NGW型行星齿轮减速器行星轮的设计

1、目录一绪论 31 引言 32 本文的主要内容4二 拟定传动方案及相关参数41 机构简图的确定42 .齿形与精度53 .齿轮材料及其性能5三设计计算51 配齿数 52 初步计算齿轮主要参数6（ 1 ）按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径6（ 2 ）按弯曲强度初算模数73 几何尺寸计算94 重合度计算1.0.5 啮合效率计算1.1.四行星轮的的强度计算及强度校核1.2.1 .强度计算12.2 .疲劳强度校核 1.6.1 外啮合 1.6.2 内啮合 2.2.3 .安全系数校核23.五零件图及装配图 2.7.六参考文献2.81 引言渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动

2、的齿轮传动，这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷，以使功率分流。渐开线行星齿轮传动具有以下优点:传动比范围大、结构紧凑、体积和质量小、效率普遍较高、噪音低以及运转平稳等，因此被广泛应用于起重、冶金、工程机械、运输、航空、机床、电工机械以及国防工业等部门作为减速、变速或增速齿轮传动装置。渐开线行星齿轮减速器所用的行星齿轮传动类型很多， 按传动机构中齿轮的啮合方式分为 :NGW 、 NW 、 NN 、 NGWN 、 ZU 飞 VGW、 W.W 等，其中的字母表示:N 内啮合，W外啮合，G内外啮合公用行星齿轮，ZU锥齿轮。NGW 型行星齿轮传动机构的主要特点有:重量轻、 体积小。 在相

3、同条件下比硬齿面渐开线圆柱齿轮减速机重量减速轻1/2 以上，体积缩小 1/2 1/3;传动效率高 ;传动功率范围大， 可由小于 1 千瓦到上万千瓦， 且功率越大优点越突出， 经济效益越高 ;装配型式多样，适用性广，运转平稳，噪音小 ;外齿轮为 6 级精度，内齿轮为 7 级精度，使用寿命一般均在十年以上。因此 NGW 型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、 传递功率最大的一种行星齿轮传动。2 . 本文的主要内容NGW型行星齿轮传动机构的传动原理：当高速轴由电动机驱动时，带动太阳 轮回转，再带动行星轮转动，由于内齿圈固定不动，便驱动行星架作输出运动， 行星轮在行星架上既作自转又作公转， 以此同

4、样的结构组成二级、三级或多级传 动。NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成， 以基本构件命名，又称为ZK-H型行星齿轮传动机构。本设计的主要内容是单级NGW型行星减速器的设计。二.拟定传动方案及相关参数1 .机构简图的确定减速器传动比i=6,故属于1级NGW型行星传动系统查渐开线行星齿轮传动设计书表4-1确定np =2或3。从提高传动装置承载力，减小尺寸和重量出发，取 np =3。计算系统自由度W=3*3-2*3-2=12 .齿形与精度因属于低速传动，以及方便加工，故采用齿形角为20o,直齿传动，精度定位6级。3 .齿轮材料及其性能太阳轮和行星轮采用硬齿面，内齿轮采

5、用软齿面，以提高承载能力，减小尺 寸。表1齿轮材料及其性能齿轮材料热处理H lim(N/mm 2)F lim(N/mm 2)加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC58 6214003506级行星轮245内齿轮40Cr调制HB2622936502207级三.设计计算1 .配齿数采用比例法:Za: Zc: Zb: MZa: Za(i 2) /2 : (i 1)Za: Za(i/ np)Za：2Za：5Za：2Za,查渐20。取按齿面硬度 HRC=60 ,u Zc/Za6 2/22开线行星齿轮传动设计书图4-7a的Zamax 20 , 13 ZaZa 17。由传动比条件知：Y iZa 17*6

6、102M Y/3 102/3 34计算内齿轮和行星齿轮齿数：Zb Y Za 102 17 85Zc 2 Za 342 .初步计算齿轮主要参数(1)按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径TaKAKHpKH |U 1用式d a Ktdw7"进行计算，式d Hlim uu= Zc/Za 34/17 2,太阳轮传递的扭矩Ta 9549P/ npna9549 30/ 3 100 954.9则太阳轮分度圆直径为:d a768TaKAKHpKH32d H lim954.9 1.25 1.05 1.8 2 10.7 14002103.76 mm表2齿面接触强度有关系数代号名称说明取值Ktd算式系数直齿轮

7、768Ka使用系数表6-5 ,中等冲击1.25Khp行星轮间载荷分配系数表7-2 ,太阳轮浮动，6级精度1.05Kh综合系数表 6-4, np 3 ,高精度，硬齿面1.8d小齿轮齿宽系数表6-30.7H lim实验齿轮的接触疲劳极限图 6-161400以上均为在书渐开线行星齿轮传动设计上查得(2)按弯曲强度初算模数用式mTiKaKfpKf dZ12FYFa 1lim进行计算所以应按行星轮计算模数245 3.182.54 306.73 Fiimi 350 N mn2,TaKAKFpKF YFa 2tm-7 2dZa F lim 212.1J954.9 1.25 1.075 1.6 2.45f 0

8、.7 172 2455.64表3弯曲强度有关系数符号名称说明取值Ktm算式系数直齿轮12.1KFp行星轮间载荷分配系数Kfp 1 1.5(Khp 1) =1 + 1.5(1.05-1)1.075Kf综合系数表6-4 ,高精度，1.6YFa1齿形系数图6-25 ,按x=0查值3.18YFa2齿形系数图6-25 ,按x=0查值2.45以上均为在书渐开线行星齿轮传动设计上查得若取模数m 6 ,则太阳轮直径(d)a Za|m 17 6 102 mm ,与接触强度初算结果d a 103.76 mm接近，故初定按108.5 mm, m 6进行接触和弯曲疲劳强度校核计算3 .几何尺寸计算将分度圆直径、节圆直

9、径、齿顶圆直径的计算值列于表4表4齿轮几何尺寸齿轮分度圆直径节圆直径齿顶圆直径太阳轮d a 102d a 102da a 114行星轮外啮合d c 204d b 204da c 216内啮合内齿轮d b 510d b 510da b 498对于行星轮，各主要参数及数据计算值列于表5表5行星轮几何尺寸名称代号数值齿数Zc34模数m6压力角a20 0分度圆直径d204mm齿顶局ha6mm名称代号数值齿根高hf7.5mm齿全高h13.5mm齿顶圆直径da216mm齿根圆直径df189mm基圆直径db191.70mm齿距P18.84mm齿厚s9.42mm齿槽宽e9.42mm4 .重合度计算外啮合:(r

10、)a=m|Za 2 6 17 2 51(r)c m忸 2 6 34 2 102(ra)a da a/2 114/2 57 (ra)c da c/2 216/2 108(a)a arccos(r)acos (ra)a) arccos(51cos20 57) 32.78(a)c arccos(r)ccos ,. (ra)c) arccos(102cos 20,108) 27.441Za(tan( a)a tan ) Zc(tan( a)c tan /(2 )=17(tan 32.78 tan 20 ) 34(tan27.441 tan20 ,/(2 )=1.598>1.2内啮合：(r)b=

11、m| Zb 2 6 85 2255(r)cm|Zc26 34 2 102(ra)b da b/2 495/2247.5(ra)cda c2216 2 108(a)b arccos(r)bcos . (ra)b) arccos(255cos 20.247.5) 14.50(a)c arccos(r)ccos /(ra)c) arccos(102cos20 108) 27.441 Zc(tan( a)c tan ) Zb(tan( a)b tan / (2 )=34(tan 27.441 tan 20 ) 85(tan14.50 tan20 ) (2 )=2.266>1.25 .啮合效率计算

12、aX.X X iabiX iabX式中为转化机构的效率，可用 Ky即只b n e b计算法确止查图3-3a、b （取以=0.06 ,因齿轮精度高）得:XX各啮合副的效率为ac 0.978 , cb 0.997 ,X X X转化机构效率为ac cb0.987 0.9970.984一 i X转化机构传动比i abZb85L5Za17b aXiXi abiXi ab1 5 0.9841 50.987四.行星轮的 的强度计算及强度校核图1断面几何参数行星轮可归结为受内外载荷的封闭圆环，其弯曲半径与断面厚度之比/h 5,属于大曲率圆环，弯曲中性层不通过重心，相距为e。当轴承装在行星轮内时，其轮缘减薄，若

13、 h/m 3时，在载荷作用下有较大变形。此变形对齿轮弯曲强度和轴承的承载能力有显著影响，应准确且计算。但在设计时由于轴承上载荷大小和分布规律不清楚，而难以计算。这里设想轴承中 反力按余弦规律分布，并且不考虑离心力对轴承载荷的影响，作一简化计算FrFr-图2计算简图及弯矩分布表6行星轮轮缘强度计算公式外载荷危险断面的弯矩匚2TaKAFt 丁 danp一一'FrFttg tMtFtH4Ftqt cos(i 1) tMiFt (0.094 0.318tg t 0.5-H)HM2Ft (0.11 0.182tg t 0.138危险断面的轴向力轮缘外侧弯曲应力Ni 0 HN2 Ft (0.796

14、 0.5tg i 0.637)M2hN2max'Se( h) S,M1hN1minc ,.'、一Se(h)S在与内、外齿中心轮啮合处分别有一组相等且对称的载荷：圆周力 E、径向 力Fr和Ft对弯曲中心的力矩Mt。在圆周力Ft相背的一半轴承上作用有按余弦规 律分布的径向分布力qio载荷计算式如表6。内力素弯矩M在两个啮合节点，即断面1处达最小值，在与断面1成90断面2处达最大值。这两个断面的弯矩MM2和轴向力Ni、N2的计算式列于表6。最大、最小应力都发生在轮缘的外侧，为弯曲应力、轴向应力和离心应力之 和。内力素及应力计算公式列于。其中离心力产生的应力式中22齿轮材料的比重；鼠飞

15、g 重力加速度;齿轮的绝对角速度;2 n602 *506052.33 rad/s0轮缘断面重心位置的曲率半径使用表6中的公式时，要从实际断面尺寸换算出一个相当矩形断面，才能较准确的求出应力的大小和位置。相当断面的惯性矩为I minSmin a式事Imin、Smin 一实际断面对 OX轴的惯性矩和断血面积；a 系数，按经验公式确定：a 0.25、m(hmin0.3m) 0.25* 6* (44.5 0.3*6) 4.167hm. 一一不计轮齿时的断面厚度；hmin 44.5m 一 一齿轮模数。相当断面的宽度取为轮缘的实际宽度b,其高度h、面积S、断面系数W分别为：实际断面尺寸b 72, d孔10

16、0 2 1212bhh 3355; S bh 72* 55 3960;W .b. 726_272*5536300I 支 72*553min IT 12一998250, Smin bh72*55 3960._2I minSmin a 9982503960*4.16721067011断面的弯曲半径为72.25 ,而I0S106701172.25*39603.73e 72.25 3.732 2203*1068.52_22_2*52.33 * 72.25299(N / mm )断面上承受最大、25.98 ,则 h最小应力处到断面重心的距离为h 29.02, H 40.48。数据计算:圆周力Ft2TaK

17、A,da/2*954.9*1.25102*37.80(kN)h和h。先决定内侧径向力FrFttg t7.80*tg(32.78 ) 5.02(kN)力矩MtFtH 7.8*40.48 315.744(N m)径向分布力4Eqt -cos(i 1) t4* 7.83.14* 68.52cos(2 1) t 0.145cos t kN / mm危险断面的弯矩N2Ft (0.796 0.5tg i40.480.637*- ) 4.27kN68.52max轮缘外侧弯曲应力minM 2h, ，Se(h)M1h_，Se( h )N2S620.7(N /mm2)_ 42512.9(N /mm2)H40.48

18、Mi Ft (0.094 0.318tg t 0.5)5.02*68.52*(0.094 0.318tg32.780.5*-)68.52204.33( N m)H40.48M2Ft (0.11 0.182tg t 0.138 5.02* 68.52* (0.11 0.182tg32.78 0.138*)68.52106.17(N m)危险断面的轴向力N10H0.637 ) 5.02* (0.796 0.5tg32.782 .疲劳强度校核(1)齿面接触疲劳强度用式 Hh0'KaKvKh Kh KhpH0 ZHZEZ计算接触应力H ,用式 HPH lim Zn ZlZvZrZwZx Sh

19、min计算其许用应力 HP 0三式中的参数和系数取值如表7接触应力基本值H 0 :ZhZeZ Z=2.5 189.8 0.89 118723.53 2 1102 722=825.85 N/mm2接触应力H :HH0，KaKvKh Kh KHp=825.85 1.25 1.005 1.1141.052=1001.98 N/mm许用接触应力 HP ：H lim ZnHP -ZlZvZrZwZxSd min1400 1.031.251.05 0.88 1.03 1 12=1097.9 N/mm2故 H HP ,接触强度通过表7外啮合接触强度有关参数和系数代号名称说明取值Ka使用系数按中等冲击查表6-

20、51.25Kv动载荷系数, '、 XV 0.445 6级精度60 1000' 6年苗区V X Za/100 0.07565,查图 6-5b1.005Kh齿向载荷分布系数d 0.7, np 3 查图 6-6 得Kh 0 1.214 ,取 Khw0.76,KHe 0.7 ,由式(6-25 )得Kh 1 (Kh 0 1)KHwKHe =1+(1.214-1) 0.76 0.7 1.1141.114Kh齿间载荷分配系数按1.6 , 6级精度，硬齿面，查图6-91Khp行星轮间载荷不均衡系数太阳轮浮动，查表7-21.05Zh节点区域系数(Xa Xc)/(Za Zc) 0,0查图6-102

21、.5Ze弹性系数查表6-7189.8N N/ mm2z重合度系数1.6 ,0 查图 6-110.89z螺旋角系数直齿， 01Ft分度圆上的切向力P30Ta 9549 9549 2864.7 N m n1002000Ta 2000 2864.7 .一c KFt= 18723.53 Nnp(d)a3 10218723.53Nb工作齿宽b= d(d)a 0.7 102 71.4 mm72 mmu齿比数Zc/Za 34/17 22Zn寿命系数按工作10年每年365天,每天16小时计算应力循环次数Nl 60(na nx)npt 8.76 1081.03Zl润滑油系数HRC=HV713,v=0.445m/

22、s, 查表 8-10用中型极压油，2V50200 mm / s1.05Zv速度系数查图6-200.88Zr粗造度系数按 8,Rz2.4 m,cRzi Rz2 屈0艮10021a 2.08 查图6-211.03Zw工作硬化系数两四*匕均为硬四面，图6-221Zx尺寸系数m >61Sd min最小安全系数按可靠度查表6-81.25H lim接触疲劳极限查图6-161400以上均为在书渐开线行星齿轮传动设计上查得(2)齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳应力F及其许用应力Fp ,用下式计算。并对行星轮进行校核foKaKvKf Kf KFp, F0FtYf YS Y YbmnF lim YsTYntFP

23、 Y relTY R relTYxSf min行星轮：Ftfo|cYf |cYs |cY Ybmn18723.532.45 1.680.719 172 6= 128.3 N/mm 2cf0|cKaKvKf Kf Kfp= 128.3 1.25 1.005 1.076 1 1.075=186.43 N/mm2FP cF lim IcYstYntSf minY relT |cY R relT |cYx245 2 1 0.96 1.045 1=307.21 N/mm21.6FP|c ,弯曲强度通过。表8外啮合齿根弯曲强度的有关参数和系数代表名称说明取值Kf齿向载荷分布系数由 Kh 0 1.214 ,

24、 b/m=12 ,查图6-23 得 Kf 0 1.21 ,由式(6-38 )Kf 1 (Kf 0 1)KFwKFe得 =1+(1.21-1) 0.4 0.9 =1.0761.076Kf齿间载荷分配系数KfKh1Kfp行星轮间载荷分配系数按式(7-43 ),Kfp 1 1.5Khp 1) 1 1.5(1.051)= 1.0751.075Yf |c行星轮齿形系数xc0,Zc 34 ,查图 6-252.45Ys |c行星轮应力修正系数查图6-271.68Y重合度系数Y 0.25 0.75/式(6-40),=0.25+0.75/1.598=0.7190.719Ynt弯曲寿命系数Nl 8.76 1081

25、Yst试验齿轮应力修正系数按所给的Fm区域图取 F lim时2Y relT1c行星轮齿根圆角敏感系数查图6-350.96Y R relT齿根表面形状系数Rz2.4,查图 6-361.045SF min最小安全系数按高可靠度，查表6-81.6以上均为在书渐开线行星齿轮传动设计上查得2 .内啮合齿面接触疲劳强度同外啮合齿面接触疲劳强度所用公式相同，其中与外啮合取值不同的参数为：u=2.5,Zh=2.5,Z =0.7,Zn=1.11,Z l=1.03,Zv=0.88,Zr=1.04,Zw=1.11ZhZeZ z=2.5 189.8 0.7 1：18732.53 2.5 1 204 722.5=254

26、.045 N/mm2H H 0 KaKvKh Kh KHp=254.045 J1.25 1.005 1.114 1 1.075=311.60 N/mm2H lim Znhp ZlZvZrZwZxSh min650 1.111.251.03 0.88 1.04 1.11 1=603.95 N/mm2故 H Hp ,接触强度通过 以上计算说明齿轮的承载能力足够。3 .安全系数校核行星传动中的齿轮轮缘内外侧任一点上的应力都在max和min之间变动，且为交变应力，故其强度计算以进行疲劳安全系数校核为宜。当齿轮传递的转矩在 轮缘内产生很大切应力时，同样应进行扭转疲劳强度校核。其安全系数S、S分 别按下式

27、计算：1S S a mYn 1 b1S Sa _mYN 1 b式中b、齿轮材料的抗拉强度和抗扭强度，对于近似计算可0.68l、 1 齿轮材料的弯曲和扭转对称循环疲劳极限，一般取i 0.43 b, i (0.54 0.6) i ;a、a 正应力和切应力的应力幅,1()( max min )2TKWPfT中心轮上作用的扭矩;WPj 扭转净截面模量;K考虑应力循环特性的计算系数 K=1 （对称循环）或K=2 （脉动循环）；m、 m 正应力和切应力的平均应力1m - max min2m a脉动循环或m 0对称循环材料的对称循环极限应力对实际轮缘的折算系数,按下式计算：Y Yr 1Yx YsY Yr 1YxYs丫、Y弯曲和扭转的有效应力集中系数。Y当齿轮材料的b 750N/mm2时，取Y Y °, Y 0读图可得。Yr 表面光洁度系数。查表可得。Ys表面