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1、南昌航空大学科技学院学士学位论文11 1绪论绪论1.11.1 课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义“十一五”期间我国将按照国家储备与企业储备相结合，以国家储备为主的方针，统一规划，分批建设国家战略石油储备基地。为了快速建立起我国独立的石油储备基地，根据我国国情石油储备形式以大型工业油罐为主。在使用大型油罐进行原油储备的过程中，遇到最关键的问题就是油泥的问题，储运重未经提炼制的原油重平均约含 2.2%的油泥，即对一个 10 万立方的储罐来说，灌满原油后其中约有 2200 立方的油泥成点在油罐底部。如不及时清除，再次加入原油是油泥将继续累积在一起，形成硬块，为油罐的检查及清洗增加困难。而且数量
2、如此巨大的油泥存在于油罐底部，不经减小油罐的有效储存空间，降低储存周期寿命，造成进出阀的阻塞，而且较厚的油泥层使浮顶灌的浮顶不能不下降到底而引起浮顶倾斜，对储油安全造成威胁。因此大型原油储罐在建立时就必须增设油泥防止和消除系统，以增加油罐的储油效率，提高储油安全性，减小清灌难度。大型原油储罐灌底油泥的防止和消除方法主要是在灌内增加油泥的混合搅拌系统，使油泥破碎细化，便于通过管线输出，我们选用了旋转喷射搅拌器。但是，其喷嘴口径相对于大型储罐的直径而言是很小的，喷嘴固定是射流束的搅拌范围是有限的，于是，在旋转喷射器入口处设置轴流涡轮，考循环油泵加压后的原油流动带动轴流涡轮高速旋转，旋转的涡轮通过主
3、轴带动结构上完全隔绝的传动箱内一系列的减速传动使喷嘴缓慢旋转，而且通过传动箱内有关参数的选择来调节喷嘴旋转的速度，是从喷嘴喷出的射流也随之缓慢旋转，射流可打击到油罐底周向任一位置的油泥，实现彻底清除油泥，不留死角的功能。可见，旋转喷射器中减速箱是工业油罐底油泥旋转喷射混合系统中重要的一部分。高速旋转的涡轮带动喷水嘴低速的转动，中间需要一个传动比很大的减速器连接。1.21.2 行星齿轮减速器研究现状及发展动态行星齿轮减速器研究现状及发展动态行星齿轮传动与普通定州齿轮传动相比较，具有质量小，体积小，传动比大，承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已经被我过越来越多的机械工程技术人员所了解和
4、重视。由于在各种类型的行星齿轮传动种均有效地利用了功率分流性和输入，输出地同轴性以及合理的采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速，大功率而且可用于低速，大转矩的南昌航空大学科技学院学士学位论文2机械传动装置上。它可以用作减速，增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中：这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。因此，行星齿轮传动在起重运输，工程机械，冶金矿山，石油化工，建筑机械，轻工纺织，医疗器械，仪器仪表，汽车，船舶，兵和航空航天等工业部门获得了广泛的应用。由于齿轮，轴，轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和
5、传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。20 世纪末的 20 多年，世界齿轮技术有了很大的发展，铲平发展的总趋势是小型化，高速化，低噪声，高可靠度。技术发展中最引人注目的是应吃面技术，功率分支技术和模块化设计技术。硬面齿轮技术到 20 世纪 80 年代在国外日趋成熟。采用优质合金钢锻件神探淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于 IS01328-1975 的 6 级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的 4 倍，为软齿面齿轮的 5-6 倍。一个中等规格的硬齿面齿轮减速器的重量仅为软吃面齿轮减速器的 1/3 左右。功率分支技术主要指行星及大功率齿轮箱的功率双份及多分支装置，如中心传动的水泥磨主减速器，其核
6、心技术是均载。模块化设计技术队通用和标准减速器旨在追求高性能和满足用户多样化大覆盖面需求的同时，尽量减少零部件及毛坯的品种规格，以便于组织生产，使零部件产生形成批量，降低成本，取得规模效益。其他技术的发展还表现在理论研究（如强度计算，修形技术，现代设计方法的应用，新齿形，新结构的应用等）更完善，更接近实际；普通采用各种优质合金钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构设计更合理；加工精度普遍提高到ISO 的 4-6 级；轴承质量和寿命的提高；润滑油质量的提高；加工装备和检测手段的提高等方面。 这些技术的应用和日趋成熟，使齿轮产品的性能价格比大大提高，产品越来越完美。如非常粗略地估计一下，输出
7、 100N m 转矩的齿轮装置，如果在 1950 年时重10kg，到 80 年代就可做到仅为 1kg。20 世纪 70 年代至 90 年代初，我国的高速齿轮技术经历了测绘仿制，技术引进到独立设计制造 3 个阶段。现在我国的设计制造能力基本可满足国内生产需要，设计制造的最高参数：最大功率 44MW，最高线速度 168m/s，最高转速 67000r/min。我国的低速重载齿轮技术，特别是硬齿面齿轮技术也经历了测绘仿制等阶段，从无到有逐步发展起来。除了摸索掌握制造技术外，在 20 世纪 80 年代末至 90 年代南昌航空大学科技学院学士学位论文3初步推广硬齿面技术过程中，我们还做了解决“断轴” ，
8、“选用”等一系列有意义的工作。在 20 世纪 70-80 年代一直认为是国内重齿轮两大难题的“水泥磨减速器”和“轧钢机械减速器”可以说已完全解决。20 世界 80 年代至 90 年代初，我国相继制定了一批减速器标准，如ZBJ1900488圆柱齿轮减速器 ，ZBJ1902690运输机械用减速器和YB/T05093冶金设备用 YNK 齿轮减速器等几个硬齿面减速器标准，我国有自己只是产权的标准，如 YB/T07995三环减速器 。按这些标准生产的许多产品的主要技术指标均可达到或接近国外同类产品的水平，其中 YNK 减速器较完整地吸取了德国 FLENDER 公司同类产品的特点，并结合国情做了血多改进与
9、创新。世界上一些工业发达国家，如日本，德国，英国，美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化，传动性能，传动效率，转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星齿轮传动技术，如封闭行星齿轮传动，行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。行星齿轮颤动在我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，均有了较大的成就，并获得了血多的研究成果。近十几年来，计算机技术，信息技术，自动化技术在机械
10、制造中的广泛应用，改变了执照也得传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产，敏捷执照，智能执照等先进技术。形成了高精度，高效率的智能化圣餐先和计算机网络化管理。在 21 世纪成套件机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大为提高，从而推动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观。CNC 机床和工艺技术的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制，液压传动，齿轮，带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型
11、传动产品发展的重要趋势。工业通用变速箱是指为各行业成套装备及生产线配套的大功率和中小功率变速箱。国内的变速箱将继续淘汰软齿面，向硬齿面，高精度，高可靠度软启动，运行南昌航空大学科技学院学士学位论文4监控，运行状态记录，低噪声，高的功率与体积比和高的功率与重量比的方向发展。中小功率变速箱为适应机电一体化成套装备自动控制，自动调速，多种控制与通讯功能的接口需要，产品的结构与外型在相应改变。矢量变频代替直流伺服器驱动，已成为经年中小功率变速箱产品追求的目标。随着我国航天，航空，机械，电子，能源及核工业等方面的快速发展和工业机器人等在各工业部门的应用，我国在谐波传动技术应用方面已取得显著成绩。同时，随
12、着国家高新技术及信息产业的发展，对谐波传动技术产品的需求将更会更加突出。总之，当今世纪各国减速器及齿轮技术发展总趋势是向六高，二低，二化方面发展。六高即高承载能力，高齿面硬度，高精度，高速度，高可靠性和高传动效率；二低即低噪声，低成本；二化即标准化，多样化。减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。1.31.3 本文研究的主要内容本文研究的主要内容我的工作就是结合涡轮的输入转速，喷嘴所需要的转速以及输出转矩等已知条件设计一个满足要求的齿轮减速器1、选择确定传动方案 传动方案的确定包括传动类型和传动简图的确定。此
13、次设计的减速器传动比达到 134，只有通过不断地比较和分析去合理的选择一种传动方案，尽量降低减速器的体积和重量。2、设计计算 每级传动机构的设计计算，都大致包括：传动比的分配，传动系统运动学和动力学计算，传动零件的设计，轴的设计计算与校核，轴的选择与计算，键连接的选择与计算，箱体的设计，润滑与密封的选择和传动装置南昌航空大学科技学院学士学位论文52 2 3Z3Z（ IIII）型行星齿轮减速器装置设计）型行星齿轮减速器装置设计2.12.1 已知条件已知条件设计某石油机械装置所需配用的行星齿轮减速器，已知该行星传动的输入功率P1=22KW，输入转速 n1=1500r/min，传动比 ip=134，
14、允许的传动比偏差ip=0.01，短期间断的工作方式，每天工作 16h，要求使用寿命 8 年；且要求该行星齿轮传动结构紧凑、外廓尺寸较小和传动功率较高。2.22.2 设计计算设计计算2.2.12.2.1 选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图根据上述要求：短期间断，传动比大，结构紧凑和外轮廓尺寸较小。据行星齿轮传动设计个传动类型的工作特点可知，3Z 型适用于短期间断的工作方式，结构紧凑，传动比大。为了装配方便，结构更加紧凑，适用具有单齿圈行星齿轮的3Z(II)型行星齿轮传动较合理，其传动简图如图 1 所示。图 1 3Z(II)型行星齿轮减速传动2.2.22.2.
15、2 配齿计算配齿计算根据 3Z（II）型行星传动的传动比 ip值和按其齿轮计算公式可求得内齿轮b，e 和行星齿轮 c 的齿数 zb，ze和 zc。考虑到该行星齿轮传动的外轮廓尺寸较小，故选择中心轮的齿数 za=15 和行星齿轮数目 np =3。为了使内齿轮 b 与 e 的齿数差尽可能小，即应取 ze -zb= np。再将 za，np和 ip值代入公式，则的内齿轮 b 的齿数 Zb为南昌航空大学科技学院学士学位论文6zb=21)z() 1(z4z2 pappapaninn按以下公式可得内齿轮 e 的齿数 Ze为ze = zb + np =69+3=72因 ze-za=72-15=57 为奇数，应
16、按如下公式求得行星轮 c 的齿数 Zc为zc=（ze-za）-0.5=（72-15）-0.5=2821 21再按传动比验算公式验算其实际的传动比为b aeiibae=134.4 beeab zzz zz1 697272 1569+1其传动比误差为i=0.0032=34 和中心距=64.5mm=0.1176minx按如下公式可得到行星齿轮 c 的变位系数cx= =0.5377-0.2732=0.2645cxaacxx（2）b-c 齿轮副 在 b-c 齿轮副中，=28=17，=412=34 和czminzbzczminz=61.5mm,-=442=34 和czminzezczminzmm 。由此可知，该齿轮副的变位目的是为改善啮合性能和修复啮合齿66 aaec轮副。故其变位方式应采用高度变位，即。则可得内齿轮 e 的变位0ceecxxx系数为0.2645。cexx2.2.52.2.5 几何尺寸计
