铣床减速器三维设计行星减速器设计毕业设计说明书.doc

中北大学2013届毕业设计说明书毕业设计说明书某型号铣床减速器三维设计学生姓名： 学号： 学 院： 机械设计制造及其自动化专 业： 指导教师： 年 月第一章 前言1.1选题的依据、发展情况及其意义减速器是在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。20世纪7080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；行星齿轮减速器。减速器设计过程几乎涉及机械设计各个方面，如几何参数设计、结构设计、标准件选型、强度设计、动力学设计、润滑与密封设计等。如果采用传统的设计方法，则因计算过程相当繁琐，容易出错，而且设计周期长、浪费人力财力。而随着计算机技术、信息技术在机械制造中的广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式。利用计算机辅助手段进行设计，可提高设计质量，缩短设计周期。计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)是指工程技术人员以计算机为工具进行设计活动的全过程：包括资料检索、方案构思、分析计算、工程绘图和编制技术文件等，是随着计算机、外围设备及软件的发展而形成的一门综合性很高的新技术。经过多年发展，CAD技术的广泛应用己经引起了一场工程设计领域的技术革命，特别是近二十年来，由于计算机硬件性能的不断提高，CAD技术有了大规模的发展。目前CAD技术己经应用于许多领域，如机械、汽车、飞机、船舶、电子、建筑、化工、纺织及服装等。本设计是以数控龙门铣床伺服系统精密行星减速器为例，基于SolidWorks软件完成一台减速器的三维造型和装配，使设计结果的正确性最终得到最直接的体现。采用此方法实现一台减速器，可缩短设计周期，节约设计成本，提高设计正确性。通过完成本设计，可使我们掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施，了解现代CAD设计方法，为以后的学习和工作积累经验，锻炼解决问题的能力，所以本课题的研究具有重要意义。1.齿轮减速器的研究现状齿轮是使用量大面广的传动元件。目前世界上齿轮最大传递功率已达6500kW，最大线速度达210ms(在实验室中达300m/s)；齿轮最大重量达200t，最大直径达 (组合式)，最大模数m达50mm。我国自行设计的高速齿轮(增)减速器的功率已达44000kW，齿轮圆周速度达150ms以上。 由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。20世纪末的20多年，世界齿轮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、高可靠度。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。硬齿面技术到20世纪80年代时在国外日趋成熟。采用优质合金钢锻件渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于IS01328一1975的6级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的4倍，为软齿而齿轮的5一6倍。一个中等规格的硬齿面齿轮减速器的重量仅为软齿面齿轮减速器的1/3左右。功率分支技术主要指行星及大功率齿轮箱的功率双分及多分支装置，如中心传动的水泥磨主减速器，其核心技术是均载。模块化设计技术对通用和标准减速器旨在追求高性能和满足用户多样化大覆盖面需求的同时，尽可能减少零部件及毛坯的品种规格，以便于组织生产，使零部件生产形成批量，降低成本，取得规模效益。其他技术的发展还表现在理论研究(如强度计算、修形技术、现代设计方法的应用，新齿形、新结构的应用等)更完善、更接近实际；普遍采用各种优质合金钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构设计更合理；加工精度普遍提高到ISO的4一6级；轴承质量和寿命的提高；润滑油质量的提高；加工装备和检测手段的提高等方面。这些技术的应用和日趋成熟，使齿轮产品的性能价格比大大提.高，产品越来越完美。如非常粗略地估计一下，输出IOONm转矩的齿轮装置，如果在1950年时重10kg，到80年代就可做到仅约lkg。20世纪70年代至90年代初，我国的高速齿轮技术经历了测绘仿制、技术引进(技术攻关)到独立设计制造3个阶段。现在我国的设计制造能力基本上可满足国内生产需要，设计制造的最高参数:最大功率44MW,最高线速度168m/s，最高转速67000r/min。我国的低速重载齿轮技术，特别是硬齿面齿轮技术也经历了测绘仿制等阶段，从无到有逐步发展起来。除了摸索掌握制造技术外，在20世纪80年代末至90年代初推广硬齿面技术过程中，我们还作了解决“断轴”、“选用”等一系列有意义的工作。在20世纪70-80年代一直认为是国内重载齿轮两大难题的“水泥磨减速器”和“轧钢机械减速器”，可以说已完全解决。20世纪80年代至90年代初，我国相继制订了一批减速器标准，如ZBJ19004一88圆柱齿轮减速器、ZBJ19026一90运输机械用减速器和YB/T050一93冶金设备用YNK齿轮减速器等几个硬齿面减速器标准，我国有自己知识产权的标准，如YB/T079 - 95三环减速器。按这些标准生产的许多产品的主要技术指标均可达到或接近国外同类产品的水平，其中YNK减速器较完整地吸取了德国FLENDER公司同类产品的特点，并结合国情作了许多改进与创新。（1） 渐开线行星齿轮效率的研究行星齿轮传动的效率作为评价器传动性能优劣的重要指标之一，国内外有许多学者对此进行了系统的研究。现在，计算行星齿轮传动效率的方法很多，国内外学者提出了许多有关行星齿轮传动效率的计算方法，在设计计算中，较常用的计算方有3种：啮合功率法、力偏移法、和传动比法（克莱依涅斯法），其中以啮合功率法的用途最为广泛，此方法用来计算普通的2K2H和3K型行星齿轮的效率十分方便。（2） 渐开线行星齿轮均载分析的研究现状行星齿轮传动具有结构紧凑、质量小、体积小、承载能力大等优点。这些都是由于在其结构上采用了多个行星轮的传动方式，充分利用了同心轴齿轮之间的空间，使用了多个行星轮来分担载荷，形成功率流，并合理的采用了内啮合传动，从而使其具备了上述的许多优点。但是，这只是最理想的情况，而在实际应用中，由于加工误差和装配误差的存在，使得在传动过程中各个行星轮上的载荷分配不均匀，造成载荷有集中在一个行星轮上的现象，这样，行星齿轮的优越性就得不到发挥，甚至不如普通的外传动结构。所以，为了更好的发挥行星齿轮的优越性，均载的问题就成了一个十分重要的课题。在结构方面，起初人们只努力地提高齿轮的加工精度，从而使得行星齿轮的制造和装配变得比较困难。后来通过时间采取了对行星齿轮的基本构件径向不加限制的专门措施和其它可自动调位的方法，即采用各种机械式地均载机构，以达到各行星轮间的载荷分布均匀的目的。典型的几种均载机构有基本构件浮动的均载机构、杠杆联动均载机构和采用弹性件的均载机构。2.齿轮减速器的发展趋势随着我国市场经济的推进，“九五”期间，齿轮行业的专业化生产水平有了明显提高，如一汽、二汽等大型企业集团的齿轮变速箱厂、车轿厂，通过企业改组、改制，改为相对独立的专业厂，参与市场竞争；随着军工转民用，农机齿轮企业转加工非农用齿轮产品，调整了企业产品结构；私有企业的堀起，中外合资企业的涌现，齿轮行业的整体结构得到优化，行业实力增强，技术进步加快。近十几年来，计算机技术、信息技术、自动化技术在机械制造中的广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产、敏捷制造、智能制造等先进技术。形成了高精度、高效率的智能化齿轮生产线和计算机网络化管理。适应市场要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量竞争以及员工技术素质与创新精神，是2l世纪企业竞争的焦点。在2l世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度、加工效率太为提高，从而推动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化、标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致、美观。CNC机床和工艺技术的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动，齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。工业通用变速箱是指为各行业成套装备及生产线配套的大功率和中小功率变速箱。国内的变速箱将继续淘汰软齿面，向硬齿面(5060HRC)、高精度(45级)、高可靠度软启动、运行监控、运行状态记录、低噪声、高的功率与体积比和高的功率与重量比的方向发展。中小功率变速箱为适应机电一体化成套装备自动控制、自动调速、多种控制与通讯功能的接口需要，产品的结构与外型在相应改变。矢量变频代替直流伺服驱动，已成为近年中小功率变速箱产品(如摆轮针轮传动、谐波齿轮传动等)追求的目标。 随着我国航天、航空、机械、电子、能源及核工业等方面的快速发展和工业机器人等在各工业部门的应用，我国在谐波传动技术应用方面已取得显著成绩。同时，随着国家高新技术及信息产业的发展，对谐波传动技术产品的需求将会更加突出。总之，当今世界各国减速器及齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。1.2课题分析及设计内容本设计基于Solidworks便于交互及强大的二维、三维绘图功能。先确定总体思路、设计总体布局，然后设置零部件，最后完成一个完整的设计。利用Solidworks软件实现零部件的虚拟装配、运动学仿真等功能。 行星齿轮减速器的体积、重量及其承载能力主要取决于传动参数的选择，设计问题一般是在给定传动比和输入转矩的情况下，确定各轮的齿数，模数和齿宽等参数。其中优化设计采用Solidworks自带的模块，模拟真实环境中减速器的装配情况和运动情况。 减速器作为独立的驱动元部件，由于应用范围极广，其产品必须按系列化进行设计，以便于制造和满足不同行业的选用要求。针对其输人功率和传动比的不同组合，可获得相应的减速器系列。在以往的人工设计过程中，在图纸上尽管能实现同一机座不同规格的部分系列表示，但其图形受到极大限制。采用Solidworks工具来实现这一过程，不仅能完善上述工作，方便设计操作，而且使系列产品的技术数据库，图形库的建立、查询成为可能，使设计速度加快。1.3 主要的工作内容1.设计计算部分：分析行星齿轮机构传动方案；并通过计算分析，确定行星轮系齿轮的齿数、模数和轴、行星架的各项参数，校核齿轮的接触和弯曲强度。2.三维建模及运动仿真部分：本论文利用三维软件Solidworks对行星齿轮轮减速器进行三维建模，完成整机的虚拟装配；并利用运动算例对减速器进行结构展示与运动仿真。3.概念产品展示部分：通过软件自带的PhotoView360对模型进行渲染，形成真实质感和视觉效果的概念产品展示。 第二章 NGW型行星齿轮减速器方案确定2.1 齿轮传动2.1.1 齿轮传动的特点齿轮传动与其它传动比较，具有瞬时传动比恒定、工作可靠、寿命长、效率高、可实现平行轴任意两相交轴和交错轴之间的传动，适应的圆周速度和传动功率范围大，但齿轮传动的制造成本高，低精度齿轮传动时噪声和振动较大，不适宜于两轴间距离较大的传动。齿轮传动是以主动轮的轮齿依次推动从动轮来进行工作的，是是现代机械中应用十分广泛的一种传动形式。齿轮传动可按一对齿轮轴线的相对位置来划分，也可以按工作条件的不同来划分。随着行星传动技术的迅速发展，目前，高速渐开线行星齿轮传动装置所传递的功率已达到20000kW,输出转矩已达到4500kN。据有关资料介绍，人们认为目前行星齿轮传动技术的发展方向如下。（1） 标准化、多品种 目前世界上已有50多个渐开线行星齿轮传动系列设计；而且还演化出多种型式的行星减速器、差速器和行星变速器等多品种的产品。（2） 硬齿面、高精度 行星传动机构中的齿轮广泛采用渗碳和氮化等化学热处理。齿轮制造精度一般均在6级以上。显然，采用硬齿面、高精度有利于进一步提高承载能力，使齿轮尺寸变得更小。（3） 高转速、大功率 行星齿轮传动机构在高速传动中，如在高速汽轮中已获得日益广泛的应用，其传动功率也越来越大。（4） 大规格、大转矩 在中低速、重载传动中，传递大转矩的大规格的行星齿轮传动已有了较大的发展。2.1.2 轮系的类型轮系可由各种类型的齿轮副组成。由锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆涡轮组成的轮系，称为空间轮系；而由圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。根据齿轮系运转时各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，轮系可分为以下几类。（1）定轴轮系当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何位置都是固定不变的，则称为普通齿轮传动（或称定轴轮系）。在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均相互平行，则称为平行轴齿轮传动；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副或一个相错轴齿轮副，则称为不平行轴齿轮传动（空间齿轮传动）。（2）周转轮系当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定，而绕着其他齿轮的几何轴线旋转，即在该齿轮系中，至少具有一个作行星运动的齿轮，则称该齿轮传动为行星齿轮传动，即周转轮系。（3）复合轮系在工程实际中，除了采用单一的定轴轮系和单一的周转轮系外，还经常采用既含定轴轮系部分又含周转轮系部分、或者几部分周转轮系所组成的复杂轮系，通常称这种轮系为复合轮系或混合轮系。2.2行星机构的类型选择2.2.1 行星机构的类型及特点行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。行星齿轮传动的主要特点如下：（1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的（即在承受相同的载荷条件下）。（2）传动效率高。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.970.99。（3）传动比较大。可以实现运动的合成与分解。只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。最常见的行星齿轮传动机构是NGW型行星传动机构。行星齿轮传动的型式可按两种方式划分：按齿轮啮合方式不同分有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等类型。按基本结构的组成情况不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等类型。行星齿轮传动最显著的特点是：在传递动力时它可进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输入轴与输出轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统的中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要变速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用，表2-1列出了常用行星齿轮传动的型式及特点：表2-1行星齿轮传动的类型与传动特点传 动 类 型机构简图传 动 特 性应用特点类组性传动比范围传动比推荐值传递功率KW2Z-X负号机构NGW1.13 13.7= 2.7 9不限广泛地用于动力及辅助传动中，工作制度不限，可作为减速、增速和差速装置轴向尺寸小，便于串联多级传动，工艺性好NW150= 525不限7时，径向尺寸比NGW型小，可推荐采用 工作制度不限NN1700一个行星轮时=30100三个行星轮时3040可用于短时、间断性工作制动力传动转臂X为从动时，当， 大于某值后，机构自锁3Z负号机 构NGWN500=20100100结构很紧凑，适用于中小、功率的短时工作制传动工艺性差 当a轮从动时，达到某值后机构会自锁，即02.2.2 确定行星齿轮传动类型根据设计要求和表1-1中传动类型的工作特点可知，NGW型效率高，体积小，机构简单，制造方便。适用于任何工况下的大小功率的传动，且广泛地应用于动力及辅助传动中，工作制度不限。本设计选用NGW型行星传动较合理，其传动简图如图1-1所示。图2-1减速器设计方案（单级NGW型行星齿轮传动）2.3原始数据铣床减速器具有成熟的制造技术，国内外许多厂商都有进行专门生产，并且形成了固定的型号规格，不同型号的减速器规定了不同的技术参数，下面是台湾利茗机械股份有限公司SERVOBOX系列精密行星减速器技术参数表，在本设计中作为参考。表2-2 行星齿轮减速器外形参数表2-3 行星齿轮减速器规格参数选择规格为#142总传动比：5额定输出扭矩：618Nm最大输出扭矩：1854Nm额定输入转速：3000rpm最大输入转速：6000rpm行星轮个数：3第三章 行星齿轮减速器结构设计3.1 行星齿轮传动比和效率计算 行星齿轮传动比符号及角标含义为： ，其中1固定件、2主动件、3从动件。3.1.1 行星齿轮传动比由本设计中给的原始数据可得： =5.0输出转速： =600r/min3.1.2 行星齿轮转动的效率计算：行星齿轮传动的效率计算公式为： =1- 由 : =1 得 : -1=-5 其中 : 式中 为ag啮合的损失系数,为bg啮合的损失系数，为轴承的损失系数，为总的损失系数，一般取=0.025。按=3000r/min，=600r/min，-1=-5可得：=1-=1-=1-0.02=98%3.2 行星齿轮传动的配齿计算行星齿轮传动各齿轮齿轮数的确定，除了遵循圆柱齿轮传动齿数选择的原则外，还必须满足传动比条件、同心条件、装配条件和邻接条件。3.2.1 传动比条件配齿计算必须保证满足给定传动比，本设计的行星齿轮为内齿圈b固定的NGW型行星齿轮传动，且主动轮为中心轮a，从动轮为行星架H，所以其必须满足以下计算： =1+ 式中 为中心轮a的齿数； 为内齿轮b的齿数3.2.2 同心条件同心条件即行星架的回转轴线应该与中心轮的几何轴线相重合，本设计中的NGW型齿轮传动，中心轮a与行星轮g的中心距应该等于行星轮g与内齿圈b的中心距,即=。 由此原理可以导出m(+)=m(-)，即+=-3.2.3 装配条件设计行星齿轮时，其行星轮的数目和各轮的齿数必须正确选择否则便装配不起来。因为当第一个行星轮装好后，中心轮a和内齿圈b的相对位置便确定了；又因为均匀分布的各行星轮的中心位置也是确定的，所以一般情况下其余行星轮的齿便有可能不能同时插入内、外两个中心轮的齿槽中，亦即可能无法装配起来。为了能装配起来，设计时应使行星轮数和各轮齿数之间满足一定的装配条件。本设计中的NGW型传动，为了简化计算和装配，应使太阳轮与内齿轮的齿数和等于行星轮数的整数倍，即： =整数或=整数3.2.4 邻接条件为了保证行星轮系能够运动，其相邻两行星轮的齿顶圆不得相交，两相邻行星齿轮齿顶圆半径之和小于其中心距，这个条件称为邻接条件。这时相邻的两行星轮的中心距应大于行星轮的齿顶圆直径。 图3-1 邻接条件即 2（）或（）2asin 式中：（）、（）行星轮c的齿顶圆半径和直径； 行星轮个数； aa、g齿轮啮合副的中心距； 相邻两个行星齿轮中心之间的距离。间隙=（）的最小允许值取决于行星齿轮减速器的冷却条件和啮合传动时润滑油的搅动损失。实际使用时，一般取间隙值0.5m，m为齿轮的模数。3.2.5 配齿计算 由本设计规定的原始数据根据装配条件：=整数由此可知，取3的倍数即可使上式成立，故可以取=24根据传动比公式：=1=1+可得： =（-1）=（5.0-1）24=96.根据同心条件，若不变位，则由+=-得=（88-22）/2=36对于邻接条件： （）38m,所以该设计配齿计算满足邻接条件，即 =24，=36，=963.3 行星齿轮传动的几何尺寸与啮合参数计算 本设计中行星齿轮传动选用的是直齿圆柱齿轮传动。3.3.1 齿轮传动的主要参数基本轮廓，基本轮廓的基本参数：齿形角，齿顶高，工作齿高，顶隙c=0.25m,齿根圆角半径=0.38m模数，m中心距a，中心轮与行星轮间的中心距，行星轮与内齿轮间的中心距传动比i,=5.0齿数比u, 中心轮与行星轮间的齿数比 =1.5行星轮与内齿轮间的齿数比=2.67变位系数x,不进行变位，所以取x=03.3.2 精度等级选择由于铣床减速器要求转速高，运动平稳，噪音小，故选择齿轮精度等级为精密级5级，选择中心轮材料为SNCM220（渗碳），SNCM220轴承钢是一种常用的合金渗碳钢，渗碳处理后表面有相当高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度，同时心部还保留良好的韧性，能承受高的冲击负荷。SNCM220主要用作汽车轴承等耐冲击、耐磨损零件的材料。行星轮材料同为SNCM220（渗碳）。内齿轮材料为SCM435（调质）,SCM435有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达 500。3.3.3 按齿面接触疲劳强度计算 首先对于中心轮与行星轮之间的齿轮传动进行计算， 由齿面接触疲劳强度的设计计算公式进行运算，即： 3.3.3.1 初步计算1) 初取载荷系数K=1.82) 由参考文献（2）中表10-6可查得材料的弹性影响系数：=189.8；中心轮传递的转矩为最大输出转矩=1854N.mm3) 齿宽系数， 中心轮相对于轴承的位置为悬臂布置，由参考文献（2）中表10-7查得=0.6 4)应力循环次数Nl： =601300030000=5.4=5.41.5=3.65)接触疲劳强度极限为 ，由参考文献（2）中图10-21d按齿面硬度查得 中心轮的接触疲劳强度:600MPa 行星轮的接触疲劳强度:600MPa6)初步计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数s=1，由文献2中式（10-12）得 中心轮的许用接触应力:=0.9600=540MPa行星轮的许用接触应力:=0.9500=540MPa7)中心轮与行星轮是外齿轮啮合，所以其齿数比是 :u=1.5则初步计算中心轮分度圆直径:mm =25.24mm 初步 取:=30mm 初步计算齿宽 :=0.630=18mm 实际齿宽=b+（5-10mm）=18+10=28mm 初步圆周速度v: =4.71m/s3.3.3.2 校核计算 由之前的计算得齿数 :=24，=36，=96 则可以计算得:=4.71m/s1）由文献2表10-2查得使用系数:=12）由图10-8查得动载系数:=0.853）由表10-3查得齿间载荷分配系数=1.04）由表10-4查得5级精度，小齿轮相对支承非对称悬臂布置时，齿向载荷分布系数:将数据代入后得:= =1.8075）载荷系数K:= =10.851.01.807=1.536按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 mm=3028.46mm则模数为 :m=1.25 3.3.4 按齿根弯曲强度计算由文献2中式（10-5）进行运算，即:1）由图10-20c查得大小齿轮弯曲疲劳强度极限均为2）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4）计算载荷系数K由表10-3查得齿间载荷分配系数=1.0齿向载荷分布系数： 由参考文献（1）中表5-7进行计算:齿顶高=m=1.25mm齿根高=(+)m=1.56mm齿全高h=+=1.25+1.56=2.81mm=28/2.81=9.96 结合已经算出的=1.807可推出：=1.46载荷系数K：=10.851.01.46 =1.245)齿形系数 由参考文献中表10-5可取 ：=2.65=2.45 6)应力修正系数：=1.58=1.657)弯曲疲劳极限 由参考文献中图10-21d可取：=600MPa=600MPa则可以带入设计公式检验m取值是否合格： 对于中心轮 =0.0052 对于行星轮 =0.0050 按两者较大的值进行计算，即按行星轮进行计算模数： = =0.41 所以之前所算得的模数m=1.25mm合格3.3.3.3 确定齿轮主要尺寸齿顶高系数=1顶隙系数=0.25分度圆压力角= 分度圆直径d：=1.2524=30mm=1.2536=45mm=1.2596=120mm 中心距a：=43.75mm=37.5mm齿顶高：=m=1.25mm齿根高：=(+)m=1.56mm齿全高：=+=2.81mm齿顶圆直径：=+2=32.5mm=+2=47.5mm=2=117.5mm齿根圆直径：=-2=27.5mm=-2=42.5mm=+2=122.5mm齿距p ：p=m=3.925mm齿厚s：s=m/2=1.9625mm齿槽宽e：e=m/2=1.9625mm齿宽b 之前算得b=28mm 取：=28mm=28mm =28mm顶隙c：C=m=0.3125mm表3-1 齿轮基本几何尺寸 单位：mm齿轮分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽太阳轮3032.527.528行星轮4547.542.528内齿轮120117.5122.5283.4输出轴与行星架一体式设计行星架是行星齿轮传动装置中的主要构件之一，行星轮轴或轴承就装在行星架上。当行星架作为基本构件时，它是机构中承受外力矩最大的零件。行星架的结构设计和制造对各行星轮间的载荷分配以至传动装置的承载能力、噪声和振动等有很大影响。行星架的合理结构应该是重量轻、刚性好、便于加工和装配。其常见结构形式有双壁整体式、双壁分开式和单臂式三种。图3-4-1 双壁整体式行星架a) 轴与行星架一体 b)轴与行星架为法兰式链接双壁整体式行星架结构刚性较好，行星轮的轴承一般安装在行星轮内。图3-4-2双壁分开式行星架双壁分开式行星架结构较复杂，刚性较差，主要用于传动比较小的情况。当传动比较小时，行星轮轴承安装在行星架上，装配较方便。图3-4-3 单臂式行星架单壁式行星架结构简单，可容纳较多的行星轮，装配方便，轴向尺寸小，但行星轮属悬臂布置，受力不好，刚性差。本设计要求结构紧凑，刚性好，故采用双壁整体式行星架结构，设计结果为： 图3-4-4 行星架结构图3.5输入轴设计 3.5.1材料选择和许用应力轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制作轴尤为广泛，其中最常用的的是45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。由文献2表15-1 轴的常用材料及其主要力学性能，故选用20Cr(渗碳)，强度极限=800MPa 许用弯曲应力=60MPa。已知输入轴的转矩=618Nm，转速n=3000r/min中心轮的直径=32.5mm3.5.2按扭转强度条件计算轴径由参考文献中式（15-2）：=23.3mm对于空心轴，由式（15-3）： =27.8mm式中，即空心轴的内径与外径d之比。为了便于轴上零件的拆装、定位、位置调整等强度设计，输入轴输出轴都设计成阶梯轴所以估算轴径,确定各个轴段的直径，设计结果如图所示：图3-5-1 输入轴3.6总体装配图 图3-6-1 装配图第四章 Solidworks的三维建模与运动仿真4.1 SolidWorks简介美国SolidWorks公司成立于1993年，是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统，公司主导产品是世界领先水平的SolidWorks软件。SolidWorks软件可以快捷地建立各种结构的模型，提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量，是目前应用较为广泛的三维设计软件。它采用参数化特征建模技术，具有极强的设计灵活性。其设计过程的全相关性，使设计者可以在设计过程的任何阶段进行修改设计，同时连动改变相关零部件的参数。功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点。功能描述1、Top Down(自顶向下)的设计自顶向下的设计是指在装配环境下进行相关设计子部件的能力，不仅做到尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动完全相关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。用户可以在装配布局图做好的情况下，进行设计其它零部件，并保证布局图、零部件之间全自动完全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模型、尺寸等自动更新，不需要人工参与。2、Down Top (自下向上)的设计自下向上的设计是指在用户先设计好产品的各个零部件后，运用装配关系把各个零部件组合成产品的设计能力，在装配关系定制好之后，不仅做到尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动完全相关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。用户可以在产品的装配图做好后，可以设计其它零部件、添加装配关系，并保证零部件之间全自动完全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模型、尺寸等自动更新，不需要人工参与。3、配置管理在SolidWorks 中，用户可利用配置功能在单一的零件和装配体文档内创建零件或装配体的多个变种(即系列零件和装配体族)，而其多个个体又可以同时显示在同一总装配体中。其它同类软件无法在同一装配体中同时显示一个零件的多个个体，其它同类软件也无法创建装配体族。4.2行星齿轮减速器的三维建模SolidWorks三维建模主要包括零件和装配体的建模，零件的建模先要通过直线、圆弧、多边形等基本几何元素按尺寸要求画好草图，再通过拉伸、旋转、扫描等特征组合建立零件三维模型。装配体的建模主要是将零件按固定、重合、平行、同心等约束方式配合起来，最后形成总体的装配效果。行星齿轮减速器的三维建模主要对行星架、齿轮、输入轴、滚动轴承、密封件、箱体的建模，对于齿轮、滚动轴承、螺栓等系列标准件，则可以通过软件自带的Toolbox插件来通过参数驱动自动生成，提高了设计的效率。 4.2.1轴的建模：轴类零件的建模可以通过定义草图零件的轮廓，再旋转得到，也可以通过定义不同轴段的直径和长度，再拉伸得到。在此基础上，再利用拉伸切除得到键槽、孔等特征。图4-2-1 输出轴图4-2-2 输入轴4.2.2齿轮的建模SolidWorks的设计库为用户提供了存储、查询、调用常用设计数据和资源的空间。正确使用该功能可以提高检索效率，减少重复劳动，提高设计效率。在插件 Toolbox 齿轮的数据库中选择正齿轮，按要求定义齿轮齿数、面宽、毂样式、毂直径、键槽、总长度、标称轴直径等参数，生成的模型即为用户所需的模型，非常方便、快捷、高效。 图4-2-3 利用设计库导出行星齿轮 图4-2-4 内齿圈4.2.3其它零件的建模插件 Toolbox 中也提供了键、滚动轴承、螺栓，只要选择合适的类型直接导出即可。 箱体类零件建模过程较容易，主要用到拉伸和切除特征，这里不再详细描述，值得注意的是螺纹孔的建模可以通过插入异型孔向导特征来完成。图4-2-5 前箱体 图4-2-6 后箱体4.3行星齿轮减速器的装配4.31装配过程1.单击主工具栏的“新建”按钮，选择新建类型“装配体”选项，进入装配设计环境。 图4-3-12.在开始装配体对话框中选择“浏览”，打开“内齿圈”文件，模型被添加到主窗口中，一般默认插入的第一个零件为固定，这时就可以添加其他零件进行装配了。3.选择“配合”按钮，选择要配合的对象，添加“重合”、”平行”、“垂直”等配合就可以了，对于齿轮间的配合，