二級行星齒輪減速器設(shè)計及三維造型說明書

1、畢業(yè)設(shè)計說明書 課題名稱 二級行星齒輪減速器設(shè)計及三維造型摘 要本文完成了對一個二級行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。與國內(nèi)外已有的減速器相比，此減速器具有更大的傳動比，而且，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸小和重量輕等優(yōu)點。論文首先簡要介紹了課題的背景以及齒輪減速器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，然后比較了各種傳動結(jié)構(gòu)，從而確定了傳動的基本類型。論文主體部分是對傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，通過分配傳動比確定齒輪減速器的大致結(jié)構(gòu)之后，對其進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算和校核。論文最后對設(shè)計過程進(jìn)行了總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上指出了一些改進(jìn)的建議。關(guān)鍵詞：行星齒輪；變位；傳動機(jī)構(gòu) AbstractThis paper proposes a d

2、esign configuration of the two-stage planetary gear reducer settling for some known parameters.Compared with other gear reducers in the word,it have a larger gear ratio. Furthermore,there are other more advantages,such as, compact configuration,small figure,light avoirdupois and so on.The content is

3、 as followa.Firstly, the paper introduces the context of the task and the extent on research of gear reducers,as well as its development trends.Secondly,the drivered type is decided by comparing all kinds of gear configuration.The significant part is about the calculation of the configuration design

4、.After distributing gear ratios, the rough configuration will be get.Then, the holistic configuration can be designed and back-checked.Lastly,the paper is summarized,and the needed improvements are indicated.Key words： planetary gear；modifying profile；driving machanism目 錄摘要Abstract主要代號第1章概述- 8 -1.1.

5、課題的提出和論文的主要內(nèi)容- 8 -1.2.齒輪減速器的研究現(xiàn)狀- 8 - 1.3.齒輪減速器的發(fā)展趨勢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -8 -第2章傳動方案的確定- 10 -2.1.齒輪傳動比較和選擇- 10 -2.1.1.齒輪傳動兩種大的類型- 10 -2.1.2.定軸輪系和行星輪系的比較- 10 -2.2.選擇行星機(jī)構(gòu)的類型- 12 -2.2.1.行星機(jī)構(gòu)的類型及特點- 12 -. ZXV型漸開線行星機(jī)構(gòu)- 12 -. 2ZX型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)- 13 -

6、. 3Z型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)- 14 -2.2.2.漸開線行星齒輪傳動的發(fā)展趨勢- 15 -第3章設(shè)計計算- 16 -3.1.設(shè)計任務(wù)- 16 -3.2.前言- 16 -3.3 傳動比分配傳動系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)計算- 17 -3.4.傳動零件的設(shè)計- 19 -3.5.軸設(shè)計計算與校核- 46 -3.6.軸承的選擇與計算- 56 -3.7.鍵連接的選擇與計算- 59 -3.8.箱體的設(shè)計- 62 -3.9. 潤滑和密封的選擇- 62 -3.10傳動裝置的附件及說明- 63 - 3.11齒輪的加工工藝 66- 3.12 軸的加工工藝67-第4章設(shè)計小結(jié)- 65 -參考文獻(xiàn)- 69 -主要代號代號

7、意 義單 位代號意 義單 位abCdeFfHHBHRCixXY中心距、標(biāo)準(zhǔn)中心距角度變位齒輪的中心距切齒中心距齒寬頂隙頂隙系數(shù)直徑、分獨圓直徑插刀齒的分度圓直徑齒頂圓直徑基圓直徑齒根圓直徑節(jié)圓直徑齒槽寬作用力法向力徑向力切向力齒向公差摩擦系數(shù)基節(jié)極限偏差齒距極限偏差高度布氏硬度洛氏硬度齒頂高齒頂高系數(shù)齒根高傳動比變位系數(shù)轉(zhuǎn)臂變位系數(shù)和系數(shù)齒形系數(shù)彎曲強(qiáng)度計算時的壽命mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmNNNNmmmmmminvKLMmNnPrTYyz角的漸開線函數(shù)系數(shù)、載荷系數(shù)使用系數(shù)行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)齒間載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)動載系數(shù)長度彎矩模數(shù)指數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)轉(zhuǎn)速

8、行星輪數(shù)目功率半徑、分度圓半徑節(jié)圓半徑齒頂圓半徑基圓半徑齒根圓半徑轉(zhuǎn)矩重合度效率計算齒根彎曲應(yīng)力許用齒根彎曲應(yīng)力系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)彎曲強(qiáng)度計算時的尺寸系數(shù)彎曲強(qiáng)度計算時的螺旋角系數(shù)彎曲強(qiáng)度計算時的重合度系數(shù)中心距變動系數(shù)齒數(shù)壓力角、齒形角齒頂壓力角mmmmr/minkWmmmmmmmmmmradrad主要角下標(biāo)a 齒頂?shù)?，中心輪、太陽?n 法向的b 基圓的，中心輪、內(nèi)齒輪 p 許用的c 行星輪 r 徑向的e 中心輪、內(nèi)齒輪 t 切向的、端面的F 齒根彎曲的 x 軸向的，轉(zhuǎn)臂的f 齒根的 代數(shù)和1 小齒輪的 I 第1級的，I類2 大齒輪的 II 第2級的，II類第1章 概述1.1. 設(shè)計內(nèi)容旋轉(zhuǎn)

9、噴射器中減速箱是工業(yè)油罐罐底油泥旋轉(zhuǎn)噴射混合系統(tǒng)中重要的一部分。高速旋轉(zhuǎn)的渦輪帶動噴嘴低速的轉(zhuǎn)動，中間需要一個傳動比很大的減速器連接。本說明書的內(nèi)容就是結(jié)合渦輪的輸入轉(zhuǎn)速、噴嘴所需的轉(zhuǎn)速以及輸出轉(zhuǎn)矩等已知條件設(shè)計一個滿足要求的齒輪減速器。減速器設(shè)計的主要參數(shù)包括：1初轉(zhuǎn)速120 ；2目標(biāo)轉(zhuǎn)速0.5 ；3 輸出轉(zhuǎn)矩2000 。本論文主要完成以下工作：1選擇確定傳動方案。傳動方案的確定包括傳動比的確定和傳動類型的確定。此次設(shè)計的減速器傳動比達(dá)到14400，是目前國際上設(shè)計出的減速器中傳動比最大的，沒有參考的先例，所以，只有通過不斷的比較和分析去合理的選擇一種傳動方案，盡量降低減速器的體積和重量。2

10、設(shè)計計算。每級傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，都大致包括：傳動比的分配、傳動系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)計算、傳動零件的設(shè)計、軸的設(shè)計計算與校核、軸承的選擇與計算、鍵連接的選擇與計算、箱體的設(shè)計、潤滑與密封的選擇和傳動裝置的附件說明等。1.2. 齒輪減速器的研究現(xiàn)狀齒輪傳動具有功率輸出恒定、承載能力大、傳動效率高、使用壽命長、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備和儀器儀表中，是機(jī)械傳動的基礎(chǔ)零件，其質(zhì)量、性能、壽命直接影響整機(jī)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。而齒輪制造技術(shù)水平是獲得優(yōu)質(zhì)齒輪的關(guān)鍵。因為齒輪形狀復(fù)雜、技術(shù)問題多，制造難度大，齒輪加工水平在某一程度上反映了一個國家機(jī)械工業(yè)制造的水平。因此，齒輪加工的研究是各

11、國加工制造業(yè)研究的一個熱點。 齒輪產(chǎn)品種類較多，按大類來分，主要有圓柱齒輪、錐齒輪、蝸輪蝸桿齒輪與行星傳動齒輪等四大類。其中，圓柱齒輪在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，各種通用與專用的齒輪減速器以及機(jī)床、車輛、農(nóng)機(jī)等大量采用，約占齒輪產(chǎn)品總量的90左右。因此，齒輪制造技術(shù)的研究主要集中在圓柱齒輪的成形及其熱處理方面。 近年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，特別是轎車生產(chǎn)對變速器齒輪的精度及力學(xué)性能的要求愈來愈高，齒輪正朝著高精度、低噪聲、高承載、高速度、輕量化及長壽命的方向發(fā)展。其中，采用硬齒面齒輪是提高齒輪強(qiáng)度及承載能力的有效途徑。 目前，硬齒面圓柱齒輪普遍采用“機(jī)械加工滲碳熱處理精加工”的傳統(tǒng)工藝，材料利用

12、率不高，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品成本高，尤其是金屬流線被切斷，而且成形后滲碳處理使?jié)B碳層晶粒粗大、滲碳層厚度分布不合理，造成齒輪強(qiáng)度與疲勞壽命的降低。這種不利局面使得工程技術(shù)人員尋求新的制造工藝。最優(yōu)化方法在機(jī)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計中應(yīng)用廣泛，效果顯著。近十年來，國內(nèi)外對整臺機(jī)器或某一機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計，采用最優(yōu)化方法代替原來傳統(tǒng)的設(shè)計方法也越來越多。 機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計從六十年代后期開始得到學(xué)速發(fā)展，目前已經(jīng)成為機(jī)構(gòu)學(xué)的重要研究方向之一。 齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計可概括為：當(dāng)傳動載荷一定時追求齒輪的體積最小，或在齒輪體積一定時追求傳遞的載荷最大。有時也追求齒輪傳動的某項或某幾項性能為最佳。齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計既可以成為但

13、目標(biāo)函數(shù)的問題，也肯已成為多目標(biāo)函數(shù)問題。為使齒輪工作可靠，顯然齒面的接觸應(yīng)力、齒輪的疲勞彎曲應(yīng)力應(yīng)分別小于或等于許用值或保證一定得的安全裕度。為使齒輪的嚙合處于較好的工作條件下，有時還把吃面同油膜厚度以及潤滑油的溫升也作為約束條件。另外，諸如為了避免產(chǎn)生根切、并保持連續(xù)嚙合、避免齒輪齒頂過分變尖、均須對設(shè)計變量提出某些限制，這些限制也應(yīng)最為約束條件。在機(jī)械設(shè)計中人們希望獲得全部最優(yōu)設(shè)計點，但實際的工程問題，很少能保證滿足凸性的要求，即所追求的目標(biāo)函數(shù)往往具有很多個相對的極小點，因而優(yōu)化的結(jié)果一般為局部最優(yōu)設(shè)計點，或后退一步講，如果這些都做不到，那么優(yōu)化設(shè)計最起碼也能將設(shè)計方案作出重大改進(jìn)。這

14、就是我們以前提到過的“最優(yōu)化”應(yīng)被理解為一個相對的概念，而不要把它決對化。實際上，如上所述，設(shè)計人員如能正確地運用最優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計，其設(shè)計方案與傳統(tǒng)方法比較，一定會有所改善并能避免許多盲目性，顯然這剛好是工程設(shè)計人員最感興趣的。第2章 傳動方案的確定2.1.齒輪傳動比較和選擇.齒輪傳動兩種大的類型輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿渦輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。根據(jù)齒輪系運轉(zhuǎn)時各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動，齒輪傳動分為兩大類型。1.普通齒輪傳動（定軸輪系）當(dāng)齒輪系運轉(zhuǎn)時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何位置都是固定不變的，則稱為普通

15、齒輪傳動（或稱定軸輪系）。在普通齒輪傳動中，如果各齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動；如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳動（空間齒輪傳動）。2.行星齒輪傳動（行星輪系）當(dāng)齒輪系運轉(zhuǎn)時，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉(zhuǎn)，即在該齒輪系中，至少具有一個作行星運動的齒輪，則稱該齒輪傳動為行星齒輪傳動，即行星輪系。.定軸輪系和行星輪系的比較行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。它的最顯著的特點是：在傳遞動力時它可進(jìn)行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在

16、同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機(jī)械傳動系統(tǒng)的中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機(jī)、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。行星齒輪傳動的主要特點如下：(1) 體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動的1/2-1/5（即在承受相同的載荷條件下）。例，傳動比i7.15，功率為4400kw的行星齒輪減速器與普通定軸齒輪減速器比較如下：項目行星 齒輪減速器普通定軸齒輪

17、減速器質(zhì)量/kg34716943高度/m1.311.80長度/m1.291.42寬度/m1.352.36體積/ 2.296.09齒寬/m0.180.41損失功率/kw8195圓周速度/m/s42.799.4（2）傳動效率高。在傳動類型恰當(dāng)、合理布置的情況下，其效率值可達(dá)0.970.99。（3）傳動比大，可以實現(xiàn)運動的合成和分解。只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可以達(dá)到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪在傳動比很大的情況下，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點。（4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強(qiáng)。由于采

18、用了數(shù)個行星輪，均勻的分布在中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪的運動平穩(wěn)，抗沖擊能力和振動的能力較強(qiáng)，工作較可靠?？傊?，行星齒輪傳動具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大及效率高（類型選用得當(dāng)）等優(yōu)點。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。它幾乎可適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動技術(shù)已成為世界各國機(jī)械傳動發(fā)展的重點之一。從機(jī)構(gòu)的活動度來分，有一個自由度的行星機(jī)構(gòu)、兩個自由度的行星機(jī)構(gòu)和多自由度的行星機(jī)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)形式來分，有KHV型、2KH型和3K型行星機(jī)構(gòu)三種基本類型。其它的漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)，都可

19、以分解為這三種基本機(jī)構(gòu)，即可以由這三種基本行星機(jī)構(gòu)復(fù)臺而成。通過上述的比較，結(jié)合要求：傳動比大、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊及外廓尺寸小等，我們選擇行星齒輪傳動作為減速器的傳動型式。2.2.選擇行星機(jī)構(gòu)的類型.行星機(jī)構(gòu)的類型及特點.1. ZXV型漸開線行星機(jī)構(gòu)如圖1所示，是ZXV型行星機(jī)構(gòu)。它的基本構(gòu)件是：中心輪Z、轉(zhuǎn)臂X和輸出軸v。這種機(jī)構(gòu)的特點是：將行星輪a的旋轉(zhuǎn)運動，通過一個傳動比為1的中間機(jī)構(gòu)傳遞給輸出軸v。這種把行星輪a的軸線與輸出軸v的軸線聯(lián)結(jié)起來，而實現(xiàn)等速傳動的機(jī)構(gòu)稱為等速比機(jī)構(gòu)，或稱為w機(jī)構(gòu)。圖1. ZXV行星齒輪機(jī)構(gòu)ZXV型漸開線少齒差行星齒輪傳動的傳動比范圍為10100，其傳動效率為

20、0.750.93。結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、加工方便，但行星輪軸承的徑向力較大，使用于中小功率，一般，個別的達(dá)到2045kw；傳動比大，使用于短期工作。采用擺線針輪行星傳動，則適用于功率，任何工作制度，其傳動效率為0.900.97。目前應(yīng)用較廣泛，但制造精度要求較高，且高速轉(zhuǎn)速。.2. 2ZX型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)這種行星齒輪機(jī)構(gòu)有兩個中心輪a、b(即2Z)和轉(zhuǎn)臂(X)，由此三個基本構(gòu)件組成，故用符號2ZX表示。根據(jù)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動比的不同，可分為兩類。當(dāng)是0時，稱為正號機(jī)構(gòu)；當(dāng)0時，稱為負(fù)號機(jī)構(gòu)。如圖2所示，為2ZX型行星機(jī)構(gòu)的常見類型。圖2 2ZX型行星機(jī)構(gòu)的常見類型由于負(fù)號機(jī)構(gòu)行星齒輪傳動簡單、制造

21、容易，外形尺寸小，質(zhì)量小，傳動效率高等優(yōu)點。在結(jié)構(gòu)合理的調(diào)價下，通常，其傳動比范圍為2.813，傳動效率為0.970.99。目前該傳動類型已獲得了較廣泛的應(yīng)用。具有雙齒圈行星的負(fù)號機(jī)構(gòu)，其合理的傳動比范圍為716，傳動效率仍較高；但由于采用了雙齒圈行星輪，故制造安裝較復(fù)雜。具有圓錐齒輪傳動的負(fù)號機(jī)構(gòu)，主要用于差動行星裝置。具有雙嚙合的正號傳動機(jī)構(gòu)，嚙合摩擦系數(shù)較大，故其傳動效率低，一般，該機(jī)構(gòu)基本上不用于傳遞動力。具有雙內(nèi)嚙合的正號機(jī)構(gòu)，其合理的傳動比范圍為830，其嚙合摩擦損失較小。當(dāng)傳動比小于50，其傳動效率可達(dá)到0.8以上，但隨著傳動比的增加，其效率值也會降低。少齒差2ZX正號機(jī)構(gòu)的合理

22、傳動比范圍為30100。但它由于具有少齒差的內(nèi)嚙合齒輪傳動，其嚙合摩擦系數(shù)較小，故該行星齒輪傳動的傳動效率較高，可達(dá)0.9。.3. 3Z型漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)這種類型的行星齒輪機(jī)構(gòu)是由三個中心輪a、b、e和一個轉(zhuǎn)臂X組成?；緲?gòu)件是三個中心輪，它們承受外力矩的作用。而轉(zhuǎn)臂X不承受外力矩的作用，僅起支承的作用，故用符號3Z表示，如圖3所示。圖3 3Z行星齒輪機(jī)構(gòu)（3ZI）在3Z型行星齒輪傳動中，較常見的傳動型式有如下三種。（1）3ZI 具有雙齒圈行星輪的3Z型行星齒輪傳動。它的結(jié)構(gòu)特點是：內(nèi)齒輪b固定，而旋轉(zhuǎn)的中心輪a和e分別與行星輪c和d相嚙合。在各種機(jī)械傳動種，它已獲得廣泛的應(yīng)用。3Z（I）型

23、較合理的傳動比范圍為20300，其傳動效率為0.80.9。（2）3Z（II） 具有單齒圈行星輪c的3Z型行星齒輪傳動。該3Z型行星輪的結(jié)構(gòu)特點是：三個中心輪a、b和e同時與單齒圈c相嚙合；即內(nèi)齒輪b固定，兩個旋轉(zhuǎn)的中心輪a和e同時與行星輪c相嚙合。它是一種較新型的行星齒輪傳動，目前該項傳動新技術(shù)在我國的齒輪傳動中已日益廣泛應(yīng)用。其合理的傳動比為50300，其傳動效率為0.700.84。（3）3Z（III）具有雙齒圈行星輪的3Z型行星齒輪傳動，它的結(jié)構(gòu)特點：內(nèi)齒輪e固定，兩個旋轉(zhuǎn)的中心輪a和b同時與行星輪c相嚙合，而另外一個行星輪d與固定內(nèi)齒輪e相嚙合。它的傳動比范圍和傳動效率和3Z（I）型基本

24、上相同。因此，在實際應(yīng)用，一般很少采用3Z（III）型行星齒輪傳動。在此，應(yīng)該指出的是：3Z型行星齒輪傳動用于短期間斷工作的機(jī)械傳動裝置中最為合理，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大和傳動效率較高等特點。.漸開線行星齒輪傳動的發(fā)展趨勢隨著行星傳動技術(shù)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(dá)50000kW，輸出轉(zhuǎn)矩已達(dá)。據(jù)有關(guān)資料介紹，人們認(rèn)為目前行星齒輪傳動技術(shù)的發(fā)展方向如下。（1）標(biāo)準(zhǔn)劃、多品種 目前世界上已有50多個漸開線行星齒輪傳動系列設(shè)計；而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多品種的產(chǎn)品。（2）硬齒面、高精度 行星傳動機(jī)構(gòu)中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學(xué)處理。齒輪制造精度一般在6級以上。顯然，采用硬齒面、高精度有利于進(jìn)一步提高承載能力，使齒輪