【《对称式三环减速器传动方案的结构设计》5900字（论文）】

对称式三环减速器传动方案的结构设计摘要：三环减速器是一种少齿差啮合行星传动装置，其优点是传动比大、承载力强、结构紧凑、体积较小[4]。目前三环减速器已经在诸多领域得到广泛运用。本文将对三环减速器的特点、工作原理的主要零部件设计原理、设计过程进行介绍。着重以对称式三环减速器为核心的结构设计，在介绍其结构特点及工作原理的基础上来进行设计。设计思路根据已知条件，首先确定对称式三环减速器的传动方案，选择合适的电机进行驱动。根据传动原理计算出三环传动的各项参数。对对称式三环减速器的传动零件进行分析设计，对三环减速器的两个高速轴即输入轴与支撑轴和输出轴和支承轴进行受力分析以及强度计算。。设计过程中绘制装配图和主要零件的图纸。关键词：对称式三环减速器的；输入轴；输出轴；支承轴；结构设计目录1绪论………………1对称式三环减速器特点………1三环减速器存在的问题…………1对称式三环减速器结构研究的意义和内容……22对称式三环减速器的结构设计…………………22.1对称式三环减速器结构………22.2死点的克服……………………43计算………………43.1三环减速器的设计计算步骤……………………43.2选择型号及齿轮主要参数……………………53.3三环减速器的齿轮计算………74轴的确定…………94.1输入轴……………………94.2输出轴……………134.3输入轴受力…………………18结论…………………20致谢…………………21参考文献……………22附录（必要时）……………………231绪论现在人们对三环减速器的研究每天都有新的进程，不断完善三环减速器的设计，许多传统的减速器已经被其替代，成为了如今主流的减速器。就目前为止三环减速器已经成为起重运输、制造业、矿物开采、冶金、化工、石油等诸多领域，前进广阔，极具使用价值。齿轮传动作为机械传动的重要形式之一，之所以三环减速器一直受到重用，是因为其传动功率和速度都广，各国的专家和制造业都相当的关注。对称式三环减速器的特点目前的三环减速器特点如下：三环减速器的传动比范围广。加工方便、成本低。体积小、结构紧凑。三环减速器各零件布局合理采用啮合行星传动。在传动比相同的情况下，三环减速器和同功率圆柱齿轮减速器相比在实际运用的过程的当中占据的空间都要小约1/3到2/3。重量也有所减轻。工作效率高，当三环减速器的传动比越低，其效率越高。适应性广，可以供电动机同步传动或带动控制原件。立式、卧式、法兰联接等均可制成。维修方便。采用中分箱体，易损件少。因此可节约维修成本，可靠性也大大提升。由于以上优点，我国将其列为重点推广产品，冶金工业部也制订部颁标准。三环减速器的独特优点让各行各业对其有了更加深入的研究，随着对三环减速器的不断完善，其运用的领域也将不断扩大。1.2三环减速器存在的问题根据三环减速器目前的实际运用和研究来看还存在着以下问题：振动、噪声大。三环减速器目前的实际运用当中发现，与传统的行星齿轮减速器、传统齿轮减速器相比较过后发现三环减速器工作时有较大的噪声[9]。偏置型三环减速器由于其设计的缺陷，在其高速运转工作的情况下会伴随着非常强烈的振动和较大的噪声。偏置型三环减速器在实际运用时，它的不平衡会导致强烈的振动，内齿环板经常出现断裂的状况出现，其噪声也是远大于普通减速器。三环减速器的问世时间短制造工艺不成熟。目前只能根据对传统类似的减速器的不足做出总结，在不断地制造过程中找出其问题的所在，并且制定解决问题的方案，以此在三环减速器的改进中逐步完善。1.3对称式三环减速器结构的设计研究的内容和意义1.3.1对称式三环减速器研究的意义通过当今社会对三环减速器的研究和使用发现，三环减速器普遍存在振动大、噪声大的问题，并且这些问题随着电动机的输入功率、转速、传动比的提高而加重，因此在电动机高速运转的同时，三环减速器的剧烈振动可能会使内齿板断裂，轴承发热的同时也会缩短三环减速器的使用寿命。所以对三环减速器的深入研究很有必要，要探索其产生剧烈振动的原因，并且进行研究，改善设计上的缺陷，解决根本的问题。通过对三环减速器的动平衡与惯性力问题深入探讨，设计一个能做到平衡的三环减速器，保留三环减速器的优点的同时改进其不平衡性，为三环减速器建立一个完整的运作形式[9]，针对目前三环减速器解决问题的同时发挥出三环减速器的优势。1.3.2本文的研究内容本文以对称式三环减速器为研究对象：结构设计本文将从齿轮转动，齿轮副啮合参数的校核计算，输入轴输出轴的校核计算等展开。承载能力分析分析研究对称式三环减速器的两高速轴及输入轴与支撑轴、输出轴的动力学特性。绘制计算计算出对称式三环减速器各个轴与齿轮的参数加上校核。绘制出三环减速器的装配图。2对称式三环减速器结构设计2.1对称式三环减速器结构三环减速器是一个复合传动机构，以一个平行四边形机构与齿轮机构的组合[10]。三环减速器由输入轴、支承轴和输出轴等最基本的零件组成，其中输入轴和支承轴统称为高速轴，输出轴则称为低速轴。高速轴须配上偏心套如图2-1。装配图如图2-2所示。三环减速器最基本的分类有两种，一种为对称式三环减速器图2-3，其原理为两高速轴对称地布置在低速轴两侧，达到平衡对称的目的；反之当两高速轴布置在同侧时，我们称之为偏置式三环减速器图2-4。图2-1偏心套图2-2三环减速器装配图图2-3对称式三环减速器传动简图图2-4偏置式三环减速器传动简图2.2死点的克服三环传动是由平行四边形机构和内啮合齿轮机构组成的复合传动机构[9]，由于平行四边形机构运动到0°和180°的时候（于曲柄共线），曲柄机构可能出现不运动的情况，这就是死点位置。三相平行四边形机构并列布置是最常见的处理方式以此来避免死点位置机构不运作的情况发生，使用三块内齿环板使其形成夹角互为120°的相位角。使得在其中一个机构运动到死点位置时，另外两个机构可以通过力的传动达到在那个位置继续运动的目的，从而克服死点如图2-5。图2-5三相平行四边形机构并列克服死点3计算3.1三环减速器的设计计算步骤由于缺少三环减速器的资料，我们以少齿差行星齿轮减速器为参考。已知条件:最高转速为每分钟500，传递的额定功率P=140KW，输出轴上输出的负载扭矩为：（3-1）3.2选择型号即齿轮主要参数3.2.1选择三环减速器的型号根据传动比和中心距的关系如表（3-1）所示。表3-1中心距A、名义传动比系列如表（3-2）所示。选用SH型三环减速器，110a型号的装配形式。表3-2常见三环减速器的装配方式及型号3.2.2齿轮的选择与与其参数齿轮的选择最基础的是对齿轮材料的考虑，当齿轮材料满足使用要求时满足的条件必须是经过测算达到使用质量，这时就需要考虑到齿轮加工过程的工艺是如何的。当然选择齿轮的材料还需要考虑到其成本。(l)根据已知条件，以直齿圆柱齿轮传动为传动形式；(2）使用45钢作为材料制作齿轮。加工精度根据机械零件设计【3】选择（）3.2.3齿轮传动主要参数的计算三环传动是少齿差内啮合行星传动[9]，其传动比i与齿数差Δz的关系为：（3-2）式中；——外齿轮齿数；——内齿轮齿数。由式3-2可知，名义传动比i和齿差成一个反比的关系，当齿差越大时，传动比越小，所以将齿数差变小可以提高齿轮副的承载能力。三环减速器需要的是小齿差，所以运用小齿差来，如表3-3所示。表3-3根据式3-2，在齿数差为定值，传动比i增大时，外齿数也多，根据表3-1及3-3中传动比i的取值范围应在2.5~100，对于三环减速器，其齿轮副的偏传动比i与心距e的关系为：（3-3）式中；由上式可知在齿轮的尺寸变大时，齿轮的强度和载荷也随着增大，但是与此同时行星轴的尺寸会变小，随之而来的问题时使用寿命会减小；反之，当齿轮的尺寸小的时候，使用寿命会增加与此同时承载强度也会随之降低。三环传动和行星轴承的寿命相关，并且两者之间存在着反比的关系，所以我们需要取一个恰当的值来达到最佳。根据目前对三环减速器三环传动的使用来看的取值大多数都在在0.9到1.3左右，所以在齿数差为一个固定值时，由式（3-3）可知(3-4)从式3-4可以看出，传动比i越大则齿轮副的偏心距e反而更小，所以当有合适的惯性力时，三环减速器则会运行的更加顺畅平稳。齿轮副模数m与传动比i关系：(3-5)现在拟定本设计的对称式三环减速器中心距为600，初选择齿数差，传动比i=21。通过（3-2）、（3-5）式可得出外齿轮齿数=41、内齿轮齿数=43，内外齿轮模数m=13.63。可选模数如下表所示。表3-4标准模数系列表(GB1357-87)【11】计算得出的m=13.63由上表（3-4）初始选择内外齿轮模数m=14。3.3三环减速器的齿轮计算3.3.1三环减速器内啮合齿轮副的干涉为避免产生干涉应该注意的一些限制条件:(l)渐近曲线干预不可有；(2)渐开线干预不可存在；(3)齿与齿之间须留有合适恰当的间隙；(4)齿顶干涉的情况要避免发生；(5)齿轮的齿顶和齿廓不可以互相干预；(6)防止由内，外传动齿轮沿轴向运动引起的轴向干预；(7)如果变速箱齿轮损坏，则内变速箱齿轮和外变速箱齿轮的啮合角不能磨锐，并且必须具有足够的厚度。(8)内啮合齿轮副的重叠度不能小于13.3.2避免齿顶干涉（3-6）公式由公式（3-6）可知,在确定了外齿数为41，内齿数为43以及压力角度为25度后，变位系数会影响啮合角的大小。变位系数决定了三环减速器是否可以避免出现干涉问题。3.3.3三环减速器变位系数的确定将两变位系数和中间变量取一个合适的量，x1、x2的值就可以得出。计算步骤如下:(l)要求达到==1.0500，Gs=[Gs]=0.05。(2)确定中间变量，确定变位系数x1和x2。①初选为25度、。②通过上述步骤计算取的初始值对。通过上述给的参数和公式，我们可以计算得出模数为m=14mm。显然需要根据得出的数值按上述步骤进行设计计算，最后得到的计算结果如下所示:。传动比4轴的确定4.1输入轴4.1.1设计输入轴结构以及对其校核求得输入轴转矩如下：QUOTE设定传动比为，经过公式计算可以得出其输出轴的转数为则。，所以由上述计算并且经过数据计算可以得出在圆锥齿轮传动部分轴=504.1.2三环输入轴的载荷计算由图4-1可以得出取图4-1根据上图对其中的两个面进行计算。(b)首先通过对X面的受力分析图（图4-2）可以得出图4-2X面上的受力分析,上述对X面上的受力分析计算结束后，继续在Y平面上做受力分析，通过Y面的受力分析图（图4-3）可计算出Y面馆上的受力为：图4-3Y面的受力分析图在X平面和Y平面上绘制剪力图和弯矩图如下图所示绘制简力图4.1.3输入轴的校核a)根据弯扭组合强度计算轴的强度根据公式，并取a=0.6求得轴的应力：强度须通过输入轴的材料以及热处理方式查，最开始我们确定了三环减速器中零件的材料都选用碳素钢，并且材料必须是经过调质处理过后才可选用，查得。由于数值在给定范围内，所以此时是安全的。b）根据轴的扭转刚度进行计算普通的传动轴都可以取计算后发现。因此扭转刚度达到使用要求。4.2输出轴4.2.1计算输出轴参数（1）功率和转矩QUOTE由可以计算得出（2）轴的最小直径确定根据常见的三环减速器判断输出轴的最小直径，取输出轴与联轴器的直径有关，联轴器的直径限定了输出轴的最小值，所以输出轴直径选取的时候应该参照联轴器尺寸的大小。依据公式得出结论联轴器的转矩不定性强所以选取，则：在实际运用的过程中联轴器的转矩不得大于联轴器给定的标准公称转矩，所以我们应该选择公称转矩大于计算得出的转矩，所以选用公称转矩为的联轴器。由此我们可以给定，。4.2.2输出轴的载荷计算a）因为是三环减速器，为了消除死点采用三相平行四边形机构，所以可以设定：。得通过下图可知图4-4在X面上的受力情况对Y平面的受到的力分析图4-5图4-5在Y平面上的受力情况在X平面和Y平面上绘制剪力图和弯矩图列表载荷X平面Y平面支反力F弯矩M总弯矩M扭矩T4.2.3输出轴的校核依据弯扭组合强度计算轴的强度取a=0.6,计算轴的应力为：强度须通过输入轴的材料以及热处理方式查，最开始我们确定了三环减速器中零件的材料都选用碳素钢，并且材料必须是经过调质处理过后才可选用，查得。此时，达到使用标准依据轴的扭转刚度计算4.3输入轴受力分别为在坐标系x和y方向的分量，N,H则分别为支承轴承的反力，经过对该输出轴和支承轴分析，我们可以分别列出平衡方程。输入轴平衡方程：解得：由上述计算可得输入轴轴承合力为：支承轴平衡方程：解得：由上述计算可知输入轴轴承合力为：结论三环减速器是目前主流的减速器之一，它相对于其他的传统减速器来说有明显的优势，比如结构相对简单，体积小的同时承载能力也更加出色。但是与此同时，三环减速器也存在着明显的缺点，