4263行星齿轮传动设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4263行星齿轮传动设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,行星,齿轮,传动,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 23 页 1 绪论 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 1 1 1 发展概况 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，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现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化的机械传动设备 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 20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 多年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达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的 吸 收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展 1 1 2 3K 型行星齿轮传动 在图 4所示的 3K 型行星齿轮传动中，其基本构件是三个中心轮 a、 b和 e，故其传动类型代号为 3K10。在 3K 型行星传动中，由于其转臂 H 不承受外力矩的 作用，所以，它不是基本构件，而只是用于支承行星轮心轴所必需的结构元件， 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 23 页 因而，该转臂 H 又可称为行星轮支架（简称为行星架）。(a) 3K( )型 (b) 3K( )型 (c) 3K( )型 图 行星齿轮传动 （ 1） 3K（） 型 具有双齿圈行星轮的 3K 型行星齿轮传动，如图 1-1(a)所示。它的结构特点是：内齿轮 旋转的中心轮 a和 c和 d 相啮合，故可用传动代号 3K（ ） 表示。在各种机械传动中，它已获得了较广泛的应用。 （ 2） 3K（） 型 具有单齿圈行星轮 c 的 3K 型行星齿轮传动，如图 1(b)所示。该 3个中心轮 a、 b和 内齿轮 个旋转的中心轮 a和 可用传动代号 3K（）表示。一项较新型的行星齿轮传动，目前该项传动新技术在我国的齿轮传动中已获得了日益广 泛的应用。 （ 3） 3K（）型 具有双齿圈行星轮的 3K 型行星齿轮传动，如图 1(c)所示。它的结构特点是：内齿轮 个旋转的中心轮 a和 另一个行星轮 可用传动代号 3K（）表示。在实际运用中，一般很少采用 3K（） 型行星齿轮传动 10。 现在我们来看看 3K（ ） 型行星齿轮传动的独特的优点：转臂 H 不承受外载荷，故其转臂 H 不是基本构件，因而又称该转臂 单个行星轮 K（） 型行星传动中的双联行星轮 而使其结构简化了，制造安装容易 。其传动比范围大，通常为 i=40 300。因此，人们称 3K（） 型行星齿轮传动是一种结构紧凑和减速比大的奇异型的行星齿轮传动 9如图 1。 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 23 页 图 ） 型行星齿轮传动 2 行星齿轮传动的设计计算 2 1 选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图 根据毕业设计任务书设计要求，为了装配方便，结构更加紧凑，选用具有单齿圈行星轮的 3K（ ） 型行星齿轮传动 ，传动简图如图 1b）。 2 2 配齿计算 据 3K（ ） 型行星传动的传动比 和按其配齿计算公式可求得内齿轮 b、 考虑到该行星齿轮传动的外廊尺寸较小，故选择中心轮 5和行星轮数目 3。为了使内齿轮 b与 应取 3。再将 得内齿轮 30 )315()133(3154)315(21)n(4)n(z21 2 由此可得内齿轮 e 的齿数 33330式 （ 2 因 181533为偶 数，按公式可求得行星轮 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 23 页 81)1533(211)(21z c ae 2 验算其实际的传动比 33)293333)(15301()(1( be 式（ 2 其传动比误差 i 为 0333333 式（ 2 故满足传动比误差的要求，即得该行星齿轮传动实际的传动比为 33后确定该行星传动各轮的齿数为 8 和、 2 3 初步计算齿轮的主要参数 齿轮材料和热处理的选择：中心轮 a 和行星 轮 c 均采用 20碳淬火，齿面硬度 58 62查图可取 2H / 和 2 16，中心轮 a 和行星轮 c 的加工精度 6 级；内齿轮 b 和 c 均采用 42质硬度217 259查图可取 2H 和 2 16， 内齿轮 b 和 级。 按弯曲强度的初算公式计算齿轮的模数 3F a 1z 式 （ 2 现已知 2F / m ， 。 小齿轮名义转矩 9549式（ 2 取算式系数 ；查表取使用系数 ；取综合系数 ； 取接触强 度 计 算 的 行 星 轮 间 载 荷 分 布 不 均 匀 系 数 ， 由 公 式 可 得 1)1K( ；由图查得齿形系数 ；由表查得齿宽系数 16；则得齿轮模数 m 为 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 23 页 )( 2 式 （ 2 取齿轮模数 m = 2 4 啮合参数计算 在三个啮合齿轮副 标准中心距 )(33(21)(30(21)(15(21式 （ 2 由此可见，三个齿轮副的标准中心距均不相等，且有aaa。因此，该行星齿轮传动不能满足非变位的同心条件。为了使该行星传动既能满足给定的传动比 33能满足啮合传动的同心条件，即应使各齿轮副的啮合中心距 a 相等，则必须对该 3K( )型行星齿轮传动进行角度变位。 根据各标准中心距之间的关系aaa， 作为各齿轮副的公用中心距值。 已知 22 ，和 25， ， 及压力角 20 ，按公式计算 3K( )型行星齿轮传动角度变位的啮合参数。对各齿轮副的啮合参数计算结 果见 表 2 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 23 页 表 23K( )型行星传动啮合参数计算 项目 计算公式 轮副 中心距变动系数 y 15.10啮合角 )c o sac o s ( 20变位系数和 )(t a in v 2589.1 0537.2 )(021 齿顶高动系数 y 0y e 重合度 )122117855.0a a a 确定各齿轮的变位系数 x。 (1) 在 于中心轮 7zm ，342m 和中心 距 。由此可知 ，该齿轮副的变位目的是 避免小齿轮 合中心距 和改善啮合性能。 其变位方式也应采用角度变位的正传动，即 0当齿顶高系数 1，压力角 20 时，避免根切的最小变位系数 为 1 1 7 51717 am i n 式 （ 2 按公式可求得中心轮 )(5.0 5 8 8 58 1582 5 8 m 式 （ 2 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 23 页 查公式 可得行星轮 3 9 7 1 8 式 （ 2 (2) 在 178m zz c， 34222m 。 据此可知，该齿轮副的变位目的是 为了避免齿轮 凑合中心距和改善 啮合 性能。故其变位方式也应采用角度变位的正传动，即 0 现已知其变位系数和 3973.0c， 则可得内齿轮 5 7 3 。 (3) 在 ， 34225m 。由此可知，该齿轮副的变位目的是为了改善啮合性能和修复啮合齿轮副。故其变位方式应采用高度变位，即 0 。则可得内齿轮。 2 5 几何尺寸计算 对于该 3K( )型行星齿轮传动可按书中的计算公式进行其几何尺寸的计算。各齿轮副的几何尺寸的计算结果 见 表 2 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 23 页 表 23K( )型行星传动几何尺寸计算 项 目 计 算 公 式 变位系数 121 分度圆直径 d 22 11 18d 基圆直径 2b 11b 节圆直径 d 122212111 1 1 齿顶圆直径啮合 222111(2)(2 内啮合 )0()(2)(212222111ed a )()(22)(2)(2222112222111e ed a 齿根圆直径啮合 )(2)(2222111内啮合 )(2)(2002111插齿 式中 1 C C 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 23 页 按下式计算：222 )(a 关于用插齿刀加工内齿轮，其齿根圆直径 已知模数 ，插齿刀齿数 250 z，齿顶圆系数 位系数 00 。 试求被插齿内齿轮的齿根圆直径2 齿根圆直径2 0202 2 式中 0插齿刀的齿顶圆直径； 02a 插齿刀与被加工内齿轮的中心距。 )()(20000 式（ 2 现对内齿轮齿轮副 (1) , 30 b 00202 20t a n)(0t a n) 2 查表可知 520216。 3 1 5 52co s(22530)1co s(2 02002 b 式（ 2 加工中心距 02)(2 8 9 4 530( 02002 b 式（ 2 按公式计算内齿轮 b 齿根圆直径为 )(0202 式（ 2 (2) , 33 仿上， 020202 t 2 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 23 页 0t a n) in 2 查表得 332902 16。 3 2 0 3329co s(22533)1co s(2 02002 e 式（ 2 )(533( 02002 b 式（ 2 则得内齿轮 )( 2 4 0202 式 （ 2 2 6 装配条件的验算 对于所设计的上述行星齿轮传动应满足如下的装配条件。 (1)邻接条件 按公式 验算其邻接条件 将已知的 和得 )(i 52)6. 16 608 ( 式 （ 2 即满足邻接条件。 (2)同心条件 按公式 co s 式（ 2 验算该 3K( ) 型行星传动的同心条件，根据所求的代人上式， o o s o s 23 则满足同心条件。 (3)安 装条件 验算其安装条件，)(2133330)(1533015整数整数2 所以， 满足其安装条件。 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 23 页 2 7 传动效率的计算 由 表 2齿轮 大干内齿轮 ， 即 eb ， 故该 3K( )行星传动的传动效率 采用公式 式（ 2 进行计算， 已知 33 式（ 2和 可 按公式)11(2)11(2式（ 2 计算 。 取轮齿的啮合摩擦因数 重合度 ， 且将 （ 2， 可得 3181(0181( 式（ 2 即有 0 2 3 4 所以，其传动效率为 % 3 4 式（ 2 可见，该 行星齿轮传动的传动效率满足 任务书 要求。 2 8 齿轮强度验算 由于 3K( )型行星齿轮传动具有短期问断的工作特点，且具有结构紧凑、外廓尺寸较小和传动比大的特点。针对其工作特点，只需按其齿根弯曲应力的强 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 23 页 度条件公式 进行校核计算 首先按公式 （ 2 计算齿轮的齿根应力， 齿根应力的基本值按公式 2 计算， 许用齿根应力按公式 XR re m i nl i m式（ 2 计算 。 现将该 3K( )行星传动按照三个齿轮副 别验算如下。(1) 名义切向力 中心轮 F 可按公式 )(2000 式（ 2 计算；已知 ， 3 和 。则得 N)(2 有关系数 a. 使用系数 使用系数 轻微冲击查表得 16。 b. 动载荷系数 19100 )( 式（ 2 其中 )/( 3211 4 5 01 式（ 2 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 23 页 所以 )/( 1 00 )91.9 x 式（ 2 已知中心轮 级，即精度系数 6C ；再按公式计算动载荷系数 200K 2 式中 6( 式（ 2 92)650)1(5650 式（ 2 则得 09292K 式（ 2 c. 齿轮载荷分布系数 )1(1K F 式（ 2 ad d a式（ 2 由 3.1d代入式 （ 2，则得 2 d. 齿间载荷分配系数表得 6 e. 行星轮间载荷分配系数 )1( K 式（ 2 已取 则得 式（ 2 f. 行 星轮间载荷分配系数 查表得 6 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 23 页 g. 应力修正系数 查表得 6 h. 重合度系数 1 8 7 式（ 2 i. 螺旋角系数Y。 查图得 1Y16 因行星轮 同时与内齿轮 b和 取齿宽 计算齿根弯曲应力 F 。 1111 式（ 2 2/ 2222 式（ 2 2/ 取弯曲应力 2/300 。 计算许用齿根应力： XR re re m i nl i m 式（ 2 已知齿根弯曲疲劳极限 2 。 查表得最小安全系数 16。 式中各系数Y 取值如下。 应力系数所给定的 区域图取 时，取 2S 6。 寿命系数： 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 23 页 103(Y 式（ 2 式中应力循环次数 下面公式计算，且可按每年工作 300天，每天工作16h，即 5 0(60)(60 式（ 2 则得 03( 2 齿根圆角敏感系数： 1相对齿根表面状况系数： (5 2 ZR re 2 取齿根表面微观不平度 ，代入上式得： 2 R r e 2 尺寸系数 nX 2 可得许用齿根应力为： )/(式（ 2 因齿根应力 )/300( 2 小于许用齿根应力 )/( 9 2，即 。所以， (2) 在内啮合齿轮副 仍按公式（ 2算其齿根弯曲应力 2F 及 式（ 2算 许用齿根应力已知 302 2 。 仿上，通过查表或采用相应的公式计算，K , 1 Y16。代入公式（ 2得 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 23 页 122 式（ 2 2/ 取 )/300( 2 )/(3 0 0 2m i nl i m Y XR r e e 可见，2 ,故 (3) 仿上， 仍按公式计算 2F 和仿上，与内齿轮 3.1入上式，则得 222 式（ 2 2/因 )/21 取 )/280( 2 XR re m i nl i m式（ 2 )/(可见， ，故 3 结构设计 根据 3K( )型行星传动的工作特点、传递功率的大小和转速的高低等情况，对其进行具体的结构设计。首先应确定中心轮 (太阳轮 ) 为它的直径以， 轮 a 应该采用齿轮轴的结构型式；即将中心轮 按该行星传动的输入功率 P 和转速 n 初步估算输入轴的直径 时进行轴的结构设计。为了便于轴上零件的装拆，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。 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 23 页 内齿轮 采用齿轮固 定环将内齿轮 而 可以将其固定。 内齿轮 且 采用平面辐板与其 轮毂 相 联接。 行星轮 的齿宽 便保证该 行星轮 ，同时还应保证 其与内齿轮 b和 每个行星轮的内孔中，可安装两个滚动轴承来支承着。而行星轮轴在安装到转臂 H 的侧板上之后，还采用了矩形截面 的弹性挡 圈来 进行轴向固定。 由于该 3K 型行星传动的转臂 H 不承受外力矩，也不是行星传动的输人或输出构件； 而 且还具有 3 个行星轮。因此，其转臂 该 转臂 H 可以采用两个向心球轴承支承在中心轮 转臂 H 上各行星轮轴孔与转臂轴线的中心距极限偏100083 a 式（ 3 计算。现已知啮合中心距 ，则得 )(0 1 5 6 0 0 0 0 8 33 a 式 （ 3 取 各行星轮轴 孔 的孔距相对 偏差 1 可按公式 )(1 0 0 0 )(1 式（ 3 计算 ，即 )(0 1 2 0 8 0 0 (1 0 0 0 )(1 式（ 3 取 转臂 相对偏差 1 的 1/2，即 521 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，验算其装配条件，且进行 了 结构设计之后，现在 可以绘制该行星齿轮传动结构图 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 23 页 3 1 初估轴 径 选取轴的材料为 45钢，调质处理，查表取 1120 A16,得 3110m i n 式（ 3 输出轴的最小直径是用与安装联轴器。为使所选直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩3，考虑扭矩变化很小，取 K ，则 4 2 7 （ 3 查手册，选用 柱销 联轴器 ，取轴径 0 。 1 8 式（ 3 m i n/ 5 0333300 式（ 3 可知 3 20m i 式（ 3 因而 输出轴 可 选用 轴径 6 。 3 2 轴的结构设计 如果安装齿轮处的轴径 f （ 齿根圆直径），则齿轮与轴做成一体，而且一般4，以便齿轮加工时退刀。但当齿轮顶圆直径较小时，其齿根圆直径允许小于相邻 的轴径 17。 图 结构图 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 23 页 图 结构图 3 3 拟定轴上零件的装 配方案并选择支承的结构型式 轴上零件的装配方案及轴支承结构型式的不同，轴的结构形状、尺寸也将不同，可通过分析比较选择一个好的方案。圆柱齿轮、套筒、左端轴承、轴承端盖和联轴器依次由轴的左端装入，仅有右端轴承从轴的右端装入。轴的支承结构型式采用的是两端（单向）固定型式。 3 4 轴承的选择 据情况可选择深沟球轴承 6003， 7 ， 5 ， 0 ，深沟球轴承 6203， 7 ， 0 ， 2 ， 深沟球轴承 6010， 0 ，0 ， 6 3 5 行星架的选择 双壁整体式行星架的刚性好，如轴与行星架一体，轴与行星架为法兰式连接，带齿的浮动行星架，焊接式行星架等应采用双壁整体式行星架。 双壁分开 式行星架结构复杂，主要用于传动比较小的情况（如 4 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 23 页 传动。 单臂式行星架结构较简单，可容纳较多的行星轮，但行星轮心轴为悬臂状态，受力情况不好。 综上所述，选双壁整体式行星架。 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 23 页 结 论 本课题主要 是为了加强自身了解国内外传动机构的发展现状，按照要求设计一个行星齿轮传动机构。本文介绍了行星齿轮减速器的 发展概况、应用、类型，还有设计方法。本文采用了 3K( )型行星传动 进行设计。 3K 型行星传动结构特点是：三个中心轮 a、 b 和 e 同时与单齿圈行星轮 c 相啮合；即内齿轮 b 固定，两个旋转中心轮 a 和 e 同时与行星轮 c 相啮合，故可用传动代号 3K( )表示。它是一项较新型行星齿轮传动，目前该项传动新技术我国齿轮传动中已获了日益广泛应用。 本次的设计主要针对 行星齿轮传动 的设计， 参考行星齿轮传动设计书 ， 一步一步按照要求设计齿轮， 太阳轮 a、内齿轮 b和 e、行星轮 于完成了最终的设计，并通过 基本上完成了课题的任务。在行星齿轮减速器的设计中，还应 该特别注意结构布置的合理性。引文结构位置如果不合理，将会直接造成载荷分配的不均匀，从而使设备达不到原设计效果。所以我在这里，将轴 1和轴 2放在同一水平面上，刚度也适当加强，收到明显效果，噪音减小运转平稳。 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 23 页 致 谢 在本毕业设计即将完成之际，我想对所有曾经帮助过我和支持我的人表示衷心的感谢。 由衷地感谢我的导师刘艳艳，本课题在选题及研究过程中得到刘老师的悉心指导，并多次为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨，
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