2K-H型三级立式行星减速器毕业设计VIP

I 摘 要 立式行星减速器具有传动效率高、结构紧凑等优点，在很多产品中得到了广泛的应用。立式行星减速器最早按常规的设计方法，是一件复杂费时的工作，且很难找到最佳配齿方案。通过对 2出最佳的设计方案。行星轮系设计是在保证承载能力的条件下，能达到行星减速器的体积为最小。 本次设计分析了国内外的减速器发展现状，确定了该设计的总体方案，并且根据课题要求，针对减速器在减速比、负载等方面的要求，设计出能够根据课题要求实现较大减速比的行星减速器。 关键词：行星减速器 机械结构设 计 齿轮啮合 传动比 in is a to By is to of of of of at to of to of in to of to a I 目录 摘要 . I . 录 . I 第 1 章 绪 论 . 1 题研究的背景 . 1 速器的国内外发展现状 . 1 究的意义和必要性 . 4 本文研究的主要内容 . 4 第 2 章 2级立式行星减速器的结构设计 . 5 速器的分类 和功能 . 5 速器的分类 . 5 星减速器的功能和特点 . 5 式行星减速器结构方案设计 . 6 计要求与安排 . 6 计条件 . 6 始数据 . 6 本参数 . 6 动机的选择 . 6 动比及其分配 . 6 第 3 章 行星齿轮减速器传动齿轮设计 . 9 择齿轮材料，确定许用应力 . 9 阳轮柔性轮缘的强度计算 . 10 阳轮行星轮 齿根弯曲疲劳强度校核计算 . 11 星轮内齿轮 接触疲劳强度校核 . 12 第 4 章 齿轮其他主要尺寸计算 . 14 星轮系基本尺寸的确定 . 14 星齿轮减速器传动轴及其键的设计 . 15 速器轴承的寿命计算 . 21 上键的设计及校核 . 23 速器轴与轴承的寿命计算 . 24 轮加工工艺 . 25 体结构尺寸 . 26 附录 1 . 27 结论 . 28 参考文献 . 29 致谢 . 30 1 第 1 章 绪 论 题研究的背景 行星轮系减速器较普通齿轮减速器具有体积小、重量轻、效率高及传递功率范围大等有点，逐渐获得广泛应用。同时它的缺点是： 材料优质、结构复杂、制造精度要求较高、安装较困难些、设计计算也较一般减速器复杂。但随着人们对行星传动技术进一步的深入了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高，完全可以制造出比较好的行星齿轮传动减速器。 速器的国内外发展现状 当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传 动为主，体积和重量问题，也未解决好。最近报导，日本住友重工研制的 高精度减速器，美国 司研制的 减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器的研究成果 尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制分子发动机的尺寸在纳米级范围如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。 自 2 0世 纪 60年代以来，我国先后制订了仃 30一批通用减速器标准，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器生产厂。我国现有齿轮生产企业 613家 (其中国有与集体所有的大中型企业 110 家，国有、集体所有的小企业 435 家，私有企业 48 家，三资企业 25 家 )。生产减速器的厂家有数百家，年产通用减速器 75 万台左右，年生产总值约 250 亿元。这些企业和厂家对发展我国的机械产品作出了贡献。 20 世 纪 6 0 年代的减速器大多数是参照前苏联 20 世纪 40 一 50 年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。改革 开 放 以来，我国引进了批先进的加工装备。通过不断引进、消化和吸收国外先进技术以及科研攻关，开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度都有较大 2 的提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从 79一 9级提高到 0095级，高速齿轮的制造精度可稳定在 4一 5级。部分减速器采用硬齿面后，体积和重量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高，对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用。 . 齿轮减 速器的 发 展 趋势 齿轮减 速器是一种 广 泛 应 用于 国 防、宇航、交通、建筑、冶金、建材、 矿 山等 领 域的重要 装备 ， 20世 纪 80年代以 来 ，世界 齿轮减 速器技 术 有了很大的 发 展，产 品 发 展的 总趋势 是小型化、高速化、低噪 声 和高可靠性，技 术发 展中最引人注目的是硬 齿 面技 术 、功率分支技 术 和模 块 化 设计 技 术 。 硬 齿 面技 术 硬 齿 面技 术 就是采用优 质 合金 钢锻 件， 渗 碳淬火磨 齿 的硬 齿 面 齿轮 ，磨 齿 精度不低于 6 级 ， 综 合承 载 能力 为 中硬 齿 面 调质齿轮的 3为软齿 面 齿轮 的 4一 5倍。一 个 中等 规 格的硬 齿 面 减 速器的重量 仅为中硬 齿 面 减 速器的 1/3左右，且噪 声 底、效率高、可靠性高。在高速船用透平 齿轮 ，大型 轧 机 齿轮 ， 轻 工、化工、 矿 山和建材机械用 齿轮 等 应 用 广 泛。主要特 点 :传动 的速度和功率范 围 很大， 传动 效率高，一 对齿轮 可 达 98一 精度愈高润 滑愈好，效率愈高 ;对 中心距的敏感性小，即互 换 性好 ;装 配和 维 修方便 ;可以进 行 变 位切削及各种修形、修 缘 ， 从 而提高 传动 品 质 ;易于 进 行 精密加工，可以取得高精度，是各种 齿轮 中 应 用最 为广 泛的一种 齿轮 。 (1)传动 比。 单级 :软齿 面 )、 硬 齿 面 );两级 :50(软齿 面 ),28(硬 齿 面 );三 级 :315(软齿 面 ),180(硬 齿 面 )。 (2)传动 功率。低速重 载传动 可 达 60 00k 速 传动 可 达 40 000 (3)速度。可 达 到 200m / 功率分支技 术 功率分支技 术 主要指行星及大功率 齿轮 箱的功率 双 分支及多分支 装 置，其核心技 术 是均衡， 广 泛 应 用于冶金、 矿 山、 电 工、起重、 运输 、石化、 轻 工机械等如映翔 畴阔 万方 数 据 第 3期秦 福建 :平面二次包 络环 面 蜗 杆 减 速器的 传动 原理及 发 展 趋势脚 胡喻翎叮 设备 上，特 别 是在重 载连续传动领 域。在功 率 分 支技 术 利用上，新一代的星 轮减 速器是一种全新的 内啮 合 齿轮传动装 置， 实现 了 减 速器 内 部 传动 机构的 单 元化、通用化和 标 准化， 产 品的可靠性和承 载 能力得到了很大提高，可在更大范 围内满 足用 户 的不同需求。主要特 点 : (1)传动 效率高。采用 啮 合效率高的 内啮 和 齿轮 副的力分流 结 构，通 过 高 载 能力 滚动 星 轮连续纯滚动 地 传递转 矩和 转 速，因而具有效率高的优 点 ，川 单 机效率可 达 95%以上， 93%, 联 效率可 达 90%。 (2)承 载 能力高， 结 构 紧凑 。由于星 轮减 速器同 时 兼 备 “大速比、大 转 矩、小体积 ”三者合一的优 点 ，其 单 位重量 传递转 矩高 达 76 N m/于低速重 载传动领 域可 节 材 30一 50%，比其它 类 型 减 速器重量平均 减轻约 40%。 (3)传动 平 稳 ，噪 声 低。 减 速器核心 单 元有多 达 14 时啮 合，因此， 3 产 品不 仅 具有耐 冲击 的优 点 性能，而且具有工作可靠、 传动 平 稳 、噪音低、 寿 命长 、 齿轮 可 长 期免 维 修 实 用等特 点 。 (4)速比范 围 大， 传动 比密 宽 。 传动 比范 围宽 而密集，一 级减 速 时传动 比 为18一 80，串 联扩 大 级传动 比 75两 级 串 联传动 比 为 450据需要可以在 4选 用需要的 传动 比。 (5)核心 单 元模 块 化， 维护 方便。 模 块 化 设计 技 术 已成 为齿轮减 速器 发 展的一 个 主要方向，它旨在追求高性能的同 时 ， 尽 可能 减 少零件及毛坯的品种 规 格和 数 量，以便于 组织 生 产 ，形成批量，降低成本， 获 得 规 模效益。同 时 ，采用基本零件，增加 产 品的型式和花 样 ， 尽 可能多地 开发实 用的 变 型 设计 或派生系列 产 品，能由一 个 通用系列派生多 个专 用系列， 摆脱 了 传统 的 单 一有底座 实 心 轴输 出的安 装 方式。增添了空心 轴输 出的 无 底座 悬 挂式、浮 动 支承底座、 电动 机与 减 速器一体式 连 接、多方位安 装 面等不同型式， 扩 大了使用范 围 。主要特 点 :模 块 化 组 合 齿轮减 速机的 显 著特 点 之一，是 实施零部件集 约 化生 产 与 组装 。按照其 输 人模 块 、 输 出模 块 和支承模 块 三大体系 设置的零部件，本 着标 准化、通用化、 专业 化、系列化 规则设计 ，具有极 强 的通用性与互 换 性， 这 不 仅 大大 减 少了木模制作与部件制造程序，而且 产 品性能 稳 定、合格率高、 组装 方便、生 产 周期短、 产 品 库 存率低、 综 合 经济 效益高。 (1)高度模 块 化 设计 :可以方便地配用各种型式的 电动 机或采用其它 动 力 输人。同种机型可配用多种功率的 电动 机。容易 实现 各机型 间组 合 联 接。 (2)传动 比 :划分 细 ，范 围广 。 组 合机型可以形成很大的 传动 比，即 输 出极低的 转 速。 (3)安 装 形式 :安 装 位置不受限制。 (4)强 度高、体 积 小 :箱体采用高 强 度 铸铁 。 齿轮 及 齿轮轴 采用气体 渗 碳淬火精磨工 艺 ，因而 单 位体 积 承 载 能力高。 (5)使用 寿 命 长 :在正确 选 型 (包括 选 用适 当 的使用系 数 )和正常使用 维护 的条 件下， 减 速机 (除易 损 件外 )的主要零部件 寿 命一般不低于 20000 件包括润 滑油、油封以及 轴 承。 (6)噪 声 低 :减 速机主要零部件都 经过 精密加工，并通 过组装 和 测试 ，因而 减速机噪 声较 低。 (7)效率高 :单 机型效率不低于 95%。 (8)可承受 较 大的 径 向 载 荷。 因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平 以 外，还 可以 在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。 4 究的意义和必要性 立式行星减速器是一种用途广泛的工业产品，其性能可与其他军用级减速器产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被广泛应用于工业场合。 该减速器体积小、重量轻、承载能力高、使用寿命长、运行平稳、噪声低、具有功率分流、多齿啮合独用的特性，适用于起重运输、工 程机械、冶金、矿山、航天航空等很多领域，行星系列新品种 轴传动减速器、 母齿轮传动减速器、弹性均载少齿差减速器。 立式行星减速器是一种具有广泛通用性的新型减速器，通过对本课题的研究，了解该减速器的工作原理，对现代工业的作用，为以后对其关键技术的深入研究和成熟运用奠定良好的基础。 本文研究的主要内容 1. 根据国内外各种减速器的现状，依据课题提出的研制要求，制定出立式行星减速器的总体结构设计方案。 2. 根据立式行星减速器的总体方案进行结构设计。 3. 根据计算，确定行星轮系的各项基本参数，完善整个减速器的 设计。 5 第 2 章 2级立式行星减速器的结构设计 速器的分类和功能 速器的分类 减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大，两者的设计、制造和使用特点各有不同。 20世纪 70 80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。其主要类型：齿轮减速器；蜗杆减速器；齿轮 蜗杆减速器；行星齿轮传动。 一般的减速器有斜齿轮减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。 圆柱齿轮减速器： 单级、二级、二级以上 二级。布置形式：展开式、分流式、同轴式。 圆锥齿轮减速器 ： 用于输入轴和输出轴位置成相交的场合。 蜗杆减速器 ： 主要用于传动比 i10 的场合，传动比较大时结构紧凑。其缺点是效率低。 齿轮 蜗杆减速器 ： 若齿轮传动在高速级，则结构紧凑；若蜗杆传动在高速级，则效率较高。 行星齿轮减速器 ： 传动效率高，传动比范围广，传动功率 12W50000积和重量小。 星减速器的功能和特点 行星减速器是一种用途广泛的工业产品，其性能可与其他军用级减速器产品相媲美，却有着工业级产品的价格，主要用于塔式起重机 的回转结构，又可作为配套部件用于起重、挖掘、运输、建筑等行业。 行星减速器的主要结构特点是：行星轮、太阳轮、外齿圈，行星减速器因为结构原因，单级减速最小为 3，最大一般不超过 10，常见减速比为： 3、 4、 5、 6、8、 10，减速器级数一般不超过 3，但有大部分大减速比定制减速器有 4 级减速。 相对其他减速器，行星减速器具有高刚性、高精度（单级可做到 1 分以内），高传动效率（单级在 97%98%），高的扭矩 /体积比，终身免维护等特点。 因为这些特点，行星减速器多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，匹配惯量。 行 星减速器的内部齿轮采用 20碳淬火和磨齿具有体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低、输出转矩大，速比大、效率高、性能安全的特点。兼具功率分流、多齿啮合独用的特性。是一种具有广泛通用性的新型减速器。最大输入功率可达 104适用于起重运输、工程机械、冶金、 6 矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器和航空航天等工业部门行星系列新品种 轴传动减速器、 母齿轮传动减速器、弹性均载少齿差减速器。 式行星减速器结构方案设计 计要求与安排 1、学习行星传动运动学原理，掌握 2构的传动比计算、受力分析、传动件浮动原理。 2、参考有关书籍、刊物、手册、图册了解 2速器）的基本结构及技术组成的关键点。 3、按所给有关设计参数进行该传动装置（减速器）的设计。 1）、齿数的选择：传动比及装配条件、同心条件、邻界条件的满足。 2）、了解各构件的作用力及力矩的分析，进行“浮动”机构的选择。 3）、参考设计手册根据齿轮、轴、轴承的设计要点进行有关设计计算。 4）、按有关制图标准，绘制完成教师指定的行星传动装置（减速器） 总图、部件图、零件图。书写、整理完成设计计算说明书。 4、对于所设计的典型零件结合所学有关加工工艺知识编写该零件加工工艺 5、行星传动装置（减速器）总图选择合适比例采用 要技术参数（特征）、技术要求应表达清楚，在指导教师讲授、指导下标注、完成总图所需的尺寸、明细及图纸的编号等各类要求。按零件图要求完成零图纸的绘制，提出技术要求，上述图纸总量不应少于： 。 计条件 1机器功用 减速装置用于绞车卷筒传动 2使用寿命 预期寿命 10 年，平均每天工作 12 16小时 始数据 本参数 电机功率： 15入转速： n=3 动机的选择 电机功率 15入转速为 表选用 2型。额定功率为2载转速 动比及其分配 计算总传动比 输入转速 n=出转速 7 该立式行星减速器由三级行星轮系构成，均是周转轮系，由于内齿圈是固定的，根据如果所研究的轮系为具有固定轮的行星轮系，设固定轮为 n，即 0n ，则计算公式为： 10 （ 2 1 （ 2 根据上式求得： 一级行星减速器传动比 i=星减速器输入转速 m. 行星齿轮传动比 试取传动比 23，二级减速器传动比为 三级减速器传动比为 输出转速为 m。 行星轮系需要采用多个行星轮来分担载荷。如下图所示： 从图中可以看出，此种组合为降速传动，通常传动 比一般为 ，转向相同。 但实际上，由于制造和装配误差，往往会出现各行星轮受力极不均匀的现象。为了降低载荷分布不均现象，常把行星轮系中的某些构件做成可以浮动的，如各行星轮受力不均匀，由于这些构件的浮动，可减轻载荷分布不均匀的现象。 选太阳轮作为浮动机构，太阳轮位置可沿轴向有一定限度的变动，太阳轮两端有弹性垫片，输入轴和输出轴的靠近太阳轮一端有凸块，凸块和弹性垫片相对 8 应，限制太阳轮的轴向移动范围。 齿形为渐开线直齿，外啮合最终加工为磨齿， 6级精度；内啮合最终加工为插齿， 7级精度，采用变位齿轮传动。 星轮系传动结构简图 9 第 3 章 行星齿轮减速器传动齿轮设计 择齿轮材料，确定许用应力 由表 太阳轮 20渗碳淬火回火 行星轮 20渗碳淬火回火 内齿圈 45 表面淬火 许用接触应力 li S （ 3 接触疲劳极限 查图 6 4 接触强度寿命系数 应用循环次数 0 （ 3 由式 3116 0 6 0 2 6 2 3hN n （ 1 0 3 6 5 1 5 ） 21/N N i查图 6 5得 12, 接触强度最小安全系数 1 1475 1 /1H 2 358 1 /1 许用弯曲应力 F ， l i ml i （ 3 弯曲疲劳强度极限 查图 6 7，双向应力乘 曲强度寿命系数 查图 6 8 弯曲强度尺寸系数 查图 6 9 弯曲强度最小安全系数 则 1238 7 0 1 1 / 1 . 47 3 0 1 1 / 1 . 47 4 0 1 1 / 1 . 4 同理求得第二级和第三级的太阳轮、行星轮以及内齿圈的许用应力分别是： 10 17 5 17 6 19 3 0321 17 7 17 6 19 4 0321行星传动为例，说明其各主要构件的强度计算。 阳轮行星轮 齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 31 1 10 . 0 1 3 0 . 0 2 2 /v n P n 估取圆周速度4/tv m s ，参考表 太阳轮分度圆直径 ，得 2 13112 Z 齿宽系数 d 查表 齿轮相对轴承为非对称布置 太阳轮齿数 1z 在推荐值 20 40中选 31311H 1 3 1 3 1( ) /i Z Z Z 圆整取 齿数比 1u 1 2 1/ 2 7 / 2 1u z z 第一级太阳轮转矩 1T 66119 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 0 / 2 6 2T P n 依次求的第二级和第三级太阳轮的转矩分别是 荷系数 K K K K 使用系数 查表 K 动载系数 由推荐值 齿间载荷分配系数 由推荐值 齿向载荷分布系数 由推荐值 荷系数 K 1 . 3 5 1 . 0 2 3 1 . 1 5 1 . 3 K K K 材料弹性系数 查表 11 节点区域系数 查图 6 3 重合度系数 Z 由推荐值 231 1 8 9 . 8 2 . 2 0 . 9 2 2 . 4 2 1 0 9 3 5 1 0 0 . 1 71 3 5 8 0 . 3 5 1 . 1 7d 齿轮模数 m 11/ 5 5 / 2 3 2 . 4m d z m m 按表 太阳轮分度圆直径 1d 114 . 5 2 3d m z 圆周速度 v 11 / 6 0 0 0 0 4 2 1 4 2 0 / 6 0 0 0 0v d n 标准中心距 a 12( ) / 2 4 . 5 2 3 2 7 / 2a m z z 齿宽 b 1 0 . 3 5 1 0 3 . 5 3 6 . 2 2 5db d m m 行星轮齿宽 2b 2 太阳轮齿宽 1b 12 5 1 0 依次求的二级和三级数据 二级太阳轮分度园直径 180级太阳轮分度园直径 220宽 50 齿宽 115星齿宽 50 行星齿宽 100 阳轮行星轮 齿根弯曲疲劳强度校核计算 下表为扭转有效应力集中系数 400 500 600 700 800 900 1000 1200 式（ 3 112F F a S a Y Yb d m 齿形系数 查表 小轮 1大轮 2 12 应力修正系数 查表 小轮 1大轮 2重合度 1 1 2 21 ( t a n t a n ) ( t a n t a n )2 = 1 4 . 5 2 3 c o s 2 0 2 3 t a n ( a r c c o s ) t a n 2 0 2 4 . 5 2 3 4 . 5 2 4 . 5 2 7 c o s 2 02 7 ( t a n ( a r c c o s ) t a n 2 0 ) 4 . 5 2 7 4 . 5 2 重合度系数 0 . 2 5 0 . 7 5 /Y 故 1 2 2 . 4 2 1 0 9 3 5 1 0 2 . 1 0 6 1 . 8 3 1 / 4 3 1 0 3 . 5 4 . 5F 2 2 2 . 4 2 1 0 9 3 5 1 0 2 . 0 6 9 1 . 8 6 / 4 0 1 2 1 . 5 4 . 5F 许用弯曲应力： 太阳轮： 21 6 2 2 /F N m