NGW型行星齿轮传动系统的优化设计.doc
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1、NGW型行星齿轮传动系统的优化设计 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途分 类 号 密 级 毕业设计(论文)NGW型行星齿轮传动及优化设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺:本人所写的毕业论文NGW型行星齿轮传动系统的优化设计均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。 承诺人(签名): 年 月 日摘 要渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动的齿轮传动,这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷,以使功率分流
2、。渐开线行星齿轮传动具有以下优点:传动比范围大、结构紧凑、体积和质量小、效率普遍较高、噪音低以及运转平稳等,因此被广泛应用于起重、冶金、工程机械、运输、航空、机床、电工机械以及国防工业等部门作为减速、变速或增速齿轮传动装置NGW型行星齿轮传动机构的传动原理:当高速轴由电动机驱动时,带动太阳轮回转,再带动行星轮转动,由于内齿圈固定不动,便驱动行星架作输出运动,行星轮在行星架上既作自转又作公转,以此同样的结构组成二级、三级或多级传动。NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成,以基本构件命名,又称为ZK-H型行星齿轮传动机构。本设计的基本思想是以两级外啮合接触强度相等为原则
3、分配传动比,而构造是以高速级传动比为设计变量的目标函数,采用黄金分割法得到合理的传动比分配.然后采用离散变量的组合型法分别进行单级传动的优化设计.关键词:渐开线齿轮,离散变量,齿轮传动,优化设计IVAbstractInvolute planetary gear reducer is a kind of at least one gear around the axis of the geometry of the fixed position for circular motion of gear transmission, the transmission usually use inter
4、nal meshing and use more several planet round and load, in order to make power diversion. Involute planetary gear transmission has the following advantages: transmission range, compact structure, small volume and quality, and generally high efficiency, low noise and stable operation, etc, so are wid
5、ely used in lifting, metallurgy, construction machinery, transportation, aviation, machine tools, electric machinery and defense industry and other sectors for slowing down, variable speed or growth gear transmission device 文档为个人收集整理,来源于网络本文为互联网收集,请勿用作商业用途Planetary gear transmission mechanism NGW mo
6、deled drive principle: when the shaft from motor driver, drive the sun turn rebirth, then drive the planet wheel rotation, with the inner circle teeth fixed, then drive planet shelf as the output motion, the planet round in the planet shelf is rotation and the revolution, to the same structure of th
7、e second and third or multistage transmission. NGW modeled planetary gear transmission main institutions by the sun, planets wheel, inner wheel gear circle and of planet shelf, with basic component named, also called ZK-H planetary gear transmission mechanism. 个人收集整理,勿做商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途The basic
8、 idea of this design is based on the two levels of meshing contact strength for principle equal distribution ratio, and structure is based on the level as the design variables transmission ratio, the objective function of the separation of gold get reasonable distribution of transmission ratio。 And
9、then the discrete variable combination method, single stage of transmission of optimization design.Key Words: Involute gear, discrete variables, gear transmission, optimization design目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11。1 引言11。2 行星齿轮传动的特点及国内外研究现状11。2。1行星齿轮传动的特点及应用11.2.2 国内外的研究状况及其发展方向31。3 本文的主要内容4第2章 NGW
10、齿轮结构分析52.1NGW齿轮渐开线齿廓曲线方程52.2齿根过渡曲线方程72.3 行星轮系中各轮齿数的确定8第3章 NGW型行星齿轮传动优化设计113。1双极NGW行星减速器传动比分配113。2优化设计分析133。2.1 建立齿轮优化设计模型143.2.2 选取目标函数143.2。3 确定设计变量143.2。4 约束条件的建立153。2.5 优化设计分析163.3建立、运行优化任务173.4分析优化结果和更新模型参数17第4章 NGW型行星传动机构主要零部件设计184。1行星轮轴、轴承、行星轮内孔设计184.2浮动机构齿轮联轴器的设计与校核184。2。1齿轮联轴器的特点184.2。2齿轮联轴器
11、基本参数的确定194.2。3齿轮联轴器的强度校核194.2。4齿轮联轴器的几何计算19总结与展望21参考文献22致 谢23附 录24 第1章 绪论1.1 引言渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动的齿轮传动,这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷,以使功率分流。渐开线行星齿轮传动具有以下优点:传动比范围大、结构紧凑、体积和质量小、效率普遍较高、噪音低以及运转平稳等,因此被广泛应用于起重、冶金、工程机械、运输、航空、机床、电工机械以及国防工业等部门作为减速、变速或增速齿轮传动装置.渐开线行星齿轮减速器所用的行星齿轮传动类型很多,按传动机构中齿轮的啮合
12、方式分为:NGW、NW、NN、NGWN、ZU飞VGW、W.W等,其中的字母表示:N内啮合,W外啮合,G-内外啮合公用行星齿轮,ZU锥齿轮.NGW型行星齿轮传动机构的主要特点有:1、重量轻、体积小。在相同条件下比硬齿面渐开线圆柱齿轮减速机重量减速轻1/2以上,体积缩小1/21/3;2、传动效率高;3、传动功率范围大,可由小于1千瓦到上万千瓦,且功率越大优点越突出,经济效益越高;4、装配型式多样,适用性广,运转平稳,噪音小;5、外齿轮为6级精度,内齿轮为7级精度,使用寿命一般均在十年以上。因此NGW型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、传递功率最大的一种行星齿轮传动。NGW型行星齿轮传动机构的
13、传动原理:当高速轴由电动机驱动时,带动太阳轮回转,再带动行星轮转动,由于内齿圈固定不动,便驱动行星架作输出运动,行星轮在行星架上既作自转又作公转,以此同样的结构组成二级、三级或多级传动。NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成,以基本构件命名,又称为ZKH型行星齿轮传动机构。1.2 行星齿轮传动的特点及国内外研究现状1.2。1行星齿轮传动的特点及应用传动装置是大多数机械设备必不可少的重要部件,其性能直接决定着整台设备的性能和质量,随着机械工业技术的不断发展,对传动装置的要求越来越高,要求体积小、重量轻、承载能力大、效率高、寿命长。普通齿轮传动减速器传动比小,当传动比大
14、时需多级减速,体积大,结构笨重,且使用寿命短。普通的蜗轮减速器虽比上述齿轮减速器的性能好,但效率较低。对于从事机械设计的工程设计人员而言,这就意味着两方面的要求:其一,掌握和应用先进、合理的传动形式;其二,掌握和应用先进的设计思想、设计手段和方法.行星传动是近几十年来迅速发展和应用起来的新型的齿轮传动形式之一,在各种机械传动中得到了广泛的应用。为了提高机械设备、仪器和仪表等的工作寿命、可靠性和减小外形尺寸,其传动形式常以行星传动代替定轴传动.行星齿轮传动与其他形式的齿轮传动相比有如下几个特点:(1)体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高,这个特点是由行星齿轮传动的结构等内在因素决定的
15、.a)功率分流 用几个完全相同的行星轮均匀地分布在中心轮的周围来共同分担载荷,因而使每个齿轮所受到的载荷都很小,相应齿轮模数就可较小。b)合理地应用了内啮合 充分利用内啮合承载能力高和内齿轮的空间体积,从而缩小了径向、轴向尺寸,使结构紧凑而承载能力又高.c)共轴线式的传动装置 各中心轮构成共轴线式的传动,输入轴与输出轴共轴线,使这种传动装置长度方向的尺寸大大缩小。(2)传动比大 只要适当的选择行星传动的类型及配齿方案,就可以利用很少的几个齿轮而得到很大的传动比.在不作为动力传动而主要用以传递运动的行星机构中,其传动比可达到几千。此外,行星齿轮传动由于它的三个基本构件都可以传动,故可以实现运动的
16、合成与分解,以及有级和无级变速传动等复杂的运动。(3)传动效率高 由于行星齿轮传动采用了对称的分流传动结构,即它具有数个均匀分布的行星齿轮,使作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力相互平衡,有利于提高传动效率.在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下,其效率可达0.970。99。(4)运动平稳、抗冲击和振动的能力较强由于采用数个相同的行星轮,均匀分布于中心轮周围,从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡.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,抗冲击和振动的能力较强,工作较可靠。在具有上述特点和优越性的同时,行星齿轮传动也存在一些缺点,如结构形式比定轴齿轮传动复杂;对制造质量要求较高;
17、由于体积较小、散热面积小导致油温升高,故要求严格的润滑与冷却装置等。行星齿轮传动的设计进行研究,对促进技术进步和国民经济的发展具有重要的理论和实用意义。1.2。2 国内外的研究状况及其发展方向世界上一些工业发达的国家,如: 日本、德国、英国、美国和俄罗斯等,对行星齿轮传动的应用、生产和研究都十分重视,在结构化、传动性能、传递功率、转矩和速度等方面均处于领先地位;并出现了一些新型的传动技术,如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代的机械传动设备中获得了成功的应用。国内对行星齿轮传动比较深入的研究最早开始于 20 世纪 60 年代后期, 20 世纪70 年代制定了 NGW
18、 型渐开线行星齿轮减速器标准系列 JB17991976.一些专业定点厂已成批生产了 NGW 型标准系列产品,使用效果很好。已研制成功高速大功率的多种行星齿轮减速器,如列车电站燃气轮机(3000KW)、高速气轮机(500KW)和万立方米制氧透平压缩机(6300KW)的行星齿轮箱。低速大转矩的行星齿轮减速器已成批生产,如矿井提升机的 XL-30 型行星齿轮减速器(800kW),双滚筒采煤机的行星齿轮减速器(375kW)。世界各先进工业国家,经由工业化、信息时代化,正在进入知识化时代,行星齿轮传动在设计上日趋完善,制造技术不断进步,使行星齿轮传动已达到较高的水平。我国与世界先进水平虽存在明显的差距,
19、但随着改革开放带来设备引进、技术引进,在消化吸收国外先进技术方面取得很大的进步。目前行星齿轮传动正在向以下几个方面发展:1)向高速大功率及低速大转矩的方向发展.例如年产 300kt 合成氨透平压缩机的行星齿轮增速器,其齿轮圆周速度已达 150m/s;日本生产了巨型船舰推进系统用的行星齿轮箱,功率为 22065kW;大型水泥磨中所用 80/125型行星齿轮箱,输出转矩高达 4150kN m。在这类产品的设计与制造中需要继续解决均载、平衡、密封、润滑、零件材料与热处理及高效率、长寿命、可靠性等一系列设计制造技术问题。2)向无级变速行星齿轮传动发展.实现无级变速就是让行星齿轮传动中三个基本构件都传动
20、并传递功率,这只要对原行星机构中固定的构件附加一个转动(如采用液压泵及液压马达系统来实现),就能成为变速器。3)向复合式行星齿轮传动发展。近年来,国外将蜗杆传动、螺旋齿轮传动、圆锥齿轮传动与行星齿轮传动组合使用,构成复合式行星齿轮箱。其高速级用前述各种定轴类型传动,低速级用行星齿轮传动,这样可适用相交轴和交错轴间的传动,可实现大传动比和大转矩输出等不同用途,充分利用各类型传动的特点,克服各自的弱点,以适应市场上多样化需要。4)向少齿差行星齿轮传动方向发展。这类传动主要用于大传动比、小功率传动。1。3 本文的主要内容NGW型行星齿轮传动机构的传动原理:当高速轴由电动机驱动时,带动太阳轮回转,再带
21、动行星轮转动,由于内齿圈固定不动,便驱动行星架作输出运动,行星轮在行星架上既作自转又作公转,以此同样的结构组成二级、三级或多级传动。NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成,以基本构件命名,又称为ZK-H型行星齿轮传动机构。本设计的基本思想是以两级外啮合接触强度相等为原则分配传动比, 而构造是以高速级传动比为设计变量的目标函数, 采用黄金分割法得到合理的传动比分配。然后采用离散变量的组合型法分别进行单级传动的优化设计。21第2章 NGW齿轮结构分析2.1NGW齿轮渐开线齿廓曲线方程如图2-1所示,当直线x-x沿着半径为的圆作纯滚动时,该直线上的任一点K的轨迹称为该圆的
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