3K型行星减速器的设计.doc

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1、3K型行星减速器的设计摘要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。本文设计的题目是3K行星减速器的设计。首先对行星齿轮传动的特点，减速器的主要型式及其特性，我国行星齿轮传动技术的发展及目前的水平，常用行星齿轮传动的类型及其特点等进行了简要的介绍，然后对行星齿轮减速器的传动，结构及箱体的加工工艺进行了设计。并采用AutoCAD设计软件对齿轮轴、行星齿轮、行星轴、内齿轮、输出轴、箱体、总装图等进行了绘制

2、关键词：行星齿轮、3K、行星减速器、AutoCADABSTRACTPlanetary 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 mad

3、e 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

4、 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 we

5、re drawn.Key words: planetary gear, 3K, planetary reducer, AutoCADI目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论31.1 行星齿轮传动的概述31.2 行星齿轮传动的特点31.3 常用行星齿轮传动的类型及其特点41.4 行星齿轮减速器的研究现状及发展趋势5第2章 3K型行星齿轮减速器传动设计72.1 设计参数的确定72.2 各齿轮齿数的确定72.3 齿轮模数的确定72.4 齿轮几何尺寸的计算82.5 传动效率的计算9第3章 传动齿轮的校核113.1 a-g齿轮副的验算113.2 b-g齿轮副的验算133.3 e-f齿轮副的验算14

6、3.4 装配条件的验算14第4章 3K行星齿轮减速器结构设计164.1 传动作用力计算164.1.1 分度圆上的切向力164.1.2 分度圆上的径向力174.1.3 各行星轮作用在轴上的总力及转矩174.2 轴的设计184.2.1 选择轴的材料184.2.2 轴径的初步估算184.2.3 轴的结构设计184.2.4 按许用弯曲应力计算轴径194.2.5 轴的疲劳强度安全因数校核计算204.2.6 轴的静强度安全因数校核计算214.3 轴承的选用22结论23致谢24参考文献25第1章 绪论1.1 行星齿轮传动的概述齿轮减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛

7、减速器绝大多数都是闭式传动装置，按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计，制造和使用特点各不相同。我国及一些工业化大国的在用减速器数量以百万计，其中80%以上的中小规格减速器都直接选用了通用系列或标准化系列产品。通用减速器由于实现了系列化和标准化，具有便于组织专业化生产，容易形成批量和规模生产，有利于提高产品的生产水品和质量，降低设计和制造成本，缩短供货周期，容易获得备件，便于维修等许多优点，而成为一般用户的首选产品。只有在特殊用途或选不到合适的产品时才考虑设计和选用专用减速器。通用和专用齿轮减速器在设计方面的一个主要区别是通用减速器齿轮传动的中心距a，传动比i等主要参数为有限个

8、数值的有序分档排列，产品的尺寸和承载能力有规律；专用齿轮减速器则无规律，需视具体要求进行设计。另一区别是通用减速器面向各个行业，但只能按一种特定的工况条件设计，选用时用户需根据各自的实际工况采用不同的修正系数去修正。减速器参数的选择是根据自身的特点为谋求综合的最佳性能而确定的，不可能像专用减速器那样针对每一个具体工况选择不同的参数。尽管由于产品的系列化和通用化给通用减速器不可避免地带来一些弱点，但这些不足与其众多的优点相比是微不足道的。事实上，除了由于经验丰富的技术人员进行设计并由专业商制造外，一般单件小批量生产的专用减速器从设计到制造都很难达到通用减速器的技术指标。通用减速器的某些不足，在专

9、用减速器中也会出现。因此，努力提高各类减速器的设计制造水品，更好的满足各类用户的广泛需求，仍是广大齿轮工作者的长期任务。1.2 行星齿轮传动的特点（1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。一般地，行星齿轮传动的外轮廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/21/3。（2）传动效率高。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.970.99。（3）传动比较大。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。（4）运动平稳。总之，行星齿轮传动具有质量小，体积小，传动比及效率高的优点。因此，行星齿轮传动现已广泛应用于工程机械，冶金机械，起重运输机械，矿山机械，轻工机械，石油化工机械，机

10、床，机器人，汽车，轮船仪表和仪器等各个方面，行星传动不仅适用于高转速，大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也已经获得了应用。它几乎可适用于一切功率和转速范围，故目前行星传动技术已经成为世界各国机械传动发展的重点之一。随着行星传动技术的迅速发展，目前，高速渐开线行星齿轮传动装置所传递的功率已经达到20000kw，输出转矩已经达到4500KN.据有关资料介绍，人们认为目前行星传动技术的发展方向如下：（1）标准化。多品种目前世界上已经有50多个渐开线行星齿轮传动系列设计，而且还演化出多种形式的行星减速器，差速器和行星变速器等多品种产品。（2）硬齿面。（3）高速转速。（4）大规格，大转矩在中低速，重载

11、传动中，传递大转矩的大规格的行星齿轮传动已经有了较大的发展。行星齿轮传动的缺点是：材料优质、结构复杂、制造和安装较困难。1.3 常用行星齿轮传动的类型及其特点表1-1常用行星齿轮的传动类型及其特点序号型 号传动比范围传动效率传动功率范围特点按基本构件命名按啮合方式命名12K-HNGW型2.8-12.50.97-0.99不限加工与装配工艺简单，可用于任何情况下，单级传动，负号机构22K-H型NW型7-170.97-0.99不限双联行星轮，加工与装配复杂32K-H型NN型30-100效率低不大于30KW制造精度较高，适用于短期间断作，双内啮合，正号机构42Z-X型NGW型2.8-130.97-0.

12、99不限效率高，体积小，质量小，结构简单，制造方便。适用于任何工况下大小率的传动，工作制度不限。可作为减速，增速及差速装置。当转臂的转速高时，行星轮产生很大的离心力应用会受一定限制。53Z型NGWN20-1000.8-0.9短期工作，p不大于120长期工作，p不大于10结构紧凑，传动范围比较大，适用于短期间断工作6NGWN64-3000.7-0.9结构紧凑,制造方便.7NGWN20-1000.7-0.84与上基本相同83K-H型NGWN20-100效率较低96KW制造与装配的工艺性不佳，适用短期间断工作。9K-H-V型N型7-710.7-0.9496KW齿形及输出机构要求高1.4 行星齿轮减速

13、器的研究现状及发展趋势20世纪70年代末以来，世界减速器技术有了很大发展。产品发展的总趋势是小型化，高速化，低噪声和高可靠性；技术发展中最引人注目的是硬齿面技术，功率分支技术和模块化设计技术。到20世纪80年代，国外硬齿面技术已日趋成熟。采用优质合金钢锻件，渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于GB/T10095.12008的六级，综合承载能力为中硬齿面调制齿轮的34倍，为软齿面齿轮的45倍。一个中等规格的硬齿面减速器的重量仅为中硬齿面减速器的1/3左右，且噪音低，效率高，可靠性高。功率分支技术主要用于行星及大功率双分支以及多分支装置，如中心传动的水泥磨的主减速器。其核心技术是均载。对通用减速器

14、而言，除了普遍采用硬齿面技术外，模块化设计技术已成为其发展的一个主要方向。它旨在追求高性能的同时，尽可能的减少零件及毛胚的各种规格和数量，以便于组织生产，形成批量，降低成本，获得规模效益。同时，利用基本零件，增加产品的形势和花样，尽可能多地开发实用的变型设计或派生系列产品，如由一个通用系列派生出多个专用系列；摆脱了传统的单一有底座实心轴输出的安装方式，添加了空心轴输出的无底座悬挂式，浮动支撑底座，电动机与减速器一体式连接，多方位安装面等不同形式，扩大了使用范围。改革开放以来，我国陆续引进先进加工装备，通过引进，消化，吸收国外先进技术和科研攻关，开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的技术。材料和

15、热处理质量及齿轮加工精度都有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可以从JB1791960的89级提高到GB/T100952001的六级，高速齿轮的制造精度可稳定在45级。目前我国已可设计制造2800KW的水泥磨减速器，1700mm轧钢机各种齿轮减速器。进入20世纪90年代中后期，国外又陆续推出了更新换代的减速器，不但更突出了模块化设计特点，且在承载能力，总体水品，外观质量等方面又有明显提高。第2章 3K型行星齿轮减速器传动设计2.1 设计参数的确定1、行星传动的输出功率=5000W；2、输出转速；3、传动比；4、允许的传动比偏差ip=0.05，短期间断的工作方式，每天工作16小时，要求使用寿命10

16、年；5、采用3K型行星齿轮减速器，该传动较适合于短期间断式工作，其传动比大，结构也紧凑、重量轻。2.2 各齿轮齿数的确定根据已给定的传动比i=100，且行星轮数目=3。查阅机械设计手册各轮齿数=18, =198, =189, =90, =81其传动比为i=100,其传动比误差为故满足传动比误差要求。据给定的传动比=100,最后确定该机械装置行星减速器各轮齿数为=18, =198, =189, =90, =81。2.3 齿轮模数的确定根据对其行星齿轮减速器的强度、速度及精度的要求，该行星齿轮减速器的齿轮材料均为合金调质钢，经过调质处理后，其硬度HB350为软齿面。由于该行星齿轮减速器具有短期间断

17、的工作特点，故可按齿根弯曲强度条件的设计公式可确定其模数m；即由于3K型传动有三个啮合齿轮副：a-g、b-g和e-f。在此先按高速级a-g齿轮副进行模数m的初算。首先求得转矩T1，即式中，输入轴作用在a轮上的转矩为即得载荷系数K=2.5；按=0，查机械设计手册得：=3.26和=2.41。初步选取=200N/mm2。初选b=1。代入公式则初算得其模数m为取模数m=32.4 齿轮几何尺寸的计算对该3K型行星齿轮减速器进行几何尺寸的计算。现将各齿轮副几何尺寸的计算结果列入表2-1中。表 2-1 行星齿轮减速器各齿轮副的几何尺寸内容计算公式a-g啮合b-g啮合e-f啮合分度圆直径db=54=270=2

18、70=594=243=567齿顶高ha外啮合= 内啮合= ha2=(1-7.6/z2) =3=2.49=2=2.77=3=2.76齿根高齿全高=6.75=6.24=5.75=6.52=6.75=6.51齿顶圆直径da=60=276=276=600=249=5732.5 传动效率的计算因为b轮的节圆直径大于e轮的节圆直径，故该行星减速器的传动效率可采用公式进行计算。已知和p= =11 其啮合损失系数 取轮齿的啮合摩擦系数=0.1，将=198, =189, =90, =81带入得 即有传动效率为再考虑到行星轮g、f滚动轴承的摩擦损失，约减少的2；则得考虑到啮合和轴承损失后的传动效率为最后，验算当e

19、轮输入而进行逆运转时，该3K型行星减速器是否自锁。计算其逆传动的效率，即将代入得可见，当e轮输入进行逆运转时，该行星减速器不会产生自锁。但是，随着其传动比的增大，当e轮输入而进行逆运转时，该行星减速器将会产生自锁。由自锁条件 第3章 传动齿轮的校核行星减速器具有结构紧凑、外廓尺寸较小和传动比大等要求，分别选用各齿轮的材料热处理极其硬度列于表3-1。表3-1 各齿轮的材料热处理极其硬度名称材料牌号热处理硬度抗拉强度极限 b(N/mm2)屈服极限S(N/mm2)中心轮a35CrMnSiA调质HB255-300900720行星轮f35CrMnSiA调质HB241-286820640行星轮g35CrM

20、nSiA调质HB241-286820640内齿轮e40CrNiMoA调质HB255-300900720内齿轮b40CrMoA调质HB241-286820640对于具有短期间断工作特点的3K 型行星传动，仅需进行轮齿弯曲强度的验算。其许用弯曲应力Fp。现将该3K型传动按照三个齿轮副a-g、b-g和e-f分别验算如下：3.1 a-g齿轮副的验算先计算小齿轮a的齿轮弯曲应力，即已求得小齿轮传递的转矩 为按载荷系数K求得: K=。由参考文献查得使用场合系数=1.25；得式中按8级精度和值，查得动载荷系数，取。因，查得载荷分布系数=1.22。所以，载荷系数K为K=1.251.31.22=1.98按内齿轮

21、b“浮动”的情况和由机械设计手册可得：行星论间载荷分布不均匀系数为据=18 和=0，查得应力集中系数YF1=2.9，应力集中系数YS1=1.52。工作齿宽，取b=110mm代入公式得计算小齿轮a 的许用弯曲应力，即查得：，。循环次数，可取弯曲寿命系数。因轮a为受载的可正、反方向运转的齿轮，故应乘以系数0.77。带入得所以计算大齿轮g 的齿轮弯曲应力，即、则得，；同理，和。因行星齿轮g为承受双向对称载荷的齿轮，故应乘以系数0.7。则得g轮的许用齿根弯曲应力为所以=3.2 b-g齿轮副的验算先计算小齿轮g的齿轮弯曲应力，即已知：，b=110mm，m=3。而与外啮合a-g不同系数有：因b*=0.7，

22、可查得=0.962,故得载荷系数；因内齿轮b 浮动，。小齿轮g上的转矩T1计算，即转矩，查得=0.75即则代入公式，可得g轮的齿根弯曲应力为所以计算内齿轮b的齿根弯曲应力，即因内齿轮b 的齿型系数和应力修正系数。代入得同上可得，；同理，取和。因内齿轮b为承载的正、反方向运转齿轮，故应乘以系数0.77。代入得b轮的许用齿根弯曲应力为所以3.3 e-f齿轮副的验算先计算小齿轮f 的齿轮弯曲应力，即将齿轮f上的转矩转矩查得即则因各系数和几何参数值与b-g齿轮副相等，则可得所以，内齿轮e的系数YF2=2.15，YS2=1.86。代入公式，计算内齿轮e的轮齿弯曲应力，即可得，；取和。同理，应将值乘以系数

23、0.77。代入公式得e轮的许用齿根弯曲应力为所以 上述计算结果表明，该3K 型行星齿轮减速器中的各啮合齿轮副均满足齿轮的弯曲强度条件。3.4 装配条件的验算对于设计石油机械装置行星减速器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，即将已知的，和值代入公式得552该轴截面D的疲劳强度足够。4.2.6 轴的静强度安全因数校核计算确定危险截面，根据载荷较大，截面较小，选取D截面进行静强度校合弯矩作用时的安全因数式中45钢材料正应力屈服点，由参考文献查得=360 MPa工作时短时最大载荷，由题知W抗弯截面系数，W 弯矩作用时的安全因数式中45钢材料切应力屈服点，查得=0.6 ， =216M

24、Pa工作时短时最大载荷，由题知抗扭截面系数，截面D的静强度安全因数知查得，该轴静强度足够。4.3 轴承的选用根据机械设计手册输入轴、段选用6007型深沟球轴承支承，段选用6003型深沟球轴承支承，输出轴采用6012型深沟球轴承支承。结论本次设计是对大学所学的一个综合考察。我觉得作为一名机械设计制造专业的学生，在机械设计方面有了更大的进步。在这几个月的时间里，通过网上查找资料，翻阅设计手册等相关专业书籍，使我了解到很多机械手的相关知识。熟悉了机械手设计的过程步骤，通过机械手的结构设计、注意事项等，巩固了机械设计方面的知识。同时，对液压缸的结构设计和液压系统的设计计算，也提高了对液压方面的知识应用

25、能力。本设计主要阐述了行星齿轮传动的传动特点，传动类型，传动比，配齿计算和结构设计等，并对行星齿轮减速器的各主要零件进行了详细的计算，画出装配图和数张零件图。在查阅了大量资料后，确定了此课题的主要设计依据和内容。通过对行星齿轮减速器的现有条件的分析，依据机械设计和减速器设计与使用数据速查等资料得出此设计，在本设计中，主要对各齿轮的参数，几何尺寸，传动效率，传动作用力等进行了计算，并对齿轮和轴的强度进行了校核。依据机械制造基础等资料对箱体的加工工艺进行了详细的介绍。对本设计来说，无论是计算部分还是绘图说明部分，都是按照传统设计方法进行的，因此整个设计在理论上是可行的。致谢在本设计的开题论证、课题

26、研究、论文撰写和论文审校整个过程中，得到了导师老师的亲切关怀和精心指导，使得本设计得以顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。导师敏锐的学术思想、严谨踏实的治学态度、渊博的学识、精益求精的工作作风、诲人不倦的育人精神，将永远铭记在学生心中，使学生终生受益。他对本设计的构思、框架和理论运用给予了许多深入的指导，使得设计得以顺利完成。在此谨向尊敬的导师表示衷心的感谢和崇高的敬意。通过这次毕业设计，大大的提高了我们的自主学习和认真思考的能力，对学术态度的严谨性也有了很高的认识。我相信在以后的学习和工作过程中，一定可以好好的解决问题，提高自己的能力，较快地适应工作和社会激烈的竞争。还要感谢同组同学，

27、在毕业设计期间，他们给了我许多建议和意见，尤其是在PLC控制方面对我的精心指点，才使整个设计得以顺利完成，感谢机电控制工导和老师对我的关心和帮助。再次感谢所有支持和帮助过我的领导、老师、同学们。参考文献1 李占权，李白宁，战晓红 行星齿轮减速器的设计.煤矿机械,2000-11.2 王太晨.宝钢减速器图册.机械工业出版，1995.3 张展.减速器设计与使用数据速查.机械工业出版社，2009-7.4 胡来瑢.行星传动设计与计算.煤炭工业出版社，1996.5 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）.高等教育出版社，2006-5.6 刘李梅.行星齿轮减速器的设计和应用.无锡职业技术学院学报，2005-3.7 邱宣怀.机械设计（第四版）.高等教育出版社，1997.8 王云根.封闭行星传动系统.机械设计与研究，19959 殷玉枫. 机械设计课程设计. 机械工业出版社， 200610 姜勇.AutoCAD2006基础培训教程.人民邮电出版社，2007-9.11 范思冲.画法几何及机械制图.机械工业出版社，1999-6.12 饶振纲.行星传动机构设计.北京：国防工业出版社，1994.25