【JS003】冷却塔行星齿轮减速器的设计【3A0】【含外文翻译+7张CAD图+设计说明书论文】【机械类毕业设计】
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- 内容简介：
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目录 1 前言 . - 1 - 题的依据及意义 . - 1 - 内外研究概况及发展趋势 . - 1 - 2 技术任务书 . - 2 - 知条件 . - 2 - 3 设计计算 . - 3 - 星轮的结构设计与计算 . - 3 - 取行星轮传动的传动类型和传动简图 . - 3 - 星轮传动的配齿计算 . - 3 - 步计算齿轮的主要参数 . - 4 - 配条件的验算 . - 5 - 动效率的计算 . - 6 - 速器的润滑和密封 . - 10 - 轮强度验算 . - 10 - 星架的结构设计与计算 . - 17 - 星架的结构设计 . - 18 - 星架结构计算 . - 18 - 轮联轴器的结构设计与计算 . - 19 - 的结构设计与计算 . - 20 - 入轴的结构设计与计算 . - 21 - 出轴的设计计算 . - 22 - 造箱体的 结构设计计算 . - 23 - . - 24 - 装使用 . - 24 - 修保养： . - 25 - 5 标准化审核报告 . - 25 - 产品图样的审查 . - 25 - 产品技术文件的审查 . - 25 - 注件的使用情况 . - 26 - 查结论 . - 26 - 结论 . - 27 - 参考文献 . - 28 - 致谢 . - 29 - - 1 - 冷却塔行星齿轮减速器的设计 1 前言 题的依据及意义 行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点； 这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的行 星齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、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均获得了广泛的应用。 内外研究概况及发展趋势 世界上一些工业 发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用、生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能、传递功率、转矩和速度等方面均处于领先地位；并出现了一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代机械传动设备中获得了成功的应用。 行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。然而，自二十世纪60年代以来，我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。 近 20 年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达的国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极地吸收和消化，与时俱进、开拓创新地努力奋进，使得我国的行星传动技术 - 2 - 有了迅速发展。目前，我国已有许多的机械设计人员开始研究分析和应用上述的新型行星齿轮传动技术，并期待着能有更大的突破。 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，而且还演化出多种形式的行星减速器、差速器和行 星变速器等多种产品。 （ 2）硬齿面、高精度 行星传动机构中的齿轮广泛采用渗碳和淡化化学热处理。齿轮制造精度一般均在 6级以上。 （ 3）高转速、大功率 行星齿轮传动机构在高速传动中，如在高速汽轮传动中已获得广泛的应用，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，传动大转矩的大规格的行星齿轮传动已有了较大的发展 。 减速器 的代号包括：型号、级别、联接型式、规格代号、规格、传动比、装配型式、标准号。 其标记符号如下： N N内啮合、 G公用齿轮、 W外啮合）型； A 单级行星齿轮 减速器 ， B两级行星齿轮 减速器 ， C三级行星齿轮 减速器 ； Z定轴圆柱齿轮， S螺旋锥齿轮， D底座联接， F法兰联接， L立式行星 减速器 。 2 技术任务书 知条件 试为某冷却塔设计所需配用的行星齿轮减速器，已知该行星齿轮减速器给定传动比i=星轮数 c=3。此减速器安装在冷却塔中心进水管顶端，避免塔体受到风机、减速器的挤压及动载，从而延长冷却塔主体的寿命、提高性能、降低冷却塔制造成本和噪声 ,每天要求工作 16 小时，要求寿命为 2年；且要求该行星齿轮减速器传动结构紧凑，外廓尺寸较小。 - 3 - 3 设计计算 星轮的结构设计与计算 取行星轮传动的传动类型和传动简图 根据上述设计要求：给定传动比、结构合理、紧凑。据各行星轮传动类型的传动比和工作特点可知 2动比符合给定要求。其传动简图如图 3图中太阳轮 星架 齿圈 星轮传动的配齿计算 在确定行星轮传动的各轮齿数时，除了满足给定的传动比外，还应满足与其装配有关的条件，即同心条件、邻接条件和安装条件。此外，还应考虑到与其承载能力有关的其 他条件。 在给定传动比的情况下，行星轮传动的各轮齿数的确定方法有两种：（一）、计算法；（二）、查表法。下面采用计算法来确定各轮齿数： 由公式 3参考文献 2）得 （ 3 图 3星传动的传动简图 - 4 - （一般 p 取 3 8，在满足a 和行星轮。） 由公式 3参考文献 2）得( （ 3 取7 则 圆整后取1。 根据同心条件可以求得行星轮的齿数： 由公式 3参考文献 2）得2 =整后取 22 所以，行星轮传动的各轮齿数分别为 步计算齿轮的主要参数 标准直齿圆柱齿轮的基本参数有五个：齿数，模数，压力角，齿顶高系数和顶隙系数，在确定上述基本参数后，齿轮的齿形及几何尺寸就完全确定了。 已知： ,20,22,61,17 齿轮的几何尺寸计算如下： （见参考文献 2） 分度圆直径： 85175 aa 3 305615 bb 0225 cc 啮合副 5 （ 3 内啮合副 : 5 齿根高： 3 全齿高： fa （ 3 a 轮 h b 轮 h c 轮 38.9h - 5 - 齿顶圆直径： a 轮 952 aa 3 c 轮 1202 aa 轮 2 aa a 轮 3 b 轮 72 轮 a 轮 s ab 3 b 轮 c 轮 副 )(2/1ca 3 副 2/1 cb rc c o s （ 3 rc c o s rc c o s 配条件的验算 在确定行星齿轮传动的各轮齿数时，除了满足给定的传动比外，还应满足与其装配有关的条件，即同心条件、邻接条件和安装条件。此外，还要考虑到与其承载能力有关的其他条件。 （ 1）邻接条件 由多个行星轮均匀对称地布置在太阳轮和内齿轮之间的行星传动设计中必须保证相邻两个行星轮齿顶之间不得相互碰 撞，这个约束称之为邻接条件。 按公式（ 3（见参考文献 2） 验算其邻接条件，即 - 6 - （ 3 式中 行星轮个数； 合副的中心距； 行星轮的齿顶圆直径。 已知 20 （ 3 即满足邻接条件。 （ 2）同心条件 对于 2行星传动，三个基本构件的旋转轴线必须重合于主轴线，即由中心轮和行星轮组成的所有啮合副实际中心距必须相等，称之为同心条件。 按公式（ 3（见参考文献 2） 验算同心条件，即 （ 3 已知 足同心条件。 （ 3）安装条件 在行星传动中，几个行星轮能均匀装入并保证中心论正确啮合应具备的齿数关系和切齿要求，称之为装配条件。 按公式（ 3（见参考文献 2） 验算安装条件，即 （整数） （ 3 已知 3,61,17 117 n 即满足安装条件。 动效率的计算 按照表 5参考文献 2） 中所对应的效率计算公式计算： 按公式 (5（见参考文献 2） 计算 m 如下： - 7 - 对于啮合副（ : 齿顶圆压力角： r c c o sa r c c o （ 3 r c c o sa r c c o a nt a nt a nt a 2211 aa 3 对于啮合副（ : 齿顶压力角： a nt a nt a nt a 2211 aa 5（见参考文献 2） 得 取 1.01 （ 3 (行星齿轮传动中大都采用滚动轴承，摩擦损失很小故可忽 略 ) （ 3 可见，该行星传动的传动效率较高，可满足短期间断工作方式的使用要求。 行星齿轮传动功率分流的理想受力状态由于受不可避免的制造和安装误差，零件变形及温度等因素的影响，实际上是很难达到的。若用最大载荷 1的范围内变化，为 了减小载荷不均匀系数，便产生了所谓的均载机构。均载机构的合理设计，对能否充分发挥行星传动的优越性有这极其重要的意义。 均载机构分为基本构件浮动的均载机构、采用弹性元件的均载机构和杠杆联动式均载机构。 - 8 - 在选用行星齿轮传动的均载机构时，根据该机构的功用和工作情况，应对其提出如下几点要求。 （ 1） 均载机构在结构上应组成静定系统，能较好的补偿制造和装配误差及零件的变形，且使载荷分布不均匀系数 K 值最小。 （ 2） 均载机构的补偿动作要可靠、均载效果要好。为此，应使均载构件上所受的力较大，因此，作用力大才能使其动作灵敏、准确。 （ 3） 在均载过程中，均载构件应能以较小的自动调整位移量补偿行星齿轮传动存在的制造误差。 （ 4） 均载机构应制造容易，结构简单、紧凑、布置方便，不得影响到行星齿轮传动的传动性能。 （ 5） 均载机构本身的摩擦损失应尽量小，效率要高。 （ 6） 均载机构应具有一定的缓冲和减振性能，至少不应增加行星齿轮传动的振动和噪声。 在本设计中采用了中心轮浮动的结构。太阳轮通过双齿或单齿式联轴器与高速轴相联实现浮动（如图 2示），前者既能使行星轮间载荷分布均衡，又能使啮合齿面沿齿寛方向的载荷分布得到改善；而后者在使行星轮间载荷均衡过程，只能使太阳轮 轴线偏斜，从而使载荷沿齿寛方向分布不均匀，降低了传动承载能力。这种浮动方法，因为太阳轮重量小，浮动灵敏，结构简单，易于制造，便于安装，应用广泛。 根据 2A）型行星传动的工作特点、传递扭矩的大小和转速的高低等情况对其进行具体的结构设计。首先应该确定太阳轮 为它的直径 d 较小，所以轮 为在该设计中采用了中心论浮动的结构因此它的轴与浮动齿轮联轴器的外齿半联轴套制成一体或连接 (如图 3且按该行星传动的扭矩初步估算输入轴的直径 同时进行轴的结构设计。为了便于轴上零件 的拆装，通常将轴制成阶梯形。总之在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工制造(详见结构设计计算 )。 内齿轮做成环形齿圈，在该设计中内齿轮是用键在圆周方向上实现固定的。 行星轮通过两个轴承来支撑，由于轴承的安装误差和轴的变形等而引起的行星轮偏斜则 - 9 - 选用具有自动调心性能的球面滚子轴承是较为有效的。（但是只有在使用一个浮 动基本构件的行星轮传动中，行星轮才能选用上述自动调 心轴承作为支撑。）行星轮心轴的轴向定位是通过螺钉固定在输出轴上实现的。 行星架的结构选用了刚性比较好的双侧板整体式结构，与输出轴法兰联接，为保证行星架与输出轴的同轴度，行星架时应与输出轴配做，并且用两个对称布置得销定位。行星架靠近输入轴的一端采用一个向心球轴承支撑在箱体上。 转臂上各行星轮轴孔与转臂轴线的中心距极限偏差 按公式（ 9（见参考文献 2） 计算。现已知啮合中心距 a= （ 3 取 行星轮轴孔的孔距相对偏差 1 的 1/2,即 me x 182/1 图 3轮联轴器 - 10 - 在对所设计的行星齿轮传动进行了其啮合参数和几何尺寸计算，验算其转配条件，且进行了结构设计之后，绘制该行星齿轮的传动结构图（即装配图），如下图 3 减速器的润滑和密封 （ 1）齿轮采用油池润滑，常温条件下润滑油的粘度按表 7用（见参考文献 8）。 （ 2）轴承采用飞溅润滑，但每当拆洗重装时，应注入适量的（约占轴承空间体积 1/3）钙钠基润滑脂。 （ 3）减速器的密封，减速器的剖分面，陷入式端盖四周和视孔盖等处应涂以密封胶。 轮强度验算 （ 1）校核其齿面接触强度 1 确定使用系数 查表 6参考文献 2） 得 作机中等冲击，原动机轻微冲击的情况下 ) 图 3阳轮 0 8 - 11 - 2 确定动载荷系数 功率 P=45n=940 r m 1 9401 （ 3 m 95 已知 5公式（ 6（见参考文献 2） 得 9 1 0 011 （ 3 计算动载荷系数 6（见参考文献 2） 得 图 3星减速箱结构图 - 12 - 2 0 0（ 3 取传动精度系数为 7 即 c=6， B=025(7=50+56(1以 3 齿向载荷分布系数 K , 因为该 2星齿轮传动的内齿轮宽度与行星轮分度圆直径的比值小于 1，所以1 fh 4 齿间载荷分配系数 K , 查表 6参考文献 2） 得 K 5 行星轮间载荷分配不均匀系数 K , 查图 7参考文献 2） 取 由公式 7 （见参考文献 2）取 6 节点区域系数 查图 6参考文献 2） 得 Z 7 弹性系数 查表 6参考文献 2） 得 2/ 8 重合度系数 Z 已知 , - 13 - 9 螺旋角系数 Z 1 Z 10试验齿轮的接触疲劳极限 查图 6a） （见参考文献 2） 得 2300 最小安全系数, 参考文献 2） 得 5.1 m S 接触强度计算的寿命系数表 6参考文献 2） 得 81 105 4 8 60 3 查表 6参考文献 2） 得 02( 0 1 9 I （ 3 812 9 72 60 721 n - 14 - 由表 6参考文献 2） 得 9 9 Z11润滑油膜影响系数 , 查图 6参考文献 2） 取 ;1查图 6参考文献 2） 取 ;参考文献 2） 取 Z ; 12齿面硬化系数 已知条件中给定硬度为 45 13尺寸系数 查表 6参考文献 2） 得 ：许用接触应力 i ml i m （ 3 齿面接触应力 H （ 3 , ：许用接触应力 i ml i m - 15 - 齿面接触应力 H 4351101 , （ 2）校核其齿跟弯曲强度 1 弯曲强度计算中的切向力 用系数 K; 2 齿向载荷分布系数 ; 3 齿间载荷分配系数 查表 6参考文献 2） 得 4 齿形系数 查图 6参考文献 2） 得 5 应力修正系数 查图 6参考文 献 2） 得 6 重合度系数 Y 按公式（ 6（见参考文献 2） 计算，即 （ 3 - 16 - 7 螺旋角系数 Y 查图 6参考 文献 2） 得 1Y 8 齿轮的弯曲疲劳极限 查图 6参考文献 2） 得 210 9 弯曲强度计算的寿命系数 由公式 (6（见参考文献 2） 得 8281 （ 3 7271 由公式 (6（见参考文献 2） 得 03()( 3 03( Y （ 3 03()( 03( Y 10 弯曲强度计算的尺寸系数 由表 6参考文献 2） 得 （ 3 11 相对齿根圆敏感系数 由图 6参考文献 2） 查得 1 - 17 - 12 相对齿根表面状况系数 由表 6参考文献 2） 得 9 8 6 (ZR 12（ 3 13 最小安全系数 由表 6参考文献 2） 查得 )( 副 许用齿根应力 i nl i m e e Y （ 3 齿根应力 F 3 （ 3 )(, 副满足齿根弯曲强度的要求。 )( 副 许用齿根应力 i nl i m e Y 齿根应力 F )(, 副满足齿根弯曲强度的要求。 星架的结构设计与计算 行星架是行星传动中结构比较复杂而重要的构件。当行星架作为基本构件时，它是 - 18 - 机构中承受外力矩最大的零件。因此行星架的结构设计和制造质量对行星轮间的载荷分配以及传动装置的承载能力、噪声和振动等有重大影响。 星架的结构设计 行星架的常见结构形式有双臂整体式、双臂装配式和单臂式三种。在制造工艺上又有铸造、锻造和焊接等不同形式。 双臂整体式行星架结构刚性较好，采用铸造和焊接方法可得到与成品尺寸相近的毛坯，加工余量小。铸造行星架常用于批量生产地中、小型行星减速器中，如用锻造 ，则加工余量大，浪费材料和工时，不经济。焊接行星架通常用于单件生产的大型行星传动结构中。 该设计选用双臂式整体行星架，如图 3图 3星架 星架结构计算 （见参考文献 1） 当两侧板不装轴承时： () 取 01 （ 3 ) 取 02 连接板的内圆半径 ( Rr n 取 103 - 19 - 行星架厚度 为内齿轮宽度（ b=52 行星架外径 )110, （ 3 取 84 轮联轴器的结构设计与计算 齿轮联轴器是用来联接同轴线的两轴，一同旋转传递转矩的刚性可移式机构，基本形式见图 3图 31 外齿轴套 2 端盖 3 内齿圈 齿轮联轴器是渐开线齿轮应用的一个重要方面，一般由参数相同的内外齿轮副相互配合来传递转矩，并能补偿两轴线间的径向 、轴线倾斜的角位移，允许正反转。 沿分度圆（如图 3示）位置剖切外齿，剖切面得齿廓为直线时，称之为直齿联轴器；齿廓为腰鼓形曲线时，称之为鼓形齿联轴器。齿轮联轴器的内齿圈都用直齿。 鼓形齿联轴器的主要特点： （ 1）外齿轮齿厚中间厚两端薄，允许两轴线有较大的角位移，一般设计为 特殊的设计在 3 以上也能可靠地工作。 - 20 - （ 2）能承受较大的转矩和冲击载荷，在相同的角位移时，比直齿联轴器的承载能力高 15 外形尺寸小 。 （ 3）易于安装调整。 图 3工鼓形齿常用滚齿法和插齿法，用磨齿和剃齿法也可获得一定得鼓形量。 齿轮联轴器的外齿半联轴套和太阳轮做成一体， 并设计成鼓形齿。 已知 6,106 内齿圈宽度 12 ) （见参考文献 1） 取 01 （ 3 2523)12 取 52 联轴器外壳的壁厚为： ( gg 3 的结构设计与计算 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器 中的安装位置及形式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴的连接方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等等。 A A A A - 21 - 入轴的结构设计与计算 （ 1）拟定轴上零件的装配方案 拟定轴上的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定轴的基本形式。所谓装配方案就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。如图 2的装配方案是轴承、套筒、轴承、轴承端盖依次从轴右端向左装。 （ 2）轴上零件的定位 为了防止轴上零件受力时发生沿轴向和周向的相对运动，轴上零件出了游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定 位，以保证其准确的工作位置。 1轴上零件的轴向定位是以套筒、轴承端盖和轴承盖来保证的； 2轴上零件的周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位的零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 (3）各轴段直径和长度的确定 1按扭矩计算轴径 轴的材料选用 40查表 15参考文献 5） 得 110,45 0 计算轴的直径： 有公式（ 15（见参考文献 5） 得 333 取 0 2初步确定各轴段直径和长度如图 3示 (4)轴上零件的选择 1轴承的选择 2键的选择 （见参考文献 6表 146L=70 输出轴的设计计算 (1）拟定轴上零件的装配方案 如图 2的装配方案是行星架、轴承和轴承盖，依次从轴左端向右装。 - 22 - (2）轴上零件的定位 1轴上零件的轴向定位是以定位轴肩、轴承端盖和轴承盖来保证的； 2轴上零件的周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位的零件有键、 和过盈配合等。 (3）各轴段直径和长度的确定 1按扭矩计算轴径 选用的原动机为 p=45n=940 r ， i m m 4 （ 3 45 （ 3 根据公式（ 15（见 参考文献 5） 得 cT 3 取 6 。 2初步确定各轴段直径和长度如图 3示 图 3 - 23 - (4）轴上零件的选择 1轴承的选择 （见参考文献 4） 2键的选择 （见参考文献 6表 145L=50 a） （ b）图 3造箱体的结构设计计算 （见参考文献 1） 铸造机体的壁厚： 23310310003 （ 3 查表 参考文献 1）得 - 24 - 下列计算均按表 参考文献 1）算： 机体壁厚： 前机盖壁厚： 后机盖壁厚： 机盖法兰凸缘厚度： d 加强肋厚度： 加强肋的斜度为 :2. 机体宽度： 机体机盖紧固螺栓直径： 0) （ 3 轴承端盖螺栓直径： 2 底脚螺栓直径： 2 机体底座凸缘厚度： 218) 取 5 地脚螺栓孔的位置： 85( 取 01 85(2 取 02 装使用 (1)安装前应检查减速机与风机配套是否符合设计要求。 (2)减速机与安装机架间一般应加 10 15的胶垫以减少振动。 (3)安装后检查风机叶片与塔体的间隙应均匀，用手转动风机应转 动灵活，无卡滞现象，否则不能通电运转。 (4)运转前必须加油。本减速机采用双曲线齿轮油或 30#齿轮油或减速机专用油，加油时从加油管加入， (5)油位加至油针刻度线中间即可。 (6)确认安装合格后，方可通电试运行。减速机应运行平稳无异常响声，电机电流应不超过额定值，否则应停机检查。 - 25 - (7)连续运行 1小时后停机检查各紧固件是否松动，各密封部分是否渗漏。经检查符合要求后方可正式开机 修保养： (1)新安装的减速机运行半个月后应更换一次润滑油，并清洗齿轮箱，以后每运行 2000 3000小时换油一次。 (2)正常运行时应经常从视油孔检查润滑油位，若发现漏油应及时更换油封。 (3)减速机每年应检修一次，检查各齿轮、轴承、油封等零部件是否正常，损坏后应及时更换。 5 标准化审核报告 产品图样的审查 冷却塔行星齿轮减速器设计已经基本完成，现以具备全套图纸和一线基本数据，根据有关规定，对其进行标注化审查，结果如下： （ 1） 产品的图样完整、统一、表达准确清楚、图样清楚。符合 械制图的规定。 （ 2） 产品图样公差与配合的选择与标准符合 1800、 3规定。 （ 3） 产品图样的编号符合 华人民共和国机械行业标准产品图样及设计的完整性。 （ 4） 图纸的标题栏与明细栏符合 10609. 110690. 2规定。 （ 5） 产品图样粗糙度的标注符合 面特征代号及注法的规定。 （ 6） 产品图样焊缝的代号符合 缝代号的规定。 产品技术文件的审查 （ 1） 产品的技术文件名称、术语符合 0351品图样及设计文件术语及有关标准的规定。 （ 2） 量和单位符合 （ 3）技术文件所用的编码符合 8823械工业企业计算机辅助管理信息 - 26 - 分类
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