旋轉方向相反 就像太陽位于太陽系的中心一般 行星輪不僅可以繞行星架架旋轉外 在有些特殊工況下 還會在行星架的帶動下 圍繞 太陽輪的中心軸旋轉 就像地球自轉和公轉一般 如果出現(xiàn)這種情況 就被稱作行星齒 輪機構作用的傳動方式 在整個行星齒輪機構中 如果行星輪的自轉存在 而行星架則 固定不隨轉動 此時這種方式就稱作定軸傳動 齒圈是內齒輪 其和行星輪嚙合 是內 齒和外齒輪的嚙合類型 兩者間旋轉方向是相同的 行星齒輪的數量于減速器器的設計 負荷有著很大的關系 通常會有三個或四個 個數越多承擔的負荷也就越大 簡單的行 星齒輪機構通常稱為三構件機構 三個構件分別是指太陽輪 行星架和齒圈 如果這三 構件要確定相互間地運動關系 通常情況下首先需要固定其中的一個構件 然后確定哪 個是主動件 并且確定主動件的轉速和旋轉方向 結構被動件的轉速和旋轉方向也就確 定了 行星齒輪的傳動可以分一下三種類型來進行討論 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 13 圖 2 4 齒圈固定 太陽輪驅動 行星架被動 1 當齒圈固定時 太陽輪就為主動件其方向為順時針轉動如圖 2 4 此時行星架為被 動件 當太陽輪旋轉方向為順時針時 太陽輪輪齒必然會給行星輪齒一個推力 則行星 輪的轉動方向為逆時針 但由于齒圈固定 因此齒圈輪齒也會給行星輪齒一個相反的作 用力 行星輪在兩個方向相同且不在同一直線的合力的作用下一定會繞太陽輪順時針旋轉 結果行星輪不僅存在逆時針自轉 并且在行星架的帶動下 繞太陽輪中心軸線順時針轉 動 在這樣的狀態(tài)下 就出現(xiàn)了行星齒輪機構作用的傳動方式 并且被動件行星架的旋 轉方向和主動件的旋轉方向相同 在這里 太陽輪作為主動件而且是小齒輪 行星架作 為被動件沒有具體齒數的傳動關系 所以定義行星架的當量齒數等于太陽輪齒數和齒圈 齒數的和 這樣 太陽輪帶動行星架轉動仍然屬于小齒輪帶動最大的齒輪轉動 這是一 種有最大傳動比的減速運動 其傳動比在 2 5 5 圖 2 5 太陽輪固定 行星架驅動 齒圈被動 2 當太陽輪固定時 行星架作為主動件且假設其順時針轉動 如圖 2 5 此時齒圈作 為被動件 當行星架順時轉動時 行星輪也一定會順時針轉動 但因太陽輪制動 太陽 輪齒給行星輪齒一個反作用力 行星輪在太陽輪力的作用下順時針旋轉 行星輪輪齒給齒 圈輪齒一個順時針的推力 齒圈在此力的作用下也順時針旋轉 此傳動為降速傳動器傳 動比為 1 25 1 67 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 14 圖 2 6 行星架固定 太陽輪驅動 齒圈被動 3 當行星架固定 太陽輪作為主動件并且順時針轉動 而齒圈作為被動件時如圖 2 6 因為行星架被固定了 所以機構就就屬于定軸傳動 當太陽輪順時針轉動時 其必然 給行星輪齒一個作用力 此時行星輪則逆時針轉動 行星輪轉動會給齒圈輪齒一個作用 力 此時齒圈的轉動方向和行星輪的方向一致 也是沿逆時針轉動逆時針 這樣齒圈的 轉動的方向和太陽輪的方向就相反了 在定軸傳動中 行星輪作為了過渡輪 改變了被 動件齒圈的旋轉方向 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 15 2 2K H 行星齒輪減速器設計概要 2 1 2K H 行星齒輪減速器概述 漸開線行星齒輪傳動是一種具有動軸線的齒輪傳動 NGW 型行星齒輪傳動是其中 的一種型式 N 內嚙合 G 公共行星輪 W 外嚙合 由于這種傳動的基本 構件是兩個中心輪和一個行星架 K 中心輪 H 行星架 因此 NGW 型又稱 2K H 型行星齒輪傳動 NGW 型行星齒輪傳動與普通定軸圓柱齒輪傳動相比較 主要優(yōu)點是體積小 重量輕 傳動比大 效率高 缺點是結構復雜 制造和安裝要求較高 NGW 型是行星齒輪傳動 中應用最廣泛的一種型式 其單級傳動比常用 2 7 9 效率甲為 0 97 0 99 兩級 傳動比常用 10 60 效率為 0 94 0 97 2 2 2K K 行星齒輪減速器主要參數的確定 第一個要確定的就是齒數及行星輪數 1 確定齒數及行星輪數的條件在設計行星齒輪傳動時 由 機械原理 課 程知道 選擇各個齒輪齒數及行星輪個數 應滿足下列幾個條件 傳動比條件 如圖 2 1 所示 在 NGW 型行星齒輪傳動中 當內齒輪 b 固定 小中心輪 a 為主動 件 而行星架 H 為從動件時 其傳動比為 2 1 當小中心輪 a 固定 內齒輪 b 為主動件 而行星架 H 為從動件時 其傳動比為 2 2 式中 小中心輪 a 的齒數 內齒輪 b 的齒數 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 16 圖 2 1 NGW 型行星齒輪傳動簡圖 a 小中心輪 b 大中心輪 c 行星輪 H 行星架 同心條件 外嚙合齒輪 a c 的中心距應等于內嚙合齒輪 b c 的中心距 即 當采用 標準齒輪或高度變位齒輪傳動時 則 由此得行星輪 c 的齒數 2 3 由上式可見 為滿足同心條件 兩中心輪的齒數 和 必須同時為偶數或奇數 否 則行星輪齒數 不可能為整數 當采用角度變位齒輪傳動時 則 2 4 式中 m 齒輪的模數 a 齒輪的齒形角 外嚙合齒輪 a c 傳動的嚙合角 內嚙合齒輪 b c 傳動的嚙合角 裝配條件 兩個中心輪的齒數和應為行星輪個數 的整數倍 即 2 5a 或 2 5b 鄰接條件 相鄰兩行星輪的中心距必須大于它們的齒頂圓半徑之和 即 2 6 應當注意 行星輪齒頂間的最小間隙一般可取 0 5 m m 為模數 否則需要減少 行星輪的數目 或增加小中心輪 a 的齒數 常用行星輪個數與其傳動比范圍見表 2 1 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 17 表 2 1 單級 NGW 型行星齒輪傳動的行星輪個數與傳動比范圍 設計行星傳動時 一般已知傳動比 然后按表 2 1 選擇行星輪個數 但確定 時 還需要考慮制造條件 均載方法 結構尺寸等因素 常用 3 當需要提高承載能力 減少傳動裝置的尺寸和重量時 在滿足鄰接條件下可采用 3 但要有合適的均載方 法 其他有關條件 考慮齒輪的嚙合質量 強度和切齒等因素 對軟齒面 HBS 350 的傳動 推薦 小齒輪的最小齒數 17 對硬齒面 HBS 350 的傳動 推薦小齒輪的最小齒 數 12 各嚙合齒輪齒數應盡可能互為質數 當用插齒刀或剃齒刀加工齒輪時 被 加工齒輪的齒數不應是刀具齒數的倍數 2 配齒方法 根據給定的傳動比按表 2 1 選擇行星輪個數 確定中心輪齒數 由式 根據 并適當調整 使 C 等于整數 求出 確定內齒輪齒數 確定行星輪齒數 當采用角度變位傳動時 應將算出的 減去 0 2 齒 以適應變位的 需要 此時計算所得的 可以不是整數 而在減少齒數時去掉小數 必要時驗算鄰接條件 其次是選擇齒輪變位系數 在漸開線行星齒輪傳動中 采用變位齒輪并選擇合理的變位系數 可提高承載能力 和改善傳動的嚙合質量 在滿足傳動比的條件下可實現(xiàn)非標準中心距傳動 在保證裝配 和同心條件下 使齒數的選擇有較多的靈活性 選擇齒輪變位系數的方法有查表法 封閉圖法和線圖法等 這里只簡單介紹線圖法 圖 2 2 為外嚙合圓柱齒輪選擇變位系數的線圖 圖中分左 右兩部分 右部的橫坐標 為齒數和 縱坐標為總變位系數 圖中陰影線以內為許用區(qū) 區(qū)內各射線表示同一 嚙合角 時 與 間的函數關系 根據 或其他具體要求 在右部線圖的許用區(qū) 內選擇 對同一的 越大 所選的 也越大 但重合度 越小 線圖的左部 橫坐標為小齒輪的變位系數 由坐標原點 O 向左 為正值 縱坐 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 18 標仍為 根據已確定的 和齒數比 可確定 而大齒輪變位系數 按此線圖選擇的變位系數可保證 1 加工時不根切 2 嚙合時不干涉 3 齒頂厚 0 40 4 重合度 1 2 5 兩輪最大滑動系數大致相等 圖 2 2 選擇變位系數線圖 線圖的具體應用按齒輪變位方法不同予以說明 1 高度變位高度變位的目的主要用于消除根切和平衡大小齒輪強度 其變位系數 之和 0 通常一對相嚙合的齒輪 小齒輪取正變位 而大齒輪取負變位 當 時 行星輪 c 為小齒輪 中心輪 a 取負變位 行星輪 c 和內齒輪 b 取正 變位 即 2 7 當 時 中心輪 a 為小齒輪 取正變位 行星輪 c 和內齒輪 b 取負變位 即 2 8 式中 和 分別為中心輪 a 行星輪 c 和內齒輪 b 的變位系數 確定完齒數和行星輪數后就開始確定角度變位 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 19 角度變位的目的主要用于提高外嚙合的承載能力 改善嚙合性能 能更靈活地選擇 齒輪的齒數 在 NGW 型行星傳動中 當各齒輪的許用接觸應力相同時 內嚙合的接觸強 度比外嚙合高 2 5 5 倍 如果在直齒的 NGW 型行星傳動中 采用不等嚙合角的角度變 位 通常取外嚙合的嚙合角 內嚙合的嚙合角 則可顯著提高外嚙合的承載能力 同時變位不受 的限制 選擇齒數較靈活 采用角度變位時 選擇變位系數的步驟如下 按上述配齒方法 確定各齒輪的齒數 和 根據提高接觸強度或其他方面的要求 初定嚙合角 計算外嚙合的分度圓分離系數 中心距 和實際嚙合角 未變位時 標準 的中心距 2 9 初算分度圓分離系數 2 10 計算中心距并取圓整值 2 11 實際分度圓分離系數 2 12 計算實際嚙合角 2 13 按 和實際嚙合角 查圖 2 2 右部確定總變位系數 并由該 圖左部分配變位系數 和 計算齒頂高變動系數 2 14 計算內嚙合的嚙合角 2 15 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 20 計算內嚙合總變位系數 和內齒輪變位系數 2 16 2 17 2 3 2K H 行星齒輪減速器強度計算 1 受力分析 為進行齒輪和軸的強度計算及軸承的壽命計算 需要對行星傳動各構件進行受力分 析表 2 2 列出直齒 NGW 型行星齒輪傳動的受力計算 表 2 2 直齒 NGW 型行星齒輪傳動各構件的受力分析 2 強度計算特點 NGW 型行星齒輪傳動 可分解為 a c 外嚙合齒輪傳動和 c b 內嚙合齒輪傳動 分解 后其齒輪強度計算就可引用普通齒輪傳動的計算公式 但應考慮行星齒輪傳動的恃點 在計算時要注意以下幾方面 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 21 1 計算轉矩計算轉矩 T1 為一對嚙合齒輪中小齒輪所傳遞的轉矩 對 a c 外嚙合齒輪傳動 當 時 2 18 當 時 2 19 對 c b 內嚙合齒輪傳動 2 20 2 應力循環(huán)次數 行星齒輪傳動的應力循環(huán)次數 N 應用齒輪相對于行星架的轉速來計算 對中心輪 a 和內齒輪 b 2 21 2 22 對行星輪 c 2 23 式中 n 代表各輪的傳速 r min L 表示齒輪的工作壽命 h 3 行星輪輪齒的彎曲應力總是按對稱循環(huán)變應力考慮 4 動載系數 按齒輪對于行星架的圓周速度 來確定動載系數 2 24 式中 為中心輪 a 的節(jié)圓直徑 0 6 子 5 齒寬系數 一般情況齒寬系數 按下列推薦值選取 當 取 當 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 22 取 0 6 人字齒輪 可大于 0 7 但小于 1 5 內嚙合 b c 傳動取 6 內齒輪 b 的齒寬和材料 在一般條件下 NGW 型行星齒輪傳動 內嚙合傳動的承載能力高于外嚙合傳動 因此 計算時首先對外嚙合傳動進行強度計算 為使內嚙合傳動的承載能力與外嚙合傳動接近 相同 可在外嚙合傳動尺寸確定后 根據給定的材料及有關參數 用強度計算式求得內 齒輪的齒寬 或取內齒輪的齒寬與外嚙合齒輪相同 用強度計算式求得內嚙合傳動的接 觸應力 然后據此選擇內齒輪的材料 計算結果表明 內齒輪的齒寬比外嚙合傳動的輪 齒較窄 而材料比外嚙合傳動的齒輪材料差 2 4 2K H 行星齒輪減速器結構設計 1 均載機構 由于行星齒輪傳動有幾個行星輪分擔載荷傳遞動力 使其具有較小的體積能夠傳遞 較大的功率 但齒輪及行星架的制造和安裝誤差的影響 會使幾個行星輪間的載荷分配 不均勻 為使載荷分配均勻 需采用均載機構 有下面幾種類型 1 基本構件浮動的均載機構這種機構是靠中心輪 內齒輪或行星架等基本構件 沒有固定的徑向支承 即做成浮動結構 在受力不平衡的情況下能夠徑向游動 浮動 以使各行星輪受載均勻 一個基本構件浮動即可起到均載作用 兩個同時浮動 效果更 好 使基本構件浮動的最常用方法是采用齒輪聯(lián)軸器 中心輪 a 浮動 中心輪 a 通過雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與高速軸相聯(lián)接 齒輪聯(lián)軸器具有綜合補償各種位移的 能力 可使中心輪 a 浮動 達到均載的目的 由于中心輪 a 的重量小 慣性小 浮動靈敏 結構簡單 便于制造 通用性強 因而廣泛用于中低速工作情況 內齒輪 b 浮動 內齒輪通過雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與機體相聯(lián)接 軸向尺寸較小 但內齒輪的直徑大 重 量大 制造困難 浮動的靈敏度差 在 NGWN 型行星齒輪傳動中常采用這種結構 行星架浮動 行星架通過雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與低速軸相聯(lián)接 在 NGW 型行星傳動中 行星架所受的 圓周力為中心輪的兩倍 對浮動有利 靈敏度較高 行星架浮動可不要支承 使結構簡 化 對多級行星齒輪傳動尤其有利 但因行星架重量大 在高速和大功率時 離心力較 大 影響浮動效果 故一般對速度和功率不太大的情況 較為合適 中心輪和行星架同時浮動 兩個基本構件同時浮動 其浮動效果比單獨浮動較好 一般多用在多級行星傳動中 此外 還有中心輪和內齒輪同時浮動等 2 采用彈性件的均載機構通過彈性元件的彈性變形以補償制造 安裝的誤差 使 各行星輪間的載荷均勻分配 常用的型式有以下兒種 內齒輪彈性均載 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 23 a 利用齒輪自身的彈性變形 采用薄壁內齒輪 增大柔度 利用嚙合處的徑向力 使輪緣產生徑向變形 以達到均載的目的 b 采用彈性銷 內齒輪通過彈性銷聯(lián)結于機體上 行星輪彈性均載 采用彈性件支承行星輪 當幾個行星輪受載不均勻時 彈性件使受載大的行星輪產 生較大的位移 將載荷部分地轉移到受載少的行星輪上 也可使載荷沿齒寬方向分布均 勻 從而達到均載的目的 主要方法有 a 在行星輪孔與行星輪軸之間或行星架孔與行星輪軸之間安裝非金屬襯套 如尼 龍 橡膠 塑料等 b 采用柔性軸支承行星輪 2 行星輪結構 行星輪的結構根據傳動形式 傳動比大小 軸承類型及其安裝方式而確定 常用行 星輪結構 對一般用途的中 低速傳動 行星輪軸承常用滾動軸承 當傳動比較大時 行星輪直徑較大 為使結構緊湊 便于安裝 軸承裝在行星輪孔內 當傳動比較小時 行星輪直徑較小 軸承可裝在行星架上 選擇滾動軸承類型和尺寸時 應考慮載荷的大小和方向 轉速高低以及行星輪直徑 的大小 當載荷小時用深溝球軸承 軸向固定用的彈性擋圈裝在軸承外側 這樣軸承的 間距較近 當兩軸承原始徑向間隙不同時 會引起較大的軸承傾斜 使齒輪載荷集中 彈性擋圈裝在軸承內側 這樣增大了軸承間距 減少了行星輪傾斜 但軸承的拆卸較復 雜 載荷較大時 采用圓柱滾子軸承 圓錐滾子軸承 或兩個調心滾子軸承 在行星輪 孔內裝一個調心滾子軸承 可減少載荷沿齒寬分布的不均勻性 但當傳動比小時 因受 行星輪孔直徑的限制 軸承的壽命影響了傳動的承載能力 當要求結構緊湊 行星輪的 徑向尺寸受限制時 可用滾針軸承與深溝球軸承組合結構 滾針軸承承受徑向載荷 深 溝球軸承承受軸向載荷 雙聯(lián)行星輪的結構 將軸承安裝在行星架上 軸承的間距較大 因行星輪軸不承受轉矩 所以齒輪和軸可用短鍵或銷釘聯(lián)接 3 行星架結構 行星架是行星傳動中的一個主要零件 行星架的結構要求是重量輕 剛性好以及便 于加工和裝配 常見的結構型式有雙壁整體式 雙壁分開式和單壁式蘭種 可用鑄造 鍛造和焊接三種方法制造 4 繪制行星齒輪減速器的裝配草圖 NGW 型單級行星齒輪減速器的裝配圖一般可用兩個視圖表示 繪制裝配草圖時先從 畫主視圖開始 當主視圖的主要結構畫出后 再畫左視圖 圖 2 3 為 NGW 型單級行星齒輪減速器裝配草圖的主視圖 其中 a 圖是一種典型結 構 小中心輪浮動 行星輪的軸承裝在行星輪孔內 行星輪的尺寸較大 適于傳動比較 大的情況 b 圖的結構也是小中 亡輪浮動 但行星輪的軸承安裝在行星架上 行星輪 的尺寸較小 行星架為懸臂支承 減速器的軸向尺寸較大 適于要求軸承壽命較長而傳 動比較小的情況 各零件間的位置尺寸計算見表 2 3 表 2 3 NGW 型單級行星齒輪減速器的主要尺寸 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 24 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 25 圖 2 3 單級行星齒輪減速器草圖 5 技術條件 1 齒輪精度 一般情況 齒輪精度為 8 7 7 級 齒輪聯(lián)軸器的齒輪精度為 8 級 齒輪嚙合側隙應比 一般定軸齒輪傳動稍大 2 行星架精度 中心距偏差 fa 中心距偏差不但影響齒輪嚙合側隙 而且當各中心距偏差的數值和方向不同時 會 引起行星架的偏心和各孔距的不等分 影響行星輪之間的載荷分配 因此中心距偏差 f 應 取較小值 fa 可按表 2 4 選取 表 2 4 中心距偏差 fa 和行星輪軸孔的相鄰孔距公差 fl 值 各行星輪軸孔的相鄰孔距公差 fl fl 影響行星輪間載荷分配的均勻性 可按表 2 4 選取 各行星輪軸孔中心線不平行度公差 按齒輪相應的精度等級確定 行星架偏心公差其值不大于行星輪軸孔的相鄰孔距公差之半 行星架加工后 一般應做靜平衡試驗 高速行星架應做動平衡試驗 3 其他零件精度 機體各軸孔的同軸度公差不低于 GB1184 80 形位公差標準 8 級精度 機體各軸孔相對于基準外圓的徑向跳動和軸承孔擋肩的端面跳動公差不低于 GB1184 80 形位公差標準 6 7 級精度 4 齒輪材料及熱處理 中心輪 a 同時與幾個行星輪嚙合 載荷循環(huán)次數最多 行星輪 c 是公用齒輪 齒上受 雙向彎曲應力 因此 中心輪和行星輪應選用強度較高的合金鋼 如 20CrMnTi 采用表 面淬火 滲碳淬火和氮化等熱處理方法 內齒輪強度一般裕量較大 可采用稍差一些的 材料和較低的齒面硬度 通常是調質處理 如 40Cr 調質 也可用表面淬火或氮化 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 26 3 2K H 行星齒輪減速器優(yōu)化設計 3 1 2K H 行星齒輪減速器優(yōu)化設計原理 設計行星齒輪減速器時往往要求體積小 傳動比大和承載能力高 現(xiàn)在以常用的 2K H 型行星齒輪減速器為例來說明其優(yōu)化設計的原理和方法 這種減速器的傳動簡圖如圖 3 1 所示 圖中 t x 和 q 分別表示太陽輪 行星輪和內齒輪圈 下標 1 2 分別表示第一 級和第二級齒輪 行星齒輪減速器的設計與定軸齒輪傳動不同 在進行優(yōu)化設計時 必須滿足下列條 件 1 確定行星齒輪齒數的條件 行星齒輪機構各齒輪的齒數應按下列條件來確定 傳動比條件根據行星機構型式的不同 行星機構傳動比的計算公式也不同 對于 2K H 型行星機構 其傳動比為 3 1 式中 分別為為內齒圈和太陽輪的齒數 同心條件 a 單級 b 雙級 圖 3 1 NGW 行星齒輪減速器傳動簡圖 太陽輪與行星輪中心距 應等于內齒圈的中心距 則 或 3 2 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 27 采用嚙合角不相等的角度變位的直齒 2K H 型行星齒輪機構 其齒數關系應符合下列 條件 3 3 裝配條件 為了使 n 個行星輪均勻地配置在太陽輪周圍 其齒數和與行星輪個數之間應符合下 列關系 3 4 式中 np為單排行星輪的個數 T 為任意整數 鄰接條件 為了保證相鄰行星齒輪的齒頂圓之間有一定的間隙 其條件為 3 5 式中 為行星輪頂圓直徑 為太陽輪與行星輪的中心距 對于 3 的行星齒輪機構 吃條件常滿足 2 盡量使內 外嚙合齒輪副的強度接近相等 在 2K H 行星齒輪傳動中 當各齒輪的許用接觸應力相同時 內嚙合的接觸強度比外 嚙合高 2 5 5 倍 為了使內 外嚙合齒輪副強度接近相等 優(yōu)化設計時 最好采用角度 變位傳動 使外嚙合角 而內嚙合角 在 20 度左右 這樣可使外嚙 合的承載能力 包括接觸強度和彎曲強度 顯著提高 確定行星齒輪數和各輪的變位系 數時 應根據這個要求來選擇 3 考慮滾動軸承的壽命問題 安裝在行星齒輪內的滾動軸承因受力大 而安裝空間尺寸又小 故軸承壽命是個突 出問題 在優(yōu)化設計時 應考慮這種滾動軸承的壽命以及行星齒輪內孔能否安裝滾動軸 承等問題 3 2 配齒計算 配齒計算是行星齒輪機構優(yōu)化設計中的一個關鍵問題 優(yōu)化時 簡單地將公式 2 1 2 4 作為等式約束來處理是很誰選出合適的齒數 往往會產生得不出優(yōu)化結果的 現(xiàn)象 為此 應在幾何計算之前 先進行配齒計算 配齒計算框圖如圖 3 2 所示 圖 3 2 中的符號 u 為給定的傳動比 i 為實際的傳動比 為太陽輪的初始值 為給定的傳動比允許誤差 圖中考慮了傳動比條件 同心條件和裝配條件 根據式 2 2 或式 2 4 可知 n T 其值應為偶數 若給定 值和傳動比 n 則 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 28 由式 2 1 和求式 2 4 可以求出 T 值 并進行圓整 若圓整為偶數 則滿足要求 若 為奇數 則應按產生傳動比誤差較小的原則 將 T 值加 1 或減 l 使其成為偶數 T 值 確定后 各輪齒數和傳動比 i 也就可以確定 對于角變位傳動 還應將算出的 減少 l 2 個齒 以保證實現(xiàn) 圖 3 2 配齒計算流程圖 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 29 4 行星齒輪的傳動 4 1 行星齒輪傳動簡介 齒輪傳動是機器設備 現(xiàn)代兵器 儀器和儀表中應用最廣泛的機械傳動之一 例如 機床 汽車 拖拉機 火炮 坦克 飛機 起重機 紡織機 通訊設備以及儀器 儀表 中的傳動機構等 均廣泛應用齒輪傳動 通常 一對齒輪的嚙合方式可分為兩種 一種稱為外嚙合 見圖 4 1 a 兩齒輪的回轉方向相反 另一種稱為內嚙合 見圖 4 l b 兩齒輪的回轉方向相同 圖 4 1 一對齒輪的嚙合方式 常用的角速度符號為 n 以每分鐘的轉速來衡量的角速度 轉 分 w 以每秒的弧度來衡量的角速度 1 秒 傳動比定義為 主動齒輪的角速度與從動齒輪的角速度之比 且等于從動齒輪的齒 數與主動齒輪的齒數之比 即 或 由上兩式可得 由上式可知 a 齒輪主動 b 齒輪從動時的傳動比 與 b 齒輪主動 a 齒輪從動時的 傳動比 之乘積等于 1 或傳動比 與傳動比 互為倒數 如果齒輪 a 和齒輪 b 的轉動軸線是平行的 在內嚙合中 齒輪 a 和 b 的角速度 的方向相同 則傳動比為正值 即 0 在外嚙合中 齒輪 a 和 b 的角速度 的方向相反 則傳動比為負值 即 0 從上式可見 欲增大傳動比 可減少 a 輪齒數 或增加 b 輪齒數 但是小齒 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設計 30 輪齒數 的減少受到根切條件的限制 標準齒輪的最少齒數 17 變位齒輪的最 少齒數 10 13 而 b 輪齒數的增加受到行星齒輪機構外廓尺寸 安裝位置和 重量等條件的限制 所以 一對齒輪的傳動比 不能太大 一般 8 在機器設備 兵器等的傳動機構中 為了減速 增速 變速和換向以及其它特殊用 途 經常采用一系列互相嚙合著的齒輪組成的傳動系 或叫傳動鏈 在 機械原理 中 通常把這一系列互相嚙合的齒輪稱為輪系 輪系可分為兩類 1 普通輪系 又稱定軸輪系 組成輪系的所有齒輪 在傳動時其軸線的幾何位 置都是固定不動的 2 周轉輪系 或稱動軸輪系 組成輪系的所有齒輪中 在傳動時至少有一個齒