3K型行星減速器的設(shè)計(jì)

3K型行星減速器的設(shè)計(jì),行星減速器,設(shè)計(jì) 3K型行星減速器的設(shè)計(jì) 摘要 行星齒輪傳動(dòng)在我國(guó)已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應(yīng)用。然而，自20世紀(jì)60年代以來，我國(guó)才開始對(duì)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無(wú)論是在設(shè)計(jì)理論方面，還是在試制和應(yīng)用實(shí)踐方面，均取得了較大的成就,并獲得了許多的研究成果。 本文設(shè)計(jì)的題目是3K行星減速器的設(shè)計(jì)。首先對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，減速器的主要型式及其特性，我國(guó)行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及目前的水平，常用行星齒輪傳動(dòng)的類型及其特點(diǎn)等進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，然后對(duì)行星齒輪減速器的傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)及箱體的加工工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并采用AutoCAD設(shè)計(jì)軟件對(duì)齒輪軸、行星齒輪、行星軸、內(nèi)齒輪、輸出軸、箱體、總裝圖等進(jìn)行了繪制。 關(guān)鍵詞：行星齒輪、3K、行星減速器、AutoCAD ABSTRACT Planetary gear in China has a history of many years, very early applications. However, since the 1960s, China began to planetary gear drive for a more in-depth, systematic research and trial work. Both in design theory, or in trial practice and application, have made great achievements, and get a lot of research. This design is entitled 3K planetary gear design. First planetary gear transmission characteristics, and characteristics of the main types of gear units, the development of planetary gear drive and the current level of technology, common planetary gear types and characteristics, such as a brief introduction, and then the planetary gear the transmission, the structure and the cabinet process designed. And the use of AutoCAD design software for gear shafts, planetary gears, planetary shaft, internal gear, the output shaft, box, assembly diagrams were drawn. Key words: planetary gear, 3K, planetary reducer, AutoCAD I 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 3 1.1 行星齒輪傳動(dòng)的概述 3 1.2 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 3 1.3 常用行星齒輪傳動(dòng)的類型及其特點(diǎn) 4 1.4 行星齒輪減速器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 5 第2章 3K型行星齒輪減速器傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 7 2.2 各齒輪齒數(shù)的確定 7 2.3 齒輪模數(shù)的確定 7 2.4 齒輪幾何尺寸的計(jì)算 8 2.5 傳動(dòng)效率的計(jì)算 9 第3章 傳動(dòng)齒輪的校核 11 3.1 a-g齒輪副的驗(yàn)算 11 3.2 b-g齒輪副的驗(yàn)算 13 3.3 e-f齒輪副的驗(yàn)算 14 3.4 裝配條件的驗(yàn)算 14 第4章 3K行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 4.1 傳動(dòng)作用力計(jì)算 16 4.1.1 分度圓上的切向力 16 4.1.2 分度圓上的徑向力 17 4.1.3 各行星輪作用在軸上的總力及轉(zhuǎn)矩 17 4.2 軸的設(shè)計(jì) 18 4.2.1 選擇軸的材料 18 4.2.2 軸徑的初步估算 18 4.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 4.2.4 按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算軸徑 19 4.2.5 軸的疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)校核計(jì)算 20 4.2.6 軸的靜強(qiáng)度安全因數(shù)校核計(jì)算 21 4.3 軸承的選用 22 結(jié)論 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 第1章 緒論 1.1 行星齒輪傳動(dòng)的概述 齒輪減速器在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。減速器絕大多數(shù)都是閉式傳動(dòng)裝置，按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計(jì)，制造和使用特點(diǎn)各不相同。 我國(guó)及一些工業(yè)化大國(guó)的在用減速器數(shù)量以百萬(wàn)計(jì)，其中80%以上的中小規(guī)格減速器都直接選用了通用系列或標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品。通用減速器由于實(shí)現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，具有便于組織專業(yè)化生產(chǎn)，容易形成批量和規(guī)模生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品的生產(chǎn)水品和質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)和制造成本，縮短供貨周期，容易獲得備件，便于維修等許多優(yōu)點(diǎn)，而成為一般用戶的首選產(chǎn)品。只有在特殊用途或選不到合適的產(chǎn)品時(shí)才考慮設(shè)計(jì)和選用專用減速器。 通用和專用齒輪減速器在設(shè)計(jì)方面的一個(gè)主要區(qū)別是通用減速器齒輪傳動(dòng)的中心距a，傳動(dòng)比i等主要參數(shù)為有限個(gè)數(shù)值的有序分檔排列，產(chǎn)品的尺寸和承載能力有規(guī)律；專用齒輪減速器則無(wú)規(guī)律，需視具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。另一區(qū)別是通用減速器面向各個(gè)行業(yè)，但只能按一種特定的工況條件設(shè)計(jì)，選用時(shí)用戶需根據(jù)各自的實(shí)際工況采用不同的修正系數(shù)去修正。減速器參數(shù)的選擇是根據(jù)自身的特點(diǎn)為謀求綜合的最佳性能而確定的，不可能像專用減速器那樣針對(duì)每一個(gè)具體工況選擇不同的參數(shù)。 盡管由于產(chǎn)品的系列化和通用化給通用減速器不可避免地帶來一些弱點(diǎn)，但這些不足與其眾多的優(yōu)點(diǎn)相比是微不足道的。事實(shí)上，除了由于經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)并由專業(yè)商制造外，一般單件小批量生產(chǎn)的專用減速器從設(shè)計(jì)到制造都很難達(dá)到通用減速器的技術(shù)指標(biāo)。通用減速器的某些不足，在專用減速器中也會(huì)出現(xiàn)。因此，努力提高各類減速器的設(shè)計(jì)制造水品，更好的滿足各類用戶的廣泛需求，仍是廣大齒輪工作者的長(zhǎng)期任務(wù)。 1.2 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) （1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大。一般地，行星齒輪傳動(dòng)的外輪廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的1/2~1/3。 （2）傳動(dòng)效率高。在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達(dá)0.97~0.99。 （3）傳動(dòng)比較大。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。 （4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 總之，行星齒輪傳動(dòng)具有質(zhì)量小，體積小，傳動(dòng)比及效率高的優(yōu)點(diǎn)。因此，行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械，冶金機(jī)械，起重運(yùn)輸機(jī)械，礦山機(jī)械，輕工機(jī)械，石油化工機(jī)械，機(jī)床，機(jī)器人，汽車，輪船儀表和儀器等各個(gè)方面，行星傳動(dòng)不僅適用于高轉(zhuǎn)速，大功率，而且在低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置上也已經(jīng)獲得了應(yīng)用。它幾乎可適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為世界各國(guó)機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。 隨著行星傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前，高速漸開線行星齒輪傳動(dòng)裝置所傳遞的功率已經(jīng)達(dá)到20000kw，輸出轉(zhuǎn)矩已經(jīng)達(dá)到4500KN.據(jù)有關(guān)資料介紹，人們認(rèn)為目前行星傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向如下： （1）標(biāo)準(zhǔn)化。多品種目前世界上已經(jīng)有50多個(gè)漸開線行星齒輪傳動(dòng)系列設(shè)計(jì)，而且還演化出多種形式的行星減速器，差速器和行星變速器等多品種產(chǎn)品。 （2）硬齒面。 （3）高速轉(zhuǎn)速。 （4）大規(guī)格，大轉(zhuǎn)矩在中低速，重載傳動(dòng)中，傳遞大轉(zhuǎn)矩的大規(guī)格的行星齒輪傳動(dòng)已經(jīng)有了較大的發(fā)展。 行星齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：材料優(yōu)質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝較困難。 1.3 常用行星齒輪傳動(dòng)的類型及其特點(diǎn) 表1-1常用行星齒輪的傳動(dòng)類型及其特點(diǎn) 序號(hào) 型 號(hào) 傳動(dòng)比范圍 傳動(dòng)效率 傳動(dòng)功率范圍 特點(diǎn) 按基本構(gòu) 件命名 按嚙合方 式命名 1 2K-H NGW型 2.8-12.5 0.97- 0.99 不限 加工與裝配工藝簡(jiǎn)單，可用于任何情況下，單級(jí)傳動(dòng)，負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu) 2 2K-H型 NW型 7-17 0.97- 0.99 不限 雙聯(lián)行星輪，加工與裝配復(fù)雜 3 2K-H型 NN型 30-100 效率低 不大于30KW 制造精度較高，適用于短期間斷作，雙內(nèi)嚙合，正號(hào)機(jī)構(gòu) 4 2Z-X型 NGW型 2.8-13 0.97- 0.99 不限 效率高，體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。適用于任何工況下大小率的傳動(dòng)，工作制度不限。可作為減速，增速及差速裝置。當(dāng)轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速高時(shí)，行星輪產(chǎn)生很大的離心力應(yīng)用會(huì)受一定限制。 5 3Z型 NGWN 20-100 0.8-0.9 短期工作，p不大于120 長(zhǎng)期工作，p不大于10 結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)范圍比較大，適用于短期間斷工作 6 NGWN 64-300 0.7-0.9 結(jié)構(gòu)緊湊,制造方便. 7 NGWN 20-100 0.7-0.84 與上基本相同 8 3K-H型 NGWN 20-100 效率較低 96KW 制造與裝配的工藝性不佳，適用短期間斷工作。 9 K-H-V型 N型 7-71 0.7- 0.94 96KW 齒形及輸出機(jī)構(gòu)要求高 1.4 行星齒輪減速器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 20世紀(jì)70年代末以來，世界減速器技術(shù)有了很大發(fā)展。產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢(shì)是小型化，高速化，低噪聲和高可靠性；技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術(shù)，功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。 到20世紀(jì)80年代，國(guó)外硬齒面技術(shù)已日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于GB/T10095.1~2008的六級(jí)，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)制齒輪的3~4倍，為軟齒面齒輪的4~5倍。一個(gè)中等規(guī)格的硬齒面減速器的重量?jī)H為中硬齒面減速器的1/3左右，且噪音低，效率高，可靠性高。 功率分支技術(shù)主要用于行星及大功率雙分支以及多分支裝置，如中心傳動(dòng)的水泥磨的主減速器。其核心技術(shù)是均載。 對(duì)通用減速器而言，除了普遍采用硬齒面技術(shù)外，模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)已成為其發(fā)展的一個(gè)主要方向。它旨在追求高性能的同時(shí)，盡可能的減少零件及毛胚的各種規(guī)格和數(shù)量，以便于組織生產(chǎn)，形成批量，降低成本，獲得規(guī)模效益。同時(shí)，利用基本零件，增加產(chǎn)品的形勢(shì)和花樣，盡可能多地開發(fā)實(shí)用的變型設(shè)計(jì)或派生系列產(chǎn)品，如由一個(gè)通用系列派生出多個(gè)專用系列；擺脫了傳統(tǒng)的單一有底座實(shí)心軸輸出的安裝方式，添加了空心軸輸出的無(wú)底座懸掛式，浮動(dòng)支撐底座，電動(dòng)機(jī)與減速器一體式連接，多方位安裝面等不同形式，擴(kuò)大了使用范圍。 改革開放以來，我國(guó)陸續(xù)引進(jìn)先進(jìn)加工裝備，通過引進(jìn)，消化，吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和科研攻關(guān)，開始掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的技術(shù)。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度都有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可以從JB179—1960的8—9級(jí)提高到GB/T10095—2001的六級(jí)，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在4—5級(jí)。目前我國(guó)已可設(shè)計(jì)制造2800KW的水泥磨減速器，1700mm軋鋼機(jī)各種齒輪減速器。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代中后期，國(guó)外又陸續(xù)推出了更新?lián)Q代的減速器，不但更突出了模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，且在承載能力，總體水品，外觀質(zhì)量等方面又有明顯提高。 第2章 3K型行星齒輪減速器傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 1、行星傳動(dòng)的輸出功率=5000W； 2、輸出轉(zhuǎn)速； 3、傳動(dòng)比； 4、允許的傳動(dòng)比偏差δip=0.05，短期間斷的工作方式，每天工作16小時(shí)，要求使用壽命10年； 5、采用3K型行星齒輪減速器，該傳動(dòng)較適合于短期間斷式工作，其傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)也緊湊、重量輕。 2.2 各齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)已給定的傳動(dòng)比i=100，且行星輪數(shù)目=3。 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》各輪齒數(shù)=18, =198, =189, =90, =81 其傳動(dòng)比為i=100,其傳動(dòng)比誤差為 故滿足傳動(dòng)比誤差要求。 據(jù)給定的傳動(dòng)比=100,最后確定該機(jī)械裝置行星減速器各輪齒數(shù)為=18, =198, =189, =90, =81。 2.3 齒輪模數(shù)的確定 根據(jù)對(duì)其行星齒輪減速器的強(qiáng)度、速度及精度的要求，該行星齒輪減速器的齒輪材料均為合金調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，其硬度HB<350為軟齒面。 由于該行星齒輪減速器具有短期間斷的工作特點(diǎn)，故可按齒根彎曲強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)公式可確定其模數(shù)m；即 由于3K型傳動(dòng)有三個(gè)嚙合齒輪副：a-g、b-g和e-f。在此先按高速級(jí)a-g齒輪副進(jìn)行模數(shù)m的初算。 首先求得轉(zhuǎn)矩T1，即 式中，輸入軸作用在a輪上的轉(zhuǎn)矩為 即得 載荷系數(shù)K=2.5； 按=0，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：=3.26和=2.41。 初步選取=200N/mm2。初選b=1。 代入公式則初算得其模數(shù)m為 取模數(shù)m=3 2.4 齒輪幾何尺寸的計(jì)算 對(duì)該3K型行星齒輪減速器進(jìn)行幾何尺寸的計(jì)算?，F(xiàn)將各齒輪副幾何尺寸的計(jì)算結(jié)果列入表2-1中。 表 2-1 行星齒輪減速器各齒輪副的幾何尺寸 內(nèi)容 計(jì)算公式 a-g嚙合 b-g嚙合 e-f嚙合 分度圓直徑db =54 =270 =270 =594 =243 =567 齒頂高h(yuǎn)a 外嚙合= 內(nèi)嚙合= ha2=(1-7.6/z2) =3 =2.49 =2 =2.77 =3 =2.76 齒根高 齒全高 =6.75 =6.24 =5.75 =6.52 =6.75 =6.51 齒頂圓直徑da =60 =276 =276 =600 =249 =573 2.5 傳動(dòng)效率的計(jì)算 因?yàn)閎輪的節(jié)圓直徑大于e輪的節(jié)圓直徑，故該行星減速器的傳動(dòng)效率可采用公式進(jìn)行計(jì)算。 已知和p= =11 其嚙合損失系數(shù) 取輪齒的嚙合摩擦系數(shù)=0.1，將=198, =189, =90, =81帶入得 即有 傳動(dòng)效率為 再考慮到行星輪g、f滾動(dòng)軸承的摩擦損失，約減少的2％；則得考慮到嚙合和軸承損失后的傳動(dòng)效率為 最后，驗(yàn)算當(dāng)e輪輸入而進(jìn)行逆運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該3K型行星減速器是否自鎖。計(jì)算其逆?zhèn)鲃?dòng)的效率，即 將代入得 可見，當(dāng)e輪輸入進(jìn)行逆運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該行星減速器不會(huì)產(chǎn)生自鎖。但是，隨著其傳動(dòng)比的增大，當(dāng)e輪輸入而進(jìn)行逆運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該行星減速器將會(huì)產(chǎn)生自鎖。 由自鎖條件 第3章 傳動(dòng)齒輪的校核 行星減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸較小和傳動(dòng)比大等要求，分別選用各齒輪的材料熱處理極其硬度列于表3-1。 表3-1 各齒輪的材料熱處理極其硬度 名稱 材料牌號(hào) 熱處理 硬度 抗拉強(qiáng)度極限 b(N/mm2) 屈服極限 S(N/mm2) 中心輪a 35CrMnSiA 調(diào)質(zhì) HB255-300 900 720 行星輪f 35CrMnSiA 調(diào)質(zhì) HB241-286 820 640 行星輪g 35CrMnSiA 調(diào)質(zhì) HB241-286 820 640 內(nèi)齒輪e 40CrNiMoA 調(diào)質(zhì) HB255-300 900 720 內(nèi)齒輪b 40CrMoA 調(diào)質(zhì) HB241-286 820 640 對(duì)于具有短期間斷工作特點(diǎn)的3K 型行星傳動(dòng)，僅需進(jìn)行輪齒彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算。其許用彎曲應(yīng)力σFp。 現(xiàn)將該3K型傳動(dòng)按照三個(gè)齒輪副a-g、b-g和e-f分別驗(yàn)算如下： 3.1 a-g齒輪副的驗(yàn)算 先計(jì)算小齒輪a的齒輪彎曲應(yīng)力，即 已求得小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 為 按載荷系數(shù)K求得: K=。 由參考文獻(xiàn)查得使用場(chǎng)合系數(shù)=1.25；得 式中 按8級(jí)精度和值，查得動(dòng)載荷系數(shù)，取。因，查得載荷分布系數(shù)=1.22。所以，載荷系數(shù)K為K=1.251.31.22=1.98 按內(nèi)齒輪b“浮動(dòng)”的情況和由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得：行星論間載荷分布不均勻系數(shù)為 據(jù)=18 和=0，查得應(yīng)力集中系數(shù)YF1=2.9，應(yīng)力集中系數(shù)YS1=1.52。 工作齒寬，取b=110mm代入公式得 計(jì)算小齒輪a 的許用彎曲應(yīng)力，即 查得：，。循環(huán)次數(shù)，可取彎曲壽命系數(shù)。。因輪a為受載的可正、反方向運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪，故應(yīng)乘以系數(shù)0.77。帶入得 所以 計(jì)算大齒輪g 的齒輪彎曲應(yīng)力，即 、、、 則 得，；同理，和。因行星齒輪g為承受雙向?qū)ΨQ載荷的齒輪，故應(yīng)乘以系數(shù)0.7。 則得g輪的許用齒根彎曲應(yīng)力為 所以=< 3.2 b-g齒輪副的驗(yàn)算 先計(jì)算小齒輪g的齒輪彎曲應(yīng)力，即 已知：，，b=110mm，，m=3。而與外嚙合a-g不同系數(shù)有：因b*=0.7，可查得=0.962,故得載荷系數(shù)；因內(nèi)齒輪b 浮動(dòng)，。 小齒輪g上的轉(zhuǎn)矩T1計(jì)算，即 轉(zhuǎn)矩，查得=0.75 即 則 代入公式，可得g輪的齒根彎曲應(yīng)力為 所以 計(jì)算內(nèi)齒輪b的齒根彎曲應(yīng)力，即 因內(nèi)齒輪b 的齒型系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)。代入得 同上可得，；同理，取和。。因內(nèi)齒輪b為承載的正、反方向運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪，故應(yīng)乘以系數(shù)0.77。代入得b輪的許用齒根彎曲應(yīng)力為 所以< 3.3 e-f齒輪副的驗(yàn)算 先計(jì)算小齒輪f 的齒輪彎曲應(yīng)力，即 將齒輪f上的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩查得 即 則 因各系數(shù)和幾何參數(shù)值與b-g齒輪副相等，則可得 所以，< 內(nèi)齒輪e的系數(shù)YF2=2.15，YS2=1.86。代入公式，計(jì)算內(nèi)齒輪e的輪齒彎曲應(yīng)力，即 可得，；取和。同理，應(yīng)將值乘以系數(shù)0.77。代入公式得e輪的許用齒根彎曲應(yīng)力為 所以 < 上述計(jì)算結(jié)果表明，該3K 型行星齒輪減速器中的各嚙合齒輪副均滿足齒輪的彎曲強(qiáng)度條件。 3.4 裝配條件的驗(yàn)算 對(duì)于設(shè)計(jì)石油機(jī)械裝置行星減速器應(yīng)滿足如下的裝配條件： 1、鄰接條件 按公式驗(yàn)算其鄰接條件，即 將已知的，和值代入公式得552<2 324 =561.2 則滿足鄰接條件。 2、同心條件 按公驗(yàn)算該3K型行星傳動(dòng)的同心條件，即 各齒輪的嚙合角均為20度，且知=18, =198，=189，=90，=81 代入得18+90=198-90=189-81=108 所以，滿足同心條件。 3、安裝條件 按公式驗(yàn)算其安裝條件，即得 所以，滿足安裝條件。 第4章 3K行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 傳動(dòng)作用力計(jì)算 圖4-1傳動(dòng)作用力示意圖 4.1.1 分度圓上的切向力 太陽(yáng)輪a： 行星輪g： 行星輪f： 內(nèi)齒輪b： 內(nèi)齒輪e： 行星架x： 4.1.2 分度圓上的徑向力 太陽(yáng)輪a： 行星輪g： 行星輪f： 內(nèi)齒輪b： 內(nèi)齒輪e： 行星架x： 單個(gè)行星輪作用在軸上或行星輪軸上的力 太陽(yáng)輪a： 行星輪x’方向 y’方向 內(nèi)齒輪b： 內(nèi)齒輪e： 行星架x： 4.1.3 各行星輪作用在軸上的總力及轉(zhuǎn)矩 太陽(yáng)輪a： 行星輪： 對(duì)行星軸（o’）轉(zhuǎn)矩Mo’=0 內(nèi)齒輪b： 內(nèi)齒輪e： 行星架x： 4.2 軸的設(shè)計(jì) 4.2.1 選擇軸的材料 軸材料選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)查得材料力學(xué)性能為：=650MPa, =270MPa, =155MPa。 4.2.2 軸徑的初步估算 初步估算軸徑，材料為45 鋼取A=300，軸的輸出端直徑 取d=500mm 4.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖4-2 齒輪軸各軸段示意圖 如圖4-2所示，根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，軸段①②之間應(yīng)有定位軸肩，軸段③④之間應(yīng)有裝配軸肩，④⑤及⑥⑦之間應(yīng)有定位軸肩，為配合軸承使用，今取=500mm（安裝連軸器）。 =62.5mm, ==62.5mm(安裝滾動(dòng)軸承), =74.5mm（齒輪軸段），=62.5mm, =42mm.兩端支承處采用深溝球軸承，初選型號(hào)為6008。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求初步確定各軸段長(zhǎng)度，得軸段①為134mm，軸段②為121mm,軸段③為112mm,軸段④為72.5mm,軸段⑤為36mm,軸段⑥為19mm,軸段⑦25mm，軸的總長(zhǎng)度為601mm。 圖4-3軸的受力示意圖 4.2.4 按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算軸徑 a.軸上受力分析 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 齒輪的軸向力 b. 求支承反力 水平面支承反力R=0 垂直面支承反力 c.求彎矩 水平面彎矩 垂直面彎矩 合成彎矩 d.按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸徑 查得，根據(jù)公式計(jì)算齒輪處軸徑 所以在設(shè)計(jì)中取74.5mm是滿足強(qiáng)度要求的。 4.2.5 軸的疲勞強(qiáng)度安全因數(shù)校核計(jì)算 確定危險(xiǎn)截面，根據(jù)載荷分布、應(yīng)力集中和軸的尺寸結(jié)構(gòu)，選取軸段④上D截面進(jìn)行校合計(jì)算 彎矩作用時(shí)的安全因數(shù) 由于該軸轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩引起對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，根據(jù)參考文獻(xiàn)彎矩作用時(shí)的安全系數(shù) 式中—45鋼彎曲對(duì)稱循環(huán)時(shí)的疲勞強(qiáng)度，由前知 =270MPa —彎曲應(yīng)力幅， =Mb/W=3630/772×=4.7MPa 查表得抗彎截面系數(shù)W=772× —彎曲平均應(yīng)力， =0 —正應(yīng)力有效應(yīng)力集中因數(shù)，按配合（H7/r6）查得=2.625 —表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車削加工，按參考文獻(xiàn)查得=0.92 —尺寸因數(shù)，按參考文獻(xiàn)查得 =0.75 —材料彎曲時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，按參考文獻(xiàn)查得=0.34 2、轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全因數(shù) 考慮到不均勻引起的慣性力和震動(dòng)的存在，轉(zhuǎn)矩引起的切應(yīng)力視為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全因數(shù) 式中—45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由前知=155MPa —切應(yīng)力幅, 抗扭截面系數(shù) —平均切應(yīng)力， —扭剪有效應(yīng)力集中因數(shù)，按配合（H7/r6）查得=1.89 —表面質(zhì)量因數(shù)，軸徑車削加工，查得=0.92 —尺寸因數(shù)，查得 =0.73 —材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的平均應(yīng)力折算因數(shù)，查得=0.21 3、截面D的疲勞強(qiáng)度安全因數(shù) ，S>該軸截面D的疲勞強(qiáng)度足夠。 4.2.6 軸的靜強(qiáng)度安全因數(shù)校核計(jì)算 確定危險(xiǎn)截面，根據(jù)載荷較大，截面較小，選取D截面進(jìn)行靜強(qiáng)度校合 彎矩作用時(shí)的安全因數(shù) 式中—45鋼材料正應(yīng)力屈服點(diǎn)，由參考文獻(xiàn)查得=360 MPa —工作時(shí)短時(shí)最大載荷，由題知 W—抗彎截面系數(shù)，W 彎矩作用時(shí)的安全因數(shù) 式中—45鋼材料切應(yīng)力屈服點(diǎn)，查得=0.6 ， =216MPa —工作時(shí)短時(shí)最大載荷，由題知 —抗扭截面系數(shù)， 截面D的靜強(qiáng)度安全因數(shù)知 查得，該軸靜強(qiáng)度足夠。 4.3 軸承的選用 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》輸入軸③、⑤段選用6007型深溝球軸承支承，⑦段選用6003型深溝球軸承支承，輸出軸采用6012型深溝球軸承支承。 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)的一個(gè)綜合考察。我覺得作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)的學(xué)生，在機(jī)械設(shè)計(jì)方面有了更大的進(jìn)步。在這幾個(gè)月的時(shí)間里，通過網(wǎng)上查找資料，翻閱設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)專業(yè)書籍，使我了解到很多機(jī)械手的相關(guān)知識(shí)。熟悉了機(jī)械手設(shè)計(jì)的過程步驟，通過機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、注意事項(xiàng)等，鞏固了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。同時(shí)，對(duì)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，也提高了對(duì)液壓方面的知識(shí)應(yīng)用能力。 本設(shè)計(jì)主要闡述了行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)特點(diǎn)，傳動(dòng)類型，傳動(dòng)比，配齒計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，并對(duì)行星齒輪減速器的各主要零件進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，畫出裝配圖和數(shù)張零件圖。 在查閱了大量資料后，確定了此課題的主要設(shè)計(jì)依據(jù)和內(nèi)容。通過對(duì)行星齒輪減速器的現(xiàn)有條件的分析，依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》和《減速器設(shè)計(jì)與使用數(shù)據(jù)速查》等資料得出此設(shè)計(jì)，在本設(shè)計(jì)中，主要對(duì)各齒輪的參數(shù)，幾何尺寸，傳動(dòng)效率，傳動(dòng)作用力等進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)齒輪和軸的強(qiáng)度進(jìn)行了校核。依據(jù)《機(jī)械制造基礎(chǔ)》等資料對(duì)箱體的加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 對(duì)本設(shè)計(jì)來說，無(wú)論是計(jì)算部分還是繪圖說明部分，都是按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的，因此整個(gè)設(shè)計(jì)在理論上是可行的。 致謝 在本設(shè)計(jì)的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個(gè)過程中，得到了導(dǎo)師老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成，其中無(wú)不飽含著老師的汗水和心血。導(dǎo)師敏銳的學(xué)術(shù)思想、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、精益求精的工作作風(fēng)、誨人不倦的育人精神，將永遠(yuǎn)銘記在學(xué)生心中，使學(xué)生終生受益。他對(duì)本設(shè)計(jì)的構(gòu)思、框架和理論運(yùn)用給予了許多深入的指導(dǎo)，使得設(shè)計(jì)得以順利完成。在此謹(jǐn)向尊敬的導(dǎo)師表示衷心的感謝和崇高的敬意。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，大大的提高了我們的自主學(xué)習(xí)和認(rèn)真思考的能力，對(duì)學(xué)術(shù)態(tài)度的嚴(yán)謹(jǐn)性也有了很高的認(rèn)識(shí)。我相信在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中，一定可以好好的解決問題，提高自己的能力，較快地適應(yīng)工作和社會(huì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 還要感謝同組同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，他們給了我許多建議和意見，尤其是在PLC控制方面對(duì)我的精心指點(diǎn)，才使整個(gè)設(shè)計(jì)得以順利完成，感謝機(jī)電控制工導(dǎo)和老師對(duì)我的關(guān)心和幫助。再次感謝所有支持和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)們。 參考文獻(xiàn) [1] 李占權(quán)，李白寧，戰(zhàn)曉紅 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì).煤礦機(jī)械,2000-11. 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