基于ProE的行星齒輪減速器設(shè)計

1、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proe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)計思想的發(fā)展要求。 pro/e系統(tǒng)是3d cad/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(jìn)行三維設(shè)計。本文主要基于pro/e設(shè)

2、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避免的制造和安裝誤差，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/eabstractat present, gear reducer is a mec

3、hanical driving device which is extensively applied in mechanism. but designing reducer is a perplexing and iterative process because of its complicated structure. the paper expounds the techniques of building a 3d parametric cad system of involute planetary reducer based on pro/e. through this syst

4、em, users can interactively design all parts of the reducer on the visual circumstance. this system not only improves designing quality and efficiency, but also be of value to movement simulation and finite element analysis. so it satisfies the development of modern designing. pro/e is an entity des

5、igning system of 3d cam/cad. the most notable merit of pro/e is the powerful function in modeling. and now, it is applied widely in industry design, and used by more and more designers in 3d design. in this paper, the planetary decelerator is design based on the pro/e. our works mainly include the d

6、esign of planetary transmission, calculation of the load balancing mechanism, design of organization calculate, the choice of axle and axletree according to our calculation data, and modeling the whole process using pro/e. because of the different numbers of teeth of the two inner gear wheels in the

7、 decelerator, and the public planetary gear should mesh with the two inner gear wheel at the same time, so the planetary decelerator must adopt the angle correcting. in reality, because of unavoidable errors in manufacture and installation of the planetary decelerator, and the influence by the facto

8、rs such as the deformation of component, etc., the non-uniform of the load of the planetary wheels distribution is caused. based on the entity designing system pro/e, our design can discover the problems more intuitively and can optimize the design. key words: gear decelerator, planetary transmissio

9、n, load balancing mechanism, pro/e 目錄 第一章 前言11.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.1.1行星齒輪減速器的發(fā)展概況11.1.2行星齒輪減速器的特點11.2本論文解決的關(guān)鍵問題21.3本論文研究的主要內(nèi)容2第二章 行星齒輪傳動的設(shè)計32.1行星齒輪傳動的設(shè)計計算32.1.1選取行星齒輪傳動的傳動類型32.1.2配齒和主要參數(shù)計算42.1.3配齒結(jié)果的驗算82.1.4嚙合要素計算92.1.5傳動效率的計算102.1.6齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計112.1.7齒輪強度驗算122.2 行星輪減速器均載機構(gòu)的設(shè)計152.2.1 均載原理152.2.2 行星輪間載荷分布不均勻性分析16

10、2.2.3 均載機構(gòu)的設(shè)計162.3 軸的設(shè)計計算182.3.1高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計182.3.2中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計242.3.3低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計272.4 滾動軸承的選擇和計算312.5 行星架的選擇33第三章 減速器基本零件三維成型353.1行星輪齒輪三維成型353.1.1行星齒輪353.1.2 內(nèi)齒輪b三維成型383.2 軸的三維建模383.2.1低速軸三維建模383.2.2中間軸和高速軸的三維393.3端蓋三維建模403.5行星輪裝配433.5.1中間軸裝配433.5.2總裝配圖的爆炸圖45小結(jié)47致 謝48參考文獻(xiàn)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

11、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發(fā)展的重點之一。proe系統(tǒng)是3d cad/cam實體設(shè)計系統(tǒng),proe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proe進(jìn)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

12、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基礎(chǔ)部件。不論在減小體積、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成本等等方面，有所改進(jìn)的話，都將會促進(jìn)資源（包括人力、材料和動力）的節(jié)省?？梢灶A(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行星齒輪減速器的發(fā)展概況國外：世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如日本、德國、英國、美國和俄羅斯等，對行星齒

13、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，我國才開始對行星齒輪傳動進(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(jìn)步和發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了大量先進(jìn)的機械設(shè)

14、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(jìn)，開拓創(chuàng)新地努力奮進(jìn)，使我國的行星傳動技術(shù)有了迅速的發(fā)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)的重要發(fā)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(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)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

15、,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1/21/6。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(dá)幾萬或數(shù)十萬以上；作為動力傳動，其最大傳動比可達(dá)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，適當(dāng)選擇行星傳動的類型，可實現(xiàn)各種變速的復(fù)雜運動。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

16、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。適當(dāng)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達(dá)到0.970.99。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(jìn)一步深人地了解以及對國外行星傳動技術(shù)的引進(jìn)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

17、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。實踐表明，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部分設(shè)計，均載機構(gòu)的設(shè)計以及proe的建模是此次設(shè)計的重要部分，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，包括齒輪傳遞類型的確定、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

18、行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)的確定等；（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）行星齒輪減速器基本零件（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。已知輸入功率p=30kw，輸入轉(zhuǎn)速n1500rmin，傳動比i=96，允許的傳動比偏差為ip0.01。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。2.1.1選取行星齒輪傳動的傳動類型行星齒輪傳動可根據(jù)采用的基本構(gòu)件不同劃分為：-

19、型、型和-三種?；緲?gòu)件代號：中心輪；行星架；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：型、型、型、型、型、型和型等。代號為：-內(nèi)嚙合齒輪；-外嚙合齒輪；-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）型行星傳動比較合理，其傳動簡圖如圖2.1所示。圖2.1行星齒輪傳動簡圖2.1.2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(xiàn)1取np=3?？紤]到該行星齒輪傳動的外廓尺寸較小，故選擇中心輪a的齒數(shù)za=1

20、5。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zeza = 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，表面滲碳淬火處理，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

21、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)已知za=15，；小齒輪額定轉(zhuǎn)矩；查機械零件設(shè)計手冊參考文獻(xiàn)2取載荷系數(shù)k=1.8；查機械零件設(shè)計手冊參考文獻(xiàn)2取齒形系數(shù)；查機械零件設(shè)計手冊參考文獻(xiàn)2查得齒寬系數(shù)；則得齒輪模數(shù)m為： (mm)查機械零件設(shè)計手冊參考文獻(xiàn)2表12-3取標(biāo)準(zhǔn)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

22、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(jìn)行角度變位?，F(xiàn)選取嚙合中心距mm，且。由已知條件，按現(xiàn)代機械傳動手冊參考文獻(xiàn)1中公式計算各嚙合參數(shù)如下：1）a-c傳動嚙合角變位系數(shù)和中心距變動系數(shù)y齒頂高變動系數(shù)2）b-c傳動嚙合角變位系數(shù)和中心距變動系數(shù)齒頂高變動系數(shù)3）e-c傳動嚙合角變位系數(shù)和中心距變動系數(shù)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

23、于； mm。因此 ，該齒輪副的變位目的是避免小齒輪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，避免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。 （2-8）現(xiàn)已知其變位系數(shù)和和，則可得內(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

24、-9）則可得內(nèi)齒輪e的變位系數(shù)為：。4.幾何尺寸計算對于該3型行星齒輪傳動進(jìn)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)項目計算公式太陽輪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）將已知的、和值代入上式，則得：故滿足鄰接條件。(2)同心條件 （2-11）各齒輪副的嚙合角

25、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傳動端面重合度頂圓齒形曲徑a （2-13）太陽輪：(mm)行星輪：(mm)端面嚙合長度ga （2-14）式中，“”正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合；端面重合度 （2-15）（2）b-c傳動端面重合度頂圓齒形曲徑a由公式（2-13）得： 行星輪：內(nèi)齒輪b：端面嚙合長度ga由公式（2-14）得：端面重合度由公式（2-15）得：（3）e-c傳動端面重合度頂圓齒形曲徑a由公式（2-13）得： 行星輪：(mm)內(nèi)齒輪e：(mm)端面嚙合長度ga由公式

26、（2-14）得：端面重合度由公式（2-15）得：2.1.5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(jìn)行計算，即 （2-16）已知，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)速的高低等情況，對其進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先應(yīng)確定太陽輪a

27、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(jìn)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跐M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(jìn)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

28、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(jìn)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(xiàn)5公式9-1計算?，F(xiàn)已知嚙合中心距mm，則得取。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(xiàn)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(jìn)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。2.1.7

29、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(jìn)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齒輪副確定計算負(fù)荷名義轉(zhuǎn)矩名義圓周力應(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；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(xiàn)1圖2.4-4查得6級精度時，c齒向載

30、荷分布系數(shù)、由機械零件設(shè)計手冊參考文獻(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)1 圖2.4-18查得g. 重合度系數(shù)、彎曲應(yīng)力的基本值計算齒根彎曲應(yīng)力取彎曲應(yīng)力 n/mm2 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(xiàn)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(xiàn)1 圖2.4-20查得d.齒根表面狀況系數(shù) 由現(xiàn)代機械傳動參考文獻(xiàn)1 圖2

31、.4-21查得e.尺寸系數(shù)由現(xiàn)代機械傳動參考文獻(xiàn)1 圖2.4-16查取，得許用彎曲應(yīng)力已知齒根彎曲疲勞極限 n/mm2因，所以a-c齒輪副滿足齒輪彎曲強度條件。彎曲強度安全系數(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。已知：, 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。彎曲強度安全系數(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。彎曲強度安

32、全系數(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)為基本構(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。它是靠基本構(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。由于基本構(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

33、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)，而達(dá)到均載的目的。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)。一般情況下有一個基本構(gòu)件浮動，即可起到均載作用，采用二個基本構(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

34、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)，在行星齒輪傳動工作的過程中，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

35、和安裝誤差兩部分所組成的。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。各基本構(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)的確定在

36、3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

37、。 (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(zhǔn)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

38、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(jìn)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:具有浮動基本構(gòu)件的系統(tǒng)。所謂“浮動基本構(gòu)件”，就是指某個基本構(gòu)件沒有徑向的支承，則稱它為浮動基本構(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。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(jìn)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個行星輪浮動，

39、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。（2）靜不定系統(tǒng)： 較常見的靜不定系統(tǒng)有下列兩種組成方案: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，且成本較高。因此，很少采用它。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，若采用雙齒聯(lián)軸器或單齒聯(lián)軸器作為

40、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。 （a）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

41、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2.46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，若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，則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

42、滑動。 或齒輪固定環(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，而達(dá)到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。軸段直徑和長度的確定(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

43、。即 （2-20）式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位：mpa； t軸所受的扭矩，單位：nmm；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/mpa152520352545355514912613511212610311297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(xiàn)3

44、表15-3，得則 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57%，則 mm取 mm。根據(jù)選擇鍵的尺寸為8*4.5*6010。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2.3 tgl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lj1型44d100d172b50b123s4dm8重量(kg)4.06轉(zhuǎn)動慣量(kg.m20.0037取軸長為2倍軸孔長度，即：mm(2）軸肩高度 取h =2 mm則： mm

45、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18.2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 = 35 mm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基本尺寸d(mm)35基本尺寸d(mm)62基本尺寸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

46、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）基本尺寸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3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3行星傳動中，中心輪a的切向力計算公式為 （2-22）已知：nm，和（mm）則得（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

47、，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nn nn n彎矩mnmm 總彎矩nmm扭矩tnmm按彎扭合成應(yīng)力較核軸的強度進(jìn)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)；折合系數(shù)，取0

48、.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如下則：軸的材料為40cr，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)515-1查得。，故安全。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(jìn)行軸向固定。軸段直徑和長度的確定：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57%，則，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

49、)c或r0.250.4鍵(公稱尺寸)l(h14)1890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2206 ktn1基本尺寸d(mm)30基本尺寸d(mm)62基本尺寸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避免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）（

50、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nn nn n彎矩mnmm 總彎矩nmm扭矩tnmm按彎扭合成應(yīng)力較核軸的強度進(jìn)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如下則： 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(xiàn)515-1查得，因此，故安全。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(jìn)行軸向定位，采用鍵進(jìn)行周向定位。軸段直徑和長度的確定(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1015%，則，取 根據(jù)選擇鍵尺寸為3215.2140。軸在安裝鍵后還應(yīng)留有余量，取余量，因此軸長。(