1、兩級NGW型行星齒輪傳動設計計算及優(yōu)化摘要：隨著社會的不斷向前發(fā)展和科技進步，齒輪的傳動在各行各業(yè)都得到了 較快的發(fā)展。齒輪傳動尤其在園林工具行業(yè)得到了廣泛的應用，比如外嚙合齒輪 傳動、錐齒輪傳動、斜齒輪傳動和NGW型行星齒輪傳動等。本方案主要講述兩 級NGW型行星齒輪減速器的設計過程和優(yōu)化。齒輪制造的精度要求也相對比較 高，一般情況下，齒輪的精度不低于8-7-7級，高速轉動的太陽輪和行星輪不低 于5級，內齒輪的精度不低于6級。關鍵詞：兩級NGW型行星齒輪；計算；不等角變位；變位系數；強度；精度等級；嚙 合角、八刖言目前鋰電式園林工具中的綠籬機，在市場經濟條件下的激烈競爭下，制造成本的激烈競

2、爭下，所設計和生產制造的產品必須向著輕量化，噪音小，體積小的方向發(fā)展。這就迫切需 要研發(fā)設計出一套符合體積小，重量輕，噪音小的齒輪傳動。所設計的齒輪減速器體積的大 小，直接決定了綠籬機的體積，只有把綠籬機的主要腔體的體積設計的小，才有可能降低材 料成本。一個體積比較大的綠籬機，其材料的成本必然會高，這是我們設計工作者不愿意看 到的現象。而行星齒輪傳動，具有效率高，體積小，重量輕，結構簡單，制造方便，傳動功 率范圍大，軸向尺寸小等特點。是設計者首要選擇和設計的對象。本文僅僅圍繞兩級NGW 型行星齒輪減速器的設計計算過程和優(yōu)化，進行展開分析。那么如何根據本公司的要求，設 計出符合條件的行星齒輪減速

3、器呢？詳情如下：原理圖一、設計要求：直流電機，電機功率500w，電機轉速20800r/min左右，電機的輸出軸5mm。設計需 要的切割刀片的速度為1600spm左右。二、設計和計算過程：計算傳動比i輸入轉速n1=20800r/min，輸出轉速n2=1600spmi= n1/n2=20800/1600=13分配傳動比為了減少制造成本，本案的兩級NGW型行星齒輪減速器的所有齒輪，在強度等符合條 件的情況下，采用粉末冶金件AE粉，而不是采用機加工的工藝進行，這樣大大的減少了機 加工帶來的不必要的成本。兩級NGW型行星齒輪減速器的強度考核，主要考核的是太陽輪 和行星輪的強度。他們的轉速高，強度大。粉末

4、冶金并進行熱處理，采用常規(guī)的工藝完成設 計。根據機械設計手冊新版第3卷，齒輪齒面接觸疲勞強度校核調節(jié)和要求進行如下參數選 擇：（接觸疲勞極限材料值）齒輪硬度oHmin1=1350Mpa（接觸疲勞極限材料值）齒輪硬度oHmin2=1350Mpa齒面硬化系數ZW1=1齒面硬化系數ZW2=1載荷分布系數KC1=1載荷分布系數KC2=1工作硬化系數ZW1=1工作硬化系數ZW2=1動載系數KV1=1動載系數KV2=1ZW2/ZW1=1工作硬化系數ZW1與ZW2相同（材料和工藝相同）（全部齒輪硬度HBS350）（KV1*KH&1*Z2N2）/（KV2*KH&2*Z2N1）=1.9動載系數KV1，動載系數K

5、V2齒向載荷分布系數KH61，齒向載荷分布系數KH62接觸強度的壽命系數ZN1，接觸強度的壽命系數ZN2三項乘積的比值范圍（硬齒面）（1.8-2）載荷不均勻系數KC1=1.15載荷不均勻系數KC2=1.15直徑比B=dB2/dB1=1 （同一齒圈）齒圈的分度圓直徑dB1，齒圈的分度圓直徑dB2的選擇有如下定義：多級行星齒輪傳動 傳動比分配原則是各級強度之間等強度，并希望獲得最小的外廓尺寸，對于兩級NGW型行 星齒輪傳動，欲使得徑向尺寸最小。可使得低速級內齒圈的分度圓直徑dB1與高速級的內齒 圈的分度圓直徑dB2之比接近于1.行星輪個數Cw1=4根據機械設計手冊新版第3卷-表17.2-1選取適合

6、傳動比要求的行星輪數目nW1=4二級傳動比 i2=i/i1=13/4=3.253.確定模數材料：太陽輪和行星輪的材料為粉末冶金（AE粉）經熱處理，齒面的硬度要求為35- 43HRC；屈服極限強度oHmin=300Mpa NGW型行星齒輪傳動的效率n=0.97（NGW型行星齒輪傳動的效率：0.97-0.99）許用接觸應力oHp=275Mpa載荷系數K=1.5輸入功率P=0.5Kw，輸入轉速n1=20800r/min輸入扭矩 T1=9550*P/n1=9550*0.5/20800=0.23 N.m設載荷不均勻系數KC=1.15則模數為：m=2* a /（ZA1+ ZC1）m=2*12.097/（1

7、2+12）=1.008=14.確定齒數（計算法配齒）1）高速級由上述知行星輪數目nW1=4確定齒圈ZB由前面得到的模數等條件，結合內部結構設計的齒輪箱體積的限制，即齒輪箱的最大直 徑 不大于48mm，由于齒輪箱的材料為PA+GF30，在強度要求的情況下，需要保證齒輪箱的 壁厚為2mm，由此可知齒圈的最大外徑為44mm。同時保證齒輪箱和齒圈的配合間隙0.5mm （單邊間隙為0.25mm），同時需要保證齒圈的壁厚為2mm左右，所以齒圈的最大外徑約DB=39mm，由此可初步計算齒圈的齒數為ZB=37ZB=DB/m-2=39/1-2=37確定太陽輪齒數：ZA1（ibaH*ZA1/nW1=C）；根據ib

8、aH并適當調整且使C等于整數，則可求ZA1=C由公式：ibaH=1+ZB/ZA1=1+37/ZA1=4 可得到 ZA1=C=12.33=12 （保留整數）且保證：ibaH*ZA1/nW1=C為整數，符合設計要求確定行星輪齒數：ZC1=0.5* (ZB-ZA1) =0.5* (36-12) =12為了提高齒輪的承載能力，故采用不等角變位，將所得的行星輪齒數減T來實現變位，所以 ZC1=12-1=112）低速級確定太陽輪齒數 ZA2:由公式 i2=1+ZB/ZA2 可得（i2=1+36/ZA2=3.25）ZA2=16兩級行星輪減速公用同一齒圈，第二級的減速比i2=3.25 （由前面設計計算得出）確

9、定行星輪齒數ZC2：ZC2=0.5* （ZB-ZA2）=0.5*（36-16）=105.確定中心距aAC1）高速級中心距aT變位前的中心距 aA1C1=0.5*m*（ZA1+ ZC1）aA1C1=0.5*1* （12+12）=12壓力角a=20預取嚙合角aA1C1=24.5預取嚙合角aC1B=20根據機械設計手冊新版第3卷則A1-C1傳動中心距的變動系數為yA1C1yA1C1=0.5*（ZA1+ZC1）*（cosa/cosaA1C1-1）=0.5*（12+11）*（cos20/ cos24.5-1）=0.3757則新的（變位后的）中心距a1a1=aA1C1+yA1C1*m=12+0.3757*

10、1=12.38 （保留2位小數）2）低速級中心距a2變位前的中心距 aA2C2=0.5*m*（ZA2+ ZC2）aA2C2=0.5*m*（ZA2+ ZC2）=0.5*1* （10+16）=13 （前述過程已經確定了模數和齒數）壓力角a=20預取嚙合角aA2C2=24.5預取嚙合角aC2B=20則A2-C2傳動中心距的變動系數為yA2C2yA2C2=0.5* (ZA2+ZC2) * (cosa/cosaA2C2-1)=0.5* (16+9) * (cos20/ cos24.5-1)=0.4084則新的(變位后的)中心距a2a2=aA2C2+yA2C2*m=13+0.4084*1=13.41 (保

11、留2位小數)確定嚙合角aAC高速級嚙合角aA1C1cosaA1C1= (aA1C1/aT)*cosa=(12/12.38)* cos20=0.91116所以得高速級的外嚙角aA1C1=24.345=24.3。低速級嚙合角aA2C2cosaA2C2= (aA2C2/a2)*cosa=(13/13.41)* cos20=0.91107所以得低速級的外嚙角aA2C2=24.358=24.4確定變位系數x2AC、xA、xC1)高速級x2A1C1.計算A1-C1傳動的變位系數xZA1C1xZA1C1 = (ZA1+AC1)(invaA1C1-inva)/ (2*tana)=(12+11)* (inv24

12、.3-inv20)/ (2*tan20)=(12+11)*(0.027565-0.0149)/(2*0.36397 )=0.4所以行星輪的變位系數為xC1=x2A1C1-xA1=0.4-0.23=0.17 （也可由圖16.2-8查得）計算C1-B傳動的中心距變動系數Yc1B和嚙合角aC1B由前面的計算可得C1-B變位前的中心距為aC1BaC1B=0.5*m*（ZB-ZC1）=0.5*1*（36-12）=12 （mm）則C-B的變位后的中心距為：aC1B= a1=12.38（mm）則變動系數 yC1B=（aC1B-a1）/m=（12.38-12）/1=0.3757由前面的計算可得嚙合角的余弦值為

13、：cosaC1B=（aC1B/a）*cosa=（12/12.097）* cos20=0.93所以aC1B=21 （由三角函數計算得）確定齒圈的變位系數xBxZC1B=（ZC1+ZB）（invaC1B-inva）/（2*tana）=（11+36）（inv21- inv20）/（2*tan20）=0.18則齒圈的變位系數xB = xZC1B+xC1=0.18+0.17=0.35綜上：模數m=1齒數和變位系數：ZA1=12, ZC1=11, xA1=0.23, xC1=0.17ZA2=16, ZC2=9, xA2=0.23, xC1=0.21ZB=36, xB=0.35根據以上設計計算的結果，利用3

14、D設計軟件，形成3D結構設計文件，針對經濟款的， DC有刷電機的輸出軸的軸徑一般為g-5mm，則對應的太陽輪的安裝孔也必須是g-5mm， 如下圖所示。總結：本文介紹了一種兩級NGW型行星齒輪減速器的設計和應用范圍的優(yōu)化，更好的迎合了 市場的發(fā)展方向，具備了好的產品必須具備的體積小，輕量化，效率高特征。參考文獻：機械設計手冊（新版）齒輪手冊第2版齒輪制造工藝手冊第2版CREO齒輪參數化建模SOLIDWORKS齒輪參數化建模研發(fā)項目管理作者簡介：張華（1985-），男，安徽阜陽人，工程師。杭州葛高機械有限公司，精加 工車間技術廠長，負責龍門加工中心，數控加工中心，數控車床等加工工藝編制，程序編制。 杭州科龍電器工具有限公司，研發(fā)部技術副總工，負責新項目產品的開發(fā)，技術參數的排版， 研發(fā)流程的修訂等。浙江中堅科技股份有限公司，主辦工程師，負責新產品的開發(fā)設計，技 術瓶頸突破，解決技術難題。曾獲得，中級工程師職業(yè)資格，杭州蕭山區(qū)第十屆青工五小科 技優(yōu)勝獎，PTO試驗臺的設計獲得國家農業(yè)部科技獎，入選2020年度金華市321專業(yè)人才 培