毕业设计（论文）SCC 斜齿行星齿轮减速器的设计与齿轮工艺

1、* 本科生毕业设计（论文）学院（系）： 专 业： 学 生： 指导教师： 完成日期 2011 年 05 月*本科生毕业设计（论文）scc 斜齿行星齿轮减速器的设计与齿轮工艺 scc helical planetary gear reducer designand gear process总 计：毕业设计（论文） 20 页表 格： 8 个插 图 ： 8 幅*本 科 毕 业 设 计（论文）scc 斜齿行星齿轮减速器的设计与齿轮工艺scc helical planetary gear reducer design and gear process 学 院（系）： 专 业： 学 生 姓 名： 学 号：

2、指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2011年5月 * institute of technologyscc 斜齿行星齿轮减速器的设计与齿轮工艺机械设计制造及其自动化专业*摘要行星齿轮减速器是机械传动装置的重要零部件，以其结构简单紧凑，传动可靠平稳，可以实现大传动比等特点，在机械，建筑领域中得到广泛的应用。斜齿行星齿轮减速器是机床加工送料机构的重要传动部件，本课题探讨了斜齿行星减速器设计和加工问题，并对减速器的齿轮进行工艺分析，利用我校现有的机械加工设备完成了相关零部件的加工，后经系统装配验证，符合设计要求，达到设计目标。本文介绍了斜齿行星齿轮减速器总体设计和齿轮的工

3、艺设计全过程。 关键词 scc行星齿轮；减速器；设计；齿轮工艺scc helical planetary gear reducer design and the gear processmechanical design, manufacturing and automation major guo jingabstract：planetary gear reducer is the important parts of mechanical transmission device, with its simple and compact structure, reliable drive s

4、moothly, it can achieve a large transmission ratio. it is applied widely in machinery and building area. planetary gear reducer is an important component in the mechanical system. this project involves reducer design and manufacturing problems. now, the reducer is designed, the gears processes are a

5、nalysed, and then the series of gears are manufactured. after the system assembly, it proves that this design meet the requirement of the project completely. this paper introduces the overall design and the manufacturing processes about the helical planetary gear reducer. key words：scc planetary gea

6、r ; reducer ; design ;gear process 目 录1 引言12 传动装置的总体设计分析12.1 减速器的总体设计分析12.2 减速器作用和分类22.2.1 减速器的作用22.2.2 减速器的分类22.3 斜齿行星齿轮减速器组成23 斜齿行星齿轮减速器的设计33.1 电动机的选择33.2 计算传动装置的运动和动力参数43.3 齿轮的设计及计算44 中心距的确定94.1 螺旋角的计算94.2 齿轮传动的几何尺寸计算95 减速器装配图的设计96 轴的设计及计算116.1 输出轴的设计与计算117 斜齿圆柱齿轮工艺设计137.1 工艺规程设计的程序137.2 齿轮的工艺分析1

7、37.2.1 毛坯的确定137.2.2 制定工艺路线137.3 小齿轮毛坯的车削147.4 大齿轮毛坯的车削加工158 齿轮机械加工158.1 齿形加工方法158.2 齿轮的加工方法的确定及加工169 零件实物的装配与调试169.1 齿轮传动零件的装配169.2 齿轮传动的调试17结论语18参考文献19致谢201 引言斜齿行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。它的显著的特点是:以其结构简单紧凑，传动可靠平稳，可以实现大传动比传动等特点，在生产实践中得到广泛的应用。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

8、些要求体积小，质量小，结构紧凑和传动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。行星齿轮传动特点如下：1)体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大；2)传动效率高；3)传动比较大，可以实现运动的合成与分解；4)运动平稳，抗冲击和振动的能力较强；总之，行星齿轮传动具有质量小，体积小，传动比大及效率高等优点。因此，行星齿轮传动现已广泛的应用于工程机械，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已获得了应用。它几乎可适

9、用于一切功率和转速范围。本文通过行星齿轮减速器的设计和齿轮工艺，使我们进一步掌握齿轮机构及轮系的基本原理，掌握行星齿轮传动的设计方法、熟悉齿轮零部件、箱体类零部件的加工工艺、受到一次专业综合训练，达到培养综合分析、实际解决工程问题的能力，培养团队协作精神。2 传动装置的总体设计分析2.1 减速器的总体设计分析由图2-1可知，该传动方案主要由支架、电机、v带传动组、减速器、传送带传动组成，下面简单介绍一下各部分的功能：1）棘轮 是一种间歇运动机构，当主动件连续运动时，从动件能够产生连续的周期运动。2）四杆机构是由四个刚性构件用低副连接组成的，各个运动构件均在相互平行的平面内运动。3）减速器 做为

10、一种动力传动装置。4）电机 将电能转化为机械能，为整个机构提供动力，能够带动整个机构顺利的运行。5）传送带 做为一种物料传送装置。在传动方案中，减速器为最重要的传动部件。根据任务书的要求，完成传动方案及少齿差行星齿轮减速器总体设计及各部件设计，加工完成少齿差行星齿轮减速器齿轮及部分箱体零部件的制作并装配。图2-1斜齿行星齿轮传动总体方案2.2 减速器作用和分类2.2.1 减速器的作用减速器是原动机和工作机之间的独立的封闭传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速器的作用

11、1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意 不能超出减速器额定扭矩。 2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。2.2.2 减速器的分类减速器的种类很多，按照传动的形式不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和行星减速器 ；按照传动级数可分为单级和多级减速器；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。常见的减速器有以下六种：1. 齿轮减速器 2. 蜗杆减速器 3. 蜗杆齿轮减速器及齿轮-蜗杆减速器 4. 行星齿轮减速器 5. 摆线针轮减速器 6. 谐波齿轮减速器，其中齿轮减速器由于其有是效率及可靠性高，维修简便，而得到广泛上的应用。2.3 斜齿行星齿

12、轮减速器组成如图2-2所示，斜齿行星齿轮减速器包括以下结构，有两对啮合的斜齿轮，两对啮合的直齿轮，箱体，行星架，齿轮轴、轴承、密封圈、挡油环、轴套、键等组成。而行星直尺圆柱齿轮减速器与其所不同的是其齿轮为四对直齿圆柱齿轮的啮合，其他均与其相同。图2-2斜齿行星齿轮减速器3 斜齿行星齿轮减速器的设计行星轮系原理: 行星轮系主要由行星轮g、中心轮k及行星架h组成。如图3-1所示。1）中心轮固定，行星轮主动，行星架被动时此种组合为降速转动。2）中心轮固定，行星架主动，行星轮被动时为升速转动。图3-1少齿差减速器3.1 电动机的选择电动机所需工作功率为pd= ,电动机转速为nw= 。由于运输胶带的有效

13、拉力为f=4000n，带速v=0.8m/s,斜齿行星齿轮传动比在i=100150之间，综合考虑电动机和传动装置的尺寸重量价格和带传动减速器的传动比选定型号为y112m-4的三相异步电动机，额定功率4千瓦满载转速为1440r/min,同步转速为1500r/min。3.2 计算传动装置的运动和动力参数1.计算总传动比由少齿差行星齿轮减速器参数；模数2mm,齿数：z1=30z2=24、z3=31、z4=25,传动比i=100150之间，在机械设计手册中查的斜齿轮传动比的计算公式，计算出总的传动比ih13= =125.2合理分配各级传动比 由于减速箱是同轴式布置，所以i1i2。因为i125，i1i21

14、5。速度偏差为0.5%5%，所以可行。3.各轴转速n1=nm/i1=1440/15=96r/minn2=n1/i2=96/15=6.4r/min4.各轴输入功率p1=pd=1.90.96=1.824kwkw5.各轴转矩各轴的转速、输入功率、输入转矩如表3-1表3-1转速、输入功率、输入转矩项 目高速轴i齿轮轴低速轴转速（r/min）1440966.4功率（kw）1.91.8241.75转矩（nm）2.25702611效率0.960.990.973.3 齿轮的设计及计算齿轮的功用是按规定的速比传递运动和动力。在各种齿轮中以盘形齿轮应用最广，失效形式有轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变

15、形。所以设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。所以在直齿圆柱齿轮设计中通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两个准则进行计算。设计过程如下：1，选精度等级、材料及齿数1）材料及热处理；选择小齿轮材料为45圆钢（调质），硬度为280hbs，大齿轮材料为45钢板（调质），硬度为240hbs，二者材料硬度差为40hbs。2）精度等级选用9级精度。3)试选大齿轮的齿数z130，小齿轮齿数z224的；另一组大齿轮的齿数z331，小齿轮齿数z425的。4)=0，即为直齿圆柱齿轮。2，按齿面接触强度设计1) 通过低速级的数据进行计算。

16、dt2)确定公式内的试选kt1.6。1计算小齿轮传递的转矩t1= =1.25106。2选取区域系数zh2.433。3选取尺宽系数为d1。4查得10.75，20.87，则121.62；查得材料的弹性影响系数ze189.8mpa。5按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限hlim1600mpa；大齿轮的解除疲劳强度极限hlim2550mpa。6计算应力循环次数。n360n1jlh604801（283005）6.91108 n2n41.471087查得接触疲劳寿命系数khn10.90；khn20.95。8计算接触疲劳许用应力。9取失效概率为1，安全系数s1，得 h10.90600mpa540mpah2

17、0.98550mpa522.5mpahh1h2/21062.5mpa10试算小齿轮分度圆直径d1t。d1t=49.7811计算圆周速度。v=0.27m/s12计算齿宽b及模数mnt。b=ddt1=149.78mm=49.78mmmnt=2h=2.25mnt=2.252 mm=4.5mmb/h=49.78/4.5=11.66mm13计算纵向重合度。 = =0.3181tan15.35=0.08714计算载荷系数k。已知载荷平稳，所以取ka=1根据v=0.68m/s,9级精度，查得动载系数kv=1.03；查的kh的计算公式和直齿轮的相同，故=1.12+0.18(1+0.61)11+0.231067

18、.85=1.42查得=1.36查得kh=kf =1.4。故载荷系数k=kakvkhkh=11.031.41.42=2.0515按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 d1=mm=54mm。16计算模数mn。m n =2.17 17按齿根弯曲强度设计由式mn3）确定计算参数1计算载荷系数k=kakvkhkh=11.031.41.36=1.96。2根据纵向重合度=0.318dz1tan=4.34，查得螺旋角影响系数 为 y0.88 。 计算当量齿数z1=z1/cos=24/cos15.35=26.97 ,z2z2/cos=30/cos15.35=33.71 3查取齿形系数查得yfa1=2.554

19、； yfa2=2.402。 查的ysa1=1.597； ysa2=1.642。4查的小齿轮的弯曲疲劳极限=500mpa；大齿轮的弯曲强度极限=380mpa。查的弯曲疲劳寿命kfn1=0.85；kfn2=0.88。5计算弯曲疲劳取用应力，取弯曲疲劳安全系数s=1.4得 = kfn1/s=0.85500/1.4=303.57mpa； =kfn2/s=0.88380/1.4=238.86mpa。6计算大、小齿轮的并加以比较=0.013=0.017 大齿轮的数值大。7设计计算mn=0.4mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面齿数，取mn=2mm。4几何尺

20、寸计算1计算中心距a=56mm 计算第一组大、小齿轮的分度圆直径d1=62.22mmd2=49.78mm2 计算第二组大、小齿轮的分度圆直径d3=62.00mmd4=50mm3计算齿轮宽度 b=dd1=162.22=62.22圆整后取b1=62mm，b2=50mm4结构设计 以大齿轮为例。因齿轮的齿顶圆直径小于160mm，故以选用实心结构的齿轮。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。如图3-2图3-2大齿轮零件图表3-2各齿轮设计参数齿轮号模数（m）齿数(z)厚度(s)齿轮123020齿轮222420齿轮323120齿轮4225204 中心距的确定4.1 螺旋角的计算由于z3,z4直齿标准齿轮，d3=

21、mz3=231=62,d4=mz4=225=50.由z3,z4直齿标准齿轮确定的中心距,为了使z1,z2斜齿轮确定的中心距和z3,z4直齿标准齿轮确定的中心距一样。选择了中心距为56，再根据，综上所述斜齿轮为了改变中心距，首先得调整螺旋角。4.2 齿轮传动的几何尺寸计算计算结果如下表4-1表4-1齿轮基本参数名称代号计算公式齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4螺旋角15.3515.35分度圆直径d（直）d=(斜)62.2249.786250齿顶圆直径66.2253.786654齿根圆直径57.2244.785745基圆直径56455847齿顶圆压力角5 减速器装配图的设计本次设计的减速器是作为带传动输送机

22、的一部分，把电动机输入的动力减速后输送给传动带，用于一般的传递物品生产中，所以对于箱体的强度和刚度要求比较高。此次设计为单件小批量生产，为了制造装配方便并节约成本，选用45钢板作为箱体的材料，然后焊接成箱体。因是行星齿轮减速器，行星齿轮传动的特点是输入轴和输出轴具有同轴性，所以整个箱体只有一对同轴的轴承孔分布在前后板上。前后板是同样大小的板，而在减速器输入输出的方向轴承和轴承孔的配合为h7r6，所以在前后板的正中央都有一个42mm的轴承孔。如果这两个孔的同轴度误差较大，会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜，从而造成主轴的径向跳动和角间摆动，又加剧了轴承的磨损，故主轴轴承孔的同轴度为0.012mm。

23、箱体在加工和使用过程中，因受复杂的变载荷而引起相应的变形。若箱体的刚度不够，就会引起轴承孔中心线的过度偏斜，从而影响传动件的运转精度。所以首先要确定箱体板料的厚度。在确定厚度之前要分析几块板所受的载荷，因为所处的位置不同，各板承受的载荷也不同，所以板的厚度也不尽相同。经过分析，前、后板通过在其上的轴承孔支持输入、输出轴和固定轴系零件，所以承受载荷比较高；而底板不仅承受整个减速器的重量而且还要和角铁架相连接，在结合处要受到较大的集中载荷。所以，箱体主要承受重载荷的有前板、后板和底板。经过公式 t为低速转矩nm 确定前、后、底板的厚度为14mm,已能满足要求。在箱体的刚度强度满足要时，绘制的装配图

24、俯视图如图5-1所示图5-1装配图俯视图6 轴的设计及计算6.1 输出轴的设计与计算1.取每级齿轮传动的效率，则又于是 2.求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为d=62mm而而3. 初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45钢，调质处理。根据下表6-1，取。表6-1轴常用几种材料的及a0值轴的材料q235-a、20q275、35(1cr18ni9ti)4540cr、35simn152520352545355514912613511212610311297 4.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案，现选用图6-1所示的装配方案。轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 。因齿轮内孔为2

25、5mm，故安装齿轮处的轴段直径d=25mm，已知齿轮轮毂的宽度为20mm，为了套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应短于轮毂的宽度，故取l=18mm。套筒长度为18mm，选取的滚动轴承为6004，内孔直径d=20mm，宽度为12mm，故此轴段的长度定为32mm。轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=48mm。图6-1轴的装配轴的左端采用轴键定位，轴肩高度h0.07d，故取h=3mm，则轴环处的直径d=30mm。轴环宽度b1.4h，取l=7mm。轴的总长为l=115mm。5.计算轴上的载

26、荷如表6-2表6-2轴上载荷载荷水平面h垂直面v支反力f弯矩m总弯矩扭矩t6.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表得。因此，故安全。7 斜齿圆柱齿轮工艺设计7.1 工艺规程设计的程序（1）分析产品的零件图和装配图（2）确定毛坯（3）拟定工艺路线（4）确定各工序的设备，刀具，量具和辅助工具（5）确定个工序的加工余量，计算工序尺寸及公差（6）确定各工序的切削用量和时间定额（7）确定各重要工序的技术要求及检验方法（9）填写工艺

27、文件7.2 齿轮的工艺分析7.2.1 毛坯的确定主要任务是根据零件的技术要求，结构特点，材料，生产纲领等方面的情况，合理地确定毛坯的种类。毛坯的确定不仅影响到毛坯制造的经济性，而且还影响到机加工的经济性。所以在确定毛坯的时候，既要考虑热处理方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，以便从确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。根据零件图的绘制可以知道两个小齿轮的模数m=2，齿数z2=24和z4=25，则其分度圆直径分别为d2=49.78和d4=50。齿顶圆直径分别为da2=53.78和da4=54。根据金工车间的材料可以选择圆钢为两个小齿轮的毛坯料。而大齿轮的齿数分别为z1=30和z3=31，其分

28、度圆直径分别为d1=62.22和d4=62。齿顶圆直径分别为da1=66.22和da3=66. 厚度为s1=20mm、 s2=20mm 、s3=20mm 、s4=20mm。金工车间没有此种圆钢而选择钢板为毛坯料。根据计算及结合实际现实的条件，两个小齿轮为圆钢所选坯料的直径分别为60mm和65mm的圆钢，大齿轮为圆钢所选毛坯料的直径为70mm和75m。考虑其厚度及车床的装夹和自己的操作水平切割长均为25mm。7.2.2 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。本次设计可以采用普通机床加工，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还

29、应该考虑经济效果，以便降低生产成本。可以按先粗后精，先面后孔，基准先行的原则来进行编制。齿轮加工工艺过程如表7-1。表7-1齿轮加工工艺过程（10）下料（20）划线（30）锯切割外圆（40）正火处理（50）调质（60）粗车外圆外圆及端面（70）半精车外圆外圆及端面（80）车端面外圆及端面（90）钻内孔外圆及端面（100）热处理（110）精车外圆外圆及端面（120）铣端面外圆（130）去毛刺（140）检验（150）铣齿加工内孔（160）去毛刺（170）线切割键槽外圆及内孔（180）检查各部分尺寸及精度7.3 小齿轮毛坯的车削车削路线为：粗车外圆车倒角粗车端面精车外圆精车端面车倒角钻中心孔钻孔，小

30、齿轮毛坯的车削工序如表7-2。表7-2小齿轮毛坯的车削工序工序号工序名称工序内容设备定位基准1车粗车外圆 留有加工余量1mm普通车床外圆及端面2车车倒角 1.545普通车床外圆及端面3车粗车端面普通车床外圆及端面4车精车外圆至53.8 54普通车床外圆及端面5铣铣端面 厚度为200.5卧式铣床外圆6钻钻中心孔普通车床外圆7钻钻孔20普通车床外圆为了保证齿形加工质量，应选择齿轮的装配基准合测量基准作为定位基准，而且尽可能在整个加工过程中保持基准统一。粗基准的选择 齿轮的加工精度要求较高，为保证加工质量，应先以圆钢的外圆为粗基准，粗车外圆，为防止撞刀第一次下刀的背吃刀量要大，留有一定的加工余量。为

31、保证其垂直度要粗车端面，粗车端面时把车刀调成45的角。精车外圆时为保证一定的精度转速要高，背吃刀量和进给量要小。这时不要钻中心孔以防首先以外圆为粗基准，造成很大程度的偏心，为以后的钻中心孔带来不必要的麻烦，严重时可能把转头折断。精基准的选择 把工件从车床上取下，三爪卡盘卡住加工过的一端。这时的基准是以精加工过的外圆为精基准。根据精基准的选用原则，在车，钻，铣，滚齿加工时均以内孔和外圆为定位基准，符合基准重合，基准统一原则，避免了基准不重合误差.7.4 大齿轮毛坯的车削加工车削路线为：粗车外圆粗车端面精车外圆精车端面车倒角钻中心孔钻孔车内孔。大齿轮毛坯的车削工序如表7-3。表7-3 大齿轮毛坯的

32、车削工序工序号工序名称工序内容设备定位基准1车粗车外圆 留有加工余量1mm普通车床外圆2车粗车端面留有加工余量0.5mm普通车床外圆及端面3车精车外圆至66.2 66普通车床外圆及端面4车精车端面普通车床外圆及端面5车车倒角245普通车床外圆6钻钻中心孔普通车床外圆7钻钻孔20普通车床外圆8车车内孔至20普通车床外圆8 齿轮机械加工 8.1 齿形加工方法齿轮的齿面加工，按加工原理分为两种：仿形法和展成法。而本设计选择用仿形法加工。仿形法如图8-1所示，是利用与被加工齿轮的齿槽断面形状一致的刀具，在齿坯上加工出齿面的方法。仿形铣削一般在普通铣床：铣削时工件安装在分度头上，铣刀旋转对工件进行切削加

33、工，工作台作直线进给运动，加工完一个齿槽，分度头将工件转过一定角度，再加工另一个齿槽，依次加工出所有齿槽。仿形法适用盘形铣刀（图a所示）和指状铣刀（图b所示），当加工模数大于8mm的齿轮时，采用指状铣刀进行加工。铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度，使其等于齿轮的螺旋角工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加旋转运动而形成螺旋齿槽。图8-1齿轮仿形加工8.2 齿轮的加工方法的确定及加工本设计选择普通卧式铣床上进行铣齿加工，采用盘形铣刀。铣刀模数m=2，其中4号刀，适应齿数2125，用于加工齿数为24和25两种齿轮；5号刀，适应齿数2631，用于加工齿数为30和31

34、两种齿轮。加工前毛坯安装在准备好齿轮心轴上，用螺母固定好，然后安装在工作台的分度头上。加工时，主轴带动齿轮铣刀转动，同时齿轮毛坯沿自身轴线方向移动，切出一个槽后，将毛坯退回到原来的位置，用分度盘分度，再切下一个齿。用上述方法，铣出所需的齿轮。9 零件实物的装配与调试9.1 齿轮传动零件的装配 装配就是把加工好的零件按一定的顺序和技术连接到一起,成为一部完整的机械产品,并且可靠地实现产品设计的功能。机械装配基本工作内容包括 1.清洗、连接、调整等，齿轮、轴、轴承、箱体等实物加工后，在钳工工作台上作去除毛刺、平面磨平、锐角倒圆角等处理，进行齿轮传动装配。在装配中要使轴与齿轮过度配合，键与键槽的配合为过盈配合。机械装