毕业设计（论文）-多轴自动螺栓拧紧机的设计.doc

毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 多轴自动螺栓拧紧机的设计 学学 院院 机械工程学院 专专 业业 机械工程及自动化 班班 级级 机自 0703 班 学学 生生 学学 号号 20070403046 指导教师指导教师 二一 一 年 五 月 二二 日 济南大学毕业设计 - I - 摘 要 螺纹联接由于简单可靠、拆卸方便, 而广泛应用于众多的机构装配中，在现代 工业过程中, 用螺栓装配是非常普遍的, 尤其是在发动机、压缩机及变速箱等对螺 栓拧紧的角度与位置装配精度要求很高的场合。然而, 目前在中国, 由于传统工艺 等原因,现在广泛应用在装配线上的是气动与液压扳手, 其存在操作不方便、工人劳 动强度大、效率底、角度和扭矩控制精度差而且不能实现网络化和在线管理等缺点, 已经不能满足现代工业高性能装配的要求。尽管国外已有自动螺栓拧紧机, 但由于 其产品价位高、使用工位单一、灵活性差、售后服务不到位等原因不为广大中国用 户所接受. 螺栓拧紧应用于汽车行业装配是一个普遍现象，以前人们只是考虑在装 配时，把螺栓（或者螺母）拧到最紧的程度。后来才发现，这个“最紧”不过是一 个非常模糊概念，它是因人而异的。一台机器有几十个以至成百上千个零件，采用 螺栓紧固方法装配，在大生产中又是由多数人在不同的时间里完成的，而且每天又 要装配几十或几百台机器，这个“最紧”的离散度将是可想而知。另外，还有些零 件（如汽车发动机中的连杆大头孔），在金属切削车间需要用螺栓把瓦盖装配起来 进行加工，而到了装配车间，又要先松开螺栓，拆下瓦盖，套到曲轴上后再重新拧 紧后装配，如用这个“最紧”来进行，其结果将是非常危险的。因而，如何有效地 控制“拧紧”，并使其达到“最佳”，也就成为了行业十分关注的课题。拧紧机就 是作为有效地控制“拧紧”，并使其达到“最佳”装配工具。本文从拧紧机的结构 设计入手，通过对螺栓拧紧机的各个结构的设计，完成总体的装配图，比较圆满的 完成了拧紧机的系统设计。对一些比较重要的零件进行了详细的介绍并绘制其零件 图。 , 关键词：螺栓拧紧；扭矩转角法；减速装置；花键轴 济南大学毕业设计 - II - ABSTRACT Threaded connection due to simple, reliable, disassemble, convenient, and widely used in numerous organizations assemble, in the modern industrial process, use bolt assembly is very common, especially in the engine, refrigeration compressor and transmission on the Angle and position to tighten bolts assembling accuracy demanding occasion. However, at present in China, because the traditional process and other reasons, now widely used in assembly line is pneumatic and hydraulic wrench, its existence operating inconvenient, labor intensity big, efficiency bottom, Angle and torque control precision poor and cant achieve network and online management shortcomings, cannot have satisfied the requirements of modern industrial high-performance assembly. Although foreign existing automatic bolt tightened machine, but because of its product price high, use workstation single, flexibility is bad, after-sales service for the main reasons not accepted by Chinese users. Bolt tightened application in automobile industry assembly is a common phenomenon, people used in assembly, just consider the bolts (or nut) twist to the extent of the closest. Later discovered, this the most tight but is a very vague concept, it is because of the person different. A machine that there are dozens of hundreds of parts, use bolts method is in production assembly, by most people in different time every day, and finished and assembly tens or hundreds of machine, the most tight discrete degrees will be imagined. Additional, still some parts (such as car engine of this big-end hole), in metal cuttingworkshop need bolts put tile to cover the assembly process, and to rise and assembly workshop, first, remove the loosening bolts earthen cover, set to tighten again after the crankshaft assembly, if use the most tight to undertake, the result will be very dangerous. Therefore, how to effectively control tight, and make its reach best, will become the industry is very concerned issue. Tighten the machine is as effectively control tight, and make its reach best assembly tools. This article from the structure design of tighten machine, through all of bolt tightened machine structure design, complete general assembly, is a completion of the tight machine system design. Some of the more important parts of a detailed introduction and map its detail drawings. Key words：Bolt tight; Torque - corner law; Slow device; spline 济南大学毕业设计 - III - 目 录 摘要. .I ABSTRACT.II 1 前言.1 1.1 螺栓联接的历史.1 1.2 螺栓拧紧机的出现.1 1.3 螺栓拧紧机的发展.1 1.4 中国拧紧机的发展.1 2 螺栓拧紧机的原理及意义.3 2.1 原理.3 2.1.1 扭矩法.3 2.1.2 扭矩转角法.4 2.1.3 屈服点法.5 2.2 意义.6 2.2.1 预紧力不适当带来的后果.6 2.2.2 设计意义 .6 3 螺栓拧紧机的总体设计过程.7 3.1 设计内容.7 3.2 性能特点.7 3.3 主要技术参数.7 3.4 螺栓拧紧机的总体设计.7 3.4.1 减速装置的选择.8 3.4.2 轴的设计.8 3.4.3 花键轴的校核.9 3.5 电动机的选择.11 4 行星齿轮减速器的设计.12 4.1 概述.12 4.2 设计的四个条件.12 4.2.1 满足给定的传动比.12 4.2.2 同心条件.13 4.2.3 邻接条件.13 4.2.4 安装条件.14 济南大学毕业设计 - IV - 4.3 行星轮系的设计.14 4.3.1 一级行星轮系的设计.15 4.3.2 二级行星轮系的设计.15 4.3.3 三级行星轮系的设计.16 4.4 啮合效率的计算 .16 4.5 总的传动效率的计算.17 4.6 齿轮强度的校核.18 4.6.1 对一级行星轮系校核.18 4.6.2 对二级行星轮系校核.21 4.6.3 对三级行星轮系校核.24 5 螺栓拧紧机的控制方法 .27 5.1 扭矩传感器.27 5.2 角度编码器.27 5.3 拧紧过程中的控制方法.27 5.3.1 扭矩法.27 5.3.2 扭矩转角法.27 5.3.3 屈服点法.27 5.4 拧紧过程的检测.28 6 结论.29 参考文献.30 致谢.31 济南大学毕业设计 - 1 - 1 前言 1.1 螺栓联接的历史 螺纹联接由于简单可靠、拆卸方便在铁路道轨螺栓紧固中得到广泛应用。目前, 螺纹的拧紧普遍采用液压和电动扳手来完成, 由于液压扳手和气动扳手在拧紧过程 中是依靠大冲击力来拧紧螺纹装置, 所以拧紧扭矩值误差比较大, 另外液压和电动 的定值扭矩扳手不宜于在大扭矩状况下工作, 这样不仅劳动强度大, 而且生产效率 低, 拧紧质量极不稳定。 1.2 螺栓拧紧机的出现 自动螺栓拧紧机是集机械的传动、电气的传动、气动技术、电子技术、自动检 测于一体的机电一体化设备。拧紧机顾名思义就是拧紧工件的设备单元，主要适用 在螺栓/螺母拧紧方面。一台机器有成百上千个零件采用螺栓紧固的方法装配，在大 批生产中又是由多人在不同工位里来完成的。并且每天又要装配几十或几百台机器， 这个螺栓的数量是可想而知的，并且还要拧紧到产品图纸规定的拧紧扭矩的数值。 为了提高生产效率、保证螺栓的拧紧扭矩即自动螺栓拧紧机便诞生了。 1.3 螺栓拧紧机的发展 螺栓拧紧技术是从国外发展起来的，比较有代表性的有:瑞典的阿特拉斯 （Atlas Copco） ，法国乔治雷诺(CP Georges Renault)，美国英格索兰 Ingersoll- RAND)、德国的博世(BOSCH)，美国的库柏(Cooper)等等。为适应定扭矩加载的可控 制拧紧场合需求，在 80 年代未，国外机电、汽车制造行业已普遍采用可控制扭矩、 可控转角和屈服点的拧紧工具。近年来，伴随着电机调速等控制技术、扭矩控制等 技术的发展，国外的装配作业线上的装配工具逐步从手工、风动，液压或电动工具 向低能耗、低噪声、控制精确等可控制拧紧设备方向发展，通过微机控制的自动型 装配系统，实现对装配对象的定扭矩、定转角监控和屈服强度监控。 1.4 中国拧紧机的发展中国拧紧机的发展 同国外相比，我国机电、汽车产品的螺纹拧紧工具目前还比较落后，尚不能系 列、批量地供应生产中急需的拧紧工具及设备，每年都要花费大量外汇购买国外产 品。近年来，随我国汽车业的迅猛发展，为了提高整体素质，增强国际竞争力，正 朝着规模化、自动化方向大踏步前进，对装配质量和生产率提出了更高的要求，因 此对大量使用的螺栓(螺母)的拧紧效率，也提出了越来越高的要求，这种要求促进 了现阶段我国在拧紧技术方面的发展。 但目前现状是，国内市场大部分被国外品牌 济南大学毕业设计 - 2 - 占领，主流整车厂基本不用国产设备；同时也有少数企业进行了自主开发，比如中 国科学院沈阳自动化研究所、东风公司设备制造厂、大连德欣公司，山东龙口气动 机械厂等等，但从技术方面比较，同国外产品有相当大的差距。 随着电子技术水 平的不断提高，新型的传感器技术的发展，以及对拧紧技术的更深入研究，将会出 现精度和自动化程度更高的自动拧紧机；或者会出现采用全新技术的自动拧紧机。 可以预见，中国的汽车装配行业会越来越多地使用自动拧紧机，使汽车的装配质量 和效率得到极大提高。 济南大学毕业设计 - 3 - 2 螺栓拧紧机的原理及意义 2.1 原理 螺栓拧紧机系统由四大部分组成：支承部件、升降系统控制系统动力及传动系 统。其中动力和传动系统和控制系统是螺栓拧紧机的核心：支承部件起了支承其 1 它系统作用，动力及传动系统和升降系统都要安装在支承部件上。 螺栓拧紧机的主要功能是将螺纹按规定要求拧紧。本文的拧紧机以电动机作为 动力源，输出的扭矩经减速器增大，用于螺纹拧紧加载；以压缩空气作为辅助的动 力来源，用于气缸带动拧紧箱运动。当拧紧箱到达工作位置后，就可以进行螺纹拧 紧。整个拧紧过程由电气控制系统控制，传感器实时将数据传送给控制系统，控制 系统通过对数据进行计算和判断，监视整个拧紧过程。螺纹拧紧机的卸载过程，也 是在控制系统控制下，按一定固定循环自动进行的。扭矩、转动角度等参数可根据 实际情况，自由设定。 图2-1螺栓拧紧机的原理图 2.1.1 扭矩法 当扭矩目标扭矩，拧紧轴停止。如果最小扭矩 峰值扭矩 最大扭矩， 则拧紧合格。此方法只控制施加的扭矩，是利用扭矩与夹紧力的线性关系在弹性区 进行紧固控制的一种方法。但由于螺纹副和零件表面的摩擦力变化，对于实际的轴 向夹紧力控制达不到很好的精度。根据表面状况和润滑的不同，轴向夹紧力离散度 可以达到 50%。 济南大学毕业设计 - 4 - 另外，此方法不能检测到拧紧过程中的差错，如螺纹孔太短，螺纹尺寸不符等， 都有可能产生施加扭矩已到达，实际工件却没有拧紧的错误。 图 2-2 扭矩法的优点是控制目标直观、测量容易、操作过程简便、控制程序简单。扭 矩控制法的缺点是，未能充分利用材料潜能；受摩擦系素影响，扭矩系数变化大， 使预紧力离散度大，因此控制精度低。因此，扭矩法一般采用手动、电动或气动工 具一次直接将螺纹副的装配扭矩装配到位，用于不太重要的装配位置。 2.1.2 扭矩转角法 如果转角 目标转角，或者扭矩 最大扭矩，拧紧轴停止。如果最小扭 矩 最终扭矩 最大扭矩，并且最小转角 最终转角 最大转角，则拧紧合格。 扭矩 - 转角法的实质是控制螺栓的伸长量，在螺栓贴合（贴合扭矩常取所需拧紧扭 矩值的25%左右）以后的整个弹性拧紧范围内，轴向夹紧力与伸长量成正比，控制 伸长量就是控制轴向力，而伸长量与转角成正比。扭矩 - 转角法主要通过将螺栓拉 长在超弹性极限（塑性变形区） ，以实现充分利用材料强度（设计夹紧力可取螺栓屈 服强度的70%） ，同时又完成了高精度拧紧控制的目的。此方法可以明显提高轴向夹 紧力的控制精度，达到 15 到 25%，螺纹件摩擦系数对拧紧质量影响小，并且 有很好的重复性。夹紧力的分散度较小，平均值可提高到屈服极限的7080%，既 提高了材料的利用率，也提高了拧紧的可靠性。主要应用于发动机连杆和主轴承盖， 缸盖，飞轮，刹车钳，转向器等。此拧紧控制方法是目前应用较多的方法，适合于 对重复性要求较高的拧紧。 扭矩转角法，在拧紧过程中，尽管螺纹件摩擦系数对达到贴合扭矩的拧紧所 13 产生的“阶段预紧力”有影响，但影响较小。因为摩擦系数的变化仅影响到转角控 制的起始点。在角度控制阶段，可知螺纹摩擦系数对转角拧紧所产生的预紧力无影 响，因为在弹性变形区内，若螺栓刚度恒定，预紧力仅与螺栓伸长量有关，而伸长 量与转角度数成正比。如果螺纹件拧紧转动 3600，螺栓受力部分伸长一个螺距。 因 济南大学毕业设计 - 5 - 此，摩擦系素对最终预紧力数值影响不大，故控制精度比单纯控制扭矩的方法大大 提高. 2.1.3 屈服点法 屈服点法利用扭矩一转角增最比概念，将螺纹件拧紧至螺栓的屈服点。拧紧工 具使用计算机电路，将输入的扭矩和转角进行微分计算，并绘制扭矩一转角曲线， 从而实现自动停机控制。屈服点控制法的拧紧质量(预紧力离散性)只与螺栓屈服强 度有关。屈服点法的优点是将螺栓拧至其屈服点，最人限度地发挥了螺纹件强度的 潜力。大量研究表明，螺栓拧紧时轴向预紧力越大(拧至屈服点)，其抗松动和抗疲 劳性能越好。其缺点是拧紧工具价格过于昂贵。是通过监测拧紧扭矩随角度变化曲 线的斜率，将螺纹件拧紧至屈服点的方法。在螺纹拧紧过程中，扭矩曲线从弹性区 到塑性区，扭矩与角度的线性关系发生变化，斜率也发生变化。当斜率的变化达到 某一范围，就认为达到屈服点。计算微商公式如下： dTd /1 . 2 式中-扭矩变化量 -扭矩角变化量Tdd 图 2-3 屈服点法原理图 屈服点法利用扭矩一转角增量比概念，将螺纹件拧紧至螺栓的屈服点。屈服点 济南大学毕业设计 - 6 - 法的拧紧质量(预紧力离散度)只与螺栓屈服强度有关。 屈服点法的优点是： 1.不受扭矩控制法的摩擦系数和转角控制法的转角起始点的影响。从而 克服了扭矩控制法和弹性区转角法的致命缺点，提高了装配精度。 2.将螺栓拧至其屈服点，最大限度地发挥了螺纹件强度的潜力。大量研究表 明，螺栓拧紧时轴向预紧力越大(拧至屈服点)，其抗松动和抗疲劳性能越好。 其缺点是控制系统很复杂，因此拧紧工具价格太昂贵，而且对螺栓的材料、 结构和热处理要求很高。 2.2 意义 2.2.1 预紧力不适当带来的后果预紧力不适当带来的后果 （1）螺纹联接零件的静力损坏：若螺纹紧固件拧得过紧，即预紧力过大，则螺 栓可能被拧断，被联接件可能被压碎、咬粘、扭曲或断裂，也可能螺纹牙被剪断而 脱扣。 （2）被联接件滑移、分离或紧固件松脱：对于承受横向载荷的普通螺栓联接， 预紧力使被联接件间产生正压力，依靠摩擦力抵抗外载荷。因此，预紧力的大小决 定了它的承载能力。若预紧力不足，被联接件将出现滑移，从而导致被联接件错位、 歪斜、折皱甚至紧固件被剪断。 对于受轴向载荷的螺栓联接，预紧力使接合面上产 生压紧力，受外载荷作用后的剩余预紧力是接合面上工作时的压紧力。预紧力不足 将会导致接合面泄漏，如压力管道漏水、发动机漏气，甚至导致两被联接件分离。 预紧力不足还将引起强烈的横向振动，致使螺母松脱。 （3）螺栓疲劳破坏：大多数螺栓因疲劳而失效。减小预紧力虽能使螺栓上循环 变化的总载荷的平均值减小，但却使载荷变幅增大。因此，总的效果大多数是使螺 栓疲劳寿命下降。 （4）增大设备质量与成本：若预紧力过小，需使用较多和(或)较大的紧固件， 往往也需采用较大的被联接件，因而增大了产品质量。同时，许多产品的成本是与 需要装配的零件数目成正比的，所以预紧力过小将导致装配成本和制造成本，以及 维修费用的增加。 2.2.2 设计意义 螺纹联接根本意义在于，利用螺纹紧固件将联接体可靠地联接在一起，螺纹装 配的实质是要将螺栓的轴向预紧力控制在适当的范围内。进一步了解和认识螺纹拧 紧的控制方法，学习到设计过程中一些传动及其动力机构的机理，明确了螺栓拧紧 在现在生产及生活中的定位，成为机械工业中不可或缺的一部分，通过本次设计我 学到了很多科技前沿的只是，让我们在以后的工作学习中受益匪浅。 济南大学毕业设计 - 7 - 3 螺栓拧紧机的总体设计过程 3.1 设计内容 多轴自动螺栓拧紧机的总体设计：本文拟设计的拧紧机主要应用于普通家用汽 车装配车间，用于拧紧轮胎的紧固螺栓，单班制工作，预期寿命中等。主要设计内 容有： 制定工艺方案，确定拧紧机结构方案；具体方案设计，绘制图纸，并进行相应的设 计计算及校核。包括：（a）拧紧机零件图；（b）拧紧机组装图；（c）有关设计计 算、校核；（d）设计说明书。 3.2 性能特点 性能特点:主要应用于普通家用汽车装配车间，用于拧紧轮胎的紧固螺栓。 3.3 主要技术参数 根据拧紧机在汽车生产上拧紧轮胎的应用，设定以下设计参数： 拧紧转速：n=50r/min 最大拧紧扭矩：T=150Nm 单班制工作，预期使用寿命 10 年，每年 300 个工作日。 在使用期限内，工作时间占 20%。 3.4 螺栓拧紧机总体设计 2 螺栓拧紧机的总体设计是概略的设计好拧紧机的主体机构，然后根据其主体将 传动机构，减速机构，传感器等重要部件依次设计安装，最后形成完整的装配图。 如下图 3-1：螺栓拧紧机装配图 济南大学毕业设计 - 8 - 图 3-1 螺栓拧紧机装配图 3.4.1 减速装置的选择减速装置的选择 在合理选择结构形式的条件下，由于利用内啮合和数个行星轮分担传递载荷， 通常行星轮系比定轴轮系具有结构紧凑，体积小，重量轻，传动比大的优点，因此 在机床、汽车、工程机械。坦克及其他通用机械中得到广泛的应用。由于行星轮系 具有的以上优点，我们在设计螺栓拧紧机的时候选择这种减速系。 行星齿轮传动的特点： 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。它的最显著的 特点是：在传递动力时它可以进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性， 即输出轴与输入轴均设置在同一轴线上，所以行星齿轮传动现已被人们用来代替普 通齿轮传动，为作为各种机械传动系统中的减速器、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差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越来越广泛的应用。 （1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。 （2）传动效率高 由于行星齿轮传动的对称性，即它具有数个均匀分布的行星 轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能相互平衡，从而有理由达到提高 传动效率的作用。 （3）传动比大，可以实现运动的合成与分解 （4）运动平稳、抗冲击和振动的能力强 3.4.2 轴的设计轴的设计 （1）材料：40Cr 5 这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的 转向节、后半轴以及机床上的齿轮、曲轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中 济南大学毕业设计 - 9 - 温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作零件，如齿轮、主轴、油泵转 子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨 性、截面上实体厚度在 25mm 以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高 频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、 套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。此外，这种 钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮 和轴。 （2）由于花键轴具备多齿工作，承载能力高，对中性好，导向性好，齿根较浅， 应力集中小，轴与毂强度削弱小，加工方便，能用磨削方法获得较高的精度等优点， 我们选择花键轴作为连接三级轮架和拧紧头连接的零件 。 查询材料的许用应力表得 2 =，= b0 mpa150 b1 mpa90 1 . 3 应力校正系数 6 . 0/ 10 bb 2 . 3 当量转矩=当量弯矩 当量弯矩 mmNmNmNT90000901506 . 0 M 3 . 3 62.31 901 . 0 90000 11 . 0 b M d mm 通过查询花键标准，取小径为 32，大径为 36.花键图如下： 8 mmmm 图 3-2 花键标准图 3.4.3 花键轴的校核花键轴的校核 2 （1）按扭转强度校核 这种方法按照轴所受的扭矩计算其强度，轴的扭转强度条件为： 济南大学毕业设计 - 10 - T T T d n p W T 3 2 . 0 95500 4 . 3 式中：是扭转切应力，； T mpa 是轴所受的扭矩，；TmmN 是轴的抗扭截面系数，； T W 3 mm 是轴的转速，；nmin/r 是轴的传递的功率，；pkW 是轴的截面直径，；d mm 是扭转切应力，。 T mpa kW rmNTn p785 . 0 9550000 min/50150 9550000 由上式得到轴的直径校验： 3 0 3 33 2 . 0 9550000 2 . 0 9550000 n p A n p n p d TT 5 . 3 mm n p A05.30 50 785 . 0 120 33 0 mm326 . 3 通过上式得出作为承受扭矩的轴段的最小直径小于花键轴的直径，所以其扭转强度 满足。 （2）按剪切强度进行校核 各个键的侧面受力： NsTF125010206/150/ 3 7 . 3 mpaAF63.17266/1250/ mpa308 . 3 故其剪切强度符合要求。 （3）按疲劳强度进行校核 这种校核计算的实质在于确定变应力情况下的轴的安全程度，在已知轴的外形，尺 寸及载荷的基础上，即可通过分析确定出一个或几个危险截面，按如下式子求出安 全系数并应使其大于或至少等于设计安全系数，即仅有扭转切应力时，满足： ca SS 3 . 133 . 1 602 . 1603 . 1 200 1 ma ca K S 9 . 3 满足要求。 济南大学毕业设计 - 11 - （4）按轴的扭转刚度进行校核 轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示，轴扭转角的计算公式为：m/ 0 单位为 P GI T 4 1073. 510 . 3 25 . 0 103 . 0 32 32 101 . 8 10150 1073 . 5 4 4 3 4 式中：是轴所受的扭矩，；TmmN 是轴的材料的剪切弹性模量，对于钢材，；GmpampaG 4 101 . 8 是轴截面的极惯性矩，对于圆轴，； P I 4 mm 32 4 d IP 即满足轴的扭转刚度条件： 11 . 3 对于精密传动轴，可取。 m/5 . 025 . 0 0 3.5 电动机的选择 已知 ；mNT150min/50rn 通过给定的数据计算 kW Tn P785 . 0 9550000 5010150 9550000 3 6 12 . 3 根据求得的功率选择 Y 系列三相异步电动机 Y802-2，电动机的各项参数如下： 8 额定功率:1.1；同步转速：3000；质量 17。kWmin/rkg 济南大学毕业设计 - 12 - 图 3-3 电动机 4 行星齿轮减速器的设计 4.1 概述 由于总的传动比通过计算可以得到，如下： 34560 50 3000 n n 拧紧头 电动机 总 i1 . 4 将总的传动比分成三级，即，三级行星齿轮减速器，各级传动比公式已给出。 4.2 设计的四个条件 1 要是安装的行星轮的齿数满足设计的条件，必须满足以下四个方面。 4.2.1 满足给定的传动比满足给定的传动比 济南大学毕业设计 - 13 - 图 4-1 行星齿轮系 按选定的行星轮系形式列出传动比与各轮齿数的关系式，然后即可初步选择各 轮齿数。其传动比为 1 3 1 1 z z i H 2 . 4 按给定即可求得比值，若先选定值，即可求出值。如不是整数 ，则可 H i1 1 3 z z 1 z 3 z 3 z 重新选取 。有时无法准确实现给定的传动比，这是则应找出最近似的比值。 4.2.2 同心条件同心条件 行星轮系各轮之中心距（节圆半径之和或差）必须符合一定关系，才能保证中 心轮、系杆共轴线，即要满足同心条件。即 2/ 132 rrr3 . 4 若均用标准齿轮 ，则必须满足 2/ 132 zzz4 . 4 所以前面给定的传动比选定、后就必须按照同心条件选定，若算出的不是 1 z 3 z 2 z 2 z 整数，则要重新选定、的齿数。 1 z 3 z 4.2.3 邻接条件邻接条件 在行星轮系中，一般均匀安装两个以上的行星轮以分担载荷和平衡行星轮在运 济南大学毕业设计 - 14 - 转中产生的离心力。为了是行星轮之间不致碰撞，必须使相邻行星轮的中心距大于 二行星轮齿顶圆半径之和，即所谓的邻接条件。 设为行星轮数，为行星轮齿顶圆半径。如图所示，很显然必须满足的邻接K a r 条件为 K ara sin225 . 4 图 4-2 邻接条件示意图 若采用标准齿轮，则： mmzra 2 2 1 6 . 4 21 2 1 zzma7 . 4 代入上式整理后得： K K z z sin1 2sin 1 2 8 . 4 4.2.4 安装条件安装条件 济南大学毕业设计 - 15 - 选择行星轮数还要满足安装条件，即要使所有的行星轮能均匀的安装进去。通 过查询得知行星轮系的安装条件表述为：单排负号机构中两中心轮的齿数之和应是 行星轮数的整数倍。即 nKzz 31 9 . 4 4.3 行星轮系的设计 通过对一级二级三级行星轮系的设计完成总的轮系的设计。 4 4.3.1 一级行星轮系的设计一级行星轮系的设计 已知；行星轮数5 1 H i3K 传动比条件： 1 3 1 1 z z i H 5 同心条件： 2/ 132 zzz 取，则；18 1 z27 2 z72 3 z 邻接条件： K K z sin1 2sin 1 4 . 101 60sin1 260sin18 2 z 安装条件： Kzz307218 31 通过以上条件的计算和验证，一级行星轮系满足以上四个条件。 4.3.2 二级行星轮系的设计二级行星轮系的设计 已知；行星轮数4 1 H i3K 传动比条件： 1 3 1 1 z z i H 4 同心条件： 济南大学毕业设计 - 16 - 2/ 132 zzz 取，则；30 1 z30 2 z90 3 z 邻接条件： K K z sin1 2sin 1 0 . 179 60sin1 260sin30 2 z 安装条件： Kzz401209030 31 通过以上条件的计算和验证，二级行星轮系满足以上四个条件。 4.3.3 三级行星轮系的设计三级行星轮系的设计 已知；行星轮数3 1 H i3K 传动比条件： 1 3 1 1 z z i H 3 同心条件： 2/ 132 zzz 取，则；36 1 z18 2 z72 3 z 邻接条件： K K z sin1 2sin 1 7 . 217 60sin1 260sin36 2 z 安装条件： Kzz361087236 31 通过以上条件的计算和验证，三级行星轮系满足以上四个条件。 4.4 啮合效率的计算 4 一级行星轮系： 25 . 0 72 18 3 1 31 z z iH10 . 4 济南大学毕业设计 - 17 - H H H i31 3 1 1 1 980 . 0 25 . 0 1/025 . 0 111 . 4 二级行星轮系： 33 . 0 90/30 3 1 31 z z iH12 . 4 H H H i31 3 1 1 1 981. 033 . 0 1/025 . 0 113 . 4 三级行星轮系： 5 . 072/36 3 1 31 z z iH14 . 4 H H H i31 3 1 1 1 983 . 0 5 . 01/025 . 0 115 . 4 4.5 总的传动效率计算 查询机械设计手册表 1-7得知：； 8 992. 0 联轴器 选择的轴承有 2 个深沟球轴承 6006，则 ；99 . 0 3 , 2 轴承 选择的轴承有 3 个深沟球轴承 6007，则 ； 99. 0 5 , 41 ，轴承 则总效率为: 890. 0981. 0983. 0980 . 0 99 . 0 99. 0 5 总 16 . 4 电动机校验： kWkWP785 . 0 979 . 0 890 . 0 kW1 . 1 总 17 . 4 电动机符合要求。 三级行星轮系的输出功率： kWPP809. 099 . 0 /785. 0/ 33 3 轴承拧紧头出 18 . 4 三级行星轮系的输入功率： 出入23 PP19 . 4 济南大学毕业设计 - 18 - 二级行星轮系的输出功率： kWPP831. 098. 099. 0/809. 0/ 332 行星轮系轴承出出 20 . 4 二级行星轮系的输入功率： 出入12 PP21 . 4 一级行星轮系的输出功率： kWPP856 . 0 981 . 0 99. 0/831 . 0 / 221 行星轮系轴承出出 22 . 4 一级行星轮系的输入功率： kWPP882 . 0 98. 099 . 0 /856 . 0 / 111 行星轮系轴承出入 23 . 4 4.6 齿轮强度的校核 选择齿轮的材料为，考虑到减速器越小越容易安装到螺栓拧紧机中，选取Cr40 齿轮的模数为 1。 4 计算各级轮系中心轮的最大转速： min/3000 1 rnn 电机 24 . 4 min/6005/3000/ 12 rinn 电机 25 . 4 min/1504/600/ 223 rinn26 . 4 计算各级轮系中心轮的扭矩： mmN n P T 7 . 2807 3000 882 . 0 95500009550000 1 1 1 入 27 . 4 mmN n P T 7 . 13624 600 856 . 0 95500009550000 2 2 2 入 28 . 4 mmN n P T52907 150 831 . 0 95500009550000 3 3 3 入 29 . 4 通过查询机械设计手册知的许用接触应力，选择每一级Cr40mpa H 735 行星轮系的中心轮和行星轮进行校核。 在 a-c 传动中，转矩，在 c-b 传动中，。上述两式中， c a ac K k T T a c c a cb z z K k T T a 表示中心轮，c 表示行星轮，b 表示内齿圈，k 为行星轮的个数，指载荷不均匀 c K 的系数，取值为 1.2. 济南大学毕业设计 - 19 - 4.6.1 对一级行星轮系校核对一级行星轮系校核 对于 a-c 传动，通过查询齿轮手册7-1得知： 9 使用系数 1 A K 动载系数 2 . 1 v K 齿间载荷分配系数 1 . 1 H K 齿向载荷分布系数 b d b d b KH 3 1 2 1 1015. 06 . 0118 . 0 11 . 1 4 . 130 . 4 载荷系数K HHvA KKKKK 03. 24 . 11 . 12 . 11 . 131 . 4 弹性系数 E Z 2 / 8 . 189mmNZE32 . 4 节点区域系数 H Z 5 . 2 H Z 接触最小安全系数 limH S 10. 1 lim H S 总工作时间 总 t ht14400242 . 030010 总 33 . 4 接触寿命 N Z 15 . 1 ;