3Z型行星齒輪減速器設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】
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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1.緒論
1.1課題研究的背景和意義
“十一五”期間我國(guó)將按照國(guó)家儲(chǔ)備與企業(yè)儲(chǔ)備相結(jié)合,以國(guó)家儲(chǔ)備為主的方針,統(tǒng)一規(guī)劃,分批建設(shè)國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備基地。為了快速建立起我國(guó)獨(dú)立的石油儲(chǔ)備基地,根據(jù)我國(guó)國(guó)情石油儲(chǔ)備形式以大型工業(yè)油罐為主。
在使用大型油罐進(jìn)行原油儲(chǔ)備的過(guò)程中,遇到最關(guān)鍵的問(wèn)題就是油泥的問(wèn)題,儲(chǔ)運(yùn)重未經(jīng)提煉制的原油重平均約含2.2%的油泥,即對(duì)一個(gè)10萬(wàn)立方的儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō),灌滿原油后其中約有2200立方的油泥成點(diǎn)在油罐底部。如不及時(shí)清除,再次加入原油是油泥將繼續(xù)累積在一起,形成硬塊,為油罐的檢查及清洗增加困難。而且數(shù)量如此巨大的油泥存在于油罐底部,不經(jīng)減小油罐的有效儲(chǔ)存空間,降低儲(chǔ)存周期壽命,造成進(jìn)出閥的阻塞,而且較厚的油泥層使浮頂灌的浮頂不能不下降到底而引起浮頂傾斜,對(duì)儲(chǔ)油安全造成威脅。因此大型原油儲(chǔ)罐在建立時(shí)就必須增設(shè)油泥防止和消除系統(tǒng),以增加油罐的儲(chǔ)油效率,提高儲(chǔ)油安全性,減小清灌難度。
大型原油儲(chǔ)罐灌底油泥的防止和消除方法主要是在灌內(nèi)增加油泥的混合攪拌系統(tǒng),使油泥破碎細(xì)化,便于通過(guò)管線輸出,我們選用了旋轉(zhuǎn)噴射攪拌器。但是,其噴嘴口徑相對(duì)于大型儲(chǔ)罐的直徑而言是很小的,噴嘴固定是射流束的攪拌范圍是有限的,于是,在旋轉(zhuǎn)噴射器入口處設(shè)置軸流渦輪,考循環(huán)油泵加壓后的原油流動(dòng)帶動(dòng)軸流渦輪高速旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的渦輪通過(guò)主軸帶動(dòng)結(jié)構(gòu)上完全隔絕的傳動(dòng)箱內(nèi)一系列的減速傳動(dòng)使噴嘴緩慢旋轉(zhuǎn),而且通過(guò)傳動(dòng)箱內(nèi)有關(guān)參數(shù)的選擇來(lái)調(diào)節(jié)噴嘴旋轉(zhuǎn)的速度,是從噴嘴噴出的射流也隨之緩慢旋轉(zhuǎn),射流可打擊到油罐底周向任一位置的油泥,實(shí)現(xiàn)徹底清除油泥,不留死角的功能。
可見,旋轉(zhuǎn)噴射器中減速箱是工業(yè)油罐底油泥旋轉(zhuǎn)噴射混合系統(tǒng)中重要的一部分。高速旋轉(zhuǎn)的渦輪帶動(dòng)噴水嘴低速的轉(zhuǎn)動(dòng),中間需要一個(gè)傳動(dòng)比很大的減速器連接。
1.2行星齒輪減速器研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)
行星齒輪傳動(dòng)與普通定州齒輪傳動(dòng)相比較,具有質(zhì)量小,體積小,傳動(dòng)比大,承載能力大以及傳動(dòng)平穩(wěn)和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn),這些已經(jīng)被我過(guò)越來(lái)越多的機(jī)械工程技術(shù)人員所了解和重視。由于在各種類型的行星齒輪傳動(dòng)種均有效地利用了功率分流性和輸入,輸出地同軸性以及合理的采用了內(nèi)嚙合,才使得其具有了上述的許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)不僅適用于高速,大功率而且可用于低速,大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動(dòng)裝置上。它可以用作減速,增速和變速傳動(dòng),運(yùn)動(dòng)的合成和分解,以及其特殊的應(yīng)用中:這些功用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展有著重要意義。因此,行星齒輪傳動(dòng)在起重運(yùn)輸,工程機(jī)械,冶金礦山,石油化工,建筑機(jī)械,輕工紡織,醫(yī)療器械,儀器儀表,汽車,船舶,兵和航空航天等工業(yè)部門獲得了廣泛的應(yīng)用。
由于齒輪,軸,軸承及箱體組成的齒輪減速器,用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間,起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用,在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。
20世紀(jì)末的20多年,世界齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展,鏟平發(fā)展的總趨勢(shì)是小型化,高速化,低噪聲,高可靠度。技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是應(yīng)吃面技術(shù),功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。
硬面齒輪技術(shù)到20世紀(jì)80年代在國(guó)外日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件神探淬火磨齒的硬齒面齒輪,精度不低于IS01328-1975的6級(jí),綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的4倍,為軟齒面齒輪的5-6倍。一個(gè)中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速器的重量?jī)H為軟吃面齒輪減速器的1/3左右。
功率分支技術(shù)主要指行星及大功率齒輪箱的功率雙份及多分支裝置,如中心傳動(dòng)的水泥磨主減速器,其核心技術(shù)是均載。
模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)隊(duì)通用和標(biāo)準(zhǔn)減速器旨在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆蓋面需求的同時(shí),盡量減少零部件及毛坯的品種規(guī)格,以便于組織生產(chǎn),使零部件產(chǎn)生形成批量,降低成本,取得規(guī)模效益。
其他技術(shù)的發(fā)展還表現(xiàn)在理論研究(如強(qiáng)度計(jì)算,修形技術(shù),現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用,新齒形,新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等)更完善,更接近實(shí)際;普通采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件;材料和熱處理質(zhì)量控制水平的提高;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理;加工精度普遍提高到ISO的4-6級(jí);軸承質(zhì)量和壽命的提高;潤(rùn)滑油質(zhì)量的提高;加工裝備和檢測(cè)手段的提高等方面。
這些技術(shù)的應(yīng)用和日趨成熟,使齒輪產(chǎn)品的性能價(jià)格比大大提高,產(chǎn)品越來(lái)越完美。如非常粗略地估計(jì)一下,輸出100N m轉(zhuǎn)矩的齒輪裝置,如果在1950年時(shí)重10kg,到80年代就可做到僅為1kg。
20世紀(jì)70年代至90年代初,我國(guó)的高速齒輪技術(shù)經(jīng)歷了測(cè)繪仿制,技術(shù)引進(jìn)到獨(dú)立設(shè)計(jì)制造3個(gè)階段?,F(xiàn)在我國(guó)的設(shè)計(jì)制造能力基本可滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要,設(shè)計(jì)制造的最高參數(shù):最大功率44MW,最高線速度168m/s,最高轉(zhuǎn)速67000r/min。
我國(guó)的低速重載齒輪技術(shù),特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測(cè)繪仿制等階段,從無(wú)到有逐步發(fā)展起來(lái)。除了摸索掌握制造技術(shù)外,在20世紀(jì)80年代末至90年代初步推廣硬齒面技術(shù)過(guò)程中,我們還做了解決“斷軸”,“選用”等一系列有意義的工作。在20世紀(jì)70-80年代一直認(rèn)為是國(guó)內(nèi)重齒輪兩大難題的“水泥磨減速器”和“軋鋼機(jī)械減速器”可以說(shuō)已完全解決。
20世界80年代至90年代初,我國(guó)相繼制定了一批減速器標(biāo)準(zhǔn),如ZBJ19004—88《圓柱齒輪減速器》,ZBJ19026—90《運(yùn)輸機(jī)械用減速器》和YB/T050—93《冶金設(shè)備用YNK齒輪減速器》等幾個(gè)硬齒面減速器標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)有自己只是產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn),如YB/T079—95《三環(huán)減速器》。按這些標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的許多產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)均可達(dá)到或接近國(guó)外同類產(chǎn)品的水平,其中YNK減速器較完整地吸取了德國(guó)FLENDER公司同類產(chǎn)品的特點(diǎn),并結(jié)合國(guó)情做了血多改進(jìn)與創(chuàng)新。
世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,如日本,德國(guó),英國(guó),美國(guó)和俄羅斯等,對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用,生產(chǎn)和研究都十分重視,在結(jié)構(gòu)優(yōu)化,傳動(dòng)性能,傳動(dòng)效率,轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位,并出現(xiàn)一些新型的行星齒輪傳動(dòng)技術(shù),如封閉行星齒輪傳動(dòng),行星齒輪變速傳動(dòng)和微型行星齒輪傳動(dòng)等早已在現(xiàn)代化的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。
行星齒輪顫動(dòng)在我已有了許多年的發(fā)展史,很早就有了應(yīng)用。然而,自20世紀(jì)60年代以來(lái),我國(guó)才開始對(duì)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了較深入,系統(tǒng)的研究和試制工作。無(wú)論是在設(shè)計(jì)理論方面,還是在試制和應(yīng)用實(shí)踐方面,均有了較大的成就,并獲得了血多的研究成果。
近十幾年來(lái),計(jì)算機(jī)技術(shù),信息技術(shù),自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的廣泛應(yīng)用,改變了執(zhí)照也得傳統(tǒng)觀念和生產(chǎn)組織方式。一些先進(jìn)的齒輪生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)采用精益生產(chǎn),敏捷執(zhí)照,智能執(zhí)照等先進(jìn)技術(shù)。形成了高精度,高效率的智能化圣餐先和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。
在21世紀(jì)成套件機(jī)械裝備中,齒輪仍然是機(jī)械傳動(dòng)的基本部件。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,使得機(jī)械加工精度,加工效率大為提高,從而推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品多樣化,整機(jī)配套的模塊化,標(biāo)準(zhǔn)化,以及造型設(shè)計(jì)藝術(shù)化,使產(chǎn)品更加精致,美觀。
CNC機(jī)床和工藝技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展。在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電子控制,液壓傳動(dòng),齒輪,帶鏈的混合傳動(dòng),將成為變速箱設(shè)計(jì)中優(yōu)化傳動(dòng)組合的方向。在傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的學(xué)科交叉,將成為新型傳動(dòng)產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢(shì)。
工業(yè)通用變速箱是指為各行業(yè)成套裝備及生產(chǎn)線配套的大功率和中小功率變速箱。國(guó)內(nèi)的變速箱將繼續(xù)淘汰軟齒面,向硬齒面,高精度,高可靠度軟啟動(dòng),運(yùn)行監(jiān)控,運(yùn)行狀態(tài)記錄,低噪聲,高的功率與體積比和高的功率與重量比的方向發(fā)展。中小功率變速箱為適應(yīng)機(jī)電一體化成套裝備自動(dòng)控制,自動(dòng)調(diào)速,多種控制與通訊功能的接口需要,產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外型在相應(yīng)改變。矢量變頻代替直流伺服器驅(qū)動(dòng),已成為經(jīng)年中小功率變速箱產(chǎn)品追求的目標(biāo)。
隨著我國(guó)航天,航空,機(jī)械,電子,能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè)機(jī)器人等在各工業(yè)部門的應(yīng)用,我國(guó)在諧波傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用方面已取得顯著成績(jī)。同時(shí),隨著國(guó)家高新技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)諧波傳動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品的需求將更會(huì)更加突出。
總之,當(dāng)今世紀(jì)各國(guó)減速器及齒輪技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)是向六高,二低,二化方面發(fā)展。六高即高承載能力,高齒面硬度,高精度,高速度,高可靠性和高傳動(dòng)效率;二低即低噪聲,低成本;二化即標(biāo)準(zhǔn)化,多樣化。
減速器和齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展,在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平,因此,開拓和發(fā)展減速器和齒輪技術(shù)在我國(guó)有廣闊的前景。
1.3本文研究的主要內(nèi)容
我的工作就是結(jié)合渦輪的輸入轉(zhuǎn)速,噴嘴所需要的轉(zhuǎn)速以及輸出轉(zhuǎn)矩等已知條件設(shè)計(jì)一個(gè)滿足要求的齒輪減速器
1、選擇確定傳動(dòng)方案 傳動(dòng)方案的確定包括傳動(dòng)類型和傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的確定。此次設(shè)計(jì)的減速器傳動(dòng)比達(dá)到134,只有通過(guò)不斷地比較和分析去合理的選擇一種傳動(dòng)方案,盡量降低減速器的體積和重量。
2、設(shè)計(jì)計(jì)算 每級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算,都大致包括:傳動(dòng)比的分配,傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算,傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì),軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核,軸的選擇與計(jì)算,鍵連接的選擇與計(jì)算,箱體的設(shè)計(jì),潤(rùn)滑與密封的選擇和傳動(dòng)裝置
2. 3Z(II)型行星齒輪減速器裝置設(shè)計(jì)
2.1 已知條件
設(shè)計(jì)某石油機(jī)械裝置所需配用的行星齒輪減速器,已知該行星傳動(dòng)的輸入功率P1=22KW,輸入轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,傳動(dòng)比ip=134,允許的傳動(dòng)比偏差△ip=0.01,短期間斷的工作方式,每天工作16h,要求使用壽命8年;且要求該行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸較小和傳動(dòng)功率較高。
2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1選取行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類型和傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
根據(jù)上述要求:短期間斷,傳動(dòng)比大,結(jié)構(gòu)緊湊和外輪廓尺寸較小。據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》個(gè)傳動(dòng)類型的工作特點(diǎn)可知,3Z型適用于短期間斷的工作方式,結(jié)構(gòu)緊湊,傳動(dòng)比大。為了裝配方便,結(jié)構(gòu)更加緊湊,適用具有單齒圈行星齒輪的3Z(II)型行星齒輪傳動(dòng)較合理,其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。
圖1 3Z(II)型行星齒輪減速傳動(dòng)
2.2.2配齒計(jì)算
根據(jù)3Z(II)型行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比ip值和按其齒輪計(jì)算公式可求得內(nèi)齒輪b,e和行星齒輪c的齒數(shù)zb,ze和zc。考慮到該行星齒輪傳動(dòng)的外輪廓尺寸較小,故選擇中心輪的齒數(shù)za=15和行星齒輪數(shù)目np =3。為了使內(nèi)齒輪b與e的齒數(shù)差盡可能小,即應(yīng)取ze -zb= np。再將za,np和ip值代入公式,則的內(nèi)齒輪b的齒數(shù)Zb為
zb=
按以下公式可得內(nèi)齒輪e的齒數(shù)Ze為
ze = zb + np =69+3=72
因ze-za=72-15=57為奇數(shù),應(yīng)按如下公式求得行星輪c的齒數(shù)Zc為
zc=(ze-za)-0.5=(72-15)-0.5=28
再按傳動(dòng)比驗(yàn)算公式驗(yàn)算其實(shí)際的傳動(dòng)比為
ibae===134.4
其傳動(dòng)比誤差為
===0.003<
故滿足傳動(dòng)比誤差的要求,即得該行星齒輪傳動(dòng)實(shí)際的傳動(dòng)比為=134.4.最后確定該行星傳動(dòng)各齒的齒數(shù)為za=15,zb=69,ze=72和zc=28.
另外,也可根據(jù)傳動(dòng)比i=134.4查表直接可得上述各輪的齒數(shù)。
2.2.3初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)
齒輪材料和熱處理的選擇:中心輪a和行星輪c均采用20CrMnTi,滲碳淬火,齒面硬度58-62HRC,取 =1400N/mm 和=340N/mm ,中心輪a和行星齒輪c的加工精度6級(jí);內(nèi)齒輪b和e均采用42CrMo,調(diào)質(zhì)硬度217-259HB,取=780N/mm 和=260N/mm ,內(nèi)齒輪b和e的加工精度7級(jí)。
按彎曲強(qiáng)度的初計(jì)算公式計(jì)算齒輪的模數(shù)m為
m=Km
現(xiàn)已知Z1=15,=340N/mm 。小齒輪名義轉(zhuǎn)矩T1=9549 =9549×=46.68N·M;取算式系數(shù)Km=12.1;查表取使用系數(shù)KA=1.5;取綜合系數(shù)KFΣ=1.8,;去接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪見在和分布不據(jù)黁系數(shù)KHp=1.2,由公式可得KFp=1+1.5(KHp-1)=1+1.5(1.2-1)=1.3;可查得齒形系數(shù)YFa1=2.67;查得齒寬系數(shù)Фd=0.6。則的齒輪模數(shù)為
m==2.57(mm)
取齒輪模數(shù)m=3mm
2.2.4嚙合參數(shù)計(jì)算
在三個(gè)嚙合齒輪副a-c、b-c和e-c中,其標(biāo)準(zhǔn)中心距a為
(mm)
(mm)
(mm)
由此可見,三個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距不相等,且有。因此,此行星齒輪傳動(dòng)不能滿足非變位的同心條件。為了使該行星齒輪既能滿足給定的傳動(dòng)比=134.4的要求,又能滿足嚙合傳動(dòng)的同心條件,即應(yīng)使各齒輪副的嚙合中心距相等,則必須對(duì)該3Z(II)型行星傳動(dòng)進(jìn)行角度變位。
根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)中心距之間的關(guān)系,取選取其嚙合中心距為==66mm作為各齒輪副的中心距值。
已知+=43,-=41和-=44,m=3mm,=66mm及壓力角20。,按公式計(jì)算該3Z(II)型行星傳動(dòng)角度變位的嚙合參數(shù)。對(duì)各齒輪副的嚙合參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。
表1 3Z(II)型行星傳動(dòng)嚙合參數(shù)計(jì)算
項(xiàng)目
計(jì)算公式
a-c齒輪副
b-c齒輪副
e-c齒輪副
中心距變動(dòng)系數(shù)
=
=1.5
嚙合角
=
=
變位系數(shù)和
=
齒頂高變動(dòng)系數(shù)
=
重合度
注:1.表內(nèi)公式的“”號(hào),外嚙合取“+”,內(nèi)嚙合取“-” 。
2.表內(nèi)公式的為齒頂壓力角,且有=arcos。
確定各齒輪的變位系數(shù)。
(1)a-c齒輪副 在a-c齒輪副中,由于中心輪a的齒數(shù)z=152=34和中心距=64.5mm<=66mm 。由此可知,該齒輪副的變位目的是避免小齒輪a產(chǎn)生根切、湊合中心距和改善嚙合性能。其變位方式應(yīng)采用角度變位的正傳,即
當(dāng)齒頂高系數(shù)=1,壓力角時(shí),避免根切的最小變位系數(shù)為
===0.1176
按如下公式可求得中心論a的變位系數(shù)為
=0.5
=0.5
=0.2732>=0.1176
按如下公式可得到行星齒輪c的變位系數(shù)
= =0.5377-0.2732=0.2645
(2)b-c齒輪副 在b-c齒輪副中,=28>=17,=41>2=34和=61.5mm<=66mm 。據(jù)此可知,該齒輪副的變位目的是為了湊合中心距和改善嚙合性能。故其能變位方式也應(yīng)采用角度變位的正傳動(dòng),即。
現(xiàn)已知其變位系數(shù)和和則可得內(nèi)齒輪b的變位系數(shù)為=。
(3)e-c齒輪副 在e-c齒輪副中,>,-=44>2=34和mm 。由此可知,該齒輪副的變位目的是為改善嚙合性能和修復(fù)嚙合齒輪副。故其變位方式應(yīng)采用高度變位,即。則可得內(nèi)齒輪e的變位系數(shù)為0.2645。
2.2.5幾何尺寸計(jì)算
對(duì)于該3Z(II)型行星齒輪傳動(dòng)可按下面計(jì)算公式進(jìn)行其幾何尺寸的計(jì)算。各齒輪副的幾何尺寸的計(jì)算結(jié)果見表2。
表2 3Z(II)型行星齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算
項(xiàng)目
計(jì)算公式
a-c齒輪副
b-c齒輪副
e-c齒輪副
變位系數(shù)
=
=0.2732
=0.2645
=0.2645
=2.1022
=0.2645
=0.2645
分度圓直徑
=
=
=45
=207
=84
=207
=84
=216
基圓直徑
=
=
=42.2862
=78.9342
=78.9342
=194.5164
=78.9342
=202.9736
節(jié)圓直徑
=
=
=46.0465
=85.9535
=90.1463
=222.1463
=84
=216
齒頂圓直徑
外嚙合
52.413
91.3608
內(nèi)嚙合
-
齒根圓直徑
外嚙合
內(nèi)嚙合
用插齒刀加工
78.087
224.7126
78.087
225.0204
注:1.表內(nèi)公式中,為插齒刀的齒頂圓直徑;為插齒刀與被加工齒輪之間的中心距。
2.表中的徑向間徑=,其中=7.6(1-) /。
關(guān)于用插齒刀加工內(nèi)齒輪,起齒根圓直徑的計(jì)算。
已知模數(shù)=3mm,插齒刀齒數(shù)=25,齒頂高系數(shù)=1.25,變位系數(shù)=0(中等磨損程度)。試求被插制內(nèi)齒輪的齒根圓直徑。
齒根圓直徑按下式計(jì)算,即
=+2
式中 ——插齒刀的齒頂圓直徑;
——插齒刀與被加工內(nèi)齒輪的中心距。
==325=82.5(mm)
現(xiàn)對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副b-c和e-c分別計(jì)算如下。
(1)b-c內(nèi)嚙合齒輪副(,=69)
==0.049683
查表得=
=
加工中心距為
=(mm)
按一下公式計(jì)算內(nèi)齒輪b齒根圓直徑為
=82.5+271.1063=224.7126mm(填入表2中)
(2)e-c內(nèi)嚙合齒輪副(,=72)
仿上,=
==0.019001
查表得=
==
=(mm)
則得內(nèi)齒輪e的齒根圓直徑為
mm( 填入表2中)
2.2.6裝配條件的計(jì)算
對(duì)于所設(shè)計(jì)的上述行星輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下的裝配條件
鄰接條件
按如下公式驗(yàn)算其鄰接條件,即
將已知的、和值代入上式,則得
91.3608mm<266=114.3154mm
即滿足鄰接條件。
同心條件
按如下公式驗(yàn)算該3Z(II)型行星傳動(dòng)的同心條件,即
各各齒輪副的嚙合角為、、和;且知、、和。代入上式,即得
=46.82
則滿足同心條件。
安裝條件
按以下公式驗(yàn)算其安裝條件,即得
所以,滿足其安裝條件。
2.2.7傳動(dòng)效率的計(jì)算
由查表得到的幾何尺寸計(jì)算結(jié)果可知,內(nèi)齒輪b的節(jié)圓直徑222.1463mm大于內(nèi)齒輪e的節(jié)圓直徑mm,即>,故該3Z(II)行星傳動(dòng)的傳動(dòng)功率可采用如下公式進(jìn)行計(jì)算,即
=
已知和=69/15=4.6
其嚙合損失系數(shù)
和可按如下公式計(jì)算,即有
=2.3
=2.3
取齒輪的嚙合摩擦因數(shù),且將、和代入上式,可得
=2.3
=2.3
即有 =0.00488+0.00502=0.0099
所以,其傳動(dòng)效率為
=
可見,該行星齒輪傳動(dòng)的效率較高,可以滿足短期間斷工作方式的使用要求。
2.2.8結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
輸入端
根據(jù)3Z(II)行星傳動(dòng)的工作特點(diǎn)、傳遞功率的大小和轉(zhuǎn)速的高低等情況,對(duì)其進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先應(yīng)確定中心輪a的結(jié)構(gòu),因?yàn)樗闹睆絛較小,所以,輪a應(yīng)該采用齒輪軸的結(jié)構(gòu)型式;既將中心輪a與輸入軸連成一個(gè)整體。且按該行星的輸入功率P和轉(zhuǎn)速n的初步估算輸入軸的直徑,同時(shí)進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了便于軸上零件的裝拆,通常將軸制成階梯形??傊跐M足使用要求的情況下,軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡(jiǎn)單,以便于加工制造。
按公式
=112=27mm
按照3﹪-5﹪增大,試取為30mm,帶有單鍵槽的輸入軸直徑確定為30mm,再過(guò)臺(tái)階為36mm滿足密封元件的孔徑要求。軸環(huán)用于軸承的軸向定位和固定??芍獮?5mm,寬度為135mm。根據(jù)軸承的選擇確定軸肩為52mm, 為38 mm。如附圖。
輸出端
根據(jù)=112=50mm
帶有單鍵槽,與齒輪e同體相連作為輸出軸。取為57mm,選擇16X10的鍵槽。如附圖所示
內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)
(1)內(nèi)齒輪b采用緊固螺釘與箱體連接起來(lái),從而可以將其固定。其尺寸如上已算出,圖形如附圖。
(2)內(nèi)齒輪e采用齒輪軸設(shè)計(jì),既將輪e與輸出軸連成一個(gè)整體。且按該輪的輸入功率P和轉(zhuǎn)速n的初步估算輸出軸的直徑,同時(shí)進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)??傊?,在滿足使用要求的情況下,軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡(jiǎn)單,以便于加工制造。
轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì)
一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的轉(zhuǎn)臂x應(yīng)是外廓尺寸小,質(zhì)量小,具有足夠的強(qiáng)度和剛度,動(dòng)平衡性好,能保證行星齒輪間的載荷分布均勻,而且具有良好的加工和裝配工藝。對(duì)于3Z(II)型中的轉(zhuǎn)臂x不承受外力矩的作用,也不是行星傳動(dòng)的輸入或輸出構(gòu)件(此時(shí)它不是基本構(gòu)件),故采用雙側(cè)板整體式轉(zhuǎn)臂(其側(cè)板兩端無(wú)凸緣)。 雙側(cè)板整體式轉(zhuǎn)臂,可采用連接板將兩塊側(cè)板連接在一起。整體式轉(zhuǎn)臂的毛皮是采用鍛造或焊接的范式得到的,即在其毛坯上已將兩側(cè)板與連接板制成一個(gè)整體。 轉(zhuǎn)臂x中所需連接板得數(shù)目一般應(yīng)等于行星齒輪數(shù)。壁厚為=mm取壁厚為15,其中為實(shí)際嚙合中心距。溝槽寬度為80mm。外圓直徑2=168mm,取外圓直徑170mm。如附圖所示。
轉(zhuǎn)臂X1上各行星齒輪軸孔與轉(zhuǎn)臂軸線的中心極限偏差可按公式計(jì)算,先已知高速級(jí)的嚙合中心距a=66mm,則得
0.0323(mm)
取=32.3
各行星齒輪軸孔的孔距相對(duì)偏差按公式計(jì)算,即
取0.0300=30
轉(zhuǎn)臂X1的偏心誤差為孔距相對(duì)偏差的,即=15
先已知低速級(jí)的嚙合中心距a=66mm,則得
=0.0323(mm)
取=32.3
各行星齒輪軸孔的孔距相對(duì)偏差按公式計(jì)算,即
取0.0300=30
轉(zhuǎn)臂X1的偏心誤差為孔距相對(duì)偏差的,即
箱體及前后機(jī)蓋的設(shè)計(jì)
按照行星傳動(dòng)的安裝類型的不同,則該行星減速器選用臥式不剖分機(jī)體,為整體鑄造機(jī)體,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,緊湊,能有效多用于專用的行星齒輪傳動(dòng)中,鑄造機(jī)體應(yīng)盡量的避免壁厚突變,應(yīng)設(shè)法減少壁厚差,以免產(chǎn)生疏散等鑄造缺陷。材料選為灰鑄鐵[7]。如附圖所示
壁厚
——機(jī)體表面的形狀系數(shù) 取1
——與內(nèi)齒輪直徑有關(guān)的系數(shù)取2.6
_____作用在機(jī)體上的轉(zhuǎn)矩
標(biāo)準(zhǔn)件及附件的選用
螺釘?shù)倪x擇:大多緊固螺釘選擇六角螺釘。吊環(huán)的設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)。通氣塞的設(shè)計(jì)參照設(shè)計(jì)手冊(cè)自行設(shè)計(jì)。以及油標(biāo)的設(shè)計(jì)根據(jù)GB1161-89的長(zhǎng)形油標(biāo)的參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。
行星齒輪c采用帶有內(nèi)孔的結(jié)構(gòu),它的齒寬b應(yīng)當(dāng)加大;以便保證該行星齒輪c與中心輪a 的嚙合良好,同時(shí)還應(yīng)保證其與內(nèi)齒輪b和e相嚙合。在每個(gè)行星輪的內(nèi)孔中,可以安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承來(lái)支撐著。而行星齒輪軸在安裝到轉(zhuǎn)臂x的側(cè)板上之后,還采用了矩形截面的彈性擋圈來(lái)進(jìn)行軸向固定。
由于該3Z型行星傳動(dòng)的轉(zhuǎn)臂x不承受外力矩,也不是行星傳動(dòng)的輸入或輸出構(gòu)件;而且還具有個(gè)行星輪。因此,其轉(zhuǎn)臂x采用了雙側(cè)板整體式的結(jié)構(gòu)型式。該轉(zhuǎn)臂x可以采用兩個(gè)向心球軸承支承在中心輪a的軸上。
轉(zhuǎn)臂x上各行星輪軸孔與轉(zhuǎn)臂軸線的中心距極限偏差可按如下公式計(jì)算?,F(xiàn)已知嚙合中心距mm,則得
(mm)
取
各行星輪軸孔的孔距先對(duì)偏差可按以下公式計(jì)算,即
取=0.030mm=30m
轉(zhuǎn)臂x的偏心誤差約為孔距相對(duì)偏差的1/2,即
=15m
在對(duì)所設(shè)計(jì)的行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了其嚙合參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算,驗(yàn)算其裝配條件,且進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后,便可以繪制該行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖(或裝配圖)。
2.2.9齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算
由于3Z(II)型行星齒輪齒輪傳動(dòng)具有短期間間斷的工作特點(diǎn),且具有結(jié)構(gòu)緊湊、外輪廓尺寸較小和傳動(dòng)比大的特點(diǎn)。針對(duì)其工作特點(diǎn),只需按其齒根彎曲應(yīng)力的強(qiáng)度條件公式進(jìn)行校核計(jì)算,即
首先按以下公式計(jì)算齒輪的齒根應(yīng)力,即
其中,齒根應(yīng)力的基本值可按以下公式計(jì)算,即
=
許用齒根應(yīng)力可按以下公式計(jì)算,即
=
現(xiàn)將該3Z(II)行星傳動(dòng)按照三個(gè)齒輪副a-c、b-c和e-c分別驗(yàn)算如下。
a-c齒輪副
① 名義切向力。
中心輪a的切向力=可按如下公式計(jì)算;已知N?m,和mm。則得
(N)
②有關(guān)系數(shù)。
a.使用系數(shù) 。
使用系數(shù)按中等沖擊查表得=1.5
b.動(dòng)載荷系數(shù)。
先按下式計(jì)算輪a相對(duì)于轉(zhuǎn)臂x的速度,即
其中 (m/s)
所以 (m/s)
已知中心輪a和行星齒輪c的精度為6級(jí),即精度系數(shù)C=6;再按下公式計(jì)算動(dòng)載荷系數(shù),即
=
式中 B=0.25=
A=50+56
則得
=
中心輪a和行星輪c的動(dòng)載荷系數(shù)=1.06
c.齒向載荷分布系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)可按下式計(jì)算,即
=1+
查表得
=
查表得,代入上式,則得
=1+(1.3-1)1=1.3
d.齒間載荷分配系數(shù)。
齒間載荷分配系數(shù)查表得
=1.1
e.行星輪間載荷分配系數(shù)。
行星輪間載荷分配系數(shù)按下式計(jì)算
即 =1+1.5
已取,則得
=1+1.5=1.3
f.齒形系數(shù)。
齒形系數(shù)查得。
g.應(yīng)力修正系數(shù)。
應(yīng)力修正系數(shù)查得
h.重合度系數(shù) 。
重合度系數(shù)可按下式計(jì)算,即
==0.25+
i.螺旋角系數(shù)。
螺旋角系數(shù)查得
=1
因行星輪c不僅與中心論a嚙合,且同時(shí)與內(nèi)齒輪b和e相嚙合,故取齒寬b=60mm。
③計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力。
按下式計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力,即
=
=(N/mm2)
(N/mm2)
取彎曲應(yīng)力=110N/mm2
④計(jì)算許用齒根應(yīng)力
按以下公式計(jì)算許用齒根應(yīng)力,即
=
已知齒根彎曲疲勞極限=340 N/mm2
由查表得最小安全系數(shù)。
式中各系數(shù)、、、和取值如下。
應(yīng)力系數(shù),按所給定的區(qū)域圖取時(shí),取=2。
壽命系數(shù)由下式計(jì)算,即
=
式中應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由表相應(yīng)公式計(jì)算,且可按照每年工作300天,每天工作16小時(shí),即
=6060=1.06
則得 ==0.89
齒根圓角敏感系數(shù)查得=1。
先對(duì)齒根表面狀況系數(shù)按表中對(duì)應(yīng)公式計(jì)算,即
=1.674-0.529
取齒根表面微觀不平度=12.5m,代入上式得
=1.674-0.529=0.98
尺寸系數(shù)按表中相對(duì)應(yīng)公式計(jì)算,即
=1.05-0.01=1.05-0.01=1.02
代入下公式可得許用齒根應(yīng)力為
=378(N/mm2)
因齒根應(yīng)力=110 N/mm2小于許用齒根應(yīng)力=378 N/mm2,即<。所以,a-c齒輪副滿足齒根彎曲強(qiáng)度條件。
b-c齒輪副
在內(nèi)嚙合齒輪副b-c中只需要校核內(nèi)齒輪b的齒根彎曲強(qiáng)度,即仍按公式計(jì)算其齒根彎曲應(yīng)力及按公式計(jì)算許用齒根應(yīng)力。已知,=260 N/mm2。
a.使用系數(shù) 。
使用系數(shù)按中等沖擊查表得=1.11
b.動(dòng)載荷系數(shù)。
先按下式計(jì)算輪a相對(duì)于轉(zhuǎn)臂x的速度,即
其中 (m/s)
所以 (m/s)
已知中心輪a和行星齒輪c的精度為6級(jí),即精度系數(shù)C=6;再按下公式計(jì)算動(dòng)載荷系數(shù),即
=
式中 B=0.25=
A=50+56
則得
=
中心輪a和行星輪c的動(dòng)載荷系數(shù)=1.26
c.齒向載荷分布系數(shù)
齒向載荷分布系數(shù)可按下式計(jì)算,即
=1+
查表得
=
查表得,代入上式,則得
=1+(1.3-1)1=1.3
d.齒間載荷分配系數(shù)。
齒間載荷分配系數(shù)查表得
=1.1
e.行星輪間載荷分配系數(shù)。
行星輪間載荷分配系數(shù)按下式計(jì)算
即 =1+1.5
已取,則得
=1+1.5=1
f.齒形系數(shù)。
齒形系數(shù)查得。
g.應(yīng)力修正系數(shù)。
應(yīng)力修正系數(shù)查得
h.重合度系數(shù) 。
重合度系數(shù)可按下式計(jì)算,即
==0.25+
i.螺旋角系數(shù)。
螺旋角系數(shù)查得
=1
通過(guò)查表或采用相應(yīng)公式計(jì)算,可得到取值與外嚙合不同的系數(shù)為,,,,,=2.65,,=1.03和。代入上式則得
=(N/mm2)
取 N/mm2
(N/mm2)
可見,,故b-c齒輪副滿足齒根彎曲強(qiáng)度條件。
e-c齒輪副
仿上,e-c齒輪副只需要校核內(nèi)齒輪e的齒根彎曲強(qiáng)度,即仍按以上公式計(jì)算和。仿上,與內(nèi)齒輪b不同的系數(shù)為
和=0.68。代入上式,則得
=98(N/mm2)
因 N/mm2
取 N/mm2
(N/mm2)
可見,,故e-c齒輪副滿足彎曲強(qiáng)度條件。
3.總結(jié)
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來(lái)工作崗位重要的一步。從最初的選題,開題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。期間,查找資料,老師指導(dǎo),與同學(xué)交流,反復(fù)修改圖紙,每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。
在設(shè)計(jì)的同時(shí)也遇到了很多問(wèn)題,由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有這種實(shí)踐,上手的時(shí)候有點(diǎn)生疏。首先要做的是查閱資料,之后通過(guò)所得資料確定傳動(dòng)方案。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),很多公式找不到,但與老師同學(xué)交流之后,計(jì)算工作能夠較快的完成了。在制圖的時(shí)候,制圖軟件的很多命令都不知道怎么用,經(jīng)過(guò)幾天的摸索,才堪堪能運(yùn)用其一些基本的用法。圖紙做好的時(shí)候,經(jīng)過(guò)老師多次指導(dǎo)和反復(fù)修改,才達(dá)到老師的要求。
通過(guò)這次實(shí)踐,我了解了3Z(II)型行星齒輪減速器的用途及工作原理,熟悉了行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)步驟,可知行星齒輪減速器有著體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高等特點(diǎn),但由于行星齒輪減速器傳動(dòng)比大,力矩就比其它減速器結(jié)構(gòu)小,行星齒輪減速器自鎖角大止退性差而不適合啟動(dòng)用。
畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多,比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),分析數(shù)據(jù),提高了自己的繪圖能力,懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。由于時(shí)間倉(cāng)促,自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足,很多地方會(huì)有疏漏,希望老師能給予指正。
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致謝
此片論文得以完成,首先要感謝吳暉老師的細(xì)心指導(dǎo)。吳老師開闊的視野,為我提供了極大的發(fā)揮空間,在這段時(shí)間里讓我明白了做任何事情要嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍,對(duì)人要寬容、寬厚,吳老師寬厚待人的學(xué)者風(fēng)范更是令我無(wú)比感動(dòng)。
四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào),而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào),我將面對(duì)又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下,走得辛苦卻也收獲滿囊,,思緒萬(wàn)千,心情久久不能平靜。
感謝各位老師在這幾年一直在生活中、組織上給予我的教導(dǎo)和無(wú)私的幫助,讓我在南昌航空大學(xué)科技學(xué)院這個(gè)大舞臺(tái)上有鍛煉的能力、自我完善的平臺(tái)。
在此文即將完成之際,我衷心的感謝在此過(guò)程中幫助過(guò)我的每個(gè)人,在這里請(qǐng)接收我最誠(chéng)摯的謝意!由于時(shí)間倉(cāng)促、自身等原因,文章錯(cuò)誤疏漏之處在所難免,懇請(qǐng)各位老師斧正。
同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供代寫論文良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。
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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 3Z型行星齒輪減速器設(shè)計(jì)
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求:
設(shè)計(jì)某石油機(jī)械裝置所需配用的行星齒輪減速器,已知該行星傳動(dòng)的輸入功率P1=22KW
,輸入轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,傳動(dòng)比ip=134,允許的傳動(dòng)比偏差△ip=0.01,短期間斷的工
作方式,每天工作16h,要求使用壽命8年;且要求該行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸
較小和傳動(dòng)功率較高。
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間:
1. 收集資料、外文資料翻譯、開題報(bào)告 第1周—第2周
2. 傳動(dòng)類型和傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的確定 第3周—第4周
3. 參數(shù)確定及設(shè)計(jì)計(jì)算 第5周—第7周
4. 行星齒輪減速器裝配圖設(shè)計(jì)及零部件圖設(shè)計(jì) 第8周—第15周
5. 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第16周—第17周
Ⅳ 、主 要參考資料:
[1] 璞良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.北京:高等教育出版社,2001
[2] 孫桓,陳作模主編.機(jī)械原理.第六版.北京:高等教育出版社,2002
[3] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
[4] 饒振綱編著.行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003
[5] Ye Zhonghe, Lan Zhaohui. Mechanisms and Machine Theory. Higher Education Press, 2001.7
航空與機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)類 0781051 班
學(xué)生: 江威
填寫日期: 2011 年 01 月 03 日
指導(dǎo)教師:
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分):
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系主任(簽名):
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書首頁(yè)。
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說(shuō)明書+CAD
3Z型行星齒輪減速器設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】
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