行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)及三維建模(5.4)

1、行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)及三維建模 系 部： 自動(dòng)化工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué) 號(hào)： G1240111 姓 名： 楊 震 指導(dǎo)教師： 朱 紅 娟 日 期：2015年3月6日行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)及三維建模摘 要行星齒輪減速器作為重要的傳動(dòng)裝置，在機(jī)械、建筑等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)基于這些特點(diǎn)對行星齒輪減速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行UG三維建模。首先比較各種類型行星齒輪的特點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)方向、確定設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)；其次根據(jù)給定的設(shè)計(jì)要求，傳動(dòng)比、輸入轉(zhuǎn)速、輸入功率及工況條件進(jìn)行減速器的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：先對高速級齒輪進(jìn)行結(jié)

2、構(gòu)設(shè)計(jì)，然后是低速級齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其次對行星架及各部分軸的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；最后完成UG的三維建模，并對其模型進(jìn)行整體的裝配。關(guān)鍵詞：行星齒輪減速器、行星齒輪、定軸齒輪、三維建模Design of planetary gear reducerAnd 3D modelingAbstract Planetary gear reducer as transmission device is important, used in machinery, construction and other fields widely. It has the advantages of small volume,

3、light weight, compact structure, large transmission ratio, high efficiency, stable motion characteristics. The design is based on the characteristics of planetary gear reducer structure design, 3D modeling and UG on it. The characteristics of various types of planetary gear compared at first, determ

4、ine the design scheme and design direction, determine the overall structure design; secondly, according to the requirements of a given design, transmission ratio, input speed, input power and working condition of concrete structure design of the reducer: first, design the structure of high speed gea

5、r, and then the structure design of low speed gear the second on the planetary frame, and each portion of the shaft design of whole structure; finally completes the 3D modeling of UG, and the whole assembly of the model.Keywords: planetary gear reducer, planetary gear, fixed axis gear, 3D modeling第

6、68 頁 共 68 頁目 錄第一章 緒論61.1 本次課題的意義與目的61.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展情況61.3 本次課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容7第二章 行星齒輪減速器方案確定82.1 基本參數(shù)要求及選擇82.2 高、低速級齒輪的選擇82.3 行星齒輪減速器方案確定11第三章 行星齒輪減速器高速級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.1 選取行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類型和傳動(dòng)簡圖123.2 配齒計(jì)算123.3初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)133.4 嚙合參數(shù)計(jì)算193.5 傳動(dòng)效率的計(jì)算203.6齒輪強(qiáng)度校核計(jì)算21第四章 行星齒輪減速器低速級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)344.1 選擇齒輪材料，確定熱處理方法344.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算小齒輪直

7、徑354.3 齒輪的主要參數(shù)和計(jì)算幾何尺寸384.4 校核輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度404.5 驗(yàn)算齒輪的圓周速度41第五章 行星齒輪減速器軸及行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)425.1 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)425.2 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)455.3 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)465.4 行星軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)475.5 行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)485.6 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49第六章 行星齒輪減速器的三維建模506.1 UG NX 6.0簡介506.2 UG NX 6.0 的特點(diǎn)516.3 齒輪、軸、行星架、箱座及箱蓋的三維建模526.4 整體的三維建模61第七章 結(jié)論65第八章 致謝66參考文獻(xiàn)67行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)及三維建模第1章 緒論1.1 本

8、次課題的意義與目的行星齒輪傳動(dòng)與普通的定軸齒輪傳動(dòng)相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大、承載能力強(qiáng)以及傳動(dòng)平穩(wěn)和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，這些已經(jīng)被越來越多的機(jī)械工程技術(shù)人員所了解和重視，由于應(yīng)用比較廣泛因此，對于學(xué)習(xí)機(jī)電專業(yè)的學(xué)生來說，了解更多的機(jī)械知識(shí)更多的嘗試問題那就更是有必要了，為了使這種設(shè)計(jì)更加高效的利用起來，更加的普遍，使印象更加深刻，只有自己動(dòng)手探索研究才能得到更深的了解和記憶，只有這樣才能更好地應(yīng)用。對于本課題的研究，也是為了更好地掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的過程和方法，包括參數(shù)的選擇，傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的計(jì)算，培養(yǎng)系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的能力。綜合利用過去所學(xué)的知識(shí)，提高聯(lián)系實(shí)際和綜合分析的能力，進(jìn)一步鞏固

9、加深和拓展所學(xué)的知識(shí)。訓(xùn)練提高設(shè)計(jì)的基本技能，熟悉CAD、UG等軟件的應(yīng)用。培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力，規(guī)范課題研究的步驟和標(biāo)準(zhǔn)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展情況 20世紀(jì)80年代，世界齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展。產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢是小型化、高速化、低噪聲、高可靠度。技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是：硬齒面技術(shù)功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。 20世紀(jì)80年代，國外硬齒面齒輪技術(shù)日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于ISO1328-1975的6級，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的4倍，為軟齒面齒輪的56倍。一個(gè)中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速機(jī)的重量僅為軟齒面齒輪減速器的三分之一左右。功率分支技術(shù)，

10、主要指行星及大功率的功率又分支及多分支裝置，如中心傳動(dòng)的水泥磨機(jī)主減速器，其核心技術(shù)是重載。 模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，對通用和標(biāo)準(zhǔn)減速器指在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆蓋面需求的同時(shí)，盡可能減少零部件毛坯的品種規(guī)格，以便于組織生產(chǎn)，使零部件生產(chǎn)形成批量，降低成本，取得規(guī)模效益。這些技術(shù)的應(yīng)用和日趨成熟，使齒輪產(chǎn)品的性能價(jià)格比大大提高，產(chǎn)品越來越完美。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)的進(jìn)步與發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了大量的先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)經(jīng)過我國機(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)新的努力奮斗，使我國行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)有了迅速的發(fā)展。通過不懈的努力我

11、國的行星齒輪傳動(dòng)也有了可觀的成果，技術(shù)也基本的成熟，在各行各業(yè)也有了廣泛應(yīng)用。在這段過程中，我國的高速齒輪技術(shù)經(jīng)歷了測繪仿制、技術(shù)引進(jìn)（和技術(shù)攻關(guān)）到能獨(dú)立設(shè)計(jì)制造三個(gè)階段?，F(xiàn)在我國自己的設(shè)計(jì)制造能力基本上可滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)制造的最高參數(shù)為：最大功率44MW，最高線速度168m/s，最高轉(zhuǎn)速6700r/min。1.3 本次課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容本次課題主要研究的是行星齒輪減速器的齒輪大小進(jìn)行計(jì)算、強(qiáng)度進(jìn)行校核，在對其軸、行星架結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后利用UG三維軟件把結(jié)構(gòu)畫出，最后對其結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行分析，最終得出相關(guān)的結(jié)論，確定應(yīng)有的尺寸。1、 分析行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案；2、 確定輪系齒輪的齒

12、數(shù)、模數(shù)；3、 確定軸、行星架的各項(xiàng)參數(shù)；4、 校核齒輪的接觸和彎曲強(qiáng)度；5、 利用UG三維軟件對行星輪進(jìn)行三維建模。第二章 行星齒輪減速器方案確定2.1 基本參數(shù)要求及選擇2.1.1 基本參數(shù)的要求 傳動(dòng)比：i=16 輸入轉(zhuǎn)速：n=960r/min 輸入功率：P=3kw 行星輪個(gè)數(shù)：1 工作時(shí)間：15年（每年300天，每天工作12小時(shí)）2.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)輸入轉(zhuǎn)速和輸入功率選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：Y132S-6電機(jī)參數(shù)：額定功率：P=3KW 滿載轉(zhuǎn)速：n=960r/min 工作效率：=83%2.2 高、低速級齒輪的選擇2.2.1 輪系的選擇確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，行星輪個(gè)數(shù)為一個(gè)，為了滿足設(shè)計(jì)

13、要求，總體的輪系設(shè)計(jì)應(yīng)選擇混合輪系，因?yàn)榛旌陷喯悼梢垣@得更大范圍的傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)多路傳遞、得到多速，所以選擇輪系為混合輪系，選第一級為行星齒輪系，第二級為定軸輪系。常用的行星齒輪種類很多按其基本構(gòu)件可分為2Z-X型、3Z型、Z-X-V型三大類。其他的形式都是這三類的演變和改造。按其嚙合方式分類可分為NGW、NW、WW、NN、NGWN、N等這幾種類型，其傳動(dòng)類型和其特點(diǎn)如表2.2-1所示。在本設(shè)計(jì)中為滿足要求，既滿足適使用范圍和性能要求，選擇行星齒輪中最簡單的NGW型齒輪作為第一級。表2.2-1 常用行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類型及其特點(diǎn)序號(hào)傳動(dòng)類型傳動(dòng)件圖（代號(hào)）傳動(dòng)比i范圍傳遞功率P合理范圍/kw傳動(dòng)

14、效率值特點(diǎn)及應(yīng)用按基本構(gòu)建分類按嚙合方式分類12Z-X負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)NGW=2.8-13推薦值3-9P值不限0.97-0.99效率高，體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便適用于任何工況下的大小功率的傳輸2NW=1-50推薦值7-17P值不限0.97-0.99其特點(diǎn)與A型相類同，但它的徑向尺寸小，傳動(dòng)比范圍較大，制造安裝較復(fù)雜32Z-X負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)WW=1/2P60當(dāng)a輪固定時(shí)滾動(dòng)軸承0.98滑動(dòng)軸承0.95-0.96具有差動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解；主要應(yīng)用于汽車坦克自行火炮等動(dòng)力裝置中作為差速器42Z-X正號(hào)機(jī)構(gòu)WW由1.2到幾千基本上不用于傳遞動(dòng)力短期工作P20一般情況下效率較低，且隨著傳

15、動(dòng)比的增加效率急劇下降傳動(dòng)比大，效率低，制造安裝不方便，主要用于傳遞運(yùn)動(dòng)；當(dāng)傳動(dòng)比要求很大而傳動(dòng)效率無實(shí)際意義時(shí)方可采用52Z-X正號(hào)機(jī)構(gòu)NN推薦值8-30P40一般效率較低0.75-0.8傳動(dòng)比大，效率低；適用于短期短期間斷工作的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)臂X為輸出件時(shí)傳動(dòng)比大于某一值后，E型傳動(dòng)將產(chǎn)生自鎖6NN推薦值30-100傳動(dòng)小功率傳動(dòng)比可達(dá)1000以上P40當(dāng)傳動(dòng)比為10-100時(shí)效率為0.7-0.9具有少齒差的雙內(nèi)嚙合傳動(dòng)其效率可達(dá)到0.85以上；適用于中小功率的動(dòng)力傳動(dòng)73Z型NGWN傳動(dòng)較小功率時(shí)500；推薦值20-100短期工作，P120；長期工作，P100.8-0.9效率值隨|i|增加而

16、降低結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比范圍較大，制造安裝較復(fù)雜；適用于短期間斷工作的中小功率的動(dòng)力傳動(dòng)8NGWN60-500推薦值64-3000.70-0.84結(jié)構(gòu)更緊湊，制造安裝相對方便，但由于采用單齒圈行星輪尚需進(jìn)行角度變位，才能滿足同心條件因而使其傳動(dòng)效率有所降低；用于短期間斷工作的傳動(dòng)最合理9NGWN傳遞較小功率時(shí)500推薦值20-1000.80-0.90效率值隨|i|增加而降低結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比范圍較大，制造安裝較復(fù)雜；用于間斷工作的中小功率的動(dòng)力傳動(dòng)；2.2.2 齒輪材料、性能及精度高速級太陽輪和行星輪采用硬齒面，以提高承載能力，減低尺寸，內(nèi)齒輪用軟齒面，便于切削。低速級部分采用軟齒面。具體情況見表2

17、.2-2。原始數(shù)據(jù)顯示，輸入轉(zhuǎn)速960r/min輸入功率為3KW因此，采用壓力角為=20的直齒輪傳動(dòng)，精度等級為6級。表2.2-2 齒輪材料、性能及精度齒輪材料熱處理 (N/mm) (N/mm)加工精度太陽輪20CrMnTi滲碳淬火HRC58-6214003756級行星輪267.5內(nèi)齒輪40Cr調(diào)質(zhì)HBS240-2856502757級小齒輪大齒輪45鋼調(diào)質(zhì)HBS217-2555802902.2.3 減速器總傳動(dòng)比的分配確定機(jī)械中除廣泛使用的定軸輪系和行星輪系外，還大量使用由定軸輪系和行星輪系或由幾個(gè)行星輪系組合而成的齒輪，這種齒輪系成為混合齒輪系。計(jì)算混合輪系傳動(dòng)比的步驟一般為，先區(qū)分輪系中的

18、行星輪系部分和定軸輪系部分，然后分別列出行星輪系部分和定軸輪系部分的傳動(dòng)比公式，并代入已知數(shù)據(jù)，最后找出行星輪系部分和定軸輪系部分之間的關(guān)系，并聯(lián)立求解即可求出組合輪系中間輪系之間的傳動(dòng)比。2.3 行星齒輪減速器方案確定綜合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)方法步驟等原因，確定行星齒輪減速器第一級采用NGW型行星齒輪，第二級采用定軸輪系的總體為混合輪系的形式設(shè)計(jì)。來滿足設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)的需要。NGW型行星齒輪由內(nèi)外嚙合和公用行星輪組成，結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小、工藝性好、效率高、NGW型傳動(dòng)比較小，結(jié)合設(shè)計(jì)的要求，輸入功率為3KW、傳動(dòng)比為16的相關(guān)要求，所以定為NGW型行星齒輪傳動(dòng)。NGW型傳動(dòng)比一般為3-9結(jié)合實(shí)

19、際要求，分配第一級行星齒輪的傳動(dòng)比為5,第二級的定軸輪系傳動(dòng)比為3.2第三章 行星齒輪減速器高速級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 選取行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類型和傳動(dòng)簡圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，間斷工作，結(jié)構(gòu)緊湊，輪廓齒輪設(shè)計(jì)合理等傳動(dòng)特點(diǎn),NGW型行星齒輪的傳動(dòng)類型與特點(diǎn)可知 NGW型符合設(shè)計(jì)要求，選用此較合理，其傳動(dòng)簡圖如下圖3.1-1:圖3.1-1 NGW型傳動(dòng)簡圖3.2 配齒計(jì)算 關(guān)于最少齒輪的選取，為了盡可能的縮小2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)的徑向尺寸，在滿足給定的傳動(dòng)比的條件下，中心輪a和行星輪c的尺寸應(yīng)盡可能小。因此，應(yīng)該選用最少齒數(shù)，但實(shí)際上它受到輪齒根切和齒輪能否安裝軸承或能否安裝到軸上去的限制。一般情

20、況下，齒輪a的最少齒數(shù)的范圍為14-19；對于中小功率的行星齒輪，有時(shí)為了實(shí)現(xiàn)行星減速器外輪廓尺寸盡可能小的原則，在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度的條件下，允許其齒輪產(chǎn)生輕微的根切；因此，對于角度變位傳動(dòng)，其最少齒數(shù)可選取為10-13個(gè)，應(yīng)該指出：在對b輪齒數(shù)進(jìn)行圓整后，此時(shí)實(shí)際的p值稍有變化，但必須控制在其傳動(dòng)比誤差范圍內(nèi)。一起傳動(dòng)比誤差，綜合以上因素,實(shí)際傳動(dòng)比和假設(shè)傳動(dòng)比之間差距最小要求，按非變位要求選擇按傳動(dòng)比條件：若令Y=則有可知：Y=5×19=95 同時(shí)為滿足安裝條件： 其中c為整數(shù)則Y=96 c=32根據(jù)行星齒輪傳動(dòng)的同心條件：得實(shí)際的傳動(dòng)比為：則配齒計(jì)算結(jié)果是： 表3.2-1 2Z

21、-X(A)行星齒輪傳動(dòng)的配齒1929775.05263.3初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)齒輪材料和熱處理的選擇：太陽輪和行星輪均采用20CrMnTi,滲碳淬火處理，齒面硬度58-62HRC，查圖3.3-1，取太陽輪和，取行星輪和太陽輪和行星輪的加工精度均取6級，內(nèi)齒輪b采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度262-286HB；查圖3.3-2，取內(nèi)齒輪的和，內(nèi)齒輪的加工精度為7級。圖3.3-1 滲碳淬火鋼和的和圖3.3-2 調(diào)質(zhì)鋼的和 電動(dòng)機(jī)工作效率為電動(dòng)機(jī)與輸入軸間彈性柱銷聯(lián)軸器之間的效率為則輸入功率為：=2.4651Kw則太陽輪的傳遞扭矩為：N·m按齒面接觸強(qiáng)度初算太陽輪分度圓直徑 =25.80

22、3mm式中，“+”號(hào)用于外嚙合，“”號(hào)用于內(nèi)嚙合； 表3.3-1 齒面接觸強(qiáng)度有關(guān)參數(shù)代號(hào)名稱說明取值算式系數(shù)對于鋼對鋼配對的齒輪副，直齒輪傳動(dòng)，取768768名義轉(zhuǎn)矩太陽輪的傳遞扭矩8.173使用系數(shù)查表3.3-2 輕微沖擊1.25綜合系數(shù)查表3.3-3 行星輪數(shù)為31.80行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)查圖3.3-3 行星架浮動(dòng)6級精度1.20齒數(shù)比即29/19齒寬系數(shù)查表3.3-4 0.75接觸疲勞極限查圖3.3-1，且取和中的較小值1400表3.3-2 使用系數(shù)的選擇原動(dòng)機(jī)工作特點(diǎn)工作機(jī)的工作特點(diǎn)均勻平穩(wěn)輕微沖擊中等沖擊嚴(yán)重沖擊均勻平穩(wěn)（電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)）1.001.251.501

23、.75輕微沖擊電動(dòng)機(jī)（常啟動(dòng)）、燃?xì)廨啓C(jī)（大的）1.101.351.601.85中等沖擊（多缸內(nèi)燃機(jī)）1.251.501.752.0嚴(yán)重沖擊（單缸內(nèi)燃機(jī)）1.501.752.02.25工作機(jī)工作特點(diǎn)舉例發(fā)電機(jī)、帶式運(yùn)輸機(jī)、螺旋輸送機(jī)、輕型升降機(jī)、輕型離心機(jī)、離心泵、齒輪傳動(dòng)裝置、電動(dòng)葫蘆、通風(fēng)機(jī)、機(jī)床進(jìn)刀傳動(dòng)裝置鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)、機(jī)床主驅(qū)動(dòng)裝置、重型升降機(jī)、起重機(jī)的齒輪傳動(dòng)裝置、重心離心機(jī)、多缸活塞泵、給水泵、擠壓機(jī)、礦用通風(fēng)機(jī)橡膠擠壓機(jī)、球磨機(jī)（輕型）、木工機(jī)械、提升裝置、單缸活塞泵等挖掘機(jī)、橡膠混煉機(jī)、破碎機(jī)（石料）、壓磚機(jī)、鉆探機(jī)、球磨機(jī)（重型）、軋鋼機(jī)表3.3-3 綜合系數(shù)和的選擇行星輪數(shù)行

24、星輪數(shù)31.8-2.41.6-2.2>32-2.71.8-2.4圖3.3-3 載荷分布不均勻系數(shù)的選擇表3.3-4 行星齒輪傳動(dòng)齒寬系數(shù)的選擇傳動(dòng)類型a-c齒輪副B-c齒輪副c-d齒輪副b-d齒輪副2Z-X(A)0.10-0.18按彎曲強(qiáng)度的初算公式， 計(jì)算齒輪的模數(shù)m為： = =1.1386mm 查表3.3-5 漸開線圓柱齒輪模數(shù)GB表，則取齒輪模數(shù)m=1.25mm；mm與初算=25.803mm接近，故取 =23.75mm m=1.25mm表3.3-5 漸開線圓柱齒輪模數(shù)表3.3-6 齒根彎曲強(qiáng)度有關(guān)參數(shù)代號(hào)名稱說明取值算式系數(shù)對于直齒輪傳動(dòng)=12.112.1綜合系數(shù)查表3.3-3 行

25、星輪數(shù)為31.6行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)1.3小齒輪齒形系數(shù)查圖3.3-42.84齒輪副中小齒輪齒數(shù)小齒輪齒數(shù)為1919齒輪彎曲疲勞極限查圖3.3-2選取，且取和中較小的值267.5圖3.3-4 小齒輪齒形系數(shù)的選擇3.4 嚙合參數(shù)計(jì)算計(jì)算各個(gè)齒輪的參數(shù)取、太陽輪各參數(shù)： 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑：行星輪各參數(shù)： 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑：內(nèi)齒輪各參數(shù)： 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑：整理后可得如下表 表3.4-1的各參數(shù)值表3.4-1 高速級齒輪基本幾何尺寸齒輪分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑齒寬太陽輪23.7526.2520.62520行星輪36.25

26、38.7533.12520內(nèi)齒輪96.2593.7599.375203.5 傳動(dòng)效率的計(jì)算式中為轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的效率 各嚙合副的效率為=0.987 =0.997轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)效率為=0.987X0.997=0.984轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比=-77/19=-4.053則傳動(dòng)效率=0.9873.6齒輪強(qiáng)度校核計(jì)算3.6.1 齒面接觸強(qiáng)度的校核計(jì)算根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法”，該標(biāo)準(zhǔn)系把赫茲應(yīng)力作為接觸應(yīng)力的計(jì)算基礎(chǔ)，并用來評價(jià)齒輪的接觸強(qiáng)度。赫茲應(yīng)力是齒面間應(yīng)力的主要指標(biāo)，但不是產(chǎn)生點(diǎn)蝕的唯一原因。列如，在接觸應(yīng)力計(jì)算中未考慮滑動(dòng)的大小和方向、摩擦因數(shù)和潤滑狀態(tài)等，這些都會(huì)影響到齒面的實(shí)際接觸應(yīng)力。

27、齒面接觸強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，取節(jié)點(diǎn)和單對齒輪齒嚙合區(qū)內(nèi)界點(diǎn)的接觸應(yīng)力中的較大值，而小齒輪和大齒輪的許用接觸應(yīng)力要分別計(jì)算。（1） 外嚙合齒面接觸應(yīng)力在行星齒輪傳動(dòng)的嚙合齒輪副中，其齒面接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算，即查參考文獻(xiàn)中書（1）公式6-51、6-52、6-53 表3.6.1-1 外嚙合齒面接觸應(yīng)力有關(guān)參數(shù)代號(hào)名稱說明取值使用系數(shù)查表3.3-2 輕微沖擊1.25動(dòng)載系數(shù)查圖3.6.1-1 6級精度1.01齒向載荷分布系數(shù)、1.065齒間載荷分配系數(shù)查表3.6.1-2 6級精度、非硬齒面直齒輪1行星輪間載荷分配不均勻系數(shù)行星架浮動(dòng) 查圖3.3-31.20端面內(nèi)分度圓上切向力833.68小齒輪分度圓直徑

28、23.75mm23.75工作齒寬指齒輪副中較小齒輪18齒數(shù)比1.526節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)對于可查圖3.6.1-3得到、2.5彈性系數(shù)彈性系數(shù)與齒輪的配對材料有關(guān)，鋼對鋼取189.8189.8重合度系數(shù)、查圖3.6.1-2可得0.9螺旋角系數(shù)直齒、1 圖3.6.1-1 動(dòng)載系數(shù)的選擇 圖3.6.1-2重合度系數(shù)的選擇 表3.6.1-2 齒間載荷分配系數(shù)和100N/mm<100N/mm精度等級組567891011-125級及更低硬齒面直齒輪1.01.11.2硬齒面斜齒輪1.01.11.21.4非硬齒面直齒輪1.01.11.2非硬齒面斜齒輪1.01.11.21.4注：1.小齒輪和大齒輪精度等級不相同

29、時(shí)，則按精度等級較低的取值。2.硬齒面和軟齒面相嚙合的齒輪副，、取平均值。3.經(jīng)修行的6級硬齒面斜齒輪，取=1.4.表右部第5、8行若計(jì)算得>，則取=。5.表中為重合度系數(shù)，為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)。6.本表也適用于灰鑄鐵和球墨鑄鐵齒輪的計(jì)算。圖3.6.1-3 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)的選擇接觸應(yīng)力基本值 接觸應(yīng)力 =974.6（2） 外嚙合齒面許用接觸應(yīng)力 許用接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算，即 表3.6.1-3 外嚙合齒面許用接觸應(yīng)力有關(guān)參數(shù)代號(hào)名稱說明取值齒輪接觸疲勞強(qiáng)度由表2.2-1可知 接觸疲勞強(qiáng)度為14001400最小安全系數(shù)按較高可靠度，查表3.6.1-41.25壽命系數(shù)15年、每年300天，

30、每天工作12小時(shí)查圖3.6.1-4 1潤滑劑系數(shù)查圖3.6.1-5 1.03速度系數(shù)查圖3.6.1-60.95粗糙度系數(shù)查圖3.6.1-71.01工作硬化系數(shù)內(nèi)齒輪均為硬齒面，查圖3.6.1-81尺寸系數(shù)查表3.6.1-51表3.6.1-4 最小安全系數(shù)和的選擇可靠性要求最小安全系數(shù)可靠性要求最小安全系數(shù)高可靠性1.5-1.62.00一般可靠性1.00-1.11.25較高可靠性1.25=1.31.60低可靠性0.851.00注：一般齒輪傳動(dòng)不推薦采用低可靠度的安全系數(shù)值圖3.6.1-4 接觸強(qiáng)度 壽命系數(shù)的選擇 圖3.6.1-5 潤滑劑系數(shù)的選擇 圖3.6.1-6 速度系數(shù)的選擇 圖3.6.1

31、-7 粗糙度系數(shù)的選擇 圖3.6.1-8 工作硬化系數(shù) 的選擇 表3.6.1-5 接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù)的選擇材料備注調(diào)質(zhì)鋼、結(jié)構(gòu)鋼1.0短時(shí)間液體滲氮鋼；氣體滲氮鋼1.067-0.0056<12時(shí)，取=12>30時(shí)，取=30滲碳淬火鋼、感應(yīng)或火焰淬火表面硬化鋼1.076-0.0109<7時(shí)，取=7>30時(shí)，取=30注：表中為齒輪法向模數(shù)，mm。許用接觸應(yīng)力 =1106.88故<，外嚙合齒面接觸強(qiáng)度符合使用要求（3） 內(nèi)嚙合齒面接觸應(yīng)力及齒面許用接觸應(yīng)力 內(nèi)嚙合齒面接觸應(yīng)力及齒面許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式相同，只是符號(hào)不同，其中大多數(shù)取值也與外嚙合相同，不同的參數(shù)取值如下：、

32、 =368.41 =467.96 =563.13故<，內(nèi)嚙合齒面接觸強(qiáng)度符合使用要求3.6.2 齒根彎曲強(qiáng)度的校核計(jì)算 國家標(biāo)準(zhǔn)是以載荷作用測得齒廓根部的最大拉應(yīng)力作為名義彎曲應(yīng)力，并經(jīng)相應(yīng)的系數(shù)修正后作為計(jì)算齒根應(yīng)力。考慮到使用條件、要求及尺寸的不同，標(biāo)準(zhǔn)將修正后的試件彎曲疲勞極限作為許用齒根應(yīng)力。給出的輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式適用于齒根以內(nèi)輪緣厚度不小于3.5的圓柱齒輪。（1）外嚙合齒根應(yīng)力 在行星齒輪傳動(dòng)的嚙合齒輪副中，其齒根應(yīng)力可按下式計(jì)算，即 表3.6.2-1 外嚙合齒根應(yīng)力有關(guān)參數(shù)代號(hào)名稱說明取值使用系數(shù)查表3.3-2 輕微沖擊1.25動(dòng)載系數(shù)查圖3.6.1-1 6級精度1.01

33、齒向載荷分布系數(shù) 、1.054齒間載荷分布系數(shù)=11輪間載荷分配不均勻系數(shù)1.3太陽輪齒形系數(shù)查圖3.3-4 X=0、2.84行星輪齒形系數(shù)查圖3.3-4 X=0、2.54太陽輪應(yīng)力修正系數(shù)查圖3.6.2-11.57行星輪應(yīng)力修正系數(shù)查圖3.6.2-11.72重合度系數(shù) =1.5957 0.72螺旋角系數(shù)直齒、1工作齒寬指齒輪副中較小齒輪18圖3.6.2-1 外嚙合應(yīng)力修正系數(shù)的選擇太陽輪：齒根彎曲應(yīng)力基本值 =118.95 齒根應(yīng)力 =205.77行星輪：齒根彎曲應(yīng)力基本值 =116.55 齒根應(yīng)力 =201.62（2） 外嚙合齒根許用應(yīng)力 許用齒根應(yīng)力可按下式計(jì)算 表3.6.2-2 外嚙合

34、齒根許用應(yīng)力有關(guān)參數(shù)代號(hào)名稱說明取值太陽輪齒根彎曲疲勞極限由表2.2-1可知 接觸疲勞強(qiáng)度為375375行星輪齒根彎曲疲勞極限由表2.2-1可知 接觸疲勞強(qiáng)度為267.5267.5實(shí)驗(yàn)齒輪應(yīng)力修正系數(shù)=2.02壽命系數(shù)查圖3.6.1-4 >1太陽輪齒根圓角敏感系數(shù)查圖3.6.2-2 0.96行星輪齒根圓角敏感系數(shù)查圖3.6.2-2 0.97齒根表面狀況系數(shù)、查圖3.6.2-3 1.045尺寸系數(shù)查表3.6.2-3 1彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)按較高可靠度，查表3.6.1-41.6 圖3.6.2-2 齒根圓角敏感系數(shù) 圖3.6.2-3 相對齒根表面狀況系數(shù) 表3.6.2-3 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸

35、系數(shù)的選擇材料備注結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵（珠光體、貝氏體）、珠光體可鍛鑄鐵1.03-0.006當(dāng)<5時(shí)，取=5mm當(dāng)>30時(shí)，取=30mm滲碳淬火鋼和全齒廓感應(yīng)或火焰淬火鋼、滲氮鋼或滲碳共滲鋼1.05-0.01當(dāng)<5時(shí)，取=5mm當(dāng)>25時(shí)，取=25mm灰鑄鐵、球墨鑄鐵（鐵素體）1.075-0.015當(dāng)<5時(shí)，取=5mm當(dāng)>25時(shí)，取=25mm太陽輪：齒根許用應(yīng)力 =470.25故<，太陽輪的齒根彎曲極限符合使用要求；行星輪：齒根許用應(yīng)力 =338.94故<，行星輪的齒根彎曲極限符合使用要求；（3）內(nèi)嚙合齒根應(yīng)力及齒根許用應(yīng)力 內(nèi)嚙合齒根應(yīng)力及

36、齒根許用應(yīng)力計(jì)算公式相同，只是符號(hào)不同，其中大多數(shù)取值也與外嚙合相同，不同的參數(shù)取值如下：、 故<,內(nèi)嚙合的齒根彎曲極限符合使用要求；第四章 行星齒輪減速器低速級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 選擇齒輪材料，確定熱處理方法減速器是閉式傳動(dòng)，可以采用齒面硬度不大于350HBS的軟齒面鋼制齒輪。該齒輪傳動(dòng)無特殊要求，故可采用普通齒輪材料，根據(jù)查表4.1-1，并考慮小齒輪的齒面硬度大于大齒輪的齒面硬度30-50HBS的要求，選擇小齒輪的材料為40Cr，調(diào)制處理，齒面硬度為240-285HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度為217-255HBS，選用7級精度。表4.1-1 常用齒輪材料材料牌號(hào)熱處理機(jī)械性

37、能/硬度應(yīng)用范圍強(qiáng)度極限屈服極限許用接觸應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力45正火580290468-513280-310169-217HBS低速輕載調(diào)質(zhì)650360513-545301-315217-255HBS低速中載表面淬火750450972-1053427-50448-55HRC低速中載、重載40Cr調(diào)質(zhì)700550612-657399-427240-285HBS中速中載表面淬火9006501035-1098483-51848-55HRC高速中載35SiMn調(diào)質(zhì)750450585-648388-420217-269HBS高速中載20Cr滲碳淬火650400135064556-62HRC高速中載，沖擊20

38、CrMnTi滲碳淬火1100850135064556-62HRC-40MnB調(diào)質(zhì)735490-241-286HBS高速中載ZG310-570正火580320270-301171-189160-200HBS中速中載HT300-300-290-34780-105187-255HBS低速輕載QT600-3正火600-436-535262-315190-270HBS低、中速輕載4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算小齒輪直徑閉式齒輪傳動(dòng)中的主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，這是由于接觸應(yīng)力過大引起的。計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度是為了防止發(fā)生齒面疲勞點(diǎn)蝕失效，由于點(diǎn)蝕絕大多數(shù)發(fā)生在靠近接線處的齒根面上，所以設(shè)計(jì)時(shí)通常以節(jié)點(diǎn)

39、處的接觸應(yīng)力為依據(jù)，限制節(jié)點(diǎn)處接觸應(yīng)力，即HH。根據(jù)彈性力學(xué)接觸應(yīng)力計(jì)算公式，經(jīng)整理后，得到一對鋼制標(biāo)準(zhǔn)直齒輪圓柱齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核的簡化計(jì)算公式為首先確定上式中各參數(shù)：查表4.2-1，取=1.3查表4.2-2，取，u=i=3.2低速級齒輪的輸入功率為行星輪輸入功率與行星輪傳動(dòng)效率的乘積即=2.4651X0.987=2.433kW低速級齒輪的輸入轉(zhuǎn)速為電機(jī)轉(zhuǎn)速與行星輪傳動(dòng)比的比值即=960/5=192 = =1.21查表4.2-3，取材料的彈性影響系數(shù)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： =60×192×1×(15

40、×300×2×12) =1.244 =1.244/3.2 =3.89 根據(jù)、，選取接觸疲勞壽命系數(shù)。選取失效概率為0.01；接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH= 1.03。計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力： =1.03×650/1.03 =650 =1.11×585/1.03 =630計(jì)算小齒輪分度圓直徑：=61.6218mm表4.2-1 載荷系數(shù)K工作機(jī)械載荷性質(zhì)原動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)單杠內(nèi)燃機(jī)均勻加料的運(yùn)輸機(jī)和加料機(jī)、輕型卷揚(yáng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、機(jī)床輔助傳動(dòng)均勻、輕微沖擊1-1.21.2-1.61.6-1.8不均勻加料的運(yùn)輸機(jī)和加料機(jī)、重型卷揚(yáng)機(jī)、球磨機(jī)、機(jī)床主運(yùn)動(dòng)中等沖擊

41、1.2-1.61.6-1.81.9-2.1沖床、鉆床、軋床、破碎機(jī)、挖掘機(jī)大沖擊1.6-1.81.8-2.02.2-2.4注：1.直齒、圓周速度高、精度低、齒寬系數(shù)大時(shí)取大值。2.斜齒、圓周速度低、精度高、齒寬系數(shù)小時(shí)取小值。3.齒輪在兩軸承間對稱布置時(shí)取小值，不對稱布置時(shí)取大值，懸臂布置時(shí)取 大值。表4.2-2 齒寬系數(shù)齒輪相對于軸承位置齒面硬度350HBS>350HBS對稱布置0.8-1.40.4-0.9非對稱布置0.6-1.20.3-0.6懸臂布置0.3-0.40.2-0.25表4.2-3 材料的彈性系數(shù)小齒輪材料大齒輪材料鋼鑄鋼球墨鑄鐵灰鑄鐵鋼189.9188.9181.4162

42、.0鑄鋼-188.0180.5161.4球墨鑄鐵-173.5156.6灰鑄鐵-143.7注：通常，應(yīng)使大小齒輪硬度趨于相等，故表中只取小齒輪材料優(yōu)于大齒輪材料。4.3 齒輪的主要參數(shù)和計(jì)算幾何尺寸（1） 確定齒輪齒數(shù) 選小齒輪齒數(shù)為，則大齒輪齒數(shù)為： （2） 計(jì)算齒輪模數(shù) =61.6218/20 =3.081mm(3) 計(jì)算載荷系數(shù)K 根據(jù)V=0,507m/s，7級精度，可查得動(dòng)載荷系數(shù)=1.02 查的使用系數(shù)=1.25 查的齒間載荷分配系數(shù)=1 由7級精度，小齒輪相對支承對稱分布，查的齒向載荷分布系數(shù)=1.419 故載荷系數(shù)K為 =1.25×1.02×1×1.419 =1.81 按實(shí)際的載荷系數(shù)校驗(yàn)所算的小齒輪分度圓直徑 =54.8mm（4） 確定齒輪模數(shù)m =54.8/20 =2.74mm 對比結(jié)果，由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，根據(jù)表4.3-1，及齒輪齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒數(shù)直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所得的模數(shù)2.74就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5,可得m為2.5mm（5） 確定大、小齒輪的齒數(shù)按照接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑=54.8mm算出小齒輪齒數(shù) =54