漸開線少齒差行星減速器的設計與制造說明書

1、 學校代碼：0842 學 號：0706011042Hefei University本科課程設計（論文）BACHELOR DISSERTATION論文題目：漸開線行星齒輪減速器的設計與制造 學科專業(yè)：07機械設計制造及其自動化(1)班 作者姓名： 劉 豪 亮 導師姓名： 徐強 副 教 授 完成時間： 2010年6月27日 漸開線少齒差行星減速器的設計與制造（浮動盤式輸出機構）摘要在條件為輸入轉速為1440轉/分鐘、輸入功率為7.5KW、傳動比為51等這些技術參數(shù)的基礎上設計一漸開線少齒差(浮動盤式輸出機構)行星齒輪減速器。漸開線行星齒輪減速器傳動與普通定軸減速器傳動相比具有承載能力大、體積小、效

2、率高、重量輕、傳動比大、噪聲小、可靠性高、壽命長、運動平穩(wěn)、便于維修等優(yōu)點，同時還可以提高其承載能力。 本次畢業(yè)設計最主要的設計過程就是少齒差(浮動盤式輸出機構)設計參數(shù)的選取與計算，特別是變位系數(shù)的選取，需通過查閱相關資料，這樣很大程度上節(jié)省了因選取的變位系數(shù)不當而需重新計算所需要的時間。還可以多次給定初值選取最佳的變位系數(shù)，從而有利于少齒差行星齒輪減速器的結構設計。同時還需對軸類零件、端蓋、箱體等主要零件進行校核計算。裝配時，需要對軸承、密封圈、擋圈、鍵進行選用。 關鍵詞：減速器 行星齒輪 浮動盤式輸出機構Involute few tooth difference planet gear

3、reduction gear design(one tooth difference output element)AbstractThe planet gear reduction gear with few-tooth difference transmission and the ordinary dead axle reduction gear transmission compares has the bearing capacity in a big way, the volume small, the efficiency high, the weight light, the

4、velocity ratio big, the noise small, the reliability high, the life long, is advantageous for merits and so on service, meanwhile may sharpen its bearing capacity.This design process most main is the few tooth difference and the zero tooth difference design variable selection and the calculation, sp

5、ecially dislodges the coefficient the selection, must through the Matlab software programming computation, save like this to a great extent because of the dislodgement coefficient which selected not when had the recomputation to need time. It also may many times assign the starting value selection b

6、est dislodgement coefficient, thus is advantageous to the few tooth difference and the zero tooth difference structural design. When simultaneously also needs the counter shaft class components, the end cover, the body structural design, the assembly, needs to the bearing, the seal packing collar, t

7、he elastic ring, the key to carry on selects.Key word: The reduction gear planet gear optimizes the design目錄第一章 概述31.1 發(fā)展概況31.2 發(fā)展方向41.3 傳動特點41.4 設計目的4第二章 齒差傳動52.1 少齒差傳動原理52.2 少齒差傳動的結構類型62.2.1按輸出機構型式分62.2.2按減速器的級數(shù)分72.2.3按安裝型式分72.3 2K-H型傳動裝置72.4 傳動比計算82.5 少齒差傳動的特點和應用82.6 少齒差傳動的設計順序92.7 少齒差傳動的各個限制條件92

8、.7.1 齒廓不重迭干涉92.7.2 嚙合角92.7.3 重合度102.7.4 變位系數(shù)102.8 少齒差內齒輪副的幾何計算11第三章 零齒差傳動143.1 零齒差傳動原理143.2 零齒差傳動的主要參數(shù)153.2.1 變位系數(shù)與中心距163.2.2嚙合齒面的誘導法曲率163.2.3 重迭系數(shù)173.2.4 齒面滑動系數(shù)173.2.5 嚙合效率193.3 主要幾何限制條件193.3.2 齒頂具有一定的厚度193.3.3 驗算徑向間隙203.3.4 差齒刀齒數(shù)要適當203.4 零齒差內齒輪副的設計步驟203.5零齒差內齒輪副的幾何計算21第四章 其他元件的選擇254.1 鍵的選擇254.2 齒輪

9、的材料及其選擇原則264.2.1 選用的齒輪材料：鋼264.2.2 選擇原則264.3 滾動軸承的選擇264.4 軸的設計284.5 密封件33參考文獻33致 謝34第一章 概述機械設計制造及其自動化專業(yè)是為了培養(yǎng)從事機械設計、制造行業(yè)的人才而開設的專業(yè)。而機械計制造及其自動化專業(yè)的畢業(yè)設計不僅培養(yǎng)設計者對機械的認識、運用能力,而且也增進了對機械工業(yè)發(fā)展的了解和認知。1.1 發(fā)展概況我國早在南北朝時代，祖沖之發(fā)明了有行星齒輪的差動式指南車。因此我國行星齒輪傳動的應用是非常早的。1880年德國第一個行星齒輪傳動裝置的專利出現(xiàn)了。19世紀以來，隨著機械工業(yè)特別是汽車和飛機工業(yè)的發(fā)展，對行星齒輪傳動

10、的發(fā)展有很大影響。1920年首次成批制造出行星齒輪傳動裝置，并首先用作汽車的差速器。二次大戰(zhàn)后，高速大功率船艦、航空發(fā)動機及工程機械的發(fā)展，促進行星齒輪傳動的發(fā)展。高速大功率行星齒輪傳動廣泛的實習應用，于1951年首先在德國獲得成功。1958年后，英、意、日、美、蘇、瑞士等國亦獲得成功，均有系列產品，并已成批生產，普遍應用。行星齒輪傳動技術是齒輪傳動技術的一個重要分支。采用行星齒輪傳動技術開發(fā)的各類行星齒輪減速器及行星齒輪增速器，較之于一般的定軸式齒輪箱，在傳遞同樣功率或轉矩時，具有更小的體積、更輕的質量及更高的效率，因而也更容易進行傳動系統(tǒng)的布置，便于降低造價、運輸和檢修成本，因此在水泥、冶

11、金、煤礦、礦山及石化等許多行業(yè)普遍得以應用。1.2 發(fā)展方向世界各先進工業(yè)國，經(jīng)由工業(yè)化、信息化時代，正在進入知識化時代，行星齒輪傳動在設計上日益完善，制造技術不斷進步，使行星齒輪傳動已達到了較高水平。我國與世界先進水平雖存在明顯差距，但隨著改革開放帶來設備引進、技術引進，在消化吸收國外先進技術方面取得長足的進步。目前行星齒輪傳動正向以下幾個方向發(fā)展：1） 向高速大功率及低速大轉距的方向發(fā)展。2） 向無級變速行星齒輪傳動發(fā)展。3） 向復合式行星齒輪傳動發(fā)展。4） 向少齒差行星齒輪傳動方向發(fā)展。5） 制造技術的發(fā)展方向。 1.3 傳動特點1） 結構緊湊、體積小 、重量輕 由于其采用內嚙合傳動以及

12、緊湊的W機構，使得整個傳動裝置體積小、重量輕。當傳動比相同時，與同功率的定軸圓柱齒輪減速器相比，體積與重量均可減少1/31/2。2） 傳動功率大、承載能力高2）傳動比范圍大 對于單級的K-H-V型式的減速器，其傳動比為10100，若兩級串聯(lián)起傳動比可達10010000。對于2K-H的雙內嚙合正號機構的減速器裝置，其傳動比可達501000或者更大。3）傳動效率高 國內生產的單級漸開線少齒差行星齒輪減速器的機械效率一般為0.80.9；設計合理，制造精度較高的可達0.94。4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強 5) 加工方便、成本較低 這種采用漸開線齒形的減速裝置，由于齒輪副的加工不需要，特殊的刀具

13、與專用設備，用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機床就可以進行加工制造，材料也可以采用通用的齒輪材料。在具有上述特點和優(yōu)越性的同時，行星齒輪傳動也存在一些缺點，例如結構形式比定軸齒輪傳動要復雜一些；對制造質量要求較高；由于體積小、散熱面小導致油溫升高，所以要求具有嚴格的潤滑與冷卻裝置等。1.4 設計目的： 1、 培養(yǎng)機械設計能力； 2、 擴展知識結構； 3、 幫助培養(yǎng)綜合運用能力； 4、 是課堂教學的有益補充本課題從少齒差行星齒輪著手，首先選擇計算了 與設計少齒差行星齒輪有關的主要參數(shù)，經(jīng)過驗算后符合條件，在根據(jù)中心距進行一齒差的設計計算，同時也要驗證選用的參數(shù)的合理性。整體機構設計完后，裝配時，需要

14、對鍵、軸承、密封圈、軸等進行選用和對主要零部件進行校核，裝配后減速器能正常地進行工作。第二章 少齒差行星齒輪傳動2.1 少齒差行星齒輪傳動的原理漸開線內嚙合圓柱齒輪副，當內齒輪和外齒輪的齒數(shù)差很少時，按N型或NN型組成的行星齒輪機構，稱為少齒差行星齒輪傳動，簡稱少齒差傳動，如圖1所示(N型)。行星齒輪為外齒輪，中心齒輪為內齒輪，他們之間的齒數(shù)差通常為1-4個。這種少齒差行星齒輪傳動用于減速時，是以系桿H為主動件，構件V為從動件。當系桿H輸入運動時，行星輪與內齒中心輪嚙合。由于內齒中心輪是固定的，行星輪被迫繞自身軸心線自傳，同時又隨構件H繞主軸線公轉；又因為行星輪與構件不同心，其合成運動是平面運

15、動。因此，就需要借助于一個輸出機構才能將運動傳遞給，這個輸出機構稱為機構。由于這種行星輪系，是由一個中心內齒輪K，一個系桿H和構件V所構成的，故簡稱K-H-V型行星機構。假如內齒輪與機殼固定不動，當電動機帶動系桿H轉動時，系桿將迫使裝于偏心軸上的行星齒輪繞內齒輪中心作公轉運動。同時，行星齒輪繞偏心軸中心作反向低速自傳運動。利用偏心輸出機構將行星輪的自傳運動傳遞給輸出軸，就可以達到減速的目的。在設計少齒差行星齒輪減速器時，如果內齒輪齒數(shù) 不變，行星齒輪齒數(shù)越大，兩者之間的齒數(shù)差越小，則傳動比越大。但是，當內齒輪副的齒數(shù)差小到一定程度時，將會發(fā)生不在嚙合位置的齒廓相互重迭現(xiàn)象。為了使內齒輪副在少齒

16、差時仍然能夠正確嚙合順利運轉，可以從兩條途徑消除齒廓重迭干涉：一是降低齒頂高選用短齒，從齒高方向消除齒廓重迭，一是選擇適當?shù)妮^大的正變位系數(shù)，減少外齒輪的齒頂厚度，增大內齒輪的齒槽寬度，從齒厚方向消除齒廓重迭。在加工變位齒輪時齒輪滾刀的位置要在徑向移動一些距離，用模數(shù)的倍數(shù)xm來表示，x稱為變位系數(shù)。變位系數(shù)取代數(shù)值，當齒條刀具相對于加工標準齒輪的位置遠離齒輪坯中心時，稱為正變位，反之，稱為負變位。變位齒輪與標準齒輪相比，它的齒厚，齒高和公法線長度等都有變化。變位內齒輪副與標準內齒輪副相比，它的中心距和嚙合角也都有變化。2.2 少齒差傳動的結構型式漸開線少齒差行星齒輪減速裝置的結構型式較多，可

17、以分為兩大類。一類為K-H-V型漸開線少齒差行星減速裝置，只有一對內嚙合齒輪副，又稱型減速裝置；另一類為2K-H 型雙內嚙合正號機構漸開線少齒差行星減速裝置，又稱NN型減速裝置。2.2.1 K-H-V型減速裝置 K-H-V型減速裝置通?？砂摧敵鰴C構的型式、減速器的級數(shù)以及使用安裝型式進行分類。2.2.1.1按輸出機構型式分：（1） 內齒圈固定，低速軸輸出 常見的有下列幾種型式：1） 銷軸式 這種減速器使用時間較長，應用廣泛，效率較高，但銷孔加工精度要求較高。它有三種結構型式：銷軸懸臂式、在銷軸懸臂端加均載環(huán)式、銷軸是簡支梁式。2） 十字滑塊式 這種結構型式簡單，加工方便，但承載能力與效率均較銷

18、軸式輸出低，常用于小功率場合。3） 浮動盤式 這種結構型式新穎，加工較方便，使用效果較好。4） 零齒差式輸出 其特點是通過一對零齒差齒輪副將行星輪的低速反向轉動傳遞給輸出軸，零齒差系指齒輪副的內外齒輪齒數(shù)相同，像齒輪聯(lián)軸器那樣，但內、外齒輪的齒間間隙較大，但是其結構型式較簡單，制造也不困難，較適用于中心距較小的一齒差傳動。（2） 輸出軸固定，內齒圈輸出1） 內齒圈與機殼一起輸出，W機構的銷軸固定不動，行星輪只作平動，不作轉動，迫使內齒圈與卷筒一起輸出，這是常見的卷揚機的結構型式。2） 雙曲柄式，雙曲柄機構不是W輸出機構，它不僅替代了行星架H，并使W機構省掉，可獲得較大的傳動比，運轉平穩(wěn)性有所提

19、高，但軸向尺寸加大。（3） 波紋管W機構 波紋管較薄，行星外齒輪的平動由波紋管補償。但是其扭轉剛度較好，不能補償行星外齒輪的低速轉動，只能傳遞給內齒輪輸出。由于波紋管的變形能損失代替了摩擦損失，可以獲得較高的傳動效率。2.2.1.2按減速器的級數(shù)分（1） 單級減速器 傳動比從10100，這種型式用的最為廣泛。（2） 雙級減速器 傳動比可以從幾十到一萬多。2.2.1.3按安裝型式分（1） 臥室安裝（2） 立式安裝2.2.2 2K-H型傳動裝置2K-H型傳動裝置由兩對漸開線少齒差內嚙合齒輪副組成，共同完成減速與輸出任務。無需其他型式輸出機構，由齒輪軸或內齒輪直接輸出。由于這種減速器具有兩個中心輪，

20、因此它不屬于K-H-V傳動。其基本構件為兩個中心輪K和行星架H組成，故稱2K-H形少齒差行星傳動。若以嚙合方式命名，由兩對內嚙合齒輪副組成的傳動裝置，亦稱為雙內嚙合NN型少齒差行星傳動。按其輸出機構不同，可分為兩類。1 外齒輪輸出 2 內齒輪輸出 根據(jù)齒數(shù)選取的不同，可設計成輸出軸與輸入軸轉向相同或相反，并可得到大的傳動比。此外，還可設計成三內嚙合行星傳動裝置，其傳動比范圍更大。2.3 傳動比計算設內齒輪的轉速為,行星齒輪的自轉轉速為 ，系桿的轉速為 。若將少齒差行星齒輪傳動的各件都加一個轉速 ，便得到假想的轉化機構。這樣，根據(jù)相對運動原理，系桿的絕對運動的轉速為 =0 ，即系桿成為靜止不動，

21、而行星齒輪傳動便轉化為定軸傳動。這時行星齒輪相對內齒輪的傳動比是兩個齒輪齒數(shù)的反比2.4 少齒差傳動的特點和應用漸開線少齒差行星齒輪傳動，因為內齒輪和外齒輪的齒數(shù)相差甚少，所以需要對它們的漸開線齒形變位。為了保證它們之間的嚙合不發(fā)生齒廓重迭現(xiàn)象，并有一對以上的輪齒嚙合，內、外齒輪都要選取適當?shù)恼兾幌禂?shù)。目前，絕大部分齒輪傳動，都采用漸開線齒形，也有成套的標準齒輪機床和刀具。設計成對的變位齒輪 ，仍然可用標準齒輪刀具加工。變位齒輪的齒厚、齒頂高和齒根高都發(fā)生了變化?？梢詰米兾环椒?，保持標準漸開線齒輪傳動的優(yōu)點，并彌補標準漸開線齒輪傳動的不足之處。采用變位齒輪傳動是改進漸開線齒輪傳動工作性能的

22、一個有效方法，因而可以說，變位齒輪傳動是漸開線齒輪傳動的發(fā)展。少齒差傳動可以用很少數(shù)目的構件，獲得很大的傳動比，而且結構緊湊，漸開線齒廓加工比較方便，裝配也好比較容易。少齒差減速器，傳動范圍大，單級傳動比為8-180，傳動效率也比較高，單級傳動效率為0.8-0.94。由于少齒差傳動的一些優(yōu)點，它可以用來替代一般的蝸桿減速器或多級圓柱齒輪減速器。但是，為了防止因兩齒輪齒數(shù)差過少而引起的齒廓重迭干涉，需要采用較大的嚙合角，因而增大了齒輪的徑向力。此外，還需要一個偏心輸出機構，致使它的傳遞功率和傳動效率都受到了一些限制。所以，一般來說，少齒差傳動適用于具有傳動比大而間斷工作的中小型動力傳動。少齒差傳

23、動是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型傳動，目前正在許多工業(yè)部門推廣和運用。2.5 少齒差傳動的設計順序漸開線少齒差行星齒輪傳動是少齒差傳動的內齒輪副，并具有偏心的輸出機構。少齒差傳動，其傳動比大，零件少，結構緊湊，加工方便，它的設計計算要比標準內齒輪副的計算較為繁瑣。少齒差傳動的設計順序與普通內齒輪副傳動是相近的。根據(jù)使用條件和載荷狀況確定傳動比i；選擇合理的結構型式，根據(jù)結構和強度的要求，選用合適的材料，選定標準模數(shù)m，算出主要的結構參數(shù)。如果有與已知條件相一致的內齒輪副界線圖，可以直接查得行星齒輪和內齒輪的變位系數(shù)，或者利用試湊法，在滿足齒廓不重迭干涉和重合度大于1的情況下，確定它們的正變位系

24、數(shù)。選用標準的齒輪刀具，根據(jù)結構參數(shù)和變位系數(shù)，進行內齒輪副的幾何計算和測量尺寸計算。在結構設計的同時，對主要的受力零件還要進行強度校核計算。最后，繪出減速器裝配圖和主要零件的零件圖和加工工序卡，這是設計的技術文件。 2.6 少齒差傳動的各個限制條件2.6.1 齒廓不重迭干涉在齒數(shù)差 很少的內嚙合傳動中，將會發(fā)生齒廓重迭干涉。為了使少齒差內嚙合傳動能夠實現(xiàn)，就必須設法避免齒廓重迭干涉。2.6.2 嚙合角 根據(jù)計算結果可知，當齒數(shù)差 10 時，內齒輪副將不會發(fā)生齒廓重迭干涉。當齒數(shù)差很少時，而又要避免發(fā)生齒廓重迭干涉，則必須增大它們的正變位系數(shù)。少齒差傳動的嚙合角 也將隨著齒數(shù)差的減小而增大。在

25、不同齒數(shù)差的情況下，避免發(fā)生齒廓重迭干涉所需要的漸開線齒輪副嚙合角 值得大致范圍如列表所示：齒數(shù)差 嚙合角1 49°-53.5°235.5°-39°3 28.5°-30.5°424°-25.5°2.6.3 重合度漸開線齒形能夠使瞬時傳動比保持穩(wěn)定，同時還需要有一對以上的輪齒嚙合，才能保證齒輪連續(xù)傳動。當一對嚙合齒剛要脫開時，另一對齒就應該立即進入或已經(jīng)進入嚙合，這樣才能保證平穩(wěn)無沖擊的連續(xù)運轉。外齒輪與內齒輪的兩基圓公切線是內齒輪副的嚙合線。實際嚙合段是嚙合點所走的軌跡，此軌跡只能在嚙合線上。外齒輪的齒頂圓與的交點

26、為，內齒輪的齒頂圓與的交點為，是實際嚙合段長度。2.7 少齒差內齒輪副的設計計算a. 類型選擇及齒輪齒數(shù)的確定(1) 選用K-H-V(N)型漸開線少齒差行星齒輪減速器，一齒差，zD=1，zc=51，zb=52，。(2) 用一個行星輪，即轉臂是單偏心。(3) 輸出機構用浮動盤式輸出機構。b.主要零件的材質和齒輪精度 (1)行星輪：40Cr淬火后磨齒，HRC4752，精度7GK(GB10095-88)。 (2)內齒輪：45鋼調質，235250HB，精度8GK(GB10095-88)。 (3)柱銷：GCr15淬火，HRC5864。 (4)浮動盤：GCr15淬火，HRC5864。 (5)高速軸：40C

27、r調質，260300HB。 (6)低速軸：40Cr調質，260300HB。c.嚙合角及變位系數(shù)的確定 (1)按要求達到=1.050，Gs=0.050。 (2)確定、1) 按表初步選取´=49°，=0.6，=20°則標準中心距 =1.5安裝中心距= cos/cos´=2.152) 嚙合角為*=arccos*cos/=49.035°3) 確定重合度的預期值=1.050，的預期值=0.050。變位系數(shù)的初始值=0。 則內齒輪的變位系數(shù)為 =(-)*(inv*inv)/(2tan) =(5251)×(inv49.035°inv20&

28、#176;)/(2×tan20°)0 =-0.38614) 分度圓直徑為 =m=3×51=153mm =m=3×52=156mm5)齒頂圓直徑為 =dc2m() =1532×3×(0.60)mm =156.6mm =db2m() =1562×3×(0.60.3861) =154.726) 齒頂圓壓力角為 = =23.35° = = 18.65°7) 驗算重合度 = =0.893重合度小于預期值的要求，必須按的要求用迭代法重新確定變位系數(shù) = =-0.2046 =0(0.8931.050)/(0.

29、2046) 0.7265 = =-0.37638) 重新確定幾何參數(shù) =2m()=1532×3×(0.60.7625)=152.025 =2m()=1562×3×(0.60.3736)=150.14 = =9) 重新驗算重合度 = =1.14>1.050 已滿足預期值的要求10) 驗算齒廓重疊干涉 = = = =0.02947<=0.050 不滿足預期值的要求 ,所以還需要進行下一次的迭代運算 經(jīng)過對上述過程的重新迭代計算最終得出： =2m()=1532×3×(0.60.7185)=152.289 =2m()=1562×3