摘 要

少齿差行星齿轮减速器具有结构紧凑，体积小，重量轻，传动比范围大，效率高，运转平稳，噪声小，承载能力大，结构简单，加工方便，运转可靠，使用寿命长等优点，所以能在国防，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。首先以传动比为60，传动转矩为1000NM对少齿差行星齿轮减速器进行设计，并对齿轮和轴等重要零件进行了校核，再通过SolidWorks对少齿差行星齿轮减速器建立一个三维模型，运用该三维模型导出该减速器的工程图，最后设计出目标传动比和传动转矩的减速器。论证了设计少齿差行星齿轮减速器的方法的实用性。

关键词：少齿差行星齿轮减速器，零件校核

Abstract:

Few teeth difference planetary gear reducer has many advantages of compact structure, small volume, light weight, large range of transmission ratio, high efficiency, smooth running, small noise, large bearing capacity, simple structure, convenient processing, reliable operation, long life and other advantages, so it can be widely used in the country defense, metallurgy, mine, chemical industry, textile, food, light industry, instrument manufacture, transportation and construction industry. First I design the less tooth difference planetary gear reducer with the aim of reduction rate is 60, transmission torque is 1000NM, and check the gears and shafts and other important parts. I establish a three-dimensional model of less tooth number difference planetary gear reducer through SolidWorks, and use the three-dimensional model derived to the reduction of engineering drawing. Finally I design the reducer with the target transmission ratio and the transmission torque. The practicability of the method of designing planetary gear reducer with few teeth difference is demonstrated.

key words:the less tooth difference planetary gear reducer, design of the calibration for parts.

目录

第一章：绪论 1

1.1课题目的 1

1.2课题意义 1

1.3国内外的研究现状分析 1

1.4研究的基本内容 2

1.5研究预期目标 3

第二章：减速器的总体方案设计 4

2.1减速器的结构形式确定 4

2.2减速器的传动原理的设计 4

2.3传动比的分配 5

2.4电动机的选择 5

2.5减速器的总体结构设计 6

第三章：齿轮的设计 8

3.1高速级传动齿轮参数设计 8

3.2低速级传动齿轮参数设计 10

3.3切削内齿轮插齿刀的选用 12

3.4低速级内啮合齿轮主要干涉条件检查 12

3.5校核内啮合齿轮副的齿面的接触强度： 12

第四章：轴的设计 15

4.1轴径的初步估算 15

4.2轴的材料选择： 16

4.3轴b与轴c的设计： 16

4.4轴a的设计： 19

4.5轴d的设计 22

第五章：浮动盘式支撑架设计 25

第六章：箱体与附件的设计 27

第七章：结论 28

参考文献 29

致 谢 31

第一章：绪论

1.1课题目的

在各种生产领域中，由于工厂内的机械自动化水平的提高，减速器在实际生产过程占据非常重要的位置，对减速器的研究也越来越显得重视。目的是追求制造出体积比较小，重量小，效率高，传动比范围大，负载能力高，运转稳定，寿命高的减速器。然而种类繁多的减速器却令选择的人们眼花缭乱，有蜗轮蜗杆减速机，行星摆线针轮减速机，行星齿轮减速机，齿轮减速机等。其中行星摆线针轮减速机虽然体积小结构紧密、使用可靠寿命长、减速比较大，但是价格昂贵。蜗轮蜗杆减速机特点：存在径向力，并且可以自锁，可是输入与输出方向一般是直角方向，传动效率不高，精度也比较低，比较适用于大功率的输入和输出结构。齿轮减速机虽然结构简单，传动效率高，价格便宜，但是减速比低，结构较大。最后剩下的行星齿轮减速机基本符合上述要求，所以采用行星齿轮减速机。

1.2课题意义

本论文设计的是少齿差行星齿轮减速器，该减速器是行星齿轮减速器的一种。少齿差行星减速器由于存在独特的内啮合少齿差结构，在结构上展示出体积小、结构紧凑、传动比高、易加工等优点，在运转方面还具有运转平稳、噪音小、承载能力大的优点，所以被广泛应用于制造行业，国防，航天等精密行业中，成为世界各国在机械传动方面的重点研究方向之一。

1.3国内外的研究现状分析

少齿差行星齿轮传动机构由原理上看就是一个有内啮合齿轮副和平面四杆机构组成的齿轮连杆机构。由于两个内啮合的齿轮的齿数相差很小的时候，在两齿轮之间产生的干涉现象是很容易的事情。所以选择和计算齿轮的参数会在设计过程中表现得非常困难。在我国上世纪五十年代就开始了对行星齿轮传动技术的开发及运用，但直到改革开放前的一段很长的时间内，由于受加工手段与材料、设计理念与水平及热处理质量等方面的限制，各种行星齿轮减速器的可靠性及承受能力在我国的研究中都处于一个很低的水平，使在我国的许多行业都只能采用进口的高性能行星齿轮箱产品。从1949年苏联学者就开始对少齿差行星齿轮的进行研究，从公式上苏联学者求出了渐开线齿轮的一齿差传动的几何计算问题这事中，世界开始发展对少齿差齿轮传动的研究。在1995年国营长洲无线电厂的张文仲对于少齿差行星齿轮减速器的改进将双联齿轮的内齿剔除，改为轴销式输出机构。使减速器更易于加工，精度进一步得以保证，维修和调试更加方便，并且减少传动误差。于2004年广西大学机械工程学院提出一种用CAD法求解三环式少齿差行星齿轮减速器的内啮合变位系数的方法。于2011年上海电机学院机械学院对少齿差行星齿轮减速器进行故障树分析，可定量计算减速器的失效概率及其他可靠性参数，为改善和评估减速器的可靠性提供依据。于2012年张辉和冯晓宁发布的《新型渐开线少齿差行星齿轮减速器的设计》中使用封闭图法选取了减速器的内啮合齿轮副的变位系数并使用ANSYS Workbench 软件进行快速模态分析，优化了设计步骤和设计的可靠性。于2012年重庆大学机械传动国家重点实验室发布的《渐开线少齿差行星齿轮减速器动态接触仿真分析》中采用动态接触有限元法对齿轮的啮合过程进行仿真能直观地反映轮齿啮合的规律；并且在得到多齿啮合刚度曲线的过程中采用线性叠加的方法，由此得出互相啮合的齿轮副当它的载荷的增加时，它的重合度也增加，当齿轮副的重合度増大使它的啮合刚度也増大。于2014年浙江工业大学对渐开线少齿差行星齿轮减速器的弯曲强度设计方法与效率问题进行研究，在弯曲应力计算的基础上建立多齿啮合弯曲强度的计算公式，对少齿差行星齿轮减速器的分析计算得到更大的一个提升。于2013年湘潭大学钟梁亮发布了《渐开线少齿差行星齿轮传动啮合特性研究》掌握了一齿差内啮合行星传动装置的运动学、动力学特性；验证了效率模型；提出了样机研制过程中的改进措施；为进一步研制工作奠定基础。国内开发的重载行星传动装置已成功代替多年占领国内市场的进口产品，例如西重所为了用于铝铸压机中所开发的行星齿轮减速器的输出转矩最大可以到达600KN.m，在用于水泥滚压机方面的大型行星齿轮减速器的输出转矩可以到达400KN*m。但是我国的技术水平与国外仍然有非常大的差距，其中以德国，丹麦，日本占据领先地位。世界上第一个行星齿轮减速器的装置的专利在1880年的德国就出现了。高速大功率行星齿轮传动也在1951年的德国首先获得成功。在英国Allen齿轮公司制造出功率可以达到25740kW的行星齿轮减速器的压缩机；在德国Renk公司制造出功率可以达到11030KW的船用的行星减速器，。在生产过程特殊的情况下需要发展处的低速重载行星齿轮减速器产品，例如在法国Citroen公司制造出用于矿山设备、榨糖机、水泥磨的行星齿轮减速器，输出转矩3900KW*m，重达125吨。全球的机器人的研究中，机器人的关节部位需要用到极为精密的减速器，然而这些减速器都是日本人制造的。其中主要技术由Nabtesco,Harmonica,SUMITOMO这三个企业掌控。所以说对于我国的减速器发展还有很长的一段路要走。

1.4研究的基本内容

1. 设定减速器的传动基本方案，在确定方案过程中尽量保证系统的稳定，如考虑传动轴的动平衡和受力是否均匀。
2. 单级少齿差行星齿轮减速器的设计计算。包括结构型式的确定，内、外齿轮的参数确定（通过查询相关资料计算出齿轮齿数、啮合角和变为系数），曲轴的设计和强度校核（需要先对曲轴进行受力分析再校核），对减速器的效率计算（包括啮合效率和输出机构的效率），箱体与其他附件的设计。
3. 用solidworks软件对各零件进行三维建模。
4. 用AutoCAD设计并绘制出各部件的零件装配图和主要零件图。
5. 完成说明书的编写和外文翻译，以便解释设计内容。

1.5研究预期目标

设计出一传动比为60，输出扭矩为1000N*M的少齿差行星齿轮减速器，并着重齿轮和轴等重要零件进行设计，最后都以工程图的形式展现出来。

第二章：减速器的总体方案设计

2.1减速器的结构形式确定

经过查询机械设计手册可知行星齿轮传动一般有四种基本型式：Z-X-V型、2Z-X型、2Z-V型、Z-X型。（其中基本构件的代号为Z-中心轮、X-转臂、V-输出轴）而本文选择的是2Z-V型的行星传动。因为该型式的输出机构比一般的减速器的输出机构具有更大的刚性，抗冲击性也很高，而且设计符合机构的动平衡。

2.2减速器的传动原理的设计