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行星齿轮传动结课论文

行星齿轮传动结课论文

——行星齿轮传动学习报告

学院：

机械学院

专业：

机械设计及理论

学号：

姓名：

摘要:

与普通定轴齿轮传动相比，行星齿轮传动具有体积小、质量轻、传动比大、承载能力大、传动平稳及传动效率高等优点。

行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率的场合，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，因此它在现代机械传动的发展中有着比较重要的作用。

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。

关键词：

行星齿轮，减速，传动，机械

1.概述

渐开线行星齿轮传动既具有功率分流又具有动轴线的运动特点，同时还合理使用了内啮合，使其相对轴线齿轮传动具有很多优点，如结构紧凑、承载能力大、效率高、工作平稳、适用范围广，因此渐开线行星齿轮传动在工程中得到了广泛使用。

近代渐开线行星齿轮传动在结构设计上取得了一系列突破，其中的重大突破是成功使用了均载机构，从而解决了由于制造、装配和构件变形等原因引起的减速器的各行星轮之间的载荷分配不平均的问题，使功率能够在各个行星轮之间进行均匀分流从而使行星齿轮传动日趋完善。

我国的行星齿轮传动有许多年的发展历史。

大约在20世纪60年代，我国开始对行星齿轮传动开展了比较全面、系统的设计、研究和制造的工作。

1976年颁布NGW行星齿轮减速器系列（GB1799-76）标准，分一级、二级、三级三个系列，最大输入功率为1314KW，最大输出扭矩为50240Nm，重量为0.128~1.75吨，传动比最大可达2000，但该系列减速器精度低，局限于中小功率范围。

对大型的行星减速器的研究及试制是在八十年代开始的，1986年西安重型研究所研制了几个型号的大中功率的行星齿轮减速器，由内蒙古新生机械厂投入生产，但单位重量的输出指标仍比国外产品低许多。

大约九十年代中期，北京行星齿轮减速器厂着手引进西德伦克公司部分规格的中大型减速器，该厂在仿制、技术吸收及各项基础实验的基础上，参照国外标准，制定了自己的系列产品标准，并投入了生产。

该厂在引进技术的同时，也引进了一些关键设备，如磨齿机、滚齿机、3m的渗碳炉以及齿轮测量仪等。

材料方面引进了伦克齿轮公司的17CrNiMo6和30CrNiMo8的齿轮材料技术。

在行星齿轮传动和普通齿轮传动减速器的材料、性能、制造精度和工作状况等相同的情况下，行星齿轮传动与普通齿轮传动相比具有承载能力大，结构体积小，重量轻，振动小，噪声低，传动比大，效率高等优点。

目前，国内外行星齿轮减速器的发展趋势主要体现在这几方面：

（1）动特性研究：

包括震动、噪声，考虑行星减速器的各个构件间的运动副间隙时的动特性研究、传动精度、传动效率等。

（2）均载机构的研制。

目前均载机构的种类有多种多样，有些已经发展得较完善，然后对行星减速器的均载机构的动力特性和均载效果进行系统、全面的分析和测定从而找出最好、最完美的均载方案，仍是人们追求的目标。

（3）标准化、多品种。

国内外目前有50多个渐开线行星齿轮传动系列，为满足各行业的多种需要，仍需研制、开发新系列、新品种。

（4）行星减速器的齿面的硬度变得越来越高、齿形精度也变得很高。

采用很硬的齿面、较高的精度，不仅可以提高减速器的各齿轮的承载能力，使齿轮尺寸能够进一步减小，从而降低了成本。

（5）高速度、大功率。

与普通定轴齿轮相比，行星传动在高速情况下运转平稳，传递功率大，因而正逐步取代普通定轴齿轮传动。

（6）大规格、大转矩。

大功率、大吨位、高承载能力的行星齿轮传动比相同功率的定轴齿轮传动的经济效益更明显。

（7）低噪音、低振动。

降低减速器传动的噪音，提高减速器运转的平稳性，也就是一个重要的发展方向。

当要求的传动比很大时，一对齿轮传动难以实现，而采用多级齿轮组成的定轴轮系虽然可实现大传动比传动，但由于齿轮和轴的增多，结构复杂，效率低。

而采用行星轮系则只需很少几个齿轮便可获得很大的传动比，且结构十分紧凑，效率高，一般效率可达0.97~0.99。

由于具备上述一系列优点，行星齿轮传动已成为世界各国机械传动发展的重要传动之一。

在对体积、重量、传动效率等方面要求较高的航空机械、起重机械和兵器传动装置中，行星齿轮传动的应用越来越广泛。

由于行星齿轮传动与普通齿轮传动相比具有传动比高、体积小、效率高、振动低、噪音小等这么多优点，在机械行业中的应用郑变得越来越广泛。

但是传动行星齿轮设计方法存在明显的局限性。

1）传统设计以静态设计为主，随着科学技术的发展，使人们对设备的动态性能提出了更高的要求，传统的静态设计方法逐渐不饿能够适应设计的要求。

2）传统设计忽略了设计目标的多样性。

衡量行星齿轮传动优劣的指标是多样的，它包括体积、中心距、承载能力等，而且各个设计目标之间还相互制约、相互影响，特别是对于复杂系统更是如此。

然而，在传统的行星齿轮设计中，通常只考虑一个主要目标而忽视其他目标对整体结构的影响。

3）传统设计，设计的周期长、设计效率低。

传统设计往往要经过反复多次的修改才能找到较为满意的设计方案，工作量大，开发周期长，直接影响企业的经济效益，难以适应现代社会的发展节拍，无法适应市场经济产品激烈竞争的生存环境。

2.国内外研究现状

行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，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；这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。

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机械、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗机械、仪器仪表、汽车、船舶、兵船和航空航天等工业部门均获得了日益广泛的应用[1]。

近20多年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员积极地吸收和消化，与时俱进、开拓创新地努力奋进，使得我国的行星传动技术有了迅速发展。

目前，在我国已有许多的机械设计人员开始研究分析和应用上述的新型行星传动技术，并期待着能有一本针对上述的新型行星齿轮传动设计、内容充实和科学实用的专门著作。

在国外几乎所有工业发达的国家都有行星减速器系列产品，行星齿轮减速器一方面向制造精度高，承载能力大的方向发展。

如西德德玛克样本有输入功率为22.4~52200KW的系列；捷克齿轮公司有PF系列，输出扭矩为5300~3250000NM;瑞士马克公司样本有1500~10440KW系列；另外美国、法国、日本等国家都有行星减速器系列产品。

另一方面，减速器用于精密机械，如美国Setan公司生产的某些机器人用高刚度减速器，额定转矩达1000Nm，齿廓侧隙0.5分，扭矩刚度大于450Nm。

日本在摆线针轮行星减速器领域，技术力量雄厚，发展水平高。

齿轮的强度计算也日趋完善，设计方法在逐渐向现代设计方法过度，如噪声、振动控制、优化设计、增加动态计算和概率设计等内容。

在齿轮传动系统中，行星架减速器的中心齿轮作为承担载荷和传递动力的主要部件，工程中经常遇到轮齿断裂、大变形等情况，因此，很有必要研究行星减速器的动力学行为以及齿轮的受力情况，从而为进一步分析优化奠定了坚实的基础。

尽管国内外学者对行星减速器的研究取得了很大的成功，但很多研究仅限于结构比较简单的型号的行星减速器，研究的很多方面还需要进一步关联起来，形成一个系统、完善的设计过程。

3.行星齿轮系的组成及分类

行星齿轮传动，一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回转的齿轮传动。

行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳；但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。

3.1行星齿轮系的组成

在齿轮系中，凡具有自转和公转的齿轮，则称为行星齿轮。

轮系可由各种类型的齿轮副组成。

由锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆蜗轮组成的轮系，称为空间轮系；而由圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。

行星齿轮机构主要由行星齿轮、内齿圈、天阳轮、行星架组成，如图3-1所示。

图3-1行星齿轮机构的组成

一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回转的齿轮传动。

行星轮 c既绕自身的轴线回转,又随行星架x绕固定轴线回转。

太阳轮a、行星架和内齿轮b都可绕共同的固定轴线回转，并可与其他构件联结承受外加力矩，它们是这种轮系的三个基本件。

三者如果都不固定，确定机构运动时需要给出两个构件的角速度，这种传动称差动轮系；如果固定内齿轮b或太阳轮a，则称行星轮系。

通常这两种轮系都称行星齿轮传动。

3.2行星齿轮系的分类

1.根据齿轮系运转时其各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，齿轮传动分为两大类型。

（1）普通齿轮传动（定轴轮系）

当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何轴线位置都是固定不变的，则称为普通齿轮传动（或称定轴轮系）。

在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均互相平行，则称为平行轴齿轮传动，如图3-2所示；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副或一个相错轴齿轮副，则称为不平行轴齿轮传动（空间齿轮传动），如图3-3所示。

图3-2平面齿轮传动

图3-3空间齿轮传动

（2）行星齿轮传动（行星轮系）

当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定，而绕着其他齿轮的几何轴线旋转，即在该齿轮系中，至少具有一个作行星运动的齿轮。

2.按其自由度的数目，行星齿轮传动可分为以下两种。

（1）简单行星齿轮传动

具有一个自由度（W=1）的行星齿轮传动，如图3-4所示。

对于简单行星齿轮传动，只需要知道其中一个构件的运动后，其余各构件的运动便可以确定。

（2）差动行星齿轮传动

具有两个自由度（W=2）的行星齿轮传动，即它是具有三个可动外接构件（a、b和x）的的行星轮系，如图3-5所示。

对于差动行星齿轮传动，必须给定两个构件的运动后，其余构件的运动才能确定。

图3-4简单行星齿轮系图3-5差动齿轮系

4.行星齿轮传动的原理和特点

4.1行星齿轮传动的原理

行星齿轮减速其实就是齿轮减速的原理，它有一个轴线位置固定的齿轮叫中心轮或太阳轮，在天阳轮边上有轴线变动的齿轮，即既作自转又作公转的齿轮叫行星轮，行星轮有支持构件叫行星架，通过行星架将动力传到轴上，再传给其他齿轮。

它们由一组若干个齿轮组成一个轮系。

只有一个原动件，这种周转轮系称为行星轮系[2]。

4.2行星齿轮传动的特点

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。

行星齿轮传动的主要特点如下[3]。

（1）体积小、质量小，结构紧凑，承载能力大

由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副，因此可使其结构非常紧凑。

再由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所承受的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。

此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其体积小，质量小，结构非常紧凑，且承载能力大。

一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2～1/5（即在承受相同的载荷条件下）。

（2）传动效率高

由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。

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）传动比较大，可以实现运动的合成与分解

只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。

在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。

应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。

而且，它还可以实现运动的合成与分解以及实现各种变速的复杂的运动。

（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强

由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的性力相互平衡。

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，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。

总之，行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大及效率高（类型选用得当）等优点。

因此，行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、火炮、飞机、轮船、仪器和仪表等各个方面。

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成为世界各国机械传动发展的重点之一。

随着行星传动技术的迅速发展，目前，高速渐开线行星齿轮传动装置所传递的功率已达到20000KW，输出转矩已达到4500KN·m。

据有关资料介绍，人们认为目前行星齿轮传动技术的发展方向如下。

（1）标准化、多品种目前世界上已有50多个渐开线行星齿轮传动系列设计；而且还演化出多种型式的行星减速器、差速器和行星变速器等多器种的产品。

（2）硬齿面、高精度行星传动机构中的齿轮广泛采用渗碳和氮化等化学热处理。

齿轮制造精度一般均在6级以上。

显然，采用硬齿面、高精度有利于进一步提高承载能力，使齿轮尺寸变得更小。

（3）高转速、大功率行星齿轮传动机构在高速传动中，如在高速汽轮中已获得日益广泛的应用，其传动功率也越来越大。

（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有了较大的发展。

行星齿轮传动的缺点是：

材料优质、结构复杂、制造和安装较困难些。

但随着人们对行星传动技术进一步深入地了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高。

因此，对于它的制造安装问题，目前已不再视为一件什么困难的事情。

实践表明，在具有中等技术水平的工厂里也是完全可以制造出较好的行星齿轮传动减速器。

5.行星齿轮传动的应用

齿轮传动在各种机器和机械设备中已获得了较广泛的应用。

例如，起重机械、工程机械、冶金机械、建筑机械、石油机械、纺织机械、机床、汽车、飞机、火炮、船舶和仪器、仪表中均采用了齿轮传动[4]。

具体应用：

我们知道，汽车发动机只有一个，而车轮有四个。

发动机的转速扭矩等特性与路面行驶需求大相径庭。

要把发动机的功率适当地分配到驱动轮，可以利用行星齿轮的上述特性。

如自动变速器，也是利用行星齿轮的这些特性，通过离合器和制动器改变各个构件的相对运动关系而获得不同的传动比。

参考文献

[1]饶振纲.行星齿轮传动设计[M].化学工业出版社，2003.

[2]张学义.行星齿轮减速器优化设计[J].机械，2000,27（I）:

68-69

[3]郑玉和.NGWN型行星减速器的优化设计[J].机电技术，2007,49（3）：

49-51.

[4]张幼军.行星齿轮减速器的优化设计[J].设计与研究，2008（10）：

19-22.