1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 伺服电机用小型行星减速器的设计 所在学院 专业班级 械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 齿轮传动是机械传动中最重要的，也是应用最广泛的一种机械传动型式。齿轮技术在一定程度上标志着机械工程技术的水平，被公认为是 工业和工业化的象征。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动 齿轮减速器是齿轮技术的一种非常广泛的应用，其结构简单，应用范围广等特点使其在加工制造、建筑、航空航天、 运输、工程机械、冶金、矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织 等行业有着普遍的使用。 行星减速器是一种用途广泛的工业
2、产品，其性能可与其它军品级行星减速器产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被应用于广泛的工业场合。 本文着重研究 NN 型 行星减速器的相关原理，完成 NN型星星减速器的 设计，设计过程包括行星减速器的测绘，行星减速器基本数据的计算和 数据验证，使用软件 AUTOCAD绘制 二维图，使用 solidworks 绘制 三维图以及进行零件的有限元分析。完成零件图纸的装配。 此次设计重点在于基本数据的计算选择和验证，零件图细节处理，零件装配的时图纸处理。 关键词： 齿轮、行星减速器、数据计算、图纸绘制、有限元分析 II Design of Gear Accurate Reducer in servo
3、motor Abstract Wheel gear is very important in mechanical drive,and Is the most widely used type of a mechanical transmission.Gear technology marks the level of mechanical engineering technology in a way,Is recognized as a symbol of industry and industrialization. Gear reducer is a very widely appli
4、cations by the gear technology,its simple structure ,wide application an so on make it widely used in Manufacturing, construction, aerospace, transportation, engineering machinery, metallurgical, mining, petrochemical, construction machinery, light industry and textile industry.Planetary reducer is
5、a widely used industrial products,Its performance with other military stage planetary gear comparable products, but just have the prices of industrial products.it,s applied to a wide This paper focuses on the related NN-type planetary gear principle,Completed the design of NN-type stars reducer.Plan
6、etary gear design process, including mapping, planetary gear basic data calculation and data validation,using the software AUTOCAD drawing two-dimensional map,using the software solid works drawing three-dimensional map,As well as part of the finite element analysis,and complete the assembly of part
7、s drawing. The design focuses on the calculation of basic data selection and validation, parts diagram details of the deal, part time assembling drawing processing. Keywords: gear, planetary reducer, data calculations, drawings, finite element analysis 毕业设计（论文）题目 1 目录 摘 要 . I Abstract . II 一 绪 论 . 2
8、 1.1课题背景 . 2 1.2 国内外发展概况 . 3 1.2.1 我国减速器的现状和发展趋势 . 3 1.2.2 我国齿轮减速器的发展趋势 . 4 1.2.3 国内外少齿差行星齿轮减速器的研究现状及其发展趋势 . 5 1.2.4 相关研究成果 . 6 1.3 课题相关工作 . 8 1.4 本文主要研究内容 . 8 二 减速器的设计及说明 . 9 2.1 NN 型减速器实物的拆卸、分析与测量 . 9 2.1.1 NN 型减速器实物的拆卸 . 9 2.1.2 主要零部件的分析 . 10 2.2 NN 型减速器的设计 . 12 2.2.1 设计要求 . 12 2.2.2 减速器形式的选择 . 1
9、2 2.2.3 齿轮设计 . 13 2.2.4 轴承的选择 . 23 2.2.5 偏心轴的设计 . 23 三 减速器的三维造型 . 27 参考文献 . 29 附录 . 31 毕业设计（论文）题目 2 一 绪 论 1.1 课题背景 我国是发明齿轮和应用最早的国家。早在西汉时代就已应用了铸铜齿轮。1880年，德国出现了第一个行星齿轮传动装置的专利。 19世纪以来，机械工业特别是汽车和飞机工业的发展，对行星齿轮的传动的发展有很大的影响。 1920年，首次成 功制造出行星差动传动装置，并首先用作汽车的差速器。 1958年后，英、意、日、美、前苏联、瑞士等国亦获得成功，均有系列产品，并已成批生产，普遍应
10、用。 我国对行星齿轮传动技术的开发和应用，开始于 20世纪 50年代，但是直至改革开放前的相当长一段时间里，由于受设计理念与水平、加工手段、材料与热处理质量等方面的限制，我国各类行星齿轮箱的总体承载水平和可靠性都还处于一个较低的水平，以致于我国许多行业配套的高性能行星齿轮箱多采用进口产品。自二十世纪八十年代以来，国内对于行星齿轮的相关设计逐渐重视起来通过消化吸收国外同类产 品，使得国内的行星齿轮传动技术取得了长足发展。为了使得我国国内在行星技术方面有长足发展，我们高校和技术所以及企业通力合作，在行星传动的均载技术，机构优化以及强度分析等方面均有较大的发展，少齿差行星传动、重载行星差动技术、封闭
11、式行星差动传动及行星粗寒冬制造装配技术等方面，也取得了一系列突破，因此形成了一批具有高科技含量的行星制造技术的研发所和企业。同时，在制造手段方面，近 20 年来，通过对引进的磨齿机、插齿机、加工中心及热处理装置的广泛应用，大大提升了制造水平，在硬件上也切实保证了产品的加工质量，这也使得我国行 星减速器的结构和精度均有较大分飞跃。总体而言，近些年 我 国在各类行星传动产品的开发与应用方面都取得了较大进布。 大速比高精度减速器主要用于数控装置。它应具有有质量小、体积小、结构紧凑，传动比大，传递功率大、承载能力高，传动效率高，运动平稳、抗冲击和振动的能力较强等优点。 虽然说目前的大速比高精度的理论设
12、计和结构设计均不成熟，加工精度也未达到相关要求，在国内的应用比较少，但是具有广泛的市场空间，有着很好的发展潜力。 NN型渐开线少齿差行星齿轮传动具有体积紧凑，结构简单，传动效率较高，传递功率较大，运动平稳等优点。 其结构如图 1-1 所示。 NN 行星减速器室友一个双联外齿轮 1和 3以及两个内齿轮 2和 4组成的，即 由两个中心轮 (即内齿毕业设计（论文）题目 3 轮 )和一个行星架 H(即偏心轴 )组成两级行星传动。 图 1-1 NN 型少齿差行星齿轮传动机构简图 1.2 国内外发展概况 1.2.1 我国减速器的现状和发展趋势 (1)我国减 速器的现状 行星齿轮传动具有深远的历史，在很早有
13、了应用。然而，自 20 世纪 60 年代以来，我国才开始重视行星齿轮的重要作用，逐渐开始对行星齿轮传动进行研究开发和设计制造等工作。在过去的 50年来，我国无论是在设计理论方面，还是在试制和实践方面，均取得了较大的成就，并或者了许多研究成果。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计和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进、开拓创新的努力奋进，是的我国的行星传动技术有了迅速 发展。目前，在我国已有许多的机械设计人员开始研究分析和应用上述的新型行星传动技术。 我国的低速重载齿轮技术，特别是硬齿面齿
14、轮技术也经历了测绘仿制等阶段，从无到有逐步发展起来，除了摸索掌握制造技术外，在 20 世纪 80 年代至90年代初推广硬齿面技术过程中，我们还做了解决“断轴”、“选用”等一系列有意义的工作，在 20世纪 70-80年代一直被认为四国内重载此轮两大难题的“水泥磨减速器”和“轧钢机械减速器”，现在可以说已经完全解决。 毕业设计（论文）题目 4 20 世纪 80 年代至 90 年代初，我国相继制定了一批减速器标准。例如ZBJ19004-88圆柱齿轮减速器、 ZBJ19026-90运输机械用减速器以及YB/T050-93冶金设计用 YNK 齿轮减速器等若干硬齿面减速器标准，我国已经有自己知识产权的标准
15、，如 YB/T079-95三环减速器，按这些标准生产的许多产品的主要技术指标均可达到或接近国外同类产品的水平，其中 YNK 减速器较完整地吸收了德国 FLENDER 公司同类产品的特点，同时结合了我国国情作了很多改进和创新。 随着我国市场经济的推进，“九五”期间，齿轮行业的专业化生产水平有了明显提高，如一汽、二汽等大型企业集团的齿轮变速箱厂、汽车厂 ，通过企业改组、改制，改为相对独立的专业厂，参与市场竞争；随着军用转民用，农机齿轮企业转加工非农用齿轮产品，调整了企业产品结构，似有企业的崛起，中外合资企业的涌现，齿轮行业整体结构得到优化，行业实力增加，技术进步加快。 1.2.2 我国齿轮减速器的
16、发展趋势 近十几年来， CAD 技术 、 CAM技术等计算机 自动化技术在机械制造中的广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式， 很快国内就出现了一下先进的齿轮生产企业，他们采用了益精生产、敏捷制造、智能制造等先进技术，使得高精度高效率的智能化齿轮生产得到实现，同时使用 计算机网络化管理使得机械加工成本大大降低。 在如今机械产品高度发达的社会，齿轮仍然是机械传动中使用最频繁的部件，计算机 CADCAM 等技术的发展也让机械加工中精度得到很大的提高，机械加工效率也有了质的飞跃，机械齿轮等零件的系列化快速加工大大推动了机械传动产品的多样化，如今不仅仅有系列化的机械产品的出现使人们在选择时有更
17、大的余地，同时也可以根据客户的相关要求加工特殊造型或者特殊作用的机械产品，机械产品的发展日趋成熟。 齿轮制造工艺的发展很大程度上表现在精度等级与生产效率的提高自七十年代以来各种齿轮的制造精度 ，普遍提高一级左右有的甚至 2 3级一般低速齿轮精度由过去的 8 9级提高到 7 8 级。机床齿轮由 6 8级提高到 46级轧机齿轮由 7 8级提高到 5 6级。 对于模数不大的中小规格齿轮，由于高性能滚齿机的开发，加上刀具材料的改善，滚齿效率有了显著提高。采用多头滚刀，在大进给且条件下，可达到的切削速度为 90m/s。如用超硬滚刀加工模数 3左右的调质钢齿轮，切削过度可达 200m s提高插齿效率，要受
18、到插齿机刀具往复运动机构的限制。最近毕业设计（论文）题目 5 在开发采用刀具卸载，使用静压轴承，增强刀架与立柱刚性等新结构后，效率有明显提高 。新型插齿机的冲程数可达到 2000 次分。 由于硬齿面齿轮广泛应用，以及高速、高性能要求的齿轮日益增多，因此要求磨齿加工，在效率和质量上都要提高。一般来说。展成法磨齿用得较普遍而成形法磨齿则少 MAAG 磨齿法，虽然磨齿精度高，但效率低。不适合重磨削。而 Niles与 Hofler 公司生产的单砂轮磨齿机刚性好精度可靠，适合于大进给量加工，效率高。近年来，为提高效率也在改进磨制方法，如减少磨削次数，压缩展成长度，缩短尾削冲程；为此 MAAG公司提出的
19、“K“一磨削法与 Niles公司提出的 “双面磨削法 “都提高了实际磨削 效率。目前对于成批磨削中、小用数齿轮，倾向于采用蜗杆砂轮磨齿机，磨削效率很高，对于磨削大模数齿轮，除可应用能重磨削的单砂轮磨齿外，采用成形图削方法。也是一种高效磨削的有效途径。 齿轮用钢的发展趋势；一是含 Cr， Ni， Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。由于我国缺乏 Ni、 Cr，常用 20CrMnTi 渗碳钢或用含硼加稀土钢。重型机械常用 18CrMnNiMo 渗碳钢或中碳合金钢。机床行业食用 40Cr， 38CrMoAl 等钢以及高速齿轮用 25Cr2MoV 钢进行氮化。 齿轮热处理工艺 也
20、有很多选择， 一般 包括 碳渗（或碳氮共渗）、氮化、感应淬火、调质等四类当前总的趋势是提高齿面硬度，渗碳淬火齿轮的承载能力可比调质齿轮提高 23 倍 . 总之，当今世界各国减速器以及齿轮技术的发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。减速器和齿轮的设计与制造技术的发展， 标志着我国在机械领域也拥有自己的一席之地，这表现出我国向着工业大国发展的趋势。 ，因此，开拓和发展减速器和齿轮技术是非常必要也是急需的 。 1.2.3 国内 外少齿差行星齿轮减速器的研究现状及其发展趋势 目前国内减速器
21、行业有很大的发展，重点骨干企业的产品品种、规格以及参数覆盖范围近几年都在不断扩展，产品质量已经达到国外先进工业国家同类产品水平，基本达到我国目前生产和加工要求，能够为国内各个行业的传动装置提供配套的减速器，同时还出口到东南亚等各个国家，有着良好的技术条件和加工精度。 渐开线行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比具有承载力大、体积小、效率高、重量轻、传动比大、噪声小、可靠性高、寿命长、便于维修等优点，渐开线行星齿轮传动即通过一根主动轴将扭矩传动给若干根从 动轴，从动轴在工毕业设计（论文）题目 6 作时其角度和位置可以变化，通过内齿轮和从动轴上的外齿轮的啮合达到减速效果。行星传动可用于运动的复合，因而
22、广泛应用于金属切屑机床、无级调速的传动装置、仪器制造等，目前行星传动深受用户欢迎，随着科学技术的迅速发展、行星传动已经被广泛应用于冶金、矿山、水泥、汽车、起重、机床、化工、电力、纺织、仪器仪表、食品等机械上。 1880年德国第一个行星齿轮传动装置的专利出现了， 19世纪以来，随着机械工业特别是汽车和飞机工业的发展，对行星齿轮传动的发展有很大的影响。1920年首次成批制造出行星齿轮传动装置，是 用作汽车的差速器等当时的先进机械产品行业。 1938 年起集中发展汽车用行星减齿轮传动装置，二战以后，行星减速器有了很大的发展，因此在高速大功率船舰，透平发电机组，透平压缩机组、航空发动机及工程机械的等方
23、面均拥有一定的应用。高速大功率行星齿轮传动广泛的实际应用，于 1951年首先在德国获得成功。 世界各先进工业国，经由工业化、信息化时代，正在进入知识化时代，因此行星齿轮传动也得到了长足发展，其技术方面和加工方面也日趋完善，制造技术不断进步，使行星齿轮传动已经达到一个较高水平。虽然我国与世界先进水平虽然还存在着差距 ，但是随着我国不断引进新型设备和高科技人才，同时国内注重培养齿轮传动方面的人才，通过消化吸收国外先进技术和先进设备的产品设计制造工艺，我国在行星齿轮传动方面也取得了很大进步。目前行星齿轮传动正向以下几个方向发展： 1） 向高速大功率及低速大转矩方向发展，例如年产 300Kt合成氨透平
24、压缩机的行星齿轮增速器，其齿轮圆周速度已达到 160m/s。 2） 向无级变速行星齿轮传动方向发展。实现无级变速就是让行星齿轮传动中三个基本构件都转动并传递功率，这只要对原行星机构中固定的构件附加一个转动，即可实现。 3） 向复合式行星齿轮传动发展。 4） 向少齿差行星齿轮传动方向发展。这类传动主要用于大传动比、小功率传动。 5） 制造技术的发展方向。采用新型优质钢材，经热处理获得高硬齿面（内齿轮离子渗碳，外齿轮渗碳淬火），精密加工以获得高齿轮精度及粗糙度，从而提高承载能力，保证可靠性和使用寿命。 1.2.4 相关研究成果 （ 1） RV减速器 目前，从日本引进的 RV 减速器，它是一种由针摆
25、传动机构与 K-V 轮系组合发展起来的封闭行星传动机构，与其它的减速器相比， RV 减速器具有传动比毕业设计（论文）题目 7 范围大、承载能力大、运动精度高、传动效率高、体积小等优点，它主要应用于机器人、数控机床、卫 星天线系统和雷达伺服机构等的伺服传动机构中。由于 RV 减速机发展时间较短，因此相应研究较少，陈世昌等对 RV 减速器的功率流分析和设计研究；毛建忠等研究了用渐开线变齿厚内外齿轮取代摆线针轮以实现 RV 传动；张大卫等对 RV 减速器进行了动力学建模与结构参数分析；杨锡和对 RV 传动进行了受力分析；何卫东等对 RV 减速机进行了传动效率分析。然而， RV 减速机关键技术中仍存在
26、着许多问题，如尚无可资利用的动力学模型来预估系统的动刚度；尚无统一完善的技术标准来评价 RV 减速机性能等。 图 2 RV型行星减速器 （ 2） NN型减速器 NN型减速器采用了渐开线少齿差行星齿轮传动机构， NN型传动可以实现大速比传动，具有体积紧凑，结构简单，传动效率较高，传递功率较大，运动平稳等优点，现已广泛应用于某些数控装。由于其齿轮采用渐开线齿廓，可在普通可齿轮加工机床上加共，因此在国内具有良好的发展前景。 嘉兴 学院冯晓宁教授，曾对 NN型减速器作了大量的相关研究，有： NN型行星传动的传动比与配齿计算； NN型行星齿轮传动的设计方法与参数选择； NN型行星传动变位系数的确定方法； NN型传动的传动比计算与特点分析。 2003年，李新年针对 NN型减速器，就高精度少齿差减速器 的传动回差精度控发表了论文，介绍了从齿轮加工工艺上控制齿轮传动副的回差精度。可是，由于在国内还没有精确的少齿差传动副多齿对啮合时的强度计算理论，大多按单齿对啮合进行强度计算，没有充分发挥少齿差传动副多齿对啮合时的优势。
