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1、1 绪 论行星齿轮减速器与普通定轴减速器相比，具有承载能力大、传动比大、体积小、重量轻、效率高等特点，被广泛应用于汽车、起重、冶金、矿山等领域。我国的行星齿轮减速器产品在性能和质量方面与发达国家存在着较大差距，其中一个重要原因就是设计手段落后，发达国家在机械产品设计上早巳进入分析设计阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析、优化设计等应用到产品设计中，采用机械CAD系统在计算机上进行建模、分析、仿真、干涉检查等。本文通过对行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺寸和装配尺寸，并对设计结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价，实现行星齿轮减速器规模
2、化生产提供了参考和理论依据。本课题设计通过对行星齿轮减速器工作状况和设计要求对其结构形状进行分析，得出总体方案.按总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出行星齿轮减速器的整体结构尺寸，然后以各个系统为模块分别进行具体零部件的设计校核计算，得出各零部件的具体尺寸，再重新调整整体结构，不断反复计算从而使减速器的性能主要使寿命和稳定性及润滑情况进行优化设计。2设计与校核2.1设计参数输入功率：P=10KW输入转速：n1=750r/min；输出转速：n2=20r/min；中等冲击；每天连续工作14小时；使用期限10年。2.2方案设计2.2.1传动形式选择减速器的总传动比i=750/20=37.5，属于
3、二级NGW型的传动比范围。拟用两级太阳轮输入、行星架输出的形式串联，即i1i2=37.5。两级行星轮数都选np=3。高速级行星架不加支承，与低速级太阳轮之间用单齿套联接，以实现高速级行星架与低速级太阳轮浮动均载。其中高速级行星轮采用球面轴承，机构镇定。低速级仍为静不定。其自由度为： 机构的静定度为：2.2.2齿形及精度设计因属于低速传动，采用齿形角an=20o 的直齿轮传动。精度定为6级。为提高承载能力，两级均采用变位齿轮传动，要求外啮合aac=24o内啮合acb=20o左右。2.2.3齿轮材料及其性能太阳轮和行星轮采用硬齿面，内齿轮采用软齿面，以提高承载能力，减小尺寸。两级都采用相同的材料搭
4、配，如表2-1疲劳极限Hlim和Flim选取区域图的下部数值。表2-1 齿轮材料及其性能表齿轮材料热处理HlimFlim加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC586214003506级行星轮245内齿轮40Cr调质HB2622936502207级2.2.4传动比分配按照高速级和低速级齿面接触强度相等的原则分配传动比。取=1.2，取n=3,()=()=0.7,Hlim1=Hlim2其余系数确定如表2-2。则q值为：表2-2 有关q值的系数表代号名称说明取值KA使用系数中等冲击，KA1=KA21.25KHP1行星轮间载荷分配系数行星架浮动，6级精度1.20KHP2太阳轮浮动，6级精度1.05
5、KH1综合系数np=3，高精度，硬齿面，静定结构降低取值1.80KH21.80计算q3值q3=1.143x1.232以此值和传动比得p1=6.6 可知：i1=1+p1=1+6.6=7.6i2=i/i1 =37.5/7.6=4.933 高速级设计计算3.1配齿数按变位传动要求选配齿数。从弯曲强度的高可靠性出发,保证必要的工作平稳性，取za= 14。按齿面硬度HRC=60，u=zc/zc =(7.6-2)/2=2.8等zamax=18,故 12 za 18,故可用。由传动比条件知，Y=ibaxza=i1za=7.6+14 =106.4 ,为满足装备条件取Y=108 计算内齿轮和行星轮齿数：3.2初
6、步计算齿轮主要参数（1）按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径太阳轮传递的扭矩：取u=40/14=2.86,Ktd=768,则太阳轮分度圆直径： （2）按弯曲强度初算模数式中系数KA、同前，其余系数如表3-1表3-1 弯曲强度有关系数表代号名称说明取值Ktm算式系数直齿轮12.1KFp行星轮间载荷分配系数KFp= 1+ 1.5（KHp - 1）= 1+ 1.5（1.2 - 1）1.3KF综合系数高精度，正变位，静定结构1.6YFa1齿形系数按x=0查值3.18YFa22.4所以应按行星轮计算模数：若按模数m=2.5mm，则太阳轮直径da=zam=14x2.5=35mm，与接触强度初算结果da=37
7、mm接近，故初定按da=35mm，m=2.5mm进行接触和弯曲疲劳强度校核计算。3.3齿轮变位计算（1）确定行星轮齿数zc1)由前面配齿数结果知：2）初选a-c副的齿高变动系数和xac根据3)初算a-c副的齿高变动系数根据初选的，计算：按B查D：D= 1.894）确定：取（2）a-c齿合副的计算1）确定中心距a-c和a-b啮合副和标准中心距：根据确定的方法，因zc为小于计算值的圆整值，取= 68.52）中心距分离系数：3）齿高变动系数：4）变位系数和啮合角在变位范围内，在推荐值范围内。5）变位系数分配根据齿数比得：故：（3）变位系数分配1）中心距分离系数2）齿顶高变动系数已知得：3）变位系数故
8、4）啮合角在推荐范围内。3.4几何尺寸计算将分度圆直径、节圆直径和齿顶圆直径的计算值列于表3-2。表3-2 齿轮几何尺寸表齿轮分度圆直径节圆直径齿顶圆直径说明太阳轮行星轮外啮合外啮合削顶内啮合内齿轮已考虑了干涉3.5重合度计算外啮合：按啮合角查得，故：3.6 啮合效率计算啮合效率：机构的效率，查得各啮合副的效率为，转化机构效率为：转化机构传动比：则： 转化机构效率为：0.984 转化机构传动比为：0.9863.7齿轮疲劳强度校核（1）外啮合1）齿面接触疲劳强度各参数和系数取值如表3-3表3-3 外啮合接触强度有关参数和系数表代号名称说明 取值使用系数按中等冲击查1.25动载荷系数1.01齿向载
9、荷分布系数1.12节点区域系数2.21弹性系数查得重合度系数0.95螺旋角系数直齿，得1分度圆上的切向力2425N工作宽度25mm齿数比2.786寿命系数1润滑油系数1.03 续表3-3代号名称说明 取值速度系数查得0.96粗糙度系数1.01工作硬化系数两齿轮均为硬齿面得1尺寸系数m5mm1最小安全系数按高可靠度查得1.25接触应力基本值：接触应力：许用接触应力：故，接触强度通过。2）齿根弯曲疲劳强度各参数和系数列于表3-4表3-4 外啮合齿根弯曲强度有关参数和系数表代号名称说明取值齿向载荷分布系数1.08齿间载荷分布系数1行星轮间再载荷分配系数1.3YFAC太阳轮齿形系数，查得2.28YFA
10、C1行星轮齿形系数，查得2.14YSAA太阳轮应力修正系数查得1.84YSAC行星轮应力修正系数查得1.86弯曲寿命系数1试验齿轮应力修正系数查得2YYBTC太阳轮齿根圆角敏感系数查得0.98YYBTC行星轮齿根圆角敏感系数查得1.01齿根表面形状系数，查得1.045最小安全系数按高可靠度，查得1.6太阳轮弯曲应力基本值:弯曲应力:许用弯曲应力：行星轮：弯曲应力基本值：弯曲应力：许用弯曲应力：故弯曲应力大于许用弯曲弯曲应力，弯曲强度通过。（2）内啮合1）齿面接触疲劳强度其中与外啮合取值不同的参数为：接触应力基本值：接触应力：故，接触强度通过。2）齿根弯曲疲劳强度其中与外啮合取值不同的参数为：。
11、弯曲应力基本值：许用弯曲应力：故，弯曲强度通过。 以上计算说明齿轮的承载能力足够。3.8行星轮轴承计算考虑到采用直齿轮传动，以及为了加工和装配方便，拟用中空式行星轮，内孔中装一个球面滚子轴承，心轴固定在行星架上。计算轴承的动负荷，其中系数确定如表3-5。表3-5 计算轴承动负荷有关系数表代号名称说明取值负荷性质系数中等冲击，查得1.25齿轮系数查得1.06安装部分系数对称，查得1工作情况系数1.325温度系数一般低速传动1寿命系数更换期1.5年，得2.14续表3-5代号名称说明取值速度系数，查得0.557行星架传递扭矩当量载荷5653N选用双列向心求面滚子轴承3506，轴承额定动负荷为2790
12、0N。轴承符合要求。3.9行星架设计计算采用双壁整体式行星架，一端有浮动内齿圈。按经验取壁厚C1=C2=0.26a1=18mm。两壁之间的扇形断面连接板如图1，其惯性中心On所在半径计算为：此经验数据拟定的行星架尺寸，不必作强度计算，只计算其变形即可。连接板相当于固连在两侧伴之间的双支点梁，在行星轮轴的作用力Fn作用下，连接板和侧板都产生变形。Fn为侧板的内力素。因两侧板近似相等，相对切向变形的柔度计算各参数如表3-6。表3-6 柔度计算各有关参数表代号名称算法及说明取值周围上的切向力1872N续表3-6代号名称算法及说明取值弹性摸量ZG45铸钢连接板长度58mm连接板有效长度46.4mm侧板惯性矩35327mm4侧板断面积1305mm圆盘形侧板形状系数1.08连接板惯性矩连接板断面积1477.5mm2连接板侧板形状系数，查得1.04连接板形状系数凸四边形1对连接板变形的影响系数9.12故：两侧板相对切向位移引起行星轮啮合面上的轮齿歪斜角为：在NGW型传动中，由于行星架变形而产生的轮齿歪斜角，可以补偿太阳轮扭转变形而产生的沿齿长方向的载荷集中现象。所以的大小以不超过太阳扭转变形引起的轮齿歪斜角为宜。4低速级设计计算设计计算方法
