行星齒輪減速器的設計【含9張CAD圖紙和說明書】

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CNC機床和工藝技術的發(fā)展，推動了機械傳動結構的飛速發(fā)展。在傳動系統(tǒng)設計中的電子控制、液壓傳動，齒輪、帶鏈的混合傳動，將成為變速箱設計中優(yōu)化傳動組合的方向。在傳動設計中的學科交叉，將成為新型傳動產品的重要趨勢。? 總之，當今世界各國減速器及齒輪技術發(fā)展總趨勢是向六高、二低、二化方面發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率；二低即低噪聲、低成本；二化即標準化、多樣化。減速器和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。因此，開拓和發(fā)展減速器和齒輪技術在我國有廣闊的前景。[15] 4 結論 隨著我國經濟和科技的發(fā)展，國內的裝備制造業(yè)也取得了長足的進步，與之緊密相關的齒輪傳動領域的研究也取得了很大的進展，對行星齒輪機構的研究是齒輪領域的一個重要研究方向。 近幾十年來，計算機技術、信息技術在機械制造中的廣泛應用，改變了制造業(yè)的傳統(tǒng)觀念和生產組織方式。一些先進的齒輪生產企業(yè)已經采用精益生產、敏捷制造、智能制造等先進技術。形成了高精度、高效率的智能化齒輪生產線和計算機網絡化管理。? 隨著我國工業(yè)的發(fā)展，行星齒輪機構的應用范圍將不斷擴大，因此，合理的解決行星齒輪機構現階段存在的相關問題會對我國的發(fā)展起到重大的作用。[16] 參考文獻 [1]?朱振榮、蔣立冬、常山.漸開線行星齒輪傳動技術的發(fā)展.熱能動力工程.哈爾濱第七0三研究所.2007 [2]?張衛(wèi)平、陳文元.基于LIGA技術的3K-2型微型行星齒輪減速器的設計和制造[J].中國機械工程，2003 [3]?張輝.新型漸開線少齒差行星減速器的設計研究.浙江工業(yè)大學，2012 [4]?黃軼.行星齒輪傳動專家系統(tǒng)的設計與分析[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2009 [5]?漸開線齒輪行星傳動的設計與制造編委會著，漸開線齒輪行星傳動的設計與制造，機械工業(yè)出版社，2002?? [6]?戴紅娟，周紅良，曾勵.少齒差行星齒輪傳動技術現狀及發(fā)展.機械工程師，2005 [7]?F.Cunliffe、J.D.Smith、D.B.Welbourn.Dynamic Tooth Loads in Epicyclic Gears[J].Journal of Engineering for Industry,1974 [8]?Kahraman A.Load sharing characteristics of planetary transmissions[J].Mechanisms and Machine Theory,1994 [9]?薛峰.混合動力轎車用行星齒輪動力分配裝置及整車仿真研究[D].上海：同濟大學，2005 [10] 姚家娣、李明、黃興元主編.機械設計指導.南昌：江西高校出版社，2001? [11] 周有槍、胡茂炫、張文照.少齒差傳動的發(fā)展概況[J].齒輪，1983 [12] 張展.行星齒輪傳動及其國內外水平.發(fā)電與空調，1986 [13] 周相清.國內外硬齒面齒輪減速器的發(fā)展及對比.起重運輸機械，1993 [14] 張俊.三環(huán)減速器承載能力研究與新產品系列設[D].天津：天津大學，2004 [15] 張展.齒輪減速器現狀及發(fā)展趨勢.華電技術，2001 [16] 尹林林.行星齒輪增速機構的浮動均載及固有特性研究.鄭州大學，2012 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現狀和前景展望；三、課題主要內容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報 告 一、課題的目的與意義 隨著現代工業(yè)的發(fā)展，機械化和自動化水平的不斷提高，各工業(yè)部門需要大量減速器，并要求減速器的體積小、重量輕、傳動比大、效率高、承載能力大、運轉可靠以及壽命長等。減速器的種類雖然很多，但普通的圓柱齒輪減速器的體積大，結構笨重；普通的蝸輪減速器在大傳動比時，效率較低；擺線針輪雖能滿足以上提出的要求，但其成本高，需要用專用設備制造；而行星齒輪減速器不但能基本滿足以上提出的要求，并可用通用刀具在插齒機上加工，因而成本較低。 本課題需要學生在閱讀大量文獻資料的基礎上，運用在校學習的圖學，力學，材料 學，機械學及計算機等相關知識，結合生產實習和工藝實習等實踐教學，掌握由原理方案的設想，轉化為結構的的設計思路及設計方法。在常規(guī)減速器的基礎上，需要了解一系列特殊的減速器。機械畢業(yè)設計是機械工程類專業(yè)學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。培養(yǎng)了自己調查研究，熟悉有關技術政策，運用國家標準、規(guī)范、手冊、圖冊等工具書，進行設計計算、數據處理、編寫技術文件的獨立工作能力。培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。培養(yǎng)了自己進行綜合分析和提高解決實際問題的能力，從而達到鞏固、擴大、深化所學知識的目的。培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。 二、課題發(fā)展現狀和前景展望 我國是發(fā)明齒輪和應用齒輪傳動最早的國家。特別是在行星差動傳動方面，我國早在南北朝時代，祖沖之發(fā)明了具有錐齒輪行星差動傳動的指南車。因此，我國行星差動傳動的應用比歐美各國早了1300多年。 隨著國家對機械制造業(yè)的重視，重大裝備國產化進程的加快以及城市化改造進程的加快，減速機行業(yè)仍將保持快速發(fā)展態(tài)勢，尤其是齒輪減速機的增長將會大幅度提高，這與進口設備大多配套采用齒輪減速機有關。因此，業(yè)內專家希望企業(yè)抓緊開發(fā)制造齒輪減速機，尤其是大、中、小功率硬齒面減速機，以滿足市場的需求。 目前，國內外動力齒輪傳動正沿著小型化、高速化、標準化、小振動、低噪聲的方向發(fā)展。行星齒輪傳動的發(fā)展和少齒差零齒差內齒輪副的應用，是當代齒輪的一大特征，是齒輪傳動小型化的一個典型的標志。行星傳動把傳統(tǒng)的定軸傳動改為動軸傳動，采用了功率分流并合理應用內嚙合及均載裝置，具有重量輕，體積小，承載高等優(yōu)點，因此，行星傳動技術的應用日漸廣泛。少齒差行星齒輪傳動是行星傳動中的一種，它由一個外齒輪與一個內齒輪組成一對內嚙合齒輪副，內外齒輪的齒數相差很小，故簡稱為少齒差傳動。 現有的各類減速器多存在著消耗材料和能源較多的問題，對于大傳動比的減速器，該問題更為突出。而行星齒輪減速器具有獨特的優(yōu)點。由于減速裝置在各部門中使用廣泛，因此，人們都十分重視研究就這個基礎部件。不論在減小體積，減輕重量，提高效率，改善工藝，延長壽命和提高承載力以及降低成本等等方面有所改進的話，都會促進資源的節(jié)省和優(yōu)化配置?？梢灶A見，行星齒輪減速器在國內的運用前景時廣大的。 三、課題主要內容和要求 行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動比較，具有質量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點，這些已被我國越來越多的機械工程技術人員所了解和重視。行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率而且可用于低速、大轉矩的機械傳動裝置上。它可以用作減速、增速和變速傳動，運動的合成和分解，以及其特殊的應用中；這些功用對于現代機械傳動發(fā)展有著重要意義。因此，行星齒輪傳動在起重運輸、工程機械、冶金礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器、和航空航天等工業(yè)部門均獲得了廣泛的應用。? 1、設計條件：? 圓錐齒輪轉動與NGW串聯，臥式軸向部分機體。大修期限為1年，每年工作300日，每日工作24小時。? 2、原始數據：? 公稱傳動:ip=5.4， 輸入轉速：n=640r/min， 輸入功率：P=1140W， 行星輪個數：nw=3， 內齒圈齒數：zb=88。? 四、研究方法、步驟和措施 1、查閱資料，翻譯英文資料 查找設計所需的資料，資料的內容要有深度，要具有參考意義。 2、熟練掌握設計所需的內容 復習以前所學設計有關的專業(yè)知識，并熟練的運用到設計中去。設計運用UG軟件繪制二極行星齒輪減速器所有零件的三維模型圖，經過AUTOCAD形成正式二維工程圖，并在仿真軟件系統(tǒng)UG中完成二極行星齒輪減速器關鍵零件的運動學、動力學、有限元分析和模態(tài)分析。 3、設計內容 （1）減速器行星輪設計； （2）傳動系統(tǒng)的方案設計； （3）行星齒輪的傳動設計； （4）行星齒輪架與輸出軸間齒輪傳動的設計； （5）行星輪系減速器齒輪輸入輸出設計。 4、具體設計步驟 （1）根據原始數據，計算出相關的其他數據； （2）利用CAD畫出零件圖和裝配圖得到初始結構； （3）將初始結構分成若干子結構，利用UG對子結構三維建模； （4）對子結構進行裝配，整裝成組裝圖； （5）進入運動仿真系統(tǒng)，先確定連桿；再確定運動副；接著設置動力源；最后設置仿真所需的步數、時間等參數； （6）對運動仿真進行運動可靠性與干涉分析； （7）讀取結果，并對仿真結果進行可視化處理，根據仿真結果提出合理改進意見； （8）改進后重新建模并進行分析； （9）整理仿真分析所得數據，得出結論，為優(yōu)化提供參考。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導老師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 畢業(yè)設計說明書 題 目： 行星齒輪減速器 完成日期： 誠 信 聲 明 本人聲明： 1、本人所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果； 2、據查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（論文）中不包含其他人已經公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料； 3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設計（論文）中的所有內容均真實、可信。 作者簽名： 日期： 年 月 日  畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目：行星齒輪減速器 一、 基本任務及要求： 1．完成本課題的開題報告（含文獻綜述）； 2．根據原始數據，計算出行星齒輪減速器的其他數據； 3．利用CAXA、UG軟件繪制行星齒輪減速器； 4．撰寫畢業(yè)設計計算說明書。 二、進度安排及完成時間： 1．了解畢業(yè)設計任務、明確課題要求，收集和查閱相關資料； 1周 2．調查研究、分析課題要求、完成開題報告； 2周 3．畢業(yè)實習 1周 4．完成行星齒輪減速器的數據計算，確定設計方案可行性； 1周 5．完成行星齒輪減速器工作圖設計： 1）行星齒輪減速器裝配圖設計； 3周 2）行星齒輪減速器零件圖設計； 3周 6．對行星齒輪減速器進行3D建模和仿有限元分析; 2周 7．撰寫行星齒輪減速器畢業(yè)設計說明書； 2周 8．答辯； 1周 目錄 摘要.........................................................................................................................................?ⅠAbstract...................................................................................................................................?Ⅱ第1章?緒論...........................................................................................................................1 1.1行星齒輪傳動的發(fā)展?................................................................................................ 2 第2章傳動系統(tǒng)方案的設計及計算................................................................................... 2 2.1行星齒輪傳動方案的設計?........................................................................................?2 2.2傳動方案的計算?........................................................................................................?3 2.2.1?行星齒輪傳動比和效率的計算........................................................................?3 2.2.2??行星齒輪傳動的配齒計算...............................................................................?3 2.2.3??齒輪強度校核及幾何尺寸計算.......................................................................?5 2.3?行星齒輪傳動的受力分析.......................................................................................?11 2.4行星齒輪傳動的均載機構的設計?..........................................................................?12 第3章行星輪、內齒圈和行星架的結構設計?..................................................................?14 3.1行星輪、中心輪和內齒圈的結構設計?..................................................................?14 3.2行星架的結構設計?..................................................................................................?14 第4章?行星齒輪減速器輸入、輸出軸的設計.....................................................................?17 4.1減速器輸入軸的設計?..............................................................................................?17 4.2?減速器輸出軸設計...................................................................................................?18 第5章?輸入軸、行星齒輪的有限元分析..........................................................................?20 5.1輸入軸的有限元分析?..............................................................................................?20 5.1.1?輸入軸的建模..................................................................................................?20 5.1.2輸入軸載荷的施加與有限元分析..................................................................?20 5.2?行星齒輪的有限元分析...........................................................................................?22 5.2.1?太陽輪和行星輪的建模..................................................................................?23 5.2.2?行星齒輪載荷的施加與有限元分析..............................................................?23 結論?.......................................................................................................................................?27 參考文獻................................................................................................................................?28 行星齒輪減速器的設計 摘要：本論文主要設計的是一種自動洗衣機內部的減速裝置，該裝置采用的是NGW型行星齒輪傳動結構。它具有體積小、結果緊湊、傳動效率高、抗沖擊性好和噪聲低等許多優(yōu)點，滿足了人們對洗衣機的性能要求。該設計中先擬定總體傳動結構簡圖，然后通過計算選出合適的齒輪并對其進行校核，再選出合理的均載機構及行星架，然后設計出輸入、輸出軸，最后以行星輪、內齒輪、中心輪和軸為主要對象用CAXA軟件繪制出主要的零件圖和整體裝配圖。? 關鍵詞：自動洗衣機；行星齒輪傳動；均載機構;行星輪?。 I The?design?of?the?automatic?washing?machine?of?planetary?gear?reducer Abstract:?This?paper?is?mainly?about?the?design?of?internal?gear?of?a?kind?of?automatic?washing?machine?with?the?device?adopts?NGW?modeled?planetary?gear?transmission?structure.?It?meets?with??the?performance?requirements?of?washing?machine?to?people?with?many?advantages??of?small?volume,?compact?results,?high?transmission?efficiency,?good?impact?resistance?and?low?noise?and?so?on.?The?first?the?design?of?overall?transmission?structure?diagram?was?proposed?in,?and?then?chose?the?proper?gear?by?calculating?and?checking,?secondly?chose?the?reasonable?planet?carrier?are?then?designed?input?and?output?shaft.?Finally?in?the?center?of?the?planetary?wheel,?internal?gear,?wheel?and?shaft?as?the?main?objects?I?use?AutoCAD?software?drawing?the?main?detail?drawings?and?assembly?drawing?as?a?whole.? Key?words:?The?automatic?washing?machines;?The?planetary?gear?transmission;?The?balancing?mechanism;?The?Planetary?wheel? II 第1章 ?緒論 1.1行星齒輪傳動的發(fā)展? 行星齒輪傳動是用來傳遞運動和動力齒輪機構，它不僅可以作勻速運動或按預定規(guī)律變化的運動，還可以改變運動的形式。在周轉輪系中，繞著固定軸線回轉的齒輪叫太陽輪，在太陽輪邊上有軸線變動的齒輪，既做自傳又做公轉的齒輪叫行星輪，行星輪的支持構件叫行星架，通過行星架將動力傳到軸上，再傳給其它齒輪。這種由多個齒輪所組成且只有一個中心輪是固定的系統(tǒng)稱為行星輪系。這種輪系包含三個基本構件，即行星架、中心輪和內齒輪。它們均能與其他構件連結承受外加力矩，并且繞共同的固定軸線回轉。當三個構件均轉動時，確定其中兩個構件的轉動速度則機構的運動形式就可以確定，這種結構稱為差動輪系；當中心輪和內齒輪中有一個固定時成為行星輪系。一般稱這兩種輪系為行星齒輪傳動[2]。?? 行星齒輪傳動的原理不僅應用于洗衣機中，還用在一些需要大功率和高低速傳動機械裝置中。它不僅可以增速、減速和變速傳動中，更能夠使用在其他一些特殊場合中，如運動的合成和分解，對我國現代機械的發(fā)展起著重要的作用，被廣泛應用在礦山機械、工業(yè)紡織、醫(yī)療設備、儀表儀器、化工機械及航空航天等各工業(yè)部門中甚至滲透到我們的日常生活中。 第2章 傳動系統(tǒng)方案的設計及計算 2.1行星齒輪傳動方案的設計? 本課題設計的是自動洗衣機中用來減速的裝置。在設計傳動方案時，傳動系統(tǒng)必須滿足體積小、運行平穩(wěn)、結構緊湊、傳動效率高、抗沖擊性能好、重量輕、工藝性好、便于使用和維護等要求；還有傳動系統(tǒng)的扭矩和轉速、輸入輸出功率必須滿足需要。但是要設計出滿足上述所有的要求的傳動結構是十分困難的，必須綜合考慮，選出最合理的傳動結構。通過查閱相關的文獻資料我選擇了NGW型行星齒輪傳動系統(tǒng)來設計洗衣機的減速裝置。? 行星齒輪傳動根據基本構件的情況可分為三種：2K—H、3K及?K—H—V。按其嚙合方式的不同可分為：NGW型、NW?型、，NN?型、WW?型、NGWN?型。?上面字母所代表的含義為：K是中心輪，H是行星架，V是輸出構件，N是內嚙合齒輪副，W是外嚙合齒輪副，G是同時與兩個中心輪相嚙合的公共齒輪[2]。? 經查閱參考文獻[2]表13-5-1選擇行星齒輪數目pn=3。我設計的行星齒輪傳動方式是NGW型2K—H行星傳動中的單排內外嚙合。如下圖2-1所示是擬定的傳動方案簡圖，包括有中心論a,內齒圈b和裝有3個行星輪g的星架H三個構件。 為了方便設計的進行，假設減速器工作壽命為20年（設每年有300天），每天工作2小時。根據參考文獻[1]得到行星齒輪減速器設計的一些數據如下： 傳動比（iρ） 5.4 輸入功率Pt（W） 1140 輸出扭矩(N·m） 360 輸入轉速na（r/min） 640 行星輪數np 3 2.2傳動方案的計算? 2.2.1?行星齒輪傳動比和效率的計算? 行星齒輪傳動比符號及角標含義為：，其中b為固定件、a為主動件、H為從動件。? 1.行星齒輪傳動比? 當內齒圈b固定時，2K-H傳動的傳動比為：?=iρ=5.4 輸出轉速：?nH==≈119r/min???????????????? （2-1）? 2.行星齒輪轉動的效率計算? 由參考文獻[3]中式12-13可知行星齒輪傳動效率的計算公式為： =1-|| 由：=1-，得：-1=-5.4 其中：= 式中為a-g嚙合的損失系數；為b-g嚙合的損失系數；為軸 承的損失系數；為總的損失系數；一般取=0.025。 根據=640r/min，=119r/min，-1=-5.4可得： =1-||=1-||×0.025=98% 由計算結果可知，2K-H型行星輪系負號機構的嚙合效率比較高，故在傳動中多用負號機構。 2.2.2??行星齒輪傳動的配齒計算? 1.在行星齒輪傳動中要確定各齒輪齒數，不僅要滿足齒輪齒數的選取原則，同時還要保證傳動比條件、裝配條件、同心條件和鄰接條件得到滿足。? （1）傳動比條件——進行配齒計算時必須保證滿足給定的傳動比，此行星齒輪傳動為內齒圈b固定的NGW型行星齒輪傳動，主動輪為中心輪a，從動輪為行星架H，所以中心輪a和內齒輪b的齒數必須滿足以下計算： =1+ （2-3） 式中?為中心輪a的齒數；?為內齒輪b的齒數? （2）同心條件——為了保證正確的嚙合，各對嚙合齒輪之間的中心距必須相等，即行星輪g和中心輪a間的中心距等于內齒圈b和行星輪g的中心距,即為同心條件：=。????????????????? ??? ?? （2-4）? 由上式可以導出m(+)=m(-)，即+=-。 （3）裝配條件——保證各行星輪能夠均勻地安裝于兩個中心齒輪之間并且與兩個中心齒輪嚙合良好，沒有錯齒現象。本設計中的NGW型傳動，為了簡化計算和裝配，應使內齒輪和中心輪齒數和是行星輪數目的整數倍，即： 為整數或為整數????????? （2-5） （4）鄰接條件——機構中兩相鄰行星輪的齒頂互不相碰，并且它們間的間隙大于0.5被模數，即行星齒輪間的中心距大于其齒頂圓半徑之和，如下圖所示： 即>2()g或2asin>()g （2-6） 上式中: ?表示行星輪數目；? A表示a、g嚙合時兩齒輪間中心距；? ()g、()g分別表示行星輪c的齒頂圓半徑和直徑? ?表示兩相鄰行星輪間的中心距。 2.配齒的計算????????????????????? 根據裝配條件可得：? =為整數。 因傳動為閉式齒輪傳動，為了使系統(tǒng)的沖擊振動小及傳動的平穩(wěn)，一般選取小齒輪的齒數可取為=20～30。由上式可知，取=20。? 根據傳動比公式可得： =1-=1+=5.4 即：=(-1)=(5.4-1)×20=88 若不變位，根據同心條件即，+=- 可得===34 由鄰接條件可知：2asin>()g 即：2asin=m(+)sin=m(20+34)sin=27m≈46.76m 根據GB1356-88可知齒頂高系數標準值為=1。 ()g =m(+2)=m(34+2)=36m 所以2sin>()g，所以各齒輪齒數滿足連接條件。故齒輪齒數分別為：=20，=34，=88。 2.2.3??齒輪強度校核及幾何尺寸計算? 本設計中選用的是漸開線直齒圓柱齒輪作傳動構件。? （一）?齒輪傳動的主要參數? 輪廓基本參數：齒形角α=20，齒頂高=m，工作齒高=2m，頂隙c=0.25m,齒根圓角半徑=0.38m，模數m，中心距a，中心輪和行星輪間的中心距，行星輪和內齒輪間的中心距，傳動比i，=5，齒數比u。? 行星輪與內齒輪間的齒數比=??=2.59???????? （2-7） 中心輪與行星輪間的齒數比=??=1.7???????????? （2-8） （二）精度等級的選擇? ??由于全自動洗衣機傳動裝置的速度不是很高，故可以選擇齒輪精度為7級。行星輪材料為45鋼（調質），硬度為260HBS，中心輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS。兩種材料硬度相差20HBS。內齒輪所選材料也是45鋼（調質），硬度為240HBS，與行星輪材料的硬度相差20HBS。? （三）齒輪強度計算及校核? ??在行星齒輪傳動中，均可將傳動系統(tǒng)分解為相互嚙合的幾對齒輪副，但要考慮行星傳動的結構特點（可能有多個行星輪）和運動特點（有自轉和公轉）。在一般條件下，NGW型行星傳動，主要是外嚙合決定其承載能力。因此主要對中心輪與行星輪間的傳動進行強度計算即可。? 1.接觸疲勞強度計算及校核? 由參考文獻[3]中10-21式可得按齒面接觸疲勞強度設計的計算公式?即： （2-9） （1） 確定上述公式中各數值? 1） 初選載荷系數K=1.8? 2） 計算中心輪傳遞的轉矩? 170091N·mm （2-10） 3）由于中心輪相對于軸承的位置為懸臂布置，由參考文獻[3]中表10-7選。?? 4）由于大小齒輪均為鋼制，由表10-6可得到彈性影響系數為：；? 5）當齒輪傳動未變位時，可由圖10-30得到節(jié)點區(qū)域系數? 為：=2.5；? 6）由式10-18可得： 式中=0°，經計算得=1.68 再由式12-10可得：? =0.77 7）由圖10-21d可查得：? 中心輪的接觸疲勞強度為:=700MP? 行星輪的接觸疲勞強度為:=600MP? 8）由式10-13計算應力循環(huán)次數：? 總工作時間為:=20×300×2=12000h 應力循環(huán)次數:? ?=60=60×1×3000×12000=4.68×108 ??? （2-12） ==8.53×107 9）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數 =1.1，=1.22 10）由于中心輪與行星輪是外齒輪嚙合，所以其齒數比u===1.7 11）由參考文獻[2]表13-5-7查得接觸最小安全系數為=1.05； 12）由式10-12得到初步計算許用接觸應力：???????? 中心輪的許用接觸應力為： ==628.57MP ?? （2-13） 太陽輪的許用接觸應力為： ==580.95MP 齒輪校核時取上述較小值，即=。 （2） 計算? 1） 計算中心輪的分度圓直徑，帶入上式中較小的值： ≥3≈50mm 2） 計算圓周速度:? ==1.67m/s （2-14） 初步計算齒寬:? ==0.4×30=12mm （2-15） 3） 計算齒寬與齒高之比 ???模數：2.5 （2-16） ???根據參考文獻[4]可取=2.5m。 4）計算載荷系數? 根據=1.67，取7級精度。由參考文獻[3]中表10-2查得使用系數 =1.5；由圖10-8查得動載系數=0.85；由表10-14查得小齒輪相對支承非對稱布置時=1.69；由表10-3查得齒間載荷系數=1.26。?故載荷系數為： ==1.5×0.85×1.26×1.169=1.92 （2-17） 進行齒輪接觸強度的校核 ???????? ? （2-18） =189.8×2.5×0.77× =293.13MP＜ 由計算結果可知，所選齒輪接觸疲勞強度合格。? 2.按齒根彎曲疲勞強度計算及校核? 由參考文獻[3]式10-15，即: ? ????????? （2-19） ?進行齒根彎曲疲勞強度驗算? （1）確定上述公式內的各數值 重合度系數為：=0.69 （2-20） 齒間載荷分配系數為：==1.45 （2-21） 齒向載荷分布系數： 系數為：==1.5×0.85×1.41×1.12=2.01 （2-22） 由圖12-14查得:=1.12 （2-23） 載荷修正系數由圖12-22可?。? =1.55，=1.66； 齒形系數可由圖12-21取得?： =2.75，=2.45； 彎曲疲勞極限由圖12-23?c可取： =550MP，=430MP； 彎曲最小安全系數根據表12-14可?。?1.25 應力循環(huán)次數為： ?=60=60×1×640×12000=4.61×108 ??? （2-24） ==8.53×107 根據上式所計算值及查參考文獻[3]可知彎曲壽命系數為： =0.91，=0.98； 尺寸系數為：=1.0； （2） 查圖10-2得彎曲疲勞壽命系數： =0.91，=0.98； 許用彎曲應力： ==400.4MP （2-25） ==337.12MP （3） 檢驗m的取值是否合格 對于中心輪:??=0.0106 對于行星輪:?=0.0121 對上述兩者中較大的值進行計算，即按行星輪進行模數計算： ==1.42mm 所以之前所取得的模數m=2.5合格。 驗算：=18.97MP＜ =18.10MP＜ 故所選齒輪彎曲疲勞強度校核合格。? 3.確定傳動主要的尺寸? 由參考文獻[2]取齒輪齒頂高系數=1;分度圓的壓力角=20°;頂隙系數=0.25；? 中心距a為： 分度圓直徑d為： =2.5×20=50mm =2.5×34=85mm =2.5×88=220mm 齒頂圓直徑為： 當=1，=20°時，=0.22 ? ?（2-29） 齒頂高為：外嚙合：=2.5 內嚙合：=（2.5-0.22）×2.5=5.7mm =50+2×2.5=55mm =85+2×2.5=90mm =220-2×2.5=215mm 齒根圓直徑為： =（1+0.25）×2.5=3.125mm （2-30） =50-2×3.125=43.75mm =85-2×3.125=78.75mm =220+2×3.125=226.25mm 基圓直徑為： =46.99mm （2-31） =79.87mm =206.73mm 齒寬b：由表10-7選齒寬系數=0.6。則： =0.6×50=20mm 進行圓整后取=30；故：=34，=30。 2.3?行星齒輪傳動的受力分析? 對行星齒輪傳動進行受力分析時，要假定各中心輪與行星架是靜止或等速轉動，且摩擦損失不計，而且構件在轉矩輸入過程中均位于平衡狀態(tài)，構件間的作用力等于反作用力[5]。下面將對行星傳動的受力情況進行分析。 上圖中中心輪a為主動件，設a輪的螺旋方向為為右旋，在行星齒輪傳動中，各對齒輪嚙合計算可借鑒普通定軸齒輪嚙合計算。從中心輪開始，依次確定各構件上的力和力矩。? 由參考文獻[3]中式13-5-14得： （2-33） ????? （2-34） 由式（2-10）知=9.54.9N·mm帶入上式可得到： =-4774.5N·mm，=3819.6N·mm 中心輪a上的嚙合作用力為： ?? （2-35） =60.63N ?? （2-36） （2-37） （2-38） 上式中嚙合角=20，螺旋角=0。 根據參考文獻[2]中表13-5-8可以?。? =1.10，=1.25，=1.15 可以計算得： 22.23N =8.09N =0 行星輪g上的嚙合作用力為： ==-22.23N =-=-22.23N =-=0 =-=0 =-=8.09N =-=-8.09N =--=44.46N 行星架H上的嚙合力矩和作用力為： =-=-44.46N =-47.745N·mm 內齒輪b上的嚙合作用力為： =-=22.23N =-=0 =-=-8.09N 2.4行星齒輪傳動的均載機構的設計? 采用多個行星輪來分擔載荷是行星輪系的主要特點，且均勻分布的行星輪平衡了離心力和徑向力，從而使系桿、中心輪近似實現無徑向負荷地傳遞轉矩，消除振動。理論上講，在相同轉速條件和功率下，行星輪的數目越多，與每個行星輪嚙合的中心輪輪齒受力就越小，能使重量輕，結構緊湊。但實際上由于制造過程中產生的誤差及構件的變形等，通常會造成行星輪受力不均現象。為了實現運動一個行星輪即可，因為增加行星輪個數實際上就是增加了多余的約束條件，導致對制造和安裝精度的要求就越苛刻。安裝過多的行星齒輪不僅使行星輪負載不均，而且因為制造和安裝不可避免的誤差，還會加大各接觸件之間的預應，產生振動和噪聲，降低效率，影響機構運轉甚至還會出現卡死現象使構件難以運動。因此隨著行星齒輪功率和系傳動速度的增大，均載問題的研究變得越來越重要。? 為使行星輪系傳動的承載能力增強，我們要盡可能避免載荷分配不均勻的現象，我采用了浮動構件均載機構。浮動構件是指行星輪戲中有一個或兩個基本構件的徑向位置沒有固定，而是靠工作時各行星齒輪給他的作用力自由浮動。由于各行星輪是對稱、均勻分布的，因而當浮動元件平衡時，各行星輪的載荷也基本達到平衡[6]。? 本設計中采用的是通過齒輪聯軸器將輸入軸與中心輪作浮動聯接，使中心輪作為浮動構件。這是因為使用多個行星輪傳動，不僅能夠使同心軸齒輪之間的空間得到合理運用，還能形成功率分流使載荷得到均勻分配，而且這種均載機構結構比較緊湊、制造簡單、裝配方便[7]。 第3章 行星輪、內齒圈和行星架的結構設計 3.1行星輪、中心輪和內齒圈的結構設計? 在選取行星輪結構時，應根據軸承類型、傳動類型及安裝形式來選取。一般速度不是很高的行星齒輪傳動，常用滾動軸承來支承[7]。該設計中由于行星輪結構比較小故設計成齒輪與軸一體的形式。? 由于中心輪尺寸較小，所以設計成實體結構。中心輪一端通過齒輪聯軸器與輸入軸連接。? 不浮動也不旋轉的內齒圈常用圓銷、平鍵或螺栓與箱體連接起開，并且與機體有精確的定位配合。有時為了保證制造精度，常直接把內齒輪加工在機體上，此時機體的材料就按齒輪的要求確定。該設計中的內齒圈如圖3-1。? 3.2行星架結構設計? 由于行星輪的心軸安裝在行星架中，所以心軸位置的精確度在很大程度上會影響行星輪間載荷分配情況，而行星輪軸線的偏斜是由行星架的變形引起的，并且會使齒寬上載荷受力不均，降低減速器的承載能力，引起震動及噪聲。所以，行星架設計時，要選擇合理的結構形式及工藝性能。選擇行星架時候我們要優(yōu)先考慮便于加工、結構剛性好、工藝性能好的結構。常見的行星架結構形式有三種：雙壁剖分式、雙壁整體式和單壁式。? 雙壁剖分式行星架的剛性較好，結構復雜。在傳動比較小情況下，為使裝配比較方便，其行星輪軸承需要安裝在行星架上。 雙壁整體式行星架的剛性比較好，一般在行星輪內安裝軸承。 單臂式行星架的剛性較差、結構簡單、軸向尺寸比較小，裝配方便，一般用于中小功率傳動，而且由于行星輪軸呈懸臂狀態(tài)，受力不均勻，必須在行星輪孔內安裝軸承，特別是行星輪直徑較小時安裝更困難。 結合情況綜合考慮故該設計中采用的是雙壁剖分式行星架結構。 第4章 ?行星齒輪減速器輸入、輸出軸的設計 軸的結構不僅受軸上零件的位置、數量、載荷的影響，還受軸上零件安裝和固定方法及軸的加工、裝配工藝等因素的影響，所以設計軸時應考慮好軸的結構，使軸上裝配合理、拆裝方便、工藝性能好，同時還應避免軸的應力集中理，所以將輸入、輸出軸均設計成階梯軸的形式[8]。 4.1減速器輸入軸的設計? （1）材料的選擇和確定許用應力? 通過查閱參考文獻可選45號鋼作為輸入軸的材料，并經過調質處理，強度極限為=600MPa，許用彎曲應力=60MPa。 （2）估算軸徑? 已知輸入軸的轉矩=954.9N·mm，功率為=300W，轉速=3000r/min，中心輪的直徑=36mm。根據參考文獻[6]表14-1的C=112。 又由參考文獻[6]中公式： =8.73mm （4-1） 考慮到軸上零件的定位、拆裝、位置調整等情況，輸入、輸出軸均設計成階梯軸形式。所以估算軸徑,確定各個軸段的直徑。 為了使軸在整個減速離合器中的合理安裝，初定：軸段1直徑最小取=30mm，即=30mm，=40mm，=37mm，=40mm，=40mm，=40mm，=48mm，=53mm。為了使軸上的零件能合理定位及裝配，現確定各軸段的長度。初定：=175mm，=40mm，=32mm，=1.7mm，=18mm，=30.3mm，=18mm，=5mm，=20mm。下圖4-1中依次從軸的左端向右安裝中軸上零件，即軸承、套筒、軸承、箍環(huán)、軸承端蓋。 （3）輸入軸的校核計算? 因為輸入軸為傳動軸，故可以按扭轉強度條件校核。?由參考文獻[3]中式?15-1可知： （4-2） 查表得=25MPa，所以。? 所以輸入軸強度校核合格。 4.2?減速器輸出軸設計? （1）材料選擇和許用應力? ??選用45號鋼，并經過調質處理，強度極限=600MPas,許用彎曲應力=60MPa。輸出功率：==0.98×3000=294W，輸出轉速n=640r/min。 （2）估算軸徑? =8.96mm （4-3） 考慮到軸上零件的定位、拆裝、位置調整等，輸入、輸出軸均設計成階梯軸形式。所以估算軸徑,確定各個軸段的直徑。為了使軸在能整個減速離合器中合理安裝，初定：軸段1直徑最小取=40mm，即=40mm，=55mm，=67mm，=70mm，=70mm，=70mm，=80mm，=50mm。為了使軸上的零件能合理定位及裝配，現確定各軸段的長度。初定：=234.7mm，=50mm，=49mm，=2.7mm，=24mm，=30mm，=24mm，=12mm，=39mm。如下圖為設計的輸出軸且軸上各零件依次從右向左安裝。 （3）輸出軸的校核計算? 因為輸出軸為傳動軸，故可以按扭轉強度條件校核。?由參考文獻[3]中式?15-1可知： （4-4） 查表得=25MPa，所以。? 所以輸出軸強度校核合格。 第5章 輸入軸、行星齒輪的有限元分析 5.1?輸入軸的有限元分析? 5.1.1 輸入軸的建模 打開UG10.0(Unigraphics NX 10.0簡稱，以下出現均為簡稱)，點擊新建彈出新建模型對話框，輸入新建文件名，畫出輸入軸，如圖下所示。 5.1.2輸入軸載荷的施加與有限元分析 對輸入軸進行有限元建模，給定材料40Cr,創(chuàng)建其物理屬性表，繼承材料40Cr的物理屬性，網格收集用SOLID收集。使用3D四面體對其進行網格劃分，對其單元進行檢查。 給輸入軸添加了一個固定約束，通過計算給輸入軸施加一個1000N的徑向力和一個1000N的法向力，作用在第三個軸面上,進行求解。該材料能滿足軸的受力要求。 5.2?行星齒輪的有限元分析? 齒輪傳動是現代機械中應用最廣的一種傳動形式，其優(yōu)點是：瞬時比傳動比恒定，工作平穩(wěn)，傳動準確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力，適用的功率和范圍廣，傳動效率高，工作可靠性高，使用的壽命長，外廓尺寸小，結構緊湊，承載能力大。 5.2.1 太陽輪和行星輪的建模 打開UG10.0，點擊新建彈出新建模型對話框，輸入新建文件名，進入建模界面，選擇點擊【柱齒輪建?！棵?，點擊【創(chuàng)建齒輪】進行齒輪的創(chuàng)建，然后一次點擊直齒外嚙合滾齒確認。然后進入漸開線圓柱齒輪參數對話框，根據計算出的數據一次輸入模數、齒數、齒寬、壓力角，齒輪建模精度默認然后確實。 5.2.2行星齒輪載荷的施加與有限元分析 對齒輪進行有限元建模，給定材料40Cr,創(chuàng)建其物理屬性表，繼承材料40Cr的物理屬性，網格收集用SOLID收集。使用3D四面體對其進行網格劃分，對其單元進行檢查。 給齒輪添加了一個固定約束，通過計算給齒輪施加一個1000N的徑向力和一個1000N的法向力，作用在齒面上,進行求解該材料能滿足齒輪的受力要求。 結論 本文是設計的是一種自動洗衣機內部用來減速裝置，這種要求比較高，因此在設計過程中不僅要考慮其體積和重量，還應該注意其精度，如果傳動精度比較低，洗衣機工作時會產生很大的噪聲及震動同時還會影響洗衣機的使用壽命。隨著現代科學技術的不斷發(fā)展，人們對生活質量的要求也越來越高，洗衣機作為一種人們生活中常用的家電，不僅要求其在外觀形式上好，更重要的是在使用性能上要優(yōu)良。這就需要它體積小、重量輕、噪音低等滿足人們的需求。本文設計的減速器就考慮這方面的要求，盡量地縮小它的體積和減輕它的重量，以此同時還注意傳動精度的要求，盡量減小洗衣機在工作中的震動和噪聲。但同時也有許多的不足之處，如在傳動過程中行星輪受到雙向載荷，齒輪容易疲勞折斷，會對傳動過程產生很大的影響。如果某個齒被折斷，在齒輪嚙合過程中落在齒輪上的碎塊就會使嚙合卡死，使電機過載而被燒壞。因此必須適當提高齒輪的齒根彎曲強度。所以在這方面還有待改進，以便能夠設計出能更好的減速器。 參考文獻 [1]黃省三，黃忠偉.家庭洗衣機維修[M].福州：福建科學技術出版社，2005? 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