NGW型行星齒輪減速器——行星輪的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、目錄一緒論31引言32 本文的主要內(nèi)容3二 擬定傳動(dòng)方案及相關(guān)參數(shù)41機(jī)構(gòu)簡圖的確定4齒形與精度4齒輪材料及其性能5三設(shè)計(jì)計(jì)算51配齒數(shù)52初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)6（1）按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算太陽輪分度圓直徑6（2）按彎曲強(qiáng)度初算模數(shù)73幾何尺寸計(jì)算84重合度計(jì)算95嚙合效率計(jì)算10四行星輪的的強(qiáng)度計(jì)算及強(qiáng)度校核11強(qiáng)度計(jì)算11疲勞強(qiáng)度校核151外嚙合152內(nèi)嚙合19安全系數(shù)校核201五零件圖及裝配圖24六參考文獻(xiàn)252一緒論1引言漸開線行星齒輪減速器是一種至少有一個(gè)齒輪繞著位置固定的幾何軸線作圓周運(yùn)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)，這種傳動(dòng)通常用內(nèi)嚙合且多采用幾個(gè)行星輪同時(shí)傳遞載荷，以使功率分流。漸開線行星齒輪傳動(dòng)具

2、有以下優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等，因此被廣泛應(yīng)用于起重、冶金、工程機(jī)械、運(yùn)輸、航空、機(jī)床、電工機(jī)械以及國防工業(yè)等部門作為減速、變速或增速齒輪傳動(dòng)裝置。漸開線行星齒輪減速器所用的行星齒輪傳動(dòng)類型很多，按傳動(dòng)機(jī)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， 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(dòng)機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)有: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(jī)重量減速輕1/2 以上，體積縮小1/21/3;傳動(dòng)效率高 ;傳動(dòng)

3、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(diǎn)越突出， 經(jīng)濟(jì)效益越高 ;裝配型式多樣，適用性廣，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小;外齒輪為 6 級(jí)精度，內(nèi)齒輪為7 級(jí)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(dòng)已成為傳動(dòng)中應(yīng)用最多、傳遞功率最大的一種行星齒輪傳動(dòng)。2 本文的主要內(nèi)容NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理:當(dāng)高速軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)， 帶動(dòng)太陽輪回轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，便驅(qū)動(dòng)行星架作輸出運(yùn)動(dòng)，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(jí)、 三級(jí)或多級(jí)傳動(dòng)。NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架所組成，3以基本構(gòu)

4、件命名，又稱為ZK-H 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是單級(jí)NGW 型行星減速器的設(shè)計(jì)。二擬定傳動(dòng)方案及相關(guān)參數(shù)1機(jī)構(gòu)簡圖的確定減速器傳動(dòng)比 i=6,故屬于 1 級(jí) NGW 型行星傳動(dòng)系統(tǒng)。查漸開線行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)書表 4-1 確定 np =2 或 3。從提高傳動(dòng)裝置承載力，減小尺寸和重量出發(fā)，取 np =3。計(jì)算系統(tǒng)自由度W=3*3-2*3-2=1齒形與精度因?qū)儆诘退賯鲃?dòng)，以及方便加工，故采用齒形角為20o，直齒傳動(dòng)，精度定位 6 級(jí)。4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H limF lim加工

5、精度(N/mm2)(N/mm2)太陽輪20CrMnTi滲碳淬火14003506 級(jí)行星輪HRC58 62245內(nèi)齒輪40Cr調(diào)制6502207 級(jí)HB262293三設(shè)計(jì)計(jì)算1配齒數(shù)采用比例法：Z a : Z c : Z b : MZ a : Z a (i2) 2 : (i 1) Z a : Z a (i np )Z a : 2 Z a : 5 Z a : 2 Z a按齒面硬度 HRC=60， uZ c / Z a62 / 22 ，查漸開線行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)書圖4-7a 的 Za max20， 13a20。取ZZa 17。由傳動(dòng)比條件知： Yi Za17*6102M Y / 3102/ 3 34計(jì)

6、算內(nèi)齒輪和行星齒輪齒數(shù)：ZYZ10 21 78 5baZc2Za3 452初步計(jì)算齒輪主要參數(shù)（ 1）按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算太陽輪分度圓直徑TKKKHu 1daKtd 3aAH p用式d2u進(jìn) 行 計(jì) 算 ， 式 中 系 數(shù) ：H l i mu= Zc Za34 172，太陽輪傳遞的扭矩Ta 9549P/ npna9549 30/3 100954.9 N m則太陽輪分度圓直徑為：TKKKHu1d aKtdaAHp32udH lim7683954.91.251.051.8210.7140022103.76 mm表 2齒面接觸強(qiáng)度有關(guān)系數(shù)代號(hào)名稱說明取值Ktd算式系數(shù)直齒輪768使用系數(shù)表 6-5，中

7、等沖擊1.25KAKHp行星輪間載荷分表 7-2，太陽輪浮動(dòng)， 1.05配系數(shù)6 級(jí)精度綜合系數(shù)p1.8KH表 6-4，n3 ，高精度，硬齒面6dH lim小齒輪齒寬系數(shù)表 6-30.7實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸圖 6-161400疲勞極限以上均為在書漸開線行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)上查得（ 2）按彎曲強(qiáng)度初算模數(shù)T1KAKFpKFY用式 mKtm 3Fa 1d Z2Flim進(jìn)行計(jì)算。1F lim2 YFa1 YFa2 245 3.182.54 306.73 F lim12由350 N mm ，所以應(yīng)按行星輪計(jì)算模數(shù)mK tmTaK A K Fp K F YFa 23d Z a2F lim 212.1954.91.

8、251.0751.62.4530.717 2245?5.64表 3彎曲強(qiáng)度有關(guān)系數(shù)符號(hào)名稱說明取值Ktm算式系數(shù)直齒輪12.1K Fp行星輪間載荷分配系數(shù)KFp1 1.5(K Hp1)1.075=1+1.5(1.05-1)KF綜合系數(shù)表 6-4，高精度，1.6YFa1齒形系數(shù)圖 6-25，按 x=0 查值3.18YFa2齒形系數(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(dòng)設(shè)計(jì)上查得若取模數(shù) m6 ，則太陽輪直徑 ( d)a Za m 17 6102 mm ，與7接觸強(qiáng)度初算結(jié)果d a103.76 mm接近，故初定按d a108.5 mm， m6 進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度校

9、核計(jì)算。3幾何尺寸計(jì)算將分度圓直徑、節(jié)圓直徑、齒頂圓直徑的計(jì)算值列于表。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d a102d a102da a114外嚙合d c204d b204da c216行星內(nèi)嚙合輪內(nèi)齒輪d b 510d b510da b 498對(duì)于行星輪，各主要參數(shù)及數(shù)據(jù)計(jì)算值列于表。表 5行星輪幾何尺寸名稱代號(hào)數(shù)值齒數(shù)Zc34模數(shù)m6壓力角20分度圓直徑d204mm齒頂高h(yuǎn)a6mm8名稱代號(hào)齒根高h(yuǎn) f齒全高h(yuǎn)齒頂圓直徑da齒根圓直徑d f基圓直徑db齒距p齒厚s齒槽寬e4重合度計(jì)算外嚙合：數(shù)值7.5mm13.5mm216mm189mm191.70mm18.84mm

10、9.42mm9.42mm9(r) = m Za2617 251( r )cm Zc2634 2102a(r )adaa2114 257( r)cdc2216 2108aaa()arccos(cos( r)arccos(57)32.78aa(r)aaa51cos 20(a )carccos(r)c cos(r a) c)arccos(102cos 20108)27.441Za(tan(a)atan) Z (tan(a)ctan(2)c=17(tan 32.78tan 20 )34(tan 27.441tan 20(2 )=1.5981.2內(nèi)嚙合：(r)b= m Zb2685 2255( r )c

11、m Zc2634 2102(ra)bdab 2495 2247.5( ra ) cdac2216 2108(a )barccos(r) b cos(r a )b )arccos(255cos 20247.5)14.50(a )carccos(r) c cos(r a)c)arccos(102cos 20 108)27.441Zc(tan( a)ctan)Zb(tan( a )btan(2)=34(tan 27.441tan 20 )85(tan14.50tan 20 ) (2)=2.2661.25嚙合效率計(jì)算b1iabX XaXiabX1X式中為轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的效率，可用Kyp計(jì)算法確定。查圖 3-

12、3a、b（取 =0.06，因齒輪精度高）得：X0.978 ，X0.997，各嚙合副的效率為 accbXXX0.987 0.997 0.984轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)效率為accb轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 iabXZ b855Z a1710b1iabX X1 50.984則aXX10.987 .1iab5四行星輪的 的強(qiáng)度計(jì)算及強(qiáng)度校核強(qiáng)度計(jì)算圖 1斷面幾何參數(shù)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/ h 5 ，屬于大曲率圓環(huán)，彎曲中性層不通過重心，相距為e。當(dāng)軸承裝在行星輪內(nèi)時(shí)，其輪緣減薄，若 h / m 3 時(shí)，在載荷作用下有較大變形。此變形對(duì)齒輪彎曲強(qiáng)度和軸承的承載能力有顯著影響， 應(yīng)準(zhǔn)確且計(jì)

13、算。 但在設(shè)計(jì)時(shí)由于軸承上載荷大小和分布規(guī)律不清楚， 而難以計(jì)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(duì)軸承載荷的影響，作一簡化計(jì)算。11圖 2計(jì)算簡圖及彎矩分布表 6行星輪輪緣強(qiáng)度計(jì)算公式外載荷危險(xiǎn)斷面的彎矩Ft2Ta K AM 1Ft(0.0940.318tgHda npt0.5 )FrFt tg tM 2HM tFtHFt (0.11 0.182tg t0.138qt4Ftcos( i 1)t 危險(xiǎn)斷面的軸向力輪緣外側(cè)彎曲應(yīng)力N10maxM 2hN 2Se(h )SN2Ft (0.7960.5tg i0.637 H )M 1hN1minSe(h )S在與內(nèi)、外齒中心輪嚙合處

14、分別有一組相等且對(duì)稱的載荷：圓周力Ft 、徑向力 Fr 和 Ft 對(duì)彎曲中心的力矩 M t 。在圓周力 Ft 相背的一半軸承上作用有按余弦規(guī)律分布的徑向分布力 qi 。載荷計(jì)算式如表 6。內(nèi)力素彎矩 M在兩個(gè)嚙合節(jié)點(diǎn)， 即斷面 1 處達(dá)最小值，在與斷面 1 成 90 斷面處達(dá)最大值。這兩個(gè)斷面的彎矩M 1 、 M 2 和軸向力 N1 、 N2 的計(jì)算式列于表126。最大、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(jì)算公式列于。其中離心力產(chǎn)生的應(yīng)力22g022式中 齒輪材料的比重；np3g 重力加速度； 齒輪的絕對(duì)角速度；2 n2 * 506052.33 rad

15、 / s600 輪緣斷面重心位置的曲率半徑。使用表 6 中的公式時(shí)，要從實(shí)際斷面尺寸換算出一個(gè)相當(dāng)矩形斷面，才能較準(zhǔn)確的求出應(yīng)力的大小和位置。相當(dāng)斷面的慣性矩為II minSmin a2式中I min、 Smin 實(shí)際斷面對(duì) OX 軸的慣性矩和斷面面積；a 系數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)公式確定：a 0.25 m( hmin 0.3m) 0.25 * 6 * (44.5 0.3* 6) 4.167 hmin 不計(jì)輪齒時(shí)的斷面厚度； hmin 44.5m 齒輪模數(shù)。相當(dāng)斷面的寬度取為輪緣的實(shí)際寬度b，其高度 h、面積 S、斷面系數(shù) W 分別為：實(shí)際斷面尺寸 b72， d 孔100h121255; S bh72 *

16、 55bh272 * 552333960;W36300b7266I minbh372 * 55 3bh72 * 55 39601212998250, SminI I minSmin a29982503960 * 4.1672106701113斷面的彎曲半徑為0 e ； 072.25 ，而eI10670110 S3.7372.25 * 39600 e72.253.7368.52222* 52.332* 72.2522)g0299(N / mm3* 10斷面上承受最大、最小應(yīng)力處到斷面重心的距離為h 和 h 。先決定內(nèi)側(cè)h25.98 ，則 hh h29.02 ， H40.48 。數(shù)據(jù)計(jì)算：圓周力

17、Ft2Ta K A2* 954.9 * 1.257.80( kN )da np102 * 3徑向力 FrFt tg t7.80 * tg(32.78 )5.02(kN )力矩 M tFt H7.8* 40.48315.744( N m)徑向分布力qt4Ft cos( i 1) t 4* 7.8cos( 2 1) t 0.145cos t kN / mm3.14 * 68.52危險(xiǎn)斷面的彎矩M 1Ft( 0.0940.318tgt204.33( N m)0.5 H )5.02 * 68.52 * (0.094 0.318tg 32.78 0.5* 40.48 )68.52M 2Ft (0.11

18、0.182tg t0.138 H5.02* 68.52 * (0.11 0.182tg 32.78 0.138 * 40.48)68.52106.17(N m)危險(xiǎn)斷面的軸向力N10N2Ft (0.796 0.5tg i 0.637 H ) 5.02* (0.796 0.5tg32.78 0.637* 40.48) 4.27kN68.5214maxM 2 hN 2620.7(N / mm2 )輪緣外側(cè)彎曲應(yīng)力Se(h )SM 1hN12minSe(h )S512.9(N / mm )疲勞強(qiáng)度校核1外嚙合（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度H 0 K AKvKH KHK Hp ，F(xiàn) tu 1用式 HH 0ZH

19、 ZEZ Zud1b計(jì)算接觸應(yīng)力H ，用式HPH lim ZNZL ZvZRZWZX 計(jì)算其許用應(yīng)SH min力 HP 。三式中的參數(shù)和系數(shù)取值如表。接觸應(yīng)力基本值H 0 ：H 0ZH ZEZ ZFtu 1d1bu=2.5189.80.8918723.53211722102=825.85 N/mm2接觸應(yīng)力H ：HH 0KAKvKH KH KHp=825.851.25 1.005 1.114 1 1.052=1001.98 N/mm許用接觸應(yīng)力HP ：15HPH lim ZNZL ZvZRZWZXH minS1400 1.031.251.05 0.88 1.03 1 1=1097.9 N/mm

20、2故 HHP ，接觸強(qiáng)度通過。表 7外嚙合接觸強(qiáng)度有關(guān)參數(shù)和系數(shù)代號(hào)名稱說明KA使用系數(shù)按中等沖擊查表 6-5動(dòng)載荷系數(shù)KvV X(d )anaX0.445， 6 級(jí)精度601000VXaZ 100 0.07565 ，查圖 6-5bKH齒向載荷分布dp3 查 圖 6-6系數(shù)0.7, n得KH01.214，取 KHW 0.76，KHe0.7 ，由式（ 6-25）得取值1.251.0051.114齒間載荷分配KH系數(shù)行星輪間載荷KHp不均衡系數(shù)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH彈性系數(shù)ZEK H 1 ( K H 0 1)K HWK He =1+(1.214-1) 0.76 0.7 1.114按 1.6 ，6 級(jí)精度

21、，硬齒面，查圖6-9太陽輪浮動(dòng)，查表7-2( xax) (ZZ ) 0,0cac查圖 6-10查表 6-711.052.5189.8N mm216ZZFtbuZNZLZvZRZW重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)分度圓上的切向力工作齒寬齒比數(shù)壽命系數(shù)潤滑油系數(shù)速度系數(shù)粗造度系數(shù)工作硬化系數(shù)1.6 ，00.89查圖 6-111直齒，0T a9549 P3018723.5395492864.7 N m Nn1002000Ta20002864.7Ft=318723.53 Nnp (d ) a102b=d (d)a0.710271.4 mm72 mmZZa34 1722c按工作 10 年每年 365 天，每天 16

22、 小時(shí) 1.03計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Laxpt8N60(nn)n8.76 10HRC=HV713,v=0.445m/s,查表 8-10 用中 1.05 型極壓油，v50200 mm 2 / s查圖 6-200.88按8, Rz2.4m ，1.03RRz1Rz231002.08查圖z100a26-21兩齒輪均為硬齒面，圖 6-22117ZX尺寸系數(shù)m61按可靠度查表 6-81.25H min最小安全系數(shù)SH lim接觸疲勞極限查圖 6-161400以上均為在書漸開線行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)上查得（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞應(yīng)力F 及其許用應(yīng)力FP ，用下式計(jì)算。并對(duì)行星輪進(jìn)行校核。F 0K AKvKF

23、 KF KFp , F 0FtFYF YS Y YY YbmnF limST NTFPSY relTY R relT YXF min行星輪：F 0 cFtFc ScY YYYbm n= 18723.53 2.45 1.68 0.719 172 6=128.3 N/mm2F cF 0 cKAKvKF KF KFp=128.3 1.25 1.005 1.076 1 1.075=186.43 N/mm2F lim cYSTYNTFP cY relT cY R relT cYXSF min= 245 2 1 0.96 1.045 1=307.21 N/mm 21.6故 F cFP c ，彎曲強(qiáng)度通過。

24、18表 8外嚙合齒根彎曲強(qiáng)度的有關(guān)參數(shù)和系數(shù)代表名稱說明取值KF齒 向載 荷 分1.076布系數(shù)由 KH 01.214 ，b/m=12，查圖 6-23得 KF 01.21 ， 由 式 （ 6-38 ） 得K F1(KF 01)KFWKFe=1+(1.21-1)0.40.9=1.076KFKFpYF cYS cY齒 間載 荷 分KFKH配系數(shù)行 星輪 間 載按式（ 7-43），荷分配系數(shù)KFp1 1.5(KHp 1) 1 1.5(1.051)=1.075行 星輪 齒 形c0, Zc34 ，查圖 6-25系數(shù)x行 星輪 應(yīng) 力查圖 6-27修正系數(shù)重合度系數(shù)Y0.25 0.75 /式(6-40),

25、=0.25+0.75/1.598=0.71911.0752.451.680.719YNT彎 曲壽 命 系NL8.761081數(shù)2YST試 驗(yàn)齒 輪 應(yīng)按所給的F lim 區(qū)域圖取力修正系數(shù)F lim 時(shí)查圖 6-350.96Y relT c行 星輪 齒 根圓 角敏 感 系數(shù)Y R relT齒 根表 面 形RZ2.4，查圖 6-361.045狀系數(shù)SF min最 小安 全 系按高可靠度，查表 6-81.6數(shù)以上均為在書漸開線行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)上查得2內(nèi)嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度同外嚙合齒面接觸疲勞強(qiáng)度所用公式相同， 其中與外嚙合取值不同的參數(shù)為：u=2.5,ZH=2.5,Z =0.7,Z =1.11,Z

26、L=1.03,Zv=0.88,N19Z =1.04,ZW=1.11RH 0Z Z Z ZFtu1HEd1bu=2.5189.80.7118732.532.51204722.5=254.045 N/mm2HH 0 KAKvKH KH KHp=254.0451.251.0051.11411.075=311.60 N/mm2H lim ZNHPZ Z Z Z ZXL v RWSH min650 1.111.251.03 0.88 1.04 1.11 1=603.95 N/mm2故HHP ，接觸強(qiáng)度通過。以上計(jì)算說明齒輪的承載能力足夠。安全系數(shù)校核行星傳動(dòng)中的齒輪輪緣內(nèi)外側(cè)任一點(diǎn)上的應(yīng)力都在max 和

27、 min 之間變動(dòng)，且為交變應(yīng)力，故其強(qiáng)度計(jì)算以進(jìn)行疲勞安全系數(shù)校核為宜。當(dāng)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩在輪緣內(nèi)產(chǎn)生很大切應(yīng)力時(shí)， 同樣應(yīng)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度校核。 其安全系數(shù) S 、 S 分別按下式計(jì)算：S1 S amYN1bS1 S amYN1b式中b、 b 齒輪材料的抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，對(duì)于近似計(jì)算可20取 b0.68 b ；1、1 齒輪材料的彎曲和扭轉(zhuǎn)對(duì)稱循環(huán)疲勞極限，一般取10.43 b，1(0.54 0.6)1 ；a、a 正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力幅，a1 (maxmin )a2TKWPjT 中心輪上作用的扭矩；WPj 扭轉(zhuǎn)凈截面模量；K 考慮應(yīng)力循環(huán)特性的計(jì)算系數(shù) K=1（對(duì)稱循環(huán)）或 K=2 （脈動(dòng)循環(huán)）；m、 m 正應(yīng)力和切應(yīng)力的平均應(yīng)力1mmaxmin2m a 脈動(dòng)循環(huán) 或 m 0 對(duì)稱循環(huán)、 材料的對(duì)稱循環(huán)極限應(yīng)力對(duì)實(shí)際輪緣的折算系數(shù)，按下式計(jì)算：