SHZ型组合两级三环减速器设计

毕业设计(论文)题目名称： 行星轴硬齿面减速器设计学生姓名：院 (系)：专业班级：指导教师：辅导教师：时 间：目 录目 录毕业设计任务书 开题报告 指导教师审核意见 评阅教师评语 答辩会议记录 中外文摘要 毕业设计正文1. 前 言. 三环传动原理与形式. 三环传动的特点. 选题背景.传动系统的设计计算. 传动方案的确定. 电动机的选择. 分配传动比. 传动装置的动力和运动参数.锥齿轮传动的设计计算. 计算齿轮的主要参数. 锥齿轮传动的结构设计.三环传动机构的设计计算. 计算齿轮的主要参数. 三环传动机构受力及转矩计算. 三环减速器的结构设计.润滑方式的选择. 润滑方法. 润滑油的选择.总 结.：高 波 长江大学机械工程学院指导教师：周传喜 长江大学机械工程学院摘要 三环减速器是一种少齿差内啮合行星传动装置，具有传动比大、承载能力强、体积小、结构紧凑等诸多优点，在很多领域已得到广泛应用。本文介绍了三环减速器的工作原理、特点及先根据已知条件及择了合适的电动机；其次是对其传动装置进行了总体设计计算，分配各级传动比，计算出传动装置的运动和动力参数；然后是传动零件的设计计算，分为锥齿轮传动和三环传动两个部分，三环传动设计的关键问题内外齿轮必须采用变位传动的设计，选择变位系数时，应使其既满足啮合方程，又满足并重合度和齿廓重叠干涉系数的限制条件，并对锥齿轮、内齿环板、输入轴、支承轴、输出轴、偏心套等进行了受力分析和强度校核，该部分比较复杂和繁琐，需要仔细的计算；然后设计了选择了合适的润滑方式和润滑油；最后根据计算得到的尺寸和参数绘制了装配图和主要零件图。关键词 三环减速器；减速器；锥齿轮传动；受力分析is a of as s to of is It is HZ 第1页（共55页）1. 前 言三环式齿轮减速器是在普通少齿差行星齿轮减速器基础上开发的一种新型传动装置，由我国重庆钢铁设计研究院的陈宗源高级工程师于 1985 年提出的一种特殊形式的少齿差行星传动三环传动1。国内有些文献也称之为内齿行星齿轮传动或平动齿轮传动。从机构学角度看，它是由连杆机构（平行四边形机构）和齿轮机构构成的组合机构。由平行四边形机构和齿轮机构组成。输入轴和支承轴上安装有偏心套，充当平行四边形机构的曲柄轴；内齿轮一般做成环板形式，作为平行四边形机构的连杆；外齿轮与输出轴固联或做成一体。运行时，由输入轴和支承轴带动内齿环板作平动，再通过内、外齿轮啮合，由输出轴输出动力。环传动的基本原理当平行四边形机构的连杆运动到与曲柄共线的两个位置（0和180）时，机构的运动不确定。一般把这种运动不确定位置称为死点位置。为了克服机构在死点位置的运动不确定，最常用的作法是采用三相平行四边形机构并列布置，各相机构之间互成 120的相位角，示。这样当某一相平行四边形机构运动到死点位置时，由其它两相机构传递动力，克服死点，这也是三环减速器名称的由来。55页）环传动基本原理图根据输入轴、支承轴和输出轴之间不同的位置关系，三环传动有以下两种基本形式：对称式：输入轴和支承轴相对于输出轴对称布置，置式：输入轴和支承轴位于输出轴的同侧布置，置式三环传动前 言第3页（共55页）环传动的特点与普通齿轮减速器和行星减速器相比，三环减速器具有如下优点：1. 承载能力强，使用寿命长，9级密集，级达11000，声小于78级为92积小，重量轻，比普通圆柱齿轮减速器小2/3。行轴，易损件少，易更换，无需特殊材料及热处理。制成卧式、立式，法兰联结及组合传动等结构，亦可为专用设备配置传动，具有多轴端，可供多电机同步传动或带动控制器件，装配型式及派生系列繁多。但由于三环减速器发展历史较短，一些理论和实际问题尚未得到圆满解决。目前针对三环传动系统的理论研究尚不充分，虽然有多位学者对三环减速器的受力分析、振动控制、载荷均衡、润滑方式等方面开展了一些研究工作，但这些研究工作既零散且不完善，甚至有些研究的结论互相矛盾。究的目的和意义齿轮减速器是各种机器中广泛应用的重要部件，其主要功用是减速增力。在常规减速器的基础上，我们需要了解一系列特殊的减速器，比如题目中的环减速器是少齿差行星轮传动的一种形式，它兼有行星减速器与普通圆柱齿轮减速器的诸多优点，它的设计过程及设计方法值得笔者探究。本次目的是根据题目条件，设计出一台符合要求的55页）解决的主要问题(1)总体设计方案的确定；(2)该传动系统的设计计算；(3)该减速器中主要零部件的设计计算；(4)画出装配图及主要零部件的零件图；(5)润滑方式的选择。决思路首先根据出合适的电动机；其次是对传动装置进行总体设计计算，计算出总传动比及分配各级传动比和传动装置的运动和动力参数；然后是传动零件的设计计算，包括锥齿轮传动和三环传动，该部分比较复杂繁琐，需要认真仔细的计算。选择合适联轴器类型及型号，设计出减速器外传动零件和内传动零件；再设计总装图和部件装配图；最后设计出减速器的零件图。传动系统的设计计算第5页（共55页）2. 轴 轴 轴 择电动机类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电机，封闭式结构，电压380V， 选择电动机的容量电动机所需工作功率为： wd （0 950w w 式中： 750 r/i 电动机至输出轴的总效率为：55页）1 2 3 4 式中： 1 、 2 、 3 、 4 分别为联轴器、轴承、锥齿轮传动、三环传动机构的传动效率，取 1 ， 2 （滚子轴承）， 3 （锥齿轮精度等级，不包括轴承效率）， 4 。8w 查表选择电动机型号为载转速 720r/型 号 额定功率 载转速 r/伸 mm10 据已知条件求出输出转速00 750 r/i 新计算总传动比720 n 传动比误差： 00% 4% 配传动比取三环传动机构的传动比： 2 87i 则锥齿轮传动的传动比：1 2 i 传动系统的设计计算第7页（共55页）轴转速轴： 720 r/mn n 轴： 1 720 r/nn i 轴： In n 轴： 2 r/nn i 轴输入功率轴： 01 1 d P 轴： 12 2 3 P 轴： 23 4 I P 轴输入转矩电动机轴输出转矩： 550 720dd 轴输入转矩：轴： 0 01 0 1 I d i T i N m 轴： 1 12 1 2 3 i T i N m 轴： 32 23 2 4 7 0 I i T i KN m 55页）3. 择齿轮材料及热处理要求小齿轮用20碳淬火2；大齿轮用20碳淬火2。碳淬火钢的 碳淬火钢的 55页）： 500H H 和60F F （心部硬度0）。步设计直齿锥齿轮按齿面接触强度初步计算公式：131 2 )A T K Kd ez z (3中： 1d 小齿轮大端面分度圆直径，mm；e 锥齿轮类型几何系数，直齿非鼓形齿 1200e ； 变为后强度影响系数，零传动 1 2 0x x ， 1 ；z 齿宽比系数，通用 ；1T 小齿轮转矩， .N m；1 1 550 750 使用系数， ； 齿向载荷分布系数； H K ； 试验齿轮的接触弯曲疲劳极限。500H ； 60F 31 ,25 500d 取 1 17z ，则大端模数 ，取 4m 1 17 z i ，取 2 33z 55页）齿数比： 21 33 z 误差： 00% 何尺寸计算小齿轮节锥角： 1 7 1519 大齿轮节锥角： 2 1 90 27 1519 62 4441 小齿轮分度圆直径： 1 1 4 17 68d mz 大齿轮分度圆直径：2 2 4 33 132d mz 锥距： 1 1 68 519dR 齿宽系数： 齿宽： 1 ，取 21b 新计算齿宽系数： 43R 平均模数： (1 4 (1 m m 平均分度圆直径：1 1 7 md m z 2 2 3 md m z 小齿轮齿顶高： 1 1( ) (1 0) 4 4ah ha x m 大齿轮齿顶高： 2 2( ) (1 0) 4 4ah ha x m 齿高： (2 ) (2 1 4 ha c m 小齿轮齿根高： 1 1 ah h h 大齿轮齿根高： 2 2 ah h h 锥齿轮传动的设计计算第11页（共55页）小齿轮齿顶圆直径： 1 1 1 12 8 2 4 519 ad d h 大齿轮齿顶圆直径：2 2 2 22 32 2 4 441 ad d h 齿根角： 11 2 2330f 齿根角： 1 2 3 2330a f 2 1 3 2330a f 顶锥角： 1 1 1 27 1519 3 2330 30 3849a a 2 2 2 62 4441 3 2330 66 811a a 外锥高： 21 1 1 132 519 K h 12 2 2 68 441 K h 周节： m 分度圆弧齿厚： 1 1 1( 2 4 ts m x x 2 1 p S 分度圆弦齿厚： 11 11 1 11 1 )s 22 22 2 22 2 )s 当量齿数： 11 1 17 519v 12 2 33 441v 端面重合度：55页）1 1 2 2 21 ( (21 236 (84 va v va vz z z 式中： 11 1 11 42362 2 0v h x 22 2 23 48462 2 0v h x 触强度校核21 1A v H H E k K K F Z Z Z d b u (3中： 节点区域系数； 弹性系数；查表14327， 接触强度计算的重合度系数；4 4 Z 接触强度计算的螺旋角系数； 接触强度计算的锥齿轮系数； 1 （未修形）使用系数；动载系数； 1 K 接触强度计算的锥齿轮系数， 接触强度计算的齿向载荷系数分配系数； 2 21 2 5017 100 v uN u 锥齿轮传动的设计计算第13页（共55页）11 9550 50 m d 12 3( ) (20 399/(1)pt a v vA mt y cK c b 1 1 点区域系数 55页）原动机工作特性 工作机工作特性均匀平稳 轻微冲击 中等冲击 严重冲击均匀平稳 使用系数 轮都是两端支承 两轮都是悬臂支承 一轮两端支承，一轮悬臂支承工业、船舶 辆 1 轴承系数 KH V R Z Z (3中： 实验齿轮的接触疲劳极限； 500H 接触强度计算的最小安全系数； 润滑剂系数； （选用工业闭式齿轮油）速度系数； 粗糙度系数；接触强度计算的尺寸系数；m 所以 H ，接触疲劳强度安全。锥齿轮传动的设计计算第15页（共55页）度系数55页）糙度系数 计算公式 极 限 值调质钢、铸铁 1表面硬化钢 m 氮化钢 m 触强度计算尺寸系数 曲强度校核 A V F F a eF K K F Y Y Y Y Yb m (3中： 齿型系数；1 ， 2 1应力修正系数；1 ， 2 Y 弯曲强度计算系数； 77Y 锥齿轮传动的设计计算第17页（共55页）Y 齿型螺旋角系数； 1Y （直齿） 弯曲强度计算的锥齿轮系数；取 11 6F 2 9F 型系数 ； / 1a m ； 0/ m ； 0/ ； 055页）力修正系数 ； / 1a m ； 0/ m ； 0/ ； 0许用弯曲应力： F Y Y Y (3中： 弯曲疲劳极限；均值 00F 70F ，20F 试验齿轮的应力修正系数；取 弯曲强度的最小安全系数； 相对齿根圆角敏感系数，1 相对齿根表面状况系数，74 5 ) 弯曲强度计算的尺寸系数，1锥齿轮传动的设计计算第19页（共55页）使 用 要 求 最 小 安 全 系 数 久寿命时的相对齿根圆角敏感系数Y55页）曲强度计算的尺寸系数 构钢、调质钢、球墨铸铁（珠光体、贝氏体）、珠光体可锻铸铁；碳淬火钢和全齿廓感应或火焰淬火钢，渗氮或氮碳共渗钢；铸铁，球墨铸铁（铁素体）；强度计算时的所有材料计 算 公 式 或 取 值材料 1ZR m 1 40 m 调质钢，球墨铸铁（珠光体、贝氏体）、渗碳淬火钢，火焰和全齿廓感应淬火钢和球墨铸铁结构钢 1) 灰铸铁，球墨铸铁（铁素体），渗氮钢，久寿命时的相对齿根表面状况系数 1F ， 2F ，均通过。 1) 1) 锥齿轮传动的设计计算第21页（共55页）齿轮齿面受力分析1. 圆周力 000 d ( 1,2)i 式中： 9500 /i n齿轮i（小齿轮 1i ，大齿轮 2i ）的转矩P 所传递的功率（Kw）齿轮）齿轮 9550 20 m d 2. 径向力 1 1363 519 765mr N 3. 轴向力 1 1363 519 394mx N 入轴的结构设计及校核1. 选择材料输入轴做成齿轮轴，则与小锥齿轮同材料，201100b ，850s ， 1 525 ， 1 300 。2. 初步确定轴端直径3 3 8720 55页）由于8d ，则取28d 。3. 轴的结构设计取轴颈处的直径为40标准轴承32008（297孔径相同；其余各直径均按5轴段配合及表面粗糙度：轴颈处为 99 m 。轴的结构草图见：a)4. 键联接的强度校核选用B/联轴器联接处键的尺寸 8 7 40b h l ，与止动垫圈联接处键的尺寸 6 6 20b h l 。因与联轴器联接处键的尺寸及轴径均较小且受载大，故只需校验此键。键联接传递转矩70 m键工作面的压强2000 2000 70 40 键联接强度通过。5. 计算支承反力弯矩及扭矩轴受力简图、b)、(c)、(e)(1) 支承反力 / 平 面 垂 直 面 合 成A 765 62156304 aR l 2363 62156939 aR l B ( )(304 765)1069x F ( )(939 2363)3302y F 2 22 21069 33023471B R 2 22 2304 939987A R 锥齿轮传动的设计计算第23页（共55页）(2) 弯矩 / 平 面 垂 直 面 合 成B 1000765 62100048 10002363 621000147 水平面、d)、(f)、(g)(3) 扭矩小锥齿轮传递的转矩 9550 70 m ，h)6. 轴的疲劳强度校核(1) 经分析可知，该轴只需校核截面左右两侧即可。抗弯截面系数8 3 3 8 5487W d 抗扭截面系数8 3 3 8 10974TW d 截面左侧的弯矩56 40 m 截面上的扭矩0 m截面上的弯曲应力 3140 10 截面上的扭转切应力 370 10 T 轴的材料为20碳淬火处理。 1100B ， 850S ，1 525 2， 1 300 2。圆角处的有效应力集中系数 及 按符表5查取。 1 ，40 38 21D ，经插值后可查得， ， 。由附图3查得尺寸系数和扭转尺寸系数 ， 。2 22 248 147155B M 55页）轴按车削加工，由表5查得表面质量系数为 ，轴经过渗碳处理， ，得综合系数： 1 1 1( 1) ( 1) 1 1 1( 1) ( 1) 40406556 a=6225 363939NA 304NA (a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)锥齿轮传动的设计计算第25页（共55页）的结构和载荷图钢的平均应力折算系数查表5： ， 。计算安全系数 ： 1 525 b 1 300 2 a 2 2 2 S S 故可知其安全。8. 绘制轴的工作图，见零件图 轴承的选择及校核计算在设计轴时，已初选圆锥滚子轴承30000型 33008，下面进行轴承的寿命计算。(1)65 ， 394 ， 394 轴承的当量动载荷应为：( ) 65 94) 1675P r aP f F N (2)滚动轴承的寿命计算预期寿命： 5 16 300 8 24 0hL h 106 6 3 6310 10 0( ) ( ) 060 60 720 1675h CL h ，寿命条件满足。55页）4. 三环传动机构的设计计算由于没有专门的三环减速器方面的设计资料，在三环减速器的结构设计时，通常参考少齿差行星齿轮减速器的结构设计步骤进行。由前面已知：传动比i=87，高速轴转速n速轴输出转矩T=心距a300轮材料的选择、类型、用直齿圆柱齿轮传动；齿轮的材料皆采用40齿板的加工精度6级，内齿圈的加工精度7级；知 87i 。2. 齿数与齿数差 内齿圈齿数与外齿轮齿数之差 b cz z z 称齿数差，一般取14z 。齿数差z 1 2 3 4传动比i 10536 5118 3312 b cz z z （47cb z z （4式（4（4得：8887三环传动机构的设计计算第27页（共55页）选 88 87c bz z ，级三环传动机构，以高速轴至低速轴的间距作为公称中心距。已知 300a 板在机构中互呈一定相位差角排布，具有60 /N ；对于三环传动 120 。环与二环传动内啮合的齿轮副主要采用渐开线齿型，也适用摆线等其他齿型。对于三环传动，通常取 20a 、 及 1a ；内齿圈齿宽12% 。根据结