毕业设计（论文）-一级圆柱齿轮行星减速器设计和应力分析研究（全套SW三维）.pdf

毕业设计（论毕业设计（论 文）说明书文）说明书 论文题目 一级圆柱齿轮行星减速器设计及应力分析研究 - I - 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第一章 绪论 . 1 1.1 课题背景及研究意义 . 1 1.2 SolidWorks 行星齿轮的选题分析及设计内容 . 4 1.3 论文主要研究内容 . 5 第二章 行星轮减速器方案确定 . 6 2.1 混合轮系的确定 . 6 2.2 NGW 型行星轮减速器方案确定 . 6 2.3 周转轮系部分的选择 . 6 2.4 小结 . 7 第三章 NGW 型行星减速器结构设计 . 8 3.1 基本参数要求与选择 . 8 3.2 方案设计 . 8 3.3 齿轮的计算与校核 . 9 3.4 轴上部件的设计计算与校核 . 15 3.5 小结 . 18 第四章 SolidWorks 的建模与运动仿真 . 19 4.1 SolidWorks 简介 . 19 4.2 行星轮减速器的 SolidWorks 建模 . 21 4.3 行星轮减速器的装配 . 22 4.4 减速器的传动运动仿真与分析 . 24 4.5 小结 . 31 第五章 总结与展望 . 32 5.1 总结 . 32 5.2 展望 . 32 参考文献 . 33 - I - 摘 要 行星齿轮减速器作为重要的传动装置，在机械、建筑领域应用非常广泛。它具有体积小、重量轻、 结构紧凑、传动比大、效率高、运动平稳等特点。 目前，减速器作为机械传动装置应用日益广泛，但其复杂的结构给设计工作带来了重复性和繁琐 性。正基于此，本论文开发了基于 SolidWorks 的渐开线行星齿轮减速器三维参数化 CAD 系统，通过该 系统，用户可以在可视化平台上实现交互式设计，大大提高其设计效率和设计质量，缩短产品的开发周 期，也方便了产品后续的运动仿真和有限元分析等，符合现代设计思想的发展要求。 SolidWorks 系统是 3D CAD/CAM 实体设计系统,SolidWorks 最显著的优点是造型功能强,目前在工业 设计中已经获得广泛的应用，越来越多的设计人员用 SolidWorks 进行三维设计。 本文主要基于SolidWorks设计行星减速器,行星减速器的设计过程主要包括行星传动设计，均载机构 的设计计算、轴和轴承的选择计算与校核，SolidWorks 建模等过程。本设计基于这些特点对行星齿轮进 行结构设计，并对其进行 SolidWorks 三维建模与运动仿真。首先通过比较各种类型的行星齿轮的特点， 确定其方案；其次根据相应的输入功率、输出速度、传动比进行传动设计与整体的结构设计；最后完成 其 SolidWorks 的三维建模，并对模型进行整体装配，并完成传动部分的运动仿真，并对其应力进行分 析。 关键词：行星齿轮减速器、运动仿真、装配、三维建模 全套三维加 153893706 - II - Abstract As an important transmission device, planetary gear reducer is widely used in the field of machinery and construction. It has the characteristics of small size, light weight, compact structure, large transmission ratio, high efficiency, stable movement and so on. At present, the reducer is widely used as a mechanical transmission device, but its complex structure has brought the repeatability and complexity to the design work. Zhengji to this, this thesis developed SolidWorks involute planet gear deceleration of 3D parametric CAD system based on, through the system, users can realize interactive design in the visualization platform, greatly improve the design quality and efficiency, shorten the product development cycle, also facilitate the subsequent product motion simulation and finite element analysis, in line with the requirements of the development of modern design thought. SolidWorks system is a 3D entity of CAD / CAM system design, the most significant advantage of SolidWorks is strong modeling function, at present in the industrial design has been widely used, more and more designers use SolidWorks to 3D design. This paper mainly based on SolidWorks design of a planetary reducer, planetary gear design process mainly includes the design of planetary transmission, load balance mechanism design calculation, shaft and bearing selection and calculation and checking, SolidWorks modeling process. This design based on the characteristics of the structure of the planetary gear design, and its SolidWorks three- dimensional modeling and motion simulation. First by comparing the characteristics of various types of planetary gear, to determine the scheme; secondly according to the corresponding input power, output speed, drive drive design and the whole structure design; finally completed the SolidWorks 3D modeling and the model were the whole assembly, and complete the movement simulation of the transmission part and the stress analysis. Keywords：Planetary Gear Reducer、Dynamic Simulation、3D- modeling 、Assemble - 1 - 第一章 绪论 1.1 课题背景及研究意义 传动装置是机器的重要组成部分，机器工作性能的好坏很大程度上取决于传动装置的优劣。因此， 不断提高传动装置的设计和制造水平具有极其重要的意义。齿轮传动是最常采用的一种传动形式，其主 要特点有： (1)效率高：在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； (2)结构紧凑：在同样的使用条件下，齿轮传动所占用的空间一般较小； (3)工作寿命长：设计合理、维护良好的齿轮传动，其使用寿命可长达二十年； (4)传动比稳定：常用的渐开线圆柱齿轮满足定比传动条件，且具有可分性。 由于具备了上述特点，因此齿轮传动被广泛应用。在齿轮传动中，当一系列互相啮合的齿轮把原动 机的转速和扭矩传递给执行机构时，这种齿轮传动系统就称为轮系。当轮系中至少有一个齿轮轴线绕其 它定轴齿轮的轴线回转，且机构的自由度为 1，则轮系为行星轮系，即行星齿轮传动。 1.1.1 行星减速器的主要特点 (1)体积小、重量轻：在承受相同载荷条件下，行星齿轮传动的外廓尺寸和重量通常仅为定轴齿轮传 动的 1/21/6； (2)传动效率高：行星齿轮传动的效率可高达 99.4%； (3)工作可靠：行星齿轮传动平稳，抗冲击和振动能力强。 1.1.2 行星减速器的应用 行星传动机构因具有重量轻、传递效率高等优点而得到广泛的应用，研究行星轮系的动态啮合应力 具有重要的价值。在行星传动齿轮系统的设计过程中，行星轮系的结构 比较庞大,传统的基于有限元齿 轮强度设计方法只是针对齿轮的一个啮合位置进行计算分析口，得到的结果只是齿根和齿轮轴上的应 力，无法得到准确的轮齿上的当量应力和接触应力，同时对这种多齿轮系统在整个啮合过程中的应力变 化情况缺乏系统地模拟。通过建立行星轮系的整体有限元模型，利用动态接触分析的方法，不仅能够观 察到整个啮合过程中行星齿轮和主动齿轮的当量应力和接触应力的变化情况，进而确定工作过程 中的 危险点，还能够对危险点的应力随时间的变化情况进行分析，为疲劳分析提供一个输入依据。随着计算 机技术的发展，目前已广泛采用有限元法对齿轮传动强度进行分析 计算，因为有限元法能很好地处理 齿轮受载后啮合接触面力学和边界条件，从而可对齿轮传动系统作更为准确的应力变肜分析。齿轮系统 是历史最悠久的机械传动形式之一，也是各种机器和机械装备中应用最广的动力和运动传递装置。齿轮 系统力学特征和工作性能对整个机器有重要影响，近些年来，齿轮系统力学特征的研究主要集中在两个 方面，一是传动过程中，齿轮副的动力学研究;二是齿轮啮合时，齿面接触应力和应变方面的研究。齿轮 系统工作时通过一对齿轮副的连续相互作用来传递动力和运动，由于齿轮力学特性研究的复杂性与计算 条件的限制，针对一对齿轮副力学特性的研究，仍是研究齿 轮动系统的重点。随着机械工业的飞速发 展，齿轮传动装置因其具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长工作安全可靠等特 点，己被广泛应用于机械、 电子、纺织、冶金、采矿、航空、航天、船舶、汽车等领域，是机械中最 常用的传动形 式之一。为了使行星轮间载荷分布均匀，有多种多样的均载方法。对于主要靠机械的方 法来 实现均载的系统，其系统类型可分为静定系统和静不定系统。静定系统的均载原理是通过系统中 附加的自由度来实现均载的。采用基本构件自动调位的均载机构是属于静定系 统。当行星轮间的载荷 不均衡时，构件按照所受到的作用力的不同情况，可在其自由度 的范围内相应地进行自动调位，从而 使行星轮间载荷分布均匀。较常见的静不定系统有 完全刚性构件的均载系统和采用弹性件的均载系 统。采用弹性件的均载系统是采用具有 弹性的齿轮和弹性支承，在不均衡载荷的作用下，使弹性件产 2 生相应的弹性变形，以实现均载的机械系统。目前国内外较常采用的均载机构有:太阳轮浮动，行星架浮 动，内齿圈浮动，太阳轮与行星架同时浮动，太阳轮与内齿圈同时浮动，无多余约束的浮动，行星轮油 膜动，杠杆联动浮动，柔性均载浮动等。各种均载机构，对于不同的应用场合，都有其突出的优点。如 太阳轮浮动的结构中，由扭转变形而引起的载荷沿轮齿的分布不均匀性大大减小;行星架浮动不需支承， 可简化结构，尤其有利于多级行星传动。由于行星架自重大、速度高会产生较大离心力，影响浮动效 果，常用于中小规格的中低 速型传动中;内齿圈浮动的主要优点是可使结构的轴向尺寸较小，或使两个 基本构件(如 太阳轮和内齿圈)同时浮动时，增强均载效果。仅内齿圈浮动使行星轮间均载的效果不 如 太阳轮浮动好，并且浮动内齿圈所需的均载装置的尺寸和重量较大，加工也不方便; 多个构件的组合浮 动结构，其浮动效果比各自单独浮动效果好，常用于多级行星传动中。此外，柔性均载浮动机构通过弹 性元件的弹性变形补偿制造、安装误差，使各行星轮均 匀分担载荷。各弹性件变形程度不同，从而影 响载荷分配均匀性。行星轮间载荷不均衡 系数与弹性元件的刚度、制造误差成正比.行星齿轮传动中的 齿轮均载与误差的柔性均 找浮动的形式行齿轮本身的弹性变形、弹性销法、弹性件支承行星轮及柔性 轴支承行星 轮。 目前，强大的三维实体造型软件为支撑软件结合国内先进的分方法，对行星轮系进行 设计和应力分析的研究是十分有意义的。 本文基于 SolidWorks 建立了圆柱齿轮行星减速器传动系统, 并进行工况下的应力分析，取得了较好 的效果。 1.1.3 SolidWorks 的指导意义 在 SolidWorks 环境下，对圆柱直齿轮建立了精确的参数化模型。通过定义各种约束，在装配模块中 确定了齿轮副的相对位置与啮合关系。并使用机构运动分析模块，通过定义机构的连接与伺服电机，实 现了齿轮副的运动过程仿真。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变 参数参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用 CAD 系统开发方面都具有较大的应用价值。虚拟装配是在虚拟环境中，利用虚拟现实技术将设计的产品三维 模型进行预装配虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的依赖，可以有效地提高产 品装配建模的质量与速度。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析，能够及时地发现设计 中的缺陷，并根据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配，运动仿真贯穿于整个计算机辅助设 计全过程，可显著地缩短研发周期，降低设计成本，提高工作效率。本次建模与运动仿真分析实现了圆 柱直齿轮副的电子样机设计，对现实齿轮制造过程有一定的指导意义。 1.1.4 国外研究状况和应用前景 国内外许多学者对行星传动系统的动力学特性开展了大量的研究工作。其内容包括自由振动(固有频 率的变化规律及其敏感度分析)、受迫振动 响应(轮齿动载荷及均载特性)、振动抑制(相位调谐及附加阻 尼)以及与之相关的实验研 究等诸多方面。以下将从理论研究与实验研究两个方面分别予以阐述。行星 齿轮传动结构上采用多个行星齿轮来分担载荷，形成功率分汇流，并合理使用 内啮合齿轮传动实现无 径向载荷的转矩传递，具有体积小、重量轻、承载能力强等优点 因此，行星齿轮传动广泛应用于中、 大型风电增速箱中。但由于不可避免的制造误差、安装误差、构件的弹性变形及温度等因素的影响，行 星轮间载荷分布均匀的理想受力状态实际上很难达到，则上述优点难以实现。因此，多采用均载装置来 实现或者改善系统的不均载情况，所谓行星轮间载荷分布均匀(或称载荷均衡)，就是指各行星轮的啮合 作 用力大小相等。用各行星轮上的最大载荷与名义载荷之比值来表示载荷分配的均衡程 度，称为行星 齿轮传动的均载系数(也称行星轮间载荷分配不均衡系数。不论是何种均 载方法，都涉及到如何确定结 构尺寸和误差等参数以满足载荷不均匀性的要求。开展均 载设计方法的理论和实验研究，其研究成果 能为风力发电机增速器的设计提供理论基 础。 此外，随着现代科学技术的迅猛发展和广泛应用，以 CAD/CAE/CAM 技术为核 心基础的先进制造技术己成为当前制造业发展的重要技术保证。现在激烈的 市场竞争要 求产品设计制造更新快、性能价格比高，促使许多国家和企业都把发展 CAD/CAE/ CAM技 术作为制造业的发展战略。包括产品性能设计分析和结构优化的 CAE 技术的应 用目前还处于起步阶 3 段。依靠经验设计和样品试验的设计方法，产品开发周期长、成本 高，限制了企业 CAD 应用的效果。 因此在成功应用 CAD 后，利用 CAE 技术进行产品 的动静态性能的分析验证、调整和优化产品结构， 已成为企业的当务之急。这样才能进一步缩短产品的设计周期，降低制造成本，提高产品质量和可靠 性，更好地适应市场的变化，增强企业的竞争力。 20 世纪 70 年代末以来，世界减速器技术有了很大发展。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 化设汁技术。 到 20 世纪 80 年代，国外硬齿面技术已日趋成熟。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 ISO 1328 一 1975 的 6 级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的 34 倍，为软齿面齿轮 的45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，且噪声低，效率高，可 靠性高。 功率分支技术主要用于行星齿轮减速器/行星减速机及大功率双分支以及多分支装置，如中心传动的 水泥磨主行星减速器。其核心技术是均载。 对通用减速器而言，除普遍采用硬齿面技术外，模块化设计技术已成为其发展的一个主要方向。它 旨在追求高性能的同时，尽可能减少零部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，利用基本零件，增加产品的形式和花样，尽可能多地开发实用的变型设 计或派生系列产品，如由一个通用系列派生出多个专用系列;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 等不同形式，扩大了使用范围。 促使减速器水平提高的主要因素还有: 1)理论知识更完善，更接近实际(如齿轮强度计算方法、变形计算、修形技术、优化设计方法、齿根 圆滑过渡，新齿形，新结构等)。 2)齿轮和轴材料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提高。 3)结构设计更合理。 4)齿轮加工精度提高到 ISO 1328 一 1975 的 46 级。 5)箱体的刚度和加工精度提高。 6)轴承质量和寿命提高。 7)采用含添加剂的工业齿轮油，润滑油质量挺高。 进入 20 世纪 90 年代中后期，国外又陆续推出了更新换代的减速器，不但更突出了模块化设计的特 点，而且在承载能力、总体水平、外观质量方面又有明显提高。面对这方面差距，对策应该是： 1.有条件的企业应该瞄准国际最先进的水平，尽快研究开发面向 21 世纪的新产品。要研究出更好的 模块化设计方法，以期形成较大的批量，求得规模效益。现在国内有的企业已经先走了一步，开发出这 类产品。 2.研究、开发、推广成本较低而承载能力又能接近硬齿面的中硬齿面滚齿的新齿形和新结构。国内 多年来使用行之有效的双圆弧齿轮、三环减速器和已成功应用的点线啮合齿轮等技术应不断完善并大力 推广。 3.加快渐开线行星齿轮减速器的更新换代，扩大其市场占有率。 4.产品的发展应着重提高内在质量，严格控制材料热处理、几何加工精度和装配试验的质量和稳定 性，以提高产品的可靠性和无重大故障的工作寿命。企业应制订高于国家标准和行业标准的内控标准。 5.改进外观设计和涂漆质量，杜绝渗漏油现象。 6.提高配套件如润滑冷却装置、风扇、逆止器、液压泵、制动器等的质量。 1.1.5 国内研究状况和应用前景 在国内，在齿轮系统力学方面也进行了多方面的研究，并取得一系列的成果。西北 工业大学方宗 德教授、华中理工大学的钟毅芳教授就齿轮传动副的动态特性都进行了研 究。1992 年刘更教授分别研 究了斜齿轮各项参数对传动系统振动特性的影响。唐增宝用 八自由度的动力学模型建立了直齿圆柱齿 4 轮的运动方程，并在假设齿轮的啮合刚度的前 提下，求解多级齿轮系统的动态响应，采用模态分析的 方法与空间状态法相结合的方法 对运动微分方程进行了求解。重庆大学机械传动国家重点试验室对齿 轮传动系统进行了 较为全面的研究，对系统的刚度激励、误差激励、啮合冲击激励以及系统的振动与 噪声 进行相应的研究，王立华、李润方等用有限元理论和数值分析方法，应用三维啮合弹塑 性接触有 限元方法对高速重载齿轮进行了接触强度分析，分析了离心力对齿轮传动系统 的影响。 90 年代，随 着大型商用有限元软件在国内广泛应用，国内学者应用分析软件对齿轮 啮合过程中的接触力与振动开 展了许多研究，比如重庆大学的龙慧博士采用有限元软件 ABQUS 求解齿轮的静力学问题，对直齿轮 轮齿处于不同位置处的接触应力，进行了 2D 有限元分析。煤炭科学研究院的杨生华利用 ANSYS 软 件，采用予结构和子模型方法建 立齿轮的 2D 有限元模型，分析了齿轮啮合时的接触应力、应变，并 与赫兹公式计算结 果相比较，结果表明接触单元法计算齿轮接触问题是可行的切。重庆大学的王立 华、李 润方等应用 I- DEAS 工程分析软件，在工作站上对齿轮与轴的整体系统进行了模态分析， 求解 系统的固有频率，并用振型叠加法求解了该系统的振动响应研。李润方、林腾蛟等 针对宽斜齿轮的啮 合过程，提出了轮齿在不同位置啮合时有限元网格及模型的自动生成 方法，并开发出相应的三维前后 处理及接触分析程序，对轮齿啮合过程中应力应变进行 数值计算，江苏大学硕士学位论文得到轮齿不 同啮合位置的网格、应力分布、位移场、应力场、接触状态及接触线载衙分布。目前对斜齿轮的有限元 分析，主要集中在静力学 方面，常用方法是建立齿轮系统啮合轮齿的有限元模型，采用 3D 接触单元， 求解齿轮在一定载荷作用下的接触应力。 在保证各零部件有较高制造精度的同时，设计中采用均载机 构来补偿制造、装配等 误差以及构件在载荷、惯性力、摩擦力或高温下的变形，使各行星轮均匀地分 担载荷。采用均载机构是实现均载简单又有效的途径。所谓行星轮间载荷分布均匀(或称均衡)，就是指 各行星轮的啮合作用力的大小相等。NGW 型行星传动常用的均载机构为基本构件浮动的均载机构，主 要适用于具有三个以上行星轮的行星传动，它是靠基本构件(太 阳轮、内齿圈或行星架)没有固定的径向 支撑，在受力不平衡的情况下作径向游动(又称 浮动)，以使各行星轮均匀分担载荷。均载机构既能降低 行星齿轮传动系统的均载系数， 又能降低噪声、提高运转的平稳性和可靠性，因而得到广泛的应用。 不同的动力学模型，其建模方法及适用层面也各不相同。目前，文献中出现的行星传动动力学模型主要 分为两类，即集中参数模型和有限元模型。根据构件运动特征的不同，前者又可分为纯扭转模型和平移. 扭转模型。平移.扭转模型包括直齿行星传动的 平移.扭转祸合模型和斜齿行星传动的精细化动力学模 型。比较而言，有限元模型过于 复杂，对计算机软、硬件的要求较高，实现动态有限元分柝的难度很 大;平移.扭转模 型计入的影响因素较多，动力学响应的求解较为困难，多用于理论分析;纯扭转模型计入 的影响因素较少，模型精简，具有一定的设计指导意义，但仍不够完善。 改革开放以来，我国陆续引进先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，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提 高，通用圆柱齿轮的制造精度可以从 JB179- 60 的 89 级提高到 GB/T 10095- 2001 的 6 级 ，高速齿轮的 制造精度可稳定在 45 级。目前我国已可设计制造 2800KW 的水泥磨减速器、1700mm 轧钢机用各种齿 轮减速器。各种棒、线材轧机用减速器全部采用硬曲面。我国自行设计制造的高速齿轮装置的功率已达 44000KW，齿轮圆周速度达 168m/s。 20 世纪 80 年代末至 90 年代初，我国相继制订了近 100 个齿轮和蜗杆减速器/蜗轮减速器的标准，研 制了许多新型减速器，大体上实现了通用减速器的更新换代。许多产品达到了 20 世纪 80 年代的国际水 平。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、传动效率和可靠性有了大 幅度提高，对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用，为发展我国的机械产品作出了贡献。 1.2 SolidWorks 行星齿轮的选题分析及设计内容 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 模块实现装配中零部件的装配、运动学仿 真等功能。 5 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。在设计过程中，我利用互联网对本课题的各设计 步骤与任务进行了详细了解。采用计算机辅助设计的技术，利用 SolidWorks 参数化建模，SolidWorks 动 态仿真。 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，模拟真实环境中的工作状况进行运动仿真，对元件进行运动分析。 1.3 论文主要研究内容 1. 工程仿真分析部分：本论文利用三维软件 SolidWorks 对行星轮减速器进行三维建模，并完成与整 机的装配；利用 SolidWorks 减速器机构模型进行全局运动仿真，对内外啮合齿轮传动进行运动学分析。 2. 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；完成内外啮合齿轮、轴、行星架的设计计算； 在整机设计开发背景下，结合运动参数完成建模。 6 第二章 行星轮减速器方案确定 2.1 混合轮系的确定 根据行星轮系可分为：定轴轮系、周转轮系、混合轮系、封闭行星轮系，因为混合 轮系可以获得更大范围的传动比，实现多路传递、得到多速，所以选择择轮系为混合轮 系，选第一级为周转轮系，第二级为定轴轮系。 2.2 NGW 型行星轮减速器方案确定 NGW 行星轮系由内外啮合和公用行星轮组成。结构简单、轴向尺寸小、工艺性好、效率高；然而 传动比较小。但 NGW 性能多级串联成传动比打的轮系，这样便克服了淡季传动比较小的缺点。所以 NGW 型成为动力传动中应用最多、传递功率最大的一种行星传动，并根据所给的条件总的传动比为 20，分配给周转轮系部分的传动比为 5 左右以及给定的电机功率为 3KW。综合以上情况所以选定 NGW 型行星轮减速器。 2.3 周转轮系部分的选择 周转轮系的类型很多，按其基本构件代号可分为 2Z- X、3Z 和 Z- X- F 三大类(其中 Z中心轮)。其他 各种复杂的周转轮系，大抵可以看成这三类轮系的联合货组合机构。按传动机构中齿轮的啮合方式、又 可分为许多传动形式，如 NGW 型、 NW 型、 NN 型、WW 型、ZUWGW 型、 NGWN 型、 N 型等 （其 中 N内啮合，W外啮合，G公用齿轮，ZU锥齿轮）。其传动类型与传动特点如表 1- 1。 表 1- 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 性 传动比范 围 传动比 推荐值 传递功 率 KW 2Z- X NGW 1.13 13.7 i b aX = 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 7 NW 150 i b aX = 525 不限 iaX b 7 时，径 向尺寸比 NGW 型小， 可 推荐采用工作 制度不限 NN 1700 一个行 星轮时 i b Xa =30 100 三 个行星 轮时 i b Xa 30 40 可用于短时、 间断性工作制 动力传动 转臂 X 为从动 时，当， i 大 于某值后，机 构自锁 3Z NGWN 500 i b ae=20 100 100 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， i 达到某 值后机构会自 锁，即 b ea 0 2.4 小结 本章主要根据给出的条件选择行星齿轮减速器的齿轮传动机构。 8 第三章 NGW 型行星减速器结构设计 3.1 基本参数要求与选择 3.1.1 电动机的选择： 根据工作功率与要求选择电动机为：YB2S- 6 各项参数为：额定功率：P=3KW 转速：n=960r/min 工作效率：=83% 3.1.2 基本参数要求 电动机功率：3KW 总传动比：4 工作时间：15 年（每年按 300 天计算，每天工作为 12 小时） 3.2 方案设计 3.2.1 机构简图 图 3- 1 机构简图设计 减速器的传动比为 4 3.2.2 齿轮材料及性能 高速机太阳轮和行星轮采用硬齿面，以提高承载能力，减低尺寸，内齿轮用软齿面（便于切齿，并 使道具不致迅速磨损变钝）。两级材料分别如表 3- 1。 疲劳极限Hlim 和Flim 行星轮的Flim 是乘以 0.7 后的数值。 表 3- 1 齿轮材料及性能 齿轮 材料 热处理 Hlim Flim 加工精度 9 (N/mm 2 ) (N/mm 2 ) 太阳轮 20CrMnTi 渗碳淬火 HRC5862 1400 375 6 级 行星轮 267.5 内齿轮 40Cr 调质 HB262286 650 275 7 级 3.2.3 传动比分配 根据传动要求分配第级与第级的传动比，第级传动比 i=5,第二级传动比 i=3.2 3.2.4 齿形及精度 因属于低速运动，采用压力角=20 的直齿轮传动，精度等级为 6 级。 3.3 齿轮的计算与校核 3.3.1 配齿数 按非变位传动要求选配齿数：选 Za=19,由传动比条件可知： Y=i b aXa Z =519=95,为满足安装条件 p b n Z+ a Z = 3 Y =C （3- 1） Y=96, 按下式 M= p n Y = 3 96 =32 （3- 2） 计算内齿轮和行星轮齿数 Z b =Y- Za=96- 19=77 b Z c = p ab n ZZ =77- 19=29 实际传动比： i=1+ i b aX =1+ a Z b Z =5.05 （3- 4） 配齿结果： a Z=19， Z b =77，ZC=29, i=5.05 3.1.2 初步计算齿轮主要参数 （1）计算式中系数， A K 、 d 、K H 、 HP K 如表 3-2 u=29/19, 电动机效率83 . 0 0 = ，电机与输入轴间弹性柱销联轴器之间的效率为 99 . 0 1 = 。 10 则输入功率： 10 p= a =3kw456. 299. 083. 03= 则太阳轮的传递扭矩为 T= a 1 .n p9549 p n =m.143. . 8 9603 56.42960 N= (3-5) 直齿轮算式系数68 . 7 Kd=，则太阳轮分度圆直径 816.24 19 1929 14007 . 0 20 . 1 80 . 1 25 . 1 143 . 8 768 1u d 3 2 3 2 lim 1 1 = + = + = u HKKT k Hd HPHEA d （3-6） 表 3- 2 接触强 P 度有关系数 代号 名称 说明 取值 KA 使用系数 轻微冲击 1.25 KHP 行星轮间载荷分配 不均系数 行星架浮动，6 级精度 1.20 KHE 综合系数 np=3,高精度，硬齿面 1.80 d 齿宽系数 0.7 3.1.3 按弯强度曲初算模数 m 因为 Flim 取 Flim1 和 2 1F 2lim Y Fa a F Y 中的较小值 2 1F 2lim Y Fa a F Y =375 5 . 293 54 . 2 84 . 2 525 =tnnn pxa ， HRC=60,v=0.957 1 L Z 润滑油系数 ,/10150v 226 50 sm = 1.03 V Z 速度系数 0.95 R Z 粗超度最小 安全系数 1.01 W Z 工作硬化系数 内齿轮均为硬齿面 1 13 X Z 尺寸系数 1 limH S 最小安全系数 1.25 接触应力基本值 2 1 t EHH0 / 6 . 724 526 . 1 1775.23 ) 1526. 1 ( 7 . 685 19 . 0 8 . 1895 . 2 ) 1(F ZZZZmmN ud u b = + = + = （3- 10） 接触应力 = H H0 2 HPHHVA 919.64N/1.211.0651.011.25724.06KKKKKmm= （3- 11） 许用接触应力: = HP Q Hlim N Z L Z V Z R Z W Z X Z/ limH S = 2 /88.1106 25 . 1 1101 . 1 95 . 0 03 . 1 11400 mmN= （3- 12） 故 HPH 3 6 10 1 ST Y 试验齿轮应力修 正系数 按所给 Flim 区域图取 Flim 2 a Y .relT 太阳轮齿根圆角 敏感系数 0.96 c Y .relT 行星齿轮齿根圆 角敏感系数 0.97 T Yrel 齿根表面形状系 数 4 . 2= Z R 1.045 limF S 最小安全系数 按高可靠度 1.6 太阳轮： 弯曲应力基本值： a0F 。 a0F 。 = 2 .Fa / 9 . 105)25 . 1 17/(172 . 0 57 . 1 84 . 2 7 . 685b/mmNmYYYYF aSaat = （3- 13） 弯曲应力： aFp。 = aF.lim . ST Y. NT Y. aF Y .rel . aT Y .rel .YX = 2 470.25N/mm1/1.61.0450.961237.5= （3- 14） 故 Fa aFp。 , 弯曲强度通过 行星轮 cF0。 = t F. cF Y . a . csa Y . Y Y/bm=1.25)1/(170.721.722.54685.7103.79N/mm 2 cFp。 = Flim.c . ST Y ST Y NT Y a Y .relTT Yrel/ limF S = 2 332.60N/mm1/1.61.0450.9712262.5= cF。 = cF0。 . A K. V K. F K. F K. FP K = 2 N/mm4.5179.31154.011.015.219.7103= 故 cF。 cFp。 ,弯曲强度通过 15 （2）内啮合 齿轮接触疲劳强度 H 、 HP 计 算 ， 其 中 与 外 啮 合 取 值 ， 不 同 的 参 数 为u=77/29=2.655 , Z=0.87, N Z=1.03, R Z=0.97, W Z=1.11 H0 = H Z. E Z. Z. Z.Z u u bd 1 . F 1 t 947 . 1 1947 . 1 1725.36