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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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南京理工大学紫金学院 毕业设计（论文）任务书 系 ： 机械工程系 专 业 ： 机械工程 及 自动化 学 生 姓 名： 贾盛 学 号： 060104255 设计 (论文 )题目 ： 3K 行星齿轮传动设计 起 迄 日 期 : 2010 年 2月 24日 2010 年 6 月 5 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学紫金学院 指 导 教 师 : 刘艳艳 专业 负责 人 : 肖猛 发任务书日期 : 2010 年 2 月 23 日 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体 情况填写，经 学生所在专业 的负责人 审查、系领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号； 5 任务书内“ 主要参考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2008 年 3 月 15 日”或“ 2008 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 1 熟悉机械传动系统的一般要求及设计准则 2 熟悉传动机构的结构原理及总体设计思想 3 熟练掌握机械传动系统的设计计算 及参数选择 4 掌握工程设计环节，完成总装配图及主要零部件图样设计 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1 设计指标： 传动比： i 25 35 功率： 入转速： 1450r/率： 78 2 工作要求： 了解国内外传动机构的发展现状，并进行创新性设计。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1完成总装配图设计 2完成主要零件图 3毕业论 文说明书一份 4主要参考文献： 1 王华坤，范元勋 . 机械设计基础（下） M. 北京： 兵器工业出版社 ， 2001. 2 杨黎明 . 机械设计 M. 北京： 兵器工业出版社 ， 1998. 3 饶振纲 . 行星传动机械设计 M. 北京：化学工业出版社， 2003. 4 孔恒，陈作模 . 机械原理 M. 北京：高等教育出版社， 2001. 5 徐灏 . 机械设计手册（第 3 版） M. 北京：机械工业出版社， 1991. 6 卜炎 . 机械传动装置设计手册（上、下） M. 北京： 机械工业 出版社， 1999. 7 唐嘉平 . 用教程（第 2 版） M. 北京： 清华大学出版社， 2006. 8 姚家娣，李明，黄兴元 . 机械设计指导 M. 北京：化学工业出版社， 2003. 9 饶振纲 . 微型行星齿轮传动的设计研究 J. 传动设计， 2003， 17（ 2） ： 1810 刘李梅 . 行星齿轮减速器的设计和应用 D. 无锡职业技术学院学报， 2005. 11 关岳编译 . 微型机器超小型行星减速器 Z. 世界发明， 1993. 12 饶振纲 . 行星传动机构设 计（第 2 版） M. 北京：国防工业出版社， 1994. 13 徐锡林 微 机械及其研究 J中国机械工程 ， 1993,（ 2）： 1014 李占权 , 李百宁 , 战晓红 . 行星齿轮减速器的设计 J. 煤矿机械， 2000，（ 11）： 1215 饶振纲 . 微型行星减速器的研究 J. 机械制造与自动化 , 1999，（ 2）： 10毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2010 年 1 月 20 日 3 月 19 日 3 月 20 日 4 月 30 日 5 月 1 日 5 月 15 日 5 月 16 日 5 月 20 日 5 月 21 日 5 月 25 日 6 月 1 日 6 月 5 日 查阅资料，完成外文翻译和开题报告 基本总体方案设计、设计计算及论文分析 完成总装配图、零件图设计 完成论文初稿 完成设计说明书的编写，并提出申请优秀论文 优秀论文答辩 论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 系意见： 系领导： 年 月 日 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 贾盛 学 号： 060104255 系 ： 机械工程系 专 业 : 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 : 3K 行星齿轮传动设计 指导教师 : 刘艳艳 讲师 (姓 名 ) (专业技术职务 ) 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 2 毕业设计 (论文 )任务书 1 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 4 毕业设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计（论文）中期检查表 1 2010 年 3 月 注：毕业设计（论文）中期检查工作结束后，请将该封面与目录中各材料 合订成册 ，并统一存放在学生“ 毕业设计（论文）资料袋 ”中（打印件一律用 型）。 南京理工大学紫金学院 本科生毕业设计（论文）选题、审题表 系： 机械工程系 专业： 机械工程及自动化 指导教师 姓 名 专业技术职 务 课题名称 适用专业 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D 课题预计 工作量大小 大 适中 小 课题预计 难易程度 难 适中 易 备注 : 课题简介 课题应完成的任务和对学生的要求 所在专业审定意见： 专业负责人 (签名 )： 年 月 日 注：本课题由 同学选定，学号： 注： 1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用； 2有关内容的填写见背面的 填表说明 ，并在表中相应栏内打“ ”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。 填 表 说 明 1 该表的填写只针对 1 名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由 2名及 2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。 2 “ 课题性质” 一栏： A产品设计； B工程技术研究； C软件开发； D研究论文或调研报告 ； E其它。 3 “课题来源” 一栏： A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题； B企、事业单位委托课题； C院、系级基金课题； D自拟课题。 4 “课题简介” 一栏： 主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 005:014001 2004 4 005:01 4001in 004 n to a on 863 as of a it is to as of is of a on of in is to be of to be to . 5 2 . 6 3 . 8 F . 8 . 8 . 9 . 9 . 10 on . 10 in . 12 . 13 . 14 . 14 . 15 4 F . 19 . 19 . 19 . 20 . 20 . 22 N . 23 un . 23 . 24 . 26 . 27 . 27 . 28 5 . 32 6 . 34 7 . 35 in (35) = 0 kg/F H s b m m d m m m E of F N J of of of of m m M n of a r m S u of a v m/s z of M of a of a r in a s in a p in a c in a in (35) 1 a is to of to or 004). In to it is to to of as of in a is a in of a in . in an he in in on is to as of it be to s It is to it be to is on be of a in a 997): or he of in in is on In is is to be in is is to be In is of to be it is is as as )()(in (35) 2 he in a is a of is it It be to an of In of is to is it is in s is by MS of is to MS be 0 100050005001000ss 40200204060s. of is on of on is is a of in of of in an it to an in in is as in MS 0 (003). on It of a be by up of by of on in a be a 2003) a in be to 000 in (35) of )E = 3 8.7 17 84 . to in of on 003). It is be 106 in an be to 06In in of is 106is a 003). be to in Of to (1) is in it is to 06is is in By 1), is at a of is as ). of it be it be in (35) 3 he is on in of of a to no . of n to of it is to u is 211212=) a is 1221=+= (3) 2) 3) 11 (4) in (35) 3) 4) r1 (5) 1122+=+=(6) A is as a an is M of is 2 (7) b is r is is of of a be )(222121+= (8) by 2), (5) 8) is 222221)1(1)1(=+= (9) he J of a is 22 (10) on ) of a is 22222212122222112212222=+=+= (11) . in 0(35) if 5) 6) in of 42442444)1(12)1()1(2=+=(12) S 1871, is as , on a is ( += (13) a is as of of on of or on in be on on a is ( += (14) no (15) As as n. be =(16) is on ) it be on b) : 1=(17) to H: 2Z (18) M is +=2221211129) in 1(35) is of of is S 1871 34=Z (20) is an it +=1) no (22) m is is 12211)1(2= (23) )44(4(22222222222222222=+=+=+=(24) 5) 6) be 12,1221+=+=(25) By 24) 25), 21), is += 4(4)44(421(221122222112221+= (446) 13) 25) 14) 22322222)1( be 2( (27) in 2(35) H, by 18), (19) 20). of on H be . is it in if it is if is it be to 27) of a 1, 1, a u, of in he in a be as (28) of it is 003): 14/ (29) YF be it z. so it is as 1=Y (30) is as 26). By 13), (23) 28) is ( += (31) be as ( (32) is by 29) 30). on If no is be , 32) be to of a to be附件 1：外文资料翻译译文 基于直齿轮和行星齿轮尺寸与传动比间的关系 本文推导出了一个关于驱动给定载荷所必需的最小齿轮尺寸的公式。这个公式以直齿轮尺寸的瑞典标准： 基础，提出了直齿轮副和三轮行星齿轮之间的最小尺寸公式。此外，也得到了齿轮重量和惯性与齿轮传动比、负载扭矩和齿轮形状之间的函数表达式。 已知扭矩和材料，可以重新获得所需的齿轮尺寸、重量和与齿轮传动比有关的惯性。这不仅对齿轮优化是非常有用的，而且对完整的驱动系统优化也同样有用，其中齿轮大小，惯性和重量可能会影响驱动器系 统其他部分的要求。 结果表明，赫兹侧向压力在大多数情况下限制了齿轮的大小。齿根弯曲应力仅适用于硬齿面。此外，与同样小齿轮和同样构造的齿轮相比，行星齿轮所必需的尺寸，重量和惯性相对更小。这两种结果都符合国家标准，行星齿轮较紧凑，具有较低的惯性。 关键字 直齿轮，行星齿轮，减速机，伺服驱动器，优化 1. 背景介绍 这项工作在一开始是一项关于机电一体化系统的设计和优化方法的研究项目。该研究项目的目标是为了获得机电驱动模块的方法，关于重量，尺寸或效率（鲁斯 2004 年）。为了达到这一目标，必须有模型把齿轮的尺寸和重量与传 动比和负载相关联（扭矩和作为时间函数的传出轴角）。在机电一体化系统中负载通常是动态的，因此，惯性在机电一体化模块的优化中起着核心作用。在机电一体化应用最常用的齿轮类型是直齿轮和斜齿轮，行星齿轮和谐波驱动器。 图 本文提出的工作针对在两种不同构造下的直齿轮，单直齿轮和三轮行星齿轮。这儿得到的所有表达式都以两种齿轮尺寸的瑞典标准文件： 基础。分析的目的是为了表示出作为传动比功能和输出扭矩的齿轮大小。从这个尺寸上看，将有可能得出齿轮的质量和 惯性。也可以得出螺旋齿轮的这些数据，尽管可能有必要进一步引进一些简单的方法。 本文的重点是齿轮尺寸和性质，这些可直接从齿轮大小和形状，惯性和重量中得到。齿轮的其它性质，是重要的机电一体化应用（范斯坦 1997 年） 配置（内联或直角） 精度和反弹 输出速度 效率 环保能力（密封，噪音，振动） 成本 本文中得出的表达式的参数数量是很大的。已知参数取决于设计情况：在一些情况下负载已知和齿轮的尺寸几乎可以不考虑，而另一些情况尺寸已知，允许的输出扭矩应该取最大值等。本文中，所有的例子和方程都是假设它的负载是已知的，尺寸 ，重量和齿轮的惯性能够得到。此外，还假设齿轮材料以及压力角也都是已知的。 2. 等效负载 在机电一体化应用程序中负载通常是惯性和摩擦相结合的。负载转矩通常是非常动态的，也就是说，它随着时间的变化而变化。因此，需要使用等效连续负载转矩。在电动机大小计算方法上，负载周期均方值常用于计算等效连续电机负载。这是可能的，因为热量能限制连续扭矩；电机绕组产生的热量由电机电流有效值提供。由于电流跟电动机转矩成正比，扭矩均方根可用于电机计算尺寸。 图 2.“惯性”负载周期有效值 齿轮设计传统上侧重于齿轮强度。齿轮负载是循环的， 因此，齿轮故障是最常见的机械疲劳的结果。在齿轮设计上，表面疲劳和齿根弯曲疲劳是两个典型的限制因素。 当齿轮啮合时齿轮循环荷载的结合和随时间的变化的外加负载比在电机时更加难以表达出等效负载。用来计算齿轮尺寸的扭矩准则中使用的指数不是 2 作为规范的有效值，而是从 3 到 50 之间（安东尼 2003 年）。等效负载表示式依据所谓的线性累积损伤规则（帕尔姆格规则）。假定一个机械产品全寿命可以通过加入由每个应力循环的生命消耗的比例估计得到。应力循环的每一个齿轮传动齿数在一生中是巨大的。安东尼 （ 2003） 用三轮行星齿轮印证 了这个假设，一个太阳齿轮齿将 8小时暴露在 2000 转的近 300 万负载循环中。 图 使用等效载荷计算的指数取决于材料的类型，热处理和加载类型（安东尼 2003年）。 不过，显而易见的是，帕尔姆格规则不能用于无限寿命设计（“大于 106 负载周期），尤其是不能运用在齿轮受到最大负荷 106 倍以上的情况下。事实上，只能运用在负载周期总数低于 2106 的地方，一个比允许的极限载荷持久力更高的负载（安东尼 2003 年）。这意味着对于无限寿命尺寸计算，应该计算在负载周期最大扭矩处的尺寸。当然也有例外情况，例如负 载周期在最大负载的地方时发生齿轮停滞不前。因此，对于无限寿命设计，等效连续扭矩 以得出： m (（ 1） 这是本文所采取的做法，假设齿轮受到最大负载 106 倍以上，并且峰值扭矩用来标注。然而这个研究领域是非常复杂的，在本报告中没有做进一步的调查。通过这种方法，至少方程 （ 1） 不是用的很低的等效扭矩。 考虑轴承时，计算过程就变的更加复杂。对于轴承，负载平均立方根通常用来作为等 效连续负载（图 3）。然而，只处理了齿轮实际尺寸而没对轴承进行处理。但是，应该指出，轴承可能限制最大齿轮载荷。 3. 直齿轮分析 本文所做的分析主要是根据瑞典标准： 齿轮几何标准 份文件提出的公式来做的。图 4 展现了一个直齿轮，为了简化分析，使用没有增修改过的直齿轮。 图 齿轮的几何、质量和惯性 何关系 为了简化其它分析，这是是非常有用的派生一些简单的几何关系 齿轮比 u 是定义为： 211212 u t （ 2） 齿轮的中心距 a 由下式给出： 1221 （ 3） 结合方程（ 2）及（ 3）： 11r （ 4） 最后，结合方程（ 3）及（ 4）得到了 表达式： 11 5）11 22 u 6） 轮副质量 齿轮在这儿做成一个圆柱体，近视的接近准确值。因此齿轮质量 M 可以给出 : 2 (7) 其中 b 是面宽度， r 是参考半径和 是轮子的质量密度。一对齿轮副总质量可以表示为： 最后，结合公式（ 2），（ 5）及（ 8）得到以下齿轮副质量表达式： 性 旋转圆桶的惯性 J 以下给出： 因此反映在齿轮副小齿轮轴（轴 1）上的惯性由此给出： 图 如果加上方程（ 5）及（ 6）得出下面齿轮副惯性的表达式：要齿轮尺寸 据 要齿轮尺寸取决于齿侧赫兹压力和齿根压力。摩擦损失忽略不计，见图 5，在齿轮齿上给出： 侧的赫兹压力 在齿侧的赫兹压力由下式给出（ 对于无增修改齿轮，形成因素 以下给出的：如下所示，对于直齿轮，切向压力角 向压力角是同样标准的。因此，从现在起压力角仅用 表示： 由于螺旋角在斜圆柱 （ ） 上为零，在基圆柱上也为零 (b) 得出了 表达式： 材料因数 由 （ 给出： E 是各自齿轮弹性模量和 v 是瓦松数。对于直齿轮的重合度 出： 其中 是重合度。对外部直齿轮副 是根据 出的： 对于无增修改过的齿轮， 到 其中 m 是模数，其定义为： 对外部直齿轮，齿顶圆直径 基圆直径 由 （ 给出： 从方程（ 5）及（ 6）齿轮直径可以得出如下的表达式： 通过结合方程（ 24）和（ 25），并插入式（ 21），得到重合度的表达式：插入式（ 13）和式（ 25）到式（ 14）得到： 方程能重新写为： 其中 M,18），（ 19）和（ 20）给出。 分别描述每个齿轮与负荷分配负载的分工的因素。一般 以设置为 1。 为复杂，因为它只能在理论上为 1（齿轮理想状态下）。为 了简单点，在这里，它被设置为 如果要求更精确的数据，应该通过 询更多的信息和有关如何选择此常量的规定。方程（ 27）给出了已知 E2,v1,动比 u，齿数 力角 和计算扭矩 齿轮副最小尺寸（相对于赫兹压力 ） 。 根弯曲应力 弯曲应力 F 可根据 算如下：窗体系数 计算方式有点复杂，因此 近视为：因为减少了 z ，对小齿轮来说， 是较大的 直齿轮的螺旋角系数 。 据 算如下：之 前根据方程（ 26）计算重合度。通过结合方程（ 13），（ 23）和（ 28），得到以下： 上述表达式可改写为如下： 其中 29）和（ 30）得到。 分别描述每个齿轮与负荷分配负载的分工的因素。在没有其他数据可用时， 以设置为 1， 相同的值 （ 。方程（ 32）对于弯曲强度可用于计算齿轮副的最小尺寸。 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 贾盛 学 号： 060104255 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 3K 行星齿轮传动设计 指 导 教 师 : 刘艳艳 2010 年 3 月 19 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署 意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日” 或“ 2007 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 一、 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 二、 行星齿轮减速器类型 在较常见的 行星齿轮传动中，一般有 2和 3K 型三种基本的传动类型。原则上，它们都可以用来做成行星齿轮减速器。但是，由于选取不同的传动类型而制作出来的行星齿轮减速器，其传动性能和功用就不会完全一样 9。下面就来简单介绍一下这几种类型。 1. 2行星齿轮传动 如果行星齿轮传动的基本构件包括有两个中心轮 K 和转臂 H 的话，则该行星齿轮传动的类型代号为 20，图 l 和图 2 所示为较常见的 2的传动简图。当转臂H 固定时，若该行星齿轮传动中的中心轮 a 与内齿轮 b 的转向相反，即其转臂 H 固定时的传动比 称其为 2的正号机构 (见 图 2)。 图 的负号机构 图 的正号机构 2. 行星齿轮传动 如果把 2传动中的齿轮 a 去掉，而 且将行星轮 c 的直径增大，并使内齿轮 c 的齿数差变得很少 10；然后将从动轮 c 的运动通过机构 W 传到输出轴 V，则可构成 一个由转臂 H 上动和行星轮 c 从动的少齿差行星齿轮传动 (见图 3)。 在少 齿 差行星齿轮传动中，其基本构件是一个中心轮 b(代号 K)、转臂 H 和输出轴V，故其类型代号为 于行星轮 c 的轴线与输出轴 V 存在一 个偏心距离，因此需要设置一个将行星轮 c 的回转运动传递到输出轴 V 的、传动比等于 1 的输出机构 (即W 机构 )。由于该行星传动的啮台齿轮副仅有一个 动形式，故它不必再用其他的传动代号。渐开线少齿差行星齿轮传动和常见的摆线针轮行星传动大都属于 行星传动。 图 传动 3. 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 3K。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，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 4(a)所示。它的结构 特 点是：内齿轮 b 固定，而旋转的中心轮 a 和 e 分别与行星轮 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 4(b)所示。该 3K 型行星传动的结构特点是：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，两个旋转的中心轮 a 和 e 同时与行星轮 c 相啮合，故可用传动代号 3K（）表示。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 4(c)所示。它 的结构特 点是：内齿轮 c 固定，两个旋转的中心轮 a 和 b 与同一个行星轮 c 相啮合，而另一个行星轮 d 与固定内齿轮 e 相啮合；故可用传动代号 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 H 为行星架。用单个行星轮 g 代替了 3K（ ）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 5） 图 ） 型行星齿轮传动 三、 发展动向 1. 行星齿轮需要微型化 随着工业生产的发展，机器人已获得了日益广泛的使用。然而，对于机器人的结构而言，手臂越长则其惯性负荷就越大。若使用结构紧凑的微型行星齿轮减速器后，可以减轻其惯性负荷，即可选用与微型行星齿轮减速器相匹配的微电动机便可以高效率地驱动其手臂。因此，可以看作为转矩放大器的行星齿轮减速器，既可以弥补电动机功率的不足，同时又可以减速手臂的惯性负荷。可见，使用结构紧凑和具有较大传动比的行星齿轮减速器，将会为 今后研制和生产性能优良的机器人做出重大的贡献 。 当然， 行星齿轮减速器的这个功用不仅限于机器人，对于需要使用结构紧凑 和较大传动比的大多数的伺服机构来说，微型行星齿轮减速器也同样地 起 到了上述的作用 9。 因而，现今 最迫切 的问题是：如何使行星齿轮传动微型化。 我国目前对微型行星齿轮减速器的研制和生产尚属空白，确实是一个需要掌握的新技术领域。 近年来，随着微细加工技术的出现和发展，而产生了微型齿轮；目前已加工制造了其齿顶圆直径 da微型齿轮 9 2. 实现机电一体化 在微型机器中，不仅需要可传递动力的微型传动 装置 微型行星齿轮减速器，而且还需要能自带动力驱动装置的微型行星齿轮减速器。换言之，微型机器更需要由微电动机与微型行星齿轮减速器组合成紧凑的齿轮传动装置，使它具备驱动和减速传动两种功能。因此对于具备上述功能的机电一体化的齿轮传动装置，其特征是：这种微型行星减速器的输入轴与输出轴具有同轴性，而电动机轴应与其负荷紧凑地连接在一起。在结构上可以将电动机的轴与行星齿轮减速器的输入相连接，即电动机的轴与太阳轮 a 的齿轮轴位于同一个主轴线上，且相互连接起来。而行星齿轮减速器的输出轴（与内齿轮 e 连接为一体的）为该组合体的输 出轴，由此构成为电动机和行星齿轮减速器组合成一体的内装式齿轮传动装置。也可以这样说，电动机与行星齿轮减速器两者合一而成为一种低速电动机，它的输出轴就可以直接与工作机相连接。现今关键的问题在于：为了使这种带有电动机的微型行星齿轮减速器能够达到实用化的程度，则需要有与微型星减速器外形尺寸大小差不多的、具有优良性能的、实用性的微型电动机 9 3. 大批量的生产 为了使微型行星齿轮减速器在各种微型机器中获得广泛的应用，则要求它通过试制后而进行大批量的生产。目前加工微型齿轮的方法是采用钢丝放电加工的切削方法，即线 切割加工。例如，使用直径为 25钨丝作为电极，在油中进行放电加工。尽管采用这种线切割法能够加工金属材 料的齿轮和较高精度要求的微小零件。但是，采用上述方法所需的加工时间 仍较长。通常加工 1 个微型齿轮约需 1 2h， 1 台线切割加工机床加工 1 台微型行星齿轮减速器所需的 6 个齿轮 (1 个太阳轮 a， b 和 e 2 个内齿轮， 3 个行星轮 c)约需要耗费 1 天的时间。显然，这样的加工能力和低效率，将会使微型行星齿轮减速器的制造成本变得较高。同时，也不利于对微型行星齿轮减速器进行更大批量生产。为了使该微型行星减速器能实现大批量生产，可以 考虑采用塑料制成的微型齿轮。首先同样需要采用钢丝放电加工的切削方法来制作微型齿轮的成型模具。然后，就可以使用这一套模具去大批量生产塑料微型齿轮；从而，也就可以对微型行星齿轮减速器进行大批量生产。尽管这种塑料微型齿轮从其材料的机械强度方面来看要比金属微型齿轮 的强度较差些，但采用塑料微型齿轮可大量生产出具有同样精度等级和表面粗糙度的合格产品，而且其价格比金属微型齿轮要低廉得多 12 参考文献 1 陈立德 . 机械设计基础课程设计 M. 北京：高等教育出版社， 2006. 2 张卫平 , 陈文元 . 基于 . 中国机械工程， 2003， 14（ 5）： 3743 吴春英 , 王晓霞 . 内齿行星齿轮减速器的设计 D. 咸阳：陕西科技大学学报，2003. 4 濮良贵，纪名刚 . 机械设计 M. 北京：高等教育出版社， 2001. 5 孔恒，陈作模 . 机械原理 M. 北京：高等教育出版社， 2001. 6 刘李梅 . 行星齿轮减速器的设计和应用 D. 无锡职业技术学院学报， 2005. 7 李占权 , 李百宁 , 战晓红 . 行星齿 轮减速器的设计 J. 煤矿机械， 2000，（ 11）： 128 姚家娣，李明，黄兴元 . 机械设计指导 M. 北京：化学工业出版社， 2003. 9 饶振纲 . 微型行星齿轮传动的设计研究 J. 传动设计， 2003， 17（ 2） ： 1810 饶振纲 . 行星传动机械设计 M. 北京：化学工业出版社， 2003. 11 关岳编译 . 微型机器超小型行星减速器 Z. 世界发明， 1993. 12 饶振纲 . 行星传动机构设计（第 2 版） M. 北京：国防工业出版社， 1994. 13 徐锡林 微 机械及其研究 J中国机械工程 ， 1993,（ 2）： 1014 行星齿轮传动 M. 上海科学 技术出版社， 1962. 15 饶振纲 . 微型行星减速器的研究 J. 机械制造与自动化 , 1999，（ 2）： 10 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1 熟悉机械传动系统的一般要求及设计准则 2 熟悉传动机构的结构原理及总体设计思想 3 对机械传动系统的设计计算及参 数的选择 4 通过 图，完成总装配图及主要零部件图样设计 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 南京理工大学紫金学院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 贾盛 学 号： 060104255 系 ： 机械工程系 专 业 : 机械工程及自动化 题 目 : 3K 行星齿轮传动设计 指导者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 年 月 刘艳艳 讲师 毕业设计说明书（论文）中文摘要 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， 根据自己所学的知识， 按照要求设计一个行星齿轮传动机构。本文较详细地讨论了行星齿轮传动的发展概况，其结构组成和设计计算，强度的校核，结构设计等， 分析了传动条件，导出了传动比、邻接条件、同心条件、安装条件的计算公式，探讨了变位法改善啮合性能和修复啮合齿轮副。本文 采用了 3K( )型行星齿轮进行设计。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。 关键词 行星齿轮 变位 传动机构 毕业设计说明书（论文）外文摘要 of is to of of to a to of in of to In I K ( )to It is a of of in 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 1