行星齒輪傳動結(jié)課論文

1、行星齒輪傳動結(jié)課論文行星齒輪傳動學習報告學院：機械學院 專業(yè)：機械設計及理論學號：姓名：摘要:與普通定軸齒輪傳動相比，行星齒輪傳動具有體積小、質(zhì)量輕、傳動比大、承載能力大、傳動平穩(wěn)及傳動效率高等優(yōu)點。行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率的場合，而且可用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機械傳動裝置上。它可以用作減速、增速和變速傳動，運動的合成和分解，因此它在現(xiàn)代機械傳動的發(fā)展中有著比較重要的作用。行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)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、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要差速器的

2、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用。關鍵詞：行星齒輪，減速，傳動，機械1.概述漸開線行星齒輪傳動既具有功率分流又具有動軸線的運動特點，同時還合理使用了內(nèi)嚙合，使其相對軸線齒輪傳動具有很多優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、效率高、工作平穩(wěn)、適用范圍廣，因此漸開線行星齒輪傳動在工程中得到了廣泛使用。近代漸開線行星齒輪傳動在結(jié)構(gòu)設計上取得了一系列突破，其中的重大突破是成功使用了均載機構(gòu)，從而解決了由于制造、裝配和構(gòu)件變形等原因引起的減速器的各行星輪之間的載荷分配不平均的問題，使功率能夠在各個行星輪之間進行均勻分流從而使行星齒輪傳動日趨完善。我國的行星齒輪傳動有許多年的發(fā)

3、展歷史。大約在20世紀60年代，我國開始對行星齒輪傳動開展了比較全面、系統(tǒng)的設計、研究和制造的工作。1976年頒布NGW行星齒輪減速器系列（GB1799-76）標準，分一級、二級、三級三個系列，最大輸入功率為1314KW，最大輸出扭矩為50240Nm，重量為0.1281.75噸，傳動比最大可達2000，但該系列減速器精度低，局限于中小功率范圍。對大型的行星減速器的研究及試制是在八十年代開始的，1986年西安重型研究所研制了幾個型號的大中功率的行星齒輪減速器，由內(nèi)蒙古新生機械廠投入生產(chǎn)，但單位重量的輸出指標仍比國外產(chǎn)品低許多。大約九十年代中期，北京行星齒輪減速器廠著手引進西德倫克公司部分規(guī)格的中

4、大型減速器，該廠在仿制、技術吸收及各項基礎實驗的基礎上，參照國外標準，制定了自己的系列產(chǎn)品標準，并投入了生產(chǎn)。該廠在引進技術的同時，也引進了一些關鍵設備，如磨齒機、滾齒機、3m的滲碳爐以及齒輪測量儀等。材料方面引進了倫克齒輪公司的17CrNiMo6和30CrNiMo8的齒輪材料技術。在行星齒輪傳動和普通齒輪傳動減速器的材料、性能、制造精度和工作狀況等相同的情況下，行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比具有承載能力大，結(jié)構(gòu)體積小，重量輕，振動小，噪聲低，傳動比大，效率高等優(yōu)點。目前，國內(nèi)外行星齒輪減速器的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在這幾方面：（1）動特性研究：包括震動、噪聲，考慮行星減速器的各個構(gòu)件間的運動副間隙

5、時的動特性研究、傳動精度、傳動效率等。（2）均載機構(gòu)的研制。目前均載機構(gòu)的種類有多種多樣，有些已經(jīng)發(fā)展得較完善，然后對行星減速器的均載機構(gòu)的動力特性和均載效果進行系統(tǒng)、全面的分析和測定從而找出最好、最完美的均載方案，仍是人們追求的目標。（3）標準化、多品種。國內(nèi)外目前有50多個漸開線行星齒輪傳動系列，為滿足各行業(yè)的多種需要，仍需研制、開發(fā)新系列、新品種。（4）行星減速器的齒面的硬度變得越來越高、齒形精度也變得很高。采用很硬的齒面、較高的精度，不僅可以提高減速器的各齒輪的承載能力，使齒輪尺寸能夠進一步減小，從而降低了成本。（5）高速度、大功率。與普通定軸齒輪相比，行星傳動在高速情況下運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳

6、遞功率大，因而正逐步取代普通定軸齒輪傳動。（6）大規(guī)格、大轉(zhuǎn)矩。大功率、大噸位、高承載能力的行星齒輪傳動比相同功率的定軸齒輪傳動的經(jīng)濟效益更明顯。（7）低噪音、低振動。降低減速器傳動的噪音，提高減速器運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，也就是一個重要的發(fā)展方向。當要求的傳動比很大時，一對齒輪傳動難以實現(xiàn)，而采用多級齒輪組成的定軸輪系雖然可實現(xiàn)大傳動比傳動，但由于齒輪和軸的增多，結(jié)構(gòu)復雜，效率低。而采用行星輪系則只需很少幾個齒輪便可獲得很大的傳動比，且結(jié)構(gòu)十分緊湊，效率高，一般效率可達0.970.99。由于具備上述一系列優(yōu)點，行星齒輪傳動已成為世界各國機械傳動發(fā)展的重要傳動之一。在對體積、重量、傳動效率等方面要求較高

7、的航空機械、起重機械和兵器傳動裝置中，行星齒輪傳動的應用越來越廣泛。由于行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比具有傳動比高、體積小、效率高、振動低、噪音小等這么多優(yōu)點，在機械行業(yè)中的應用鄭變得越來越廣泛。但是傳動行星齒輪設計方法存在明顯的局限性。1）傳統(tǒng)設計以靜態(tài)設計為主，隨著科學技術的發(fā)展，使人們對設備的動態(tài)性能提出了更高的要求，傳統(tǒng)的靜態(tài)設計方法逐漸不餓能夠適應設計的要求。2）傳統(tǒng)設計忽略了設計目標的多樣性。衡量行星齒輪傳動優(yōu)劣的指標是多樣的，它包括體積、中心距、承載能力等，而且各個設計目標之間還相互制約、相互影響，特別是對于復雜系統(tǒng)更是如此。然而，在傳統(tǒng)的行星齒輪設計中，通常只考慮一個主要目標而

8、忽視其他目標對整體結(jié)構(gòu)的影響。3）傳統(tǒng)設計，設計的周期長、設計效率低。傳統(tǒng)設計往往要經(jīng)過反復多次的修改才能找到較為滿意的設計方案，工作量大，開發(fā)周期長，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，難以適應現(xiàn)代社會的發(fā)展節(jié)拍，無法適應市場經(jīng)濟產(chǎn)品激烈競爭的生存環(huán)境。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點；這些已被我國越來越多的機械工程技術人員所了解和重視。由于在各種類型的行星齒輪傳動中均有效地利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理地采用了內(nèi)嚙合，才使得其具有了上述的許多獨特的優(yōu)點。行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率，而且可

9、用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機械傳動裝置上。它可以用作減速、增速和變速傳動，運動的合成和分解，以及其特殊的應用中；這些功用對于現(xiàn)代機械傳動的發(fā)展有著較重要的意義。因此，行星齒輪傳動在起重機械、工程機械、冶金礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫(yī)療機械、儀器儀表、汽車、船舶、兵船和航空航天等工業(yè)部門均獲得了日益廣泛的應用1。近20多年來，尤其是我國改革開放以來，隨著我國科學技術的進步和發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達國家引進了大量先進的機械設備和技術，經(jīng)過我國機械科技人員積極地吸收和消化，與時俱進、開拓創(chuàng)新地努力奮進，使得我國的行星傳動技術有了迅速發(fā)展。目前，在我國已有許多的機械設計人員開始研究分析和應用

10、上述的新型行星傳動技術，并期待著能有一本針對上述的新型行星齒輪傳動設計、內(nèi)容充實和科學實用的專門著作。在國外幾乎所有工業(yè)發(fā)達的國家都有行星減速器系列產(chǎn)品，行星齒輪減速器一方面向制造精度高，承載能力大的方向發(fā)展。如西德德瑪克樣本有輸入功率為22.452200KW的系列；捷克齒輪公司有PF系列，輸出扭矩為53003250000NM;瑞士馬克公司樣本有150010440KW系列；另外美國、法國、日本等國家都有行星減速器系列產(chǎn)品。另一方面，減速器用于精密機械，如美國Setan公司生產(chǎn)的某些機器人用高剛度減速器，額定轉(zhuǎn)矩達1000Nm，齒廓側(cè)隙0.5分，扭矩剛度大于450Nm。日本在擺線針輪行星減速器領

11、域，技術力量雄厚，發(fā)展水平高。齒輪的強度計算也日趨完善，設計方法在逐漸向現(xiàn)代設計方法過度，如噪聲、振動控制、優(yōu)化設計、增加動態(tài)計算和概率設計等內(nèi)容。在齒輪傳動系統(tǒng)中，行星架減速器的中心齒輪作為承擔載荷和傳遞動力的主要部件，工程中經(jīng)常遇到輪齒斷裂、大變形等情況，因此，很有必要研究行星減速器的動力學行為以及齒輪的受力情況，從而為進一步分析優(yōu)化奠定了堅實的基礎。盡管國內(nèi)外學者對行星減速器的研究取得了很大的成功，但很多研究僅限于結(jié)構(gòu)比較簡單的型號的行星減速器，研究的很多方面還需要進一步關聯(lián)起來，形成一個系統(tǒng)、完善的設計過程。3.行星齒輪系的組成及分類行星齒輪傳動，一個或一個以上齒輪的軸線繞另一齒輪的固

12、定軸線回轉(zhuǎn)的齒輪傳動。行星齒輪傳動的主要特點是體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)；但大功率高速行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)較復雜，要求制造精度高。3.1 行星齒輪系的組成在齒輪系中，凡具有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的齒輪，則稱為行星齒輪。輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿蝸輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。行星齒輪機構(gòu)主要由行星齒輪、內(nèi)齒圈、天陽輪、行星架組成，如圖3-1所示。圖3-1 行星齒輪機構(gòu)的組成一個或一個以上齒輪的軸線繞另一齒輪的固定軸線回轉(zhuǎn)的齒輪傳動。行星輪 c既繞自身的軸線回轉(zhuǎn),又隨行星架x繞固定軸線回轉(zhuǎn)。太陽輪a、行星架和內(nèi)齒輪b都可繞共同的固定軸線

13、回轉(zhuǎn)，并可與其他構(gòu)件聯(lián)結(jié)承受外加力矩，它們是這種輪系的三個基本件。三者如果都不固定，確定機構(gòu)運動時需要給出兩個構(gòu)件的角速度，這種傳動稱差動輪系；如果固定內(nèi)齒輪b或太陽輪a，則稱行星輪系。通常這兩種輪系都稱行星齒輪傳動。3.2 行星齒輪系的分類1.根據(jù)齒輪系運轉(zhuǎn)時其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） 當齒輪系運轉(zhuǎn)時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何軸線位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動（或稱定軸輪系）。在普通齒輪傳動中，如果各齒輪副的軸線均互相平行，則稱為平行軸齒輪傳動，如圖3-2所示；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

14、稱為不平行軸齒輪傳動（空間齒輪傳動），如圖3-3所示。圖3-2 平面齒輪傳動 圖3-3 空間齒輪傳動（2）行星齒輪傳動（行星輪系） 當齒輪系運轉(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。 2.按其自由度的數(shù)目，行星齒輪傳動可分為以下兩種。（1）簡單行星齒輪傳動 具有一個自由度（W=1）的行星齒輪傳動，如圖3-4所示。對于簡單行星齒輪傳動，只需要知道其中一個構(gòu)件的運動后，其余各構(gòu)件的運動便可以確定。（2）差動行星齒輪傳動 具有兩個自由度（W=2）的行星齒輪傳動，即它是具有三個可動外接構(gòu)件（a、b和x

15、）的的行星輪系，如圖3-5所示。對于差動行星齒輪傳動，必須給定兩個構(gòu)件的運動后，其余構(gòu)件的運動才能確定。圖3-4 簡單行星齒輪系 圖3-5 差動齒輪系 4.行星齒輪傳動的原理和特點4.1 行星齒輪傳動的原理行星齒輪減速其實就是齒輪減速的原理，它有一個軸線位置固定的齒輪叫中心輪或太陽輪，在天陽輪邊上有軸線變動的齒輪，即既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)的齒輪叫行星輪，行星輪有支持構(gòu)件叫行星架，通過行星架將動力傳到軸上，再傳給其他齒輪。它們由一組若干個齒輪組成一個輪系。只有一個原動件，這種周轉(zhuǎn)輪系稱為行星輪系2。4.2行星齒輪傳動的特點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

16、遞動力時它可以進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)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、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要差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用。 行星齒輪傳動的主要特點如下3。  (1)體積小、質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大由于行星齒輪傳動具有功率分流和各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動以及合理地應用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)非常緊湊。再由于在

17、中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個行星輪來共同分擔載荷，從而使得每個齒輪所承受的負荷較小，并允許這些齒輪采用較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。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1/21/5 (即在承受相同的載荷條件下)。 (2)傳動效率高 由于行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)的對稱性，即它具有數(shù)個勻稱分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，從而有利于達到提高傳動效率的作用。在傳動類型選擇恰當、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達0.970.99。 (3)傳動比較

18、大，可以實現(xiàn)運動的合成與分解 只要適當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，其傳動比可達到幾千。應該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點。而且，它還可以實現(xiàn)運動的合成與分解以及實現(xiàn)各種變速的復雜的運動。 (4)運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強 由于采用了數(shù)個結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻地分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的性力相互平衡。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。 總之，行星齒輪傳動具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大及效率

19、高（類型選用得當）等優(yōu)點。因此，行星齒輪傳動現(xiàn)已廣泛地應用于工程機械、礦山機械、冶金機械、起重運輸機械、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已成為世界各國機械傳動發(fā)展的重點之一。 隨著行星傳動技術的迅速發(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到20000KW，輸出轉(zhuǎn)矩已達到4500KN·m。據(jù)有關資料介紹，人們認為目前行星齒輪傳動技術的發(fā)展方向如下。（1）標準化、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器種的產(chǎn)品。 （2）硬齒面、高精度 行星傳動機構(gòu)中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學熱處理。齒輪制造精度一般均在6級以上。顯然，采用硬齒面、高精度有利于進一步提高承載能力，使齒輪尺寸變得更小。 （3）高轉(zhuǎn)速、大功率 行星齒輪傳動機構(gòu)在高速傳動