渐开线少齿差行星齿轮传动的设计理论及其研究(1)

渐开线少齿差行星齿轮传动的设计理论及其研究四川大学锦江学院机械工程系学生：魏金霖指导教师：牟柳晨【摘要】齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。

其中行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点。

行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。

它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中，这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。

在起重运输、石油化工、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、航空等领域均得到了广泛的应用。

本文将以渐开线少齿差行星齿轮减速器为例，根据目前国内外发展现状，分析渐开线少齿差行星齿轮传动的优缺点，以及对其传动原理进行一定点阐述。

在设计过程中对内啮合传动所产生的各种干涉进行详细的分析和验算，以提高传动效率、精度以及提高其使用寿命为出发点，来选择减速器齿轮的模数等参数，进行渐开线少齿差内齿轮副的设计计算，从而最终合理的设计出渐开线少齿差行星齿轮减速器结构。

【关键词】渐开线少齿差行星齿轮目录绪论 (1)1.概述 (1)1.1渐开线少齿差行星齿轮减速器的优缺点 (2)1.2少齿差行星减速器的结构型式 (2)1.2.1N 型少齿差行星减速器 (3)1.2.2NN 型少齿差行星减速器 (4)1.3国内外研究状况 (6)1.4发展趋势 (6)1.5选题意义及设计任务 (6)1.5.1选题意义 (6)1.5.2设计任务 (7)2.减速器结构型式选择 (7)2.1减速器的选型 (7)3.减速器的内齿轮和外齿轮的参数确定 (8)3.1齿轮齿数确定 (8)3.2主要零件材质和齿轮精度 (9)3.3 啮合角及变位系数确定 (9)3.3.1确定啮合角'α和内齿轮变位系数b x 及外齿轮变位系数c x (9)3.3.2取c x 的初始值(0)c x =0，计算几何尺寸及参数 (10)3.3.3计算四个偏导数 (11)3.4 计算(1)c x 、(1)b x 及相应的'α (13)4.几何尺寸计算及主要限制条件检查 (14)4.1切削内齿轮插齿刀的选择 (14)4.1.1径向切齿干涉 (14)4.1.2插齿啮合角'0b α (15)4.2切削内齿轮的其他限制条件检查 (16)4.2.1展成顶切干涉 (16)4.2.2齿顶必须是渐开线 (16)4.3切削外齿轮的限制条件检查 (16)4.4内啮合其他限制条件检查 (16)4.4.1渐开线干涉 (16)4.4.2外齿轮齿顶与内齿轮齿根过度曲线干涉 (16)4.4.3内齿轮齿顶与外齿轮齿根过渡曲线干涉 (17)4.4.4顶隙检查 (17)5.强度计算 (19)5.1转臂轴承寿命计算 (19)5.2销轴受力 (20)5.3销轴的弯曲应力 (21)5.4几何尺寸的确定 (21)5.5销套与浮动盘平面的接触应力 (21)6.效率计算 (22)6.1啮合效率 (22)6.1.1一对内啮合齿轮的效率 (22)6.1.2行星机构的啮合效率 (22)6.2输出机构的效率 (22)6.3转臂轴承效率 (23)6.4总效率 (23)7.轴的相关设计 (23)7.1轴的材料选择 (24)7.2轴的机构设计 (24)7.2.1输入偏心轴的结构设计 (25)7.2.2输出轴的机构设计 (25)7.2.3选择轴的材料及热处理方式 (26)7.2.4计算轴的最小轴径 (26)7.2.5计算轴上的转矩和齿轮作用力 (27)8．箱体与附件的设计 (27)8.1减速器箱体的基本知识简介 (27)8.2减速器箱体材料和尺寸的确定 (29)8.3减速器附件的设计 (29)8.3.1 配重设计 (29)8.3.2 减速器附件设计 (30)参考文献 (32)附录 (33)致谢 (34)绪论齿轮的发展史几乎与人类的文明同步，早在西元前2000年左右，中外历史上就已经有了使用齿轮的记载。

虽说齿轮传动机构是人类传动机构中古老的一员，但是直到十七世纪后半叶才有了齿轮齿形的理论研究，而且加工效率低，多采用成形铣刀铣削轮齿的加工方法。

直到十九世纪末，齿轮的加工技术才有所突破。

如今齿轮的齿形种类颇多，这是在1900年以前对齿轮工作者很难想象的。

世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。

行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，早在南北朝时代，祖冲之就发明了有行星齿轮的差动式指南车。

然而，自20世纪60年代以来，我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。

无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。

近几十年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展。

1 概述随着现代工业的高速发展，机械化和自动化水平的不断提高各工业部门需要大量减速器，并要求减速器向体积小，重量轻，传动比范围大，效率高，承载能力大，运转可靠以及寿命长等。

减速器的种类虽多，但普通的圆柱齿轮减速器的体积大，结构笨重；普通的涡轮减速器在大的传动比时，效率较低；摆线针轮行星齿轮减速器虽能满足以上提出的要求，但成本较高，需要专用设备制造；而渐开线少齿差行星齿轮减速器不但基本上能满足以上提出的要求，并可以用通用刀具在插齿机上加工，因而成本较低。

能适应特种条件下的工作，在国防，冶金，矿山，化工，纺织，食品，轻工，仪表制造，起重运输及建筑工程等工业部门中取得广泛的应用。

1.1 渐开线少齿差行星齿轮减速器的优缺点渐开线少齿差行星齿轮减速器具有以下优点：1.结构紧凑、体积小、重量轻。

由于采用内啮合行星传动，所以结构紧凑；当传动比相等时，与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比，体积和重量均可减少1/3～2/3。

1.传动比范围大 N型一级减速器的传动比为10～100以上，二级串联的减速器，传动比可达10000以上；三级串联的减速器，传动比可达百万以上。

NN型一级减速器的传动比为100～1000以上。

2.效率高 N型一级减速器的传动比为10～100时，效率为80%~94%;NN型当传动比为10～200时，效率为70～93%。

效率随着传动比的增加而降低。

3.运转平稳、噪音小、承载能力大由于内啮合传动，两啮合齿轮一为凹齿，一为凸齿，两齿顶曲率中心在同一方向。

曲率半径接近相等，因此接触面积大，使齿轮的接触强度大为提高，又采用短齿制，轮齿的弯曲强度也提高了。

此外，少齿差传动时，不是一对轮齿啮合，而是3～9对轮齿同时接触受力，所以运转平稳，噪音小，并且在相同的模数的情况下，其传递力矩臂比普通圆周齿轮减速器大。

4.结构简单、加工方便、成本低；5.输入轴和输出轴在同一轴线上，安装和使用较为方便；6.运转可靠、使用寿命长。

尽管渐开线少齿差行星齿轮减速器有很多优点，但是也存在着一些缺点：1.计算较复杂当内齿轮与行星轮的齿差小于5时，容易产生各种干涉，为了尽量避免干涉，需采用变为齿轮，所以计算较复杂。

2.转臂轴承受力较大，寿命较短由于齿轮变位后啮合角较大，所以转臂轴承上径向载荷较大；并且轴承转速可能稍高于输入轴转速，所以转臂轴承受减速器薄弱环节，因而使高速轴传递的功率受限制。

3.有的结构需要加平衡块某些N型和NN型减速器，需要仔细地分析平衡，否则会引起较大的振动。

1.2 少齿差行星减速器的结构型式少齿差行星齿轮减速器常用的结构型式有N型和NN型两种。

1.2.1N型少齿差行星减速器N型少齿差行星传动，通常采用输出机构，把行星轮的回转运动传递给低速轴。

其转臂有但偏心和双偏心两种。

其常用的输出机构有五种类型，即销孔式、浮动盘式、滑块式、零齿差式和双曲柄式。

其中以销孔式应用最多，如图1-1。

图1-1 销孔式N型减速器浮动盘N型但偏心如图1-2。

图1-2双偏心浮动盘式如图1-3。

浮动盘式输出机构立体图如1-4。

图1-4图1-4是浮动盘输出机构的传动示意李立体图，在行星轮1上装有两个固定销（销上套有销套）、在输出轴5左端椭圆盘4上装有两个固定销（销上也套有销套）分别嵌入浮动盘3上相隔90 的4个槽中，槽的中线互相垂直，并通过浮动盘的中心。

利用销套把华东摩擦改为滚动摩擦，使摩擦损失减小，以便提高输出机构的效率。

此外，为了减少浮动盘的质量，吧浮动盘的四角去掉，这样可使离心力减小。

浮动盘式输出机构的特点：结构简单，装配方便，摩擦损失少，承载能力较大。

1.2.2NN型少齿差行星减速器NN型少齿差行星传动一般是由齿数差及模数均相同而齿数不同的两对内齿轮副组成。

行星轮是双联齿轮，其第二对齿轮中的一个齿轮的轴是低速轴。

图1-5如图1-5所示,四个主要组成部分：1.转臂输入轴1上做一个偏心轴颈，以构成转臂。

为了达到平衡，在偏心轴颈的两侧装有平衡块2.2.行星轮行星齿轮4和7相联结，安装在偏心轴颈上；为了减少摩擦，在行星齿轮与偏心轴颈间装有两个转臂轴承3.3.固定的内齿轮内齿轮5与机座6联接在一起，固定不动。

4．内齿轮输出内齿轮8与输出轴制成一整体，输出运动。

传动原理见图如图1-4所示，原理简述如下：当电动机带动偏心轴1转动时，由于内齿轮5与机壳6固定不动，迫使行星轮4绕内齿轮5做行星运动（既公转又自传）。

但由于行星齿轮与内齿轮的齿数差很小，所以行星齿轮绕偏心轴1中心作反向低速运动。

行星轮7与输出轴上的内齿轮8作行星运动，传出运动达到减速目的。

1.3国内外研究状况当内啮合的两渐开线齿轮齿数差很小时，极易产生各种干涉，因此在设计过程中选择齿轮几何参数的计算十分复杂。

世界上一些工业发达国家，如日本、英国、德国、美国、俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用、生产以及研究都非常重视，尤其在传动性能、传动效率、结构优化等方面均处于领先地位，并研究出了一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、微型行星齿轮传动、行星齿轮变速传动等已在现代化机械传动设备中获得了成功应用。

行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。

然而，自20世纪60年代以来，我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。

无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。

近20多年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展。