采煤機(jī)牽引部行星減速器設(shè)計(jì)【含14張CAD圖紙】

采煤機(jī)牽引部行星減速器設(shè)計(jì)【含14張CAD圖紙】,含14張CAD圖紙,采煤,牽引,行星減速器,設(shè)計(jì),14,CAD,圖紙 摘 要 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是采煤機(jī)牽引部行星減速器。在此設(shè)計(jì)中我們采用了串聯(lián)式組合行星傳動(dòng)。它的特點(diǎn)是前一個(gè)輪系的輸出構(gòu)件與后一個(gè)輪系的輸入構(gòu)件相固接。這種組合行星傳動(dòng)具有更廣的增矩和變速范圍，可以獲得大的傳動(dòng)比，可以實(shí)現(xiàn)功率的分流、匯合和反饋等。因此，這種組合行星傳動(dòng)在現(xiàn)代機(jī)械中得到日益廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)充分吸收了該型傳動(dòng)近期的設(shè)計(jì)資料，廣泛采用了較先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)明、系統(tǒng)、實(shí)用，堅(jiān)持理論與實(shí)際相結(jié)合、設(shè)計(jì)與計(jì)算相結(jié)合、一般傳動(dòng)與新型傳動(dòng)相結(jié)合。在結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其傳動(dòng)效率可達(dá)97-99%。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和抗振動(dòng)的能力較強(qiáng)。由于采用幾個(gè)相同的行星輪，且均勻分布在中心輪的四周，因而能達(dá)到慣性力平衡。行星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的缺點(diǎn)是：制造精度要求高，安裝比較困難。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工藝水平的進(jìn)步，其缺點(diǎn)是可以克服的。 關(guān)鍵詞：太陽(yáng)輪；行星輪；內(nèi)齒圈；減速器；應(yīng)用 ABSTRACT The main content of this essay is about haulage unit planetary gear reducer on coal mining machine.In this design the series connection planet gear is employed. The trait of this machine is that one former input part of wheel train is linked to one latter input part. This train gives larger range of trans-speed and other parameters, therefore it is more and more widely used in modern mechanics. By absorbing the new design material on this type and employing advanced ways of calculation and new station standard, this essay is made easy to understand and easy to use. If properly framed the transmission efficiency can go up to 97~99%. Also can it promised the good stability of motion and resistance to batter and quack and balance of inertial force. This machine has short backs too that it requires high technology level, is hard to install. However such would overcome in near future under the development of technology. Key words: The Sun Wheel; Planetary Wheel; The Interior Tooth Is Enclosed; Decelerator; Application 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第1章 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2 行星輪系 1 1.2.1 輪系 1 1.2.2 周轉(zhuǎn)輪系的種類(lèi) 2 1.3 行星齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型 2 1.3.1 行星傳動(dòng)類(lèi)型的選擇 2 1.3.2 發(fā)展概況與方向 3 第2章 行星齒輪傳動(dòng)的嚙合計(jì)算 4 2.1 行星齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)選擇 4 2.2 確定各齒輪參數(shù) 6 2.3 各齒輪傳動(dòng)速度 8 2.4 花鍵的選擇 8 2.5 行星傳動(dòng)承載能力計(jì)算 9 2.6 本章小結(jié) 10 第3章 齒輪精度與失效形式 11 3.1 齒輪精度的選擇 11 3.2 齒輪傳動(dòng)的失效形式 11 3.2.1 齒面點(diǎn)蝕 12 3.2.2 輪齒的折斷 12 3.2.3 齒面磨損 13 3.2.4 齒面膠合 13 3.2.5 齒面塑性流動(dòng) 14 3.3本章小結(jié) 14 第4章 均載方法與裝置 15 4.1 均載方法 15 4.2 均載裝置 15 4.3 本章小結(jié) 16 第5章 行星傳動(dòng)中的校核計(jì)算 17 5.1 齒輪的校核 17 5.1.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 17 5.1.2齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度較核計(jì)算 19 5.2 軸的校核計(jì)算 22 5.3本章小結(jié) 25 第6章 其它構(gòu)件的設(shè)計(jì) 26 6.1 行星架的設(shè)計(jì) 26 6.2 行星輪支撐結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)分析 26 6.3行星減速器機(jī)體結(jié)構(gòu) 27 第7章 行星輪的傳動(dòng)效率 29 7.1 概述 29 7.2傳動(dòng)效率的計(jì)算 29 7.3本章小結(jié) 31 第8章 經(jīng)濟(jì)效益分析論證 32 8.1 方案分析 32 8.2 經(jīng)濟(jì)分析 32 8.3本章小結(jié) 33 參考文獻(xiàn) 35 致 謝 36 IV 第1章 緒 論 1.1 概述 行星齒輪傳動(dòng)是一種新型高效的傳動(dòng)型式，它與普通定軸齒輪傳動(dòng)相比有承載能力大、體積小、效率高、重量輕、傳動(dòng)比大、噪聲小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、便于維修等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)行星傳動(dòng)可以把能量由一根主動(dòng)軸傳給若干根從動(dòng)軸，這些從動(dòng)軸角速度的關(guān)系在工作時(shí)可變化。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是采煤機(jī)機(jī)牽引部行星減速器。在此設(shè)計(jì)中采用了行星傳動(dòng)。它的特點(diǎn)是前一個(gè)輪系的輸出構(gòu)件與后一個(gè)輪系的輸入構(gòu)件相固接。這種組合行星傳動(dòng)具有更廣的增矩和變速范圍，可以獲得更大的傳動(dòng)比，可以實(shí)現(xiàn)功率的分流、匯合和反饋等。因此，這種組合行星傳動(dòng)在現(xiàn)代機(jī)械中得到日益廣泛的應(yīng)用。充分吸收了該型傳動(dòng)近期的設(shè)計(jì)資料，廣泛采用了較先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 目前，我國(guó)行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距正在縮小，不僅理論研究和設(shè)計(jì)能力有所增強(qiáng)，而且制造技術(shù)和測(cè)試手段也逐步提高。行星齒輪傳動(dòng)深受用戶(hù)歡迎，隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，行星傳動(dòng)已被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、水泥、汽車(chē)、起重、機(jī)床、化工、電力等機(jī)械上。 1.2 行星輪系 1.2.1 輪系 由一系列齒輪組成的傳動(dòng)裝置稱(chēng)齒輪機(jī)構(gòu)或輪系，是應(yīng)用最廣泛的機(jī)械傳動(dòng)形式之一。根據(jù)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各齒輪的幾何軸線(xiàn)相對(duì)位置是否變動(dòng)，可將輪系分為下列幾種基本類(lèi)型： 1.定軸輪系 當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若組成該輪系的所有齒輪的幾何軸線(xiàn)位置是固定不變的，稱(chēng)為定軸輪系或普通輪系。 2.周轉(zhuǎn)輪系 當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若組成輪系的齒輪中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線(xiàn)不固定，而繞著另一個(gè)齒輪的幾何軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)者，稱(chēng)為周轉(zhuǎn)輪系。 周轉(zhuǎn)輪系的組成： 1）行星輪 在周轉(zhuǎn)輪系中作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2）轉(zhuǎn)臂 支承行星輪并使其公轉(zhuǎn)的構(gòu)件。 3）中心輪 與行星輪相嚙合而其軸線(xiàn)又與主軸線(xiàn)相重合的齒輪。通常又將最小的外齒中心輪稱(chēng)為太陽(yáng)輪，而將固定不動(dòng)的中心輪稱(chēng)為支持輪（內(nèi)齒輪）。 4）構(gòu)件 轉(zhuǎn)臂H繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線(xiàn)稱(chēng)為主軸線(xiàn)。凡是軸線(xiàn)與主軸線(xiàn)重合而又承受外力矩的構(gòu)件稱(chēng)為基本構(gòu)件。 1.2.2 周轉(zhuǎn)輪系的種類(lèi) 周轉(zhuǎn)輪系按其平面機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目，可分為行星輪系和差動(dòng)輪系兩種。 1.行星輪系 將周轉(zhuǎn)輪系的中心輪之一固定于機(jī)殼，其他兩個(gè)基本構(gòu)件分別為主動(dòng)構(gòu)件和從動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，都是行星輪系。 2.差動(dòng)輪系 周轉(zhuǎn)輪系三個(gè)基本構(gòu)件都可以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就成為差動(dòng)輪系。 工程上習(xí)慣將行星輪系和差動(dòng)輪系的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為行星齒輪傳動(dòng)。 1.3 行星齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型 1.3.1 行星傳動(dòng)類(lèi)型的選擇 擁有兩個(gè)中心輪（2K）、一個(gè)轉(zhuǎn)臂（H）的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的代號(hào)為2K-H。根據(jù)手冊(cè)及多年來(lái)工廠(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)踐，選擇NGW型（行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)JB/T6502-1993），其中按首字漢字拼音N-內(nèi)嚙合，W-外嚙合，G-內(nèi)外嚙合公用行星齒輪，該類(lèi)型由內(nèi)嚙合和公用行星輪組成。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向尺寸小、工藝性好、效率高，然而傳動(dòng)比小。但NGW型能多級(jí)串聯(lián)從而形成傳動(dòng)比大的輪系，這樣便克服了單級(jí)傳動(dòng)比較小的缺點(diǎn)。 1）NGW型 該型由內(nèi)外和公用行星齒輪組成。 2）NW型 該型由一對(duì)內(nèi)嚙合和一對(duì)外嚙合組成。由于把行星輪做成雙聯(lián)輪，使其為雙排內(nèi)外嚙合而沒(méi)有公用齒輪。 3）WW型 該型由雙排兩對(duì)外嚙合齒輪組成。其突出特點(diǎn)是能通過(guò)調(diào)整四個(gè)齒輪的齒數(shù)，輕而易舉的得到1.2至數(shù)千范圍的傳動(dòng)比.但效率低。 4）NN型 該型由雙排兩對(duì)內(nèi)嚙合齒輪組成，通過(guò)調(diào)整行星齒輪與中心輪的齒數(shù)關(guān)系，可以得到的傳動(dòng)比范圍較大，但效率低。 5）NUWGW型 該型由兩對(duì)外嚙合錐齒輪組成，有一個(gè)公用行星輪。 1.3.2 發(fā)展概況與方向 我國(guó)早在南北朝時(shí)代，祖沖之發(fā)明了有行星齒輪的差動(dòng)式指南車(chē)。因此我國(guó)行星齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用比歐美各國(guó)早1300多年。 19世紀(jì)以來(lái)，隨著機(jī)械工業(yè)特別是汽車(chē)和飛機(jī)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)行星齒輪的發(fā)展有很大影響。1920年首次成批制造出行星齒輪傳動(dòng)裝置，并首先用汽車(chē)的差速器。1938年起集中發(fā)展汽車(chē)用的行星齒輪傳動(dòng)裝置。二戰(zhàn)后，高速大功率船艦、航空發(fā)動(dòng)機(jī)及工程機(jī)械的發(fā)展，促進(jìn)行星齒輪傳動(dòng)的發(fā)展。 我國(guó)從20世紀(jì)60年代起開(kāi)始研制應(yīng)用行星齒輪減速器，20世紀(jì)70年代制訂了NGW型行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列JB1799-1976。一些專(zhuān)業(yè)定點(diǎn)廠(chǎng)已成批生產(chǎn)了NGW型產(chǎn)品使用效果很好。 發(fā)展方向 1）速大功率及低速大轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)展。 2）向無(wú)級(jí)變速行星齒輪傳動(dòng)發(fā)展。 3）向復(fù)合式行星齒輪傳動(dòng)發(fā)展。 4）向少齒差行星齒輪傳動(dòng)發(fā)展。 5）制造技術(shù)的發(fā)展方向。 第2章 行星齒輪傳動(dòng)的嚙合計(jì)算 2.1 行星齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)選擇 行星傳動(dòng)各輪齒數(shù)不能隨意選取，必須根據(jù)行星傳動(dòng)的特點(diǎn)，滿(mǎn)足一定條件，才能進(jìn)行正常傳動(dòng)。 由文獻(xiàn)[5]查得，行星齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)選擇一般應(yīng)滿(mǎn)足以下四個(gè)條件： 1.傳動(dòng)比條件 1） NGW型的傳動(dòng)比條件 （2.1） （2.2） 2.鄰接條件 在行星傳動(dòng)中，為了提高承載能力，減少機(jī)構(gòu)尺寸，并考慮到動(dòng)力學(xué)的平衡問(wèn)題，常在太陽(yáng)輪與內(nèi)齒輪之間均勻、對(duì)稱(chēng)地布置幾個(gè)行星輪。為使相鄰兩個(gè)行星齒輪不相碰撞，要求其齒頂圓間有一定的間隙，即為鄰接條件。假設(shè)相鄰兩個(gè)行星輪中心之間的距離為，最大行星輪齒頂圓直徑為，則鄰接條件為：即： （2.3） 式中，—行星輪數(shù)目； —齒合副中心距； —行星輪齒頂圓直徑； 相鄰接兩行星輪間的最小間隙值可?。? =0.5mm （2.4） 式中，m—齒輪模數(shù)（mm）。 所以可得按鄰接條件所許的行星輪數(shù)目： （2.5） 3.同心條件 行星傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)為輸入與輸出是同軸線(xiàn)的，即各中心輪的軸線(xiàn)與行星架軸線(xiàn)是重合的。為保證中心輪和行星架軸線(xiàn)重合條件下的正確嚙合，由中心輪和行星輪組成的各嚙合副的實(shí)際中心距必須相等，則為同心條件。 4.裝配條件 一般行星傳動(dòng)中,行星輪數(shù)目大于1。要使幾個(gè)行星輪能均勻裝入,并保證與中心輪正確嚙合而沒(méi)有錯(cuò)位現(xiàn)象,所應(yīng)具備的齒數(shù)關(guān)系即為裝配條件。 NGW型的裝配條件： 當(dāng)行星輪個(gè)數(shù)＞1時(shí)，第一個(gè)行星輪裝入并與兩個(gè)中心輪嚙合以后，兩個(gè)中心輪的相對(duì)位置就被確定了。若再要均勻第裝入其它行星輪，就必須滿(mǎn)足一定條件。相鄰兩行星輪所夾的中心角為。設(shè)第一個(gè)行星輪在位置I裝入與兩中心輪嚙合,然后將行星架H順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角度,既讓轉(zhuǎn)到位置Ⅲ在這其間,中心輪a轉(zhuǎn)過(guò)角度由傳動(dòng)比確定,既=為了在位置裝入行星輪,要求此時(shí)中心輪a在位置I的相應(yīng)輪和它轉(zhuǎn)動(dòng)角之前的位置完全相同。也就是說(shuō),中心輪轉(zhuǎn)過(guò)的角必須為其周節(jié)所對(duì)的中心角的整倍數(shù)M,即,將值代入上式可得： （2.6） 只要此式能夠滿(mǎn)足，就可在位置I再裝入行星輪。同樣操作也可在位置I再裝入其它行星輪。此式表明NGW型行星傳動(dòng)得裝配條件與行星輪齒數(shù)無(wú)關(guān)。 5．其它條件 1）輪齒強(qiáng)度 在考慮到輪齒強(qiáng)度方面得要求而又不增大傳動(dòng)的尺寸和重量時(shí)，若承載能力取決于齒面接觸強(qiáng)度，則各輪齒數(shù)取較多齒數(shù)得組合方案是合理的；若承載能力取決于齒根彎曲強(qiáng)度，則各輪齒數(shù)取決于較少齒數(shù)得組合方案是適宜的。 行星傳動(dòng)中，小齒輪的最大齒數(shù)Z1max應(yīng)保證齒輪有足夠的彎曲強(qiáng)度條件推薦的Z1max值，小齒輪的硬度等于或大于大齒輪的硬度。 行星傳動(dòng)中小齒輪最小齒數(shù)Z1min對(duì)于硬度大于350HBS的硬齒面，推薦Z1min≥12。 2）嚙合質(zhì)量 高速重載的行星傳動(dòng)中，為減少運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)和噪聲，使傳動(dòng)有良好的工作平穩(wěn)性，在各對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)之間，應(yīng)當(dāng)沒(méi)有公約數(shù)，即互為質(zhì)數(shù)；中心輪的齒數(shù)也不宜為行星輪數(shù)目的整數(shù)倍。 3）齒形加工 齒形加工一般應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則：大于100的質(zhì)數(shù)齒的齒輪盡量少用，因?yàn)榍旋X時(shí)機(jī)床調(diào)整比較困難；當(dāng)采用插齒和剃齒時(shí)，任何一個(gè)齒輪的齒數(shù)都不應(yīng)是插齒刀或剃齒刀齒數(shù)的倍數(shù)。 6.確定各輪齒數(shù) 對(duì)于NGW型傳動(dòng)的齒數(shù)，首先確定附和鄰接條件的行星輪個(gè)數(shù)，然后根據(jù)傳動(dòng)比條件、同心條件和裝配條件選配齒數(shù)。綜合分析考慮，在本設(shè)計(jì)中我們應(yīng)采用比例法。 根據(jù)傳動(dòng)比條件、同心條件和裝配條件等聯(lián)立求解，可得 （2.7） 式中以分?jǐn)?shù)形式代入。當(dāng)選定某一適當(dāng)?shù)闹抵?，便可求出齒數(shù)，最后再根據(jù)所得齒數(shù)校核鄰接條件。因各輪齒數(shù)和M值都是整數(shù)，故在選取值時(shí)，應(yīng)使式右端各項(xiàng)數(shù)值都是正整數(shù)。 2.2 確定各齒輪參數(shù) 根據(jù)上述2.1所述的四個(gè)條件，查文獻(xiàn)[1]得，當(dāng)np=3時(shí)選擇，Za=20分別求得各齒數(shù)見(jiàn)表2.1。 表2.1 齒數(shù)選擇 —— 一級(jí) 行星輪個(gè)數(shù)np 3 行星輪齒數(shù)zg 34 太陽(yáng)輪齒數(shù)za 20 內(nèi)齒圈齒數(shù)zb 88 模數(shù)m 2.5 行星傳動(dòng)的變位計(jì)算： 標(biāo)準(zhǔn)齒輪中，齒頂高系數(shù)ha*=1，頂隙系數(shù)c*=0.25，=200(GB/T1356-88),低速重載=200，齒槽寬（e）=齒厚（s）。查文獻(xiàn)[5]得，齒輪各部分的幾何尺寸計(jì)算公式如下： 分度圓直徑： 齒頂高： * 齒根高： 基圓直徑： 齒厚齒槽寬： /2 變位齒輪中兩漸開(kāi)線(xiàn)齒輪正確嚙合其模數(shù)壓力角都相同，模數(shù)m由受力情況和結(jié)構(gòu)需要確定。 因?yàn)椴划a(chǎn)生根切的最小齒數(shù)，所以?xún)商?yáng)輪都要做正變位。查文獻(xiàn)[1]，根據(jù)行星齒輪的傳動(dòng)推薦值，結(jié)合本設(shè)計(jì)的工藝要求，本設(shè)計(jì)中正變位齒輪的幾何尺寸計(jì)算公式如下： 齒厚： 齒槽寬： 齒根高： 齒頂高： 分度圓直徑： 表2.2 齒輪參數(shù)表 —— 一級(jí) —— 太陽(yáng)輪 行星輪 內(nèi)齒圈 齒厚s 3.93 3.93 3.93 齒槽寬e 3.93 3.93 3.93 齒根高h(yuǎn)f 3.75 3.75 3.75 齒頂高h(yuǎn)a 2.5 2.5 2.5 分度圓直徑d 50 85 220 齒數(shù)za 20 34 88 2.3 各齒輪傳動(dòng)速度 行星減速器傳動(dòng)速度的計(jì)算： 查文獻(xiàn)[5]得， r/min （2.8）由此可知： r/min r/min 表2.3 轉(zhuǎn)速（單位：轉(zhuǎn)速/分） —— 太陽(yáng)輪 行星輪 齒圈 行星架 轉(zhuǎn)速（r/min） 203．1 75．4 31．8 27．5 2.4 花鍵的選擇 花鍵連接的類(lèi)型和尺寸通常根據(jù)被連接件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件來(lái)選擇。為了避免鍵齒工作表面壓潰或過(guò)度磨損，應(yīng)進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下： 行星架花鍵：INT/EXT25Z×4m×30p×7H/6d標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是GB1096-79。（INT表示內(nèi)花鍵；EXT表示外花鍵。） 連接太陽(yáng)輪的花鍵：INT/EXT20Z×4m×30p×7H/6d標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是GB/T3478.2-1995。具體參數(shù)見(jiàn)表2.4。根據(jù)以上文獻(xiàn)推薦參數(shù)的選擇，基本行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.5。 表2.4 各齒輪花鍵參數(shù) 參數(shù) 代號(hào) 一級(jí)行星架花鍵 連接一級(jí)太陽(yáng)輪的花鍵 模數(shù) 齒數(shù) m 4 4 z 25 20 壓力角 α 30 30 公差等級(jí) —— 5H 5H 大徑 D 106 80 齒形公差 ff 0.024 0.020 齒向公差 Fβ 0.023 0.018 表2.5 基本行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 項(xiàng)目名稱(chēng) 計(jì)算公式及數(shù)值 設(shè)計(jì)目標(biāo) 行星傳動(dòng) 基本參數(shù) α=20 h*a=1.0 c*=0.25 精度等級(jí) 7 受載情況 單向工作、載荷穩(wěn)定 傳動(dòng)比 i1=7.4； 失效概率 1% 2.5 行星傳動(dòng)承載能力計(jì)算 一般情況下，NGW型行星齒輪傳動(dòng)的承載能力主要取決于外齒合齒輪副,因而要先計(jì)算外嚙合齒輪副的強(qiáng)度。但是對(duì)于太陽(yáng)輪和行星輪來(lái)說(shuō)，其輪齒為先滲碳淬火，再進(jìn)行磨削加工，而內(nèi)齒圈則為先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，再進(jìn)行插齒加工的行星傳動(dòng)。切速比較小時(shí)（i≤4），在進(jìn)行內(nèi)齒輪的強(qiáng)度校核時(shí)，內(nèi)齒輪齒圈的薄壁環(huán)節(jié)也應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。 為了進(jìn)行齒輪、輸入軸、輸出軸、行星輪軸及軸承的強(qiáng)度校核計(jì)算，需要分析行星齒輪、輸入軸、輸出軸、行星輪軸及軸承的強(qiáng)度計(jì)算，此外，還應(yīng)分析行星齒輪傳動(dòng)中各構(gòu)件受力狀況。在分析中，先假定行星齒輪受載均勻，并略去摩察力和自重的影響。因此，各構(gòu)件在輸入轉(zhuǎn)矩作用下處于是處于平衡狀態(tài)的，而構(gòu)件間的作用力則等于其反作用力。但實(shí)際上，由于各種誤差的存在，使各行星輪所受載荷不均勻，因而，在對(duì)其中任意一對(duì)行星齒輪與中心齒輪組合時(shí)的受力狀況分析時(shí)，均應(yīng)引入不均載系數(shù)KP。 表2.6 行星輪與中心輪嚙合時(shí)受力表 項(xiàng)目 太陽(yáng)輪 行星輪 行星架 內(nèi)齒圈 傳遞轉(zhuǎn)矩(Nm) T=KpTa/np (545/3)1.1=200 ZcT/Za=538.5 —— ZbT/Za=471 圓周力 Ftca=1000T/ra=6153.8 Ftca≈Ftbc=6153.8 FtcH≈2Ftca=12308 Ftcb≈Ftca=6153.8 徑向力β=0 Frca=Ftcatanαn/cosβ=2800 Frac≈Frbc=2800 Ry1H≈0 Frcb=Frbc=2800 作用在齒輪或軸上的力 Rxa= Ftca=6153.8 Rx1a≈2 Ftca=12308 RxH≈Ftca=12308 Rxb=Ftcb=6153.8 2.6 本章小結(jié) 本章詳盡敘述了行星齒輪傳動(dòng)的嚙合計(jì)算。包括行星齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)的選擇，各齒輪的參數(shù)及在工作中應(yīng)滿(mǎn)足的條件。最終設(shè)計(jì)確定了所需齒輪的各參數(shù)。 第3章 齒輪精度與失效形式 3.1 齒輪精度的選擇 不同情況下各精度等級(jí)齒輪的節(jié)圓線(xiàn)速度限定值，對(duì)于較高精度等級(jí)的齒輪，采用適宜的吃廓修緣可以提高許用節(jié)圓線(xiàn)速度約為40%左右。目前重載行星齒輪傳動(dòng)的節(jié)圓線(xiàn)速度一般不超過(guò)25m/s左右。這里的節(jié)圓線(xiàn)速度指行星輪的自轉(zhuǎn)線(xiàn)速度。 在大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合下，行星輪的體積、重量、平穩(wěn)性等指標(biāo)都能滿(mǎn)足較為嚴(yán)格的要求。但這些要求更加苛刻或迫切需要時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高齒輪的精度。在齒輪精度為4～8級(jí)范圍內(nèi)，精度等級(jí)每提高一級(jí)大致可使承載能力提高10%左右或體積，重量減少8%～10%，或工作噪聲降低2～3dB（A）等。 齒輪材料選擇 選擇齒輪材料時(shí)考慮熱處理類(lèi)型、硬度、截面尺寸、模數(shù)大小及重要性程度等情況。 對(duì)于滲碳淬火重載行星齒輪傳動(dòng)的節(jié)圓線(xiàn)速度一般不超過(guò)25m/s左右。（節(jié)圓線(xiàn)速度指行星輪的自轉(zhuǎn)線(xiàn)速度）。 國(guó)內(nèi)外各種系列行星減速器中各齒輪精度范圍: 外齒輪（包括太陽(yáng)輪行星輪等普通采用硬齒面）：4—7級(jí) 內(nèi)齒圈（普通采用調(diào)質(zhì)處理，個(gè)別情況采用表面硬化處理）：6—8級(jí) 內(nèi)部齒輪聯(lián)結(jié)中的齒輪件：7—8級(jí) 典型精度等級(jí)：8 太陽(yáng)輪、行星輪：6 內(nèi)齒圈：7 其它：8 3.2 齒輪傳動(dòng)的失效形式 齒輪傳動(dòng)因輪齒損壞而失去工作能力稱(chēng)為失效。輪齒的具體試銷(xiāo)形式與齒輪傳動(dòng)的工作條件、載荷性質(zhì)及材料性能有關(guān)。 3.2.1 齒面點(diǎn)蝕 一對(duì)齒輪相嚙合時(shí)，兩嚙合齒面間在接觸處將產(chǎn)生循環(huán)變化的接觸應(yīng)力。如果這種接觸應(yīng)力超過(guò)齒面的接觸疲勞極限應(yīng)力，當(dāng)齒輪工作一定時(shí)間以后，齒面表層內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)微觀(guān)的疲勞裂紋，隨著這種裂紋的蔓延與擴(kuò)展，齒面金屬表層將出現(xiàn)麻坑，并發(fā)展成為片狀剝落。這種現(xiàn)象成為電蝕。當(dāng)點(diǎn)蝕出現(xiàn)后，齒面承載面積迅速減小，而接觸應(yīng)力急劇增大，不僅加劇齒面 的疲勞損壞，也同時(shí)破壞了齒面嚙合的正確性，甚至引起很大的動(dòng)載荷，最終導(dǎo)致齒輪報(bào)廢。 對(duì)于潤(rùn)滑良好的HB≥350鋼制齒輪閉式傳動(dòng)，齒面最容易發(fā)生點(diǎn)蝕。實(shí)踐表明，齒面點(diǎn)蝕首先發(fā)生在節(jié)線(xiàn)附近的齒根表面上。為防止點(diǎn)蝕發(fā)生，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)限制兩齒面在節(jié)線(xiàn)處的最大接觸應(yīng)力不超過(guò)齒面材料的許用疲勞接觸應(yīng)力。根據(jù)著一準(zhǔn)則對(duì)齒輪進(jìn)行的強(qiáng)度計(jì)算，稱(chēng)為齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 此外，采用變位齒輪傳動(dòng)、提高齒面硬度、降低齒面粗糙度和選用高粘度的潤(rùn)滑油等，同樣可以提高齒面的接觸疲勞強(qiáng)度，以延緩點(diǎn)蝕的發(fā)生。 對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，齒面磨損比點(diǎn)蝕來(lái)得早，一般見(jiàn)不到點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 必須指出，當(dāng)齒面硬度不高時(shí)HB≤350，新制齒輪在工作初期也可能出現(xiàn)點(diǎn)蝕的痕跡。但當(dāng)兩輪經(jīng)過(guò)一段時(shí)間跑合后，齒面微觀(guān)凸起處被逐漸碾平，接觸面積有逐漸增大，接觸應(yīng)力降低。當(dāng)接觸應(yīng)力降低到疲勞極限應(yīng)力以下時(shí)，點(diǎn)蝕不再繼續(xù)發(fā)展，甚至?xí)饾u消失。所以，這種跑合初期的點(diǎn)蝕一般不會(huì)導(dǎo)致齒面疲勞損壞。不過(guò)，若兩輪經(jīng)跑合之后的接觸應(yīng)力仍高于齒面材料的接觸疲勞極限應(yīng)力，點(diǎn)蝕將繼續(xù)擴(kuò)展而遍及根部齒面，最終導(dǎo)致齒輪報(bào)廢，當(dāng)HB>350時(shí)，由于齒面接觸強(qiáng)度較高，一般不易發(fā)生點(diǎn)蝕。可是，當(dāng)齒面經(jīng)受一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，一旦齒面接觸強(qiáng)度不夠而出現(xiàn)麻坑，這種麻坑不可能像軟齒面那樣被碾平。這時(shí)，坑壁將發(fā)生脆性破裂，并迅速擴(kuò)展而形成大塊片狀剝落，會(huì)很快導(dǎo)致齒輪報(bào)廢。 3.2.2 輪齒的折斷 一對(duì)齒輪相嚙合時(shí)，兩輪嚙合輪齒的受力情況猶如承受彎曲的懸臂梁，亮輪在嚙合過(guò)程中，其輪齒在齒根處將發(fā)生循環(huán)變化的最大彎曲應(yīng)力。如果這種彎曲應(yīng)力超過(guò)輪齒的彎曲疲勞極限應(yīng)力，當(dāng)齒輪工作一定時(shí)間后，在齒根圓角附近應(yīng)力集中初出現(xiàn)微觀(guān)的疲勞裂紋。隨著這種裂紋的擴(kuò)展和加深，最終將導(dǎo)致輪齒的疲勞折斷。實(shí)踐表明，這種疲勞裂紋一般發(fā)生在受力作用的齒根圓角處。 直齒圓柱齒輪的輪齒，一般沿齒根方向發(fā)生折斷。有時(shí)如載荷分布嚴(yán)重不均勻，也可能發(fā)生齒端折斷。 開(kāi)式傳動(dòng)和齒面硬度較高的閉式傳動(dòng)，較易發(fā)生輪齒折斷。為防止輪齒折斷，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)限制齒根圓處的彎曲應(yīng)力σF不超過(guò)輪齒材料的許用疲勞彎曲應(yīng)力σFP，即σF≤σFP。根據(jù)這一準(zhǔn)則對(duì)齒輪進(jìn)行的強(qiáng)度計(jì)算，稱(chēng)為齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 此外，采用變位齒輪、用工藝措施增大齒根圓角半徑以及提高齒輪副的制造和裝配精度，同樣可增強(qiáng)齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。 3.2.3 齒面磨損 在齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)嚙合齒面間掉入金屬、微粒和灰塵等雜物時(shí)，兩輪齒面將產(chǎn)生磨粒磨損。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，齒面磨損是輪齒損壞的主要形式。閉式傳動(dòng)有封閉的箱體，齒面磨損比開(kāi)式傳動(dòng)輕得多。 輪齒經(jīng)嚴(yán)重磨損后，齒面的漸開(kāi)線(xiàn)齒形被破壞，不僅影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，甚至?xí)a(chǎn)生很大的動(dòng)載荷，同時(shí)削弱了齒根強(qiáng)度，容易造成輪齒折斷。 目前還沒(méi)有可靠的磨損計(jì)算方法。一般地說(shuō)，采用變位傳動(dòng)以降低齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度和接觸應(yīng)力，采取工藝措施提高齒面硬度和降低齒面粗糙度以及保持良好的潤(rùn)滑條件等，都可減輕齒面磨損。 3.2.4 齒面膠合 當(dāng)一對(duì)齒輪在高速重載的條件下工作時(shí)，兩輪嚙合齒面間的單位壓力和滑動(dòng)速度都很大，容易導(dǎo)致嚙合溫度升高和潤(rùn)滑失效。這時(shí)，兩嚙合齒面的金屬表層有可能直接接觸而互相粘住，并隨滑動(dòng)而撕開(kāi)，結(jié)果導(dǎo)致材料較硬的齒面把軟齒面上的一部分表層金屬粘走，使軟齒面上的形成許多沿滑動(dòng)方向的溝跡。這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面膠合。在低速重載的條件下，齒面間的潤(rùn)滑油膜不易形成，當(dāng)兩輪齒面的硬度差較大時(shí)也可能產(chǎn)生齒面膠合。 兩輪齒面發(fā)生膠合后，齒面都變得很粗糙，不僅加劇了齒面磨損，而且會(huì)引起很大的動(dòng)載荷。情況嚴(yán)重的，經(jīng)幾小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪就會(huì)很快報(bào)廢。 為防止齒面產(chǎn)生膠合，應(yīng)進(jìn)行控制齒面工作溫度的膠合計(jì)算，即控制嚙合輪齒的齒體溫度和加權(quán)后的各瞬時(shí)嚙合溫升的積分平均值之和不高于齒面發(fā)生膠合的溫度。具體計(jì)算方法可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 提高齒面硬度和降低齒面粗糙度、選用合適的齒輪副材料和含有極壓添加劑的潤(rùn)滑油等，都可提高齒面的抗膠合能力。 3.2.5 齒面塑性流動(dòng) 當(dāng)一對(duì)齒輪在低速重載的條件下工作時(shí)，嚙合齒面間的單位壓力和摩檫力都很大。如果齒面硬度較底，兩嚙合齒面的表層金屬在摩檫力的作用下將產(chǎn)生塑性滑移。這種現(xiàn)象稱(chēng)為齒面塑性流動(dòng)。這時(shí)，由于兩輪嚙合齒廓上摩檫力的方向不同。從動(dòng)輪齒2上的齒面表層金屬向節(jié)點(diǎn)附近流動(dòng)而形成凸起，主動(dòng)輪齒1上的齒面表層金屬沿背離節(jié)點(diǎn)的方向流動(dòng)便形成凹溝。 實(shí)踐表明，提高齒面硬度和采用高粘度潤(rùn)滑油，可減小齒面發(fā)生塑性流動(dòng)的危險(xiǎn)性。 在齒輪傳動(dòng)的使用中，輪齒除以上五種常見(jiàn)的失效形式外，當(dāng)齒輪傳動(dòng)受到嚴(yán)重的短期過(guò)載作用或沖擊時(shí)，如果輪齒靜強(qiáng)度不足，齒面還可能產(chǎn)生局部的脆性塑性變形，齒根也可能產(chǎn)生脆性斷裂或塑性變形。這種損壞形式與齒面點(diǎn)蝕和輪齒折斷等疲勞損壞有著本質(zhì)的不同。為防止這種破壞，需按短期過(guò)載的尖峰載荷進(jìn)行輪齒的靜強(qiáng)度校核。對(duì)于第素重載齒輪傳動(dòng)，進(jìn)行尖峰載荷下的靜強(qiáng)度校核是非常必要的。 3.3本章小結(jié) 本章完成了行星減速器的齒輪精度及其失效形式的設(shè)計(jì)，對(duì)齒輪的失效形式進(jìn)行了分析，并提出了防止齒面發(fā)生膠合的辦法。 第4章 均載方法與裝置 4.1 均載方法 在保證各個(gè)零部件有較高的制造精度的同時(shí)，在設(shè)計(jì)上采用能夠補(bǔ)償制造、裝配誤差以及構(gòu)件在載荷、慣性力、磨察力或高溫下的變形，使各行星輪均衡分擔(dān)載荷的機(jī)構(gòu)十分必要的。采用這種使各行星輪分擔(dān)載荷的機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)均載既簡(jiǎn)單又有效的途徑。這種機(jī)構(gòu)即是均載機(jī)構(gòu)。 NGW型行星傳動(dòng)常用的均載機(jī)構(gòu)為基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)。主要適用于具有三個(gè)行星輪的行星傳動(dòng)中。它是靠基本構(gòu)件（太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈或行星架）沒(méi)有固定的徑向支承，在受力不均衡的情況下作徑向游動(dòng)（又稱(chēng)浮動(dòng)），以使各行星輪均勻分擔(dān)載荷。 這種均載機(jī)構(gòu)的工作原理如圖所示。由于基本構(gòu)件的浮動(dòng)，使三種基本構(gòu)件上所承受的三種力各自形成力的封閉等邊三角形，而達(dá)到影響，實(shí)際上不是等邊三角形而是近似等邊三角形，因而引入了載荷不均勻系數(shù)Kp。使基本構(gòu)件浮動(dòng)的最常用的方法是采用雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器，一般情況下有一個(gè)基本構(gòu)件浮動(dòng)，既可起到均載作用，采用二個(gè)基本構(gòu)件同時(shí)浮動(dòng)更好。均載機(jī)構(gòu)既能降低載荷的不均衡系數(shù)，又能降低噪聲、提高運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和可靠性，因而得到廣泛的應(yīng)用。 用高精度齒輪和提高其它主要構(gòu)件（如行星架、機(jī)體等）的精度公差來(lái)達(dá)到行星輪間載荷均勻分配，這種方法獲得的行星輪傳動(dòng)是一種靜不定的完全剛性的系統(tǒng)。因此，因制造成本隨精度的提高而顯著增加，且裝配比較困難，所以實(shí)際上只能對(duì)那些不能疏忽的尺寸才用高精度嚴(yán)加控制。 均載機(jī)構(gòu)通常按下面方法分類(lèi)： 1.基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu) 即：使太陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈、行星架其中之一浮動(dòng)，或使上述其中兩者同時(shí)浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)。 2.采用彈性件的均載機(jī)構(gòu) 3.杠桿聯(lián)動(dòng)均載機(jī)構(gòu) 4.2 均載裝置 太陽(yáng)輪浮動(dòng)太陽(yáng)輪通過(guò)浮動(dòng)齒套與高速軸聯(lián)結(jié)而實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)。由于太陽(yáng)輪重量小、慣性小、浮動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、通用性強(qiáng)，因此廣泛用于低速傳動(dòng)。當(dāng)行星輪數(shù)為三個(gè)時(shí)均載效果最為顯著。載荷不均衡系數(shù)Kp=1.1～1.15。 行星架通過(guò)浮動(dòng)齒套與高底速軸聯(lián)接而實(shí)現(xiàn)浮動(dòng).在NGW型傳動(dòng)中,由于行星架受力較大(2倍圓周力)而有利于浮動(dòng).行星架浮動(dòng)不需支承,可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),尤其有利于多級(jí)行星傳動(dòng).但由于行星架自重大、速度高會(huì)產(chǎn)生較大離心力，影響浮動(dòng)效果，所以常用于中小規(guī)格的中底速型傳動(dòng)中。一般KP=1.15～1.25。 內(nèi)齒圈浮動(dòng)齒套將內(nèi)齒圈與機(jī)體聯(lián)接，使內(nèi)齒圈浮動(dòng)。內(nèi)齒圈浮動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可使結(jié)構(gòu)的軸向尺寸較小，或使兩個(gè)基本構(gòu)件（如太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈）同時(shí)浮動(dòng)時(shí)，增強(qiáng)均載效果。但內(nèi)齒圈浮動(dòng)使行星輪間均載的效果不如太陽(yáng)輪浮動(dòng)好，并且浮動(dòng)內(nèi)齒圈所需的均載裝置的尺寸和重量較大，加工也不方便。由于內(nèi)齒圈尺寸和重量較大，故浮動(dòng)靈敏性較差。一般KP=1.1～1.2。浮動(dòng)內(nèi)齒圈的聯(lián)軸器為兩端帶齒形接頭的空心薄壁筒或錐形圓盤(pán)，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，也采用一端帶齒形接頭的聯(lián)軸器，浮動(dòng)齒套的外殼和內(nèi)齒圈的輪緣制成一體。當(dāng)輪緣的橫截面相對(duì)于齒合為非對(duì)稱(chēng)時(shí)，在直齒行星減速器中，齒圈的輪緣制成一體。當(dāng)輪緣的橫截面相對(duì)于齒合為非對(duì)稱(chēng)時(shí)，在直齒行星減速器中，齒圈輪緣的翻轉(zhuǎn)傾向較小。太陽(yáng)輪與行星架同時(shí)浮動(dòng) 這是太陽(yáng)輪浮動(dòng)與內(nèi)齒圈浮動(dòng)的組合,主要用于高速行星傳動(dòng).特點(diǎn)式噪聲小,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),均載效果好,常取KP=1.05～1.15。 4.3 本章小結(jié) 本章完成了NGW型行星傳動(dòng)常用的均載機(jī)構(gòu)為基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)的分析，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了行星減速器的均載裝置。 第5章 行星傳動(dòng)中的校核計(jì)算 5.1 齒輪的校核 5.1.1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 計(jì)算接觸應(yīng)力公式如5.1[5]： （5.1） 計(jì)算齒面接觸應(yīng)力的基本值如公式5.2[5]： （5.2） 許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式5.3[5]： （5.3） 強(qiáng)度條件應(yīng)滿(mǎn)足： 查文獻(xiàn)[1]，根據(jù)推薦值選取系數(shù)值如下： KA——使用系數(shù) KA=2.5 KV——?jiǎng)虞d系數(shù) KV=1.02 KHβ——接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù) KHβ=1.1875 KHα——接觸度強(qiáng)的齒間載荷分布系數(shù) KHα=1.0 KHP——接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分配不均衡系數(shù) KHP=1.15 ZE——材料的彈性系數(shù) ZE=189.8 ——接觸強(qiáng)度計(jì)算重合度系數(shù) ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) （） ——接觸強(qiáng)度計(jì)算螺旋角系數(shù) （因?yàn)楦鼾X輪都是直齒輪所以） ——齒面接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) ZN=1.3 ——齒面硬化系數(shù) ZW=1 ——尺寸系數(shù) Zx=1 齒數(shù)比計(jì)算結(jié)果如下： δHlim——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 δHlim=1300MPa SHmin——齒面接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù) SHmin=1.25 ——圓周力 N 齒寬 mm 分度圓直徑 mm 由表（6-2）[5]計(jì)算得： MPa 所以由文獻(xiàn)[5]表（6-1）查得公式： （5.4） 式中， 試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限應(yīng)力 MPa 齒面接觸強(qiáng)度得最小安全系數(shù) 齒面接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 式中 （5.5） 經(jīng)計(jì)算，得： 齒面硬化系數(shù)(當(dāng)小齒輪齒面的粗糙度,大輪硬度不在130-400時(shí))， 尺寸系數(shù)： 由此計(jì)算得：MPa 因?yàn)?，所以?qiáng)度條件滿(mǎn)足。 5.1.2齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度較核計(jì)算 1. 校核公式 彎曲疲勞許用應(yīng)力校核公式： （5.6） 齒根彎曲疲勞應(yīng)力校核公式[5]： （5.7） 計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力基本值[5]： （5.8） 校核彎曲疲勞應(yīng)力[5]： （5.9） 強(qiáng)度條件應(yīng)滿(mǎn)足：。 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力： 外嚙合副可按框圖[5]查取 MPa 內(nèi)嚙合副按框圖MQ級(jí)查取 MPa 安全系數(shù) 壽命系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù) 尺寸系數(shù) 將以上數(shù)據(jù)代入彎曲疲勞許用應(yīng)力公式得： （5.10） 同理可得， MPa MPa MPa 2.彎曲疲勞強(qiáng)度校核 查文獻(xiàn)[5]得太陽(yáng)輪和行星輪轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式： （5.11） 由可知太陽(yáng)輪輪轉(zhuǎn)矩： N·m 行星輪與齒圈轉(zhuǎn)矩： N·m 查文獻(xiàn)[5]得，載荷分配系數(shù)： 根據(jù)載荷分布系數(shù)計(jì)算公式[5]： （5.12） () 載荷系數(shù)計(jì)算： 齒形系數(shù)計(jì)算： 重合度系數(shù)計(jì)算： 將以上計(jì)算結(jié)果分別代入公式可得， MPa MPa Mpa 其中(N·m) 5.2 軸的校核計(jì)算 1.選取太陽(yáng)輪軸進(jìn)行校核 太陽(yáng)輪所受載荷值如下： 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩： N·m 齒輪的圓周力： N 齒輪的徑向力： N 計(jì)算支承反力： N 太陽(yáng)輪軸受力分析： 圖5.1 太陽(yáng)輪軸受力分析圖 受力分析計(jì)算如下： 太陽(yáng)輪軸受力簡(jiǎn)圖如下： 圖5.2 太陽(yáng)輪軸受力簡(jiǎn)圖 2.計(jì)算彎矩和扭矩 根據(jù)受力簡(jiǎn)圖作出彎矩圖。 圖5.3 太陽(yáng)輪軸彎矩圖 計(jì)算扭矩： ∵M(jìn)=0 ∴ N·m N·m N·m N·m N·m N·m 3. 軸的疲勞強(qiáng)度校核 截面1： 其中，，，，，，，， ，，。 截面2： 其中，，，，，，，， ，， 軸的靜強(qiáng)度校核： 截面1： 其中N·m，N·m，cm3，cm3，kg/mm3，。 截面2： 其中N·m，N·m，cm3，cm3，kg/mm3，。 經(jīng)校核，太陽(yáng)輪軸強(qiáng)度合格。 5.3本章小結(jié) 本章完成了對(duì)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算、齒輪抗彎曲疲勞強(qiáng)度較核的計(jì)算、軸的較核計(jì)算。并且，經(jīng)校核，所有齒輪和軸的疲勞強(qiáng)度合格。 第6章 其它構(gòu)件的設(shè)計(jì) 6.1 行星架的設(shè)計(jì) 行星架是行星齒輪傳動(dòng)裝置中的主要構(gòu)件之一，行星輪軸或軸承就裝在行星架上。當(dāng)行星架作為基本構(gòu)件時(shí)，它是機(jī)構(gòu)中承受外力矩最大的零件。行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造對(duì)各行星輪間的載荷分配以至傳動(dòng)裝置的承載能力、噪聲和振動(dòng)等有很大影響。 行星架的結(jié)構(gòu)型式： 行星架的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)該是重量輕、剛性好、便于加工和裝配。其常見(jiàn)結(jié)構(gòu)型式有雙壁整體式、雙壁分開(kāi)式和單壁式三種。 雙壁整體式行星架的剛性好，這種結(jié)構(gòu)如果采用整體鍛造則切削加工很大，因此可用鑄造和焊接方法得到結(jié)構(gòu)和尺寸接近成品的毛坯，但應(yīng)注意消除鑄造或焊接缺陷內(nèi)應(yīng)力，否則將影響行星架的強(qiáng)度、加工質(zhì)量及使用時(shí)可能產(chǎn)生變形。 雙壁分開(kāi)式行星架較整體式行星架復(fù)雜，主要用于傳動(dòng)比較小的情況如IbAh〈4的NGW型傳動(dòng)。因這時(shí)行星輪直徑較小，行星輪軸承往往要裝在行星架兩側(cè)壁板上，使行星架外徑大雨內(nèi)齒輪頂圓直徑；行星架側(cè)板中心的孔徑小于太陽(yáng)論外徑。因此，若行星架不分開(kāi)就無(wú)法裝配。另外，當(dāng)行星架采用摸鍛時(shí)，例如在告訴行星傳動(dòng)中，也要采用分開(kāi)式結(jié)構(gòu)。 雙壁整體式和雙壁分開(kāi)式行星架的兩個(gè)壁，通過(guò)中間的連接板（梁）聯(lián)結(jié)在一起，連接板的數(shù)量和尺寸與行星輪數(shù)有關(guān)。兩側(cè)板壁厚，當(dāng)不裝時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)選?。篊1=0.25-0.3。 6.2 行星輪支撐結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)分析 1．中心輪和行星架的支承 中心輪和行星架的支承，軸承通常是按軸的直徑選擇輕型或特輕型的向心球軸承。如果軸承受外載荷，則應(yīng)以載荷大小和性質(zhì)通過(guò)計(jì)算確定軸承型號(hào)。在高速傳動(dòng)中必須校核軸承極限轉(zhuǎn)速。當(dāng)滾動(dòng)軸承不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可采用滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承結(jié)構(gòu)一般為軸向剖分式。 浮動(dòng)的中心輪和行星架本身不加支撐，但通過(guò)浮動(dòng)聯(lián)軸器與相聯(lián)結(jié)的輸入或輸出軸上的支撐也應(yīng)按上述原則選擇合適的軸承。旋轉(zhuǎn)的不浮動(dòng)基本構(gòu)件的軸向定位是依靠軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而浮動(dòng)的構(gòu)件本身的軸向定位可通過(guò)齒式聯(lián)軸器上的彈性擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可采用球面頂塊、滾動(dòng)軸承進(jìn)行定位，這種方法有助于浮動(dòng)的靈敏性。 2. 行星輪的支承 在行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，行星輪上的支承受負(fù)荷最大。在一般用途的底速傳動(dòng)和航空機(jī)械的傳動(dòng)中采用滾動(dòng)軸承作為行星輪的支承。在高速傳動(dòng)中滾動(dòng)軸承往往不能滿(mǎn)足使用壽命的要求，所以要采用滑動(dòng)軸承來(lái)支承行星輪。 為了減小傳動(dòng)裝置的軸向尺寸，軸承直接裝入行星輪孔中，但由于軸承外圈旋轉(zhuǎn)，其使用說(shuō)明要有所降低。對(duì)于直齒NGW型傳動(dòng)，行星輪中也可裝入一個(gè)滾動(dòng)軸承，但該軸承必須是內(nèi)外圈之間不能相對(duì)軸向移動(dòng)的，如向心球軸承，球面調(diào)心球軸承和球面調(diào)心滾子軸承等。為了減少由制造誤差和變形引起的沿齒長(zhǎng)載荷分布不均勻，行星輪內(nèi)裝一個(gè)球面調(diào)心軸承是很有利的，但應(yīng)注意，刺絲傳動(dòng)中的浮動(dòng)構(gòu)件只能有一個(gè)，并要計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度不能有多余自由度存在。 此行星減速器中共選擇了三種類(lèi)型的軸承。行星輪中裝入的是調(diào)心滾子軸承在行星輪中我們選擇調(diào)心棍子軸承（GB/T288-1994）一級(jí)代號(hào)為22212；二級(jí)代號(hào)為21311cc。另外，三個(gè)軸承選擇深溝球軸承（GB/T276-1994）代號(hào)分別為61838；16044軸承。 6.3行星減速器機(jī)體結(jié)構(gòu) 機(jī)體結(jié)構(gòu)要根據(jù)制造工藝、安裝工藝、和使用維護(hù)的方便與否以及經(jīng)濟(jì)性等條件來(lái)決定。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的、單件生產(chǎn)和要求重量較輕的傳動(dòng)，一般采用焊接體。反之，在大批生產(chǎn)時(shí)，通常采用鑄造機(jī)體。機(jī)體的形狀隨傳動(dòng)裝置的安裝型式分為臥式、立式、和法蘭式等。大型傳動(dòng)裝置的機(jī)體一般要做成軸向剖分式，以便于安裝和檢修。所以采煤機(jī)牽引部行星減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)應(yīng)該選擇。 鑄造機(jī)體應(yīng)盡量避免壁厚突變，減小壁厚差，以免產(chǎn)生縮孔和疏松等鑄造缺陷。 鑄造機(jī)體的常用材料為灰鑄鐵，如HT200、HT150等，承受較大振動(dòng)和沖擊的場(chǎng)合可用鑄鋼，如ZG55、ZG45等。這里我們選用灰鑄鐵。 鑄造機(jī)體的特點(diǎn)是能有效地吸收振動(dòng)和降低噪聲，且有良好的耐腐蝕性。 機(jī)體的強(qiáng)度和剛度一般計(jì)算很復(fù)雜，所以一般都是按經(jīng)驗(yàn)方法確定其結(jié)構(gòu)尺寸。查文獻(xiàn)[5]選取鑄造機(jī)體的壁厚尺寸如下： 尺寸系數(shù)Kδ=（3D+B）/1000， 式中，D為機(jī)體內(nèi)壁直徑D=500mm，B=560mm代入得： Kδ=2.06 所以由文獻(xiàn)[5]查表可知： 壁厚選擇大于15-17mm 我們選擇壁厚為 δ=20mm 前機(jī)蓋壁厚 δ1=0.8δ=16mm 表6.1 行星減速器鑄造機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸表 名稱(chēng) 代號(hào) 計(jì)算方法 機(jī)體壁厚 δ 20mm 前機(jī)蓋壁厚 δ1 δ1=0.8δ=16mm 機(jī)蓋法蘭凸緣厚度 δ2 δ2=δ=20mm 機(jī)體寬度 B 350mm 機(jī)體內(nèi)壁直徑 D 290mm 機(jī)體緊固螺栓直徑 d1 d1=20mm 6.4 本章小結(jié) 本章完成了對(duì)行星架的設(shè)計(jì)，行星輪支撐結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)分析，行星減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 第7章 行星輪的傳動(dòng)效率 7.1 概述 行星齒輪傳動(dòng)效率是此種傳動(dòng)裝置的重要性能指標(biāo)之一，為確定行星齒輪傳動(dòng)的效率，首先應(yīng)分析和了解它的傳動(dòng)損失。行星齒輪傳動(dòng)主要有如下四種形式： 1）齒輪嚙合副中的摩察損失，相應(yīng)的效率為； 2）軸承中的摩察損失； 3）液力損失，即潤(rùn)滑油的攪動(dòng)和飛濺引起的功率損失；行星齒輪傳動(dòng)中的均載機(jī)構(gòu)或輸出機(jī)構(gòu)的摩察損失。 行星傳動(dòng)效率有如下特點(diǎn)： 1）行星齒輪傳動(dòng)效率隨其結(jié)構(gòu)類(lèi)型的不同而不同 2）同一型式的行星齒輪傳動(dòng)的效率隨傳動(dòng)比變化而變化 3）一型式的行星齒輪傳動(dòng)，當(dāng)主、從動(dòng)件改變時(shí)，效率隨之改變 4）行星齒行星輪傳動(dòng)效率的變化范圍極大，高大的達(dá)0.98以上，低的可接近于零，甚至自鎖。 7.2傳動(dòng)效率的計(jì)算 在行星傳動(dòng)中，嚙合功率直接接受外界輸入功率的基本構(gòu)件，其轉(zhuǎn)速方向與所受外力矩方向一致，此時(shí)功率P=Tn>0，該構(gòu)件為傳動(dòng)中的主動(dòng)構(gòu)件；向外輸出功率的基本構(gòu)件，其轉(zhuǎn)速方向與所受力矩的方向相反，此時(shí)功率P=Tn<0，該構(gòu)件為從動(dòng)件。傳動(dòng)過(guò)程中克服摩察阻力而產(chǎn)生的損失，摩擦損失功率為Pf，由又知這表明轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中太陽(yáng)輪仍為主動(dòng)輪。 因此，將代入(Pi為主動(dòng)件輸入功率)，求得其傳動(dòng)效率為： （7.1） 因?yàn)閍輪為主動(dòng)輪(既Pa>0，PH<0)， 當(dāng)將代入時(shí)： （7.2） 表7.1 傳動(dòng)效率 類(lèi)型 固定件 主動(dòng)件 從動(dòng)件 轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 傳動(dòng)效率 NGW b a H 其中， 式中分別為定軸輪系中齒輪嚙合功率系數(shù)之和、軸承功率損失系數(shù)之和、液力損失系數(shù)之和。可不考慮中心輪和行星架的支撐的功率損失系數(shù)。查文獻(xiàn)[5]得： （7.3） 式中，Z1、Z2—分別為小齒輪與大齒輪齒數(shù)； f —系數(shù)，與兩齒輪齒頂高h(yuǎn)a有關(guān)，當(dāng)ha≥mn(法向模數(shù))時(shí)，f=2.3，當(dāng)ha=（1—1.8）mn時(shí)，f =3.1； μ—嚙合接觸摩察系數(shù)，一般取0.06——0.10。 （外嚙合用“+”，內(nèi)嚙合用“-”。） 由文獻(xiàn)[5]查得公式7.4， （7.4） 式中， 可得： 再由文獻(xiàn)[5]查得公式7.5， （7.5） 得： 。 7.3本章小結(jié) 行星齒輪傳動(dòng)效率是此種傳動(dòng)裝置的重要性能指標(biāo)之一，本章完成了對(duì)行星減速器的傳動(dòng)效率的計(jì)算。 第8章 經(jīng)濟(jì)效益分析論證 8.1 方案分析 1）行星齒輪傳動(dòng)與定軸齒輪傳動(dòng)相比較，行星齒輪傳動(dòng)合理地應(yīng)用了內(nèi)嚙合，充分利用內(nèi)嚙合承載能力高和內(nèi)齒輪（或稱(chēng)內(nèi)齒圈）的空間容積，從而縮小徑向、軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)很緊湊而承載能力又很高。 共軸線(xiàn)式的傳動(dòng)裝置各中心輪構(gòu)成共軸線(xiàn)式的傳動(dòng)，輸入軸與輸出軸共軸線(xiàn)，使這種傳動(dòng)裝置長(zhǎng)度方向尺寸大大縮小。傳動(dòng)效率高，由于行星齒輪傳動(dòng)采用了對(duì)稱(chēng)的分流傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，即它具有數(shù)個(gè)均勻分布的行星齒輪，使作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力相互平衡，有利于提高傳動(dòng)效率。在傳動(dòng)類(lèi)型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，效率可達(dá)0.97-0.99。 2）雙聯(lián)行星減速器，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力強(qiáng)，由于采用數(shù)個(gè)相同的行星輪，均勻分布于中心輪周?chē)?，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。 功率分流 用幾個(gè)完全相同的行星齒輪均勻地分布在中心輪的餓周?chē)鷣?lái)共同分擔(dān)載荷，因而使每個(gè)齒輪所受的載荷較小，相應(yīng)齒輪模數(shù)就可較小。 所以選用雙聯(lián)行星減速器是特別經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。 8.2 經(jīng)濟(jì)分析 行星減速器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)功率大、承載能力高、噪聲小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、便于維修等優(yōu)點(diǎn)。在相同條件下，重量只是普通圓柱齒輪減速器的1/3，體積是1/5（行星齒輪減速器承載能力越大，這一效果越為明顯）。輸入軸和輸出軸為同一中心線(xiàn)，使提升系統(tǒng)的總體布置更為合理，便于安裝、調(diào)整，減少占地面積。這在經(jīng)濟(jì)上節(jié)約了很多成本 。 該減速器采用了整體鑄造機(jī)體，高速級(jí)和低速級(jí)放在同一個(gè)機(jī)體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，零件數(shù)量少，制造裝配工藝簡(jiǎn)單，軸向尺寸小。 加工時(shí)提高效率降低成本。加工表面粗糙度根據(jù)使用要求而定，一些配合的加工面較粗糙，一些要求較高的配合面，只需達(dá)到要求，盡可能提高效率。磨齒齒輪磨前滾齒走刀量較大，以提高效率。粗磨齒時(shí)齒面的展成次數(shù)不多，進(jìn)給量適當(dāng)增大，在保證齒形精度的前提下，盡量提高效率，降低磨齒工序的昂貴成本，研究指出，同一制造精度下，行星傳動(dòng)比起定軸線(xiàn)固定傳動(dòng)來(lái)，載荷一般沿齒寬分布得很好。這是由于在行星傳動(dòng)中齒寬對(duì)直徑的比值一般不超過(guò)0.7，而在普通減速器中卻達(dá)1.6。 行星傳動(dòng)的箱體比普通定軸齒輪傳動(dòng)的箱體在同樣條件下，其重量要小好幾倍，因?yàn)樾行莻鲃?dòng)箱體外廓尺寸比普通定軸齒輪傳動(dòng)的箱體小很多。 將普通傳動(dòng)改為行星傳動(dòng)，可保證使重量降低到1/2-1/6。改為行星傳動(dòng)還能利用普通傳動(dòng)所不宜于采用或不能采用的設(shè)計(jì)（因齒輪尺寸較大）。 表8.1 行星齒輪減速器與普通定軸齒輪減速器比較 項(xiàng)目 行星齒輪減速器 普通定軸齒輪減速器 重量/kg 3471 6943 高度/m 1.31 1.80 寬度/m 1.35 2.36 體積/m3 2.29 6.09 長(zhǎng)度/m 1.29 1.42 齒寬/m 0.18 0.41 損失功率/kw 81 95 圓周速度/(r/min) 42.7 99.4 所以無(wú)論從經(jīng)濟(jì)角度還是實(shí)用角度來(lái)講此行星減速器都是比較好的選擇。 8.3本章小結(jié) 本章完成了對(duì)行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)方案，在傳動(dòng)類(lèi)型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，效率可達(dá)0.97-0.99。本章同時(shí)也對(duì)行星減速器進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析，提高了制造的效率降低了成本。 結(jié) 論 通過(guò)對(duì)行星減速器的設(shè)計(jì)，著重從減小體積、提高功率入手。這種雙聯(lián)行星減速器在采煤機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。在這種減速器中采用了齒式聯(lián)軸器，這樣便可以保證了基本構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)中能夠適當(dāng)?shù)馗?dòng)，補(bǔ)償制造誤差所需的徑向活動(dòng)度。 為提高采煤機(jī)的生產(chǎn)效率，我們應(yīng)認(rèn)真研究采煤機(jī)中的行星減速器的功率、傳動(dòng)比、可靠性、壽命等問(wèn)題。在體積、重量等指標(biāo)，行星齒輪減速器具有突出優(yōu)點(diǎn)，所以在這方面我們更要進(jìn)一步研究。這不僅可降低成本，更重要的是它可以減小采煤機(jī)的體積，特別是對(duì)那些薄煤層采煤機(jī)更有實(shí)際意義。 參考文獻(xiàn) [1] 劉春生.滾筒式采煤機(jī)理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003. 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