一齿差行星齿轮减速器实体建模与装配设计【含CAD图纸、三维图纸】
本科毕业设计(论文)文献综述一齿差行星齿轮减速器实体建模与装配应用技术 学院 机械设计制造及其自动化专业 计辅 班学生姓名 学 号 指导教师 系 主 任 二级学院院长 201 年 月 日文献综述1 一齿差行星齿轮减速器的特点目前国内外广泛地使用少齿差行星齿轮减速器。其中的一齿差啮合付能在较小的空间里得到最大的速比,格外受到重视。从齿型来看,摆线针轮行星传动不仅承载能力大,效率也较高,应用得更广泛些。工业生产中广泛应用齿轮减速器把电动机的高转速变为工作机之低转速,并相应地改变其扭矩。以化学工业为例,据有关单位调查,使用转速大多在 40 一 350 转 /分范围之间,也有个别的地方需要降速到 l/8 转/分,甚至每小时小于一转(例如煤气发生炉炉蓖的转速 0.8一 1.5 转/小时)。并且大多采用蜗轮蜗杆减 速器来降速,但低速时采用蜗轮蜗杆传动有不少缺点。 目前,正在制造、使用的减速器,其中有的已显得十分陈旧。遵照伟大领袖毛主席关于“在生产斗争和科学实验范围内,人类总是不断发展的,自然界也总是不断发 展的,永远不会停止在一个水平上 ”的教导,各地许多工厂的广大革命职工对产品进行了革新,采用了较新颖的传动方式,其中之一就是用渐开线齿形的少齿差行星 减速器。 这种减速器具有速比大、体积小、重量轻、效率较高、齿轮加工容易(和摆线针齿行星减速器相比)、按装方便等优点。渐开线一齿差行星减速器具有以下优点:1.结构紧凑、体积小、重量轻 由于采用内啮合行星传动,所以结构紧凑;当传动比相等时,与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比,体积和重量均可减少三分之一至三分之二;2.传动比范围大 N 型一级减速器的传动比为 10100 以上;二级串联的减速器,传动比可达一万以上;三级串联的减速器,传动比可达百万以上。NN型一级减速器的传动比为 1001000 以上;3.效率高 N 型一级减速器的传动比为 10100 时,效率为 8094;NN型当传动比为 10200 时,效率为 7093.效率随着传动比的增加而降低。4.运转平稳、噪音小、承载能力大 由于式内啮合传动,两啮合齿轮一位凹齿,一为凸齿,两齿的曲率中心在同一方向。曲率半径接近相等,因此接触面积大,使轮齿的接触强度大为提高,又采用短齿制,轮齿的弯曲强度也提高了。此外,少齿差传动时,不是一对轮齿啮合,而是 39 对轮齿同时接触受力,所以运转平稳,噪音小,并且在相同模数的情况下,其传递力矩臂普通圆周齿轮减速器大。5.结构简单、加工方便、成本低;6.输入轴和输出轴在同一轴线上,安装和使用较为方便;7.运转可靠、使用寿命长。但是,这种减速器还存在以下缺点:1.计算较复杂 当内齿轮与行星轮的齿数差小于 5 时,容易产生各种干涉,为了避免这些干涉,需采用变位齿轮,所以计算较复杂。2.转臂轴承受力较大,寿命较短 由于齿轮变位后啮合角较大,所以转臂轴承上径向载荷较大;并且轴承转速还稍高于输入轴转速,所以转臂轴承是减速器的薄弱环节,因而使高速轴传递的功率受到限制。3.有的结构需加平衡块 型及某些 型减速器,需要仔细地进行动平N衡,否则会引起较大的振动。2 国内外研究现状、水平、发展趋势和本课题的意义当内啮合的两渐开线齿轮齿数差很小时,极易产生各种干涉,因此在设计过程中选择齿轮几何参数的计算十分复杂。早在 1949 年,苏联学者就从理论上解决了现实一齿差传动的几何计算问题。直到 1960 年以后,渐开线少齿差传动才得到迅速的发展。目前有销轴式、零齿差、十字滑块、浮动滑块等多种形式。上个世纪 60 年代,国外就开始探讨圆弧少齿差传动,到 70 年代中期,日本已开始进行圆弧少齿差行星减速器的系列化生产。这种传动的特点在于:行星轮的论过曲线用凹圆弧代替了摆线。轮齿与针齿在啮合点的曲率方向相同,形成两凸圆弧的内啮合,从而提高了轮齿的接触强度和啮合效率,其针齿不带吃套,并采用半埋齿机构,既提高了弯曲强度又简化了针齿结构。此外,圆弧形轮齿的加工无需专用机床,精度也易保证,而且修配方便。1956 年我国著名的机械学家朱景梓教授根据双曲柄机构的原理提出了一种新型少齿差传动。该机构的特点式出入轴旋转时=时,行星轮不是坐摆线运动高速公转与低速自转的合成,而是通过双曲柄机构导引作圆周平动。这种独特的“双曲柄输入少齿差传动机构”的到了国内外同行的高度评价。1958 年开始研制摆线针轮减速器。60 年代投入工厂化生产,目前已形成系列,制定了相应的标准,并广泛用于各类机械中。1960 年制成第一台二齿差渐开线行星齿轮减速器,其传动比 37.5,功率为 16kw,用于桥式起重机的提升机构中。1963 年朱景梓教授在太原学院学报上发表了少齿差渐开线 K-H-V 型行星齿轮减速器及其设计一文,详细阐述了渐开线少齿差传动的原理和设计方法。这些创造性的工作,为少齿差行星齿轮传动在我国的推广应用起了重要的指导作用。双曲柄输入少齿差行星齿轮传动的优点是:能使行星轴承的载荷下降,而且当内齿板作为行星轮时,行星轴承的径向尺寸可不受限制,从而提高了行星轴承的寿命。另外,这种传动不需要输入机构,还可实现平行轴传动。效率高,使用性强。但是,由于历史原因,栓曲柄输入式少齿差传动一直没有得到应有的发展,直到近十几年来才逐渐为人们所重视。1985 年重庆钢铁设计院提出了平行轴式少齿差内齿啮合齿轮传动i 环减速器,但是这种减速器的一根曲轴上要安装三片内齿板,需要制成偏心套机构, 。存在着机构复杂加工分度精度要求高、曲轴联接结构表面产生微动磨损、三套互为 的双曲柄机构之间存120在国约束等问题。1993 年重庆大学博士崔建昆提出新型轴销式少齿差行星齿轮传动,并对其进行了理论分析。随着少齿差行星齿轮传动研究的深入,已成功地开发处不少新的渐开线少齿差行星齿轮传动形式。目前,我国研究出一种连杆行星齿轮传动平行轴式少齿差内齿行星齿轮传动。该类传动是以连杆内齿轮(齿板)为行星轮。采用双曲柄输入,并且无输出机构,主要有一齿环(一片连杆行星齿板) 、二齿环(两片连杆行星齿板) 、三齿板及四环等机构形式的减速器。国内外学者在齿形分析、结构优化、接触分析、结构强度、动态性能、传动效率、运动精度方面进行了大量的研究。利用计算机技术进行减速器各主要不见的是他建模、仿真、干涉检查等,缩短了产品的研发这怄气,并应用到了产品的设计中,取得了许多有价值的成果。N 型内齿行星齿轮传动的基本机构式环式减速器的传动机理进行了分析研究,建立了环视减速器系统受力分析模型,得处目前环式减速器存惯性力矩不平衡的结论。对平行动轴少齿差传动多齿接触问题动平衡进行了研究,以有限单元弹性接触分析理论为基础,建立了平行动轴少齿差传动多齿接触问题时的有限单元分析模型,提出了一种对研究平行动轴少齿差内齿轮副内核过程中实际接触齿对数、齿间载荷的分配及齿面载荷分布的分析计算方法。为平行动轴少齿差内啮合齿轮传动的承载能力的计算、齿轮几何参数的确定及几何零部件的强度分析计算提供了理论依据。通过优化后的少齿差传动装置具有较小的体积和较好的传动性能。我国在这种新型的传动机构的技术水平与国际上一些工业科技水平发达的国家相比,还有很大的差距,主要由于我国从事该项技术研究设计及应用的单位和个人比较少,同时相关的书籍和资料也相当的欠缺。国外的减速器,以德国、丹麦和日本处于领先地位,特殊在材料和缔造工艺方面占据优势,减速器工作可靠性好,利用寿命长。但其传动格式仍以定轴齿轮传动为主,体积和重量问题,也未解决好。日本研制的 FA 型高精度减速器和美国 Alan-Newton 公司研制的 X-Y 式减速器,在传动原理和结构上与本项目类似或相近,都为目前先进的齿轮减速器。但是我相信,在不久的将来我们做这种新型的减速器性能和构造等能赶上外国先进水平的。目前,少齿差减速器在设计和制造过程中,还存在一些问题,如输出机构精度要求较高,对大功率减速器无实践经验,一些计算方法和图表还很不完善等等。有待今后将对以上问题进一步进行实验研究,以求改进和提高。齿轮传动技术是机械工程技术的重要组成部分,在一定程度上标志着机械工程技术的水平。因此,齿轮被工人为工业和工业化的象征。为了提高机械的承载能力和传动效率,减少外形尺寸质量及增大减速器传动比等,国内外的少齿差行星齿轮传动正沿着高承载能力、高精度、高速度、高可靠性、高传动效率、小型化、低震动、低噪音、低成本、标准化和多样化的方向发展的总趋势。少齿差行星齿轮传动具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高等优点。广泛应用于矿山、冶金、飞机、轮船、汽车、起重机、电工机械、仪表、化工业等许多领域少齿差行星齿轮传动有着广泛的发展前景。少齿差行星齿轮减速器与普通减速器相比具有体积小、重量轻、传动平稳、效率高、传动比范围大等优点。但其设计计算较过程复杂,转臂轴承的受力较大、寿命较短。所以对于我们在设计这类减速器时如何进行参数的选择,避免大量繁杂的计算,如何选择好转臂轴承使其使用寿命增加具有一定的设计意义。3 选题的理由经过四年对机械知识的学习以及生产实习,我对机械行业有了更深刻的认识和理解,看到了机械工业在国民经济中的重要地位。齿轮传动技术是机械工程技术的重要组成部分,在一定程度上标志着机械工程技术的水平。目前国内外的动力齿轮传动正沿着小型化、高速化、标准化、小振动、低噪音的方向发展。少齿差行星齿轮传动正是当代传动的一大特征,是齿轮传动小型化的一个典型标志。由于我国从事该项技术研究设计及应用的单位和个人比较少,同时相关的书籍和资料也相当的欠缺,使得我国在这种新型的传动机构的技术水平和国际上一些工业科技水平发达的国家相比,还有很大的差距。为了弥补国家的这一块不足,同时加上自己对这新型传动的好奇。最终选定了一齿差行星齿轮减速器作为自己的毕业设计题目。我相信通过此次设计将提高我对齿轮设计设计的能力,更有利于我将四年来所学的专业知识再次温习、巩固,为以后的工作打下坚实的基础。在设计中我将全力以赴做好本次毕业设计。4 本课题的基本内容对一齿差行星齿轮减速器国内外的发展现状、优缺点、结构型式和其传动原理进行了一定的阐述。在设计过程当中,对内啮合传动产生的各种干涉进行了详细验算;从如何提高转臂轴承的寿命为出发点,来计算选择减速器齿轮的模数,进行一齿差内齿轮副的设计计算,最终合理设计减速器的整体结构。根据给定的部分工程装配视图,分析了减速传动原理、各个零件在减速器中所起的作用以及确定各个零件材料和结构尺寸,完成各个零件的三维实体建模,并进行自底向上的总体装配。第 1 章 绪论 11.1 概述 11.2 一齿差行星减速器的结构型式 11.2.1 N 型一齿差行星减速器 11.2.2 NN 型一齿差行星减速器 3第 2 章 一齿差行星齿轮减速器总体参数的设计 52.1 课题参数拟定 52.2 确定电动机的型号 52.3 传动比分配 52.4 动力运动参数计算 6第 3 章 一齿差行星减速器的内齿和外齿轮参数的确定 73.1 一齿差传动原理 73.2 齿轮齿差的确定 73.3 选定齿轮的精度等级和材料 8第 4 章 轴的设计 124.1 轴的材料选择 124.2 轴的机构设计 124.2.1 输入偏心轴的结构设计 124.2.2 输出轴的机构设计 134.3 强度计算 144.3.1 输入轴上受力分析 144.3.2 输入轴支反力分析 154.3.3 轴的强度校核 16第 5 章 浮动盘式输出机构设计及强度计算 185.1 机构形式 185.2 几何尺寸的确定 185.3 销轴与浮动盘平面的接触应力 185.4 啮合效率 185.4.1 一对内啮合齿轮的效率 185.4.2 行星结构的啮合效率 195.5 输出机构的效率 195.5.1 用浮动盘输出机构 195.5.2 行星机构 195.3 转臂轴承效率 195.4 总效率 20第 6 章 部分零件的校核 216.1 一齿差行星齿轮传动受力分析 216.1.1 齿轮受力 216.1.2 输出机构受力 226.1.3 转臂轴承受力 226.2 销轴的强度校核计算 236.3 输入轴的强度校核 236.4 键的校核计算 256.4.1 联轴器处键的校核 266.4.2 偏心套处键的校核 266.4.3 支座处键的校核 266.5 轴承的校核计算 26总结 32致 谢 33参考文献 345 本课题拟采用的研究手段(途径)及可行性分析由于少齿差行星齿轮减速器的内啮合齿轮间极易产生各种干涉,这是该设计在整个设计过程中最大的难点。只要把最难的部分解决了,剩下的问题也就能解决了。所以此设计的重点在与如何确定满足要求的内齿外齿的相应参数。在以前的学习课程中,机械原理和机械设计分章讲述了齿轮的设计、轴的设计、轴承的选取等知识,互换性中分章讲述了公差与配合关系等等,并且在学习完机械原理和机械设计课程后,我还做过涡轮蜗杆减速器的设计。 所以在做毕业设计前,自己对减速器方面的设计有一定的基础。 因此次设计中齿轮干涉条件较多故相比以前的减速器设计要复杂,但我相信只要自己本着自己有能力完成这一设计的信念。温习自己学过的能用的上的知识,并利用图书馆、网络搜寻相应的资料,将一齿差行星齿轮减速器设计与自己已掌握的知识相结合,在前人少齿差行星齿轮减速器设计经验的基础上希望有所突破,分析和解决在设计过程中的各种问题,培养综合运用知识分析实际问题的能力。当遇到参数计算齿轮不符合理论要求时,分析参数,重新计算,直到算来符合要求为止。计算过程是死,参数计算不对,就说明这组数据不型,就换组数据再算。同时,在遇到自己不能解决的困难时,可以向指导老师多咨询下,我相信只要按着此法去做,毕业设计就能做出。参考文献1 冯桂安等.机械制造装备设计M. 北京:机械工业出版社,2 齿轮手册编委会.齿轮手册(上册)第2版.北京:机械工业出版社,2002.5.3 渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会. 渐开线齿轮行星传动的设计与制造.北京:机械工业出版社,2002.5.4 陈坐模,葛文杰等. 机械原理第七版.北京:高等教育出版社,2007.12.5 濮良贵,纪名刚. 机械设计第八版.北京:高等教育出版社,2008.4.6 卜炎. 螺纹连接连接设计与计算.北京:高等教育出版社,1993.7 张春林,曲继芳.机械创新设计M.北京:高等教育出版社,2008.4.8 成大先.机械设计手册,第五卷M. 北京:化学工业出版社,9 王昆等.机械设计课程设计M. 北京:高等教育出版社,10 王杰等.机械制造工程学M.北京:北京邮电大学出版社,11 良贵,纪名刚.机械设计M. 北京:机械工业出版社,12 阮忠唐主编. 连轴器,离合器的设计与选用指南M. 13 机械设计手册联合编写组.机械设计手册(上) 14 中国农业机械化科学研究院.实用机械设计手册M.
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