1822_無級(jí)調(diào)速提升絞車設(shè)計(jì),無級(jí),調(diào)速,提升,晉升,絞車,設(shè)計(jì) 目 錄前 言1 傳動(dòng)方案的擬定和選擇1．1 擬定方案 ....................................................................................................21．1．1 具體方案的擬定和比較 .......................................................................21.2 方案的確定 ..................................................................................................62 電動(dòng)機(jī)的選擇2. 1 主電動(dòng)機(jī)的選擇 ........................................................................................72．1．1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇 ..............................................................72．1. 2 選擇電動(dòng)機(jī)容量 ...................................................................................72. 2 無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)的選擇 ............................................................................82．2．1 分析絞車的工作過程： .......................................................................82．2．2 分析電動(dòng)機(jī)的具體工作情況 ..............................................................82．2．3 電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算 ............................................................................102．2．4 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 ............................................................................113 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)3.1 調(diào)速系統(tǒng)介紹 ............................................................................................113.2 不同交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) ........................................................123．3 變頻控制方式的選擇 ..............................................................................143．4 確定變頻器 ..............................................................................................153．5 JPS 變頻器的功能、原理、技術(shù)參數(shù)等 ...............................................153.5.1 概述 .........................................................................................................153.5.2 型號(hào)意義 ...................................................................................................163.5.3 技術(shù)參數(shù)及性能 ....................................................................................173.5.4 外形及安裝尺寸 ....................................................................................183.5.5 使用維護(hù)注意事項(xiàng) ................................................................................184 行星齒輪的計(jì)算4.1 行星齒輪基本參數(shù)的計(jì)算 ........................................................................194.1.1 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及分配 ................................................................194.1.2 行星齒輪傳動(dòng)的配比計(jì)算 ..................................................................204.1.3 輪齒數(shù)的選擇 ........................................................................................224.2 行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........................................................................224.3 選擇材料、齒輪、傳動(dòng)比 ........................................................................234.4 無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)輸入齒輪傳動(dòng)計(jì)算 ........................................................335 傳動(dòng)系統(tǒng)的其他設(shè)計(jì)5.1 均載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................................................375.2 行星架的設(shè)計(jì) ............................................................................................375.3 箱體的基本參數(shù) ........................................................................................385.4 變速軸的設(shè)計(jì) ............................................................................................38總 結(jié) ........................................................................................................40參考文獻(xiàn) ........................................................................................................41致 謝 ........................................................................................................42南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 1 頁 共 42 頁前言隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，許多設(shè)備都要求變工礦運(yùn)行，例如，交通工具、機(jī)械加工設(shè)備提升設(shè)備等等這些設(shè)備一般都具有調(diào)速功能，而且隨著對(duì)生產(chǎn)、勞動(dòng)條件等要求的提高和改善，要求它們具有無級(jí)調(diào)速功能。無機(jī)調(diào)速種類繁多，按調(diào)速性能分，調(diào)速設(shè)備可分為普通型和高性能調(diào)速型；按大類分可分為機(jī)械調(diào)速和電力調(diào)速（其中電力調(diào)速又分為直流調(diào)速和交流調(diào)速） ，但不同類型的設(shè)備都有自己適用的條件，所以選用設(shè)備時(shí)，需要根據(jù)生產(chǎn)要求、環(huán)境等條件來選擇最適用、最合理的無級(jí)變速設(shè)備。本次設(shè)計(jì)的課題是無級(jí)變速提升絞車的設(shè)計(jì)，考慮到工作環(huán)境、工作要求、經(jīng)濟(jì)等因素，決定采用機(jī)械和電氣混合來完成無級(jí)調(diào)速。機(jī)械調(diào)速部分是采用行星齒輪變速器，因?yàn)樾行驱X輪傳動(dòng)是一種行型、高效的傳動(dòng)型式，它具有體積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、承載能力高、壽命長(zhǎng)、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可滿足不同的工作條件，特別是隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種類型的行星齒輪傳動(dòng)裝置在國(guó)防、冶金、礦山、煤炭、工程、起重運(yùn)輸、化工、輕工、儀表等工業(yè)部門得到日益廣泛的應(yīng)用。因此，各種高效的小型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)懲出不窮。本次采用的是差動(dòng)式 NEW 型行星齒輪。該輪系具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、維修方便等。差動(dòng)調(diào)速是采用無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)。因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。且目前其調(diào)速裝置已處于成熟階段，以顯示出極強(qiáng)的生命力，所以其應(yīng)用范圍愈來愈廣，而且其性價(jià)比小。本課題采用了電氣和機(jī)械組合成無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，因此其結(jié)合了兩方面的優(yōu)點(diǎn)，使得該裝置無論在性能，還是在效率方面都由著其它調(diào)速系統(tǒng)不可比比擬的優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)由于時(shí)間緊張，加之本人水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限，設(shè)計(jì)中難免會(huì)有錯(cuò)誤，望各位老師批評(píng)指正！南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 2 頁 共 42 頁無級(jí)變速提升絞車設(shè)計(jì)1 傳動(dòng)方案的擬定和選擇1．1 擬定方案1．1．1 具體方案的擬定和比較隨著世界工業(yè)的迅速發(fā)展，無論是在機(jī)械生產(chǎn)方面，還是在車輛運(yùn)輸、拖動(dòng)方面，對(duì)調(diào)速方面的要求已越來越高，以前的恒速運(yùn)轉(zhuǎn)或有級(jí)調(diào)速在許多場(chǎng)合下已經(jīng)不再適應(yīng)了，因此，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求也就提高到無級(jí)變速方面了，而且，對(duì)無級(jí)變速系統(tǒng)的調(diào)速性能和調(diào)速穩(wěn)定性的要求也越來越高，以適應(yīng)不同要求的需要。在無機(jī)變速傳動(dòng)系統(tǒng)中，就目前來講已經(jīng)是處于較成熟階段了，主要分為機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速、電氣機(jī)械組合調(diào)速和液壓機(jī)械組合調(diào)速，各種調(diào)速系統(tǒng)各有千秋，每種系統(tǒng)都有各自適用的場(chǎng)合。以下是本次設(shè)計(jì)所列出的幾種方案：方案一：Ⅰ-輸入軸；Ⅱ-調(diào)速軸；Ⅲ-輸出軸b-內(nèi)齒圈；g-行星輪；a-太陽輪圖 1-1 變頻交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)式無級(jí)變速器該方案是用 2K-H 行星齒輪的差動(dòng)式無級(jí)變速器，其無級(jí)變速原理圖如圖（1-1）所示，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力由Ⅰ軸和Ⅱ軸輸入，軸Ⅰ轉(zhuǎn)速的輸入是固定不變的，即太陽輪的轉(zhuǎn)速是固定不變的。其調(diào)速是通過與軸Ⅱ聯(lián)接的無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)來調(diào)速的，該電動(dòng)機(jī)是 YLJ 系列三相力矩異步電動(dòng)機(jī)，其無級(jí)變速是通過用 JPS 交流變頻調(diào)速裝置來控制實(shí)現(xiàn)的（JPS 交流變頻系統(tǒng)的輸出頻率為 2-50Hz） ，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)輸入頻率的控制以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的輸出速度，因?yàn)?JPS 的變頻式連續(xù)的，所以，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就是連續(xù)了，電動(dòng)機(jī)通過與Ⅱ軸的聯(lián)接，從而來實(shí)現(xiàn)調(diào)速輪的無級(jí)變速，由于太陽輪的轉(zhuǎn)速式固定不變的，而內(nèi)齒圈是和調(diào)速輪相配合的，調(diào)速輪無級(jí)變速轉(zhuǎn)化為內(nèi)齒圈 b 的無級(jí)變速，從而南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 3 頁 共 42 頁實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒圈和太陽輪轉(zhuǎn)速的連續(xù)差動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)輸出軸的無級(jí)變速。這種無級(jí)變速器主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1、調(diào)速方便，其調(diào)速是通過對(duì) JPS 面板的按鈕來控制的，所以方便快捷；2、調(diào)速精確，JPS 變頻調(diào)速裝置的頻率精度為 1%；3、能根據(jù)系統(tǒng)控制量組成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制；4、過載保護(hù)；5、故障自診斷顯示。但是該無級(jí)變頻系統(tǒng)存在以下幾方面的缺點(diǎn)：1、體積和重量較大，該系統(tǒng)為了能達(dá)到調(diào)速穩(wěn)定，提高調(diào)速性能，而采用了兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，跟軸Ⅱ聯(lián)接的電動(dòng)機(jī)是恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，跟軸Ⅰ聯(lián)接的電動(dòng)機(jī)是變頻無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，這樣就使得系統(tǒng)的體積和重量變得較大；2、價(jià)格較高，由于使用了兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，因此價(jià)格方面也就較高了。然而，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，價(jià)格也隨之而降，所以該系統(tǒng)作為一種簡(jiǎn)單的無級(jí)調(diào)速裝置的也就具有了實(shí)用性了。方案二：Ⅰ-輸入軸；Ⅱ-輸出軸1a、1b-主動(dòng)錐形輪；2a、2b-從動(dòng)錐形輪；3-三角帶；4-螺桿；5-撥叉；6-彈簧圖 1-2 帶式無級(jí)變速器該方案是撓性摩擦式無級(jí)變速器，又稱為帶式無級(jí)變速器，撓性件為寬型三角帶，其變速原理如圖（1-2）所示。運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力由Ⅰ軸輸入，通過兩對(duì)能互相開合的左、右南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 4 頁 共 42 頁錐形帶輪 1a、1b 及 2a、2b 和三角帶 3 驅(qū)動(dòng)Ⅱ軸轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)左帶輪 1a 用平鍵固定在Ⅰ軸上，主動(dòng)右?guī)л?1b 用花鍵固定在Ⅰ軸相聯(lián)接，而且在螺桿 4 和撥叉 5 的作用下可沿Ⅰ軸滑移。從動(dòng)左輪 2a 用花鍵固定在Ⅱ軸上，從動(dòng)右輪 2b 用導(dǎo)鍵與Ⅱ軸相聯(lián)接，而且在帶輪 2a 與 2b 之間裝有壓緊彈簧。當(dāng)用螺桿 4 和撥叉 5 操縱帶輪 1b 向帶輪 1a 合攏或分開時(shí)，迫使皮帶在兩輪的錐面間向外或向里移動(dòng)。由于皮帶的長(zhǎng)度是一定的，當(dāng)皮帶在主動(dòng)、從動(dòng)輪的工作半徑，使從動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速.這種無級(jí)變速器的變范圍為:2minaxinax)(rRb?式中 ——帶輪的最大工作半徑， = = ；maxr maxr1max2r——帶輪的最小工作半徑， = = 。in iniin這種帶式無級(jí)變速器的緩沖吸振性能較好，傳遞功率可達(dá)到 7KW，變速范圍≤8；缺點(diǎn)是皮帶和帶輪的工作表面磨損較嚴(yán)重，皮帶壽命較短，特別是帶輪與軸的bR花鍵或?qū)фI聯(lián)接處容易生銹，甚至引起振動(dòng)或聯(lián)接失效。方案三： Ⅰ-輸入軸；Ⅱ-中間軸；Ⅲ-輸出軸1- 主動(dòng)摩擦輪；2-從動(dòng)摩擦輪；3、4、5-齒輪；6-彈簧；7-擺動(dòng)支架南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 5 頁 共 42 頁圖 1-3 多盤摩擦式無級(jí)變速器（a）多盤摩檫式無級(jí)變速器的變速原理如圖（1-3a）所示。運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力由Ⅰ軸輸入，經(jīng)中間軸Ⅱ從Ⅲ軸輸出。在主動(dòng)軸Ⅰ和中間軸Ⅱ上分別裝有多片摩擦盤 1 和 2，兩軸上的摩擦盤相間安裝，并用彈簧 6 壓緊。中間軸Ⅱ支撐在擺動(dòng)支架 7 上，而支架 7 可通過操縱機(jī)構(gòu)擺動(dòng)一定角度，使中間軸上的從動(dòng)摩擦盤 2 靠近或遠(yuǎn)離主動(dòng)摩擦盤 1，借以改變主動(dòng)摩擦盤在接觸處的摩擦半徑。由于從動(dòng)盤的摩擦半徑 是不變的（見圖 1-3b） ，2r而主動(dòng)盤的摩擦半徑 在 和 之間變化，當(dāng)Ⅰ軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，Ⅱ軸便在一定范圍內(nèi)實(shí)1rmaxin1r現(xiàn)無級(jí)變速，并經(jīng)過定軸齒輪 3、4、5 驅(qū)動(dòng)輸出軸Ⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)。這種無級(jí)變速器通常裝有三組從動(dòng)摩擦盤，分布在主動(dòng)摩擦盤周圍互成 ，并用同一個(gè)操縱機(jī)構(gòu)操縱。 ?20這種無級(jí)變速器的變速范圍為：min1axiamin2xbrR??該系統(tǒng)（多摩擦盤式無級(jí)變速器）主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便；2、傳遞功率較大，可達(dá) 100KW。該變速器的變速范圍 ，只作6Rb?減速傳動(dòng)。由于該變速器是靠盤片的磨擦來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的，因此存在的缺點(diǎn)是：1、效率低；2、發(fā)熱較嚴(yán)重；3、須較常更換摩擦盤片。因此，目前多盤摩擦式無級(jí)變速器雖然還有圖 1-3 多盤式無級(jí)變速器（b）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 6 頁 共 42 頁應(yīng)用在化工及輕工機(jī)械上，但是大部分已經(jīng)被新型的高效率的變速器替換了。方案四Ⅰ-輸入軸；Ⅱ-調(diào)速軸；Ⅲ-輸出軸b-內(nèi)齒圈；g-行星輪；a-太陽輪圖 1-4 液壓式無級(jí)變速器該方案為液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。行星傳動(dòng)原理同方案一如圖（1-4）所示，不同之處是該方案把方案一的無級(jí)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)去掉，換成了變量泵-定量馬達(dá)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。泵的輸入由齒輪副從軸Ⅱ分流出一部分功率作為液壓泵的輸入功率。在這個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，在將功率分為液壓和機(jī)械兩路時(shí)，液壓馬達(dá)在正向和反向的最大速度之間來會(huì)無級(jí)變速，其每一個(gè)行程可以與行星齒輪機(jī)械的一種工況相配合，最后兩路匯合成若干無級(jí)段落相銜接并逐段升高的無級(jí)變化輸出速度。此外，液壓元件可顯著減小，只負(fù)擔(dān)最大功率的幾分之一，其它部分都由機(jī)械線路傳遞，相當(dāng)于無級(jí)變速功率擴(kuò)大幾倍，從而傳動(dòng)總效率顯著提高。但該方案存在以下幾方面的缺點(diǎn)：1、成本較高，液壓元件（如液壓泵、液壓馬達(dá)等）的制造精度要求高，因而導(dǎo)致該系統(tǒng)成本較高；2、環(huán)境污染，因液壓系統(tǒng)的密封性問題，總會(huì)產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。還有更換下來的液壓油，都會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；3、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝較麻煩；4、進(jìn)行維護(hù)、檢修復(fù)雜麻煩。1.2 方案的確定根據(jù)對(duì)各具體方案的介紹和比較可知：方案一和方案四的機(jī)械部分相同，只是在調(diào)速部分不同而已，從性能、經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)、使用和維護(hù)的方便等方面優(yōu)缺點(diǎn)總體評(píng)價(jià)一下。方案一具有調(diào)速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用和維護(hù)方便等的優(yōu)點(diǎn)；方案四具有調(diào)速范圍寬、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是該方案結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護(hù)麻煩和調(diào)速精確性不高等，所以方案一的可行性是較高的。方案二和方案三結(jié)構(gòu)也差不多，方案二是帶式無級(jí)變速器，其緩沖吸振性能較好，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 7 頁 共 42 頁傳遞功率可達(dá)到 7KW，變速范圍 ≤8；缺點(diǎn)是皮帶和帶輪的工作表面磨損較嚴(yán)重，皮bR帶壽命較短，特別是帶輪與軸的花鍵或?qū)фI聯(lián)接處容易生銹，甚至引起振動(dòng)或聯(lián)接失效。方案三是多摩擦盤式無級(jí)變速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，而且傳遞功率較大，可達(dá)100KW，變速范圍 ，只作減速傳動(dòng)，缺點(diǎn)是效率低、發(fā)熱較嚴(yán)重。從兩個(gè)方案的6b?優(yōu)缺點(diǎn)衡量一下，選擇方案二還是較可行的。最后，再把兩個(gè)較可行的方案再比較一下，從中選出一個(gè)最好的方案來。比較一下方案一和方案二，總體權(quán)衡一下，再結(jié)合一下本次的課題的要求和現(xiàn)在的發(fā)展方向來看，選擇方案一是最可行的。所以本次設(shè)計(jì)就把方案一定為這次設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)思想，下面就是開始該方案的設(shè)計(jì)和論證了。2 電動(dòng)機(jī)的選擇2. 1 主電動(dòng)機(jī)的選擇2．1．1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇工業(yè)上一般用三相交流電源，由于本次設(shè)計(jì)中使用的電動(dòng)機(jī)無特殊要求，所以選擇三相交流異步電動(dòng)機(jī)。從電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性比較來看，選用 Y 系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī)（YZ） 。2．1. 2 選擇電動(dòng)機(jī)容量1〉工作機(jī)所需功率 P=5（KW）輸出轉(zhuǎn)距 T（N.m）輸出轉(zhuǎn)距 =0~100（r/min）wn（N.m）950wP?5.47??T2〉電動(dòng)機(jī)的輸出功率 d（1） 2K-H 行星齒輪的傳動(dòng)功率約為： =0.970--0.990行?（2） 二級(jí)減速器的傳動(dòng)效率約為：=0.9南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 8 頁 共 42 頁所以： （KW）69.075????二行 wdP再綜合一下其它一些因數(shù)的影響或損失，決定選 （KW）5.7?dP3〉轉(zhuǎn)速1500（r/min）??電4〉型號(hào)根據(jù) 課程設(shè)計(jì)（P196 表 20-1）進(jìn)行選擇可得:機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ)機(jī) 械 設(shè) 計(jì)電機(jī)型號(hào)：Y132M-4功率：7.5 KW轉(zhuǎn)速：1440 r/min額定轉(zhuǎn)距：2.2 KN.m 同步轉(zhuǎn)速：1500 r/min2. 2 無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)的選擇2．2．1 分析絞車的工作過程：1〉啟動(dòng)階段：滾筒轉(zhuǎn)速由 r/min，屬增速過程。10?電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速由高到低，屬減速過程。2〉工作階段：滾筒轉(zhuǎn)速恒定為 100r/min。電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速也恒定，為 0r/min。3〉停車階段：滾筒轉(zhuǎn)速由 r/min，屬減速過程。01電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速由低到高，屬增速過程。以上工作過程的速度變化曲線可用圖（2-1）表示：2．2．2 分析電動(dòng)機(jī)的具體工作情況南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 9 頁 共 42 頁由圖（2-1）的速度變化曲線可以得出，電動(dòng)機(jī)緊在啟動(dòng)和停車階段運(yùn)轉(zhuǎn)，其在兩過程中的速度變化是一致的，但方向相反。而在主電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)是不工作的。變速系統(tǒng)各齒輪在某一時(shí)刻的速度 方向如圖（2-2）所示，根據(jù)參考文獻(xiàn) 3，P17 第一節(jié)中的式（2-1） 、 （2-2） 、 （2-3）計(jì)算行 星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比有如下關(guān)系：1〉計(jì)算行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比abHabzii??151?i 圖 2-2 輪系速度方向- - - - - - - - - - - - - -（2-1）4??abz再由文獻(xiàn) 3，第一節(jié)的公式（2-2）可得：HbaHabii?????由以上三個(gè)公式可推出：- - - - - - - - - - - （2-2）abaHzz??1式中： --太陽輪 a 的齒數(shù)；--內(nèi)齒圈 b 的齒數(shù)。b在圖（2-2）所示的電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)圖中，a-b-H-調(diào)速輪組成 2K-H 差動(dòng)輪系。由式（2-2）可以得出當(dāng) 與 反向時(shí)[如圖(2-2)所示]， 下降，從而達(dá)到調(diào)速目的。a?b H?圖 2-1 無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)輸出速度變化曲線南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 10 頁 共 42 頁當(dāng)要求 輸出為零，即起動(dòng)前和停車后滾筒不轉(zhuǎn)的狀態(tài)時(shí)，有：H?=0H?由式（2-2）得：- - - - - - - - - -- （2-3）bbza??4=-360(r/min)1041???mabn式中負(fù)號(hào)表示 與 速度方向相反。ba的工況速度變化范圍為 0-360 r/min，變化時(shí)序圖見圖（2-3） ，假設(shè)圖（2-3）b中輪 3 余內(nèi)齒圈 b 的傳動(dòng)比為 ，則可的馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速范圍為：i（0-360） i其中 為的值在 后面計(jì)算時(shí)確定。2．2．3 電動(dòng)機(jī)容量 的計(jì)算設(shè)絞車在工作時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提升速度為 ，在過渡階段需要調(diào)速至最小速度為max?。主電動(dòng)機(jī)到滾筒的總傳動(dòng)比為 ，二級(jí)減速器的傳動(dòng)比為 ，對(duì)于周轉(zhuǎn)輪系可列min?總i 2i一下傳動(dòng)比公式：或 - - - - - （2-4）abHbaHzi??abaHbzz???)1(在轉(zhuǎn)化輪系中，齒輪 a 的功率 ， 為輪 a 受到的轉(zhuǎn)矩，齒輪 b)(HHaMP?的功率 ， 為輪 b 受到的轉(zhuǎn)矩，行星架 H 功率 為零，若不計(jì)摩)(HbHbMP??? P擦，且構(gòu)件的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有 ，從而有：a?- - - - - - - - - - - - - - (2-5)bHbabz因電機(jī)的功率 ，將式（2-4） 、 （2-5）代入此式，得：bP1電- - - - - - - - - - - （2-6）])([Haaz????電當(dāng)輸出軸的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，即 =0 時(shí)，電動(dòng)機(jī)需要的功率最大，這時(shí)式（2-6）轉(zhuǎn)化為：=5kwaMP?電南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 11 頁 共 42 頁2．2．4 電動(dòng)機(jī)類型的選擇本次設(shè)計(jì)的無級(jí)變速部分是由兩部分組成：一、瑞安電氣控制設(shè)備廠生產(chǎn)的 JPS 交流調(diào)速裝置；二、三相異步電動(dòng)機(jī)。由于 JPS 交流調(diào)速裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)無特殊要求（JPS 交流調(diào)速裝置主要用于工頻電壓為 380V、功率 2.2KW 至 75KW 的三相異步電動(dòng)機(jī)） ，但是由圖（2-1）可知電動(dòng)機(jī)需要有一段時(shí)間工作在靜止?fàn)顟B(tài)，因此選擇 YLJ 交流力矩電動(dòng)機(jī)。根據(jù)容量和類型確定電動(dòng)機(jī)為：型號(hào)：YLJ132-16/6堵轉(zhuǎn)力矩：16(N.m)極數(shù):6堵轉(zhuǎn)時(shí)間:30(min)最大電流:6(A)3 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)3.1 調(diào)速系統(tǒng)介紹直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)是在 19 世紀(jì)中期先后誕生的。交流電動(dòng)機(jī)比起直流電動(dòng)機(jī)來，省去了換向器，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)、緊湊，維修工作量小，運(yùn)行效率高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以做到高電壓、大容量、高速化。以往由于缺少響應(yīng)的控制手段，控制調(diào)速比較困難。但隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的控制系統(tǒng)不斷推出，從而使交流調(diào)速得到迅速發(fā)展。在交流異步電動(dòng)機(jī)中，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 可以分為兩部分：一部分MP是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率；另一部分是轉(zhuǎn)差功率 ，與轉(zhuǎn)差率 s 成正MPs)1(2?? s?比，它的去向是調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。就轉(zhuǎn)差功率的去向而言，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)可以分成三大類。1、轉(zhuǎn)差功率消耗型這種調(diào)速系統(tǒng)全部轉(zhuǎn)差功率都被消耗掉，用增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低，因而效率也隨之降低。降低電壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器及繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速這三種方法都屬于這一類。2．轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 12 頁 共 42 頁這種調(diào)速系統(tǒng)的大部分轉(zhuǎn)差功率通過交流裝置回饋給電網(wǎng)或者加以利用，轉(zhuǎn)速越低回饋的功率越多，但是，增設(shè)的裝置也要多消耗一部分功率。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速即屬于這一類。3．轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)這種調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率仍舊消耗在轉(zhuǎn)子里，但無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變。如變極對(duì)數(shù)調(diào)速、變頻調(diào)速兩種調(diào)速方法即屬于這一類。3.2 不同交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1.調(diào)壓調(diào)速當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)為 恒定時(shí)，在一定的轉(zhuǎn)差率下，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 與加M在其定子繞組上電壓 U 的平方成正比，因此， 改變電動(dòng)機(jī)的定子繞組就可以改變其機(jī)械特性的函數(shù) 關(guān)系，從而改變電動(dòng)機(jī)在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。圖 （3-1）表示異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)速調(diào)壓時(shí)的機(jī)械特性。2．電磁轉(zhuǎn)差離合調(diào)速系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)，是由鼠籠異步電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器以及控制裝置組合成。鼠籠電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)以恒速帶動(dòng)電磁離合器的電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，通過對(duì)電磁力合器勵(lì)磁電流的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)其刺激的調(diào)速調(diào)節(jié)。在不加反饋控制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性就是電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性。由于電磁轉(zhuǎn)差離合器的工作原理與異步電動(dòng)機(jī)相似。而改變電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)在改變定子供電電壓時(shí)的工作，所以它們兩者的調(diào)速特性也相似，電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性如圖 3-2 所示。 圖 3-1 異步電動(dòng)機(jī)在改變定子電壓時(shí)的機(jī)械特性U1 〉U 2 〉U 3南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 13 頁 共 42 頁3．繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速 對(duì)于交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)可以在通過在轉(zhuǎn)子回路串電阻來進(jìn)行調(diào)3-3 轉(zhuǎn)子串 Rf調(diào)速系統(tǒng)（a>調(diào)速原理圖 b>機(jī)械特性）速，它的原理圖和機(jī)械特性如圖（3-3）所示，由圖[3-3（b）]可見， 假定 不變，zM當(dāng)動(dòng)作在自然特性上時(shí)，則有轉(zhuǎn)速 ；當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻增大為 ，則轉(zhuǎn)速降到 ，依此類Nn2R2n推。由圖（3-3）可見，這種調(diào)速方法比較簡(jiǎn)單、方便，但存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)： （1） 調(diào)速是有機(jī)地，不平滑.（2） 串入較大的電阻后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性很軟，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)負(fù)載稍有變化，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大。（3） 電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，效率甚低，電能損耗很大。4． 變極對(duì)數(shù)調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一般表達(dá)式為：圖 3-2 電磁轉(zhuǎn)差離合器機(jī)械特性南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 14 頁 共 42 頁P(yáng)sfn)1(60??（3-1）式中： ——極對(duì)數(shù)；P——頻率；f——轉(zhuǎn)差率。s由式（3-1）可見若改變交流電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，即可改變交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種控制方式比較簡(jiǎn)單，只要求電動(dòng)機(jī)定有多個(gè)抽頭，然后通過觸點(diǎn)的通斷來改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。采用這種控制方式，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是有級(jí)的，不是連續(xù)的，一般只有三擋，最多也就只有五擋。圖（3-4）是變極對(duì)數(shù)調(diào)速的機(jī)械特性。5．變頻調(diào)速變頻調(diào)速是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是變頻器。目前常用的變頻器有交-直-交變頻器、交-交變頻器以及 PWM 型變頻器。其中脈寬調(diào)制（PWM）型、多重化電流型及交-交變頻器與上升的趨勢(shì)。變頻器所用的電力半導(dǎo)體器件正向著模塊化、快速化、光控化、高耐壓大電流化自關(guān)斷化和高可靠性化方向發(fā)展；變頻調(diào)速正向著高性能、高精度、大容量、微型化、數(shù)字化和理想化的方向發(fā)展。目前，交流調(diào)速控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，新的控制方式不斷問世。以下是近來交流調(diào)速控制技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)方面：1、相位控制；2、VVVF 控制；3、轉(zhuǎn)差頻率控制；4、脈寬調(diào)制（PWM）控制；5、矢量變換控制；6、磁場(chǎng)控制；7、微計(jì)算機(jī)控制等等。3．3 變頻控制方式的選擇比較以上幾種變頻控制方式，以性價(jià)比高、使用方便的控制方式作為本次設(shè)計(jì)的方案。所以，本次設(shè)計(jì)采用的控制方式是脈寬調(diào)制（PWM）控制中的正弦脈沖寬度調(diào)劑(SPWM)方式。圖 3-4 變極調(diào)速機(jī)械特性南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 15 頁 共 42 頁3．4 確定變頻器根據(jù)變頻控制方式是正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制，查閱相關(guān)資料（ 王忠茂編的《常用調(diào)速設(shè)備技術(shù)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社） ，變頻調(diào)速的變頻器有很多種類，如 PI89系列、JPS 系列、JBT 系列、TP 系列等等，S 確定 JPS 變頻器，以下是本次設(shè)計(jì)中無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的功能、原理、技術(shù)參數(shù)及性能、使用和維護(hù)要求以及一些相關(guān)的注意事項(xiàng)。3．5 JPS 變頻器的功能、原理、技術(shù)參數(shù)等3.5.1 概述JPS 交流變頻調(diào)速裝置采用正玄脈沖寬度調(diào)劑（SPWN）方式，有大功率晶體管（JPS）組成電壓型逆變器，具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、保護(hù)功能完善、能夠自診斷故障、安裝和使用方便、體積小、重量輕等特點(diǎn)。JPS 在額定頻率以下輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩特性，在額定頻率以上輸出特性為恒功率特性。JPS 交流變頻調(diào)速裝置主要用于工頻電壓 380V、功率 2.2~75KW 的三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速拖動(dòng)，并能根據(jù)系統(tǒng)的控制（如風(fēng)量、流量、溫度等）組成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制或計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制。下面簡(jiǎn)述其工作原理：1) 電路：如圖（3-5）所示，50/60HZ、380V 三相交流電源經(jīng) R、S、T 三端輸入 ，由整流器整流成直流電源，經(jīng)電容器濾波后給逆變器供電，在南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 16 頁 共 42 頁圖 3-5 JPS 變頻器調(diào)速裝置主電路圖控制回路下把直流電變換成三相可變電壓、可變頻率的交流電，由 U、V、W 三端輸出供給電動(dòng)機(jī)。2)控制電路：控制電路的結(jié)構(gòu)有兩部分組成，一部分是產(chǎn)生 PWN 脈沖的專用 IC 機(jī)器外圍電路；另一部分為系統(tǒng)的故障診斷及保護(hù)電路，如圖(3-6)所示。3)基級(jí)驅(qū)動(dòng)電路（見圖 3）3.5.2 型號(hào)意義圖 3-8 型號(hào)意義 PWM 信號(hào)GTR電路整形電路級(jí)晶體管 V1短路保護(hù)電路光耦光耦 級(jí)晶體管 V2圖 3-7 JPS 變頻調(diào)速裝置基極驅(qū)動(dòng)電路原理框圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 17 頁 共 42 頁3.5.3 技術(shù)參數(shù)及性能經(jīng)計(jì)算得本次設(shè)計(jì)所需的 JPS 的型號(hào)為：JPS—8。下面使該型號(hào)的技術(shù)參數(shù)及性能：表 3-1 本次設(shè)計(jì)使用的 JPS 變頻調(diào)速裝置技術(shù)參數(shù)及性能：型號(hào) JPS—8額定容量（KVA） 8額定輸出電流（A） 12適用電動(dòng)機(jī)最大功率（KW）5.5相數(shù) 三相電壓 380±10% V頻率 50±2 Hz控制方式 PWM 控制輸出電壓 3×380V（最高） ，輸出電壓正比于輸入電壓輸出頻率 2~50 Hz輸出精度 ±1%電壓頻率比 一定fU/過載能力（電流） 110%連續(xù)，150%30s頻率設(shè)定信號(hào) DC：0~10V，DC：4~20Ma（可切換） 、0~10Ma（外部接口由傳感信號(hào)輸入）變換頻率 ≥95%加/減速時(shí)間 1~30s（精度±20%） （可任意設(shè)定）制動(dòng) 電容充電制動(dòng) 20%以上啟動(dòng)停止 面板上按鈕直接操縱功能 正傳/反轉(zhuǎn) 可用外部接觸器切換或機(jī)內(nèi)切換保護(hù) 失速保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、晶體管過熱保護(hù)顯示輸出頻率顯示 由 3 位七段 LED 顯示南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 18 頁 共 42 頁故障自診斷顯示 短路、過電流、過電壓、欠電壓、過熱保護(hù)時(shí)LED 分別顯示結(jié)構(gòu)形式 壁掛式 柜式3.5.4 外形及安裝尺寸(1)JPS-6 型外形和安裝尺寸（見圖 3-9 表 3-2）表 3-2 JPS 變頻器調(diào)速裝置技術(shù)參數(shù)圖3.5.5 使用維護(hù)注意事項(xiàng)1) 裝之宜安裝在清潔、干燥、通風(fēng)良好、避免日光直射、無高溫和高濕、無灰塵及腐型號(hào) 容量(KVA) W H D A B C 固定螺栓重量(kg)JPS-8 8 292 6.5 215 262 550 510 M6 18南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 19 頁 共 42 頁蝕性可燃性氣體的場(chǎng)合。因變頻器本身在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定熱量，所以安裝時(shí)周圍要留有一定空間，以利散熱（四周均應(yīng)留 200mm 以上） 。環(huán)境溫度不得高于 40℃，環(huán)境溫度過高，將影響變頻器的壽命，環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)為離機(jī)體 50mm 處2) 應(yīng)安裝在無強(qiáng)烈振動(dòng)的場(chǎng)所。3) 應(yīng)安裝在距離大功率電磁設(shè)備稍遠(yuǎn)的地方。4) 變頻器按高度方向豎立，無外罩的安裝而靠墻（或?qū)Ｓ弥Ъ埽?，面板朝操作者，文字方向豎立，用螺釘固緊，使用帶有內(nèi)附操作面板的變頻器要安裝在便于操作的地方。5) 配線時(shí) 使用的電線，電器規(guī)格見 表 3-3表 3-3注： 1.絕對(duì)禁止將 工頻電源接到 輸出端子上。2.接地端必須用 4 以上的電線接地。2m4 行星齒輪的計(jì)算4.1 行星齒輪基本參數(shù)的計(jì)算4.1.1 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及分配1. 計(jì)算總傳動(dòng)比=14.4104?wni電2．分配各級(jí)傳動(dòng)比1〉 確定 1i2K-H 行星齒輪機(jī)構(gòu)如圖所示：允許值為 2.8-13，baHi推薦值是：3-9。型號(hào) JPS電動(dòng)機(jī)(KW) 3.7漏電短路器額定電流(A)16標(biāo)準(zhǔn)電線規(guī)格( )22.5南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 20 頁 共 42 頁效率 ≈0.97-0.99行?根據(jù)推薦值，再結(jié)合經(jīng)驗(yàn)得： 取傳動(dòng)比 =51i圖(3-11)2K-H 行星齒輪機(jī)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)部分是由差動(dòng)式行星齒輪變速器和二級(jí)減速器組成，圖 3-1 是本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)路線方框圖，如下：圖 3-12 傳動(dòng)路線圖由于總傳動(dòng)比 =14.4，一級(jí)傳動(dòng)比 、=5，所以二級(jí)傳動(dòng)比為：i 1i=2.8854.12?i所以各級(jí)傳動(dòng)比為：一級(jí)傳動(dòng)比 =5；二級(jí)傳動(dòng)比 =2.881i2i4.1.2 行星齒輪傳動(dòng)的配比計(jì)算1． 傳動(dòng)比條件如圖(4-14)所示 2K-H 行星（ 型）傳動(dòng)，中心輪 a 輸入時(shí),給定傳動(dòng)比為 HAba aHi根據(jù)式（2-3）有：abHabbazii???1即：abHzi4415???圖(3-14)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 21 頁 共 42 頁2K-H 行星齒輪機(jī)構(gòu)2.同軸條件：對(duì)于行星齒輪傳動(dòng)，由于兩中心輪軸線與主軸重合，為保證行星輪 g 同時(shí)與兩中心輪 a、b 實(shí)現(xiàn)正確嚙合，對(duì)于圓柱齒輪行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，要求外嚙合副 的中心距az?與嚙合副 得 相等，即'ggaz?'b''gba?3.變位的選擇在標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)中，外嚙合齒輪副的接觸強(qiáng)度遠(yuǎn)低于內(nèi)嚙合齒輪副的接觸強(qiáng)度，而采用角度變位傳動(dòng)可適當(dāng)調(diào)整內(nèi)、外嚙合的接觸強(qiáng)度。為此，外嚙合齒輪副通常采用大的嚙合角的正傳動(dòng)， ；內(nèi)嚙合齒輪副一般采用小嚙合角的正傳動(dòng)或負(fù)傳動(dòng)，oag27~5'??。這時(shí)，整個(gè)行星傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度也可提高 30%。因此，本次設(shè)計(jì)采ooab21~037' ???用角度變位齒輪的行星傳動(dòng)。4.變位后的同軸條件 ''cossgbagzz????5.裝配條件在多行星輪的結(jié)構(gòu)時(shí)，為保證個(gè)行星輪均勻分布在中心輪的周圍，而且能準(zhǔn)確的裝入兩個(gè)中心輪的齒間實(shí)現(xiàn)正確嚙合。必須確定各行星輪與中心輪之間的裝配條件，為此以下是具有三個(gè)行星輪的裝配過程，本課題中行星輪的數(shù)目 =3，相鄰兩行星輪的中心pn對(duì)中心輪所夾的中心角為 =1200。設(shè)想先將中心輪 b 的位置固定，并在圖 5-1 所示 A-pn?2A 線位置上裝上第一個(gè)行星輪，當(dāng)行星輪的齒數(shù)為偶數(shù)時(shí)，若兩個(gè)中心輪 a、b 的輪齒齒軸同時(shí)位于 A-A 線上，第一個(gè)行星輪可正確的裝入嚙合位置，然后把行星架 H 由位置Ⅰ轉(zhuǎn)到Ⅱ,其轉(zhuǎn)角 為：H?= = =120pn?2360?這時(shí)中心輪 a 轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度 ，如果齒輪 a 的某一輪齒齒軸正好找到 A-A 線上，仍a?與固定的中心輪 b 的輪齒相對(duì)應(yīng)，則第二個(gè)行星輪 A-A 線上同樣能正確的裝入嚙合位置，為此 必須等于中心輪 a 轉(zhuǎn)過整數(shù)倍齒距所對(duì)應(yīng)的中心角。設(shè)中心輪 a 轉(zhuǎn)過的整齒數(shù)a?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 22 頁 共 42 頁應(yīng)有：?=a??Z?2式中： 為太陽輪 a 轉(zhuǎn)過一個(gè)齒（齒距）所對(duì)的中心角。aZ?24.1.3 輪齒數(shù)的選擇行星輪的設(shè)計(jì)除了滿足上述四個(gè)條件，還須滿足其它一些附加條件。比如，高速重載的行星傳動(dòng)，應(yīng)有良好的工作平穩(wěn)性，為此，行星輪和內(nèi)齒圈各嚙合副的齒數(shù)最好沒有公因數(shù)。當(dāng)用插齒刀或剃齒刀加工太陽輪時(shí)，太陽輪的齒數(shù)和插齒刀或剃齒刀齒數(shù)不應(yīng)該成倍數(shù)。此外齒數(shù)大于 100 的質(zhì)數(shù)齒輪（如 101、103、107 ……） ，因加工時(shí)切齒機(jī)床調(diào)整較困難，應(yīng)盡量少用。因此，在選擇齒數(shù)應(yīng)綜合考慮個(gè)因素的相互影響。齒數(shù)的選擇一般有以下幾種方法：1）比例法； 2）查線圖法； 3）查表法。本次設(shè)計(jì)用的是角度變位行星齒輪傳動(dòng)，因此采用的是查表法，表中的是考慮了強(qiáng)度、嚙合性能等條件的角度變位行星齒輪的齒數(shù)選擇和組合，適用于重載和外形尺寸受到限制的傳動(dòng)裝置。表中的所列的齒數(shù)均滿足同軸、裝配和鄰接條件，且按 Δ==-2，-1，0，1，2 進(jìn)行配齒的。)()(gagbzz??傳動(dòng)中 a-g 嚙合副的齒數(shù)是符合接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度以及膠合強(qiáng)度條件確定的，而對(duì)于 b 輪（內(nèi)齒圈）主要是改善它的耐磨性。根據(jù)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，用查表法查得： =15 =22 =60azgzbz4.2 行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算基本行星齒輪傳動(dòng)的計(jì)算包括配齒計(jì)算、變位計(jì)算、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算等。若負(fù)載變化較大或載荷不穩(wěn)定，則還要進(jìn)行短期峰值的靜強(qiáng)度核算。具體的計(jì)算項(xiàng)目視情況而定。下面是本次設(shè)計(jì)中行星齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算（表 4-1） 。原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求：1〉輸出軸（滾筒）功率：5KW；2〉滾筒轉(zhuǎn)速：0-100r/min；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 23 頁 共 42 頁3〉要求無極變速4〉工作情況：二班制，載荷有輕微沖擊；5〉使用年限：8 年。表 4-1項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明原 始 數(shù) 據(jù)傳動(dòng)類型 單級(jí) 2K-H 差動(dòng)式行星齒輪傳動(dòng) 見圖設(shè)計(jì)目標(biāo) （假定內(nèi)齒圈 b 固定） 型行星傳動(dòng)baHA基本參數(shù) o20??.1*ah25.0*?c精度等級(jí) 7 級(jí)受載情況 正反向工作、有輕微沖擊名義功率 KW5ep額定輸入轉(zhuǎn)速 r/min140?mn最大輸出轉(zhuǎn)數(shù) =100r/min2使用壽命 L=8×300×16=38400(h)傳動(dòng)比 5?i失效概率 1%4.3 選擇材料、齒輪、傳動(dòng)比序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明1 材料選擇 太陽輪和行星輪選用 45#鋼滲碳淬火、齒面硬度 HB210~260，中心齒輪內(nèi)齒圈選用 40Cr調(diào)質(zhì)，HB260~280。見文獻(xiàn) 3p81表（4-2）2 選擇齒數(shù) 外嚙合副： 15Za?2g內(nèi)嚙合副： g60b 見文獻(xiàn) 1p730表（5-1-7）3 齒數(shù)比 外嚙合副： 4671521./zuag??南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 24 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明內(nèi)嚙合副： 72./602??abzu計(jì) 算 接 觸 疲 勞 許 用 應(yīng) 力4 接觸疲勞極限應(yīng)力外嚙合副：按框圖中值級(jí)查取MPa450)lim()li(??gHa內(nèi)嚙合副：按框圖 MQ 級(jí)查取MP710)blim(H見文獻(xiàn) 3P143圖（4-8、4-17）5 安全系數(shù) in?S 見文獻(xiàn) 3P98表（4-10）6 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)ptHaaLnN??160)(=60（1440-288）×3×38400=7.96× 9tnHggL???160)(=60×785.45×38400=1.8× 9ptHbbLnN???160)(=60×288×3×38400=2× 9式中： 111)(gaHaHgznn??= 25)840(?=785.45見文獻(xiàn) 3P143 式（5-66）見文獻(xiàn) 3P143式 5-6651601???abHzi285140?inaH南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 25 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明 agHazni???7 壽命系數(shù) 對(duì)于表面硬化鋼和調(diào)質(zhì)鋼，取 =ON910太陽輪： ，取 ，OaLN?)(aL?)(有 1)(?az行星輪： ，取 ，gLOgL)(有 )(gNz內(nèi)齒輪： ，取 ，ObL?ObLN?)(有 1)(?bNz 見文獻(xiàn) 3P99表（4-11）允許有少量的收斂特點(diǎn)。8 表面硬化系數(shù)w小輪與大輪均為表面硬化鋼見文獻(xiàn) 3P98式（4-43）9 尺寸系數(shù) 估計(jì) 5mm，取?m1?xz 見文獻(xiàn) 3P98圖（4-20）10 接觸疲勞許用應(yīng)力xwNHaPzminl)(??= ×1×1×1=450（Mpa）1450×1×1×1=450（Mpa）)(??gHP×1×1×1=710（Mpa）170)(b見文獻(xiàn) 3P96式(4-40)外嚙合副 a~g 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度初算中心距11 計(jì)算轉(zhuǎn)距 ×1.1=18.23634.91?HPpKnT 見文獻(xiàn) 3P139南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 26 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明式中，取 1.?HPK值選取PK12 齒寬系數(shù) 按表，取 有70*ab47.25.?g.06.1**????aau=0.567見文獻(xiàn) 3P144表（5-2）13 工況系數(shù) 1?AK見文獻(xiàn) 3P76表（4-1）14 載荷系數(shù) 初取 =1.2× 2.1A k=(1.1~1.3) Ak15 初算中心距 321' )(4.8HPaaguT????= 3245067.15.08)467.1(8?=60.474(mm)見文獻(xiàn) 3P88式(4-23)16 小輪節(jié)圓直徑 =49.027(mm)1467.2'' ???uadg 見文獻(xiàn) 3P106式(4-59)17 小輪齒寬 0.7×49.027=34.319(mm)?'.adb18 小輪相對(duì)節(jié)圓速度 106)284(7.94.3)'????HHanV=2.956(m/s) 見文獻(xiàn) 3P143式(5-68)19 動(dòng)載系數(shù) 0.44?3.510.HaVZ按 值查?。? 10.AVK見文獻(xiàn) 3P88圖(4-9)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 27 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明20 載荷分配系數(shù)1.?HaK見文獻(xiàn) 3P99 表(4-8)21 載荷分配系數(shù)37.1?H 見文獻(xiàn) 3P89圖(4-10)22 載荷系數(shù) K=1×1.10×1.1×1.37=1.66 見文獻(xiàn) 3P88式(4-24)23 復(fù)算中心距33''' 2.16847.0??kagf=67.351（mm）見文獻(xiàn) 3P106式(4-60)24 模數(shù)=3.642153.67'' ??gafzm取 m=4（mm）見文獻(xiàn)P107式(4-65)25 標(biāo)準(zhǔn)中心距=74)(24)(2gaagz 見文獻(xiàn) 3P128式(5-28)計(jì) 算 和 選 擇 變 為 系 數(shù)26 初選工作中心距為獲得正傳動(dòng)，取 (mm)76'?ag27 a-g 工作嚙合角oag20cs84cos''??所以： oag79.3' 見文獻(xiàn) 3P128式(5-35)28 a-g 總變位系數(shù))(2'invaitzxg?????= oooi2079.23015?=0.548見文獻(xiàn) 3P128式(5-35)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 28 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明29 分配變?yōu)橄禂?shù)按 和 查表：?agxZ41.0?134.0.548.0??agx 見文獻(xiàn) 3P127圖(5-3)30 校正小輪節(jié)圓直徑及齒寬''cosgamzd?o79.23154??=61.62（mm）0.7×61.62=43.134 (mm)'.adb?31 g-b 工作嚙合角ogb20cs76coscos'' ???所以可得： obg'見文獻(xiàn) 3P128式(5-39)76)20(4??gagbz''agb=7632 g-b 總變位系數(shù))(2'?invitgzbxgba???=0見文獻(xiàn) 3P128式(5-39)33 分配變位系數(shù)134.0gx134.0???gbx見文獻(xiàn) 3P128式(5-39)內(nèi)嚙合副 g-b 齒面按接觸疲勞強(qiáng)度校核34 計(jì)算轉(zhuǎn)距 152.374.91 ??agHPazKnT=26.746（mm）見文獻(xiàn) 3P142式(5-65)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 29 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明35 齒寬系數(shù) 47.0)(?gd?96.18?b gmzd?=4×22=88（mm）36 小輪節(jié)圓直徑ogmzd20cs4cos'' ???=88 （mm） 37 小輪相對(duì)節(jié)圓直徑 1645.78.3106)('?HgHgnV?=3.618見文獻(xiàn) 3P143式(5-68)38 動(dòng)載系數(shù) 794.108.32??Hgz按 查取V6.HVK見文獻(xiàn) 3P88圖(4-9)39 載荷分配系數(shù).?Ha 見文獻(xiàn) 3P89表(4-8)40 載荷分布系數(shù)02.1?HK見文獻(xiàn) 3P89圖（4-10）41 載荷系數(shù) =1×1.06×1.1×1.02=1.189 見文獻(xiàn) 3P88式（4-24）42 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ogbHz40sin2si'??=2.49見文獻(xiàn) 3P86式（4-19）43 材料彈性系數(shù))MPa(190zE 見文獻(xiàn) 3P86表（4-5）44 重合度系數(shù)96.03214?????z 見文獻(xiàn) 3P88南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 30 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明近似按ε=1.2 算45 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度≤udbKTzaEH1)(2'1????HP?= 72.18976.4.126.094.22????=157.458(Mpa)≤ min)(HP?見文獻(xiàn) 3P86式（4-19） )MPa(0minH??計(jì) 算 彎 曲 疲 勞 許 用 應(yīng) 力46 彎曲疲勞極限應(yīng)力外嚙合副：按框圖中值查?。∕pa）415)lim()li(?gFaF內(nèi)嚙合副：按框圖 MQ 級(jí)查?。∕pa）290)lim(?bF 見文獻(xiàn) 3P100圖（4-24）圖（4-23）47 安全系數(shù) 1in?S 見文獻(xiàn) 3P98表（4-10）48 壽命系數(shù) 取 ,有oLN?oL1?TY49 應(yīng)力修正系數(shù)9.0)(as 97.0)(gsa973.0)(?bsaY見文獻(xiàn) 3P101圖（4-27）50 尺寸系數(shù) mm ，取54??m1?x 見文獻(xiàn) 3P101圖（4-27）51 彎曲疲勞許用應(yīng)力xNTasFaPYS??)(minl)(= 19.045?見文獻(xiàn)P98式（4-44）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第 31 頁 共 42 頁序號(hào)項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及數(shù)值 說明=456(Mpa) xNTgsaFgPYS???)(minl)(= 197.045?=428(Mpa) xNTbsaFbPYS???)(minl)(= 1973.012?=298(Mpa)52 動(dòng)載系數(shù) .?HVFK見文獻(xiàn) 3P88圖（4-9）53 a-g 計(jì)算轉(zhuǎn)距（N·m065.19.734.9??FPag