40kw二级行星减速器设计-学位论文.doc
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1、山东交通学院毕业设计山东交通学院2011届毕业生毕业设计题目:40KW二级行星齿轮减速器设计院(系)别 工程机械系 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机械071班 学 号 070611134 姓 名 杨模尖 指导教师 韩 鹰 二一一年六月45山东交通学院毕业设计摘 要行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较,具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点,因此,行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。本设计便是基于这些特点对行星齿轮进行结构设计,首先通过比较各
2、种类型的行星齿轮的特点,确定其方案;其次根据相应的输入功率、输出速度、传动比进行传动设计与整体的结构设计。关键词: 普通定轴齿轮传动,行星齿轮传动,行星齿轮减速器,工程机械,建筑机械AbstractCompared with common fixed axis gear, planetary gear transmission has small size, small quality, big transmission ratio, large carrying capacity, smooth transmission and high transmission efficiency.So
3、 planetary gear drive in the lifting and transportation、engineering machinery、metallurgical, petrochemical, construction machinery, light industry and textiles, medical equipment, instrumentation, automotive, shipbuilding, and aerospace and other industrial sectors are received a wide range of appli
4、cations.The design is based on these features of planetary gear for structure design. First, adopt the scheme through comparing various types of planetary gears characteristics, Secondly, according to the corresponding input power、output speed and speed give the design of transmission and whole stru
5、cture. Key words:common fixed axis gear,planetary gear transmission,planetary gear reducer,engineering machinery,construction machinery目 录前 言11 研究该行星齿轮减速器的目的、意义12 国内外行星齿轮减速器发展概况11 行星齿轮传动概论31.1 行星齿轮传动的定义31.2主要的工作内容32 行星轮减速器方案确定52.1 轮系的确定52.2 周转轮系的选择52.3 行星轮减速器方案确定73 减速器结构设计及传动尺寸设计计算83.1 运动简图83.2工作条件及
6、要求83.3 电动机的选择83.4 联轴器的选择与校核93.5 配齿数93.6 转速比计算93.7 初步计算齿轮的主要参数103.7.1 高速级部分齿轮的计算103.7.2 低速级部分齿轮的计算143.8齿轮传动强度的校核183.8.1 高速级齿轮疲劳强度校核183.8.2 低速级齿轮疲劳强度校核234 主要构件的结构设计与计算294.1 行星轮传动的受力分析304.1.1高速轴304.1.2 低速轴304.2 轴的计算314.2.1输出轴314.2.2 输入轴(矩形花键联结)324.2.3 行星轴334.3 滚动轴承的寿命校核364.3.1.高速级行星轴上滚动轴承的寿命校核364.3.2.低
7、速级行星轴上滚动轴承的寿命校核364.4 浮动用齿式联轴器的设计与计算364.5 行星架设计384.5.1 高速级行星架的设计与计算384.5.2 低速级行星架的设计与计算384.6 减速器箱体设计39结 论41致 谢42参考文献43附录A44附录B56山东交通学院毕业设计前 言1 研究该行星齿轮减速器的目的、意义 减速器作为独立的驱动元部件,齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着,是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大,或者传动比大而机械效率过低的问题。因此,除了不断改进材料品质、提高工艺水平外,还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新,平动齿轮传动原理的出现就是一例
8、。当今,世界减速器技术有了很大的发展,总的发展趋势是六高、两低、两化。六高,即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率;两低,即低噪声、低成本;两化,即标准化、多样化(模块化)。由于应用范围极广,其产品必须按系列化进行设计,以便于制造和满足不同行业的选用要求。针对其输人功率和传动比的不同组合,可获得相应的减速器系列。国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主,但普遍存在着功率与重量比小,或者传动比大而机械效率过低的问题。另外,材料品质和工艺水平上还有许多弱点,特别是大型的减速器问题更突出,使用寿命不长。行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较,具有质量小、体积小、传动比大、承载能力
9、大以及传动平稳和传动效率高等优点,这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合,才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动,运动的合成和分解,以及其特殊的应用中;这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。因此,行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。2 国内外行星齿轮减速器发展概况在国
10、外,行星齿轮减速器应用极为普遍,在德国、日本、捷克、英国、法国、奥地利、前苏联等国家均有系列产品,并以大量生产。其行星齿轮减速器的承载能力不断的提高,以德国DEMAG的一种行星减速器为例,承载能力已高达54600KW,对应的输出轴最大转矩约为2400KN.m,最大传动比已达5000。1)国外在高速大功率传动方面,尤其是在动力、船舶的报告机械设备上行星传动已普遍应用,主要有:英国艾伦(Allen)齿轮公司为帕森(C.A. Parsons)公司制造了一台压缩机用行星减速器,功率相当于25740KW;瑞士马格(MAAG)公司已生产了船用行星减速器,功率相当于11030KW;日本三菱造船公司生产了功率
11、相当于8830KW的船用行星减速器。2)低速重载方面,国外行星减速器生产已由系列产品发展到接受各种特种、特殊用途订货的大型减速器,重量有的达100t左右,如法国雪铁龙(Citroen)公司,据资料介绍可生产用于水泥磨、榨糖机、矿山设备的行星减速器,重量可达50-125t;德国法伦达(Flender)公司,曾为我国徐州淮海水泥厂水泥磨配套生产了重量达72t,输出转矩为2800KN.m的两级行星减速器;日本宇都兴产公司生产了一台3200KW,i=720/480,输出转矩T=2100KN.m的行星减速器。国内近年来,在行星减速器方面有了很大的发展与提高。主要在矿山机械、起重运输、轻工化工、船舶工业、
12、工程机械、鼓风机、风力发电等设备上。1975年,我国制订了NGW型行星减速器系列(JB1799-1976),分一、二、三级三个系列。输入最高转速不超过1500r/min,质量0.128-1.75t,传动比i=2000,最大输出转矩为50KN.m。目前,国内不少厂家在生产,同时非标准大功率行星齿轮减速器也不断涌现。我国于1984年又颁布了NGW-S(由弧齿锥齿轮与行星齿轮组合的垂直传动)、NGW-Z(由圆柱齿轮与行星齿轮组合的平行轴传动)、NGW-L(立式行星齿轮)三十派生系列的标准。我国现有齿轮制造企业600多家,减速器制造企业约400家,年生产通用减速器超过25万台,生产齿轮(汽车齿轮)和减
13、速器总产值超过500亿元,为发展我国的机械产品做出了重要贡献。1 行星齿轮传动概论1.1 行星齿轮传动的定义当齿轮系运转时,如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定,而绕着其他齿轮的几何轴线旋转,即在该齿轮系中,至少具有一个作行星运动的齿轮,如图所示。在上诉齿轮传动中,齿轮a、b和构件x绕几何轴线OO转动,而齿轮c是活套在构件x的轴Oc上,它一方面绕自身的几何轴线Oc旋转(自转),同时又随着几何轴线Oc绕固定的几何轴线OO旋转(公转),即齿轮c作行星运动;因此,称该齿轮传动为行星齿轮传动,即行星轮系。图1.1行星轮系Fig.1.1 Epicyclic gear trains分
14、类:照传动类型可分为齿轮减速机、蜗杆减速机和行星齿轮减速机;按照传动级数不同可分为单级和多级减速机;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥圆柱齿轮减速机;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速机。以下是常用的减速机分类:1、摆线减速机2、硬齿面圆柱齿轮减速器 3、行星齿轮减速机 4、软齿面减速机 5、三环减速机6、起重机减速机7、蜗杆减速机8、轴装式硬齿面减速机9、无级变速机组成:速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成。其基本结构有三大部分:1)齿轮、轴及轴承组合;2)箱体;3)减速器附件。1.2主要的工作内容(1)计算说明部分:分析行星齿
15、轮机构传动方案,确定行星齿轮减速器的传动原理图。并通过计算分析,确定行星轮系齿轮的齿数、模数和轴、行星架的各项参数,校核齿轮的接触和弯曲强度;完成内外啮合齿轮、轴、行星架的设计计算及相关几何尺寸。最后完成传动比在12左右的二级行星齿轮减速器的设计。(2)图纸部分:二级行星齿轮减速器装配图一张,零件图三张。2 行星轮减速器方案确定2.1 轮系的确定根据行星轮系可分为:定轴轮系、周转轮系、混合轮系、封闭行星轮系,因为混合轮系可以获得更大范围的传动比,实现多路传递、得到多速,本设计通过两级周转轮系串联形成混合轮系。 2.2 周转轮系的选择周转轮系的类型很多,按其基本构件代号可分为2Z-X、3Z和Z-
16、X-F三大类(其中Z中心轮)。其他各种复杂的周转轮系,大抵可以看成这三类轮系的联合货组合机构。按传动机构中齿轮的啮合方式、又可分为许多传动形式,如NGW型、 NW型、 NN型、WW型、ZUWGW型、 NGWN型、 N型等(其中N内啮合,W外啮合,G公用齿轮,ZU锥齿轮)。其传动类型与传动特点如表2.1所示。表2.1 行星齿轮传动的类型与传动特点Tab.2.1 Planetary gear transmission types and transmission characteristics传 动 类 型机构简图传 动 特 性应用特点类组性传动比范围传动比推荐值传递功率KW2Z-X负号机构NGW
17、1.13 13.7= 2.7 9不限广泛地用于动力及辅助传动中,工作制度不限,可作为减速、增速和差速装置。轴向尺寸小,便于串联多级传动,工艺性好NW150= 525不限7时,径向尺寸比NGW型小,可推荐采用工作制度不限NN1700一个行星轮时=30100三个行星轮时3040可用于短时、间断性工作制动力传动转臂X为从动时,当, 大于某值后,机构自锁3Z负号机构NGWN500=20100100结构很紧凑,适用于中小、功率的短时工作制传动工艺性差 当a轮从动时,达到某值后机构会自锁,即02.3 行星轮减速器方案确定NGW行星轮系由内外啮合和公用行星轮组成。结构简单、轴向尺寸小、工艺性好、效率高;然而
18、传动比较小。但NGW性能多级串联成传动比打的轮系,这样便克服了淡季传动比较小的缺点。所以NGW型成为动力传动中应用最多、传递功率最大的一种行星传动,并根据所给的条件总的传动比为12,输出功率为40KW左右,且要求两级减速。综合以上情况所以选定NGW型行星轮减速器,高低速级可通过双齿式联轴器联结。3 减速器结构设计及传动尺寸设计计算3.1 运动简图图3.1 机构简图设计Fig.3.1 Actuating limbs design3.2工作条件及要求 该装要求传输功率为40KW左右,总传动比为12左右,单向传送,有轻微冲击,三班制工作(每天工作24小时),使用期限5年(每年按300天计算)。3.3
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