GX型螺旋输送机 毕业设计论文.doc

1 摘 要 根据我对日常生活的观察，以及在大学阶段的各个实习，最后选定毕业设计题目为 螺旋输送机的设计。其原理为：当电动机驱动螺旋轴回转时，加入槽内的物料由于 自重的作用，不能螺旋叶面旋转，但受着螺旋的轴向推力的作用，向着一个方向推进到 卸料口处，物料被卸出，从而达到输送物料的目的。本输送机传动装置采用 ngw 型行 星齿轮减速器传动，ngw 型行星齿轮减速器具有体积小、质量小、传动比大、承载能力 大，以及传动平稳和效率高等优点。 本毕业设计主要设计的是ngw 型行星齿轮减速器的设计。首先通过确定其传动 比，再到配齿计算，再确定 ngw 型行星齿轮减速器各个齿轮的尺寸及啮合参数，最后 是行星传动的结构设计及均载机构的设计。通过本次设计，我对 ngw 型行星齿轮减速 器的各个部分以及其设计过程都有了更加深入的理解。 关键词： 螺旋输送机 ngw 型行星齿轮减速器 均载机构 2 abstract according to my observation of daily life, as well as the various internship at the university stage, the final design selected topics for graduate - spiral conveyer design. its principles are : when electric motors driven screw axis rotation, the inside of the materials themselves as role-not screw leaf surface, but once the spiral must thrust role toward a direction to the mouth of the discharge office of materials being discharged to reach carrier materials. the aircraft carrier transmission devices used ngw-planetary gear reducer transmission, ngw-planetary gear reducer with small size, quality small, transmission than large, large carrying capacity and a smooth and efficient transmission of higher advantages. the graduate design major design type planetary gear reducer is -ngw design. first, by defining its velocity ratio, and then to calculate the allocation of teeth, to determine the type of planetary gear reducer ngw various gear and mesh size parameters, planetary transmission is the final design and structure are reflected in the design of institutions. through this design, i have a deeper understanding to ngw-planetary gear reducer and parts of the design process . keyword： spiral conveyer ngw-planetary gear reducer balanced load institution i 前言 gx 型螺旋输送机是工农业各部门机械化运输工作的主要机组，可使运输工作减轻劳 动强度，提高工作效率，应用范围很广泛。适用于输送粉状、粒状及小块物料：如煤粉、 水泥、矿沙、炉灰、石灰、化肥、苏打、食盐、砂糖、谷物、淀粉、棉子、麦芽、饲料、 饲料、锯木宵等，因此在水泥厂、化肥厂、化工厂、铁厂、矿山、糖厂、造纸厂、维尼 龙厂、饲料公司、水利工场使用较多。其优点是结构简单、成本低、面积小、操作安全 方便、在运输过程中能与外界隔离，是一种封闭的运输设备，它不仅可以水平运输，而 且可以倾斜运输。 螺旋输送机的传动部分采用行星齿轮传动。行星齿轮传动现已被人们用来代替普通 齿轮传动。而作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些 要求体积小、质量小、结构紧凑和传功效率高的输送设备、起重运输、石油化工和兵器 等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动 已得到了越来越广泛的应用。 总之，行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大及效率高(类型选用得当) 等优点。 因此，行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、 轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、火炮、飞机、轮船、仪器和仪 表等各个方面。行星传动不仅适用于高转速、大功率，而且在低速大转矩的传动装置上 也获得了应用。它几乎可通用于一切功率和转速范围，故目前行星传动技术已成为世界 各国机械传动发展的重点之一。 随着国民经济的日新月异的发展，螺旋输送机作为重要的输送设备，在祖国建设的 各个角落都发挥着巨大的作用。 ii 目 录 前言 .i 1 行星齿轮传动概论 .1 1.1 行星齿轮传动的定义、符号及其特点 1 1.2 行星齿轮传动的符号 3 1.3 行星齿轮传动的特点 4 2 行星齿轮传动的配齿计算 .7 2.1 行星齿轮传动中分配各轮齿数应满足的条件 .7 2.1.1 传动比条件 7 2.1.2 邻接条件 7 2.1.3 同心条件 8 2.1.4 安装条件 9 2.2 行星齿轮传动的配齿计算 .11 2.1.5 2z-x(a)型行星传动 12 3 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算 .14 3.1 标准直齿圆柱齿轮的基本参数 .14 4 行星齿轮传动的受力分析及强度计算 .17 4.1 行星齿轮传动的受力分析 .17 4.1.1 行星齿轮传动 18 4.2 行星轮支承上和基本构件轴上的作用力 20 4.2.1 行星轮轴承上的作用力 20 4.3 行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用的齿轮材料 20 4.3.1 轮齿的失效形式 20 4.3.2 常用的齿轮材料 22 4.4 齿轮、轴和轴承的强度校核 24 4.4.1 齿轮的校核 24 4.4.2 轴的校核 24 4.4.3 轴承的校核 25 5 行星齿轮传动的均载机构 .26 5.1 行星轮间载荷分布不均匀性分析 .26 5.2 行星轮间载荷分布均匀的措施 29 5.2.1 基本构件浮动的均载机构 30 5.2.2 杠杆联动均载机构 37 5.2.3 采用弹性件的均载机构 39 iii 6 行星减速器的箱体设计 .43 6.1 箱体的结构及各个尺寸的计算数值如下： .43 6.2 行星齿轮减速器的润滑 .44 6.2.1 行星齿轮减速器的润滑特点及润滑剂的作用 44 6.2.2 行星齿轮减速器的润滑方式 44 6.2.3 行星齿轮减速器齿轮润滑油的使用要求 45 6.3 附件的选取 .45 6.4 轴承、键及联轴器的选取 .46 6.4.1 轴承的选取 46 6.4.2 联轴器及键的选取 46 7 螺旋输送机的设计计算 .48 7.1 gx 螺旋输送机各零部件构造分述如下： 48 7.1.1 螺旋 48 7.1.2 头节装置与尾节装置的结构 50 7.1.3 悬挂轴承装置 50 7.1.4 机槽（机壳） 51 7.2 gx 型螺旋输送机的应用范围及优缺点 51 7.2.1 螺旋输送机的应用范围 51 7.2.2 螺旋输送机的优缺点 51 7.3 螺旋输送机的选型设计计算 .52 8 总结 53 9 参考文献 .54 10 致谢 55 1 1 行星齿轮传动概论 1.1 行星齿轮传动的定义、符号及其特点 齿轮传动在各种机器和机械设备中已获得了较广泛的应用。例如，起重机械、工程 机械、冶金机械、建筑机械、石油机械、纺织机械、机床、汽车、飞机、火炮、船舶利 仪器、仪表中均采用了齿轮传动。在上述各种机器设备和机械传动装置中，为了减速、 增速和变速等特殊用途，经常采用一系列互相啮合的齿轮所组成的传动系统，在机械 原理中，便将上述的齿轮传动系统称之为轮系。 1. 行星齿轮传动的定义 轮系可由各种类型的齿轮副组成。由锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆蜗轮组成的轮系，称 为空间轮系；而由圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。 根据齿轮系运转时其各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，齿轮传动分为两大类型。 （1） 普通齿轮传动(定轴轮系 ) 当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何轴线位置都是固定不变的， 则称为普通齿轮传动(或称定轴轮系 )。在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均互相平 行，则称为平行轴齿轮传动；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副或一个相错轴齿轮副， 则称为不平行轴齿轮传动(空间齿轮传动 )。 （2） 行星齿轮传动(行星轮系 ) 当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固 定，而绕着其他齿轮的几何轴线旋转，即在该齿轮系中，至少具有一个作行星运动的齿 轮，如图 1-1（a ）所示。在上述齿轮传动中，齿轮 a、b 和构件 x 均绕几何轴线 转动，o 而齿轮 c 是活套在构件 x 的轴 0c 上，它一方面绕自身的几何轴线 0c 旋转( 自转)，同时又 随着几何轴线 0c 绕固定的几何轴线 oo 旋转(公转) ，即齿轮 c 作行星运动；因此，称该 齿轮传动为行星齿轮传动，即行星轮系。 行星齿轮传动按其自由度的数目可分为以下几种。 a. 简单行星齿轮传动 具有一个自由度(w=1)的行星齿轮传动，如图 11(b)所示。 对于简单行星齿轮传动。只需要知道其中一个构件的运动后，其余各构件的运动便可以 确定。 b. 差动行星齿轮传动 具有两个自由度 (w2)的行星齿轮传动，即它是具有三个可 动外接构件(a 、 b 和 x)的行星轮系 见图 1 2 1(a)。对于差动行星齿轮传动，必须给定两个构件的运动后，其余构件的运动才能确定。 在行星齿轮传动中作行星运动的齿轮 c，称为行星齿轮(简称为行星轮 )。换言之，在 齿轮系中，凡具有自转和公转的齿轮，则称为行星轮，如图 1l 中所示的齿轮 c。仅有 一个齿圈的行星 c，称为单齿圈行星轮见图 l1 和图 12(a)；带有两个齿圈的行星轮 3 cd，称为双齿圈行星轮 见图 12(b)和图 13。 在行星齿轮传动中，支承行星轮 c(或 cd)并使它得到公转的构件，称为转臂(又称 为系杆) ，用符号 x 表示。转臂 x 绕之旋转的几何轴线，称为主轴线，如轴线 。在行星o 齿轮传动中，与行星齿轮相啮合的，且其轴线又与主轴线 重合的齿轮，称为中心轮；o 外齿中心轮用符号 a 或 b 表示，内齿中心轮用符号 b 或 e 表示。最小的外齿中心轮 a 又可 称为太阳轮。而将固定不动的( 与机架连接的) 中心轮，称为支持轮，如图 11(b)中所示 的内齿轮 b。 在行星齿轮传动中，凡是其旋转轴线与主轴线 相重合，并承受外力矩的构件，称o 为基本构件，如图 11 中的中心轮 a、b 和转臂 x 。换言之，所谓基本构件就是在空间 具有固定旋转轴线的受力构件；其中也可能是固定构件，如图 1-l(b)中与机架相连接的内 齿轮 b。而差动行星齿轮传动 见图 1、1(a) 就是具有三个运动基本构件的行星齿轮传动。 在其三个基本构件中，若将内齿轮 b 固定不动，则可得到应用十分广泛的，输入件为中 心轮 a 或转臂 x，输出件为转臂 x 或中心轮 a 的行星齿轮传动 见图 11(b)。仿上，当中 心轮 a 固定不动时，则可得到输入件为内齿轮 b 或转臂 x，输出件为转臂 x 或内齿轮 b 的 行星齿轮传动。当转臂 x 固定不动时，则可得到所有齿轮轴线均固定不动的普通齿轮传 动，即定轴齿轮传动。由于该定轴齿轮传动是原来行星齿轮传动的转化机构，故又称之 为准行星齿轮传动，如图 ll(c)所示。为了便于对上述行星齿轮传动进行研究分析，差 动行星齿轮传动(w=2)、 行星齿轮传动(w1)和准行星齿轮传动，统称为行星齿轮传动。 1.2 行星齿轮传动的符号 在行星齿轮传动中较常用的符号如下。 n转速，以每分钟的转数来衡量的角速度，rmin 。 角速度，以每秒弧度来衡量的角速度，rad s。 齿轮 a 的转速，r min 。a 一一内齿轮 b 的转速，r min。bn 转臂 x 的转速，rmin。x 4 行星轮 c 的转速，r min。cn a 轮输入，b 轮输出的传动比，即i = az 在行星齿轮传动中，构件 a 相对于构件 c 的相对转速与构件 b 相对构件 ccabi 的相 对转速之比值，即 =cabin 在行星齿轮传动中，中心轮 a 相对于转臂 x 的相对转速与内齿轮 b 相对于转xabi 臂 x 的相对转速之比值，即 =xabixn 1.3 行星齿轮传动的特点 行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多优点。它的最显著的特点是：在 传递动力时它可以进行功率分流； 同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输 入轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传 动而作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体 积小、质量小、结构紧凑和传功效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的 齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得 到了越来越广泛的应用。 行星齿轮传动的主要持点如下。 (1) 体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大 由于行星齿轮传动具有功率分流和各 中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副，因此可使其结构非常紧凑。 再由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所 承受的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。此外，在结构上充分利用了内啮合 承载能力大和内齿圈本身的可容体积，从而有利于缩小其外廓尺寸使其体积小，质量 小，结构非常紧凑、且承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿 轮传动的 1/21/5 (即在承受相同的载荷条件下) 。 5 (2) 传动效率高 由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星 轮使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动 效率的作用。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达 097099。 (3) 传动比较大，可以实现运动的合成与分解 只要适当选择行星齿轮传动的类型及 配两方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮 传动中，其传动比可达到几干。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保 持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。而且，它还可以实现运动的合成与分解以及 实现各种变速的复杂的运动。 (4) 运动平稳、抗冲击和振动的能力较强 由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀 地分布于中心轮的周围，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，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。 总之，行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大及效率高(类型选用得当) 等优点。 因此，行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、 轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、火炮、飞机、轮船、仪器和仪 表等各个方面。行星传动不仅适用于高转速、大功率，而且在低速大转矩的传动装置上 也获得了应用。它几乎可通用于一切功率和转速范围，故目前行星传动技术已成为世界 各国机械传动发展的重点之一。 随着行星传动技术的迅速发展，目前，高速渐开线行星齿轮传动装里所传递的功率 已达到 20000kw，输出转矩已达到 4500knm。据有关资料介绍，人们认为目前行星齿 轮传动技术的发展方向如下。 （1） 标准化、多品种 目前世界上已有 50 多个渐开线行星由轮传动系列设计；而且 还演化出多种型式的行星减速器、差速器和行星变速器等多品种的产品。 （2） 硬齿面、高精度 行星传动机构中的齿轮广泛采用渗碳和氮化等化学热处理。 制造精度一般均在 6 级以上。显然，采用硬齿面、高精度有利于进一步提高承载能力， 使齿轮尺寸变得更小。 （3） 高转速、大功率 行星齿轮传动机构在同速传动中，如在高速汽轮中已获得日 益广泛的应用，其传动功率也越来越大。 （4） 大规格、大转矩 在中低速、重载传动中，传递大转矩的大规格的行星齿轮传 6 动已有了较大的发展。 行星齿轮传动的缺点是：材料优质、结构复杂、制造和安装较困难些。但随着人们对 行星传动技术进一步深人地了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消化吸收，从 而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高。因此，对于它 的制造安装问题，目前巳不再视为一件什么困难的事情。实践表明，在具有中等技术水 平的工厂里也是完全可以制造出较好的行星齿轮传动减速器。应该指出，对于行星齿轮 传动的设计者，不仅应该了解其优点，而且应该在自己的设计工作中，充分地发挥其优 点，且把其缺点降低到最低的限度。从而设计出性能优良的行星齿轮传动装置。 综上，根据原始条件可以确定所需用的输入功率为 16.5.80.9809pkw入 至此，可以确定所用的电动机的型号 y160m-6 可以确定本设计题目（螺旋输送机）的传动部分的设计方案ngw 型 2z-x（a） 。 行星轮数 。3pn 7 2 行星齿轮传动的配齿计算 2.1 行星齿轮传动中分配各轮齿数应满足的条件 在设计行星齿轮传动时，根据给定的传动比 ip 来分配各轮的齿数，这就是人们研究 行星齿轮传动运动学的主要仟务之一。在确定行星齿轮传动的各轮齿数时，除了满足给 定的传动比外，还应满足与其装配有关的条件，即同心条件、邻接条件和安装条件。此 外，还要考虑到与其承载能力有关的其他条件。 2.1.1 传动比条件 在行星齿轮传动中，各轮齿数的选择必须确保实现所给定的传动比 的大小。例如，pi 2zx(a)型行星传动，其各轮齿数与传动比 的关系式为pi =1- =1+baxibaz 可得 =（ -1）bzaxiz 若令 y= ，则有p =y-bza 式中 给定的传动比且有 = ；pi pibax y系数，必须是个正整数； 中心轮 a 的齿数，一般， 。az azminz 2.1.2 邻接条件 在设计行星齿轮传动时，为了进行功率分流，而提高其承载能力，同时也是为了减 少其结构尺寸，使其结构紧凑，经常在太阳轮 a 与内齿轮 b(或 e)之间，均匀地、对称地 设置几个行星轮 c(或 d)。为了使各行星轮不产生相互碰撞，必须保证它们齿顶之间在其 连心线上有一定的间隙即两相邻行星轮的顶圆半径之和应小于其中心距 l c ，即 2 l c ar 2cdsinp 8 式中 、 分别为行星轮 c 的齿顶圆半径和直径；acrd 行星轮个数；pn 图 2-1 邻接条件 a、c 齿轮啮合副的中心距； l c相邻两个行星轮中心之间的距离。 不等式(37) 称为行星齿轮传动的邻接条件。间隙cl c 的最小允许值取决ad 于行且齿轮减速器的冷却条件和啮合传动时的润滑油搅动损失。实际使用中，一般应取 间隙值c0 5m，m 为齿轮的模数。 在此应该指出，邻接条件与行星轮个数 有关， 的多少，应受到其承载能力的pnp 限制。行星轮个数 还应考虑到结构尺寸、均载条件和制造条件等因素。一般，在行星pn 齿轮传动中大都采用 3 个行轮。但是，当需要进一步提高其承载能力，减少行星齿 轮传动的结构尺寸和质量时，在满足 上述邻接条件的前提下允许采用 3 个行星轮的配置；不过还必须采取合理的均pn 载措施。 2.1.3 同心条件 在此讨论的同心条件只适用丁渐开线圆柱齿轮的行星齿轮传动。所谓同心条件就 是出中心轮 a、 b(或 e)与行星轮 c(或 d)的所有啮合齿轮副的实际中心距必须相等。 对于 2zx(a)型行星齿轮传动，其同心条件为 9 acb 2.1.4 安装条件 在行星齿轮传动中，如果仅有一个行星轮，即 1，只要满足上述同心条件就保pn 证能够装配。为了提高其承载能力，大多是采用几个行星轮。同时，为了使啮合时的径 向力相互抵消，通常，将几个行星轮均匀地分布在行星传动的中心圆上。所以，对于具 有 1 个行星轮的行星齿轮传动除应满足同心条件和邻接条件外；其各轮的齿数还pn 必须满足安装条件。所谓安装条件就是安装在转臂 x 上的 个行星轮均匀地分布在中心pn 轮的周围时，各轮齿数应该满足的条件。例如，对于 2zx(a)型行星传动， 个行星pn 轮在两个中心轮 a 和 b 之间要均匀分布，而且，每个行星轮 c 能同时与两中心轮 n 和 b 相啮合而没有错位现象(见图 32)。 通常，在行星齿轮传动中，当个 行星轮均匀分布时，每个中心角应等 直线pn2p o、o和 o分别为主轴线 o 与行星轮 l、行星轮 2 和行星轮 3 的轴线 o1、o2 和 o3(转臂 x 上的 )的连线。 为了绘图方便起见，在此用圆弧来表示轮齿的形状，故 2zx(a)型传功如图 32 所示。对于具有单齿圈的行星轮，可用平面 q 表示齿轮轮齿的对称面。当行星轮齿数 z c 为偶数时，该平而 q 通过其齿槽的对称线；当行星轮齿数 z c 为奇数时，则它们分别 与轮 b 的齿槽对称线相重合。由此可见，若中心轮 a 和 b 的齿数 和 均是 的倍数azbpn 时，该行星齿轮传动定能满足装配条件。 在一般情况下，齿数 和 都不是 的倍数。当齿轮 a 和 b 的轮齿对称线及行星azbpn 轮 1 的华而 q1 与直线 o重合时，行星轮 2 的平面 q 2 与直线 o的夹角为 如果转c 臂 x 固定，当中心轮 a 按逆时方向转过 时，则行星轮 2 按顺时针方向转过 角，而c 内齿轮 b 按顺时针方向转过 角。 c 当 个行星轮在中心轮周围均匀分布时，则两相邻行星轮间的中心角为 。现设pn 2pn 已知中小轮 a 和 b 的节圆直径 和 ，其齿距为 。在中心角 内，中心adbabpp 轮 a 和 b 具有的弧长分别为 10 和 apdn bp 对于弧长 ，一般应包含若干个整数倍的齿距 p 和一个剩余弧段( )。同ap ap 理，对于弧长 ，也应包含有若干个整数倍的齿距 p 和一个剩余弧段 。可得bpdn b 12()ababpznc 显然，等式左边等于整数。要使等式右边也等于整数，其必要和充分的条件是 ab 公式表明：两中心轮 a 和 b 的齿数和( )应为行星轮数 的倍数，abzpn 就是 2zx(a)型行星传动的安装条件。 11 图 3-2 行星传动安装条件 2.2 行星齿轮传动的配齿计算 所谓配齿计算就是据给定的传动比 来确定行星齿轮传功中各轮的齿数。pi 在据给定的传动比 选择行星传动的齿数时，应考虑在各种不同齿数组合的条件下，pi 能获得与给定的传动比 值相同的或较近似的值。此外，齿数的选择还应满足轮齿弯曲 强度的要求，如果承载能力受工作齿面接触强度的限制，则应选择尽可能多的齿数较合 理。对于速度较低、短时工作制的硬齿面(hb 350) 齿轮传动，特别是有反向载荷时， 在许多情况下，其承载能力是受轮齿弯曲强度的限制。为了保证齿根具有足够的弯曲强 度，同时也为了减小行星传动的外形尺寸和质量，则选取尽可能少的齿数是较合理的。 12 对于软齿面(h b 350)齿轮传动，必须校核轮齿的接触强度因此，可适当增加中心轮 a 的齿数较为合理。对于高速行星传动其啮合齿轮副的齿数，不应该有公因子，一般也 不推荐使其中心轮 a 和 b 的齿数 和 等为行星轮数 的倍数。azbpn 2.1.5 2z-x(a)型行星传动 据 2z-x(a)型行星齿轮传动的传动比公式 1bpazi 式中p 是行星齿轮的特性参数。 特性参数多与给定的传动比 有关。p 值必须合理地选取。p 值太大或太小都是不i 合理的。如果 p 值太大，或许可能使得 值很大；或使得 值很小。通常，内齿轮 bbzaz 的尺寸是受到减速器总体尺寸的限制。为了不过分地增大其外形尺寸，故 值不能很大。bz 而中心轮 a 的尺寸应考虑到其齿数 受到最少齿数 的限制，以及齿轮 转轴的直径azminz 不能太小，故 值不能很小。另外，p 值接近于 1 也是不允许的，因为这样会使得行星z 轮 c 的尺寸太小。一般，应选取 p=38。 则由式可得 (1)bpaziz 当选定最小齿数 时，就容易求得 值。bz 关于最小齿数 、 的选取，为了尽可能地缩小 2zx(a)型行星传动的径向尺azb 寸、在满足给定的传动比 的条件下，中心轮 a 和行星轮 c 的尺寸应尽可能地小。因此，pi 应该选用最少齿数，但实际上它受到轮齿根切和齿轮能否安装轴承或能否安装到轴上az 去的限制。一般情况下，齿轮 a 的最少齿数的范围为 1418；对于中小功率的行星传动， 有时为了实现行星减速器的外廓尺寸尽可能小的原则，在满足轮齿弯曲强度的条件下， 允许其轮齿产生轻微的根切；因此，对于角度变位传动(正传动) ，其最少齿数可选取为 1013 个。 应该指出：在对 b 轮齿数 进行圆整后，此时实际的 p 值与给定的 p 值稍有变化，bz 但必须控制在其传动比误差范围内。一般其传动比误差 4。p i 13 据同心条件可求得行星轮 c 的齿数为2pbacaizz 显然，由上式所求得的 适用于非变位的或高度变位的行星齿轮传动。如果采用c 角度变位的传动时，行星轮 c 的齿数 应按如下公式计算，即cz 2bac 当( )为偶数时，可取齿数修正量为 1。此时，通过角度变位后，既bazaz 不增 大该行星传动的径向尺寸，又可以改善传动性能。综合上述公式则可得 2z x(a)型传功的配齿比例关系式为 2:(1):ppabcaapaiizzizn 最后，再按公式(37)校核其邻接条件。根据给定的行星齿轮传动的传动比 的大pi 小和中心轮 a 的齿数 及行星轮个数 ，由表 32 可查得 2zx(a)型行星齿轮传动azp 的传动比 及其各轮齿数。pi 根据以上步骤可以确定其齿数及传动比如下： 17、 67、 151、 9.88。azczbzbaxi 14 3 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算 3.1 标准直齿圆柱齿轮的基本参数 根据渐开线及其传动性质可知，标准直齿圆柱齿轮的基本参数有五个：齿数 z、模 数 m、压力角 、齿顶高系数 和顶隙系数 。在确定上述基本参数后，齿轮的齿*ah*c 形及几何尺寸就完全确定了。 齿数 z齿轮整个圆周上轮齿的总数。在啮合齿轮副中，小齿轮和大齿轮分别用 和 表示。12 模数 m分度圆上的齿距 p 与圆周率 (无理数)的比值，即 m 模数 m 是齿轮的一个基本参数，其单位为 mm(毫米)。因齿距 ，若模数 mp 增大，则齿轮的齿距 p 就增大；齿轮的轮齿及各部分尺寸均相应地增大。为了齿轮的设 计、制造和测量等工作的标准化，模数 m 的数值已经标准化。渐开线圆柱齿轮模数可参 见 gb1357-1987。 在此应该指出，由于在齿轮的不同圆周上，其齿距不相同，故其模数也是不同的； 只有分度圆上的模数 m 是标准值。 因齿轮分度圆的周长为 ，即可得 ；两式联立可得齿轮的分度圆dzppdz 直径 z 上式表示，当给定一个齿轮的模数 m 和齿数 z，齿轮的分度圆直径就确定了。分度 圆压力角 20，即该压力角等于基准齿形的齿形角。 因此，齿轮的分度圆应当定 义为：齿轮上具有标推模数 m 和标准压力角 20的圆称为分度圆。因为， ，式中基圆直径为/cosbd 渐开线圆柱齿轮模数表 15 由公式可见，当齿轮的分度圆直径 d 确定后，如果再规定渐开线在分度圆上的压力 角 的数值，则基圆直径 就确定了。而齿轮的渐开线齿形仅取决于基圆的大小。b 齿项高系数 按 gbl3561988 规定：正常齿 =1，短齿 =080。*ah *aha 顶隙系数 按 gbl3571988 规定：正常齿 025，短齿 03。c cc 一对渐开线圆柱直齿轮的正确啮合条件是：两齿轮的模数 m 相等，分度圆压力角 相等，即 12m 12 齿轮的模数的确定，由公式初算得 mm11332 2lim1. 77053afpamdtkyz 根据所设计的题目要求，选定模数 。.5 参数 齿 轮副 a-c(w) c-b(n) 模数 m 2.5 2.5 啮合角 20 20 分度圆直径 d 5.167 421mzd5.37162d 16 齿顶高 ah5.21ah 375.2)1.(5.21mha 齿根高 f .321ff 21ff 全齿高 h 65.21125.6h 齿顶圆直径 ad.7421ad7.321ad 齿根圆直径 f 5.6321f 845621f 基圆直径 bd4.7921bd7.3521bd 中心距 a 050a 17 4 行星齿轮传动的受力分析及强度计算 4.1 行星齿轮传动的受力分析 为了对行星齿轮传动中的齿轮、轴和轴承等零件进行强度计算，便需要分析行星齿 轮传动中各构件的受力情况。行星齿轮传动的主要受力构件有中心轮、行星轮、转臂、 内齿轮和行星齿轮轴及轴承等。在进行受力分析时，首先假设行星齿轮传动为等速旋转， 多个行星轮受载均匀，且不考虑摩擦力和构件自重的影响。因此，在输入转矩的作用下 各构件处于平衡状态，构件间的作用力等于反作用力。在此平衡状态下，分析和计算各 构件上所受的力和力矩。 为了计算轮齿上的作用力，首先需要求得行星齿轮传动中输入件所传递的额定转矩。 在已知原动机(电动机等)的名义功率 p 和同步转速 n 的条件下，其输入件所传递的转矩 可按下式计算，即at （nm ）1950atn 式中 输入件所传递的名义功率，kw ；1p 输入件的转速，rmin。n 在行星齿轮传动中，该输入转矩 通常应取决于工作机所需的额定转矩 (或额定atbt 功率 )。当工作机在变负荷下上作时，该额定转矩 是指在较繁重的、连续的正常工2pbt 作条件下使用的转矩(或功率 )，如起重机的最大起重量产生的力矩。 在行星齿轮传动中，一个啮合齿轮副的受力分析与计算与普通定轴齿轮传动是相同 的。在圆柱齿轮传动中，若忽略齿面间的摩擦力的影响，其法向作用力 可分解为如下nf 的三个分力，即 切向力 (n)120ttfd 径向力 (n)ancostr 轴向力 (n)ta 法向力 与切向力 的关系式为nft 18 （n ） costnnf 对于直齿圆柱齿轮传动，由于轮齿的螺旋角 ，法面压力角 ，故其轴向0n 力 =0，则可得af 切向力 (n)120ttd 径向力 (n)anrt 法向力 (n)costf 式中 啮合齿轮副中小齿轮传递的转矩，nm ；1t 斜齿轮分度圆上的螺旋角，()； 小齿轮分度圆直径，mm；1d 分度圆压力角，通常 20。 4.1.1 行星齿轮传动 在行星齿轮传动中，由于其行星轮的数目通常大于 1，即 l，且均匀对称地分pn 布于中心轮之间；所以，在 2z-x 型行星传动中，各基本构件 (中心轮 a、b 和转臂 x)对 传动主轴上的轴承所作用的总径向力等于零。因此，为了简便起见，在行星齿轮传动的 受力分析图中均未绘出各构件的径向力 ，且用一条垂直线表示一个构件，同时用符号rf f 代表切向力 。为了分析各构件所受的切向力 f，现提示如下三点。t (1) 在转矩的作用下，行星齿轮传动中各构件均处于平衡状态，因此，构件间的作 用力应等于反作用力。 (2) 如果在某一构件上作用有三个平行力，则中间的力与两边的力的方向应相反。 (3) 为了求得构件上两个平行力的比值，则应研究它们对第三个力的作用点的力矩。 在 2z-x（a）型行星齿轮传动中，其受力分析图是由运动的输入件开始，然后依次 确定各构件上所受的作用力和转矩。对于直齿圆柱齿轮的啮合齿轮副只需绘出切向力 f，如图 61 所示。由于在输入件中心轮 a 上受有 个行星轮 c 同时施加的作用力pn 和输入转矩 的作用。当行星轮数目caat 19 2 时，各个行星轮上的载荷均匀( 或采用载荷分配不均匀系数 进行补偿)，因此，pn pk 只需要分析和计算其中的一套即可。在此首先应计算输入件中心轮 a 在每一套中(即在每 个功率分流上)所承受的输入转矩为 11950apptpn 式中 中心轮 a 所传递的转矩，n m；a 行星轮数目。pn 按照上述提示进行受力分析计算，则可得行星轮 c 作用于中心轮 a 的切向力为 11 6.895052.3970apptpnn 2.acapfnd 105.7c ba 2.34xccf 1052.61.07pxtnr nm .7cbcn 9420bpdf 图 4-1 2z-x（a）型受力分析 20 4.2 行星轮支承上和基本构件轴上的作用力 4.2.1 行星轮轴承上的作用力 在行星齿轮传动中，对于各种不同的传动类型，其行星轮上所受的作用力也是不相 同的。表 6-2 列出各种不同传动类型的圆柱行星轮及其轴承上的作用力计算简图。圆柱 中心轮与行星轮相啮合时，行星轮上的切向力 可按如下公式计算，即icf （n ）20iicptnd 例如，在 2zx(a)型行星齿轮传动中，中心轮 a 作用于行星轮 c 上的切向力 acf 公式(610) 计算，即 （n ）20aacptfnd 对于钢制行星轮 c，其材料密度 ；行星轮的相对体积637.81/kgm 24xccvb 将 和 的关系式代入公式，则可得 2zx(a)型传动行星轮的离心力 为xc lf 126.370lcxfdnr 式中 行星轮 c 的分度圆直径，mm；cd b行星轮的宽度，mm； 行星轮的折算系数相对于转臂 x 转动的行星轮及其轴承的质量直 径为 、宽度为 b 的实心钢制圆柱体质量之比值的系数。cd 当滚动轴承安装在行星轮内时， ；当滚动轴承安装转臂 x 内时，0.57 。1.3 4.3 行星齿轮传动中轮齿的失效形式和常用的齿轮材料 4.3.1 轮齿的失效形式 在行星齿轮传动中，各齿轮轮齿较常见的失效形式有齿面点蚀、齿面磨损和轮齿折 断。在行星齿轮传动中，各齿轮的轮齿工作时，其齿面接触应力是按脉动循环变化的。 21 若齿面接触应力超出材料的接触持久极限，则轮齿在载荷的多次重复作用下，齿面表层 产生细小的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展，使表层金属微粒剥落面形成疲劳点蚀。轮齿出 现疲劳点蚀后，严重影响传动的稳定性，且致使产生振动和噪声，影响传动的正常工作， 甚至引起行星传动的破坏。 提高齿面硬度、减小齿面粗糙度，提高润滑油黏度和接触精度，以及进行合理的变 位均能提高齿面抗电蚀能力。 软齿面(hb 350)的闭式齿轮传动常因点蚀而失效。在开式齿轮传动中，由于齿面 磨损严重，点蚀还来不及出现，其表面层就被磨掉。故开式齿轮传动的失效形式是齿面 磨损和轮齿折断。 在行星齿轮传动中，轮齿在载荷的多次重复作用下，齿根弯曲应力超过材料的弯曲 持久极限时，齿根部分将产生疲劳裂纹。裂纹逐渐扩展，最终致使轮齿产生疲劳折断。 另外，还有过载折断轮齿因短时过载或冲击过载而引起的突然折断，称之为过载折断。 用淬火钢或铸铁制成齿轮，容易产生过载折断。 齿面磨料磨损是由于齿廓间相对滑动的存在，如果有硬的屑粒进入轮齿工作面间， 则将会产生磨料磨损。闭式齿轮传动中，应经常注意润滑油的清洁和及时更换。而开式 齿轮传动的工作条件较差，其主要的失效形式就是磨料磨损。 在行星齿轮传动中，外啮合的中心轮，比如 2zx(a)型和 2zx(b)型传动中的齿 轮 a(太阳轮 )，通常是行星传动中的薄弱环节。由于它处于输入轴上，且同时与几个行 星轮相啮合，应力循环次数最多，承受载荷较大，工作条件较差。因此，该中心轮首先 产生齿面点蚀，磨损和轮齿折断的可能性较大。内啮合齿轮副的接触应力一般比外啮合 齿轮副要小很多。但经过试验和实际使用发现，在低速重载的行星齿轮传动中，内齿轮 轮齿的出面接触强度可能低于计算值，即使得其齿面接触应力 大于许用的接触应力h ，即 ；hphp 从而出现齿面点蚀现象。所以，在设计低速重载的行星齿轮传动中，确定该内啮合 齿轮副的许用接触应力 时，必须考虑到上述情况。p 在 2zx(a)型传动中，作为中间齿轮的行星轮 c 在行星齿轮传动中总是承受双向 弯曲载荷。因此，行星轮 c 易出现轮齿疲劳折断。必须指出：在行星传动中的轮齿折断 具有很大的破坏性。如果行星轮 c 中的某个轮齿折断，其碎块掉落在内齿轮 b 的轮齿上， 当行星轮 c 与轮 b 相啮合时使得 b-c 啮合传动卡死，从而产生过载现象而烧毁电机， 或使整个行星减速器全部损坏。所以，在设计行星齿轮传动时，合理地提高轮齿的弯曲 22 强度，增加其工作的可靠性是非常重要的。 4.3.2 常用的齿轮材料 在行星齿轮传动中，齿轮材料的选择应综合地考虑到齿轮传动的工作情况(如载荷性 质和大小、工作环境等)，加工工艺和材料来源及经济性等条件。由于齿轮材料及其热处 理是影响齿轮承载能力和使用寿命的关键因素，也是影响齿轮生产质量和加工成本的主 要条件。选择齿轮材料的一般原则是：既要满足其性能要求，保证齿轮传动的工作可靠、 安全；同时，又要使其生产成本较低。例如，对于高速重载、冲击较大的运输车辆和装 甲车辆的行星齿轮传动装置应选用渗碳钢 20crmnti 或力学性能相当的其他材料(如 30crmnti 等)。经渗碳或表面淬火，以便使得其齿面硬度较高，心部韧性较好。对于中、 低速重载的重型饥械和较重型军用工程机械的行星齿轮传动装置应选用调质钢 40cr、35simn 和 35crmnsi 等材料。经正火、调质或表面淬火，以使其获得机械强度、 硬度和韧性等综合性能较好。对于载荷较平稳的一般机械传动装置中的行星齿轮传动， 可选用 45、40cr 或力学性能相当的其他材料，如 50simn、42crmo 和 37simn2mov 等， 经正火或调质处理，以获得相当的强度和硬度等力学性能。除考虑齿轮的工作条件外， 选择齿轮材料时还要考虑齿轮的构造和材料的供应情况。总之，对于要求结构紧凑、外 形尺寸小的行星传动中的齿轮，一般部是采用优质钢材，如优质碳素钢和合金结构钢， 以便使得行星齿轮传动装置的结构紧凑、质量小及承载能力高。 制造齿轮的钢材，一般应根据其齿面的硬度要求，按如下两种情况来进行选择。 （1）软齿面(hb 350)齿轮材料的选择 由于软齿面的硬度较低，故其承载能力不很高。对于这类齿轮一般应选用中碳钢 40、45、50 以及中碳合金钢 40cr、45cr、40mnb、35s5mn、38simnmo、35crmnsi、 35simn2mov 等。选用这类材料的齿轮，一般在毛坯热处理后进行切齿，可以消除 热处理变形对齿轮精度的影响。 对于上述材料较常用的热处理方法有以下两种。 a. 调质处理(即淬火后高温回火) 上述材料经调质处理后，可以获得良好的综合力 学性能( 即具有较高的强度和硬度及较好的韧性 )，其硬度在 200300hb 的范围内，使用 于中速、中等载荷下工作的齿轮。齿面的精加工可在热处理后进行，以消除热处理的变 形，保持齿轮的精度。 b. 正火处理( 加热保温后空气中冷却) 正火处理后的综合力学性能不如调质处理， 其硬度在 160 210hb 范围内，多用于直径很大，强度要求不高的齿轮传动。 23 （2）硬齿面(hb350)齿轮材料的选择 由于硬齿面的硬度较高，所以其承载能力较大。对于这类齿轮一般应选用中碳钢 35、45 和中碳合金钢 40cr、35simn、40mnb 以及渗碳钢 (低碳合金钢) 20cr、20crmnti、20mnvh，氮化钢 38crmoala 等。选用这类材料的齿轮必须在切制 轮齿后进行热处理(硬化处理 )。 对于上述材料通常可采用下列三种热处理方法。 a. 表面淬火 中碳钢和中碳合金钢经表面淬火后轮齿表面硬度高，接触强度较高， 抗点蚀能力强，耐磨性能好。由于轮齿心部具有较高的韧性，故可承受一定的冲击载荷。 同时轮齿表面经硬化后产生了残余压缩应力，较大地提高了齿根强度。表面淬火通常 可达到的硬度范围为：中碳合金钢 4555hrc，优质碳素钢 4050hrc。 b. 渗碳淬火 低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火后，齿面硬度很高，接触强度高、抗 点蚀能力很强，耐磨性能很好。轮齿心部具有很好的韧性，表面经硬化后产生了残余压 缩应力，大大地提高了齿根强度。渗碳淬火后一般齿面硬度为 5662hrc。由于热处理 变形较大，热处理后应磨齿，则增加了加工成本；但是可以获得高精度的齿轮。 c. 氮化 氮化钢经氮化后，可以获得很高的齿面硬度，一般可达 6267hrc具有 较强的抗点蚀和耐磨性能，心部具有较高的韧性。为提高心部强度，对中碳钢需先进行 调质处理。由于氯化是一种化学热处理，加热温度低，故其变形很小，氯化后不需要磨 齿。氮化的硬化层很薄，故其承载能力不及渗碳淬火后的齿轮，因此它不适用于冲击载 荷下的工作条件。氮化处理的成本高。 氮化后齿轮主要用于接触强度高和耐磨性要求很高的行星齿轮传动装置。 由于软齿面的工艺过程较简单，适用于一般中、小功率的行星齿轮传动。通常，应 考虑到啮合齿轮副中的小齿轮受载次数较多、易磨损，故在选择材料和热处理时，应使 小齿轮齿面硬度稍高一些(比大齿轮约高 2040hb)；齿数比大，硬度差也大。对于采用 硬齿面的行星齿轮传动，其啮合齿轮副中的大、小齿轮的齿面硬度应大致相同。 为了提高抗齿面胶合的能力，建议在行星齿轮传动中，各啮合齿轮副中的小齿轮和 大齿轮应选用不同牌号的材料来制造。对于重要行星传动的齿轮，轮齿表面应采用高频 淬火并沿齿沟进行。对于用滚刀切制的齿轮，被加工齿轮的齿面硬度一般不应超过 300hb；个别的情况下，对于尺寸较小的齿轮允许其硬度达到 320350hd。 24 4.4 齿轮、轴和轴承的强度校核 4.4.1 齿轮的校核