毕业设计（论文）行星齿轮减速器设计.doc

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1、 学科分类号 0408 本 科 毕 业 设 计 题目（中文）： 行星齿轮减速器设计 （英文）： Planetary gear reducer design 姓 名： 学 号： 院 （系）： 工程与设计学院 专业、年级： 机 械 制 造 工 艺 教 育2011级 指导教师： 二一五年 五 月 湖南师范大学本科毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除设计中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意

2、识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业设计作者签名： 二一五年 五月九日毕业设计题目 行星齿轮减速器设计作 者 姓 名 郑兴所属院、专业、年级 工程与设计学 院 机械制造工艺教育 专业 2011 年级指导教师姓名、职称 杨胜培 教授预计字数 10000开题日期 1月6日选题的目的和意义目的： 本次毕业设计通过对行星齿轮减速器设计，利用三维软件Pro/e对其相关结构进行建模，便于分析，熟练使用三维软件，不但培养我们把所学相关的专业知识综合利用的能力，而且加深对行星齿轮减速速器的工作原理与结构的认知，是一次很好的将理论与实践相结合的锻炼机会。意义： 行星齿轮传动不但用于高速、大功率而且可用于低

3、速、大转矩的机械传动装置上。可用于减速、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十分重要的意义。主要研究内容： 简单的行星齿轮机构包括一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态，通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性。我主要研究的内容是：1、行星齿轮传动尺寸设计 包含传动比的分配、配齿计算、齿轮的主要参数设计及装配条件验算2、行星齿轮传动强度的校核 有高速级、低速级的齿轮啮合疲劳强度校核3、主要构件的结构设计 分别是轴、齿轮、行星架、齿轮联轴器应达到

4、的技术指标或要求：1、 行星齿轮体积尽量小，重量尽量轻2、 使整个结构具有合理性3、 承载能力大4、 工作平稳主要设计方法或技术路线：1、 全盘认识行星齿轮减速器的构成，充分理解各部分工作的协调性2、 运用所学的专业课程知识，掌握行星齿轮的结构、工作原理3、运用Pro/ENGINEER5.0画出齿轮各零件的结构简图与三维图完成本课题应具备的环境（软件、硬件）：所使用的软件是Pro/ENGINEER5.0各阶段任务安排：2014年12月2015年1月：通过互联网、校图书馆等一切可用资源进行查阅，完成开题报告2015年1月6日：提交开题报告2015年3月10日2015年3月31日：行星齿轮减速器的

5、理论资料整理2015年4月01日2015年4月20日：书写毕业论文2015年4月21日2015年4月30日：提交论文，老师批阅，进一步修改2015年5月1日2015年5月8日：上交论文终稿，准备答辩材料2015年5月9日：答辩主要参考资料：1孙桓、陈作模、葛文杰. 机械原理(第七版）M.北京：高等教育出版社，20062王巍.机械制图M.北京：高等教育出版社，20093王文斌.机械设计手册/单行本/齿轮传动M.北京：机械工业出版社，20074王文斌.机械设计手册/单行本/轮系M.北京：机械工业出版社，20075饶振纲.行星齿轮传动设计M.北京：化学工业出版社，20146李建功.机械设计M.北京：

6、机械工业出版社.20077陆玉.机械设计课程设计M.北京：机械工业出版社，20068Tamiya Planetary Gearbox Set, Item 72001-1400.Edmund Scientific, Catalog No. C029D, item #D30524-08 ($19.95).9C. Carmichael, ed., Kents Mechanical Engineers Handbook, 12th ed. (New York: John Wiley and Sons, 1950). Design and Production Volume, p.14-49 to 14

7、-43.指导教师意见： 指导教师签名:开 题 报 告 会 纪 要时间 地点与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）会议记录摘要： 会议主持人签名：记录人签名：年 月 日指导小组意见 负责人签名： 年 月 日学 院 意 见 负责人签名： 年 月 日湖南师范大学本科毕业设计任务书 湖 南 师 范 大 学 工程与设计 学院指导教师指导毕业设计情况登记表论文（设计）题目行星齿轮减速器设计学生姓名郑兴所属专业、年级机械制造工艺教育 专业 2011 级指导教师姓名杨胜培职 称教授学 历 博士指导时间指导地点指 导 内 容学生签名教师签名 二、湖南师范大学本科毕业设计评审表 毕业设计题

8、 目行星齿轮减速器设计作者姓名郑 兴所属院、专业、年级工程与设计院机械制造工艺教育专业2011年级指导教师姓名、职称杨胜培 教授字 数11000定稿日期5月9日中文摘要行星齿轮传动与定轴轮系相比较，具有以下优点，如体积小、重量轻、传动比范围大、效率高和工作平稳等，因此，行星传动在工业部门的应用日益广泛，如在起重运输、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、和航空航天方面。本次设计主要是对渐开线行星齿轮减速器进行研究，在已给定的电动机功率、输入转速、输出转速、输出转矩条件下，首先确定行星齿轮传动尺寸，然后根据高速级与低速级对其进行强度校核，最后为主

9、要构件如轴、行星齿轮、行星架、齿轮联轴器设计其结构，并画出三维图。关键词（3-5个）行星齿轮传动；强度校核；结构设计；高速级；低速级 英文摘要 Planetary gear transmission as compared with the fixed axis gear train, has the following advantages, such as small volume, light weight, large range of transmission ratio, high efficiency and stable work, etc., as a result, pla

10、netary transmission application is becoming more and more widely in the industrial sector, such as in hoisting, transportation, engineering machinery, metallurgy, mining, petrochemical industry, construction machinery, light industry, textile, medical equipment, instruments and meters, automobiles,

11、ships, weapons, and aerospace. This design mainly is the study of involute planetary gear reducer, in has given rotational speed of motor power, input and output rotational speed and output torque conditions, first determine the size of planetary gear transmission, and then according to the high lev

12、el and low level of intensity, the last as the main components such as axis, planetary gear, planet carrier, gear coupling design its structure, and draw a three-dimensional figure.关键词（3-5个）Planetary gear transmission; Intensity; Structure design; High level; Low leve毕业设计指导教师评定成绩 评审基元评审要素评审内涵满分实评分选题

13、质量28%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和综合训练的基本要求9选题恰当题目规模适当5题目难易度适中5联系实际题目与生产、科研、实验室建设等实际相结合，具有一定的实际价值9能力水平30%综合运用知识能力能将所学专业知识和机能用与毕业设计中；设计内容有适当的深度、广度和难度 5应用文献资料能力能独立查阅相关文献资料，能对本设计所涉及的有关研究状况及成果归纳、总结和恰当运用5实验（设计）能力能运用本学科常用的研究方法，选择合理可行的方案，能对实际问题进行分析，进行实验（设计），具有较强的动手能力5计算能力原始数据搜集得当；能进行本专业要求的计算，理论依据正确，数据处理方法和

14、处理结果正确5计算机应用能力能根据设计题目要求编程上机或使用专业应用软件完成设计任务5分析能力能对设计项目进行技术经济分析或对实验结果进行综合分析5设计质量32%插图或图纸质量能用计算机绘图，且绘制图纸表格符合标准5说明书撰写水平设计说明书齐全；概念清楚，内容正确，条理分明，语言流畅，结构严谨；篇幅达到学校要求12规范化程度设计的格式、图纸、数据、用语、量和单位、各种资料引用和运用规范化，符合标准；设计栏目齐全合理5成果的实用性与科学性较好地完成设计选题的目的要求，成果富有一定的理论深度和实际运用价值 5创见性具有创新意识，设计具有一定的创新性5外文资料翻译10%外文应用能力能搜集、阅读、翻译

15、、归纳、综述一定量的本专业外文资料与外文摘要，并能加以运用，体现一定的外语水平，译文汉字数1500-200010总成绩：评定等级：指导教师评审意见：指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，总成绩90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。若译文成绩为零，则不计总成绩，评定等级记为不及格。三、湖南师范大学本科毕业设计答辩记录表毕业设计题 目行星齿轮减速器设计作者姓名郑兴所属院、专业、年级工程与设计院机械制造工艺教育专业2011年级指导教师姓名、职称杨胜培 教授答 辩 会 纪 要时间地点答辩小组成员姓 名

16、职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：会议主持人签名：记录人签名：年 月 日 答辩小组意见评语：评定等级： 负责人： 年 月 日学院意见评语：毕业设计学院最终评定等级： 负责人： 学院 年 月 日学校意见评语：评定等级： 负责人： 年 月 日目 录摘 要1Abstract21、前 言31.1研究行星齿轮减速器的目的、意义31.2国内外行星齿轮减速器发展概况32、行星齿轮减速器方案确定52.1设计背景52.2行星齿轮减速器的传动型式52.3传动简图53、行星齿轮传动尺寸设计63.1传动比分配63.2配齿计算73.3齿轮主要参数计算73.4装配条

17、件验算123.5传动效率的计算134、齿轮传动强度的校核154.1高速级齿轮啮合疲劳强度校核计算154.1.1外啮合齿轮副中接触强度的校核154.1.2外啮合齿轮副中弯曲强度的校核174.1.3高速级齿轮内啮合接触强度的校核184.2低速级齿轮啮合疲劳强度的校核194.2.1低速级外啮合接触疲劳强度校核194.2.2低速级外啮合齿根弯曲疲劳强度的校核214.2.3低速级内啮合齿轮副中接触强度的校核225、主要构件的结构设计与计算245.1轴的设计245.1.1输入轴245.1.2输出轴255.1.3行星轴265.2齿轮的设计275.2.1太阳轮设计275.2.2行星轮设计285.2.3内齿轮3

18、05.3行星架设计315.4齿轮联轴器设计345.4.1齿轮联轴器的几何计算355.4.2齿轮联轴器的强度计算356、三维建模366.1行星齿轮减速器装配图366.2行星齿轮减速器爆炸图37总 结38参考文献39致 谢40行星齿轮减速器设计 机械制造工艺教育 2011级 郑兴摘 要行星齿轮传动与定轴轮系相比较，具有以下优点，如体积小、重量轻、传动比范围大、效率高和工作平稳等，因此，行星传动在工业部门的应用日益广泛，如在起重运输、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、和航空航天方面。本次设计主要是对渐开线行星齿轮减速器进行研究，在已给定的电动机功

19、率、输入转速、输出转速、输出转矩条件下，首先确定行星齿轮传动尺寸，然后根据高速级与低速级对其进行强度校核，最后为主要构件如轴、行星齿轮、行星架、齿轮联轴器设计其结构，并画出三维图。关键词：行星齿轮传动；强度校核；结构设计；高速级；低速级 Abstract Planetary gear transmission as compared with the fixed axis gear train, has the following advantages, such as small volume, light weight, large range of transmission ratio,

20、 high efficiency and stable work, etc., as a result, planetary transmission application is becoming more and more widely in the industrial sector, such as in hoisting, transportation, engineering machinery, metallurgy, mining, petrochemical industry, construction machinery, light industry, textile,

21、medical equipment, instruments and meters, automobiles, ships, weapons, and aerospace. This design mainly is the study of involute planetary gear reducer, in has given rotational speed of motor power, input and output rotational speed and output torque conditions, first determine the size of planeta

22、ry gear transmission, and then according to the high level and low level of intensity, the last as the main components such as axis, planetary gear, planet carrier, gear coupling design its structure, and draw a three-dimensional figure.Key words: Planetary gear transmission; Intensity; Structure de

23、sign; High level; Low leve 1、前 言1.1研究行星齿轮减速器的目的、意义本次通过对行星齿轮减速器设计，利用绘图软Pro/ENGINEER5.0对其相关结构进行建模，便于分析，熟练使用三维软件，不但培养我们把所学相关的专业知识综合利用的能力，而且加深对行星齿轮减速速器的工作原理与结构的认知，是一次很好的将理论与实践相结合的锻炼机会。对于我自身来说，可以深入学习绘图软件，提高自学能力；大的方面则是为机械齿轮传动作出轻微贡献，行星齿轮传动可用于减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及在特殊的应用中，这些作用对于现代机械传动发展有着十分重要的意义，但这里，我只关注行星齿

24、轮传动作为减速传动的部分。1.2国内外行星齿轮减速器发展概况国外发展:国外行星齿轮减速器应用非常普遍，发展非常迅速，其制造公司有NEWSTART纽氏达特、德国DEMAG、英国ALLEN齿轮公司、瑞士马格MAAG、日本三菱造船公司，以上公司主要体现在高速大功率传动方面；而法国雪特龙（Citroen）、德国法伦达（Flender）公司、日本宇都兴产公司则注重的是低速重载方面。英国ALLEN齿轮公司生产了一台功率为25740KW的压缩机用行星减速器，瑞士马格MAAG生产了一台功率为11030KW的船用行星减速器，日本三菱造船公司制造出了功率为8830KW的船用行星减速器；承载重量一般在50-125t

25、左右。国内发展:我国的行星齿轮减速器生产地主要集中北京、江苏、洛阳、成都，而山东的淄博市博山楷钧源机械厂主要生产的行星齿轮减速器类型有NGW-L型、NGW-S型、NGW系列等其他类型。总的来说，这行业还是有了很大的提高，体现在起重运输、轻工化工、工程机械等设备上。在1975年，制定了三个系列的NGW型行星减速器系列；在1984年，颁布了NGW-L、NGW-S、NGW-Z系列的标准，全国拥有齿轮制造企业600多家，减速器制造企业400家，这就为我国的机械行业作出了重大贡献。2、行星齿轮减速器方案确定2.1设计背景试为一卷筒直径为3.5m的卷扬机设计行星齿轮减速器，高速轴通过弹性联轴器与电动机直接

26、联接，已知电动机功率P=850kw，转速n入=950r/min，减速器输出轴转速n出=43r/min，最大输出转矩为Tmax=390103Nm，预期寿命10年。2.2行星齿轮减速器的传动型式 根据上述设计要求可知，此行星齿轮减速器应具有传动效率高，体积小，重量轻，传动比范围大等特点，所以我们采用双级行星齿轮传动。而双级NGW型符合上述要求，所以选用由两个行星齿轮串联而成的双级行星齿轮减速器较为合理。2.3传动简图 b2 b1 c2 c1 H2 H1 a2 a1 输出端 输入端图2.1行星齿轮减速器传动简图3、行星齿轮传动尺寸设计3.1传动比分配 由功率P=850kw,则算出总传动比i=22.0

27、9，用角标表示高速级参数，表示低速级参数。设高速级与低速级外啮合齿轮材料、齿面硬度相同，则Hlim=Hlim，取nw=nw，zw=zw，B=1.03，（db为低速级内齿轮分度圆直径，db为高速级内齿轮分度圆直径）Kc1=Kc, d/d=1.86, =1.3，引用多级行星齿轮传动的传动比分配，由式17.2-7得： E=AB3 （3.1）A= 式中：nw行星轮数目； d齿宽系数； Kc载荷不均匀系数见表17.2-16； Kv动载系数； KH接触强度的齿向载荷分布系数； ZN接触强度的寿命系数； ZW工作硬化系数； Hlim计算齿轮的接触疲劳极限。A=2.418E=AB3=2.4181.033=2.

28、64查图17.2-4得i=5.5， i=43.2配齿计算高速级：查表17.2-1选择行星轮数目，取nw=3确定各轮齿数，按配齿方法进行计算=C，适当调整=5.53125使C为整数，Za1=59 Za1=32 Zb1=Cnw1Za1=59332=145Zc1=（Zb1Za1）=（14532）=56.5取Zc1=56，则j=1.01136，由图17.2-3可查出适用的预计啮合角在=20、=1820到=23、=2130的范围内，预取=2130低速级：计算方法同高速级，首先，=C，=40 =30 =C=40330=90 =（）=（9030）=30 j=1预计啮合角在=20、=2010到=22、=21的

29、范围内。3.3齿轮主要参数计算1）按接触强度初算a-c传动的中心距和模数高速级：输入转矩T=9550=9550Nm=8544Nm查表17.2-16，设载荷不均匀系数K=1.15，在一对a-c传动中，太阳轮传递的转矩T=K=1.15=3275Nm 表3.1综合系数K 载荷特性接触强度弯曲强度说 明平 稳中等冲击较大冲击2.02.42.53.03.54.21.82.32.32.93.24.0精度高、布置对称、硬齿面，采取有利于提高强度的变位时取低值，反之取高值由表3.1查得接触强度使用的综合系数K=3，齿数比u=1.75太阳轮和行星轮的材料用20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度5660HRC，查图1

30、6.2-18选取=1300MPa，取齿宽系数=0.5按表16.2-20中的公式计算中心距 a483（u+1） （3.2）a=483（1.75+1）=249.7mm模数m1=5.67mm取m=6mm未变位时，a=m（+)=6(32+56)=264mm按预取啮合角=2130，可得a-c传动中心距变动系数，y=（+）（1） =（32+56）（1） =0.438625则中心距a=a+ym=264+0.4386256=266.63175mm取a=267mm低速级：低速级输入转矩T=Ti=85445.50.98=46052NmT=K=1.15=17653.267Nm接触强度使用的综合系数K依然等于3，齿数

31、比u=1，=1300MPa，=0.5由公式3.2得a483（u+1）=483（1+1） =397.6mm模数m=13.25mm，取m=14mm未变位时，a=m(z+z)=14（30+30）=420mm按预取啮合角=21，y=（z+z)(1)=(30+30)(1)=0.1965则中心距a=a+ym =420+0.196514=422.751mm取a=423mm2）计算a-c传动的实际中心距变动系数y和啮合角高速级：y=0.5 cos=cos=cos20=0.9291342 =2042低速级：y=0.214 cos=cos=cos20=0.9330281 =215（注：式中上标与下标1、2表示为高

32、速级、低速级。）3）计算a-c传动变位系数高速级：x=（z+z) =（32+56） =0.52079用图16.2-7校核，x在P5与P6线之间，为综合性能较好区，可用。用图16.2-8分配变位系数，得x=0.31,x=x-x=0.52079-0.31=0.21079低速级：x=（z+z) =(30+30) =0.20111用图16.2-7校核，x在P4与P5线之间，为综合性能较好区，可用。同样，用图16.2-8分配变位系数，得x=0.1,分配变位系数方法如下：先在图16.2-8上找出由和所决定的点，由此点按L射线的方向作一射线，在此射线上找出与z和z相应的点，然后即可从纵坐标轴上查得变位系数x

33、。x=x-x=0.20111-0.1=0.101114）计算c-b传动的中心距变动系数ycb和啮合角c-b传动未变位时高速级：a=(zz)=(14556)=267mm则y=0=20低速级：a=(zz)=（9030）=420mma不等于a 低速级的c-b传动与a-c传动一样，y=y=0.214=215）计算c-b传动的变位系数高速级： =20 x=0x=x+x=0+0.210790.21低速级： z+z=zz x=x=0.20111x=x+x=0.20111+0.10111=0.302220.36）几何尺寸计算高速级：见表3.2 （单位：mm)低速级：见表3.3表3.2高速级几何尺寸名称分度圆直

34、径齿顶圆直径齿根圆直径公式d=mz外:d=d+2(h+x-)m 内:d=d-2(h-x+-k)md=d-2(h+c-x)m,d=d+2( h+c+x)mad =192d=207.470d=180.720cd =336d=350.280d=323.529bd =870d=863.205d=887.520表3.3 低速级几何尺寸名称分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径公式d=mz外:d=d+2(h+x-)m 内:d=d-2(h-x+-k)md=d-2(h+c-x)d=d+2( h+c+x)mad =420d=450.439d=387.8cd =420d=450.470d=387.831bd =1260d

35、=1245.989d=1303.43.4装配条件验算对于我设计的双级NGW型的行星齿轮传动应满足如下装配条件：1） 邻接条件 按公式验算邻接条件，即 2asind （3.3）d行星轮的齿顶圆直径已知高速级的a=267mm，d=350.280mm，n=32267sin=462.457350.280mm，从而满足邻接条件；已知低速级的a=423mm,d=450.470mm2423sin=732.657mm450.470mm,满足邻接条件。2）同心条件 按z+2z=z的条件，已知高速级，z=32, z=145, z=56则满足同心条件；已知低速级，z=30， z=90， z=30 满足同心条件。3）

36、安装条件按此公式验算， =C（整数）=59（整数） 高速级满足安装条件=40（整数） 低速级满足安装条件3.5传动效率的计算双级NGW型是由基本的行星齿轮传动串联而成的，故传动效率为 （3.4）而=1，=1，p=高速级啮合损失系数的确定在转化机构中，其损失系数等于啮合损失系数和轴承损失系数之和，即，=+，这里计算时轴承损失系数为0其中， =+ （3.5）转化机构中中心轮a1与行星轮c1之间的啮合损失转化机构中中心轮b1与行星轮c1之间的啮合损失 =（） （3.6） =（） （3.7）高速级中外啮合的重合度查图16.2-10可得，=0.84+0.89=1.73内啮合的重合度=0.89+0.94=1.833.6与3.7式中 啮合摩擦系数，取=0.2 齿轮副中小齿轮的齿数 齿轮副中大齿轮的齿数=1.730.2（）=0.02667=1.830.2（）=0.00629=0.02667+0.00629=0.03296而p=4.53125 则=1=10.03296=0.972低速级啮合损失系数的确定低速级中啮合的重合度查图16.2-10可得=0.83+0.83=1.66，