1、浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 1 -h ht tt tp p: :/ / /w we en nk ku u. .b ba ai id du u. .c co om m/ /v vi ie ew w/ /9 9a ad da a3 38 82 2e ee ed d6 63 30 0b b1 1c c5 59 9e ee eb b5 53 31 1. .h ht tm ml l畢畢業業設設計計說說明明書書 課題名稱課題名稱 二級行星齒輪減速器 設計及三維造型摘摘 要要本文完成了對一個二級行星齒輪減速器的結構設計。與國內外已有的減速器相比，此減速器具有更大的傳動比

2、，而且，它具有結構緊湊、外廓尺寸小和重量輕等優點。論文首先簡要介紹了課題的背景以及齒輪減速器的研究現狀和發展趨勢，然后比較了各種傳動結構，從而確定了傳動的基本類型。論文主體部分是對傳動結構的設計計算，通過分配傳動比確定齒輪減速器的大致結構之后，對其進行了整體結構的設計計算和校核。論文最后對設計過程進行了總結，并在此基礎上指出了一些改進的建議。關鍵詞：關鍵詞：行星齒輪；變位；傳動機構 浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 2 -AbstractAbstractThis paper proposes a design configuration of the two-s

3、tage planetary gear reducer settling for some known parameters.Compared with other gear reducers in the word,it have a larger gear ratio. Furthermore,there are other more advantages,such as, compact configuration,small figure,light avoirdupois and so on.The content is as followa.Firstly, the paper i

4、ntroduces the context of the task and the extent on research of gear reducers,as well as its development trends.Secondly,the drivered type is decided by comparing all kinds of gear configuration.The significant part is about the calculation of the configuration design.After distributing gear ratios,

5、 the rough configuration will be get.Then, the holistic configuration can be designed and back-checked.Lastly,the paper is summarized,and the needed improvements are indicated.Key words： planetary gear；modifying profile；driving machanism浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 3 -目目 錄錄摘要Abstract主要代號第 1 章概述.

6、- 8 -1.1. 課題的提出和論文的主要內容.- 8 -1.2. 齒輪減速器的研究現狀.- 8 - 1.3.齒輪減速器的發展趨勢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -8 -第 2 章傳動方案的確定.- 10 -2.1.齒輪傳動比較和選擇.- 10 -2.1.1.齒輪傳動兩種大的類型.- 10 -2.1.2.定軸輪系和行星輪系的比較.- 10 -2.2.選擇行星機構的類型.- 12 -2.2.1.行星機構的類型及特點.- 12 -. ZXV 型漸開線行星機構 .- 12 -浙江機電職業技術學

7、院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 4 -. 2ZX 型漸開線行星齒輪機構 .- 13 -. 3Z 型漸開線行星齒輪機構 .- 14 -2.2.2.漸開線行星齒輪傳動的發展趨勢.- 15 -第 3 章設計計算.- 16 -3.1.設計任務.- 16 -3.2.前言.- 16 -3.3 傳動比分配傳動系統的運動學和動力學計算 .- 17 -3.4.傳動零件的設計.- 19 -3.5.軸設計計算與校核.- 46 -3.6.軸承的選擇與計算.- 56 -3.7.鍵連接的選擇與計算.- 59 -3.8.箱體的設計.- 62 -3.9. 潤滑和密封的選擇 .- 6

8、2 -3.10 傳動裝置的附件及說明 .- 63 - 3.11齒輪的加工工藝 .66- 3.12 軸的加工工藝 .67-第 4 章設計小結.- 65 -參考文獻.- 69 -浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 5 -主要代號代號意 義單 位代號意 義單 位aa0abC*Cd0dadbdfdde中心距、標準中心距角度變位齒輪的中心距切齒中心距齒寬頂隙頂隙系數直徑、分獨圓直徑插刀齒的分度圓直徑齒頂圓直徑基圓直徑齒根圓直徑節圓直徑齒槽寬mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmminvKAKPKKKVKLMmNLNn角的漸開線函數系數、載荷系數使用系數行星輪間載荷分

9、布不均勻系數齒間載荷分布系數齒向載荷分布系數動載系數長度彎矩模數指數應力循環次數轉速mmN mAmmr/min浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 6 -FnFrFtFFfpbfptfHHBHRCah*ahfhixXxYFYNTY作用力法向力徑向力切向力齒向公差摩擦系數基節極限偏差齒距極限偏差高度布氏硬度洛氏硬度齒頂高齒頂高系數齒根高傳動比變位系數轉臂變位系數和系數齒形系數彎曲強度計算時的壽命NNNNmmmmmmmmmpnPrrarbrfrTFFPYSYXYYYyza行星輪數目功率半徑、分度圓半徑節圓半徑齒頂圓半徑基圓半徑齒根圓半徑轉矩重合度效率計算齒根彎曲應力許用

10、齒根彎曲應力系數應力修正系數彎曲強度計算時的尺寸系數彎曲強度計算時的螺旋角系數彎曲強度計算時的重合度系數中心距變動系數齒數壓力角、齒形角齒頂壓力角kWmmmmmmmmmmN mA2/N mm2/N mmrad rad 主要角下標主要角下標a 齒頂的，中心輪、太陽輪 n 法向的b 基圓的，中心輪、內齒輪 p 許用的c 行星輪 r 徑向的e 中心輪、內齒輪 t 切向的、端面的浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 7 -F 齒根彎曲的 x 軸向的，轉臂的f 齒根的 代數和1 小齒輪的 I 第 1 級的，I 類2 大齒輪的 II 第 2 級的，II 類第第 1 1 章章 概

11、述概述. 設計內容設計內容旋轉噴射器中減速箱是工業油罐罐底油泥旋轉噴射混合系統中重要的一部分。高速旋轉的渦輪帶動噴嘴低速的轉動，中間需要一個傳動比很大的減速器連接。本說明書的內容 就是結合渦輪的輸入轉速、噴嘴所需的轉速以及輸出轉矩等已知條件設計一個滿足要求的齒輪減速器。減速器設計的主要參數包括：1初轉速 120 ；/minr2目標轉速 0.5 ；/r h3 輸出轉矩 2000 。N m本論文主要完成以下工作：1選擇確定傳動方案。傳動方案的確定包括傳動比的確定和傳動類型的確定。此次設計的減速器傳動比達到14400，是目前國際上設計出的減速器中傳動比最大的，沒有參考的先例，所以，只有

12、通過不斷的比較和分析去合理的選擇一種傳動方案，盡量降低減速器的體積和重量。2設計計算。每級傳動結構的設計計算，都大致包括：傳動比的分配、浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 8 -傳動系統運動學和動力學計算、傳動零件的設計、軸的設計計算與校核、軸承的選擇與計算、鍵連接的選擇與計算、箱體的設計、潤滑與密封的選擇和傳動裝置的附件說明等。. 齒輪減速器的研究現狀齒輪減速器的研究現狀齒輪傳動具有功率輸出恒定、承載能力大、傳動效率高、使用壽命長、可靠性高、結構緊湊等優點，廣泛用于各種機械設備和儀器儀表中，是機械傳動的基礎零件，其質量、性能、壽命直接影響整機的技術

13、、經濟指標。而齒輪制造技術水平是獲得優質齒輪的關鍵。因為齒輪形狀復雜、技術問題多，制造難度大，齒輪加工水平在某一程度上反映了一個國家機械工業制造的水平。因此，齒輪加工的研究是各國加工制造業研究的一個熱點。 齒輪產品種類較多，按大類來分，主要有圓柱齒輪、錐齒輪、蝸輪蝸桿齒輪與行星傳動齒輪等四大類。其中，圓柱齒輪在機械設備中應用最為廣泛，各種通用與專用的齒輪減速器以及機床、車輛、農機等大量采用，約占齒輪產品總量的 90左右。因此，齒輪制造技術的研究主要集中在圓柱齒輪的成形及其熱處理方面。 近年來，隨著汽車工業的發展，特別是轎車生產對變速器齒輪的精度及力學性能的要求愈來愈高，齒輪正朝著高精度、低噪聲

14、、高承載、高速度、輕量化及長壽命的方向發展。其中，采用硬齒面齒輪是提高齒輪強度及承載能力的有效途徑。 目前，硬齒面圓柱齒輪普遍采用“機械加工滲碳熱處理精加工”的傳統工藝，材料利用率不高，生產效率低，產品成本高，尤其是金屬流線被切斷，而且成形后滲碳處理使滲碳層晶粒粗大、滲碳層厚度分布不合理，造成齒輪強度與疲勞壽命的降低。這種不利局面使得工程技術人員尋求新的制造工藝。最優化方法在機構設計和零件設計中應用廣泛，效果顯著。近十年來，國內外對整臺機器或某一機械系統的設計，采用最優化方法代替原來傳統的設計方法也越來越多。 機構的優化設計從六十年代后期開始得到學速發展，目前已經成為機構學的重要研究方向之一。

15、 浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 9 -齒輪傳動的優化設計可概括為：當傳動載荷一定時追求齒輪的體積最小，或在齒輪體積一定時追求傳遞的載荷最大。有時也追求齒輪傳動的某項或某幾項性能為最佳。齒輪傳動的優化設計既可以成為但目標函數的問題，也肯已成為多目標函數問題。為使齒輪工作可靠，顯然齒面的接觸應力、齒輪的疲勞彎曲應力應分別小于或等于許用值或保證一定得的安全裕度。為使齒輪的嚙合處于較好的工作條件下，有時還把吃面同油膜厚度以及潤滑油的溫升也作為約束條件。另外，諸如為了避免產生根切、并保持連續嚙合、避免齒輪齒頂過分變尖、均須對設計變量提出某些限制，這些限制也應最為約束條

16、件。在機械設計中人們希望獲得全部最優設計點，但實際的工程問題，很少能保證滿足凸性的要求，即所追求的目標函數往往具有很多個相對的極小點，因而優化的結果一般為局部最優設計點，或后退一步講，如果這些都做不到，那么優化設計最起碼也能將設計方案作出重大改進。這就是我們以前提到過的“最優化”應被理解為一個相對的概念，而不要把它決對化。實際上，如上所述，設計人員如能正確地運用最優化方法進行設計，其設計方案與傳統方法比較，一定會有所改善并能避免許多盲目性，顯然這剛好是工程設計人員最感興趣的。第第 2 2 章章 傳動方案的確定傳動方案的確定.齒輪傳動比較和選擇齒輪傳動比較和選擇.1.

17、1.齒輪傳動兩種大的類型齒輪傳動兩種大的類型輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿渦輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。根據齒輪系運轉時各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動，齒輪傳動分為兩大類型。1.普通齒輪傳動（定軸輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動（或稱定軸輪系） 。在普通齒輪傳動中，如果各浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 10 -齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動；如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳動（空間齒輪

18、傳動） 。2.行星齒輪傳動（行星輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉，即在該齒輪系中，至少具有一個作行星運動的齒輪，則稱該齒輪傳動為行星齒輪傳動，即行星輪系。.1.2.定軸輪系和行星輪系的比較定軸輪系和行星輪系的比較行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優點。它的最顯著的特點是：在傳遞動力時它可進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統的中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對于那些

19、要求體積小、質量小、結構緊湊和傳動效率高的航空發動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應用。行星齒輪傳動的主要特點如下：(1) 體積小，質量小，結構緊湊，承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質量約為普通齒輪傳動的1/2-1/5（即在承受相同的載荷條件下）。例，傳動比 i7.15，功率為 4400kw 的行星齒輪減速器與普通定軸齒輪減速器比較如下：項目行星 齒輪減速器普通定軸齒輪減速器質量/kg34716943高度/m1.311.80長度/m1.291.42浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速

20、器設計及三維造型- 11 -寬度/m1.352.36體積/ 3m2.296.09齒寬/m0.180.41損失功率/kw8195圓周速度/m/s42.799.4（2）傳動效率高。在傳動類型恰當、合理布置的情況下，其效率值可達0.970.99。（3）傳動比大，可以實現運動的合成和分解。只要適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可以達到幾千。應該指出，行星齒輪在傳動比很大的情況下，仍然可保持結構緊湊、質量小、體積小等許多優點。（4）運動平穩、抗沖擊和振動的能力較強。由于采用了數個行星輪，均勻的分布在中心輪的周圍，從而可

21、使行星輪與轉臂的慣性力相互平衡。同時，也使參與嚙合的齒數增多，故行星齒輪的運動平穩，抗沖擊能力和振動的能力較強，工作較可靠。總之，行星齒輪傳動具有質量小、體積小、傳動比大及效率高（類型選用得當）等優點。行星傳動不僅適用于高轉速、大功率，而且在低速大轉矩的傳動裝置上也已獲得了應用。它幾乎可適用于一切功率和轉速范圍，故目前行星傳動技術已成為世界各國機械傳動發展的重點之一。從機構的活動度來分，有一個自由度的行星機構、兩個自由度的行星機構和多自由度的行星機構。從結構形式來分，有KHV 型、2KH 型和3K 型行星機構三種基本類型。其它的漸開線行星齒輪機構，都可以分解為這三種基本機構，即可以由這三種基本

22、行星機構復臺而成。通過上述的比較，結合要求：傳動比大、質量小、結構緊湊及外廓尺寸小等，我們選擇行星齒輪傳動作為減速器的傳動型式。浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 12 -.選擇行星機構的類型選擇行星機構的類型.2.1.行星機構的類型及特點行星機構的類型及特點.. Z ZX XV V 型漸開線行星機構型漸開線行星機構如圖 1 所示，是 ZXV 型行星機構。它的基本構件是：中心輪Z、轉臂 X 和輸出軸 v。這種機構的特點是：將行星輪 a 的旋轉運動，通過一個傳動比為 1 的中間機構傳遞給輸出軸 v。這種把行星輪

23、 a 的軸線與輸出軸v 的軸線聯結起來，而實現等速傳動的機構稱為等速比機構，或稱為w 機構。圖 1. ZXV 行星齒輪機構ZXV 型漸開線少齒差行星齒輪傳動的傳動比范圍為10100，其傳動效率為 0.750.93。結構緊湊、體積小、加工方便，但行星輪軸承的徑向力較大，使用于中小功率，一般，個別的達到 2045kw；傳動18Pkw比大，使用于短期工作。采用擺線針輪行星傳動，則適用于功率，100Pkw任何工作制度，其傳動效率為 0.900.97。目前應用較廣泛，但制造精度要求較高，且高速轉速。1500 /minxnr.. 2Z2ZX X 型漸開線行星齒輪機構型漸開線行星

24、齒輪機構這種行星齒輪機構有兩個中心輪 a、b(即 2Z)和轉臂(X)，由此三個基本構件組成，故用符號 2ZX 表示。根據轉化機構的傳動比的不同，可12Hi分為兩類。當是0 時，稱為正號機構；當0 時，稱為負號機構。如圖12Hi12Hi浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 13 -2 所示，為 2ZX 型行星機構的常見類型。圖 2 2ZX 型行星機構的常見類型由于負號機構行星齒輪傳動簡單、制造容易，外形尺寸小，質量小，傳動效率高等優點。在結構合理的調價下，通常，其傳動比范圍為2.813，傳動效率為 0.970.99。目前該傳動類型已獲得了較廣泛的應用。具有雙齒圈行星的

25、負號機構，其合理的傳動比范圍為716，傳動效率仍較高；但由于采用了雙齒圈行星輪，故制造安裝較復雜。具有圓錐齒輪傳動的負號機構，主要用于差動行星裝置。具有雙嚙合的正號傳動機構，嚙合摩擦系數較大，故其傳動效率低，一般，該機構基本上不用于傳遞動力。具有雙內嚙合的正號機構，其合理的傳動比范圍為830，其嚙合摩擦損失較小。當傳動比小于 50，其傳動效率可達到 0.8 以上，但隨著傳動比的增加，其效率值也會降低。少齒差 2ZX 正號機構的合理傳動比范圍為 30100。但它由于具有少齒差的內嚙合齒輪傳動，其嚙合摩擦系數較小，故該行星齒輪傳動的傳動效率較高，可達 0.9。.. 3Z

26、3Z 型漸開線行星齒輪機構型漸開線行星齒輪機構這種類型的行星齒輪機構是由三個中心輪a、b、e 和一個轉臂 X 組成。基本構件是三個中心輪，它們承受外力矩的作用。而轉臂X 不承受外力矩的作用，僅起支承的作用，故用符號3Z 表示，如圖 3 所示。浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 14 -圖 3 3Z 行星齒輪機構（ 3ZI）在 3Z 型行星齒輪傳動中，較常見的傳動型式有如下三種。（1）3ZI 具有雙齒圈行星輪的 3Z 型行星齒輪傳動。它的結構特點是：內齒輪 b 固定，而旋轉的中心輪 a 和 e 分別與行星輪 c 和 d 相嚙合。在各種機械傳動種，它已獲得廣泛的應用。

27、 3Z（I）型較合理的傳動比范圍為 20300，其傳動效率為 0.80.9。（2）3Z（II） 具有單齒圈行星輪 c 的 3Z 型行星齒輪傳動。該 3Z 型行星輪的結構特點是：三個中心輪a、b 和 e 同時與單齒圈 c 相嚙合；即內齒輪 b 固定，兩個旋轉的中心輪 a 和 e 同時與行星輪 c 相嚙合。它是一種較新型的行星齒輪傳動，目前該項傳動新技術在我國的齒輪傳動中已日益廣泛應用。其合理的傳動比為 50300，其傳動效率為 0.700.84。（3）3Z（III）具有雙齒圈行星輪的 3Z 型行星齒輪傳動，它的結構特點：內齒輪 e 固定，兩個旋轉的中心輪 a 和 b 同時與行星輪 c 相嚙合，而

28、另外一個行星輪 d 與固定內齒輪 e 相嚙合。它的傳動比范圍和傳動效率和3Z（I）型基本上相同。因此，在實際應用，一般很少采用3Z（III）型行星齒輪傳動。在此，應該指出的是： 3Z 型行星齒輪傳動用于短期間斷工作的機械傳動裝置中最為合理，它具有結構緊湊、傳動比大和傳動效率較高等特點。浙江機電職業技術學院畢業設計 行星齒輪傳動減速器設計及三維造型- 15 -.2.2.漸開線行星齒輪傳動的發展趨勢漸開線行星齒輪傳動的發展趨勢隨著行星傳動技術的迅速發展，目前，高速漸開線行星齒輪傳動裝置所傳遞的功率已達 50000kW，輸出轉矩已達。據有關資料介紹，人4500kN mA們認為目前行星齒

29、輪傳動技術的發展方向如下。（1）標準劃、多品種 目前世界上已有 50 多個漸開線行星齒輪傳動系列設計；而且還演化出多種型式的行星減速器、差速器和行星變速器等多品種的產品。（2）硬齒面、高精度 行星傳動機構中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學處理。齒輪制造精度一般在 6 級以上。顯然，采用硬齒面、高精度有利于進一步提高承載能力，使齒輪尺寸變得更小。（3）高轉速、大功率 行星齒輪傳動機構在高速傳動中，如在高速氣輪機中已獲得日益廣泛得應用，其傳動功率也越來越大。（4）大規格、大轉矩 在中低速、重載傳動中，傳遞大轉矩的大規格的行星齒輪傳動已有了較大的發展。綜上，本次我要設計的減速器以 3 級以下為好，否則，傳動效率會很低。通過對行星齒輪傳動的比較，選用2 級級可以滿足傳動比 14400 的要求。所設計的減速器不僅要傳遞運動，且要傳遞動力，故只有3Z 型滿足要求。在 3Z 型行星傳動中， 3Z（I）型和 3Z（II）型的特點基本一樣，而3Z（II）在具有它們的優點同時，還較它們安裝要方便，所以選擇3Z（II）型。3Z（II）合