25kw熱發(fā)電太陽(yáng)能方位角跟蹤內(nèi)置式的減速器設(shè)計(jì)【行星齒輪傳動(dòng)】【說(shuō)明書(shū)+CAD】

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摘 要 太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置具有效率高，便于網(wǎng)絡(luò)發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，25kw熱發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電裝置是目前國(guó)內(nèi)希望發(fā)展的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，而方位角跟蹤內(nèi)置式減速器是太陽(yáng)能發(fā)電裝置的重要部件，齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。國(guó)外的減速器，以德國(guó)、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作性能好，可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。我國(guó)的減速器近幾年發(fā)展很快，幾乎在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都可以見(jiàn)到它的蹤跡，多以齒輪傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但與國(guó)外相比，在材料品質(zhì)，工藝水平，壽命方面存在著一些差距；國(guó)內(nèi)使用的大型減速器或者一些特許要求的減速器，多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口。不管是國(guó)內(nèi)國(guó)外，在減速器設(shè)計(jì)過(guò)程中，都在不斷追求傳遞功率大、減速比大、體積小、重量輕和機(jī)械效率高等性能的減速器，以便更好更快去滿足社會(huì)的需要。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者減速比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題；另外，在材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，可靠性能不夠，使用壽命不長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)首先根據(jù)當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者減速比大而機(jī)械效率過(guò)低，可靠性能不夠，使用壽命不長(zhǎng)的問(wèn)題，按照設(shè)計(jì)的尺寸要求；選擇25kw熱發(fā)電太陽(yáng)能方位角跟蹤內(nèi)置式減速器方案，再按照設(shè)計(jì)要求擬定傳動(dòng)方案，選擇合適電動(dòng)機(jī)，合理分配各級(jí)傳動(dòng)比，計(jì)算運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，進(jìn)行齒輪，軸的強(qiáng)度計(jì)算，減速器裝備圖設(shè)計(jì)，主要零件圖設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；減速器；行星齒輪； 引言 齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。國(guó)外的減速器，以德國(guó)、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作性能好，可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。我國(guó)的減速器近幾年發(fā)展很快，幾乎在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都可以見(jiàn)到它的蹤跡，多以行星齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但與國(guó)外相比，在材料品質(zhì)，工藝水平，壽命方面存在著一些差距；國(guó)內(nèi)使用的大型減速器或者一些特許要求的減速器，多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口。不管是國(guó)內(nèi)過(guò)外，在減速器設(shè)計(jì)過(guò)程中，都在不斷追求傳遞功率大、減速比大、體積小、重量輕和機(jī)械效率高等性能的減速器，以便更好更快去滿足社會(huì)的需要。 而行星齒輪傳動(dòng)具有體積小，重量輕，效率高，傳動(dòng)比范圍大，傳遞功率范圍大和工作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，因此在各類機(jī)械上得到廣泛的應(yīng)用。行星齒輪傳動(dòng)在我國(guó)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(kāi)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，均取得了較大的成就,并獲得了許多的研究成果。近20多年來(lái)，尤其是我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)已從世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了大量先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)，經(jīng)過(guò)我國(guó)機(jī)械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新地努力奮進(jìn)，使我國(guó)的行星傳動(dòng)技術(shù)有了迅速的發(fā)展。 此設(shè)計(jì)是教師的在研科研項(xiàng)目，主要通過(guò)設(shè)計(jì)了解各種減速器的特性，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求、目的來(lái)確定可行的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證確定設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)、繪出主要部件的方案設(shè)計(jì)草圖，然后進(jìn)行各種零部件的計(jì)算、校核，繪出裝配圖、零件圖、部件圖。寫(xiě)好設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 1. 設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一個(gè)25kw熱發(fā)電太陽(yáng)能方位角跟蹤內(nèi)置式的減速器，滿足輸出扭矩為30000NM，減速比為90000，立柱內(nèi)徑為600mm的條件。 2. 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)要求，提出以下方案： 方案一：傳動(dòng)形式為多級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)示意圖如圖1所示： 二級(jí)蝸桿傳動(dòng) 級(jí)級(jí)蝸傳動(dòng)桿傳動(dòng)傳動(dòng) 一級(jí)蝸桿 伺服電機(jī) 一級(jí)齒輪 圖1 兩級(jí)蝸輪蝸傳動(dòng)示意圖 此方案優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)方式簡(jiǎn)單，只需兩級(jí)蝸桿傳動(dòng)即可滿足設(shè)計(jì)要求，但是蝸桿傳動(dòng)效率較低，特別是此方案采用多級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，效率更低，故設(shè)計(jì)時(shí)放棄了此方案。 方案二：多級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)示意圖如圖2所示： 圖2多級(jí)平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)示意圖 此方案優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，圓柱齒輪傳動(dòng)效率較高，但是此結(jié)構(gòu)體積龐大，并且因?yàn)槊恳患?jí)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比有限，達(dá)到傳動(dòng)比90000需要很多級(jí)，故此方案不太好。 方案三：行星齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)示意圖如圖3所示： 圖3行星齒輪傳動(dòng)示意圖 行星齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)，在相同條件下，比普通漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器的重量減輕1/2以上，體積縮小1/2~1/3。該設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案為四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)方式為NGW式太陽(yáng)輪輸入，行星架輸出。在空間限定的情況下，宜采用此種傳動(dòng)方式。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此減速器具有傳遞扭矩較大、傳動(dòng)比很大、徑向尺寸受限制、立式安裝、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。綜合以上設(shè)計(jì)方案，并比較以上方案的優(yōu)、缺點(diǎn)，選擇方案三為最終設(shè)計(jì)方案。 3. 行星齒輪減速器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 原動(dòng)件選型 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸出機(jī)構(gòu)輸出扭矩為30000NM，減速比為90000。 方位角驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置選用徐州豐禾回轉(zhuǎn)支承制造有限公司生產(chǎn)的01系列內(nèi)齒式單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承，內(nèi)齒圈齒數(shù)為74，模數(shù)為5。為了達(dá)到要求的傳動(dòng)比，在回轉(zhuǎn)支承與行星減速器之間加一個(gè)聯(lián)恒精密公司生產(chǎn)的PN450減速器，其傳動(dòng)比為80，與回轉(zhuǎn)支撐串聯(lián)時(shí)，總傳動(dòng)比為104，額定輸出轉(zhuǎn)矩為23000NM。變速器采用四級(jí)行星減速器傳動(dòng)形式，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖17.1-6，可知單級(jí)周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)效率在0.95以上。綜合軸承等的功率損失，取傳遞效率為0.95，單頭蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率為0.7。鞍山新田轉(zhuǎn)盤(pán)軸承實(shí)際可看做一個(gè)蝸桿傳動(dòng)，則整個(gè)減速裝置的綜合傳動(dòng)效率0.95^4×0.7=0.57，則計(jì)算電機(jī)所需的功率為 伺服電機(jī)選取博美德（黃岡）機(jī)械有限公司的SM型60系列電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，機(jī)型代號(hào)為SM 60-006-30LFB，其額定輸出功率200W,轉(zhuǎn)速3000r/min，額定扭矩0.67Nm，額定電流為2.2A，根據(jù)提供的電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線可知，該電機(jī)為恒扭矩調(diào)速。減速驅(qū)動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為90000，回轉(zhuǎn)支撐和購(gòu)買的減速器總傳動(dòng)比為104，則行星齒輪減速器傳動(dòng)比為 則方位角額定輸出轉(zhuǎn)速： 最快速轉(zhuǎn)動(dòng)需用時(shí)間為15分鐘。 輸出扭矩 其中MD為電機(jī)額定扭矩，η為總傳動(dòng)效率。 按照設(shè)計(jì)要求在一天轉(zhuǎn)動(dòng)，一天按12小時(shí)計(jì)算，則每分鐘需要轉(zhuǎn)角為 實(shí)際伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為 3.2 行星齒輪減速器傳動(dòng)比分配 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用行星傳動(dòng)功率分流的特點(diǎn)來(lái)承擔(dān)更大的載荷。由3.1計(jì)算得，行星齒輪減速器傳動(dòng)比為。如果每級(jí)傳動(dòng)比取相同，則。行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)需滿足傳動(dòng)比條件、同心條件、均布條件和鄰接條件，有空間限制時(shí)，還需滿足空間設(shè)計(jì)要求。 對(duì)于NGW型行星齒輪傳動(dòng)，當(dāng)太陽(yáng)輪輸入，內(nèi)齒圈固定，行星軸輸出時(shí)，傳動(dòng)比計(jì)算公式為： 式中： ， 傳動(dòng)比； za ，太陽(yáng)輪齒數(shù)； zb， 內(nèi)齒輪齒數(shù)； 根據(jù)設(shè)要求，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表17.2-4，確定各級(jí)傳動(dòng)比如下： 第一級(jí)：5.7273，za =22, zc =41, zb =104 第二級(jí)：5.7273 za =22, zc =41, zb =104 第三級(jí)：5.1, za =20, zc =31, zb =82 第四級(jí)：5.1 za =20, zc =31, zb =82 則總傳動(dòng)比 傳動(dòng)方式為NGW型，內(nèi)齒圈固定，太陽(yáng)輪輸入，行星架輸出。 將總傳動(dòng)比加以修正可得： 方位角額定輸出轉(zhuǎn)速： 最快速轉(zhuǎn)動(dòng)需用時(shí)間為14.79分鐘。 輸出扭矩 修正后的實(shí)際伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率如下表： 表1：傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù) 第一級(jí)輸入軸 第二級(jí)輸入軸 第三級(jí)輸入軸 第四級(jí)輸入軸 轉(zhuǎn)盤(pán)軸承輸入軸 轉(zhuǎn)盤(pán)軸承輸出軸 各軸轉(zhuǎn)速（r/min） 61.58 10.8 1.877 100.2 0.072 0.000694 各軸轉(zhuǎn)矩（Nm） 0.67 3.65 20.64 100.02 484.6 34778.8 各軸功率（kw） 0.04 0.038 0.036 0.034 0.032 0.0224 3.3 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 3.3.1第四級(jí)齒輪模數(shù)計(jì)算 為了滿足尺寸要求，盡可能減小內(nèi)齒圈的尺寸，齒輪設(shè)計(jì)為硬齒面，行星輪和太陽(yáng)輪材料為20CrMnTi，這種材料適合高速，中載、承受沖擊和耐磨的齒輪及齒面較寬的齒輪,故且滿足需要。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-17和圖16.2-26可知， =1400,=340表面滲碳淬火處理，內(nèi)齒圈材料為42CrMo，這種材料經(jīng)過(guò)正火和調(diào)質(zhì)處理，以獲得相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和硬度等力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)硬度為217-259HRC，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-17和圖16.2-26可知，=1250,=420，表面滲氮處理，圖4為第四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)示意圖。 圖4 第四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)示意圖 根據(jù)3.1計(jì)算得知驅(qū)動(dòng)裝置的輸出扭矩為 轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的傳動(dòng)比為104，它實(shí)際上就是一個(gè)單頭蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)效率按0.7計(jì)算，則轉(zhuǎn)盤(pán)軸承輸入轉(zhuǎn)矩為： 轉(zhuǎn)盤(pán)軸承蝸桿輸入端通過(guò)聯(lián)軸器與行星齒輪減速器的輸出端相連，故轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的輸入轉(zhuǎn)矩就是行星齒輪減速器的輸出轉(zhuǎn)矩，值為 。輸入電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為0.67Nm，故行星齒輪減速器的第一級(jí)輸入轉(zhuǎn)矩為0.67Nm。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，減速器需要放置在內(nèi)徑為600mm的立柱內(nèi)，所以減速器外徑尺寸應(yīng)小于600mm。由于行星齒輪減速器最后一級(jí)的扭矩最大，計(jì)算減速器最大尺寸時(shí)，只需將最后一級(jí)尺寸控制在設(shè)計(jì)要求內(nèi)即可。 一般情況下，單級(jí)周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)效率大于0.95，考慮到其他損耗，此減速器每一級(jí)傳動(dòng)效率取0.95。 由3.2得，第四級(jí)傳動(dòng)參數(shù)如下： 5.1, za =20, zc =31, zb =82，np=3 式中， ：第四級(jí)傳動(dòng)比； za ：第四級(jí)太陽(yáng)輪齒數(shù)； zc ：第四級(jí)行星輪齒數(shù)； zb ：第四級(jí)內(nèi)齒圈齒數(shù)。 由以上計(jì)算可知，第四級(jí)行星齒輪的傳動(dòng)比為5.1，輸出扭矩為484.6Nm，傳動(dòng)效率為0.95。則第四級(jí)太陽(yáng)輪的輸入扭矩為： 按照設(shè)計(jì)要求在一天轉(zhuǎn)動(dòng)，一天按12小時(shí)計(jì)算，則每分鐘需要轉(zhuǎn)角為 此轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的輸出轉(zhuǎn)速，由轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的傳動(dòng)比為104，計(jì)算得轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的輸入轉(zhuǎn)速為 此轉(zhuǎn)速即為第四級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的輸出轉(zhuǎn)速。 依據(jù)傳動(dòng)比關(guān)系即可計(jì)算出第四級(jí)行星齒輪太陽(yáng)輪的輸入轉(zhuǎn)速： 按接觸強(qiáng)度初算a-c傳動(dòng)的中心距和模數(shù)： 中心距計(jì)算公式為： 輸入轉(zhuǎn)矩 Nm 取載荷不均勻系數(shù)KcH=1.1，KcF=1.15 在一對(duì)a-c傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩 按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)K=2 接觸強(qiáng)度計(jì)算最小安全系數(shù)： 許應(yīng)接觸應(yīng)力： 齒數(shù)比u： 太陽(yáng)輪行星輪的材料用40Cr，熱處理方式為表面淬火處理，齒面硬度56～60HRC，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-17和圖16.2-26得=1400MPa，內(nèi)齒輪材料選用45，=1250MPa。 取齒寬系數(shù) 則中心距a： mm 模數(shù)mm 取模數(shù)m=3mm 中心距 mm 3.3.2校核齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度 ① 校核a-c傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度 由于太陽(yáng)輪和行星輪傳動(dòng)相當(dāng)于定軸線齒輪傳動(dòng)，故可以用定軸線齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算公式來(lái)校核a-c傳動(dòng)的強(qiáng)度。vH是相對(duì)于行星架的圓周速度 齒面接觸疲勞強(qiáng)度公式： （3-1） 式中——計(jì)算接觸應(yīng)力 ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-15計(jì)算 式中 ——材料彈性系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-43 選取=189.8 ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)， 查表得 ， ， 將以上數(shù)據(jù)代入得 所以 ——分度圓上的圓周力， ——齒數(shù)比， ——齒寬， 取=32mm 根據(jù)選取的尺寸，確定 ——使用系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-36 選取KA=1.25 ——?jiǎng)虞d系數(shù)，其計(jì)算公式為： 取齒輪的制造精度為6級(jí)精度， 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-39可得 ，，因?yàn)榇藴p速器太陽(yáng)輪與行星輪相對(duì)滑移速度為 ，故可忽略此滑移 則： ——齒向載荷分布系數(shù)，經(jīng)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-41和 計(jì)算得=1.096 ——齒間載荷分配系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-42 選取=1.1 將以上各數(shù)值代入（3-1）式得 許用接觸應(yīng)力的計(jì)算，公式如下： （3-2） ——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1400MPa ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) 第四級(jí)太陽(yáng)輪輸入轉(zhuǎn)速為0.37r/min，此減速器壽命設(shè)計(jì)為10年，每天工作12小時(shí)，則太陽(yáng)輪的接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： 次 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-18 得 ——潤(rùn)滑油膜影響系數(shù) 太陽(yáng)輪的接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 次，小于滲碳淬火剛的持久壽命循環(huán)次數(shù)次，故可按靜強(qiáng)度計(jì)算，取 ——工作硬化系數(shù)，取=1.000 ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)， HBS>470,所以取=1.000 ——接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-46 選取=1.25 將各數(shù)值代入式（3-2）中，得 安全系數(shù) （3-3） 式中各符號(hào)代表的意義和上式一致，故得到 綜上所述，a-c傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度滿足要求。 ② 校核a-c傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度 齒根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算公式 （3-4） ——計(jì)算彎曲應(yīng)力 ——齒向載荷分布系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-41和 計(jì)算得=1.096 ——齒間載荷分配系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-42 選取=1.1 ——復(fù)合齒形系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-23和圖16.2-24查得=4.35, =4.11 ——抗彎強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù) ，， 所以 將各數(shù)值代入（3-4）中，得 許用彎曲應(yīng)力 （3-5） ——齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-26 得=800Mpa ——彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-27 得=1.05 ——相對(duì)齒根圓角敏感性系數(shù)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-48 選取=0.95 ——相對(duì)表面狀況系數(shù)，=1.0 ——抗彎強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-41 得=1 ——彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，按[1]表16.2-46選取=1.8 將各數(shù)值代入（3-5）中，得 因?yàn)?，所以滿足齒根彎曲強(qiáng)度 安全系數(shù) （3-6） 式中各符號(hào)代表的意義和上式一致，故得到 ， 故以上設(shè)計(jì)滿足彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 ③ 校核c-b傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度 由于內(nèi)齒輪和行星輪傳動(dòng)屬于周轉(zhuǎn)輪系，但當(dāng)把行星輪固定就可以轉(zhuǎn)化為定轉(zhuǎn)輪系，故同樣也可以用定軸線齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算公式來(lái)校核b-c傳動(dòng)的強(qiáng)度。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度公式： （3-1） 式中——計(jì)算接觸應(yīng)力 ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-15計(jì)算 式中 ——材料彈性系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-43 選取=189.8 ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)， 查表得 ， ， 將以上數(shù)據(jù)代入得 所以 ——分度圓上的圓周力， ——齒數(shù)比， ——齒寬， 取=26mm 根據(jù)選取的尺寸，確定 ——使用系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-36 選取KA=1.25 ——?jiǎng)虞d系數(shù)，其計(jì)算公式為： 取齒輪的制造進(jìn)度為6級(jí)精度， 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-39可得 ，，因?yàn)榇藴p速器太陽(yáng)輪與行星輪相對(duì)滑移速度為 ，故可忽略此滑移 則： ——齒向載荷分布系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-41和 計(jì)算得=1.086 ——齒間載荷分配系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-42 選取=1.1 將以上各數(shù)值代入（3-1）公式得 許用接觸應(yīng)力 （3-2） ——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力，取=1250MPa ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) 第四級(jí)太陽(yáng)輪輸入轉(zhuǎn)速為0.37r/min，此減速器壽命設(shè)計(jì)為10年，每天工作12小時(shí)，則太陽(yáng)輪的接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： 次 按照傳動(dòng)比計(jì)算得行星輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： 次 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-18 得 ——潤(rùn)滑油膜影響系數(shù) 太陽(yáng)輪的接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 次，小于滲碳淬火剛的持久壽命循環(huán)次數(shù) 次，故可按靜強(qiáng)度計(jì)算，取 ——工作硬化系數(shù)，取=1.000 ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)， HBS>470,所以取=1.000 ——接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-46 選取=1.25 將各數(shù)值代入式（3-2）中，得 安全系數(shù) （3-3） 式中各符號(hào)代表的意義和上式一致，故得到 故c-b接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。 ④ 校核b-c傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度 齒根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算公式 （3-4） ——計(jì)算彎曲應(yīng)力 ——齒向載荷分布系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-41和 計(jì)算得 =1.086 ——齒間載荷分配系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-42 選取 =1.1 ——復(fù)合齒形系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-23 選取 =3.97 ——抗彎強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù) ，， 所以 將各數(shù)值代入（3-4）中，得 許用彎曲應(yīng)力 （3-5） ——齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-26 得=800Mpa ——彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-27 得=1.28 ——相對(duì)齒根圓角敏感性系數(shù)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16.2-48 選取=0.95 ——相對(duì)表面狀況系數(shù)，=1.0 ——抗彎強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖16.2-41 得=1 ——彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，按[1]表16.2-46選取=1.8 將各數(shù)值代入（3-5）中，得 因?yàn)?，所以滿足齒根彎曲強(qiáng)度 安全系數(shù) （3-6） 式中各符號(hào)代表的意義和上式一致，故得到 故c-b齒輪滿足彎曲疲勞強(qiáng)度要求。 為了便于加工，將傳動(dòng)比相同的兩級(jí)齒輪設(shè)計(jì)成相同的模數(shù)，第三級(jí)行星齒輪的模數(shù)與齒數(shù)跟第四級(jí)相同，第一、二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的所有參數(shù)相同。 由于第三級(jí)行星齒輪旋轉(zhuǎn)速度高于第四級(jí)，扭矩小于第四級(jí)，而齒數(shù)模數(shù)相同，所以不需另外校核其接觸疲勞強(qiáng)度與彎曲疲勞強(qiáng)度。通過(guò)查閱手冊(cè)可知，對(duì)于傳動(dòng)齒輪，模數(shù)不能夠2mm，為了合理的布局齒輪箱內(nèi)尺寸，將第一、二級(jí)齒輪模數(shù)取為2mm。根據(jù)前面的設(shè)計(jì)計(jì)算可知，第一、二級(jí)齒輪模數(shù)取為2完全能夠滿足傳動(dòng)需求。至此，行星齒輪減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算完畢，設(shè)計(jì)參數(shù)如下表2： 表2：行星齒輪每級(jí)模數(shù)和齒數(shù) 參數(shù) 級(jí)數(shù) 模數(shù)(mm) Za Zc Zb 第一級(jí) 2 22 41 104 第二級(jí) 2 22 41 104 第三級(jí) 3 20 31 82 第四級(jí) 3 20 31 80 3.4 幾何尺寸的計(jì)算 3.4.1第四級(jí)行星齒輪 由已知：za =20, zc =31, zb =80，m=3，=20和取=0.25，=1 表3：齒輪傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算 項(xiàng)目 計(jì)算公式 太陽(yáng)輪 周轉(zhuǎn)輪 內(nèi)齒輪 分度圓直徑（mm） 60 93 240 基圓直徑（mm） 56.38 87.39 225.53 齒頂高（mm） 3 3 3 齒根高（mm） 3.75 3.75 3.75 齒全高（mm） 6.75 6.75 6.75 齒頂圓直徑（mm） 66 99 234 （） 齒根圓直徑（mm） 52.5 85.5 247.5 （） 齒距（mm） 9.42 9.42 9.42 齒厚（mm） 4.71 4.71 4.71 齒槽寬（mm） 4.71 4.71 4.71 頂隙（mm） 0.75 0.75 0.75 第三級(jí)行星齒輪幾何尺寸的計(jì)算 由已知：za =20, zc =31, zb =82，m=2.5，=20和取=0.25，=1 表4：齒輪傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算 項(xiàng)目 計(jì)算公式 太陽(yáng)輪 周轉(zhuǎn)輪 內(nèi)齒輪 分度圓直徑（mm） 50 77.5 205 基圓直徑（mm） 46.98 72.83 192.64 齒頂高（mm） 2.5 2.5 2.5 齒根高（mm） 3.125 3.125 3.125 齒全高（mm） 5.625 5.625 5.625 齒頂圓直徑（mm） 55 82.5 200 （） 齒根圓直徑（mm） 43.75 71.25 211.25 （） 齒距（mm） 7.85 7.85 7.85 齒厚（mm） 3.93 3.93 3.93 齒槽寬（mm） 3.93 3.93 3.93 頂隙（mm） 0.625 0.625 0.625 3.4.2第二級(jí)行星齒輪 由已知：za =22, zc =41, zb =104，m=1.5，=20和取=0.25，=1 表5：齒輪傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算 項(xiàng)目 計(jì)算公式 太陽(yáng)輪 周轉(zhuǎn)輪 內(nèi)齒輪 分度圓直徑（mm） 33 61.5 156 基圓直徑（mm） 31 57.79 146.59 齒頂高（mm） 1.5 1.5 1.5 齒根高（mm） 1.875 1.875 1.875 齒全高（mm） 3.375 3.375 3.375 齒頂圓直徑（mm） 36 64.5 153 （） 齒根圓直徑（mm） 29.25 57.75 159.75 （） 齒距（mm） 4.71 4.71 4.71 齒厚（mm） 2.36 2.36 2.36 齒槽寬（mm） 2.36 2.36 2.36 頂隙（mm） 0.375 0.375 0.375 第一級(jí)行星齒輪幾何尺寸的計(jì)算 由已知：za =22, zc =41, zb =104，m=1.25，=20和取=0.25，=1 表6：齒輪傳動(dòng)幾何尺寸的計(jì)算 項(xiàng)目 計(jì)算公式 太陽(yáng)輪 周轉(zhuǎn)輪 內(nèi)齒輪 分度圓直徑（mm） 27.5 51.25 130 基圓直徑（mm） 25.84 48.16 122.16 齒頂高（mm） 1.25 1.25 1.25 齒根高（mm） 1.56 1.56 1.56 齒全高（mm） 2.81 2.81 2.81 齒頂圓直徑（mm） 30 53.75 127.5 （） 齒根圓直徑（mm） 24.38 48.13 133.12 （） 齒距（mm） 3.93 3.93 3.93 齒厚（mm） 1.96 1.96 1.96 齒槽寬（mm） 1.96 1.96 1.96 頂隙（mm） 0.31 0.31 0.31 3.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.5.1輸入軸的計(jì)算 在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常是只按軸所受的扭矩來(lái)初步估算軸徑。對(duì)于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。軸的材料選擇45鋼，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 式中： ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa; ——軸所受的扭矩，Nmm; ——軸的抗扭截面系數(shù)，; ——軸的轉(zhuǎn)數(shù) r/min; ——軸傳遞的功率 kW; ——計(jì)算截面處軸的直徑，mm; ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa，見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課本表15-3 由上式可得軸的直徑 式中，，按上式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3。取，于是得 為了與電機(jī)相匹配，取輸入軸尺寸為14mm。 3.5.2輸出軸的計(jì)算 軸的材料選擇45鋼，同理，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3。取由上節(jié)公式可得軸的最小直徑 考慮尺寸要求，取輸出軸的尺寸為55mm。 3.5.2第四級(jí)行星軸的計(jì)算 第四級(jí)行星排輸出扭矩為484.6Nm，由于有3個(gè)行星輪，故每個(gè)行星輪承擔(dān)： 根據(jù): 其中，F(xiàn)為行星軸的受力，L為行星軸與太陽(yáng)輪中心的距離。 根據(jù)設(shè)計(jì)： ，故： 由于行星輪兩端支撐較近，其因受力而產(chǎn)生的彎矩可忽略不計(jì)，故只需對(duì)行星軸進(jìn)行剪切強(qiáng)度計(jì)算。 行星輪軸受力簡(jiǎn)圖如下： 其F1為行星輪對(duì)行星軸的作用力，F(xiàn)2為行星架的支反力，很明顯可以看出，F(xiàn)2= 0.5F1=1.045KN。 行星輪軸所受的剪應(yīng)力為： 代入數(shù)據(jù)得： 行星軸材料為45鋼，屈服極限為355MPa，故此軸完全滿足強(qiáng)度要求。據(jù)此，不再對(duì)其他行星軸進(jìn)行計(jì)算，其尺寸按照整體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。