基于solidworks的行星減速機(jī)的三維設(shè)計(jì)及虛擬裝配

基于solidworks 的行星減速機(jī)的三維設(shè)計(jì) 及虛擬裝配基于solidworks的行星減速機(jī)的三維設(shè)計(jì)及虛擬裝配貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目：基于SolidWorks的行星減速機(jī)的三維設(shè)計(jì)及虛擬裝配學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級：機(jī)自118學(xué)號：1108030249學(xué)生姓名：鄭凱指導(dǎo)教師：吳揚(yáng)東2015年5月30日貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)）誠信承諾書本人鄭重承諾：本人的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立完成。本人恪守學(xué)術(shù)道德遵守學(xué)術(shù)規(guī)范，畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡 引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明 確注明由處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：日期：年 月曰I貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘要行星減速機(jī)與其它的普通定軸減速器相比，它具有傳動(dòng)比大、承載能力大、重量輕、體積小以及效率高等特點(diǎn)。然而我國研發(fā)行星減速機(jī)產(chǎn)品與其它發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品相 比，在質(zhì)量和性能上存在很大的差別，其中的原因除了加工 工藝的不同以及采用的材料不同外，更大的原因在于我們國 家在設(shè)計(jì)方面落后。尤其是在體積小、傳動(dòng)精密以及與電機(jī)配合使用的小型行 星齒輪減速機(jī)上尤為明顯。本文利用虛擬設(shè)計(jì)方法，在計(jì)算分析的基礎(chǔ)上對行星減 速機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對其軸系零件進(jìn)行了有限元分析。本文介紹了行星減速機(jī)的特點(diǎn)、分類、現(xiàn)狀以及發(fā)展前 景。并對本次設(shè)計(jì)的行星減速機(jī)和Solidworks軟件進(jìn)行了介紹。根據(jù)給定的原始數(shù)據(jù)，對行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，主要設(shè)計(jì)軸 和齒輪的尺寸和外觀，計(jì)算數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。然后利用Solidworks軟件進(jìn)行對所設(shè)計(jì)生的零件進(jìn)行三維 建模和整體裝配，并舉例其中的部分零件的三維建模過程和 整體裝配過程，并對軸系零件進(jìn)行了有限元分析。關(guān)鍵字：2K-H行星減速機(jī) Solidworks軟件三維建模有限元分析 IV 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）Abstract Planetary gear compared to other common fixed axis reducer having transmission ratio, load capacity, light weight, small size and high efficiency. However, the development of a planetary gear products, compared with other products in developed countries, there is a big difference in quality and performance, for reasons in addition to the different materials used different and process technology, the bigger reason is that in our country design behind. Especially in the small, the transmission precision and small planetary gear reducer and motor for use particularly evident. This paper, virtual design method, based on the calculation and analysis of the planetary gear unit design and Finite Element Analysis of its shaft parts. This article describes the characteristics of planetary gear unit, classification, current situation and development prospects. The design of the planetary gear boxes and Solidworks software were introduced. According to the given raw data, analyzing planetary bodies, the size and appearance of the main shaft and gear design, calculations, and its strength check. Then use Solidworks software for the design of the parts and the whole assembly of three-dimensional modeling and three-dimensional modeling process, for example, and overall assembly process in which some parts of the shaft parts and Finite Element Analysis.Keywords: 2K-H planetary reducer Solidworks software 3D modeling Finite Element Analysis 目錄 摘要 I AbstractII 第一 章 緒論1 1.1研究的目的及其意義1 1.2國內(nèi)外研究虛擬裝配現(xiàn)狀1 1.3行星減速機(jī)的概述3 1.3.1行星減速機(jī)的應(yīng)用31.3.2行星減速機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展情況3 1.3.3行星減速機(jī)的研究現(xiàn)狀4第二章 行星減速機(jī)的機(jī)構(gòu)分析6 2.1行星輪系的組成和分類6 2.1.1周轉(zhuǎn)輪系的分類6 2.1.2周轉(zhuǎn)輪系的組成 6 2.2行星傳動(dòng)的分類和符號7 2K-H型行星齒輪分類7 2.3行星減速機(jī)的方案選定 8 2.3.1初始條件8 2.3.2選定方案8 2.4 電機(jī)選擇8 2.5 2K-H型行星減速機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡述8 2.5.1系統(tǒng)組成9 2.5.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析9第三章 重要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11 3.1軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算11 3.1.1軸的結(jié)構(gòu)選取和材料選取113.1.2輸入軸的計(jì)算與校核11 3.1.3輸由軸的計(jì)算與校核133.2齒輪的計(jì)算15 3.2.1材料的選擇15 3.2.2行星齒輪傳動(dòng)齒 輪齒數(shù)應(yīng)滿足的條件 15 3.2.3配齒計(jì)算17 3.2.4齒輪主要參 數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算18 3.2.5行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核20 3.2.6齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)24 3.3其他零件的選擇 24 3.3.1軸承的選擇24 3.3.2鍵的選擇25 3.3.3箱體的設(shè)計(jì)26 3.3.4潤滑方式26第 四章2K-H行星減速機(jī)的三維建模以及虛擬裝配27 4.1Solidworks 的 介 紹 27 4.1.1Solidworks 的簡介 27 4.1.2Solidworks的參數(shù)化建模 27 4.2零件的建模 27 4.2.1部 分標(biāo)準(zhǔn)零件的建模27 4.2.2非標(biāo)準(zhǔn)零部件的建模29 4.3虛擬 裝配以及爆炸圖34 4.3.1減速機(jī)的虛擬裝配 34 4.3.2減速機(jī) 的爆炸視圖37第五章 利用對軸進(jìn)行有限元分析 38 5.1有限 元分析簡介38 5.2軸零件的有限元分析 38 5.2.1輸入軸的有 限元分析38 5.2.2輸曲軸的有限元分析 39第六章 總結(jié)40 參考文獻(xiàn)41致謝42第42頁 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè) 計(jì)） 第一章 緒論1.1研究的目的及其意義 隨著現(xiàn)代科學(xué) 的急速發(fā)展，機(jī)械這一行業(yè)也發(fā)生著巨大的改變，特別是近 幾十年來受到了機(jī)電一體化的影響，在機(jī)械行業(yè)、航空航天 正在向著高速、高載、高精度以及自動(dòng)化方向發(fā)展，使得各 個(gè)機(jī)械領(lǐng)域不得不對設(shè)備的性能和穩(wěn)定性提由了更高的要 求，當(dāng)前機(jī)械領(lǐng)域運(yùn)用最多、最廣泛的手段之一就是虛擬設(shè) 計(jì)。為了減少減速機(jī)上的軸和軸承上的載荷，行星減速機(jī)的 功率由多個(gè)行星輪分流然后同軸輸由，它比其它普通的定軸 減速器，它的承載能力更大、傳動(dòng)比更大、重量較輕、體積 較小、以及效率高等特點(diǎn)1 O在航空航天、汽車、大型機(jī)械以及航海被廣泛的使用。我國的行星減速機(jī)產(chǎn)品和其他發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品相比，在 質(zhì)量和性能上存在很大的差別，其中的原因除了加工工藝的 不同，采用的材料不同外，更大的原因在于我們國家在設(shè)計(jì) 方面落后。在發(fā)達(dá)國家，他們在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)已經(jīng)早早的就運(yùn)用到了虛擬分析設(shè)計(jì)，他們往往利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技 術(shù)，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等）應(yīng)用到他 們想要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中去，采用機(jī)械CAD系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行建模、仿真、分析和檢查。采取這樣的方式，投入生產(chǎn)后往往需要改動(dòng)很少很少，實(shí)現(xiàn)了真正的三維設(shè)計(jì)。而我國，才剛剛由二維設(shè)計(jì)步入到三維設(shè)計(jì)，二維設(shè)計(jì)在 投入產(chǎn)品生產(chǎn)中往往要進(jìn)行許多的改動(dòng)，使得產(chǎn)品開發(fā)周期 變長、性能質(zhì)量得不到保證。由于剛進(jìn)入三維設(shè)計(jì)階段，我國的設(shè)計(jì)在許多方面不成 熟，尤其是傳動(dòng)精密、體積小、能與電機(jī)一起配套使用的小 型行星齒輪減速機(jī)，三維虛擬設(shè)計(jì)的普遍應(yīng)用以及快速發(fā)展 直接影響了社會(huì)和生產(chǎn)的巨大改變。然而，三維設(shè)計(jì)在我國又是處于較為薄弱階段。因此，學(xué)生對行星輪減速機(jī)的三維設(shè)計(jì)、模擬裝配和有限 元分析，是一次十分有意義設(shè)計(jì)。1.2 國內(nèi)外研究虛擬裝配現(xiàn)狀 虛擬裝配基于虛擬現(xiàn)實(shí)的 產(chǎn)品虛擬拆裝技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品的維護(hù)以及操作培訓(xùn)方面具有獨(dú)特的作用。在交互式虛擬裝配環(huán)境中， 用戶使用各類交互設(shè)備（數(shù)據(jù)手 套/位置跟蹤器、鼠標(biāo)/鍵盤、力反饋操作設(shè)備等）猶如在真實(shí) 環(huán)境中對產(chǎn)品的零件進(jìn)行各類裝配操作一樣，在虛擬裝配操作過程中，系統(tǒng)會(huì)對要裝配的零件進(jìn)行碰撞檢測、裝配約束 和裝配路徑等指令，從而使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ξa(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行分析、對產(chǎn)品零部件裝配序列進(jìn)行驗(yàn)證和規(guī)劃2 o在裝配或拆卸完成以后，為了以后的分析和使用，系統(tǒng)往往能夠及時(shí)完成記錄裝配過程，并生成報(bào)告單以及錄像等參 考文件。早在1995年，美國華盛頓州立大學(xué)與NIST聯(lián)合，進(jìn)行了最早的虛擬裝配的研究，他們一起開發(fā)了一款名為VADE(Viryual Assembly Design Environmen ) 虛擬裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)。(1)虛擬裝配在國外的現(xiàn)狀在國外，虛擬設(shè)計(jì)、裝配的研究起步較早，無論是在理論上的研究或者是實(shí)踐操作方面，都有較早和廣泛的研究應(yīng)用3 o比如：美國華盛頓州立大學(xué)的Jyaaram等開發(fā)研制了一個(gè)稱為虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境”(ADE)的虛擬裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)。美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)了一個(gè)名為Archimedes的用于生成優(yōu)化和檢查裝配工藝的交互式裝配規(guī)劃系統(tǒng)。德 國 的 Michael Weyrich 等人通 過調(diào)用 OpenGL,InventorPerformer和Vega庫，實(shí)現(xiàn)了面向虛擬制造 的虛擬工作臺"交互環(huán)境4等。(2)虛擬裝配在國內(nèi)的現(xiàn)狀在我國，虛擬設(shè)計(jì)、裝配的研究發(fā)展起步較晚。我國是在90年代中后期開始進(jìn)行虛擬裝配方面的探索和 研究工作5 o虛擬裝配技術(shù)的研究可分為三個(gè)階段：虛擬裝配技術(shù)理論知識的提由和完善階段，虛擬裝配技術(shù)原 型系統(tǒng)的研發(fā)階段，虛擬裝配技術(shù)在機(jī)械行業(yè)以及其他工業(yè)上的應(yīng)用研究階段。國內(nèi)開始進(jìn)入第三階段。我國虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用研究尚處于發(fā)展階段，起初只 有為數(shù)不多的機(jī)構(gòu)如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢理工大學(xué)和 西北產(chǎn)業(yè)大學(xué)等院校作了有益的研究6-7,由于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備非常昂貴，國內(nèi)大多數(shù)研究被限制在介紹國外的進(jìn)展理 論探討范圍內(nèi)?，F(xiàn)在，由于機(jī)械行業(yè)對虛擬裝配越來越注重，越來越多的 科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)在工業(yè)應(yīng)用研究上使用了虛擬裝配技術(shù)。1.3 行星減速機(jī)的概述行星減速機(jī)經(jīng)多個(gè)行星輪分流而 同軸輸由，它合理采用了齒輪的內(nèi)外嚙合，它與其它普通定 軸減速器相比，具有承載能力大、效率高、重量輕、體積小、 剛性好、傳動(dòng)比大以及性能安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。如圖1.1所示。圖1.1行星減速機(jī)1.3.1行星減速機(jī)的應(yīng)用 行星減速機(jī) 性價(jià)比高，至少可以代替現(xiàn)代 80%以上的傳統(tǒng)減速機(jī)，尤其 是重型減速機(jī)8,因此被廣泛用于工業(yè)上。如適用于起重運(yùn)輸、冶金、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、石油化 工、礦山、輕工紡織、儀器儀表、醫(yī)療器械、兵器、汽車、 船舶以及航空航天等工業(yè)部門。另外，行星減速機(jī)與伺服電機(jī)一體化作為一種先進(jìn)的控制 匹配方案，具有模塊化、系列化等優(yōu)點(diǎn)。所以說，行星減速機(jī)在未來具有很大的發(fā)展前景。1.3.2 行星減速機(jī)國內(nèi)外的發(fā)展情況在我國，祖沖之在南北朝時(shí)期就發(fā)明了一款差動(dòng)式指南車，該指南車初步的應(yīng)用 到了行星齒輪傳動(dòng)。自從19世紀(jì)以來，由于工程機(jī)械行業(yè)的大力崛起，擴(kuò)大 了齒輪傳動(dòng)的使用范圍，同時(shí)促進(jìn)了行星齒輪減速機(jī)的使用 范圍。1880年，首個(gè)行星齒輪傳動(dòng)裝置的專利在德國由現(xiàn)，1951年，德國研發(fā)了首個(gè)高速大功率行星齒輪傳動(dòng)并在實(shí)際應(yīng)用 上取得了成功1,并且廣泛運(yùn)用到了船舶、航空及工程機(jī)械 等領(lǐng)域。相比之下，國內(nèi)開始行星減速機(jī)的研發(fā)要比國外晚很多， 我國是在20世紀(jì)60年代的進(jìn)行行星減速器的研究，當(dāng)時(shí)研 究的行星減速器大多是參照蘇聯(lián) 20世紀(jì)40- 50年代的技術(shù) 制造生產(chǎn)的，后來先輩經(jīng)過不懈努力研發(fā)，雖有所發(fā)展，但 是限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、工藝水平及裝備條件，減速機(jī)的總體水 平與國際水平相比還是有較大差距。從改革開放以來，中國陸陸續(xù)續(xù)的從國外引進(jìn)了一批又一 批的先進(jìn)加工裝備，通過引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)的技術(shù)， 慢慢逐步掌握了各種高速和低速重載行星齒輪裝置的設(shè)計(jì) 制造技術(shù)9 o國內(nèi)研發(fā)行星齒輪傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)和公司也有很多，他們專 心于行星齒輪減速機(jī)的研究，并且取得一定的成績。比如鄭州機(jī)械研究所，他們對行星減速機(jī)研究就比較早， 他們不僅在理論上取得一些有用的經(jīng)驗(yàn)，而起對行星齒輪傳 動(dòng)的結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)的特性研究取得了較大的研究成果。但由于國外對此技術(shù)的大力封鎖，即使不少的研究機(jī)構(gòu)和 公司取得不小成就，但相比國外，還是在精度和效率方面有 著不小的差距，這一差距直接阻礙了我國行星減速機(jī)研究和 現(xiàn)代工業(yè)行業(yè)的發(fā)展。在行星減速機(jī)這一領(lǐng)域，德國對行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)的研究一直是世界的領(lǐng)頭羊。在行星減速機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)方面來看，國際上的行星減速機(jī)系列產(chǎn)品主要由德國的力士樂、SEW、卓倫、美國的菲爾費(fèi)德、意大利的住友等公司提供，他們生產(chǎn)的減速機(jī)效 率和傳動(dòng)精度相對來說較高 10。1.3.3 行星減速機(jī)的研究現(xiàn)狀行星減速機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的好壞直接影響到了其在工作中的傳動(dòng)性能，也決定了該產(chǎn)品 的性能和效益。其中，最為關(guān)鍵的部分就是行星齒輪傳動(dòng)部分，為了追求 其傳動(dòng)性能好、傳動(dòng)效率高已經(jīng)傳動(dòng)功率大等特點(diǎn)，許多的 機(jī)構(gòu)以及人員都在積極研究。經(jīng)過查找資料，有關(guān)行星減速機(jī)設(shè)計(jì)的研究主要有：童舟的曲柄式漸開線少齒差行星減速機(jī)運(yùn)動(dòng)、效率和轉(zhuǎn)矩 分析11。文中分析了減速機(jī)的運(yùn)動(dòng)、效率以及轉(zhuǎn)矩，最后采取了實(shí) 例驗(yàn)證，對比了效率的損失因素對總體效率的影響。姚文席、張志強(qiáng)和黃蔚的擺線針輪行星減速機(jī)的回程誤差分析12 o文中分析了擺線齒輪的齒廓修行對回程誤差以及傳動(dòng)誤 差的影響，相比較擺線齒輪的齒廓修行對回程誤差影響較大 對傳動(dòng)誤差的影響較小。等人對于減速機(jī)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)13-14 o文章中研究了減速機(jī)與裝配和生產(chǎn)的約束變量，分析研 究，得到完善的減速機(jī)方案。等人研究分析了行星減速齒輪傳動(dòng)中的傳動(dòng)誤差15研究了行星減速機(jī)的穩(wěn)健性 16 o由此可見，利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對行星減速機(jī)的研究分析也越來越多，越來越深入。所以說針對三維設(shè)計(jì)開發(fā)的軟件系統(tǒng)已經(jīng)成為推動(dòng)機(jī)械 行業(yè)以及其他行業(yè)發(fā)展的一大推力，尤其實(shí)在行星減速機(jī)的研究上隨著時(shí)代的進(jìn)步，這一研究也會(huì)更加廣泛。第2章 行星減速機(jī)的機(jī)構(gòu)分析 2.1行星輪系的組成和分 類 輪系是世界機(jī)械行業(yè)中運(yùn)用最為廣泛的機(jī)械傳動(dòng)之一， 它通過齒輪與齒輪之間的一系列的相互嚙合，將輸入軸的運(yùn) 動(dòng)傳輸?shù)捷斢奢S，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞。2.1.1 周轉(zhuǎn)輪系的分類 在齒輪傳動(dòng)中，輪系中有一個(gè)或 者多個(gè)的齒輪，它們的軸線繞固定的幾何軸線回轉(zhuǎn)，這樣的 輪系稱為周轉(zhuǎn)輪系，也稱動(dòng)軸線輪系17。周轉(zhuǎn)輪系按照平面機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目，可以分為以下兩類：(1)行星齒輪輪系 在周轉(zhuǎn)輪系中，平面機(jī)構(gòu)的自由度為1 的稱為行星齒輪輪系。在實(shí)際運(yùn)用中，動(dòng)力只需要由一個(gè)個(gè)基本構(gòu)件同時(shí)輸入， 該輪系就會(huì)有確定的運(yùn)動(dòng)。(2)行星差動(dòng)輪系 在周轉(zhuǎn)輪系中，平面機(jī)構(gòu)的自由度 為2的稱為行星齒輪輪系。在實(shí)際運(yùn)用中，動(dòng)力需要由兩個(gè)基本構(gòu)件同時(shí)輸入，該輪 系才會(huì)有確定的運(yùn)動(dòng)。2.1.2 周轉(zhuǎn)輪系的組成 周轉(zhuǎn)輪系的主要構(gòu)成如下：(1)行星輪：在周轉(zhuǎn)輪系中，像行星一樣擁有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的齒輪，稱為行 星輪，用符號g表示。(2)中心輪:軸線與主軸線相同且與行星輪嚙合的齒輪，稱為中心輪。外齒中心輪(也稱太陽輪)用符號a表示，內(nèi)齒中心輪(也稱內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈固定不動(dòng))用符號 b表示。(3)行星架：用來支撐行星輪并讓其公轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為行星架，也可以稱為轉(zhuǎn)臂或系桿，用H表示。(4)基本構(gòu)件：當(dāng)構(gòu)件的軸線線與主軸線相重合，同時(shí)又承受外力矩，這樣的構(gòu)件稱為基本構(gòu)件。一般周轉(zhuǎn)輪系都具有太陽輪、內(nèi)齒圈和行星架這三個(gè)基本構(gòu)件17 o2.2行星傳動(dòng)的分類和符號 根據(jù)基本構(gòu)件的組成，行星傳動(dòng)可分為：2K-H、3K 和 K-H-V。根據(jù)遲來的嚙合方式，可分為：NGW 型、NW 型、NN 型、WW 型、WGW 型、NGWN 型以及N型。其中字母代表的含義為：K代表中心輪；H代表行星架；V代表輸由軸。N代表內(nèi)嚙合；W代表外嚙合；G代表公用的行星輪。2K-H型行星齒輪分類 在2K-H傳動(dòng)中，基本構(gòu)件是兩個(gè)中心輪（太陽輪 a和內(nèi)齒圈b）和一個(gè)行星架 H18圖2.1為0的2K-H傳動(dòng)，a為WW型：由兩個(gè)太陽輪和兩個(gè)行星輪組成，行星輪同軸布置，形成兩對外嚙合。b為NW型c為NN型：由兩個(gè)內(nèi)齒圈和兩個(gè)行星輪組成，行星輪同軸布置，形成兩對內(nèi)嚙合。圖2.1 2K-H行星傳動(dòng)（0） 2.3行星減速機(jī)的方案選定1.1.1 初始條件 輸入功率，輸入轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，允許的傳動(dòng)比偏差為。要求：該減速機(jī)傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕以及體積小。1.1.2 選定方案 本次設(shè)計(jì)以型機(jī)為主。按照要求，該減速機(jī)的體積小、質(zhì)量輕、效率要高，按照機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊表6-1-1選取2K-H型的NGW型減速 裝置。為了結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，選取單齒圈行星輪減速機(jī)。該減速機(jī)有一個(gè)太陽輪 a、一個(gè)內(nèi)齒圈b以及三個(gè)行星輪go2.4 電機(jī)選擇 輸入功率，輸入轉(zhuǎn)速，經(jīng)過查表，總和考慮選取Y160M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)， 該電機(jī)的額定功率，同步轉(zhuǎn)速19 o2.5 2K-H型行星減速機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡述為了后面的計(jì)算和虛擬設(shè)計(jì)，需要了解2K-H行星減速機(jī)各個(gè)構(gòu)件之間的受力、角速度以及傳動(dòng)比情況，首先需要對運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)20的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了解。2.5.1 系統(tǒng)組成 本次設(shè)計(jì)的2K-H行星齒輪傳動(dòng)主要有一 個(gè)太陽輪a, 一個(gè)內(nèi)齒圈b,3個(gè)行星輪g和行星架H組成。在安裝時(shí)，必須滿足一定的傳動(dòng)比、同心等的裝配條件，否者會(huì)由現(xiàn)如下情況：不能正確安裝，由現(xiàn)干涉等情況。2.5.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 在行星齒輪傳動(dòng)中，由于行星輪的運(yùn)動(dòng) 不是定軸線傳動(dòng)，不能用計(jì)算定軸傳動(dòng)比的方法來計(jì)算，而 是采用固定行星架的所謂轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法以及圖解法、矢量法、力矩法等來計(jì)算。現(xiàn)在采用行星架固定法21-22 o(1)行星齒比的計(jì)算 在2K-H行星齒輪傳動(dòng)中，假設(shè)太 陽輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪g和行星架H的轉(zhuǎn)速分別為na、 ng、nb和nH ,并設(shè)各個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)向相同，取順時(shí)針為正， 行星架H固定。給該行星輪系添加一個(gè)轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速與行星架H大小相同，方向相反。得到該行星輪系的基本構(gòu)件轉(zhuǎn)速關(guān)系：(2-1) 或 (2-2) 行星架H固定時(shí)：太陽輪a主動(dòng)，內(nèi)齒圈b從動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比太陽輪a的轉(zhuǎn)速。:內(nèi)齒圈b的轉(zhuǎn)速。(2)行星齒輪傳動(dòng)中心輪轉(zhuǎn)速的計(jì)算 與行星輪g相對 于行星架H的轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式采用行星架固定法， 可得轉(zhuǎn)速 關(guān)系式：(2-3)(2-4) (2-5)(2-6) 行星架 H 固定時(shí)：行星輪g主動(dòng)，太陽輪a從動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比。:行星輪g主動(dòng)，內(nèi)齒圈b從動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比。第三章 重要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)器的重要零件之一就是軸，其作用主要用來支撐傳動(dòng)零 件，如齒輪、鏈輪、帶輪等，使其在固定的位置進(jìn)行工作并 具有傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的指令。最為常見的軸有三種，分別為：軟軸、直軸和曲軸。直軸又分為：轉(zhuǎn)軸：承受彎矩和扭矩的，如減速器中的軸。心軸：支撐傳動(dòng)零件只承受彎矩不承受扭矩，如支撐滑輪的軸。傳動(dòng)軸：用來傳遞扭矩但不承受彎矩，如車輛的驅(qū)動(dòng)軸。3.1.1 軸的結(jié)構(gòu)選取和材料選取(1)結(jié)構(gòu)選取 在本次設(shè)計(jì)的2K-H型行星減速器中，軸不僅僅承受了扭矩還承受了 彎矩，它為轉(zhuǎn)軸?？紤]到了有利于提高軸的強(qiáng)度和便于裝配、拆卸以及固定，一般都采用階梯軸，階梯軸的具體結(jié)構(gòu)取決于該軸上需 要裝配以及固定的零件，以及裝配的順序、以及軸的結(jié)構(gòu)工 藝性，同時(shí)還要考慮是否有利于提高軸的疲勞強(qiáng)度23 o(2)材料的選取考慮到軸的加工工藝和材料來源及經(jīng) 濟(jì)性等條件。選取45鋼調(diào)制。其主要的力學(xué)性能查表 15-1,查表15-3得：取，23 o3.1.2 輸入軸的計(jì)算與校核(1)估算輸入軸軸徑 由于輸入軸為傳動(dòng)軸，按照抗扭強(qiáng)度估算軸徑。(3-1)由此可得輸入軸的最小軸徑為：(3-2) 所以取最小軸直徑為 30mm.如圖3.1所示：圖3.1輸入軸結(jié)構(gòu)圖 從軸上看，需要配合其他零件的標(biāo)準(zhǔn) 尺寸、安裝尺寸以及定位、固定和裝卸等情況，取軸的各段直徑分別為:(2)輸入軸的長度計(jì)算從軸上看，需要配合其他零件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸、安裝尺寸以及定位、固定和裝卸等情況，去軸 的各段長度分別為：分為a,b兩段，具體長度按照太陽輪的厚度可得：,)。(3)輸入軸的校核 如圖3.2太陽輪與行星輪的嚙合簡 圖，圖3.3軸與齒輪結(jié)合部受力分析簡圖所示，可得到輸入 軸為傳動(dòng)軸，所以按抗扭強(qiáng)度條件校核。圖3.2太陽輪與行星輪的嚙合簡圖圖3.3軸與齒輪結(jié)合部受力分析簡圖(3-3)(3-4)由于，。因此，輸入軸的強(qiáng)度滿足要求。3.1.3 輸由軸的計(jì)算與校核(1)估算輸由軸的徑 由于輸曲軸為傳動(dòng)軸，按照抗扭強(qiáng)度估算軸徑。后面的齒輪傳動(dòng)采取 9級精度齒輪傳動(dòng)，取，。(3-5)由上式可得輸曲軸的最小軸徑為：(3-6)所以取最小軸直徑為 30mm.如圖3.4所示(行星架 與輸由軸為一體)：圖3.4輸由軸結(jié)構(gòu)圖 從軸上看，需要配合其他零件的標(biāo)準(zhǔn) 尺寸、安裝尺寸以及定位、固定和裝卸等情況，取軸的各段 直徑分別為：從軸上看，需要配合其他零件(2)輸由軸的長度計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)尺寸、安裝尺寸以及定位、固定和裝卸等情況，去軸 的各段長度分別為：，一，段，具體長度按照行星輪的厚度)。(3)輸入軸的校核 如圖3.5內(nèi)齒圈與行星輪的嚙合簡 圖，圖3.6軸與齒輪結(jié)合部受力分析簡圖所示，可得到輸生 軸為傳動(dòng)軸，所以按抗扭強(qiáng)度條件校核。3.5內(nèi)齒圈與行星輪的嚙合簡圖圖3.6軸與齒輪結(jié)合部受力分析簡圖(3-7)(3-8)由于，。因此，輸曲軸的強(qiáng)度滿足要求。3.2齒輪的計(jì)算3.2.1材料的選擇按照表10-1以及選擇 齒輪材料介紹23,選取齒輪材料如下表 3.1。表3.1齒輪材料表齒輪種類材料熱處理方法強(qiáng)度極 限屈服極限硬度太陽輪、行星輪 20GrMnTi滲碳后淬火 1100 850 60HRC 內(nèi)齒圈 38GrAlA 氮化 950 750 950HV 3.2.2行星齒輪傳動(dòng)齒輪齒數(shù)應(yīng)滿足的條件確定行星齒輪的各個(gè)齒輪的齒數(shù)時(shí)，除了要滿足給定的傳動(dòng)比條件以外還 要滿足同心條件、鄰接條件以及安裝條件。(1)傳動(dòng)比條件 在行星齒輪傳動(dòng)中，各個(gè)輪的齒數(shù)的 選擇要求與所給的傳動(dòng)比想符合。在2K-H型行星減速機(jī)中，傳動(dòng)比條件關(guān)系式為：(3 得(3-10)假設(shè)，則(3-11)式中 正整數(shù)； 太 陽輪a的齒數(shù)，一般，。(2)同心條件 同心條件就是太陽輪 a、內(nèi)齒圈b與行星 輪g之間的所有嚙合齒輪副的實(shí)際中心距必須都相等。對于2K-H型行星齒輪減速機(jī)，它的是：(3-12)式中 在不變位或者高變位的齒輪嚙合傳動(dòng)中，因?yàn)辇X輪的相互重合，所以為：(3-13)式中 在簡單行星齒輪減速機(jī)的設(shè)計(jì)中，一般各個(gè)齒輪的模數(shù) m都是一樣的，所以2K-H型行星減速機(jī)的同心 條件為：一(3)鄰接條件 在行星齒輪減速機(jī)的設(shè)計(jì)中，往往為了 分流較大功率，從而提高減速機(jī)的承載能力。同時(shí)，為了使減速機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，一般都是在太陽輪a和內(nèi)齒圈b之間，對稱的、均勻的放置幾個(gè)行星輪g。為了保持各行星輪之間互相不產(chǎn)生干涉，需要保證相鄰兩 個(gè)行星輪之間的連心線上具有一定的空間，兩相鄰行星輪的 中心距要大于齒頂圓半徑之和，所以其鄰接條件為：(3-14)行星輪數(shù)目；(4)安裝條件 在行星齒輪傳動(dòng)中， 如果僅僅只有一個(gè)行星輪，安裝時(shí)只需要滿足同心條件就能 夠正確的裝配。但是為了提高減速機(jī)的承載能力，一般是同時(shí)采用幾個(gè)行 星輪，把這幾個(gè)行星輪均勻地分布在行星架上。所以，在行星齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)行星輪數(shù)時(shí)，除了滿足同心條件和鄰接條件以外，還必須滿足一定的安裝條件。所以2K-H型行星傳動(dòng)的安裝條件為：太陽輪a內(nèi)齒圈b的齒數(shù)之和應(yīng)是行星輪 g輪數(shù)的整數(shù)倍 24 o3.2.3 配齒計(jì)算根據(jù)2K-H型行星齒輪的傳動(dòng)比公式。(3-15) (3-16)式中 特征參數(shù)和給定的傳動(dòng)比有關(guān)。一般，二38。由初始條件的可知：,所以。本次設(shè)計(jì)的減速機(jī)為小型的行星減速機(jī)，為了減小2K-H型行星減速機(jī)的徑向尺寸，在滿足規(guī)定的傳動(dòng)比條件下，太 陽輪a與行星輪g應(yīng)該盡可能的小。因?yàn)閜=3,查表13-5-525取。,一般公差：,滿足要求。根據(jù)同心條件：根據(jù)安裝條件：為整數(shù)，滿足規(guī)定的安裝條件。根據(jù)鄰接條件：(3-17),其滿足規(guī)定的鄰接條件(1)按照彎曲強(qiáng)度的初3.2.4 齒輪主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算步計(jì)算公式計(jì)算齒輪的模數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，太陽輪以及行星輪取一內(nèi)齒圈取。由公式3-18可以求生模數(shù) (3-18)現(xiàn)已知，。由于行星輪的名義為轉(zhuǎn)矩，可得：(3-19)取系數(shù)；綜合系數(shù)；取，；齒形系數(shù)??；齒寬系數(shù) 取。得模數(shù),取整得m=2 o變位傳動(dòng)的端面嚙合角經(jīng)過查表13-5-421,可知。(2) a-g齒輪副的幾何尺寸分度圓直徑：基圓直徑：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：(3) b-g齒輪副的幾何尺寸：、分度圓直徑：基圓直徑：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：齒輪副a-g、b-g的標(biāo)準(zhǔn)中心距為：3.2.5行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度校核(1)按齒面接觸強(qiáng)度的校核計(jì)算齒面接觸應(yīng)力為：(3-20)式中；，。(3-21) 式中，；，直齒輪 B =0 =1;,單位：N, 單位：mm;齒輪工作時(shí)的有用齒寬，指所有齒輪中的較小的齒寬，單位：mm;所有式中，“+裳示外嚙合，-'”表示內(nèi)嚙合。經(jīng)過查表21,取=1.05,使用系數(shù)=1.5,由于行星輪直徑與內(nèi)齒圈寬度之比大于，故取 =1;查表得=1.1, =1, =2.5,由公式得 =2254.344 , b=20 ,。對a-g齒輪副：對b-g齒輪副：許用接觸應(yīng)力公式：(3-22)式中；。查表得=1.2, =1, =0.95, =0.92, =1, =1。校核計(jì)算：對a-g齒輪副：a-g齒輪副的齒輪滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求。對b-g齒輪副：b-g齒輪副的齒輪滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求。(2)按齒根彎曲強(qiáng)度的校核計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力：(3-23) 式中 查表得 =1.5,=1.05,=1,= 1,=1.05,=2.80 , =2.78, =1.52, =1.53, =0.78, =1。對a-g齒輪副：對b-g齒輪副：查得=2.78, =1.53, = 2.3, =1.7。許用接觸應(yīng)力：(3-24) 式中；查表得：，°校核計(jì)算：對于a-g齒輪副：a-g齒輪副的齒輪滿足齒根彎曲強(qiáng)度要求。對b-g齒輪副：b-g齒輪副的齒輪滿足齒根彎曲強(qiáng)度要求。3.2.6齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的