1、毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 小型精密行星减速器的设计 1 前言部分 （阐明课题的研究背景和意义） 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足各种机械的需要。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用。 随着科学技术和国民经济的发展，且 由于其传递运动准确可靠结构紧凑，效率高，寿命长，切使用维
2、修方便，各行业 对减速器的需求越来越大，这样对其综合质量提出了更高的要求。 减速器的种类很多，按照传动形式不同行可以分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器。按照传动的级数可分为单级和多级减速器。按照传动的布置形式又可以分为展开式，分流式和同轴式减速器。 齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简单，因而应用范围很广。齿轮减速器按其减速齿轮的级数可分为单级、两级、三级和多级的；按其轴在空间的布置可分 为立式和卧式。 蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声比较小，但效率低。其中应用最广的是单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器则应用较少。 行星齿轮传动具有质
3、量小、体积小、传动比大以及效率高等优点。因此，行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械、矿山机械、，冶金机械、起重运输机械、轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、飞机、轮船、仪器和仪表等各个方面。行星传动不仅适用于高转速、大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也已获得各个方面。 行星轮既绕自身的轴线回转 ,又随 行星架绕固定轴线回转。太阳轮、行星架和内齿轮都可绕共同的固定轴线回转，并可与其他构件联结承受外加力矩，它们是这种轮系的三个基本件。三者如果都不固定，确定机构运动时需要给出两个构件的角速度，这种传动称差动轮系；如果固定内齿轮或太阳轮，则称行星轮系。通常这两种轮系都称行星齿轮传动 (
4、见图 1-1)。 图 1-1 少齿差行星齿轮传动是行星齿轮传动中的一种。由一个外齿轮与一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副。它采用的是渐开线齿形，内外齿轮的齿数相差很小，简称为少齿差传动。一般所讲的少齿差行星齿轮传动是专指渐开线少齿 差行星齿轮传动而言的。渐开线少齿差行星齿轮传动以其适用于一切功率和速度范围作条件，受到了世界各国的广泛关注，成为世界各国在机械传动方面的重点研究方向之一。 2 主题部分 （阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）2.1 我国减速器的现状和发展趋势 自 20世纪 60年代以来，中国先后制订了 JB1130 70圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮。那时的
5、减速器大多是参照苏联 20世纪 40 50年代的技术制造的，其总体水平与国际水平有较大差距。 改革开放以来，中国引进先进加工装备，通过引 进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179 60的 8 9级提高到 GB10095 88的 6级，高速齿轮的制造精度可稳定在 4 5级。中国自行设计制造的高速齿轮装置的功率已达 44000kW ，齿轮圆周速度达 169m/s。 20世纪 80年代末至 90年代初，我国相继制订了近 100个齿轮和蜗杆减速器的标准，研制了许多新型减速器
6、，大体上实现了通用减速器的更新换代。 部分减速器采用硬齿面后， 体积和重量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高，对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用，为发展我国的机械产品做出了贡献。 进入 20世纪 90年代中后期，国外又继续推出了更新换代的减速器，不但更突出了模块化设计的特点，而且在继承能力、总体水平、外观质量方面又有明显提高。 2.2 行星齿轮减速器的发展现状 行星齿轮传动形式很多，根据基本构件的组成情况可以分为以下几个基本类型： （ 1） 2K-H型 基本构件为两个中心轮 2K和一个行星架 H。 （ 2） 3K型 基本构件为三个中心轮， 称为 3K型，其行星架不承受
7、外转矩，仅起支承行星轮的作用。 (3)K-H-V 型 基本构件为一个中心轮 K、一个行星架 H 以及一个绕主轴线转动的构件 V在实际使用中我们常常使用到三种行星减速器： 渐开线行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速器 。 齿轮传动技术是机械工程技术的重要组成部分，在一定程度上标志着机械技术的水平。 行星齿轮传动技术是齿轮传动技术的一个重要分支 。 在国外， 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，随着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，首次成批制造出行星差动传动装置，并首先用作汽车的差速器。 1938
8、年起集中发展汽车用的行星齿轮传动装置。高速大功率行星齿轮传动广泛的世纪应用，于 1951年首先在德国获得成功。 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，普遍应用。 我国早在南北朝时代，祖冲之发明了有行星齿轮的差动式指南针。因此我们行星齿轮传动的应该比欧美各国早 1300 多年。 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
9、采用进口产品。我国从 20世纪 60年代起开始应用行星齿轮减速器， 20 世纪 70年代制订了 NGW 型渐开线行星齿轮减速器标准系列JB1799-1976。一些专业定点厂一成批生产 NGW 型标准系列产品，使用效果很好。改革开放以来，国内多家单位相许引进了国外先进的行星传动生产及设计技术，并在此基础上进行了消化吸收和创新开发，使得国内的行星齿轮传动技术取得了长足发展。在基础研究 方面，通过国内相关高校、研究院所以及企业之间的合作，行星传动的均载技术、优化技术、结构强度分析、系统运动学和动力学分析，以及少赤差行星传动、重载行星差动技术、封闭式行星差动传动及行星粗寒冬制造装配技术等方面，都取得了
10、一系列突破，使得我国已全面掌握行星传动设计、制造技术并形成一批具有较强实力的研发制造机构。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。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 大进展。 2.2.1 少齿差行星齿轮 的发展现状与发展趋势 少齿差行星齿轮传动是行星传动中的一种，它由一个外齿轮与一个内齿轮组成一对内啮合轮子副，内外齿轮的齿数相差很小，故简称为少齿差传动。少齿差传动的类型很多，德国人首先提出摆线针轮行星齿轮传动原理，三十年代后期日本开始研制生产这种传动，由于当时
11、工艺条件落后，齿形加工精度很低，因而产量不高，直到六十年代摆线磨庆的出现，从工艺上保证了摆线齿形的精度，才促进了这种传动的发展，摆线针轮传动是少齿差传动中应用最广泛，最基本的一种类型，在此基础上还发展了二齿差传动，复合 齿形、行星轴承与偏心套合并等新结构。摆线针轮传动承载能力高，运转平稳，效率高，寿命长。但加工精度要求高，结构复杂 。 渐开线少齿差传动是 少齿差行星齿轮传动中的一种 ，是内外齿轮的齿廓曲线采用渐开线，其轮齿结构简单、啮合接触应力小，承载能力高，可以采用软齿面，加工也容易得多。由于当内啮合的一对渐七线齿轮齿数差很小时，极易产生各种干涉，在设计过程中选择齿轮几何参数的计算十分复杂。
12、早在 1949 年，苏联学者就从理论上解决了实现一齿差传动的几何计算问题，但直到六十年代以后，随着电子计算机的普及运用，渐开线少齿差传动才得到 了较专迅速的发展。目前有柱销式、零齿差、十字滑块、浮动盘等多种形式。渐开线少齿差传动的特点是齿轮用普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以进行加工，不需要特殊的刀具与专用设备，材料也可采用普通齿轮材料，因此加工方便、制造成本较低。但其传动效率不如摆线少齿差传动高。 目前在国内市场中， 渐开线少齿差传动 占有率很低 ,而且都是小功率的 , 造成这种局面的主要原因是： (1) 行星轴承承受力大 , 寿命短。由于少齿差啮合传动容易发生各种干涉 , 为了消除干涉现
13、象 , 设计中一般采用正角度变位传动 , 齿轮正变位后啮合角增大 , 使行 星轴承径向载荷增大 ; 另一方面 , 由于结构上的原因 , 行星轴承的径向尺寸受到一定的限制 , 在设计中很难满足寿命要求。 (2) 振动、噪音较大、运行平稳性差。渐开线少齿差减速器同时啮合的齿数少 , 由于内齿轮精加工比较困难 , 轮齿制造精度较低 , 啮合时冲击、噪音较大。 (3) 传动效率低 , 渐开线少齿差减速器单级传动效率仅为 85% 90%。 近几十年来，又相继出现了一些新的少齿差传动形式，其中发展较快的有活齿少齿差传动，锥齿少齿差传动，双曲柄输入式少齿差传动，以及利用弹性变形来传递运动的谐波传动。 随 着
14、少齿差传动应用日益广泛，国内外学者在齿形分析、结构优化、接触分析、结构强度、动态性能、传动效率、运动精度等方面进行了大量的研究，取得了许多有价值的成果，并成功地开发出不少新少齿差行星传动形式。目前，我国正在研究、生产很热门的一种连杆行星齿轮传动 平行轴式少齿差内齿行星齿传输线传动 。 2.3 行星齿轮减速器的发展趋势 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，行星齿轮在设计上日趋完善，制造技术不断进步。是行星齿轮传动已达到了较高的水哦。我国与世界先进水平虽然存在明显差距，但随着改革开放带 来的设备引进、技术引进，在消化吸收国外先进技术方面取得了长足进步。目前行星齿轮正向一下
15、几个方向发展： （ 1） 向高速、大功率及低速大转矩的方向发展。例如：年产 300KT合唱氨透平压缩机的行星齿轮增速器，其齿轮圆周速度已达到 150m/s；日本生产了巨型船舶推进系统用的行星齿轮箱，公路为 22065kw；大型水泥磨中所用 50/125型行星齿轮箱，输出转矩高达 4150kn.m。在这类产品的设计和制造中需要将继续解决均载、平衡、密封、润滑、零件材料与热处理，以及高效率、长寿命、可靠性等一系列设计制造问题。 （ 2） 向无极变速行星齿轮 传动发展。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，如采用液压泵及液压马达系
16、统来实现，就能成为无级变速器。 （ 3）向复合式行星齿轮传动发展。近些年来，国外将蜗轮传动、交错轴斜齿轮传动、圆锥齿轮传动与行星齿轮传动组合使用，构成复合式行星齿轮箱。其高速级用各种定轴类型传动，低速级用行星齿轮传动，这样可适应相交轴和交错轴间的传动，课实现大传动比和大转矩输出等不同用途，充分利用各类型传动的特点，克服各自的弱点，以适应市场上多样化需要。如制碱工 业澄清桶用蜗杆蜗轮 -行星齿轮减速器，总传动比 i=4462.5，输出轴转速 n=0.215r/min，输出转矩T=27200N.M。 （ 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
17、展方向。向新型优质钢材，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低表面粗糙度（内齿轮精插齿达 5-6 级精度，外齿轮经磨齿达 5 级精度，表面粗糙度Ra=0.2-0.4 m），从而提高承载能力，保证可靠性和使用寿命。 2.4 行星齿轮的加工工艺 目 前，需加工的行星齿轮要求非常高，对齿轮噪音要求非常高，齿轮要求干净，不能带一点毛刺。首先是材料的要求；其次是齿轮的齿形齿向满足 DIN3962-8 的标准，齿形齿向不得中凹；第三，齿轮磨削后的圆度误差和圆柱度误差要求高，内孔表面有粗糙度要求高。 行星齿轮常用的工艺路线：锻坯（正火、抛丸） 精车 剃前滚齿 齿
18、部磨棱 径向剃齿 去应力回火 渗碳、淬火 珩齿 磨内孔（简易 CNC内圆磨床）。 例如 太阳轮的材料通常为 42CrMo。与行星轮相啮合的齿轮要求精度较高 , 为766GM（ GB10095-88）级精度 , 齿部氮化 深度 0.5-0.8mm,氮化硬度 HV560, 齿轮的齿行必须经过 766GM级精度要求，该齿轮是先磨齿后氮化。太阳轮的另一端可为两种情况 , 即为 30渐开线花键或标准联轴器齿轮。轮齿采用 30渐开线花键滚刀或标准齿轮滚刀加工 , 即先滚齿后氮化。氮化前必须将工件的所有工序都加工完成 , 并将两端的加工部分全部切掉 , 然后氮化处理 , 氮化后齿形不再加工。 3.总结部分
19、（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测） 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。大致如下： （ 1）体积小、质量小，占用的空间少，结构紧凑，承载能力大。由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副，因此可使其结构非常紧凑。再由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所承受的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其体积小，质量小，结构非常紧凑，且承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质
20、量约为普通齿轮传动的 1/21/5 。 （ 2） 传动效率比其他齿轮高。由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。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。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，其传动比可达到几千。在很大的传动比情况下，仍然可保持结构紧凑、质量小等许多优点。而且，它还可以实现各种变速的复杂的运动。 （ 4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强， 工作性能好。由于采用了数个结构相同的行星
21、轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多。 随着行星传动技术的迅速发展，目前，高速渐开线行星齿轮传动装置所传递的功率已达到 2000KW，输出转矩已达到 4500KNm。据有关资料介绍，人们认为目前行星齿轮传动技术的发展方向如下： （ 1） 标准化、多品种。目前世界上已有 50多个渐开线行星齿轮传动系列设计；而且还演化出多种型式的行星减速器、差速器和行星变速器等多器种的产品。 （ 2） 硬齿面、高精度。行星传动机构中的齿轮广泛采用渗 碳和氮化等化学热处理。齿轮制造精度一般均在 6级以上。显然，采用硬齿面、高精度有利于进一步提高承载能力，使齿
22、轮尺寸变得更小。 （ 3）高转速、大功率。行星齿轮传动机构在高速传动中，如在高速汽轮中已获得日益广泛的应用，其传动功率也越来越大。 （ 4）大规格、大转矩。在中低速、重载传动中，传递大转矩的大规格的行星齿轮传动已有了较大的 发 展。 行星齿轮传动在传递动力时它可以进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通 齿轮传动，而作为各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮
23、传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用。 但行星齿轮传动也不存在一些问题，主要是 材料优质、结构复杂、制造和安装较困难些。随着人们对行星传动技术进一步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在方式都不断完善，同时生产水平也不断提高。因此。对于它的制造安 装问题，目前已不再视为一件什么困难的事情。实践表明，在具有中等技术水平的工厂里也是完全可以制造出较好的行星齿轮减速器。 行星齿轮在未来的时间内，会逐渐取代普通齿轮的地位，在各行各业中都将扮演一个很重要的“角色”，尤其是一些精密仪器。这次设计中，设计的参数必须保证要求，行星齿轮、内齿轮的设计以及插齿刀的
24、设计，将是关键。 4.参考文献 1 孙桓、陈作模主编 .机械原理 . 北京：高等教育出版社， 2006.5. 2 濮良贵、纪名刚主编 .机械设计 . 北京：高等教育出版社， 2006.5. 3 成大先主编 机械设计手册 . 北京：化学工业出版社 ,2004. 4 渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会 . 渐开线齿轮行星传动的设计与制造 . 北京：机械工业出版社， 2002.4 5 饶振纲 . 行星齿轮传动设计 . 北京：化学工业出版社， 2003.7 6 冯晓宁 NN 型传动的传动比计算与特点分析机械传动 1994(2) 7 冯晓宁，李宗浩渐开线少齿差传动设计参数的选择机械传动 .1995(1
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