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1、少齿差行星减速器设计说明书1 导言1.1 设计目的减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，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。行星齿轮减速器是齿轮减速器中应用较多的一种，它具有许多优点，在各种车 辆、机械设备和其它传动系中得到广泛使用。随着近代工业技术的高速发展，对行 星齿轮传动的承载能力、可靠性、效率、圆周速度、体积及质量等技术和经济指标 提出了愈来愈高的要求。与此同时，优化其结构设计也被提到十分重要的地位上。行星齿轮传动较普通齿轮传动具有许多独特的优点，它不仅用于民用机械上， 而且广泛用于军事机械传动装置，其主要特点如下:结构紧凑，承载能力大;只要适 当选择机构
2、的形式，便可以用较少的齿轮获得很大的传动比，甚至其传动比能达到 好几千倍，虽然传动比很大但是仍然结构紧凑、重量轻;传动效率较高，其值可达 0.8,0.9 以上;由于行星轮均匀分布于中心轮的四周，因而惯性力平衡，机构运1 转平稳，抗冲击和抗震动能力强。1.2 减速器的生产现状当今世界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。 六高就是指高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率; 二低，是指低噪声和低成本;二化是标准化和多样化。国内的减速箱将逐渐淘汰软齿面，向硬齿面(50,60HRC)、高精度(4级)、高可 靠度软启动、运行监控、运行状态记录、低噪声、高的功率
3、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 变频代替直流伺服驱动，已成为近年中小功率变速箱产品（如摆轮针轮传动、谐波 齿轮传动等）追求的目标。近十几年来，计算机技术、信息技术、自动化技术机械制造中的广泛应用，改 变了制造业的传统观念和产品组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益 产、敏捷制造、智能制造等先进技术，形成了高精度、高效率的智能化齿轮生产线 和计2 算机网络化管理。1.3 设计意义 由于行星传动机构具有重量轻、体积大、传动比大和效率高等优点，在许多情 况下可以代替
4、多级的普通齿轮传动，因此，在国内外得到了较大的重视。而偏心轴 少齿差行星传动机构又具有结构简单、降速比大、受力情况好等特点。因此，它在 冶金机械、起重运输机械、工程机械、化工机械和纺织机械等方面均得到了广泛的 应用。在工农业生产中，减速器得到了广泛的应用。但能传递低速、大扭矩的减速器 还不多。偏心轴输入少齿差行星减速器就是这样一种结构简单、降速比大、受力情 况好、成本低、加工容易的新型减速器。减速器箱体体积大、质量大、尺寸也大， 这给安装带来不便。如果知道减速器中轴上的应力分布，就可采取有效措施，加强3 应力大的部位，而在应力小的部位减少尺寸，使轴的材料分布更合理。设 计和校核是分析这种结构应
5、力分布的有效方法之一，既可以检验各个零件的强度和 刚度是否满足要求，也可指导减速器壳体设计。适应市场要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量竞争以及员 工技术素质与创新精神，是 21 世纪企业竞争的焦点。在 21 世纪成套机械装备中， 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。减速器和齿轮的设 计与制3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，改进和 发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。32 方案论证2.1 常
6、用行星轮减速其种类及特征2.1.1 减速器种类减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速 器以及它们互相组合起来的减速器;按照传动的级数可分为单级和多级减速器。按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速 器等。按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。 2.1.2 技术 特点蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入 轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不 高，精度不高。谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的， 体积不大、精度很高,但缺点是柔轮
7、寿命有限、不耐冲击,刚性与金属件相比较差。 输入转速不能太高。行星齿轮减速器一般用于在有限的空间里需要较高的转矩时，即小体积大转 矩，而且它的可靠性和寿命都比正齿轮减速器要好。展开式两级圆柱齿轮减速器是两级减速器中最简单、应用最广泛的一种。它的 齿轮相对于支承位置不对称，当轴产生变形时，载荷在齿轮上分布的不均匀，因此 轴应设计的具有较大的刚度，并使齿轮远离输入端或输出端。两级圆锥-圆柱齿轮减速器单级圆锥齿轮减速器及两级圆锥圆柱齿轮减速器用于需要输入轴与输出轴成90D配置的传动中。当传动比不大（i=l,6）时，采用单4级圆锥齿轮减速器;当传动比较大时，则采用两级（i=6,35）或三级（i=35,
8、208） 的圆锥圆柱齿轮减速器。由于大尺寸圆锥齿轮较难制造，因而总是把圆锥齿轮传 动作为圆锥圆柱齿轮减速器的高速级（载荷较小），以减小其尺寸，便于提高制造 精度。同轴式两级圆柱减速器的径向尺寸紧凑，但径向尺寸较大。由于中间轴较长， 轴在受载时的挠曲亦较大，因而沿齿宽上的载荷集中现象亦较严重。同时由于两级 齿轮的中心距必须一致，所以高速级齿轮的承载能力难以充分利用。而且位于减速 器中间部分的轴承润滑也比较困难。此外，减速器的输入轴和输出轴端位于同一轴 线的两端，给传动装置的总体配置带来一些限制。但当要求输入轴端和输出轴端必4 须放在同一轴线上时，采用这种减速器却极为方便。2.1.3 传统减速器结
9、构 减速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承、箱体及其附件所组成。其基 本结构有三大部分:齿轮、轴及轴承组合;箱体;减速器附件。原蜗轮减速器和圆柱圆锥齿轮减速器的箱体，除承受转矩外还承受径向力，在 传递同样功率和相同传动比时，其外形尺寸比立式行星齿轮减速器的箱体大许多， 重量也重很多。另外，立式行星齿轮减速器箱体由大齿圈和上、中、下箱体组成， 结构非常紧凑，所占机房面积仅为前者的 1/3。行星齿轮减速器中，行星架的制造、加工较为复杂，而其加工好坏又将直接影 响行星齿轮传动的质量，原采用铸钢件，但由于浇铸不匀，质量难以控制，造成行 星架动平衡差，影响传动。总之，减速器是由各级齿轮副组成的，利
10、用各级齿轮传动来达到降速的目的。 比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速的目的，再采用多级这样的结构，就 可以大大降低转速了。52.2 本设计减速器结构本设计属于一种用于机械传动的行星齿轮减速器，由两级传动组成。高速级为 外啮合直齿圆锥齿轮传动机构，低速级为偏心轴行星齿轮传动机构。外啮合直齿圆 锥齿轮传动机构实现第一级减速，将电动机功率降速并传递功率给偏心轴行星齿轮 传动机构中的偏心轴，由偏心轴带动行星轮自转进而驱动内齿轮公转，并迫使与内 齿轮销合的输出轴转动，最后由与输出轴配合的直齿轮直接将运动输出。图1 为一齿差行星齿轮减速器装配图，当电机带动输入轴，经过支持圆锥齿轮 一级减速后，带动偏
11、心轴转动时，由于内齿轮与机壳固定不动，迫使行星齿轮绕内 齿轮作行星运动（既公转又自转）;由于行星齿轮与内齿轮的齿数差很小，所以，行 星齿轮绕偏心轴中心所作的运动为反向低速自转运动。利用输出机构将行星齿轮的 自转运动传递给输出轴，从而达到减速目的。整个机体为立式，简化了结构，提高了承载能力，提高了运动的平稳性，降低 了噪音，降低了制造成本。图1新型减速器62.3减速器的润滑润滑良好的润滑和散热条件可以减少减速器中各零件的摩擦，减轻磨损，提高 传动效率，增加机器的平稳性，延长减速器的使用寿命。大多数减速器均采用润滑 油进行润滑。润滑方式的选择常根据齿轮的圆周速度而定。当齿轮圆周速度v?12,15m
12、/s时，可采用油池浸浴润滑，利用齿轮的转动，将 润滑油带到啮合表面，同时将油甩上箱壁，再借助箱壁上的斜槽将油贮集在箱体接 合面的油沟或油槽中，润滑轴承和轴承座，并通过斜孔流回箱内。所以对于这类减 速器的下箱体应在其接合面上设计出油槽，油槽一般取宽5,15mm，深为5,10mm， 箱盖内壁靠近分界面也应做成斜面。与此同时，为使润滑油能进入轴承座和轴承， 在轴承端盖与轴承接触处需开有缺口，以保证上述润滑过程得以实现。为了减小传动件的运动阻力和温升，齿轮浸油深度以 1,2 个齿高为宜。速度高 时可浅些，但不应小于10mm。油池应保持一定深度，通常以大齿轮齿顶圆到油池 底面的距离不小于30,50mm为
13、宜否则会激起沉积在箱底的污物和杂质。值得注意的是，对于二级或多级齿轮减速器，应选择合适的传动比，使各级大 齿轮的直径大致相等，这样可使各级齿轮浸油深度相当。若低速级齿轮浸油太深， 可将箱体做成斜的接合面，或采用带油轮或用带油环来润滑高速级齿轮。当齿轮圆周速度v?12,15m/s时，可采用压力喷油润滑，即用油泵将润滑油经 喷嘴喷到啮合的轮齿面上，喷出的油不但润滑了轮齿，而且还及时地冷却了刚啮合5 过的轮齿。73 结构设计3.1 轴设计的主要问题设计轴的结构时，即要满足强度的要求，也要保证轴上零件的定位、固定和装 配方便，并有良好的加工工艺性，所以，轴的结构一般都做成阶梯形。阶梯轴的径向尺寸的变化
14、是根据轴上零件受力情况、安装、固定及对轴表面粗 糙度、加工精度等要求而定的。当直径变化处的端面时为了固定轴上零件或承受轴向力时，则直径变化值要大 些，一般取6,8mm。这时过渡圆角半径r应小于轴孔的倒角C和轴肩高h。当用凸 肩固定滚动轴承时，过渡圆角半径r应小于轴承孔德半径r，r值可查轴承手册。 而且轴肩直径D应小于轴承内圈的外径，以便于拆卸轴承。当轴径变化仅为了装配方便或区别加工表面，不受轴向力也不固定轴上零件， 则相邻直径变化较小，稍有差别甚至是公差即可，其变化量取1,3mm。轴径变化处 的端面都不与其他零件接触。当轴上装有滚动轴承、密封等标准件时，轴径应取相 应的标准值。阶梯轴的轴向尺寸
15、则根据轴上零件的位置、配合长度及支撑结构确定。 轴上安装传动零件的轴段，长度是由所安装零件的轮毂宽度决定的，而轮毂宽 度一般是与轴的直径有关，确定了直径，即可确定轮毂宽度，但在确定这些长度 时，必须注意直径变化的位置。轴的端面与零件端面应留有距离1,以保证零件端 面与套筒接触起到轴向固定作用，一般可取 l=1,3mm。在装键的轴段，应使键槽靠近直径变化处，以便在安装时，使零件的键槽与轴 上的键容易对准。采用过盈配合固定轴上零件时，为了便于装配，直径变化可用锥5 面过渡，锥面大端应在键槽直线部分，这时可不用增加轴向固定的套筒。8在一般情况下，轴的工作能力决定于它的强度和刚度，对于高转速轴，有时还
16、 决定于它的振动稳定性。在设计轴时，除了要按这些工作能力准则进行设计计算或 校核计算以外，在结构设计上还需使轴能满足其他的一系列的要求，例如轴上零件 固定的要求，工艺性要求，热处理的要求，运转维护的要求，等等。对于重型轴，6 还须考虑毛坯制造和探伤等问题。3.2 滚动轴承设计轴承设计中的变量如额定转速、工作转速、额定动（静）载荷、当量动（静）载荷 等大多属连续型随机变量，需要通过试验及数理统计方法确定其分布类型和分布参 数，运用模糊数学和可靠性设计理论，科学地确定这些模糊变量的概率和轴承的模 糊可靠度，作为滚动轴承设计的依据。6fC10, tLP方程，即L,以材料强度具有组织敏感性为前提，同时考虑，（）hnfP60p外载荷引发材料内部最大应力的交变应力幅，以
