NGW行星齿轮减速器的设计

1、目录一. 绪论11. 引言12. 本文的主要内容1二. 确定设计数据4三. 拟定传动方案及相关参数51. 对减速器进行结构设计52齿形与精度53. 齿轮材料及其性能6四，设计计算61. 配齿数62. 啮合效率计算73. 确定手摇力并进行运动及动力参数计算84. 初步计算齿轮主要参数9（1）按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径9（2）按弯曲强度初算模数115. 几何尺寸计算126. 重合度计算14五行星轮的强度校核151.疲劳强度校核13（1）外啮合13(2)内啮合20六行星轮部位的相关设计21七输入轴的设计24八输出轴的设计26九铸造箱体结构设计27十参考文献28一绪论1引言渐开线行星齿轮减速器

2、是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的儿何轴线作 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

3、主要特点有：重最轻、体积小。在相同条件下比硬齿而渐开线圆柱齿轮减速机重最减速 轻1/2以上，体积缩小1/21/3;传动效率高；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：装配型式多样，适用性广，运转平稳，噪音小；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。2. 本文的主要内容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

4、的结构组成一级、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，乂称为ZKH型行星齿轮传动机构。本设计的主要内容是单级NGW型行星减速器的设计。确定设计数据F=800N, V=0.06m/S输出功率 pw=FV=800x0.06=48w=0.048kw,取手摇转速】手=60r/min总传动比 i=6 , n =10 r/min输岀转速60 X1000 Vn =滚 HD60x1000x0.063.14XD=10 r/min ,得滚筒直径D=115mm ,取滚筒直径为40mm取手摇轮半径r=100mm=0.1m三.拟定传动方案及相关参数1.机构

5、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。查渐开线行星齿轮传动设计书表41确定Dp=2或3。从提高传动装置 承载力，减小尺寸和重量出发，取np=3°计算系统I'l由度W=3*3-2*3-2=l2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20。，直齿传动，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CFH liin (N/mm2 )<TF lim(N/mm2)加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火14003506级行星轮HRC58 62245内齿

6、轮40Cr调制HB262-2936502207级采用比例法：Za：Zc：Zb：M =Za： Za(i-2)/2 : (i - l)Za : Za(i/llp)=Za : 2Za : 5Za : 2Za按齿面硬度 HRC=60, u = Z/Za = (6 2)/2=2,查渐开线行星齿轮传动设计书图4-7a的Za max = 20 , 13<Za <20o IR 乙= 17。由传动比条件知：Y = iZa = 17*6 = 102M = Y/3 = 102/3 = 34计算内齿轮和行星齿轮齿数：Zb = Y Za = 102 17 = 85Z： = 2*Za = 342.啮合效率计算

7、12式中7X为转化机构的效率，可用K"p朋mb计算法确定。查图33a、b （取p=0.06 ,因齿轮精度高）得: 各啮合副的效率为尤=0.978 ,怎=0.997 ”转化机构效率为“X =於朮=0.978x0.997二0.975转化机构传动比】abZb _85Za 17r| 联=0.99 r 卷=0.96 r| 粘=0.983.确定手摇力并进行运动及动力参数计算输入功率：PdPwn卷n粘n联20.0480.96x0.98x0.992=0.052kW= 52W2FIrn=6/=2n=0.63m/sP昇管蔦吨5动力、运动参数计算计算项目计算及说明计算结果1.各轴转速n p = 60r/m

8、in1昨=60r/minna = n p = 60r/minna = 60r/min% = lOr/minna 60nh = : = = lOr/min Jh 6nw = lOr/minnw iq lOr/min2.各轴功率片=52WPd = 52W匕=kr| 联=52x0.99 = 51.5WPa = 51.5WPh = 50.5WPh = Pari 行=51.5 x 0.98 = 50.5W= 50W Ph0 联50.5 x 0. 99=50W3.各轴转矩r9550Pd9550x0.052o OXTT r =z8. 3N. m于n手60m 9550Pa 9550x0.0515门“T a Q

9、 1. rnT手=8.3N mTa=8. IN-m1QO.±iV illana609550巳 _nanp9550R9550 x 0.0515 _60 x 3 9550 x 0.05052.77V m48N m=2.7N m=48N m=47.8N m_ 9550fnw9550 x 0.05= 47.8/V m4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TiK KP K±llu式中系数u=Zc/Za = 34/17 = 2,太阳轮单个齿传递的扭矩Ti = 9549P1/npna = 9549x0.0515/(3x60) = 2.7 N-则太阳轮分度圆臣

10、径为:(d )a = KtdZb|jJEChpKhe u ± 1-，da-HhinU” J2.7X1.25X1.05X1T0.7X14002=14.67 mm表2齿面接触强度有关系数代号名称说明取值Ktd算式系数直齿轮768Ka使用系数表6-5 ,中等）中击1.25Khp行星轮间载荷分 配系数表7-2 ,太阳轮浮动，6级精度1.05Khs综合系数表 6-4,np = 3，高精度,硬齿面1.8(fid小齿轮齿宽系数表6-30.7bHlim实验齿轮的接触 疲劳极限S6-161400以上均为在书渐开线行星齿轮传动设计±得(2)按弯曲强度初算模数_ 一 TiKaKfpKfaYi用式

11、】n=炉2：力品进行计算。= 12.1X3由 ctf iim2Uai/¥-a2 = 245x3.18/2.45 = 318 <<tf iimi = 350 N/mrrr ,所 以应按行星轮计算模数2.7x1.25x1.075x1.6x2.45O.7x172 x245= 0.8表3弯曲强度有关系数名称说明取值Ktm算式系数直齿轮1乙1Kfp行星轮间载荷分配系数Kfp = 1 + 1.5(Khp-1)=1+1.5(1.05-1)1.075Kfz综合系数表6«4,高精度，1.6Xal齿形系数图625 ,按x=0查值3.18齿形系数图625 ,按x=0查值2.45以上均

12、为在书 綢开线行星齿轮传动设计上查得若取模数m=2，则太阳轮直径(d)& =乙3n=17x2 = 34inm，与 癞蚪虽度初算结果(d)a二14.67 mm不接近，故初定按(d)a = 34 nun z m=2进行接触和弯曲疲劳强度校核计算。5. 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(d ) a = 34mm(da ) a = 38111111外啮合(d)c = 6811U11(d )c 二 68mm(da)c = 72nmi内啮合内齿轮(d)b = 170nmi(d )b = 170nnn(da )b=

13、 166nmi对于行星轮，各主要参数及数据计算值列于表5。表5行星轮几何尺寸名称代号数值齿数34模数m2压力角a20°画 圈 或a w>曲4dfh弁 d|D63.9mm磐 B尸Q.2mm齿距p6.28mm齿厚s3.14mm齿槽宽e3.14mm6. 重合度计算外啮合：(r)a= m Za/2 = 2x17/2 = 17 (t)c 二 m Zc/2 二 2 x 34/2 二 34(la)a = (da)a/2 二 38/2 二 19(la)c 二(da)c/2 二 72/2 = 36(Qa)a = aiccos(r)a cosa/(ia)a) = ai ccos(l 7 cos 2

14、0°/l 9) = 32.78° (aa)c= ai*ccos(r)ccos a/(ra)c) = arccos(34 cos 20 /36) = 27.441° 8a - Za(tan(aa)a 一 tan a) + Zc(tan(aa)c 一 tan a/(2)=17(tan 32.78° - tan 20°) + 34(tan 27.441° - tan 20° /(2n)=1.598>1.2内啮合：(1)= mZZb/2 = 2 x 85/2 二 85(r)c = inEZc/2 = 2x34/2 = 34(r

15、a)b = (da)b/2 = l 66/2 = 83 (ra)c = (da)c/2 = 72/2 = 36(a?)b = ai*ccos(r)b cosa/(ra)b) = aiccos(85 cos 20*/83) = 15.78 (s)c = aiccos(r)c cos a/(ia)c) = ai*ccos(34cos 20 /36) = 27.441° 8a 二Zc(taii(aa)c _ tail a) _ Zb(taii(aa)b _ taiia/(2)=34(tan27.44f -tan20e)-85(tanl5.78e - tan20*)/(2)=1.941>

16、;1.2五. 行星轮的的强度计算及强度校核疲劳强度校核1外啮合(1)齿面癞虫疲劳强度 用式 bH 二（ThO-/KaKvKh/?KHaKHp CFH 0 = ZhZeZZ_ bH lim ZbT <7 <7 <7 <7<7计算接角城力bH ,用式"HP二乙I厶乙PZW乙X计算其许用应OH min力bHP。三式中的参数和系数取值如表7。接触力基本值bH 0 :CFHO = ZhZeZZ/?Ft 卍 ±1dib u30=2.5xl89.8xO.89xlx158.82 2 + 1x34x242=228.18 N/mm2扌麴逍力bH :(TH = CT

17、 HO(KAKvKH“KHaKHp=22& 18 x >/1.25xl.005xl.114x1x1.05=276.84N/mm2许用融应力6IP :<THP =CTH lim ZnSh niinZlZvZrZwZx二 1400X1.03" 05x0 88x1.03x1x11.25= 1097.9 N/mm2故bHVbHP，癱虫强度通过。表7外啮合扌麺虫强度有关参数和系数代号名称说明取值Ka使用系数按中等）中击查表6-51.25Kv动载荷系数V* =0.1076 级精度60x1000，不VxZa/100 = 0.01819，誰 65b1.005Kh0齿向载荷分布系数

18、0d = 0.7, np = 3 杳图 6-6 得 Kh0o = 1.214，取 Khw = 0.76 ,KHe = 0.7，由式(625)得Khq = 1 + (Kh0O l)KmvKHe =l+(1.214-l)x0.76x 0.7 = 1.1141.114Kna齿间载荷分配按氐=L6 ,6级精度，硬齿面，杳图6-91系数Khp行星轮间载荷 不均衡系数太阳轮浮动，查表7-21.05Zh节点区域系数(Xa + Xc)/(乙+ 乙)=0，0= 0查图6-102.5Ze弹性系数查表6-7189.8JN / nmi2Zr重合度系数& = 1.6 , £0=0 杳图0.89Zp螺J

19、徒角系数直齿，0=01Ft分度圆上的切Ta一9549卩 一9549x 0 0515-8.1 N m158.82向力it60 200(m2000x8.1Ft=-158.82 NnP(d)a3x34Nb工作齿宽b=0d(d)a = 0.7 x 34 = 23.8 min24 mmu齿比数Zz/Za = 34/17 = 22Zn寿命系数按工作10年每年365天，每天16 寸 计算励循对欠数1SL = 60(na - iK)npt = 5.26x10s1.03Zl润滑油系数HRC=HV713zv=0.107m/szW 表 8-10 用 中型极压油，1.05V5O = 200 mnr / sZv速度系数

20、杳图6-200.88Zr粗造度系数按 X/gRzr 2.4pm rRzi + Rz? 1100Rzioo =a = 2.08 杳图 6-211.03Zw工作硬化系数两齿轮均为硬齿面，图6-221Zx尺寸系数m>61Sh min最小安全系教按可靠度查表6-81.25O"H liin扌麴虫疲劳极限查图6-161400以上均为在书渐开线行星齿轮传动设计上查得(2)齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳应力6 及其许用应力CFft ,用下式计算。并对行星轮进行 校核。FtbniiiCFF lim'VsT'VNTctfp =SfY&elTY r “itYcnunCFF =

21、CFFoKAKvKFKFaKFpjCTFO =行星轮：CFFOJc =S Q c Z oLc YeY Q bnii158.8224x2X 2.45x1.68x0.719x1=9.8 N/nuii2CFF c = cffo cKaKvKf /?Kf aKFp=9.8x 1.25x 1.005 x 1.076xlx 1.075=14.24 N/mm2(7 F lirnJc W YrrCTFPH 二Y<5relTOcY R relTDcYcSf min245 x 2 x 1=x0.96xl.045x1=307.21 N/mm21.6故bFJc < 6卩上,弯曲强度通过。表8外啮合齿根弯曲

22、强度的有关参数和系数代表名称说明取值Kf“齿向载荷分 布系数由 Kh0o = 1.214 , b/m=12 ,杳图 6 23 得Kf0。= 1.21，由式(6-38 )得 Kfq 二 1 + (Kf/?o- 1)KfwKfc=1+(1.21-1)x0.4x0.9=1.0761.076Kf«齿间载荷分 配系数Kf a = Kila1Kfp行星轮间载 荷分配系数按式(743),Kfp = 1+1.5(Khp-1) = 1+1.5(1.05-1)=1.0751.075行星轮齿形 系数Xc = O, Zc = 34 杳图 6-252.45sahc行星轮应力 修破数查图6-271.68Yr重合

23、度系数Ye =0.25+0.75/滋式(6如=0.25+0.75/1.598=0.7190.719Yrr弯曲寿命系 数Nl = 8.76 x10s1Zt试验齿轮应 力修正系数按所给的bF liin区域图取CTF lim时2YjrelTli行星轮齿根 圆角敏感系 数杳图6-350.96Y R relT齿根表面形 状系数Rz = 2.4，杳图 6361.045Sf Ulin最小安全系数按高可靠度/查表6-81.6以上均为在书渐开线行星齿轮传动设计上査得2内啮合齿面癞虫疲劳强度同外啮合齿面癞虫疲劳强度所用公式相同,其中与外啮 合取值不同的参数为：u=2.5Zh=25Z&=0 82，Zn=1.

24、11 ?Zl=1.03,Zv=0.889Zr=1.04,Zw=1.11Ft u±l=2.5xl89.8x0.82xlx=143.62 N/mm2CFH 二 CTHO JKaKvKhqKhqKhp=143.62x >/1.25x 1.005x1.114x1x1.075=174.1 N/nmr(7 HP 二CTH limZNSh nunZlZvZrZwZx650xl.ll1.25-xl.03x0.88xl.04x1.llxl=603.95 N/nmr故bH V CFHP ,接触强度通过。以上计算说明齿轮的审能力足够。六. 行星轮部位的相关设计1行星架的设计齿轮轴之间的中心距d詣(Z

25、a +ZC) =51mm采用双壁整体式行星架，一端有浮动内齿圈。按经验取壁厚Cl = C2 = 0.26a = 0.26x51=14 nmio两壁之间的扇形断面连接板其惯性中 心6所在半彳召安式"=R_计算'3(b+ a)行星架外径D = 2a +0.8(d)c= 2x51+0.8x68« 157 nnnb=251.84 mm , a=78.46mm , ha 二 75mmR】=(0.85 0.5)R=0.7x 15755 nun3(b+ a)1579251.84+2x78,463x(251.84 + 78.46)=47.6 mm为了太阳轮安装方便，使太阳轮能通过行

26、星架轮毂中的孔，故轮毂孔的直径应大 于太阳轮的齿顶圆直径（d J =38mm按上述经验数据扌以定的行星架尺寸,不必作强度讨算。至此,NGW行星传 动系统设计完成2行星轴设计1.初算轴的最小直径2000Ti2000x2.7“ f在相对运动中耳=,=-=159N ,每个行星轮轴承受稳定载 da34荷Ft* = 2xl59=318N ,当行星轮相对于行星架对称布置时，载荷耳则作用在轴跨距 的中间。取行星轮与行星架之间的间隙= 2.5mm ,查表613得行星轮的齿宽系数 % =0.4厚度b产始d =0.35x68=24 ,取b: =24mm则跨距长度l0=b2+2A2 = 24+5 = 29mm。当行

27、星轮轴在转臂中的配合选为H7/K6时，就可以把 它看成是具有跨距为1°的双支勰。当轴谨时，两个轴承几乎紧紧地靠看，因此， 可以认为轴是汨看整个跨度承受均布载荷q二耳/10 （见图3-2 ）。图3-2行星轮轴的载荷简图危险截面(在跨度中间)内的弯矩M = = =318=1153Nmm8 8 8行星轮轴采用40Cr钢，调质辺=440MPa ,老虑到可能的冲击振动，取安全系数 S = 2.5 ;则许用弯曲应力crl =a;/S = (440/2.5) MPa=i76MPa,故行星轮轴直径 、I32M (32x1153dn > 3；- = 3/111111= 4.05nun护巩 V龙X

28、176取 dg n4.05inm其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。3行星轴承设计在行星轮内安装两个轴承，每个轴淨上的径向载荷耳FVan20-=318xtan20-N2 2=57.87Nnh=Y=y=10r/minif =na nh=60 - 10=50r/min在相对运动中,轴承外圈以转速nHz17x=50x=25r/mill乙34考虑到行星轮轴的直径 >4.05nnn，以及安装在行星轮体内的轴承，其外廓尺 寸将受到限制,故初步选用单列深沟球轴承6000型,其参数为d = 10nun D = 26nun B = 8mm所以行星轮轴的直径为10mm行星轮孑b的直径为26mm七. 输入轴的设

29、计1输入轴的设计输入轴的装配方案如图6-1所示5.21初步确定轴的最小直径选取轴材料为45钢，调质处理。根据表32查得A。表3-2轴常用几种材料的坯及A值轴的材料Q235-A、20Q275、35(lCrl8Ni9Ti)4540Crs 35SMn38SiMhMorT/MPa15-2520-3525-4535-55A126-149112-135103-12697-112先按式dwA扑初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调至处理。根据相关图表，由于轴无轴向载荷，故A取较大值，即A=118 ,于是得：=11.25 nun输入轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴的直径d I r (如图6-1 )o

30、为 了使所选的轴的直径d-i与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器计算转矩T“ = KaT ,童相关图标,考虑到转矩变化很小,故取Ka=1.3 ,则:Tea = KATa = 1.3 X 8100 = 10530 Njdid按照计算转矩Tea应小于联轴器公称转矩的条件，且查相关手册,选用 HL1型弹注梯肖联轴器,其公称转矩为160000 N-mm.取半联轴器孔径 d=19mm ,故取d iii二19mm ,半联轴器长度L=42 mm ,半联轴器与轴配合 的毂孔长度Li=30mm o5.22根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度(1)为了满足半联轴器轴向定位要求，11【轴段右端需制

31、出T由肩，根 据du查表152得C=0.8 , T殳定位轴肩的高度为h = (2Z 3)C= 1.6nmi 2.4mm故取lll段的直径为 dii-iii = 25mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度Li=30mm ,为了保证轴向定位可靠轴端挡压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故III段的长度应比毂孔长度短2-3mm ,故取li - II = 27 mm o半联轴器与轴的轴向定位采用平键连接，根据d16iiuii奁相关手册，选用bxh=5mmx5 mm ;(2 )初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力作用,故选用深沟球轴承。参 照工作要求并根据du-ni = 25 nun ,由轴承产品目录中初步选取0

32、基本游隙 组、标准精度级的深沟球轴承6005 ,其尺寸为dxDxB=25mmx47mmxl2mmo右端深沟球轴承采用轴肩进行轴向定位，因为滚动轴承的定位轴肩高度必 须低于轴承内圈端面高度，查相关手册知深沟球轴承6005内圈d « 30mm , 故取diii-w= 28 nullo(3)为了轴承端盖的方便拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，查得相关 手册取端盖的外端面与半联轴器右端面之间的距离l=6mm ;两轴承之间加个 10mm的套筒，考虑到轴承端盖和前机盖的宽度，故取h - hi = 40mm。(4 )因该行星轮传动系统为太阳轮浮动，故输入轴的IVV段与太阳轮通 过花键连接，查相关手

33、册选取小径D=26的花键，故IVV段直径为 div-v = 26imn ;为了保证太阳轮和输入轴通过花键的装配，故取 liv-v = 10 nun ；为了保证输入轴的正常装配，取1川iv = 5 mm。(可参照 附录行星轮传动系统装配图)，太阳轮与轴的轴向定位采用花键连接。由轴端直径选用花键为NxdxDxB=6mmx23mmx26 mmx6mm 与太阳轮的轴相连。轴的设计数据为输入丰由:Ll= li-ii + In-in +liii-i + li -v =27+40+5+10=82mm与太阳轮相连的轴长L2=li -v +ba+e=10+24+6=40mm总长为122mm5.24确定轴上圆角和

34、倒角尺寸查得相关手册，输入轴III段轴端倒角为1x45° , IV-V段轴端倒角为 1x45° ,所以轴肩圆角为R1八. 输出轴设计!IIni( )S3-3输出轴1 初算轴的最小直径在三个行星轮均布的条件下，轮齿0酪中作用于中心轮上的力是相互平衡M,在 输岀轴轴端安装膜片盘式联轴器时，则输出轴运转时只承受转矩。输出轴选用400，取 A=112即求出输岀轴伸出端直径为了太阳轮安装方便，使太阳轮能通过行星架轮毂中的孔，故轮毂孔的直径应大 于太阳轮的齿顶圆直径(d J =38mm为/与行星架旳轮毂配合, 取输出轴的大直径diTi=40mm ,长1iii =35mm ,为逬行行星架

35、的轴向定位需制出一tt肩,h= ( 23 ) c ,根据直径di取C=1.2 ,可取h=3 ,所以d"-"i =46mm ,取长1-川=10mm ,由容绳量为L=50m=50000mm ,钢丝绳的直径为10mm ,取滚筒长度为150mm ,知 每层可绕15圈,并对其总体尺寸进行验算,Ll=15xnd=47.1x40=1884mmL2=15xndl=47.1x60=2826mmL3=15xndl =47. lx80=3768mmL4=15xndl=47.1xl00=4710mmL5=15xndl=47.1xl20=5652mmL6=15xnd2=47.1xl40=6594mmL7=15xnd3 =47 .lx 160=7536mmL8=15xnd4=47.1xl80 =8478mmL9=15x nd5=47.1