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1、目 录摘要 3 第一章 绪论 51.1.行星齿轮 51.2.起重机起升结构简介 61.2.1展开式布置 71.2.2.同轴式展开 71.3.驱动装置的机械变速方案 81.4反求设计简介 8第二章:配齿计算及运动分析102.1传动原理图 112.2齿轮的几何尺寸计算 13 2.3.运动分析 15第三章 功率流分析 173.1 a . b两电机转向相同时 173.2当a,b电机反向旋转时 173.3 na=0时，为行星轮系 18第四章 效率计算4.1:行星轮系 194.2当a为主动轮204.3当转臂H为主动轮时 25第五章 强度验算395.1行星齿轮系的强度设计 395.2：电动机的选定 405.
2、3强度的校核 41第六章 结构设计 436.1剖分式 436.2：调心轴承 446.3工艺性 456.4密封和润滑 46第七章 结论48参考文献49致 谢50起重设备用三速差动行星齿轮减速装置的设计 摘 要本次对起重设备用三速差动行星齿轮减速装置的设计进行的研究，该减速器为多速且传动比比较大的行星齿轮传动，该设计研究将对这种类型的轮系的设计方法进行学习研究，其中包括机构方案设计，齿数计算，运动分析，功率流分析，传动效率计算，动力性能分析，强度校核，结构设计等，并且画出其装配图和零件图。本次设计的创新点为双电动机行星减速器传动，分三种情况，一种是两个电机同向旋转时，输出功率为两个电机之和，另一种
3、两个电机反向旋转，其中一个电机处于发电状态，还有一种情况就是一个电机闸住，就是行星轮系，特点是起重机有三种速度分析情况。差动轮系效率高，它与适当的定轴轮系组合并配2个动力源，形成行星差动变速机构，这种机构可以在一定范围内解决多速驱动问题，根据两个电动机协同工作情况，可使卷筒有四个转数。以满足某些起重机工作的需要【关键字】：起重机；齿轮减速器；2K-H差动行星齿轮The issue of lifting equipment for the three-speed planetary gear differential【Abstract】 The issue of lifting equipmen
4、t for the three-speed planetary gear differential design of the study, the reducer for multi-speed transmission and larger than the planetary gear transmission, the design study of this type will gear design study methods, including design agencies, number of teeth, the motion analysis, power flow a
5、nalysis, transmission efficiency, the dynamic performance analysis, strength checking, structural design, and draw the assembly drawing and spare parts map .The innovation of this design for dual-motor drive planetary gear reducer, probably sub-analysis of three cases, a two motor rotating in the sa
6、me direction, the output power of two motors and the other a two-motor reverse rotation, One of the electrical power generation in the state, there is a situation in a live gate motor, planetary gear system is characterized by three cranes speed analysis. High efficiency of differential gear train,
7、which with the appropriate combination of a fixed axis gear train is also equipped with two power sources to form a variable differential planetary bodies, such bodies can be resolved within a certain range of multi-speed drive, according to the situation of the two motors work together will enable
8、the reel to the number of four. To meet the needs of some crane work.【Keyword：Crane】2K-H planetary gear differential； gear reducer第一章 绪论1.1行星齿轮本次设计通过对起重机差动行星齿轮减速器的结构设计，进一步巩固和掌握机械设计的基本原理与方法，并且进行创新设计，学习新的知识，掌握新的方法，开拓视野，国内外对行星齿轮研究已经有相当长的历史了，1880年德国第一个行星齿轮传动装置的专利出现了，1920年首次成批制造出行星齿轮传动装置，并首先用于汽车的减速器，1938
9、年起集中发展汽车用的行星齿轮传动装置。二次世界大战后机械行业的蓬勃发展促进了行星齿轮传动的发展。高速大功率行星齿轮传动广泛的实际应用，于1951年首先在德国获得成功。1958年后，英，意，日，美，苏，瑞士等国也获得成功。低速重载行星减速器已由系列产品发展到生产特殊用途产品，如法国Citroen生产用于水泥磨，榨糖机，矿山设备的行星减速器，重量达125t，输出转矩3900KN.m;我国从20世纪60年代起开始研制应用行星齿轮减速器，20世纪70年代制订了NGW型渐开线行星齿轮减速器标准系列JB1799-1976。已试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）/高速汽
10、轮机（500KW）和万立方米制氧透平压缩机（6300KW）的行星齿轮箱，低速大转矩的行星减速器也已批量生产，如矿井提升机的XL-30型行星减速器（800KW）。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了较高水平，我国与世界先进水平虽存在明显差距，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长足的进步。目前行星齿轮传动正向以下几个方向发展：（1）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结构都转动并传递功率，这只要对原行星结构中固定的结构加一个转动（如采用液压泵及液压马达系统来实现），就 成为无级变速器。（2）向少齿行
11、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。（3）向复合式行星齿轮传动发展。近几年来 ，国外蜗杆传动，螺旋齿轮传动，圆锥齿轮与行星齿轮组合使用，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箱。这样可适应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，充分利用各类传动的特点，克服各自的缺点，以适应市场上多样化需求。如制碱工业澄清桶用蜗杆涡轮行星齿轮减速器，总传动比i=125r/min,输出转矩27200N.m。（4）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
12、生产了巨型船舰推进系统用的行星齿轮箱，功率为22065kw:大型水泥球磨机所用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，零件材料及热处理及高效率，长寿命，可靠性等一系列设计制造技术问题。（5）制造技术的发展方向。采用新型优质钢材，经热处理获得高硬齿面（内齿轮离子渗碳，外齿轮渗碳淬火），精密加工以获得高齿轮精度及低粗糙度（内齿轮精插齿度5-6级精度，外齿轮经磨齿达5级精度，粗糙度Ra0.2-0.4m）从而提高承载能力，保证可靠性和使用寿命。1.2：起重机起升结构简介：起升结构包括：起升机构是塔式起重机最重要的传动机构，它要求
13、重载低速，轻载高速，调速范围大。起升机构调速方式的优劣直接影响整机性能。4绳最大起重量小于等于6t的小中型塔机竞争激烈，成本控制严格，国内以多速电机变极调速为主，方案简单，尚能满足工作需要。8t和8t以上的中大型塔机需要较好的调速性能，调速方式很多，选择原则有三个：首先要平稳，冲击小；其次要经济和可靠，符合国情；三是要便于维修。起重不同的物品，需要不同的取物装置，其驱动装置亦稍有不同，但布置方式基本上相同。当起重量超过10吨时，常设两个起升结构，主起升结构（起重量大）与副起升结构（起重量小）。对于双梁桥式与龙门起重机，主副钩起升结构的卷筒中心线通常布置成互相平行而且与中心线垂直，对于单梁桥式起
14、重机主，副卷筒的中心线也可布置成互相垂直的 。对于单主梁龙门起重机，为了适应吊运大尺寸构件，常需采用分离的双吊点悬挂系统，为了支持物品重量，在起升机构的电动机轴上都装设常闭式制动器。起升机构驱动装置的典型布置方式，1.2.1展开式布置（1），吊钩起重机（2），电磁起重机（3），抓斗起重机1.2.2同轴式布置钢丝绳卷绕系统中，在钢丝绳绕过卷筒或滑轮时要发生12次弯折，反复弯折的次数愈多，钢丝绳钟钢丝便愈易疲劳，而钢丝绳同向弯折的耐久性要比反向弯折的耐久性搞一倍，这相当于钢丝绳寿命相同时，同向弯折次数要比反向弯折的次数高一倍。为了提高钢丝绳的耐久性，应尽量减少钢丝绳反向弯折的次数。但在某些起重机的
15、卷绕系统中，反向弯折是不可避免的，此时，可用增大滑轮直径来补偿由此引发钢丝绳寿命之降低。1.3驱动装置的机械变速方案此起重装置是利用差动轮系来实现变速传动，用NGW型差动轮系构成的复合轮系，两台电动机的转向相同或相反，或者只启动一个电动机，另一台制动，就可得到4种不同的输出转速，但本课题只考虑三种情况，两个电机同向旋转，两个电机反向旋转，一个旋转一个闸住，这种传动可以解决在一定范围内的多速驱动问题，与定轴传动采用滑移齿轮变速相比，差动轮系变速箱轴向尺寸小，变速时齿轮始终处于齿合状态，传动不会中断，故变速可靠。同时还可以实现带重负荷起动。1.4反求设计简介反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究
16、，掌握其功能原理、零部件的设计参数、材料、结构、尺寸、关键技术等指标，再根据现代设计理论与方法，对原产品进行仿造设计、改进设计或创新设计。本课题运用已有的数据对齿轮变速结构进行验算。反求设计中关键性问题的分析探索原产品的设计思想：探索原产品设计的指导思想是产品改进设计的前提。了解原产品的设计思想后，可按认知规律，对零件进行推导。探索原产品的原理方案设计：各种产品都是按一定的要求设计的，而满足一定要求的产品，可能有多种不同的形式。所以产品的功能目标是产品设计的核心总题。不同的功能目标可引出不同的原理方案。探索原产品的原理方案设计，可以了解功能目标的确定原则，这对产品的改进设计有极大的帮助。研究产
17、品的结构设计：产品中零、部件的具体结构是产品功能目标的保证，对产品的性能、成本、寿命、可靠性有着极大的影响。对产品的零、部件进行测绘：对产品的零、部件进行测绘是反求设计中工作量很大的一部分工作。用现代设计方法对所测的零件进行分析，进而确定反求时的设计方法。第二章 配齿计算及运动分析齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，齿轮传动的主要特点有，（1）：工作可靠，寿命长，设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，（2）: 效率高：在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率最高，如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%（3）：结构紧凑：在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一
18、般较小（4）：传动比稳定，2.1：传动原理图图2.1：三速起重机齿轮传动简图 图2.2，起重机差动行星齿轮减速器传递原理图图2-2即为起重机用三速差动行星齿轮减速装置的传动原理图，针对此原理图可得知起重机在运行过程中有以下三种情况1：当Z5闸住，Z1旋转时=(1+) =(1+) =16.892：当Z5与Z1同向旋转时n=+3：当Z5与Z1反向旋转n=- 根据上图，我们对此差动轮系有了进一步的了解，根据以往经验，为使NEW型轮系效率较高，我们按=2.54.5本次我们去=4.1= 而传动比=1+=1+82/20=1+4.1=5.1K=2(两个行星轮系):=:(-1): =:(5.1-1):=20:
19、31:82:51其中=20.=31.=822.2：齿轮的几何尺寸计算分度圆齿顶圆 基圆直径 齿宽 d宽=ad齿顶高系数：太阳轮、行星轮-下面对减速箱的各个齿轮的几何尺寸进行计算如下：m=5 =20d=mz=520=100mm=m(z+2)=5(20+2)=110mmd宽=ad=0.6*100=60mmm=5 =82d=mz=582=410mm=m(z+2)=5 X (82+2)=420mmd宽=d=0.6*410=246mmm=5 =31 d=mz=531=155mm =m(z+2)=5(31+2)=165mmd宽=d=0.6 X155=93mmm=4 Z1=22d=mz=422=88mm=m
20、(z+2)=4(22+2)=96mmd宽=d=0.688=52.8mmm=4 =128d=mz= 4128=512mm =m(z+2)=4(128+2)=520mmd宽=d=0.6512=307.2mmm=8 Z3=30d=mz= 830=240mm =m(z+2)=8 X (30+2)=256mmd宽=d =0.6 X240=144mmm=8 Z4=70d=mz= 870=560mm=m(z+2)=8(70+2)=576mmd宽 =d =0.6560=336mmm=3 Z5=21d=mz= 321=63mm =m(z+2)=3(21+2)=69mmd宽=d =0.663=37.8mmm=3
21、=158d=mz=3158=474mm =m(z+2)=3(158+2)=480mmd宽=d =0.6474=284.4mm齿轮中心距：a=m=3=268.5其他中心距可以依据此公式进行类推2.3：运动分析 图2.3差动轮系根据机械原理上的运动分析，参照上图可得： = 主动轮 从动轮 1)=122.89 (2) =117.63(1):两个电机同向旋转，输出转速N=52r/min = =121.86 N出=121.86=52.22r/min(2): 一个电机反转时可得：= =75.73N出=75.73=32.45r/min (3): 当一个电机闸住时： =0 =122.89 =98.79 N出=
22、98.79=42.34r/min经过上述推导可得到电动机的三种转速：52r/min 42r/min 32r/min第三章 功率流分析3.1：a . b两电机转向相同时= =则=00推导出h电机为主动电机3.2 当a, b电机反向旋转时=则=00）作主动件旋转，太阳外齿轮A以角速度以角速度旋转，是被动件，在这种情况下，我们来求计算速比和效率和作用在各基本轴上的转矩的计算式，采用表2.1很容易求得。 表2.1 用合成法求旋转角速度 C B A S使整个系统 s同时旋转系杆固定 - () 0合计 0 （1-） (1+) 由此得下式： =（1+）= (1+) (2.1) =1+ (2.2)其中：= (
23、21 (4.1)如果 则由式（4.1）得由此得下式0 (4.3)如果则由式（4.1）得由此得下式0 时第一成分行星齿轮装置（C固定，A主动，S从动）这是将图（4.2）的全体加上一个-得到的装置，这时候因为4.3式成立有=(-)0, =(-)0,则的方向如图4.3所示从图4.3可知，A是主动侧，S是从动侧，也就是将内齿轮C固定，由于太阳外齿轮A驱动，使系杆S以角速度S1而传递输出功率N01，因为=0由式（4.1）得到下式S1= /(1+io) (4.5)图4.3，第一成分行星齿轮装置的W和的关系这个第一成分行星齿轮装置的效率由附表1得以下式表示= (4.6)其中是系杆S固定时的基准效率，设齿轮A
24、与B的齿合效率为，齿轮B和C的齿合效率为，则0可由下式求得， = (4.7)这时由轴A输入的功率Ni1从下式求得： = (4.8)第二成分行星齿轮装置（A固定，S主动，C从动 这是将图4.2的全体加上一个-所得的装置，因为这时式（4.3）成立，有=(-)0, =(-)0所以的方向如图4.4所示，从图中可知：S是主动侧，C是从动侧，也就是可堪称是将外齿轮A固定由系杆S驱动，由C输出功率为Ni2的第二成分行星齿轮装置，因为=0，由（4.1）式得下式：= (4.9) 图4.4，第2成分行星齿轮装置的W和的关系= (4.10)由图4.4 下式成立，= (4.11)于是设从动轴S输出的总输出功率为N0，
25、则整体的效率的下式所示= (4.12)现设输出转矩为MS，则下式成立：= = (+)=+即得下式：=由此得下式：= (=MSS1)(4.13)= (=MSS2)(4.14)将式（4.13），（4.14）代入式（4.12），又将（4.6）和（4.10）式用在这里，则得下式： = (4.15)现在，若设轴A的轴转矩为MA，轴C的轴转矩为MC，则下式成立：= (4.16)= (4.17)将（4.5），（4.6）式代入（4.16）式，得下式： = (4.18将（4.9）（4.10）式代入（4.17）式，得下式 = (4.19) 时 第一成分行星齿轮装置（C固定，S主动，A从动）这时给图4.2的全体家-
26、J-而得到的装置。这时，因为（4.4）式常来，当=（-）0, =(-)0, =(-)0则的方向如图4.6所示， 图4.6，第2成分行星齿轮装置的W和的关系从这个图可知C是主动侧，S是从动侧，即将齿轮A固定时，由于齿轮C的驱动，系杆S以角速度S2传递输出功率N02，因为=0，由（4.1）式算得S2得到（4.9）式，这个第2成分行星齿轮装置的效率据附表1以下式表示：= (4.22)而且，由图4.6得到下式： = (4.23)于是，设由S轴输出的总功率为N0时，全体的效率以下式计算： = (4.24)由（4.13）求得，由（4.14）式求得，将（4.13）（4.14）（4.20）（4.22）式代入（
27、4.24）式得到下式： =(+) (4.25)轴A的转矩，轴C的转矩由下式求得：= (4.26)= (4.27)把（4.5）和（4.20）式代入（4.26）式得到下式:= (4.28)把（4.9）和（4.22）式代入（4.27）式得到下式:= (4.29)例：求，当太阳外齿轮A为主动件，太阳内齿轮C和系杆S为从动件时效率和轴转矩的计算式。 根据加在行星轮上的力的平衡，力W和回转角速度的关系，如图4.7所示： 图4.7，加在行星轮B上的力与回转角速度的关系这种齿合设WA,WC，WS分别为齿轮A,C和系杆S加在行星齿轮B上的力，设，, 为齿轮A,C和系杆S的旋转角速度，通常定为顺时针方向。转矩与回
28、转角速度同向时为主动侧，相反时则为从动侧。规定W和的关系就如图4.7所示，那么在这个I型2K-H差动齿轮装置中（4.1）式成立，将此式变形得下式：=(1+)- (4.30)还有因（4.1）式成立，然后因为从图4.7可见,据此得， (4.31)其中 0, =(-)0. 的方向如图4.8所示 图4.8，第1成分行星齿轮装置的W和的关系因此得出A为主动侧，S为从动侧，即中心内齿轮C固定，由主动中心齿轮A输入功率Ni1,系杆从动输出功率N01，因为=0,由（4.30）式得下式： A1=（1+） (4.32)这时的效率据附表1以下式表示： = (4.33)而且，往系杆S输出的功率N01以下式表示： = (4.34)第2成分行星齿轮装置(S固定，A主动，C从动)这是将图4.7整个图面家-J-得到的，这时，因为（4.31）式成立，从而得到=(-)0, =(-)0, 的方向如图4.9所示， 图4.9第2成分行星齿轮装置的W和的关系从这个图知：A是主动侧，C是从动侧，也就是说，系杆S固定，太阳外齿轮A以输入功率Ni2驱动，太阳内齿轮C输出功率为N02,是从动件，在这个第2成分行星齿轮装置力，因为=0，由（4.30）式得到下式， A2=- (4.35)这时的效率以下式表示：= （4.36）而且，从图4.9得下式：= (4.37)现设往中
