开题报告-太阳轮浮动的三级行星减速器设计

毕业设计(论文)开题报告题目：太阳轮浮动的三级行星减速器设计与分析1.毕业设计（论文）综述（题目背景、国内外相关研究情况及研究意义）1.1课题研究的背景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[1]。三级行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点；由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效地利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率，而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动的发展有着较重要的意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器和航空航天等工业部门均获得了日益广泛的应用[2]。为了使行星轮间载荷分布均匀，起初，人们只努力提高齿轮的加工精度，从而使得行星齿轮传动的制造和装配变得比较困难。后来通过实践采取了对行星齿轮传动的基本构件径向不加限制的专门措施和其他可自动调位的方法，即采用各种机械式的均载机构，以达到各行星轮间载荷分布均匀的目的。从而，有效地降低了行星齿轮传动的制造精度和较容易装配，且使行星齿轮传动输入的功率能通过所有的行星轮进行传递，即可进行功率分流。由于太阳轮的体积小、质量小，结构简单，浮动灵活；与其连接的均载机构较容易制造，且便于安装，故使太阳轮浮动的方法已获得了较广泛的应用。1.2减速器的国内外发展现状20世纪70年代末以来，世界减速器技术有了很大发展，产品发展的总趋势是小型化、高速化、低噪声和高可靠性；技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术[3-5]。在国外，行星齿轮减速器应用极为普遍，在德国、日本、捷克、英国、法国、奥地利、前苏联等国家均有系列产品，并已大量生产，国外行星减速器的承载能力也在不断提高，以德国DEMAG的一种行星减速器为例，承载能力已高达54600kw，对应的输出轴最大转矩约2400KN.m；最大传动比已达5000[6-8]。国外在高速大功率传动方面，尤其是在动力、船舶等机械设备上行星传动已普遍应用[8]，主要有：德国林肯（Renk）公司已生产了船用行星减速器，功率相当于11030kw；日本三菱造船公司生产了功率相当于8830kw的船用行星减速器等[9-11]。低速重载方面，国外行星减速器生产已由系列产品发展到接受各种特种、特殊用途订货的大型减速器，重量有的达100t左右，如法国雪铁龙（Citroen）公司，据资料介绍可生产用于水泥磨、榨糖机、矿山设备的行星减速器，重量可达50～125t。瑞士马格（MAAG）公司，从1966～1974年生产了35台大型行星减速器，传递功率为2020～6430kw，传动比为64～80，最大重量为100t。该公司能生产相当于1470～10300kw的行星减速器系列产品。德国林肯（Renk）公司生产过功率为2500kw、传动比i=59、输出转矩为1500KN.m的用于水泥磨上的减速器，最大的一台功率达13200kw。该公司还生产了用行星减速器的矿井提升机，功率为1600kw、i=13、输出转矩为350KN.m[12-14]。国内近年来，在行星齿轮减速器方面有很大的发展与提高。主要用在矿山机械、起重运输、轻工化工、船舶工业、工程机械、鼓风机、风力发电等设备上[15]。1975年我国制定了NGW行星减速器系列（JB1799-1976），分一、二、三级三个系列。输入最高转速不超过1500r/min,质量0.128～1.75t,传动比i=2000，最大输出转矩为50KN.m。目前，国内不少厂家在生产，同时，非标准大功率行星轮减速器也不断涌现[16]。我国于1984年又颁布了NGW-S（由弧齿锥齿轮与行星齿轮的垂直传动）、NGW-Z（由圆柱齿轮与行星齿轮组合的平行轴传动）、NGW-L(立式行星齿轮传动)三个派生系列的标准[17]。目前，我国行星齿轮减速器的生产，除小规格有专业工厂生产外，一般的大中企业多为本厂产品配套，生产品种和规格在逐年发展之中，同时，ZZ、ZK行星齿轮减速器标准(JB/T9043.2-1999,替代ZBJ19020-1989;JB/T9043.1-1999，替代ZBJ19018-1989)已颁布，新的NGW行星齿轮减速器标准（JB/T6502-1993)也已颁布，有力地促进了我国行星齿轮传动的发展[18]。1.3课题研究的意义三级行星减速器是一种用途广泛的工业产品，该减速器体积小、重量轻、承载能力高、使用寿命长、运行平稳、噪声低、具有功率分流、多齿啮合独用的特性，适用于起重运输、工程机械、冶金、矿山、航天航空等很多领域。太阳轮浮动是太阳轮通过双齿联轴器与高速轴相联结，太阳轮重量小，浮动灵敏，机构简单，容易制造，故应用广泛[19]。通过对太阳轮浮动的三级行星减速器设计与载荷分配计算，对现代工业的作用，为以后对其关键技术的深入研究和成熟运用奠定良好的基础[20]。2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1课题研究的主要内容（1）根据设计要求，确定太阳轮浮动的三级行星减速器的总体结构设计，并根据总传动比，分配各级传动比。（2）行星齿轮减速器传动齿轮设计。1）选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图2）进行行星齿轮传动的配齿计算3）计算齿轮的主要参数4）几何尺寸计算5）验算行星齿轮传动的装配条件6）设计行星齿轮传动的结构7）对太阳轮、行星轮、内齿轮进行强度校核（3）根据计算结果，设计减速器其他构件1）设计与校核行星齿轮减速器传动轴2）设计与校核行星齿轮减速器传动轴上键3）设计与校核行星齿轮减速器传动轴承（4）计算载荷并分析载荷的分配情况。（5）进行行星齿轮减速器三维建模和二维CAD制图。2.2太阳轮浮动的均载机构研究方案方案一选用齿轮联轴器作为均载机构太阳轮通过齿轮联轴器与高速轴相连接，当输入轴上施加力矩时，太阳轮与np=3个行星轮啮合，各齿轮副的啮合处便产生啮合作用力Fn1、Fn2和Fn3。若行星轮各轴心在圆周上是匀称地布置的，由于齿轮联轴器对太阳轮a在径向上的径向补偿作用，最终可使各啮合力相等。即各行星轮间的载荷分布均匀。但是齿轮联轴器的主要缺点是缺乏缓冲和吸振能力。而且运用齿轮联轴器的行星齿轮传动中因为需要设计均载装置，而目前国内外均载装置的设计又大多采用类比法，使得行星齿轮传动仍存在载荷分配不均匀现象，而且由于均载装置的使用，增加了结构的复杂程度和重量，降低传动系统的可靠性。用齿轮联轴器浮动太阳轮a的传动简图如图2.1所示：图2.1用齿轮联轴器浮动太阳轮a的传动简图方案二：渐开线花键间隙浮动为了降低了结构的复杂程度和重量，降低传动系统的可靠性。因此最好是在不采用特殊的均载装置条件下，为使载荷在各行星轮之间分配均匀，基本构件可采用“活动”联接，即上一级行星架与太阳轮之间采用具有间隙的渐开线短花键联接，利用短花键及其联接的侧面间隙允许基本构件作径向偏移，从而使载荷分配趋于均匀，故称之为均载构件，利用基本构件活动联接的间隙，并适当控制其制造和装配误差，以实现行星传动均载的目的。由于中间级中心轮与第高速级行星架是以渐开线花键联接，就是利用两者花键联接侧隙补偿位移，设花键联接的法向侧隙为jn，由图2.2可知其允许的径向位移量为图2.2法向侧隙与径向位移的关系式中x指在x方向上的移动间隙量，y指在y方向上的移动间隙量，jn指渐开线花键啮合压力角方向上的间隙补偿量，α指渐开线花键啮合压力角。则均载构件的位移补偿量取上式两者中较小值，即。综合以上因素，所以本设计选用方案二，即采用渐开线花键间隙浮动原理来实现太阳轮浮动的目的。2.3课题的研究方法（1）通过查阅资料，熟悉行星减速器工作原理和设计要求，对太阳轮浮动的行星减速器进行总体结构设计。（2）按照总体结构设计，进行行星齿轮减速器传动齿轮参数的具体设计并且进行校核计算。然后根据计算结果设计并校核行星齿轮减速器的其他构件，最后计算并分析载荷的分配情况。（3）利用solidworks软件对三级行星减速器进行三维建模。（4）利用AutoCAD软件画出行星减速器的总体装配图以及若干零件图。（5）检查装配图并撰写毕业论文。3预期成果形式（1）15000字以上的毕业设计论文。（2）折合3张A0大小的太阳轮浮动的行星齿轮减速器的装配图及主要零件图的图纸4本课题研究的重点及难点，前期已开展工作4.1本课题研究的重点（1）掌握三级行星减速器的工作原理（2）掌握行星齿轮减速器的设计步骤。（3）熟练运用solidworks、AutoCAD等制图软件。4.2本课题研究的难点目前,随着现代科技和社会的发展,用户对机械产品设计的要求越来越高,这些要求可以归纳为:设计的机械产品的品种和规格多样化、个性化;所设计的产品具有高水平、高性能、高质量；设计能够运用新技术;所设计的机械产品具有高的人和环境的适应性;机械产品的设计周期短,能够更加适应产品的更新换代.这些要求就大大增加了设计工作的困难。在设计过程中，由于数据量比较大，计算过程复杂。所以计算也是设计过程中的难点。4.3前期已开展工作在这两个周，通过大量查阅相关资料，完成了基础知识的积累，对行星减速器的工作原理以及行星齿轮减速的设计程序有了一定的了解。完成了开题报告。5完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第1周～第3周：查阅资料，完成基础知识的积累和开题报告。第4周～第7周：太阳轮浮动的三级行星减速器的总体方案和结构设计第8周～第10周：太阳轮浮动的三级行星减速器的工作原理描述、功能实现和计算第11周～第14周：绘制减速器的三维模型和二维CAD图第15周～第16周：总结论文，完成毕业论文。参考文献[1]李学明,徐海洋,谢赛南,肖宪坚,曹亚旭.三级行星锥齿轮减速器的设计与运动仿真分析[J].机械传动,2014,09:102-105.[J].振动与冲击,2012,09:154-159.[2]陈甲虎,冯仲,高进,陈华平.行星差动结构风电增速箱传动比及功率分流计算分析[J].风能,2012,06:86-88.[3]何建成,张文明,申焱华,杨珏.电动轮矿用自卸车轮边三级行星减速器设计[J].煤矿机械,2012,06:46-48.[4]管洪杰,张念淮,刘保国.三级行星减速器优化设计[J].机械传动,2008,03:38-40+105.[5]肖正明,秦大同,王建宏,武文辉,陈立锋.盾构机主减速器三级行星传动系统扭转动力学[J].中国机械工程,2010,18:2176-2182.[6]陈器,常星.盾构机三级行星齿轮减速器可靠性优化设计[J].矿山机械,2010,24:27-31.[7]王盛.土压平衡盾构行星减速器优化设计及仿真分析[D].重庆大学,2013.[8]齐寅明.盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统动力学分析[D].重庆大学,2013.[9]常星.基于土压平衡盾构机大功率减速器的可靠性评估及参数优化设计[D].重庆大学,2011.[10]陈亮.基于动力学的土压平衡盾构减速器齿轮传动系统可靠性评估及参数优化设计[D].重庆大学,2011.[12]肖正明.土压平衡盾构机主减速器三级行星齿轮系统动力学[D].重庆大学,2011.[13]赵勇.基于动力学的盾构机行星传动系统的可靠性研究[D].重庆大学,2011.[14]周奇才,李婧,俞敬.减速器行星齿轮传动常规设计和优化设计的比较[J].中国工程机械学报,2007,03:308-312.[15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