NGW型行星轮中太阳轮的设计和计算

1、目录一绪论1二 拟定传动方案及相关参数3 1.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4 1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26一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

2、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1/21/3;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

3、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，又称为ZKH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

4、:（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

5、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0.970.99。（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。2

6、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=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。 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 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 (N/mm²) (N/mm²)加工精度太阳轮20CrMnTi渗碳淬火HRC58 62140

7、03506级行星轮245内齿轮40Cr调制HB2622936502207级3 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，式中系数如下： ，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

8、.7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 用式进行计算。式中系数同表2，其余系数如表3。因为，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 若取莫属，则太阳轮直径与接触强度初算结果接近，故初定按，进行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4。表4 齿轮几

9、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17模数m6压力角20°分度圆直径d102mm齿顶高6mm齿根高7.5mm齿全高h13.5mm齿顶圆直径114mm齿根圆直径87mm基圆直径95.85mm 4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.四太阳轮的强度计算及强度校核 1.强度计算 受力分析如图所示： a）断面参数

10、b）计算简图 首先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 式中不计轮齿时，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：； 其中 不计轮齿时的断面厚度； 轮齿模数。相当截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 断面的弯曲半径为，而.断面上承受最大，最小应力处到断面重心的距离为和。其中先决定内侧，则。 通过分析计算得出相关参数如下：表6太阳轮强度计算相关参数参数数值备注90.752799362592a3.765316678.181.3589.432.8518 （1）外载荷 节圆上的圆周力式中=954.

11、9Nm，=1.25，=102，=3则 7801N； 节圆上的径向力式中，所以2839.3N； 节圆上的圆周力对弯曲中心的力矩式中32.85，所以； （2）危险截面的弯矩和轴向力 危险截面1的弯矩和轴向力 弯矩 轴向力 危险截面2的弯矩和轴向力 弯矩 轴向力 上式中系数查表9-8可知;所以 危险截面1的弯矩和轴向力 弯矩 轴向力 危险截面2的弯矩和轴向力 弯矩 轴向力 （3）危险截面上的应力 危险截面上的应力为弯曲应力，轴向应力及离心力产生的应力之和。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。则轮缘外侧的最大应力和最小应力为 首先求

12、得所以有 2.疲劳强度校核 （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7。 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7-21.05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

13、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其许用应力，用式和计算。并分别对太阳轮和行星轮进行校核。对于表7中未出现的参数和系数列于表8。 太阳轮： 弯曲应力基本值 弯

14、曲应力 许用弯曲应力故，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太阳轮齿形系数，查图6-252.95行星轮齿形系数，查图6-252.45太阳轮应力修正系数查图6-271.55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太阳轮齿根圆角敏感系数查图6-350.95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6-361.04

15、5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 3.安全系数校核 由以上分析，计算知，行星传动中的齿轮轮缘内外侧任意一点上的应力都在和之间变动，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。其安全系数和分别按下式计算： 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， 其中T中心轮（太阳轮）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）；正应力和切应力的平均应力 （脉动循环）或（对称循环）材料的对称循环极限应力对实际轮

16、缘的折算系 数，按下式计算： 式中弯曲和扭转的有效应力集中系数。 当齿轮材料的时，取 ，由图9-20和图9-21确 定。这里是借用齿轮弯曲疲劳计算的资 料。图中为齿根厚度与过度曲线半 径之比。按表9-14查取； 表面光洁度系数（粗糙度），见表9-15； 表面强化系数，见表9-16； 绝对尺寸系数，见表9-17；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；对于弯曲计算按表6-2 确定；许用安全系数，当只进行弯曲计算时，一般 取；当中心轮（太阳轮）轮缘要同时校 核扭转时，可按下式计算总安全系数S值： 一般取，当材料性能可靠，载荷计 算准确时，可取。 对于太阳轮只要进行弯曲疲劳强度校核，其安全系数按下式计算： 其中各参数如下表表9参数数值备注1.52 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 表10参数数值备注1100机械设计（第八版）表10-1高等教育出版社4.445-2.7951.30表912 由表10可知： 故可知其安全