NGW型行星輪中太陽輪的設計和計算

1、目錄一緒論1二 擬定傳動方案及相關參數(shù)3 1.機構簡圖的確定32.齒形與精度33.齒輪材料及其性能4三 設計計算4 1配齒數(shù)42初步計算齒輪主要參數(shù)53幾何尺寸計算84重合度計算9四太陽輪的強度計算及強度校核101.強度計算10（1）外載荷12（2）危險截面的彎矩和軸向力122.疲勞強度校核14（1）齒面接觸疲勞強度14（2）齒根彎曲疲勞強度183.安全系數(shù)校核21五零件圖和裝配圖25六參考文獻26一緒論漸開線行星齒輪減速器是一種至少有一個齒輪繞著位置固定的幾何軸線作圓周運動的齒輪傳動，這種傳動通常用內(nèi)嚙合且多采用幾個行星輪同時傳遞載荷，以使功率分流。漸開線行星齒輪傳動具有以下優(yōu)點:傳動比范圍

2、大、結構緊湊、體積和質(zhì)量小、效率普遍較高、噪音低以及運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等，因此被廣泛應用于起重、冶金、工程機械、運輸、航空、機床、電工機械以及國防工業(yè)等部門作為減速、變速或增速齒輪傳動裝置。漸開線行星齒輪減速器所用的行星齒輪傳動類型很多，按傳動機構中齒輪的嚙合方式分為:NGW、NW、NN、NGWN、ZU飛VGW、W.W等，其中的字母表示:N內(nèi)嚙合，W外嚙合，G內(nèi)外嚙合公用行星齒輪，ZU錐齒輪。NGW型行星齒輪傳動機構的主要特點有:1、重量輕、體積小。在相同條件下比硬齒面漸開線圓柱齒輪減速機重量減速輕1/2以上，體積縮小1/21/3;2、傳動效率高;3、傳動功率范圍大，可由小于1千瓦到上萬千瓦，且功率越大

3、優(yōu)點越突出，經(jīng)濟效益越高;4、裝配型式多樣，適用性廣，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小;5、外齒輪為6級精度，內(nèi)齒輪為7級精度，使用壽命一般均在十年以上。因此NGW型漸開線行星齒輪傳動已成為傳動中應用最多、傳遞功率最大的一種行星齒輪傳動。NGW型行星齒輪傳動機構的傳動原理:當高速軸由電動機驅(qū)動時，帶動太陽輪回轉(zhuǎn)，再帶動行星輪轉(zhuǎn)動，由于內(nèi)齒圈固定不動，便驅(qū)動行星架作輸出運動，行星輪在行星架上既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)，以此同樣的結構組成二級、三級或多級傳動。NGW型行星齒輪傳動機構主要由太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架所組成，以基本構件命名，又稱為ZKH型行星齒輪傳動機構。行星齒輪傳動與其他形式的齒輪傳動相比有如下幾個特點

4、:（1）體積小、重量輕、結構緊湊、傳遞功率大、承載能力高，這個特點是由行星齒輪傳動的結構等內(nèi)在因素決定的。a)功率分流 用幾個完全相同的行星輪均勻地分布在中心輪的周圍來共同分擔載荷，因而使每個齒輪所受到的載荷都很小，相應齒輪模數(shù)就可較小。b)合理地應用了內(nèi)嚙合 充分利用內(nèi)嚙合承載能力高和內(nèi)齒輪的空間體積，從而縮小了徑向、軸向尺寸，使結構緊湊而承載能力又高。c)共軸線式的傳動裝置 各中心輪構成共軸線式的傳動，輸入軸與輸出軸共軸線，使這種傳動裝置長度方向的尺寸大大縮小。（2）傳動比大 只要適當?shù)倪x擇行星傳動的類型及配齒方案，就可以利用很少的幾個齒輪而得到很大的傳動比。在不作為動力傳動而主要用以傳遞

5、運動的行星機構中，其傳動比可達到幾千。此外，行星齒輪傳動由于它的三個基本構件都可以傳動，故可以實現(xiàn)運動的合成與分解，以及有級和無級變速傳動等復雜的運動。（3）傳動效率高 由于行星齒輪傳動采用了對稱的分流傳動結構，即它具有數(shù)個均勻分布的行星齒輪，使作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力相互平衡，有利于提高傳動效率。在傳動類型選擇恰當、結構布置合理的情況下，其效率可達0.970.99。（4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強由于采用數(shù)個相同的行星輪，均勻分布于中心輪周圍，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，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。2

6、擬定傳動方案及相關參數(shù) 1.機構簡圖的確定 減速器傳動比i=6,故屬于1級NGW型行星傳動系統(tǒng)。 查書 漸開線行星齒輪傳動設計 書表4-1確定=2， 或3，從提高傳動裝置承載力，減小尺寸和重量出發(fā)，取=3。 計算系統(tǒng)自由度 W=3*3-2*3-2=1。 2.齒形與精度 因?qū)儆诘退賯鲃樱约胺奖慵庸?，故采用齒形角為20º，直 齒傳動，精度定位6級。 3.齒輪材料及其性能 太陽輪和行星輪采用硬齒面，內(nèi)齒輪采用軟齒面，以提高承載能力，減小尺寸。 表1齒輪材料及其性能齒輪材料熱處理 (N/mm²) (N/mm²)加工精度太陽輪20CrMnTi滲碳淬火HRC58 62140

7、03506級行星輪245內(nèi)齒輪40Cr調(diào)制HB2622936502207級3 設計計算 1配齒數(shù) 采用比例法： 按齒面硬度HRC=60，。 查漸開線行星齒輪傳動設計書圖4-7a的，。取。 由傳動比條件知 ； ； 計算內(nèi)齒輪和行星齒輪齒數(shù) ； 。 2初步計算齒輪主要參數(shù) （1）按齒面接觸強度計算太陽輪分度圓直徑 用式進行計算，式中系數(shù)如下： ，太陽輪傳遞的扭矩 則太陽輪分度圓直徑為：表2 齒面接觸強度有關系數(shù)代號名稱說明取值算式系數(shù)直齒輪768使用系數(shù)表6-5，中等沖擊1.25行星輪間載荷分配系數(shù)表7-2，太陽輪浮動，6級精度1.05綜合系數(shù)表6-4，高精度，硬齒面1.8小齒輪齒寬系數(shù)表6-30

8、.7實驗齒輪的接觸疲勞極限圖6-161400 以上均為在書漸開線行星齒輪傳動設計上查 （2）按彎曲強度初算模數(shù) 用式進行計算。式中系數(shù)同表2，其余系數(shù)如表3。因為，所以應按行星輪計算模數(shù)表3 彎曲強度有關系數(shù)符號名稱說明取值算式系數(shù)直齒輪12.1行星輪間載荷分配系數(shù)1.075綜合系數(shù)表6-4，高精度，1.6齒形系數(shù)圖6-25，按x=0查值3.18齒形系數(shù)圖6-25，按x=0查值2.45 以上均為在書漸開線行星齒輪傳動設計上查得 若取莫屬，則太陽輪直徑與接觸強度初算結果接近，故初定按，進行觸和彎曲疲勞強度校核計算。 3幾何尺寸計算 將分度圓直徑、節(jié)圓直徑、齒頂圓直徑的計算值列于表4。表4 齒輪幾

9、何尺寸齒輪分度圓直徑節(jié)圓直徑齒頂圓直徑太陽輪行星輪外嚙合內(nèi)嚙合內(nèi)齒輪 對于太陽輪，各主要參數(shù)及數(shù)據(jù)計算值列于表5 表5 太陽輪的幾何尺寸 名稱代號數(shù)值齒數(shù)17模數(shù)m6壓力角20°分度圓直徑d102mm齒頂高6mm齒根高7.5mm齒全高h13.5mm齒頂圓直徑114mm齒根圓直徑87mm基圓直徑95.85mm 4重合度計算 外嚙合： 內(nèi)嚙合： 5嚙合效率計算式中為轉(zhuǎn)化機構的效率，可用Kyp計算法確定。查圖3-3a、b（取µ=0.06，因齒輪精度高）得各嚙合副的效率為，轉(zhuǎn)化機構效率為轉(zhuǎn)化機構傳動比則.四太陽輪的強度計算及強度校核 1.強度計算 受力分析如圖所示： a）斷面參數(shù)

10、b）計算簡圖 首先要從實際斷面尺寸換算出一個相當矩形斷面，才能較準確的求出應力的大小和位置。相當斷面的慣性矩為 式中不計輪齒時，實際斷面對OX軸的慣性矩 和斷面面積； 系數(shù)，按經(jīng)驗公式確定：； 其中 不計輪齒時的斷面厚度； 輪齒模數(shù)。相當截面的寬度取為輪緣的實際寬度b，其高度h，面積S，斷面系數(shù)W分別為 斷面的彎曲半徑為，而.斷面上承受最大，最小應力處到斷面重心的距離為和。其中先決定內(nèi)側，則。 通過分析計算得出相關參數(shù)如下：表6太陽輪強度計算相關參數(shù)參數(shù)數(shù)值備注90.752799362592a3.765316678.181.3589.432.8518 （1）外載荷 節(jié)圓上的圓周力式中=954.

11、9Nm，=1.25，=102，=3則 7801N； 節(jié)圓上的徑向力式中，所以2839.3N； 節(jié)圓上的圓周力對彎曲中心的力矩式中32.85，所以； （2）危險截面的彎矩和軸向力 危險截面1的彎矩和軸向力 彎矩 軸向力 危險截面2的彎矩和軸向力 彎矩 軸向力 上式中系數(shù)查表9-8可知;所以 危險截面1的彎矩和軸向力 彎矩 軸向力 危險截面2的彎矩和軸向力 彎矩 軸向力 （3）危險截面上的應力 危險截面上的應力為彎曲應力，軸向應力及離心力產(chǎn)生的應力之和。其中離心力產(chǎn)生的應力 式中齒輪材料的比重； 重力加速度； 齒輪的絕對角速度； 輪緣斷面重心位置的曲率半徑。則輪緣外側的最大應力和最小應力為 首先求

12、得所以有 2.疲勞強度校核 （1）齒面接觸疲勞強度 用式，計算接觸應力，用式計算其許用應力。三式中的參數(shù)和系數(shù)取值如表7。 接觸應力基本值：接觸應力：許用接觸應力：故，接觸強度通過。表7 外嚙合接觸強度有關參數(shù)和系數(shù)代號名稱說明取值使用系數(shù)按中等沖擊查表6-51.25動載荷系數(shù)，6級精度，查圖6-5b1.005齒向載荷分布系數(shù)查圖6-6得，取，由式（6-25）得1.114齒間載荷分配系數(shù)按，6級精度，硬齒面，查圖6-91行星輪間載荷不均衡系數(shù)太陽輪浮動，查表7-21.05節(jié)點區(qū)域系數(shù)查圖6-102.5彈性系數(shù)查表6-7189.8重合度系數(shù)，查圖6-110.89螺旋角系數(shù)直齒，1分度圓上的切向力

13、18723.53Nb工作齒寬72 mmu齒比數(shù)2壽命系數(shù)按工作10年每年365天，每天16小時計算應力循環(huán)次數(shù)1.03潤滑油系數(shù)HRC=HV713,v=0.445m/s,查表8-10用中型極壓油，1.05速度系數(shù)查圖6-200.88粗造度系數(shù)按，查圖6-211.03工作硬化系數(shù)兩齒輪均為硬齒面，圖6-221尺寸系數(shù)m61最小安全系數(shù)按可靠度查表6-81.25接觸疲勞極限查圖6-161400以上均為在書漸開線行星齒輪傳動設計上查得 （2）齒根彎曲疲勞強度 齒根彎曲疲勞應力及其許用應力，用式和計算。并分別對太陽輪和行星輪進行校核。對于表7中未出現(xiàn)的參數(shù)和系數(shù)列于表8。 太陽輪： 彎曲應力基本值 彎

14、曲應力 許用彎曲應力故，彎曲強度通過。表8 外嚙合齒根彎曲強度的有關參數(shù)和系數(shù)代表名稱說明取值齒向載荷分布系數(shù)由，b/m=12，查圖6-23得，由式（6-38）得1.076齒間載荷分配系數(shù)1行星輪間載荷分配系數(shù)按式（7-43），1.075太陽輪齒形系數(shù)，查圖6-252.95行星輪齒形系數(shù)，查圖6-252.45太陽輪應力修正系數(shù)查圖6-271.55行星輪應力修正系數(shù)查圖6-271.68重合度系數(shù)式(6-40), 0.719彎曲壽命系數(shù)1試驗齒輪應力修正系數(shù)按所給的區(qū)域圖取時2太陽輪齒根圓角敏感系數(shù)查圖6-350.95行星輪齒根圓角敏感系數(shù)查圖6-350.96齒根表面形狀系數(shù)，查圖6-361.04

15、5最小安全系數(shù)按高可靠度，查表6-81.6以上均為在書漸開線行星齒輪傳動設計上查得 3.安全系數(shù)校核 由以上分析，計算知，行星傳動中的齒輪輪緣內(nèi)外側任意一點上的應力都在和之間變動，且為交變應力，故其強度計算以進行疲勞安全系數(shù)校核為宜。其安全系數(shù)和分別按下式計算： 式中齒輪材料的抗拉強度和抗扭強度，對于近似計算 可??；齒輪材料的彎曲和扭轉(zhuǎn)對稱循環(huán)疲勞極限，一 般取；正應力和切應力的應力幅， 其中T中心輪（太陽輪）上作用的扭矩； 扭轉(zhuǎn)凈截面模量； K考慮應力循環(huán)特性的計算系數(shù)K=1 （對稱循環(huán)）或K=2（脈動循環(huán)）；正應力和切應力的平均應力 （脈動循環(huán)）或（對稱循環(huán)）材料的對稱循環(huán)極限應力對實際輪

16、緣的折算系 數(shù)，按下式計算： 式中彎曲和扭轉(zhuǎn)的有效應力集中系數(shù)。 當齒輪材料的時，取 ，由圖9-20和圖9-21確 定。這里是借用齒輪彎曲疲勞計算的資 料。圖中為齒根厚度與過度曲線半 徑之比。按表9-14查??； 表面光潔度系數(shù)（粗糙度），見表9-15； 表面強化系數(shù)，見表9-16； 絕對尺寸系數(shù)，見表9-17；壽命系數(shù)，與材料種類，硬度和應力循環(huán)次數(shù)有 關，當齒面硬度時: 當齒面硬度時： 當循環(huán)次數(shù)時，??；計算結果 時，?。粚τ谂まD(zhuǎn)計算，一般取等于 整個使用期間的起動次數(shù)；對于彎曲計算按表6-2 確定；許用安全系數(shù)，當只進行彎曲計算時，一般 ?。划斨行妮啠ㄌ栞啠┹喚壱瑫r校 核扭轉(zhuǎn)時，可按下式計算總安全系數(shù)S值： 一般取，當材料性能可靠，載荷計 算準確時，可取。 對于太陽輪只要進行彎曲疲勞強度校核，其安全系數(shù)按下式計算： 其中各參數(shù)如下表表9參數(shù)數(shù)值備注1.52 由圖9-20（a）可得1.2由表9-15可得2由表9-16可得0.66由表9-17可得 表10參數(shù)數(shù)值備注1100機械設計（第八版）表10-1高等教育出版社4.445-2.7951.30表912 由表10可知： 故可知其安全