NGW型行星齿轮减速器——行星轮的设计

1、目录一绪论31引言32 本文的主要内容3二 拟定传动方案及相关参数41机构简图的确定4齿形与精度4齿轮材料及其性能5三设计计算51配齿数52初步计算齿轮主要参数6（1）按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径6（2）按弯曲强度初算模数73几何尺寸计算84重合度计算95啮合效率计算10四行星轮的的强度计算及强度校核11强度计算11疲劳强度校核151外啮合152内啮合19安全系数校核20五零件图及装配图24六参考文献25一绪论1引言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

2、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: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1/21/3;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

3、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，又称为ZK-H型行星齿轮传动机构。本设计的主要内容是单级NGW型行

4、星减速器的设计。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。查渐开线行星齿轮传动设计书表4-1确定=2或3。从提高传动装置承载力，减小尺寸和重量出发，取=3。计算系统自由度 W=3*3-2*3-2=1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，直齿传动，精度定位6级。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 (N/mm²) (N/mm²)加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC58 6214003506级行星轮24

5、5内齿轮40Cr调制HB2622936502207级三设计计算1配齿数采用比例法：按齿面硬度HRC=60，查渐开线行星齿轮传动设计书图4-7a的，。取。由传动比条件知：计算内齿轮和行星齿轮齿数： 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进行计算，式中系数：，太阳轮传递的扭矩则太阳轮分度圆直径为：表2 齿面接触强度有关系数代号名称说明取值算式系数直齿轮768使用系数表6-5，中等冲击1.25行星轮间载荷分配系数表7-2，太阳轮浮动，6级精度1.05综合系数表6-4，高精度，硬齿面1.8小齿轮齿宽系数表6-30.7实验齿轮的接触疲劳极限图6-161400 以上均为在书渐开

6、线行星齿轮传动设计上查得（2）按弯曲强度初算模数用式进行计算。由，所以应按行星轮计算模数表3 弯曲强度有关系数符号名称说明取值算式系数直齿轮12.1行星轮间载荷分配系数1.075综合系数表6-4，高精度，1.6齿形系数图6-25，按x=0查值3.18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模数，则太阳轮直径，与接触强度初算结果接近，故初定按，进行接触和弯曲疲劳强度校核计算。3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。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行星轮外啮合内啮合内齿轮对于行星轮，各主要参数及数据计算值列

7、于表。表5行星轮几何尺寸名称代号数值齿数34模数m6压力角20°分度圆直径d204mm齿顶高6mm名称代号数值齿根高7.5mm齿全高h13.5mm齿顶圆直径216mm齿根圆直径189mm基圆直径191.70mm齿距p18.84mm齿厚s9.42mm齿槽宽e9.42mm4重合度计算外啮合：内啮合：5啮合效率计算式中为转化机构的效率，可用Kyp计算法确定。查图3-3a、b（取µ=0.06，因齿轮精度高）得：各啮合副的效率为，转化机构效率为转化机构传动比则.四行星轮的的强度计算及强度校核强度计算图1断面几何参数行星轮可归结为受内外载荷的封闭圆环，其弯曲半径与断面厚度之比，属于大曲

8、率圆环，弯曲中性层不通过重心，相距为e。当轴承装在行星轮内时，其轮缘减薄，若时，在载荷作用下有较大变形。此变形对齿轮弯曲强度和轴承的承载能力有显著影响，应准确且计算。但在设计时由于轴承上载荷大小和分布规律不清楚，而难以计算。这里设想轴承中反力按余弦规律分布，并且不考虑离心力对轴承载荷的影响，作一简化计算。图2计算简图及弯矩分布表6行星轮轮缘强度计算公式外载荷危险断面的弯矩危险断面的轴向力轮缘外侧弯曲应力在与内、外齿中心轮啮合处分别有一组相等且对称的载荷：圆周力、径向力和对弯曲中心的力矩。在圆周力相背的一半轴承上作用有按余弦规律分布的径向分布力。载荷计算式如表6。内力素弯矩在两个啮合节点，即断面

9、1处达最小值，在与断面1成断面处达最大值。这两个断面的弯矩、和轴向力、的计算式列于表6。最大、最小应力都发生在轮缘的外侧，为弯曲应力、轴向应力和离心应力之和。内力素及应力计算公式列于。其中离心力产生的应力式中齿轮材料的比重；重力加速度；齿轮的绝对角速度；轮缘断面重心位置的曲率半径。使用表6中的公式时，要从实际断面尺寸换算出一个相当矩形断面，才能较准确的求出应力的大小和位置。相当断面的惯性矩为式中实际断面对OX轴的惯性矩和断面面积；系数，按经验公式确定：不计轮齿时的断面厚度；齿轮模数。相当断面的宽度取为轮缘的实际宽度b，其高度h、面积S、断面系数W分别为：实际断面尺寸断面的弯曲半径为；，而断面上

10、承受最大、最小应力处到断面重心的距离为和。先决定内侧，则，。数据计算：圆周力径向力力矩径向分布力危险断面的弯矩危险断面的轴向力轮缘外侧弯曲应力疲劳强度校核1外啮合（1）齿面接触疲劳强度用式，计算接触应力，用式计算其许用应力。三式中的参数和系数取值如表。接触应力基本值：接触应力：许用接触应力：故，接触强度通过。表7 外啮合接触强度有关参数和系数代号名称说明取值使用系数按中等冲击查表6-51.25动载荷系数，6级精度，查图6-5b1.005齿向载荷分布系数查图6-6得，取，由式（6-25）得1.114齿间载荷分配系数按，6级精度，硬齿面，查图6-91行星轮间载荷不均衡系数太阳轮浮动，查表7-21.

11、05节点区域系数查图6-102.5弹性系数查表6-7189.8重合度系数，查图6-110.89螺旋角系数直齿，1分度圆上的切向力18723.53Nb工作齿宽72 mmu齿比数2寿命系数按工作10年每年365天，每天16小时计算应力循环次数1.03润滑油系数HRC=HV713,v=0.445m/s,查表8-10用中型极压油，1.05速度系数查图6-200.88粗造度系数按，查图6-211.03工作硬化系数两齿轮均为硬齿面，图6-221尺寸系数m61最小安全系数按可靠度查表6-81.25接触疲劳极限查图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及

12、其许用应力，用下式计算。并对行星轮进行校核。行星轮： 故，弯曲强度通过。表8 外啮合齿根弯曲强度的有关参数和系数代表名称说明取值齿向载荷分布系数由，b/m=12，查图6-23得，由式（6-38）得1.076齿间载荷分配系数1行星轮间载荷分配系数按式（7-43），1.075行星轮齿形系数，查图6-252.45行星轮应力修正系数查图6-271.68重合度系数式(6-40), 0.719弯曲寿命系数1试验齿轮应力修正系数按所给的区域图取时2行星轮齿根圆角敏感系数查图6-350.96齿根表面形状系数，查图6-361.045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查得

13、2内啮合齿面接触疲劳强度同外啮合齿面接触疲劳强度所用公式相同，其中与外啮合取值不同的参数为： 故，接触强度通过。以上计算说明齿轮的承载能力足够。安全系数校核行星传动中的齿轮轮缘内外侧任一点上的应力都在之间变动，且为交变应力，故其强度计算以进行疲劳安全系数校核为宜。当齿轮传递的转矩在轮缘内产生很大切应力时，同样应进行扭转疲劳强度校核。其安全系数分别按下式计算：式中齿轮材料的抗拉强度和抗扭强度，对于近似计算可取；齿轮材料的弯曲和扭转对称循环疲劳极限，一般取；正应力和切应力的应力幅，T中心轮上作用的扭矩；扭转净截面模量；K考虑应力循环特性的计算系数K=1（对称循环）或K=2（脉动循环）；正应力和切应

14、力的平均应力材料的对称循环极限应力对实际轮缘的折算系数，按下式计算：弯曲和扭转的有效应力集中系数。当齿轮材料的时，取读图可得。表面光洁度系数。查表可得。表面强化系数。查表可得。绝对尺寸系数。查表可得。寿命系数，与材料种类、硬度和应力循环次数有关，当齿面硬度时： 当齿面硬度时： 当循环次数时取；计算结果时取；对于扭转计算，一般取等于整个使用期间的起动次数；对于弯曲计算查表可得。许用安全系数，当只进行弯曲计算时，一般取 ；对于扭转计算，可按下式计算总安全系数 S的值：一般取；当材料性能可靠、载荷计算准确时，可取。表9安全系数的有关参数和系数参数数值备注1.77由图9-20（a）可得1.2由表9-15可得2由表9-16可得0.66由表9-17可得1100机械设计（第八版）表10-1高等教育出版社53.9566.81.49见上表中。1时取22.59 以上均