机械专业课程设计项目说明指导书行星齿轮减速器传动装置设计单级.doc
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1、 基于行星轮减速器传动装置设计 学 院: XXXXXXXXXXXXXXX专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机 械 xxx 学 号: XXXXX 姓 名: XXXXX 指引教师: XXXXXXX 目录一、设计选题11.1应用背景11.2题设条件1二、传动装置方案设计22.1 选用行星齿轮传动机构22.2 总体传动机构设计3三、传动装置总体设计33.1 选取电动机33.2传动系统传动比53.3 传动系统各轴转速/功率/转矩5四、减速器传动零件设计64.1 齿轮设计计算与校核64.1.1 拟定各齿轮齿数64.1.2 初算中心距和模数74.1.3齿轮几何尺寸计算94.1.4 齿轮强度校核(受
2、力分析/接触弯曲强度校核)114.2 轴/轴承/联轴器/键设计计算与校核164.2.1 行星轴设计(轴/轴承)164.2.2 行星架构造设计194.2.3 输入轴设计(轴/轴承/联轴器/键选用及校核)204.2.4 输出轴设计(轴/轴承/联轴器/键选用及校核)284.3 箱体设计及润滑密封选取354.3.1 箱体设计354.3.2 润滑密封选取37五、课程设计总结37六、重要参照文献38一、设计选题1.1应用背景近些年,随着国际工业水平不断提高以及国家对工业技术支持助力,越来越多工业机器取代了人力,各行各业从中获利;同步由于市场工艺方面需求,涌现了一批体积小,效率高新型机械产品。它们普通都是以
3、小巧紧凑,平稳高效,以便快捷而深获各行各业青睐。这些机器其中就有某些是以行星轮作为其减速器重要构造。当前市场上惯用减速器大多是普通齿轮减速器,普通都比较笨重粗糙,不太符合某些新兴行业紧凑高效快捷理念。而行星齿轮传动重要特点就是体积、质量小,构造紧凑,承载能力、传动效率高,传动比较大且运动平稳、抗冲击和振动能力较强。因此,设计出一款满足市场惯用机器行星轮减速器是很有市场前景。故本次机械创新设计为一套基于行星轮减速器传动装置设计。 1.2题设条件现取一款市场上惯用运送带工作机,其工作拉力F=10000N,运送带速度v=1.30m/s,卷筒直径D=205mm;依照这款运送机工作规定,设计出一套基于行
4、星轮减速器传动装置。另规定该减速器可以持续工作;承受中档冲击。二、传动装置方案设计2.1 选用行星齿轮传动机构最常用行星齿轮传动机构是NGW型行星传动机构。行星齿轮传动型式可按两种方式划分:按齿轮啮合方式不同有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等类型(N内啮合,W外啮合,G内外啮合公用行星轮)。其中最惯用为NGW型。NGW型按基本构造构成状况不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等类型。其中2Z-X型以其构造简朴,制造以便,在机械传动中应用最广。2Z-X型为单级传动,效率高达0.970.99,故本次设计选用2Z-X型行星轮传动机构。图(1)2Z-X(A)行星齿轮传动机构简化图如上图所示,
5、a为太阳轮,b为内齿轮,c为行星轮,x为转臂,II轴III轴可为输入输出轴。当II轴为输入轴时,机构整体为减速;当III轴为输入轴时,机构整体为加速。2.2 总体传动机构设计图(2)带式运送机传动装置如图(2)所示,运送机总体传动装置由电动机、行星轮减速器、卷筒构成。电动机通过联轴器将转矩传递给行星齿轮减速器,行星齿轮减速器再将转矩经联轴器传递至工作机卷筒,使之带动运送带工作,完毕传动方案。三、传动装置总体设计3.1 选取电动机按工作规定和工作条件选用Y系列鼠笼三相异步电动机。其构造为全封闭自扇冷式构造,电压为380V。工作机有效功率,依照已知条件所给数据F=10000N,。则工作机有效功率有
6、:从电动机到工作机输送带之间总效率为式中:,分别为弹性联轴器效率,滚动轴承效率,行星轮传动机构效率,卷筒效率因此电动机输出功率为:按资料查找2Z-X型行星轮传动比 工作机卷筒转速为 因此电动机转速可选范畴为 符合这一范畴同步转速有750r/min,1000r/min,1500r/min三种,比较三种电机,选1000r/min电机时,总传动较小,传动装置构造尺寸小,在依照额定功率大小选取电机型号,故拟定电机型号为Y180L-6.其满载转速为970r/min,额定功率为15KW。电动机型号:Y180L-6 额定功率:15KW同步转速:1000r/min 满载转速:970r/min3.2传动系统传动
7、比总传动比=电机满载转速/工作机转速 即3.3 传动系统各轴转速/功率/转矩如图(1)2Z-X(A)行星齿轮传动机构简化图所标注:电动机轴为轴,减速器高速级轴为轴,低速级轴为轴,卷筒轴为轴,则各轴转速 各轴输入功率 各轴输入转矩 四、减速器传动零件设计行星齿轮减速器构造特点:行星轮轴承安装在行星轮内,行星轴固定在行星架行星轮轴孔中;输出轴和行星架通过键联接其支承轴承在减速器壳体内,太阳轮通过联轴器与高速轴联接,以实现传动。传动零件设计计算,大体涉及:齿轮设计计算与校核(齿数/模数/中心距/齿轮材料/弯曲接触强度校核)轴设计计算与校核(三个轴:行星轴/输入轴/输出轴 轴尺寸及强度校核)轴承选型与
8、寿命计算键选取与强度计算箱体设计润滑与密封选取4.1 齿轮设计计算与校核4.1.1 拟定各齿轮齿数据2Z-X(A)型行星传动传动比值和按其配齿计算(见行星齿轮传动设计公式(3-27)公式(3-33)可求得内齿轮b和行星轮c齿数和。现考虑到行星齿轮传动外廓尺寸较小,故选取中心轮a齿数=17和行星轮=3.依照内齿轮 对内齿轮齿数进行圆整,同步考虑到安装条件,取,此时实际p值与给定p值稍有变化,但是必要控制在其传动比误差范畴内。实际传动比为 其传动比误差 由于外啮合采用角度变位传动,行星轮c齿数应按如下公式计算,即 再考虑到安装条件为 (整数)故行星轮各齿数为 4.1.2 初算中心距和模数(1)齿轮
9、材料、热解决工艺及制造工艺选定太阳轮材料为40Cr,调质解决,强度极限,屈服极限,齿面硬度为280HBS。由行星齿轮传动设计P166图6-13查得齿轮接触疲劳极限 图6-26查得齿轮弯曲疲劳极限行星轮材料为40Cr,调质解决,强度极限,屈服极限,齿面硬度为240HBS。行星轮齿形为渐开线直齿。最后加工为磨齿,精度为6级。内齿圈材料为30CrMnSi,调质解决,强度极限1100MPa,屈服极限900MPa,表面硬度为320HBS。齿形终加工为插齿,精度7级。(2)减速器名义输出转速由 得 (3)载荷不均衡系数查行星齿轮传动设计,取(4)齿轮模数和中心距a (m=2.5,)一方面计算太阳轮分度圆直
10、径:(mm)式中:正号为外啮合,负号为内啮合; 算式系数为768(直齿传动);齿数比为使用系数为1.25;综合系数为2;太阳轮单个齿传递转矩。其中 高速级行星齿轮传动效率,取=0.99行星轮数量齿宽系数暂取=0.5=1450Mpa代入下式得:模数 取模数 m=2.5则 取中心距 由于装置状况是小齿轮作悬臂布置 故 取计算齿轮齿宽 考虑不可避免安装误差,为了保证设计齿宽b和节约材料,普通将小齿轮略为加宽(510)mm;普通会取小齿轮齿宽等于,大齿轮齿宽这里由于内齿轮、太阳轮内外啮合公用行星轮。为了保证三者之间稳定性,选取取行星轮齿宽35mm,太阳轮、内齿轮齿宽30mm。4.1.3齿轮几何尺寸计算
11、图(3)行星轮构造各齿轮副对于单级2Z-X(A)型行星齿轮传动按公式进行几何尺寸计算,各齿轮副计算成果如下表:各齿轮副几何尺寸计算成果 单位:mm项目计算公式a-c齿轮副(外啮合)b-c齿轮副(内啮合)分度圆直径基圆直径齿顶圆直径外啮合内啮合齿根圆直径外啮合内啮合注:齿顶高系数:太阳轮、内齿轮、行星轮,顶隙系数:内齿轮、行星轮;模数m=2.5齿轮装配需满足4个条件:传动比条件/邻接条件/同心条件/安装条件本文前面齿轮尺寸选用已经满足传动比条件/同心条件/安装条件现验算其邻接条件: 已知行星轮c齿顶圆直径,和代入上式,则得 满足邻接条件4.1.4 齿轮强度校核(受力分析/接触弯曲强度校核)(1)
12、行星轮构造受力分析一方面进行行星齿轮传动受力分析,行星齿轮传动重要受力构件有中心轮、行星轮、转臂、内齿轮和行星齿轮轴及轴承等。进行受力分析时,假设行星齿轮转动为等速旋转,各种行星轮受载均匀,且不考虑摩擦力及构件自重影响。即在输入转矩作用下各构件处在平衡状态。图(4)行星轮构造受力分析 输入件所传递转矩T传递给太阳轮上,故可得太阳轮(小齿轮)转矩 ,式中np为行星轮个数。对于直齿圆柱齿轮传动,切向力 径向力 应力循环次数 式中:,为太阳轮相对于行星架转速。该减速器规定持续工作,每年按330天计算,每天按20小时计算,即。(2)齿轮强度校核在行星齿轮传动中,外啮合中心轮,如2Z-X(A)型传动中齿
13、轮a(太阳轮),由于它处在输入轴上,且同步与几种行星轮相啮合,应力循环次数最多,承受载荷较大,工作条件较差,普通是行星传动中薄弱环节。故本节仅列出相啮合小齿轮(中心轮)强度计算过程,大齿轮(行星轮)计算办法相似,故略。齿面接触强度校核:a-c传动强度校核 齿面接触应力: 式中:齿根弯曲应力齿根弯曲应力:式中:拟定强度计算公式中各种系数:1)使用系数 由前面计算太阳轮分度圆直径时查知=1.252)动载荷系数由小齿轮(中心轮)相对于转臂(行星架)节点线速度拟定,由行星齿轮传动设计公式6-57可求得 查图6-6,得=1.023)齿向载荷分布系数、接触强度计算: 弯曲强度计算: 由行星齿轮传动设计P1
14、58查知,如果2Z-X(A)型和2Z-X(B)型行星齿轮传动内齿轮宽度与行星轮分度圆直径比值小与或等于1时,则取齿向载荷分布系数。 4)齿间载荷分布系数、因,精度6级,硬齿面直齿轮,查行星齿轮传动设计表6-9,得 ,(由该书公式6-63得重叠度系数 5)节点区域系数按下式计算式中:直齿轮,端面节圆啮合角,端面压力角6)弹性系数查行星齿轮传动设计表6-10,得 (钢-钢)7)载荷作用齿顶时齿形系数依照和,查行星齿轮传动设计图6-22得8)载荷作用齿顶时应力修正系数查行星齿轮传动设计图6-24得9)螺旋角系数、因直齿轮,10)齿数比 齿面接触应力:齿根弯曲应力:拟定许用接触应力各种系数:1)寿命系
15、数因,查行星齿轮传动设计图6-16,得2)润滑系数取,(40时润滑油名义运动粘度)机械设计P234并由 行星齿轮传动设计图6-17,得=1.123)速度系数因, 查行星齿轮传动设计P170图6-18,得4)粗糙度系数取齿面,并由查行星齿轮传动设计图6-19,得5)工作硬化系数因齿轮为硬齿面,且齿面由行星齿轮传动设计图6-20,得6)尺寸系数查行星齿轮传动设计表6-15,得接触强度安全系数 查行星齿轮传动设计表6-11,知可靠性高,符合设计规定。拟定许用弯曲应力各种系数1)寿命系数因,查行星齿轮传动设计图6-31,得2)尺寸系数查行星齿轮传动设计表6-17,得3)相对齿根圆角敏感系数 近似取4)
16、齿根表面状况系数查行星齿轮传动设计表6-18,得(齿根)计算许用弯曲应力弯曲强度安全系数 查行星齿轮传动设计表6-11,知可靠性高,符合设计规定。故行星齿轮构造强度校核符合规定。4.2 轴/轴承/联轴器/键设计计算与校核 (三个轴:行星轴/输入轴/输出轴) 4.2.1 行星轴设计(轴/轴承)(1)初算轴最小直径在相对运动中,每个行星轮轴承受稳定载荷,当行星轮相对于行星架对称布置时,载荷则作用在轴跨距中间。取行星轮与行星架之间间隙,齿宽b2=35,则跨距长度。当行星轮轴在转臂中配合选为H7/h6时,就可以把它当作是具备跨距为双支点梁。当轴较短时,两个轴承几乎紧紧地靠着,因而,可以以为轴是沿着整个
17、跨度承受均布载荷(下图)。 图(4)行星轮轴载荷简图危险截面(在跨度中间)内弯矩 材料力学 行星轮轴采用40Cr钢,调质,考虑到也许冲击振动,取安全系数;则许用弯曲应力 ,由材料力学中,弯曲应力强度条件: |对于截面是直径为d圆形,则:故行星轮轴直径 取 其实际尺寸将在选取轴承时最后拟定。(2)选取行星轮轴轴承及寿命计算在行星轮内安装两个轴承,每个轴承上径向载荷 在相对运动中,轴承外圈转速考虑到行星轮轴直径,以及安装在行星轮体内轴承,其外廓尺寸将受到限制,故初步选用深沟球轴承6404型,其参数为基本额定动载荷:基本额定定载荷 (油浴);取载荷系数 ;(中档冲击1.2-1.8)行星轴上所受径向力
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