行星齿轮减速器的设计及箱体的加工工设计.docx
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行星齿轮减速器的设计及箱体的加工工设计
毕业设计〔论文〕
行星齿轮减速器的设计及箱体的加工工
-艺
PLANETARYGEARREDUCERDESIGNAND
MACHININGPROCESSOFTHEBOX
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指导教师
20**年5月27日
摘要
本文首先对行星齿轮传动的特点，减速器的主要型式及其特性，我国行星齿轮传动技术的开展及目前的水平，常用行星齿轮传动的类型及其特点等进行了简要的介绍，然后对行星齿轮减速器的传动，结构及箱体的加工工艺进行了设计。
并采用AutoCAD设计软件对
齿轮轴、行星齿轮、行星轴、内齿轮、输出轴、箱体、总装图等进行了工程绘图。
通过查阅大量文献资料，阐述了行星齿轮传动设计和主要的强度等的相关内容。
对行星齿轮减速器传动机构的根本参数和尺寸进行了选择和计算。
在查阅了大量关于行星齿轮减速器设计的资料和参考了某公司生产的3K型行星齿轮减速器后，确定了此行星齿轮减速器的设计
关键词减速器；行星齿轮；箱体
Abstract
Thispaperfirstlyplanetarygeartransmissioncharacteristics,themaintypesandcharacteristicsofgearreducer,ourplanetarygeartransmissiontechnologyandthedevelopmentofthecurrentlevelofplanetarygeartransmission,commonlyusedthetypesandcharacteristicsofetcwerebrieflyreviewedinthispaper,Thentotheplanetarygearsreductiongeartransmission,structureandtheprocessingtechnologyoftheboxonthedesign.andusingAutoCADdesignsoftwareforthegearaxis,aplanetarygear,aplanetaryshaftinthegears,outputshaft,body,assemblyfigureetcengineeringdrawing.Throughconsultingalargenumberofliterature,thispaperexpoundstheplanetarygeartransmissiondesignandmajorstrengthofrelatedcontent.Planetarygearreducerdriveinstitutionsofthebasicparametersandsizewerechosenandcalculation.Alotabouttheplanetsinconsultthematerialanddesignofgearreducerrefereneeinacompanyproductionof3Ktypeplanetarygearreducerdefinedafterthisplanetarygearreducerdesignscheme.
Keywordsspeedreducerplanetgearthebox
1绪论1…
1.1概述1…
1.2行星齿轮传动的特点：
1.
1.3齿轮减速器的现状及开展趋势2.
1.4常用行星齿轮传动的类型及其特点3
2行星齿轮减速器传动设计4.
2.1设计参数4..
2.2确定石油机械装置行星减速器的传动形式4
2.3根据给定的传动比确定各轮的齿数.4.
2.4按齿根弯曲强度条件确定模数m.5.
2.5啮合参数的计算.6..
2.6几何尺寸的计算6.
2.7传动效率的计算Z.
2.8装配条件的验算.9..
2.8.1邻接条件9..
2.8.2同心条件9..
2.8.3安装条件9..
2.9强度验算9..
3行星齿轮减速器结构设计15
3.1传动作用力计算15
3.1.3各行星轮作用在轴上的总力及转矩17
3.2轴的设计1.8
3.2.1选择轴的材料1.8
3.2.2按许用扭应力初步估算轴径18
3.2.3轴的结构设计1.8
3.2.4按许用弯曲应力计算轴径19
3.2.5轴的疲劳强度平安因数校核计算20
3.2.6轴的静强度平安因数校核计算21
3.3轴承的选用22
4行星齿轮减速器箱体工艺规程23
4.1零件的分析23
4.1.1零件的功用23
4.1.2零件的工艺分析23
4.2确定零件生产类型24
4.2.1确定零件生产类型24
4.2.2确定零件毛坯制造形式24
4.3定位基准的选择24
4.3.1粗基准的选择24
4.3.2精基准的选择24
4.4零件各外表加工工序确实定24
4.4.1各外表加工工序确实定原那么24
4.4.2拟定工艺路线〔机加工〕24
4.5毛坯余量与工序间余量确实定25
4.6箱体的加工25
结论.3.5.
致谢.3.6.
参考文献37
1绪论
1.1概述
齿轮减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。
减速器绝大多数都是闭式传动装置，按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计，制造和使用特点各不相同。
我国及一些工业化大国的在用减速器数量以百万计，其中80鸠上的中小规格减速器
都直接选用了通用系列或标准化系列产品。
通用减速器由于实现了系列化和标准化，具有便于组织专业化生产，容易形成批量和规模生产，有利于提高产品的生产水品和质量，降低设计和制造本钱，缩短供货周期，容易获得备件，便于维修等许多优点，而成为一般用户的首选产品。
只有在特殊用途或选不到适宜的产品时才考虑设计和选用专用减速器。
通用和专用齿轮减速器在设计方面的一个主要区别是通用减速器齿轮传动的中心距a,传动比i等主要参数为有限个数值的有序分档排列，产品的尺寸和承载能力有规律；专用齿轮减速器那么无规律，需视具体要求进行设计。
另一区别是通用减速器面向各个行业，但只能按一种特定的工况条件设计，选用时用户需根据各自的实际工况采用不同的修正系数去修正。
减速器参数的选择是根据自身的特点为谋求综合的最正确性能而确定的，不可能像专用减速器那样针对每一个具体工况选择不同的参数。
尽管由于产品的系列化和通用化给通用减速器不可防止地带来一些弱点，但这些缺乏与其众多的优点相比是微缺乏道的。
事实上，除了由于经验丰富的技术人员进行设计并由专业商制造外，一般单件小批量生产的专用减速器从设计到制造都很难到达通用减速器的技术指标。
通用减速器的某些缺乏，在专用减速器中也会出现。
因此，努力提高各类减速器的设计制造水品，更好的满足各类用户的广泛需求，仍是广阔齿轮工作者的长期任务。
1.2行星齿轮传动的特点：
〔1〕体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。
一般地，行星齿轮传动的外轮廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2~1/3。
〔2〕传动效率高。
在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达
0.97~0.99。
〔3〕传动比拟大。
在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可到达几千。
〔4〕运动平稳。
总之，行星齿轮传动具有质量小，体积小，传动比及效率高的优点。
因此，行星齿轮传动现已广泛应用于工程机械，冶金机械，起重运输机械，矿山机械，轻工机械，石油化工机械，机床，机器人，汽车，轮船仪表和仪器等各个方面，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经获得了应用。
它几乎可适用于一切功率和转速范围，故目前行星传动技术已经成为世界各国机械传动开展的重点之一。
随着行星传动技术的迅速开展，目前，高速渐开线行星齿轮传动装置所传递的功率已经到达20000kw,输出转矩已经到达4500KN据有关资料介绍，人们认为目前行星传动技术的开展方向如下：
〔1〕标准化。
多品种目前世界上已经有50多个渐开线行星齿轮传动系列设计，而且还演化出多种形式的行星减速器，差速器和行星变速器等多品种产品。
〔2〕硬齿面。
〔3〕高速转速。
〔4〕大规格，大转矩在中低速，重载传动中，传递大转矩的大规格的行星齿轮传动已经有了较大的开展。
行星齿轮传动的缺点是：
材料优质、结构复杂、制造和安装较困难。
1.3齿轮减速器的现状及开展趋势
20世纪70年代末以来，世界减速器技术有了很大开展。
产品开展的总趋势是小型化，高速化，低噪声和高可靠性；技术开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。
到20世纪80年代，国外硬齿面技术已日趋成熟。
采用优质合金钢锻件，渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于GB/T10095.1—2021的六级，综合承载能力为中硬齿面调制齿轮的3—4倍，为软齿面齿轮的4—5倍。
一个中等规格的硬齿面减速器的重量仅为中硬齿面减速器的1/3左右，且噪音低，效率高，可靠性高。
功率分支技术主要用于行星及大功率双分支以及多分支装置，如中心传动的水泥磨的主减速器。
其核心技术是均载。
对通用减速器而言，除了普遍采用硬齿面技术外，模块化设计技术已成为其开展的一个主要方向。
它旨在追求高性能的同时，尽可能的减少零件及毛胚的各种规格和数量，以便于组织生产，形成批量，降低本钱，获得规模效益。
同时，利用根本零件，增加产品的形势和把戏，尽可能多地开发实用的变型设计或派生系列产品，如由一个通用系列派生出多个专用系列；摆脱了传统的单一有底座实心轴输出的安装方式，添加了空心轴输出的无底座悬挂式，浮动支撑底座，电动机与减速器一体式连接，多方位安装面等不同形式，扩大了使用范围。
改革开放以来，我国陆续引进先进加工装备，通过引进，消化，吸收国外先进技术和科研攻关，开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的技术。
材料和热处理质量及齿轮加工精度都有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可以从JB179-1960的8—9级提高到
GB/T10095-2001的六级，高速齿轮的制造精度可稳定在4—5级。
目前我国已可设计制造2800KW的水泥磨减速器，1700m轧钢机各种齿轮减速器。
进入20世纪90年代中后期，国外又陆续推出了更新换代的减速器，不但更突出了模块化设计特点，且在承载能力，总体水品，外观质量等方面又有明显提高。
1.4常用行星齿轮传动的类型及其特点
表1-1常用行星齿轮的传动类型及其特点
型号
传动比
范围
传动效率
传动功率范围
序号
按基本构件命名
按啮合方式命名
传动简图
特点
1
2K-H
NG\ffl
见参考资料3
2.8-12.5
0.97
0.99
不限
加工与装配工艺简单，可用于任何情况下，单级传动，负号机构
2
2K-H
型
NW型
见参考资料3
7-17
0.97
0.99
不限
双联行星轮，加工与装配复杂，可用于任何情况下，负号机构
3
2K-H
型
NN型
见参考资料3
30-100
效率
低
不大
于30
KW
制造精度较高，适用于短期间断作，双内啮合，正号机构
4
2Z-X
型
NGW
型
见参考资料3
2.8-13
0.97
0.99
不限
效率咼，体积小，质量小，结构简单，制造方便。
适用于任何工况下大小率的传动，工作制度不限。
可作为减速，增速及差速装置。
当转臂的转速咼时，行星轮产生很大的离心力应用会受一定限制。
5
NGWN
见参考
资料
20-100
0.8
0.9
短期工作，p不大于
120
结构紧凑，传动范围比拟大，适用于短期的间断工作
6
3Z型
NGWN
见参考
资料
64-300
0.7
0.9
长期工作，p不大于10
结构紧凑，制造安装较方便.
7
NGWN
见参考
资料
20-100
0.7
0.84
与上根本相同
8
3K-H
型
NGWN
见参考资料3
20-100
效率较低
96KW
制造与装配的工艺性不佳，适用于短期间断工作。
9
K-H-V
型
N型
见参考资料3
7-71
0.7
0.94
96KW
齿形及输出机构要求较高
2行星齿轮减速器传动设计
2.1设计参数
试为某石油机械装置设计所需配用的行星齿轮减速器，该行星传动的输出功率
R=1000kw输入转速m=1460r/min，传动比i=210,允许的传动比偏差Sip=0.05，短期间断的工作方式，每天工作16小时，要求使用寿命10年；且要求该行星齿轮传动结构紧凑、外廓吃寸较小和传动效率较高。
2.2确定石油机械装置行星减速器的传动形式
该石油机械装置的工作特点为：
短期间断式工作、传动比大，结构要求要紧凑、外廓尺寸小、重量轻，传动效率比拟高。
而3K型传动较适合于短期间断式工作，其传动比大，结构也紧凑、重量轻，应选用3K型传动较合理。
图2-1为3K型行星齿轮减速器结构示意图。
图2-13K型行星齿轮减速器结构示意图
2.3根据给定的传动比确定各轮的齿数
根据已给定的传动比i=210,且选取行星轮数目np=3。
查参考文献［1］表6-4得各轮齿数乙=18,Zb=198,Ze=189,Zg=90,Zf=81
其传动比为i=210,其传动比误差为
ip-|
210-210
210
=0：
：
：
、：
ip=0.05
故满足传动比误差要求。
据给定的传动比ip=210,最后确定该石油机械装置行星减速器各轮齿数为乙=18,
Zb=198,Ze=189,Zg=90,Zf=81。
2.4按齿根弯曲强度条件确定模数m
根据某石油机械装置对其行星齿轮减速器的强度、速度及精度的要求，该行星齿轮减速器的齿轮材料均为合金调质钢，经过调质处理后，其硬度HB〈350为软齿面。
由于该行星齿轮减速器具有短期间断的工作特点，故可按齿根弯曲强度条件的设计公
式可确定其模数m即
Yf1Ys1
2KKfpT1
""2"
bZ1；-fp1
由于3K型传动有三个啮合齿轮副：
a-g、b-g和e-f。
在此先按高速级a-g齿轮副进行模数m■的初算
首先求得转矩T1，即
Ta
np
式中，输入轴作用在a轮上的转矩Ta为
6Pa610006
Ta=9.5510—^9.5510N=6.5410N
na1460
即得
6
6.5410
3
=2.18106（N.mm）
由参考文献［12］公式〔7.8〕和参考文献［1］表7-2――7-4可得：
载荷系数K=1.98;由参考
文献［12］公式〔8.11〕求得：
Kfp=1.53
按Xa=0由参考文献［12］表7-1和7-2查得：
Yf1=2.9和Y®=1.52。
由参考文献［12］表7-7初步选取fp1=470N/mm2初选b*=2。
代入公式（2.2），那么
321.981.532.181062.91.52
m_325.76mm
\2"82汉470
取模数m=6
2.5啮合参数的计算
如前所述，该行星减速器具有三个啮合齿轮副：
a-g、b-g、e-f；而各齿轮副的标准
中心距为
11
aagm（ZaZg）6（1890）=324mm
11
abgm（Zb-Zg）6（198-90）=324mm（2.5）
11
aefm（Ze-ZJ6（189-81）=324mm
因此三齿轮副的标准中心距相等，无需进行角度变位。
2.6几何尺寸的计算
根据参考文献［12］表5-2公式对该3K型行星齿轮减速器进行几何尺寸的计算。
现将各齿轮副几何尺寸的计算结果列入表2-1中。
表2-1行星齿轮减速器各齿轮副的几何尺寸
内容
计算公式
a-g啮合
b-g啮合
e-f啮合
分度圆直径db
4=mzd2=mz2
4=108
d1=540
4=486
d2=540
d2=1188
d2=1134
齿顶咼ha
外啮合ha1=ha2=h；m
也1=6
ha1=6
ha1=6
内啮合ha1=ham
ha2=（1-7.6/z2）ham
ha2=5.49
ha2=5.77
ha2=5.76
齿根高hf
hf=（h；+cjm=1.25m
hf=7.5
hf=7.5
hf=7.5
齿全咼h
h=l%+hf
h1=13.5耐=12.99
h=13.5
0=13.27
A=13.5
0=13.26
齿顶圆直径da
da1=（Z1+2ha）mda2=（Z2+2hT）m
da1=120da2=552
da1=552
da2=1200
da1=498
da2=1146
续表2-1
内容
计算公式
a-g啮合
b-g啮合
e-f啮合
齿根圆直径df
df1=（乙一2忙-2cjm
df1=93
df1=525
df1=471
df2=（Z2-2ha_2c"）m
df2=525
df2=1173
df2=1119
db1=4cosot
db1=101.49
db1=507.43
db1=456.69
基圆直径
db2=d2cosa
db2=507.43
db2=1116.35
db2=1065.61
中心距a
m0乜〕
a=324
a=864
a=810
a—
2
2.7传动效率的计算
nb
因为b轮的节圆直径大于e轮的节圆直径，故该行星减速器的传动效率ae可采用参考文
式〔2.6〕
式〔2.7〕
式〔2.8〕
献［12］表3-4中的公式进行计算，即
nb-
0.98
ae
・b
1+
lae1
（pH
be
1+p
：
i；e=210和p=互=11z
其啮合损失系数
二H=耳••:
H亠门H
be一zbze
〔pH〔pH
式中，zb和ze可按参考文献［12］公式〔3-74〕计算，即有
H11
：
.2.3fz〔---〕ZgZ.
H11
史=2.3fz〔—-一〕
ZfZe
式〔2.9〕
式〔2.10〕
取轮齿的啮合摩擦系数fz=0.1，且将Zb=198,Ze=189,Zg=90,Zf=81带入公式〔2.9〕
和〔2.10〕得
11
Zb-2.30.1〔〕=0.0014
zb90198
11
Ze=2.30.1〔〕=0.0016
81189
即有
洛二ZbZe=0.00140.0016二0.003
所以，其传动效率为
b
ae
0.98
210
1+1x0.003
1+11
-0.93
一*1b
再考虑到行星轮g、f滚动轴承的摩擦损失，约减少ae的2%；那么得考虑到啮合和轴
承损失后的传动效率为
巾二：
〔1一2%〕=0.93〔1—0.02〕=0.91
式〔2.11〕
最后，验算当e轮输入而进行逆运转时，该3K型行星减速器是否自锁。
计算其逆传
动的效率可按参考文献[12]3-4中的公式〔2〕计算，即
吧=0.98〔1-|肯|唸〕
将i，210^11和be=0.003代入公式〔2-12〕得
0.003〕=0.93>0
式〔2.12〕
；e=0.98〔1-
210
111
可见，当e轮输入进行逆运转时，该行星减速器不会产生自锁。
的增大，当e轮输入而进行逆运转时，该行星减速器将会产生自锁。
由自锁条件；
b
但是，随着其传动比iae
b
ae
=0.98〔1-|*J吧〕兰0
式〔2.13〕
可得;
i：
-4000
由此可见，当3K型行星传动的传动比心-4000时，其逆运动才可能产生自锁
2.8装配条件的验算
对于设计石油机械装置行星减速器应满足如下的装配条件:
2.8.1邻接条件
按参考文献［12］公式〔6.1〕验算其邻接条件，即
式〔2.14〕
dag:
:
2a'sin一
将的dag，a'和np值代入公式〔2.14〕，即得
.180
sin
552<23243=561.2
那么满足邻接条件
2.8.2同心条件
按参考文献［12］公式〔6.14〕验算该3K型行星传动的同心条件，即
Za-ZgZb-ZgZe-Zf
'—'—'
cos%cos%cos^e式〔2.15〕
各齿轮的啮合角均为20度，且知乙=18,Zb=198,Ze=189,Zg=90,乙=81,代入公式
（2.15）得
18+90=198-90=189-8仁108
所以，满足同心条件
2.8.3安装条件
按参考文献［1］公式〔6.26〕验算其安装条件，即得
Za互
np
18198
3
zb
Ze
198
189
口9129整数〕
式〔2.16〕
式〔2.17〕
所以，满足安装条件
2.9强度验算
根据该石油机械装置行星减速器具有短期间断的工作特点以及结构紧凑、外廓尺寸较小和传动比大等要求，分别选用各齿轮的材料热处理极其硬度列于表2-2。
表2-2各齿轮的材料热处理极其硬度
名称
材料牌号
热处理
硬度
抗拉强度极限Q
b（N/mm2）
屈服极限
a
S（N/mm2）
中心轮a
35CrMnSiA
调质
HB255-300
900
720
行星轮f
35CrMnSiA
调质
HB241-286
820
640
行星轮g
35CrMnSiA
调质
HB241-286
820
640
内齿轮e
40CrNiMoA
调质
HB255-300
900
720
内齿轮b
40CrMoA
调质
HB241-286
820
640
对于具有短期间断工作特点的3K型行星传动，仅需按参考文献［12］公式（7.17）和（7.18）进行轮齿弯曲强度的验算。
其许用弯曲应力（7Fp可按参考文献［1］公式（7.20）求
得。
现将该3K型传动按照三个齿轮副a-g、b-g和e-f分别验算如下：
2.9.1a-g齿轮副
先按参考文献［12］公式（7.17）计算小齿轮a的齿轮弯曲应力，即
-F1
2KKfpT
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