交叉轴输出可控启动装置设计.rar

摘 要CST 是一种新型机电一体化产品，它由多级齿轮减速器、湿式线形离合器、液压控制系统组成。它是专门为平滑启动运送大惯性载荷，如长距离、大运量的皮带输送机而设计的。CST 的输出扭矩由液压控制系统控制，它随着离合器上所加的液压压力而变化。其主输出机构采用的是行星传动机构，输入机构采用的是直角锥齿轮传动。行星轮系减速器相较普通齿轮减速器具有体积小、重量轻、效率高及传递功率范围大等优点，逐渐获得广泛应用，因此特别适用于盾构机这种对于安装空间要求严，需要高传动比和传动效率的减速机。但是行星减速要机同时也因为所要的优质的加工材料、复杂的结构组成、高精度的加工制造要求、较高的安装较精度、以及设计过程中复杂的计算而造成其材料，加工以及设计成本都远远高于其他普通的减速机。但随着人们对行星传动技术进一步的深入地了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高，完全可以制造出较好的行星齿轮传动减速器。本次设计主要是根据给定的参数来完成行星减速机和直角锥齿轮传动的结构的设计，并完各级行星和太阳轮以及传动轴的设计和计算，然后根据负载情况进行一般的齿轮强度、几何尺寸的设计计算，然后要进行传动比条件、同心条件、装配条件、相邻条件的设计计算，由于采用的是多个行星轮传动，还必须进行均载机构及浮动量的设计计算。最后利用 SolidWorks 三维软件完成整个减速机的三维模型地 建立，并利用其有限元分析功能对传动轴进行应力分析，校核其强度。关键词：关键词：，行星减速机，太阳轮，行星轮；锥齿轮；浮动量AbstractCST is a new mechatronics product,which is composed of multistage gear reducer,wet linear clutch and hydraulic control system.It is specially designed for the smooth start of transporting large inertial loads,such as long distance,large volume belt conveyors.The output torque of the CST is controlled by the hydraulic control system,which varies with the hydraulic pressure applied to the clutch.The main output mechanism is a planetary transmission mechanism,and the input mechanism is a right Angle bevel gear transmission.Compared with the ordinary gear reducer,the planetary gear reducer has the advantages of small size,light weight,high efficiency and large transmission power range,and has gradually been widely used,so it is especially suitable for the shield machine,which requires strict installation space and high transmission ratio and transmission efficiency.However,the planetary reducer is also due to the high quality processing materials,complex structural composition,high-precision processing and manufacturing requirements,higher installation accuracy,and complex calculations in the design process,resulting in its materials,processing and design costs are much higher than other ordinary reducers.However,with the further understanding and mastery of planetary transmission technology and the introduction and digestion and absorption of foreign planetary transmission technology,so that its transmission structure and load sharing mode are constantly improved,while the production process level is constantly improving,it is completely possible to produce a better planetary gear drive reducer.This design is mainly based on the given parameters to complete the design of planetary reducer and right Angle bevel gear transmission structure,and complete the design and calculation of all levels of planetary and solar wheels and transmission shafts,and then according to the load conditions for general gear strength,geometric size design calculation,and then to carry out the transmission ratio conditions,concentric conditions,assembly conditions,adjacent conditions design calculation,Because of the use of multiple planetary wheel transmission,it is necessary to carry out the design calculation of load sharing mechanism and floating quantity.Finally,SolidWorks 3D software is used to complete the three-dimensional model of the whole reducer,and its finite element analysis function is used to analyze the stress of the drive shaft and check its strength.Key words:planetary reducer,Sun wheel,planetary wheel;Bevel gear;Floating quantity目 录摘 要.1Abstract.2第一章 绪 论.51.1 研究课题的背景和意义.51.2 研究课题的国内外发展状况.61.2.1 研究课题的国内发展状况.61.2.2 研究课题的国外发展状况.7第二章 整体方案的确定.82.1 可控启动传输装置的结构形式.82.2 行星机构的类型选择.92.2.1 行星减速机的结构组成和原理.92.2.2 行星减速机的种类.102.2.3 行星齿轮传动类型的确定.12第三章 传动系统的设计.133.1 行星齿轮的设计与计算.133.1.1 总的传动效率的计算.133.1.2 配齿的计算.144.1.5 内齿轮的设计.234.15 行星齿轮设计.244.2 行星轴的设计计算.244.2.1 初算轴的最小直径.254.2.2 输入轴设计.294.2.3 输出轴设计.304.3 星齿轮传动强度计算及校核.334.4 行星轮架与输出轴间传动的设计.374.5 行星架的设计.39第四章 输入机构的设计.414.1 锥齿轮参数的计算.414.2 锥齿轮的强度校核.42第五章 螺栓预紧力矩及强度计算.445.1.输入轴螺纹联接强度计算.445.2.输出轴联接螺纹强度计算.45第六章 液压系统设计.476.1 CST 液压系统的作用.476.2 冷却系统.476.3 润滑系统.486.4 离合器控制系统.496.5 液压原理图个液压元件的选型.50总 结.52参考文献.53致 谢.55第一章 绪 论1.1 研究课题的背景和意义随着现代工业的发展，长距离、高带速、大运量的带式输送机成为了散状物料连续运输的主要设备。国内外输送线长度和单机长度不断增加，对输送机的性能要求也越来越高。传统的驱动系统往往难以满足长距离、高带速、大运量带式输送机的启动、停车和运行过程中的加、减速度、验带、过载、功率平衡等要求。因此，需要一种新型的驱动系统来解决这些问题。CST 可控启动传输装置作为一种新型的驱动系统，具有软启动、软停车、运行调节等功能，能够实现对带式输送机的精确控制，满足现代工业对输送设备的高性能要求。CST 可控启动传输装置的应用可以大幅度提高带式输送机的稳定性、可靠性和可控启动性能。通过高精度调整、变速运行和实时控制起动加速度等方式，可以实现对输送设备的精确控制，提高输送设备的运行效率和使用寿命。CST 可控启动传输装置采用软启动和软停车技术，可以降低电机的峰值扭矩要求，减少滚筒和胶带之间可能出现的打滑，降低胶带的拉应力、振动以及所有非驱动滚筒和结构上的冲击性负载。这些都可以降低能耗和成本，提高经济效益。CST 可控启动传输装置不仅适用于煤炭或金属矿石的长距离、大惯性载荷皮带运输机，还适用于一些复杂作业环境下的冶金、化工、建筑等一系列需要电控设备的行业中。因此，对 CST 可控启动传输装置的研究可以拓展其应用领域，推动相关行业的发展。对 CST 可控启动传输装置的研究可以推动相关技术的进步和创新。例如，通过优化 CST 控制系统的设计，可以进一步提高其性能和可靠性；通过开发新型的CST 驱动装置，可以满足更多不同工况下的需求。这些都可以推动相关技术的不断发展和创新。总之，CST 可控启动传输装置的研究具有重要的理论和实践意义，可以为现代工业的发展提供有力的支持。1.2 研究课题的国内外发展状况1.2.1 研究课题的国内发展状况国内对 CST 装置的研究起步较晚，但近年来通过引进国外先进技术并进行消化吸收，已经取得了显著进展。国内一些知名企业开始涉足 CST 装置的研发和生产，并逐步形成了自己的技术体系。在引进国外技术的基础上，国内企业不断进行技术创新和研发，推出了一系列具有自主知识产权的 CST 装置产品。这些产品在性能、可靠性、使用寿命等方面都有了显著提升，并逐步获得了市场的认可。随着国内 CST 装置技术的不断进步和应用领域的拓展，其已经不仅限于煤炭、金属矿石等行业的长距离带式输送机系统，还开始应用于建筑、港口等其他需要高精度控制的领域。在国内多个项目中，CST 装置都得到了成功应用。在我国某煤行业业的长距离带式输送机系统采用了 CST 装置进行驱动和控制，实现了对输送机的精确控制和平稳运行，提高了生产效率和安全性。同时，该装置还具备节能、降耗等优点，为企业带来了显著的经济效益。国内外带式输送机在关键技术上的差距主要体现在动态分析及监测技术以及可靠的软启动技术及功率均衡技术。据研究表明，影响我国带式输送机发展的关键技术就在于带式输送机的动态监测和设计技术。由于在设计时采用的是刚性理论，而实际上输送带是黏性弹体。因此根据刚性理论设计的带式输送机的安全系数和可靠性就相对差一些。为了在启动过程中减小带式输送机的动张力，一般都采用软启动的方式。20 世纪 90 年代，在引进国外先进技术的基础上，我国的带式输送机向长距离、高带速以及大功率和大运量的方向发展。虽然，我国现有的带式输送机已基本满足目前的使用需求，但是仍然与国外的输送机有一定的差距目前，我国主要采用调速型液力耦合器来实现输送机的软启动和功率平衡。但是，液力耦合器的使用很难满足输送机的精度要求。国外采用比例阀及控制系统来完成输送机的软启动。1.2.2 研究课题的国外发展状况CST 可控启动传输装置最初是由国外公司开发并投入使用的，其技术起源可追溯到上世纪末。随着工业技术的不断进步，CST 装置在国外的设计、制造和应用都得到了快速发展。国外 CST 装置通常具备较高的技术水平，能够实现对带式输送机的精确控制，满足长距离、高带速、大运量等复杂工况下的需求。同时，其软启动、软停车和调速功能也得到了广泛认可和应用。国外 CST 装置广泛应用于煤炭、金属矿石、冶金、化工等领域的长距离带式输送机系统中，为这些行业的生产运输提供了可靠保障。美 国 道 奇(DODGE)公 司 制 造 的 可 控 起 动 传 输 系 统(CONTROLLED STARTTRANS-MISSION SYSTEM，以下简称 CST 系统)是 80 年代初研制的机械减速与液压控制相结合的软特性可控传输系统，它具有优良的起动、停车、调速和功率平衡性能，是重型刮板输送机和长大带式输送机上较理想的动力传输装置。国外的带式输送机向运输距离长，运输质量大以及传动速度快等特点方向发展，而且为了进一步提高带式输送机运行过程中的可靠性和稳定性，目前对带式输送机的研究重点落在了对带式输送机的动态分析和监控上。总的来说，国外带式输送机使用的相关技术主要表现为:1)为了适应现在高生产高效率的生产模式，国外带式输送机的技术参数逐步向大型化的方向发展，以此能够满足每年 300500t 的生产量。2)为了进一步提高带式输送机的运输能力及其稳定性，提高设备的性能。国外将动态分析技术机电一体化技术以及计算机监测技术应用于带式输送机上，并在此基础上应用了大功率软启动技术和自动张紧技术，从而大大提高了对带式输送机的启动性能和动态监控能力。3)为了提高带式输送机设备的通用性和驱动设备的可靠性，在带式输送机上采用了多机驱动技术、中间驱动技术以及变向运行的技术。4)随着科技的进步在输送机上也采用了相关的新型的、可靠的关键技术。比如在输送机上安装有各种大功率的驱动装置和调速装置等，具有代表性的为 CST 软启动装置。第二章 整体方案的确定 2.1 可控启动传输装置的结构形式CST 是 Controlled Starting Transmission 的缩写，中文名称为可控起动传输装置。可控起动传输装置(CST)是一个由多级齿轮减速器加上湿式离合器及液压控制组成的系统。它是专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的。CST 的输出扭矩是由液压控制系统控制的，它随着离合器上所加的液压压力而变化。一条皮带机可以由一台电机及一台 CST 驱动，也可以由多台电机及多台 CST驱动。驱动电机在负载（皮带机）起动之前启动，此时 CST 的输出轴保持不动，当驱动电机达到满转速时，控制系统逐渐增加到每台 CST 离合器上的液压压力，起动皮带机并逐渐加速到满速度。这使得皮带机在被加速至满速度之前有一个缓慢而均匀的预拉伸过程。加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。启动时驱动电机可以按顺序空载启动，所以电机的冲击电流非常小。由于驱动电机可以根据运行负载进行选择而不必根据起动负载选择，所以 CST 驱动系统可以选用功率较小的电机。同样 CST 也可以像控制皮带机的起动那样控制皮带机的停车，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。也可以在 CST 输入轴上加一个大的飞轮，虽然在大多数的系统中不需要，但是在某些情况下系统需要安装飞轮来降低对皮带的动态冲击。当一驱动系统中有多台 CST 时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载。合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。功率平衡是通过保持控制每台 CST 离合器的压力，并允许一台或几台 CST 的离合器进行轻微打滑来实现的。皮带正常运行时，根据系统中各 CST 的功率平衡要求，每台 CST 的离合器或者保持少量打滑状态，或者维持压力以无打滑方式输出所要求的扭矩，但系统中任何负载的增加都将引起离合器打滑，这种情况被称为“软锁定”。当离合器被软锁定时，任何的瞬间的过载或冲击载荷都将引起离合器的打滑，这样驱动系统的所有部件，包括联轴器、轴承和齿轮等都将在冲击或过载时受到保护，从而延长其使用寿命。2.2 行星机构的类型选择2.2.1 行星减速机的结构组成和原理行星减速机主要由太阳轮（外齿圈），行星齿轮，输入轴，输出轴，、轴承、箱体等组成。箱体必须有足够的刚度，为保证箱体的刚度及散热，常在箱体外壁上制有加强肋。为方便减速器的制造、装配及使用，还在减速器上设置一系列附件，如检查孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。减速器的传动比是固定的，但在工程实际中，有些工作机往往需要在几种不同的转速下工作，这就需要根据使用要求在工作中随时调整原动机与工作机之间的传动比，其结构如图 2-1 所示：图 2-1 行星减速机结构2.2.2 行星减速机的种类行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。行星齿轮传动的主要特点如下：（1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的5121（即在承受相同的载荷条件下）。（2）传动效率高。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达 0.970，99。（3）传动比较大。可以实现运动的合成与分解。只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。最常见的行星齿轮传动机构是 NGW 型行星传动机构。行星齿轮传动的型式可按两种方式划分：按齿轮啮合方式不同分有 NGW、NW、NN、WW、NGWN 和 N 等类型。按基本结构的组成情况不同有 2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X 等类型。表 2-1 常用行星齿轮传动的传动类型及其特点性能参数传动形式传动比效率最大功率/kW特点NGW（2Z-X 负号机构）BAXi=1.1313.7 推荐 2.89效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递公路范围大，轴向尺寸小，可用于各个工作条件，在机械传动中应用最广。单级传动比范围较小，耳机和三级传动均广泛应用NW（2Z-X负 号 机构）BAXi=150推 荐7210.970.99不限效率高，径向尺寸比 NGW 型小，传动比范围较 NGW 型大，可用于各种工作条件。但双联行星齿轮制造、安装较复杂，故|BAXi|7 时不宜采用NN（2Z-X负 号 机构）推荐值：BXEi=830效率较低，一般为0.70.840传动比打，效率较低，适用于短期工作传动。当行星架 X从动时，传动比|i|大于某一值后，机构将发生自锁WW（2Z-X负 号 机构）BXAi=1.2数千|BXAi|=1.25 时，效率可达0.90.7，i5 以后.随|i|增加徒降20传动比范围大，但外形尺寸及重量较大，效率很低，制造困难，一般不用与动力传动。运动精度低也不用于分度机构。当行星架 X 从动时，|i|从某一数值起会发生自锁。常用作差速器；其传动比取值为XABi=1.83，最佳值为 2，此时效率可达 0.9NGW（）型（3Z）小功率传动BAEi500；推荐：BAEi=201000.80.9 随BAEi增加而下降短期工作120，长期 工 作10结构紧凑，体积小，传动比范围大，但效率低于 NGW 型，工艺性差，适用于中小功率功率或短期工作。若中心轮 A 输出，当|i|大于某一数值时会发生自锁NGWN（）型（3Z）BAEi=60500 推荐：BAEi=64300.70.84 随bAEi增加而下降短期工作120，长结构更紧凑，制造，安装比上列型传动方便。由于采用0期 工 作10单齿圈行星轮，需角度变为才能满足同心条件。效率较低，宜用于短期工作。传动自锁情况同上2.2.3 行星齿轮传动类型的确定根据设计要求：连续运转、传动比小、结构紧凑和外廓尺寸较小。根据表 2-1中传动类型的工作特点可知，2Z-X(A)型效率高，体积小，机构简单，制造方便。适用于任何工况下的大小功率的传动，且广泛地应用于动力及辅助传动中，工作制度不限。本设计选用的行星传动较合理，其传动简图如图 2-2 所示。图 2-2 行星传动机构简图第三章 传动系统的设计3.1 行星齿轮的设计与计算根据课题设计任务书给的原始资料可知，其满载转速为 1440min/rad，驱动电机的功率为w630KP，总的传动比为i=25.6.二级锥齿轮部分所分配的传动比为i=3，行星齿轮部分所分配的传动比为i=8.53。3.1.1 总的传动效率的计算总的传动效率的计算如下：24联轴器斜星齿轮锥齿轮总轴公式中：轴为轴承的传动效率，取值99.0轴。锥齿轮为锥齿轮的传动效率，取值96.0锥齿轮。斜齿轮为斜齿轮的传动效率，取值97.0斜齿轮。联轴器为联轴器的传动效率，取值99.0联轴器。将参数带入到上公式计算得：88.099.097.096.099.024总3.1.2 配齿的计算据 2Z-X(A)型行星传动的传动比pi值和按其配齿计算（见参考文献1）公式（3-27）公式（3-33）可求得内齿轮 b 和行星轮 c 的齿数bz和cz。现考虑到行星齿轮传动的外廓尺寸较小，故选择中心轮 a 的齿数az=14 和行星轮齿数pn=3.根据内齿轮：apbziz)1(1415.8）（bz=105 对内齿轮齿数进行圆整，同时考虑到安装条件，取108bz，此时实际的 p值与给定的 p 值稍有变化，但是必须控制在其传动比误差的范围内。实际传动比为：7.81410811abzzi其传动比误差：5.87.85.8ppiiii=2.35%由于外啮合采用角度变位的传动，行星轮 c 的齿数cz应按如下公式计算，即 cabczzzz2因为94abzz为偶数，故取齿数修正量为1cz。此时，通过角变位后，既不增大该行星传动的径向尺寸，又可以改善 a-c 啮合齿轮副的传动性能。故 cz=461-241-081在考虑到安装条件因此取47cz初算中心距和模数1.齿轮材料、热处理工艺及制造工艺的选定太阳轮和行星轮材料为 20GrMnTi，表面渗碳淬火处理，表面硬度为 57 61HRC。试验齿轮齿面接触疲劳极限limH=1591Mpa。试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮limF=485Mpa。行星轮limF=4850.7Mpa=339.5Mpa(对称载荷)。齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为 6 级。内齿圈材料为 38GrMoAlA，淡化处理，表面硬度为 973HV。试验齿轮的接触疲劳极限limH=1282Mpa验齿轮的弯曲疲劳极限limF=370MPa齿形的终加工为插齿，精度为 7 级。2.减速器的名义输出转速2n由:i=21nn 得：2n=in1=5.81440minr=169.4minr 3.载荷不均衡系数PK采用太阳轮浮动的均载机构，取15.1PPFHKK。4.齿轮模数m和中心距 a首先计算太阳轮分度圆直径：3lim21a1duukkkTKHdHHPAtd公式中：u一齿数比为：36.31447AK一使用系数为 1.25；tdK一算式系数为 768；HK一综合系数为 2；1T一太阳轮单个齿传递的转矩。ppannPnTT1119549=985.0144036409549mN=1394.45mN公式中 高速级行星齿轮传动效率，取=0.985d齿宽系数暂取adb=0.5limH=1450Mpa将参数带入到上述公式得：3lim21a1duukkkTKHdHHPAtd32a76.1)136.3(15915.06.115.125.145.1394768d =156.52mm模数:m=18.111452.156aazd则 mmzzmaca)4714(1221)(210 =366mm取 mma37812366取:m=121）各级齿轮分度圆直径 d根据圆柱齿轮分度圆计算公式：d=mz公式中：m-为各个齿轮的模数，根据参数表 2-1 可知 m=12 z-为各级齿轮的齿数，14az,108bz,47cz。将参数代入上式可得各级齿轮的分度圆为：ad=1214=168mmbd=12108=1296mmcd=1247=564mm2)齿顶圆直径ad齿顶高ah：外啮合1ah=*ahm=m=12内啮合：2ah=（*ah-*ah）m=(12-7.55/2z)12=10.272aad=aad+2ah=168+24=192mmabd=abd+2ah=564+24=588mmacd=cad+2ah=1296+20.5=1316.5mm3)齿根圆直径fd齿根高fh=（*ah+*c）m=1.2512=15fad=aad-fh=168-30=138mmfbd=abd-fh=564-30=534mmfcd=acd-fh=1296-30=1266mm4）齿宽 b齿宽:8414125.0dbd 根据安装设计需要取;mmb2505)中心距 a对于不变位或高变位的啮合传动，因其节圆与分度圆相重合，则啮合齿轮副的中心距为：1、ac 为外啮合齿轮副1aga=m/2(az+cz)=12/2(14+47)=366mm2、bc 为内啮合齿轮副1bga=m/2(bz-cz)=12/2(108-47)=366mm4.1.3 几何尺寸计算1.计算变位系数(1)a-c 传动啮合角ac因 20cos378366coscos0aaac =0.94808201所以：ac=“543920变位系数和：2tan)(invinvzzxacca =（14+47）20tan220543920invinv =1.481图 3-1 选择变位系数线图根据线图法，通过查找线图 3-1中心距变动系数 y：y=123663780maa=1齿顶降低系数y：481.01481.1yxy分配边位系数：根据线图法，通过查找线图 3-1得到边位系数：549.0ax 则 932.05490.0481.1acxxx(2)c-b 传动由于内啮合的两个齿轮采用的是高度变位齿轮，所以有0bcxxx从而：932.0cbxx且 aa 0y 0y2.几何尺寸计算结果对于单级的 2Z-X(A)型的行星齿轮传动按公式进行几何尺寸的计算，各齿轮副的计算结果如下表 4-1 所示：表 4-1 各齿轮副的几何尺寸的计算结果项目 计算公式a-c 齿轮副b-c 齿轮副分度 圆 直径d111zmd 222zmd 16814121d56447122d56412471d1296108122d基圆 直 径bdcos11ddbcos22ddb86.15720cos851bd96.52920cos5642bd96.5291bd78.121720cos12962bd齿外啮合)(211yxhmddaaa)(222yxhmddcaa632.1931ad824.5982ad顶 圆 直径ad内啮合)(2*11yxhmddcaa)(222yxhmddbaa824.5981ad088.12382ad外啮合)(2*11aafxchmdd)(2*22cafxchmdd976.1551fd168.5612fd齿根 圆 直径fd内啮合)(2*11cafxchmdd)(222bafxchmdd168.5611fd168.12932fd注：齿顶高系数：太阳轮、行星轮1ah，内齿轮8.0ah；顶隙系数：内齿轮25.0c 按公式验算其邻接条件，即 pacacnadsin2已知行星轮 c 的齿顶圆的直径acd=598.824，366aca和3pn代入上式，则得598.82493.633176.2123sin5.1222mm满足邻接条件 同心条件按公式对于角变位有coscosbccbaccazzzz已知14az 47cz 108bz，543925ac 20bc代入上式得 20cos47108543920cos4714=64.894 满足同心条件4.1.4 安装条件按公式验证其安装条件，即得Cnzzpba将 14az 47bz 3pn 代入该式验证得 33.2034714 满足安装条件啮合要素的验算1.a-c 传动端面重合度a（1）顶圆齿形曲率半径a22)2()2(baadd太阳轮：221)286.157()2632.193(a=56.07mm行星：222)296.529()2824.598(a=139.4mm（2）端面啮合长度ag)sin(21taaaag式中：“”号正号为外啮合，负号为内啮合；t端面节圆啮合角。直齿轮：t=ac=543925则：mmga)543925sin3664.13907.56(=66.83mm（3）端面重合度：20cos567.18)cos/(costnaamg =1.889.bc 端面重合度a（1）顶圆齿形曲率半径a22)2()2(baadd行星轮1a由上面计算得，1a=56.07mm内齿轮：222)278.1217()2088.1238(amm =111.66mm（2）端面啮合长度ag21sintaaaag=20sin3664.13966.111mm=102.2mm（3）端面重合度)cos/(costnaaamg=20cos1214.325.14=0.4024.1.5 内齿轮的设计内齿轮固定方式采用的是通过螺栓侧固定在箱体上的方式，该方式安装方便，便于维修，并且可以尽可能的减少齿圈的厚度以及外径，从而减少整个机构的结构尺寸，其结构用如下图 3-2 所示：图 3-2 内齿圈结构图 4.15 行星齿轮设计行星齿轮采用带有内孔结构，它的齿宽应该加大，以保证该行星齿轮与中心齿轮的啮合良好，同时还应保证其与内齿轮和行星齿轮 c 相啮合。在每个行星齿轮的内孔中，可安装两个圆柱滚子轴承 NH2240E 来支撑着，其结构如下图 3-3所示 图 3-3 行星轮结构图 4.2 行星轴的设计计算行星齿轮减速器具有一系列显著的结构特点，这些特点使得它在各种应用场合中表现出色。以下是行星齿轮减速器的主要结构特点：1、行星轮系结构：行星齿轮减速器采用了行星轮系结构，这种结构由行星轮、太阳轮和内齿圈等组成。行星轮在太阳轮和内齿圈之间转动，以传递动力。这种结构具有高刚性、高精度、低噪音和高承载能力等特点。2、模块化设计：行星齿轮减速器采用了模块化设计，使得其安装简单，维护方便。太阳轮和内齿圈均采用分体式设计，便于互换和组合使用。这种设计使得减速器能够根据不同的应用需求进行灵活配置。3、高承载能力：行星齿轮减速器的行星轮系结构具有高承载能力，能够承受较大的外部载荷。同时，太阳轮和内齿圈均采用优质合金材料制造，具有较高的强度和耐磨性。4、高精度控制：行星齿轮减速器采用先进的加工设备和制造工艺，保证了各部件之间的精度和配合。这种高精度控制使得行星齿轮减速器具有高传动精度和高响应速度的特点。5、多种输入输出方式：行星齿轮减速器具有多种输入输出方式，包括同心轴输入、斜齿轮输入、锥齿轮-斜齿轮输入、锥齿轮输入等输入方式，以及内花键式、空心轴缩盘式、外花键式、实心轴平键等输出方式。这些输入输出方式使得减速器能够适应不同的安装和动力传输需求。6、适应性强：行星齿轮减速器采用渐开线行星齿轮传动，合理利用内外啮合和功率分流，使得其具有重量轻、体积小、传动比范围大、效率高、运行平稳、噪音低、适应性强等特点。总之，行星齿轮减速器的结构特点使得它在各种应用场合中表现出色，特别是在需要高精度、高承载能力、高效率和平稳运行的场合中，更是具有不可替代的优势。行星轮轴承安装在行星轮内，行星轴固定在行星架的行星轮轴孔中；输出轴和行星架通过键联接其支承轴承在减速器壳体内，太阳轮通过双联齿轮联轴器与高速轴联接，以实现太阳轮浮动。太阳轮浮动原理如图 3-2 所示：图 3-2 太阳轮浮动原理4.2.1 初算轴的最小直径根据之前章节计算可知太阳轮所受到的扭矩如下：ppannPnTT1119549=985.0144036409549mN=1394.45mN在相对运动中，每个行星轮轴承受稳定载荷NFt4.3820365.045.1394，当行星轮相对于行星架对称布置时，载荷tF则作用在轴跨距的中间。取行星轮与行星架之间的间隙取值为mm752，则跨距长度mmbl4001502502220。当行星轮轴在转臂中的配合选为 H7/h6 时，就可以把它看成是具有跨距为0l的双支点梁。当轴较短时，两个轴承几乎紧紧地靠着，因此，可以认为轴是沿着整个跨度承受均布载荷0/lFqt，行星轮轴的受力载荷如下图 3-3 所示。图 3-3 行星轮轴的载荷简图危险截面（在跨度中间）内的弯矩：84004.382088020lFqlMtNmm=191020.55Nmm行星轮轴采用 40Cr 钢,调质440sMPa，考虑到可能的冲击振动，取安全系数5.2S;则许用弯曲应力)5.2/440(/sbSMPa=176MPa,故行星轮轴直径：mmmmMdb3.2217655.1910203232330取：mmd3.220其实际尺寸将在选择轴承时最后确定。2.选择行星轮轴轴承在行星轮内安装两个轴承，每个轴承上的径向载荷rF220tan4.3820220tantrFFN =695.3N在相对运动中，轴承外圈以转速47141440caHaHczznnminr=428.94minr圆柱滚子轴承作为一种常见的轴承类型，滚子轴承以其高承载能力、良好的运动性能、长寿命和耐用性、易于安装和维护以及广泛的适用性等优点，在工业领域中发挥着重要作用滚子轴承的设计允许其承受较大的径向和轴向载荷。由于滚动体与滚道之间的接触面积相对较大，并且滚动摩擦系数较低，因此滚子轴承能够传递更高的负载而不会产生过度的磨损或变形。滚子轴承的滚动体（如滚珠或滚柱）在滚道上滚动时，摩擦阻力相对较小，使得轴承能够轻松实现高速、高精度的旋转运动。这种优良的运动性能对于需要精确控制和快速响应的机械设备至关重要。滚子轴承通常采用高强度、耐磨的材料制成，如轴承钢、不锈钢或陶瓷等。这些材料具有优异的抗疲劳、抗磨损和耐腐蚀性能，能够确保轴承在恶劣的工作环境下长时间稳定运行。此外，滚子轴承的密封设计也能有效防止污染物和水分进入轴承内部，从而延长其使用寿命。滚子轴承通常具有标准化的尺寸和接口，使得安装过程相对简单快捷。同时，由于其结构相对简单，维护人员可以轻松地检查、清洁和更换磨损的部件，从而降低维护成本和停机时间。本次课题的输入功率为 630Kw，属于超大功率，超大扭矩的传动，因此本次设计的行星轮的轴承选用滚子轴承。考虑到行星轮轴的直径mmd3.220，以及安装在行星轮体内的轴承，其外廓尺寸将受到限制，故初步选用圆柱滚子轴承 NH2240E，其参数为：mmd200 mmD360 mmB6.117rC=187000N rC0=570000N limn=22000minr（油浴）；取载荷系数 2.1pf；当量动载荷 3.6952.1rpFfPN=834.36N;轴承的寿命计算 3306)1937570000(64.463187000