NGW型行星轮中太阳轮的设计和计算

目录一．绪论.....................................................................................................1二．拟定传动方案及相关参数..............................................................31.机构简图的确定...............................................................................32.齿形与精度.......................................................................................33.齿轮材料及其性能...........................................................................4三．设计计算...........................................................................................41．配齿数.............................................................................................42．初步计算齿轮主要参数................................................................53．几何尺寸计算................................................................................84．重合度计算....................................................................................9四．太阳轮的强度计算及强度校核......................................................101.强度计算..........................................................................................10（1）外载荷................................................................................12（2）危险截面的弯矩和轴向力................................................122.疲劳强度校核.................................................................................14（1）齿面接触疲劳强度............................................................14（2）齿根弯曲疲劳强度............................................................183.安全系数校核.................................................................................21五．零件图和装配图..............................................................................25六．参考文献...........................................................................................261一．绪论渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动的齿轮传动，这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷，以使功率分流。渐开线行星齿轮传动具有以下优点:传动比范围大、结构紧凑、体积和质量小、效率普遍较高、噪音低以及运转平稳等，因此被广泛应用于起重、冶金、工程机械、运输、航空、机床、电工机械以及国防工业等部门作为减速、变速或增速齿轮传动装置。渐开线行星齿轮减速器所用的行星齿轮传动类型很多，按传动机构中齿轮的啮合方式分为:NGW、NW、NN、NGWN、ZU飞VGW、W.W等，其中的字母表示:N—内啮合，W—外啮合，G—内外啮合公用行星齿轮，ZU—锥齿轮。NGW型行星齿轮传动机构的主要特点有:1、重量轻、体积小。在相同条件下比硬齿面渐开线圆柱齿轮减速机重量减速轻1/2以上，体积缩小1/2—1/3;2、传动效率高;3、传动功率范围大，可由小于1千瓦到上万千瓦，且功率越大优点越突出，经济效益越高;4、装配型式多样，适用性广，运转平稳，噪音小;5、外齿轮为6级精度，内齿轮为7级精度，使用寿命一般均在十年以上。因此NGW型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、传递功率最大的一种行星齿轮传动。NGW型行星齿轮传动机构的传动原理:当高速轴由电动机驱动时，带动太阳轮回转，再带动行星轮转动，由于内齿圈固定不动，便驱动行星架作输出运动，行星轮在行星架上既作自转又作公转，以此同样的结构组成二级、三级或多级传动。NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成，以基本构件命名，2又称为ZK—H型行星齿轮传动机构。行星齿轮传动与其他形式的齿轮传动相比有如下几个特点:（1）体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高，这个特点是由行星齿轮传动的结构等内在因素决定的。a)功率分流用几个完全相同的行星轮均匀地分布在中心轮的周围来共同分担载荷，因而使每个齿轮所受到的载荷都很小，相应齿轮模数就可较小。b)合理地应用了内啮合充分利用内啮合承载能力高和内齿轮的空间体积，从而缩小了径向、轴向尺寸，使结构紧凑而承载能力又高。c)共轴线式的传动装置各中心轮构成共轴线式的传动，输入轴与输出轴共轴线，使这种传动装置长度方向的尺寸大大缩小。（2）传动比大只要适当的选择行星传动的类型及配齿方案，就可以利用很少的几个齿轮而得到很大的传动比。在不作为动力传动而主要用以传递运动的行星机构中，其传动比可达到几千。此外，行星齿轮传动由于它的三个基本构件都可以传动，故可以实现运动的合成与分解，以及有级和无级变速传动等复杂的运动。（3）传动效率高由于行星齿轮传动采用了对称的分流传动结构，即它具有数个均匀分布的行星齿轮，使作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力相互平衡，有利于提高传动效率。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率可达0.97~0.99。（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强由于采用数个相同的行星轮，均匀分布于中心轮周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。3二．拟定传动方案及相关参数1.机构简图的确定减速器传动比i=6,故属于1级NGW型行星传动系统。查书《渐开线行星齿轮传动设计》书表4-1确定pn=2，或3，从提高传动装置承载力，减小尺寸和重量出发，取pn=3。计算系统自由度W=3*3-2*3-2=1。2.齿形与精度因属于低速传动，以及方便加工，故采用齿形角为20º，直4齿传动，精度定位6级。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。表1齿轮材料及其性能齿轮材料热处理limH(N/mm²)limF(N/mm²)加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC58~6214003506级行星轮245内齿轮40Cr调制HB262~2936502207级三．设计计算1．配齿数采用比例法：::::(2)2:(1):()acbaaaapZZZMZZiiZZin:2:5:2aaaaZZZZ按齿面硬度HRC=60，cauZ/Z62/22。5查《渐开线行星齿轮传动设计》书图4-7a的max20aZ，1320aZ。取17aZ。由传动比条件知Yi17*6102aZ；MY/3102/334；计算内齿轮和行星齿轮齿数Y1021785baZZ；234caZZ。2．初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用式32lim1ApHdHaHatdTKKKuudK进行计算，式中系数如下：u=34172caZZ，太阳轮传递的扭矩apaT9549P/nn954930/3100954.9Nm则太阳轮分度圆直径为：32lim321954.91.251.051.8217680.714002103.76mmApHdHaHatdTKKKuudK6表2齿面接触强度有关系数代号名称说明取值tdK算式系数直齿轮768AK使用系数表6-5，中等冲击1.25pHK行星轮间载荷分配系数表7-2，太阳轮浮动，6级精度1.05HK综合系数表6-4，3pn，高精度，硬齿面1.8d小齿轮齿宽系数表6-30.7limH实验齿轮的接触疲劳极限图6-161400以上均为在书《渐开线行星齿轮传动设计》上查（2）按弯曲强度初算模数用式1132lim1AFpFFatmdFTKKKYmKZ进行计算。式中系数同表2，其余系数如表3。因为2lim212lim12453.182.54306.73350FFaFaFYYNmm，所以应按行星轮计算模数7232lim232954.91.251.0751.62.450.71724512.1?5.64aAFpFFatmdFaTKKKYmKZ表3弯曲强度有关系数符号名称说明取值tmK算式系数直齿轮12.1FpK行星轮间载荷分配系数11.5(1)=1+1.5(1.05-1)FpHpKK1.075FK综合系数表6-4，高精度，1.61FaY齿形系数图6-25，按x=0查值3.182FaY齿形系数图6-25，按x=0查值2.45以上均为在书《渐开线行星齿轮传动设计》上查得若取莫属6m，则太阳轮直径与接触强度初算结果103.76mmad接近，故初定按108.5mmad，6m进行触和弯曲疲劳强度校核计算。83．几何尺寸计算将分度圆直径、节圆直径、齿顶圆直径的计算值列于表4。表4齿轮几何尺寸齿轮分度圆直径节圆直径齿顶圆直径太阳轮102ad'102ad114aad行星轮外啮合204cd'204bd216acd内啮合内齿轮510bd'510bd498abd对于太阳轮，各主要参数及数据计算值列于表5表5太阳轮的几何尺寸名称代号数值齿数Za17模数m6压力角α20°分度圆直径d102mm齿顶高ah6mm齿根高fh7.5mm齿全高h13.5mm齿顶圆直径ad114mm齿根圆直径fd87mm基圆直径bd95.85mm94．重合度计算外啮合：aaacmZ2617251()26342102()2114257()22162108()(r)cos())51cos2057()(r)cos())102cos20108(r)=arccos(arccos()32.78arccos(arccos()27.441ccaaaaacacaaaaacacrmZrdrdrr(tan()tan)(tan()tan(2)=17(tan32.78tan20)34(tan27.441tan20(2)=1.5