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任 務(wù) 書(shū)
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景：
2K-H型雙內(nèi)嚙合的少齒差行星傳動(dòng)，其基本構(gòu)件為兩個(gè)中心輪K和一個(gè)行星架（即偏心軸H），按嚙合方式命名為雙內(nèi)嚙合齒輪副NN型，一般有模數(shù)相等而齒數(shù)不同的兩對(duì)齒輪副組成，其行星輪是雙聯(lián)齒輪，第二對(duì)齒輪副中的一個(gè)齒輪（行星輪或內(nèi)齒輪）與輸出軸相連，使行星輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出[1]。
2K-H行星減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和傳動(dòng)形式。根據(jù)雙內(nèi)嚙合2K-H行星減速器的工況確定它的功率，結(jié)合雙內(nèi)嚙合2K-H行星減速器給定的傳動(dòng)比，進(jìn)行減速器的總體設(shè)計(jì)。
雙內(nèi)嚙合2K-H行星齒輪減速器廣泛用于工廠的各種機(jī)械設(shè)備中,與普通減速器作比較，它具有體積小、傳動(dòng)比大、承載能力高、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求：
1、通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇結(jié)構(gòu)方案和基本參數(shù)；
2、對(duì)所選設(shè)備完成主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和必要的校核計(jì)算；
3、具備較扎實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)和計(jì)算的基礎(chǔ)知識(shí)；
4、完成減速器的總體設(shè)計(jì)和主要零件三維設(shè)計(jì)。
5、完成必要的設(shè)計(jì)計(jì)算及系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，撰寫2萬(wàn)字以上的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，繪制相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙幅面不少于2.0張0#圖；
6、查閱主要參考文獻(xiàn)不少于15篇（包括2篇以上外文文獻(xiàn)）；
7、翻譯與課題有關(guān)的外文文獻(xiàn)不少于5000字。
3．主要參考文獻(xiàn)：
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[6] 王昆.機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,1996.
[7] 付求涯，邱小童.互換性與技術(shù)測(cè)量[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2011.7.
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[9] 張國(guó)瑞，張展.行星傳動(dòng)技術(shù)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，1989.
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[11] 蘆書(shū)榮，張翠華，徐學(xué)忠.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].四川:西南交通大學(xué)出版社，2014.2.
[12] 胡來(lái)瑢.行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M] .北京:煤炭工業(yè)出版社，1997.12.
[13] 龐國(guó)星.工程材料與成型技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.8.
[14] 胡仁喜，路純紅，劉昌麗.solidworks 2011中文版機(jī)械設(shè)計(jì)完全實(shí)例教程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
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[16] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè).第2卷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.9.
[17]馮開(kāi)平,左宗義.畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001.9.
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)：
1
查閱與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的資料
2
查閱與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的資料
3
提交開(kāi)題報(bào)告
4
對(duì)設(shè)計(jì)課題資料進(jìn)行整理，提交整體設(shè)計(jì)方案，
5
與指導(dǎo)老師討論設(shè)計(jì)方案，確定最終方案
6
展開(kāi)具體的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，繪制相應(yīng)設(shè)計(jì)草圖
7
展開(kāi)具體的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，繪制相應(yīng)設(shè)計(jì)草圖
8
繪制相應(yīng)設(shè)計(jì)正式圖紙
9
繪制相應(yīng)設(shè)計(jì)正式圖紙
10
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文草稿
11
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文草稿
12
圖紙及論文修改并提交
13
答辯
教研室審查意見(jiàn)：
符合培養(yǎng)方案要求，進(jìn)度安排合理。
室主任簽名： 年 月 日
學(xué)院審查意見(jiàn)：
教學(xué)院長(zhǎng)簽名： 年 月 日
雙內(nèi)嚙合2K-H行星減速器設(shè)計(jì)
DOUBLE METHOD OF 2K-H PLANETARY GEAR REDUCER DESIGN
摘要
本次設(shè)計(jì)的題目是雙內(nèi)嚙合2K-H行星減速器，所以要對(duì)其總體進(jìn)行描述與剖析，其中兩個(gè)中心輪和一根偏心軸為其基本構(gòu)件，因?yàn)槠溆泻芏喾N分類方式，如果從嚙合方式這一塊來(lái)說(shuō)，可以將它認(rèn)為是NN型雙內(nèi)嚙合齒輪副。通過(guò)在箱體里的兩個(gè)內(nèi)齒輪互相嚙合，型號(hào)為2K-H的行星類減速器的工作狀況并通過(guò)計(jì)算求解得到它的功率，再根據(jù)雙內(nèi)嚙合2K-H行星減速器所給的傳動(dòng)比，利用傳動(dòng)比的公式求出所需參數(shù)，同時(shí)參照任務(wù)書(shū)，設(shè)計(jì)出與初步設(shè)計(jì)尺寸要求相匹配的主要軸、齒輪等等，同時(shí)也要經(jīng)過(guò)計(jì)算選擇匹配的標(biāo)準(zhǔn)型零件。初步設(shè)計(jì)好后要對(duì)比較重要的零部件比如（輸入、輸出、偏心）等軸、以及深溝球軸承進(jìn)行驗(yàn)算校核。
關(guān)鍵詞：2K-H ；深溝球軸承； 雙內(nèi)嚙合 ；三維模型
Abstract
The subject of this design is the dual-internal meshing 2K-H planetary retarder.The article mainly describes and analyses the general structure of the retarder.Its major components are two nuclear wheels and an eccentric shaft. There are many kinds of classification.If it is to be classificated from the perspective of mesh mode, it can be considered as NN type dual-internal meshing gear pair.We can understand the working conditions of 2K-H planetary retarder by means of two internal gears in the box body meshing with each other,and get its power by calculating. According to the transmission ratio of the dual-internal meshing 2K-H planetary retarder,we can obtain required parameters by the formula of the transmission ratio,and refer to the task book to design suitable shaft,gear,block,box,etc, and also select standard parts for matching by calculation.We should check the more important parts,such as input, output, eccentric shaft, deep groove ball bearing,etc.I use three-dimensional graphics software to draw the three-dimensional figure of the dual-internal meshing 2K-H planetary retarder and to carry out motion animation simulation in this design.
Keywords 2K-H deep groove ball bearing double internal meshing Three-dimensional model
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 3
1.1課題研究的目的和意義 3
1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況及分析 3
1.3主要型式特性與技術(shù)條件要求 6
1.4技術(shù)路線與主要內(nèi)容 6
1.5傳動(dòng)形式和結(jié)構(gòu)形 7
1.5.1結(jié)構(gòu)形式 7
1.5.2傳動(dòng)形式 7
2基本參數(shù)的確定 9
2.1確定齒數(shù) 9
2.2確定變位系數(shù) 10
2.3計(jì)算傳遞效率 12
3齒輪設(shè)計(jì) 14
3.1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 14
3.2選材以及選擇原則 14
3.2.1精度等級(jí)的選擇 15
3.3 齒輪失效類型 15
3.4減速器的潤(rùn)滑及密封 15
3.5齒輪強(qiáng)度驗(yàn)證 15
3.6設(shè)計(jì)前置減速級(jí)齒輪 16
4軸的設(shè)計(jì) 19
4.1軸的材料 20
4.2軸的設(shè)計(jì)步驟 21
4.3設(shè)計(jì)輸入齒輪軸 22
4.4設(shè)計(jì)偏心軸 23
4.5 設(shè)計(jì)輸出軸的 24
5平衡塊的設(shè)計(jì) 26
5.1 偏心軸與平衡塊的分析情況 27
5.2 偏心軸與平衡塊的質(zhì)徑積計(jì)算 29
6軸的校核 31
6.1受力情況分析 31
6.2輸入軸的校核 31
I
6.3偏心軸校核 33
6.4輸出軸校核 34
7軸承的校核 36
8鍵的校核 40
9三維建模 42
結(jié)論 45
致謝 46
參考文獻(xiàn) 47
Ⅱ
1緒論
1.1課題研究的目的和意義
眾所周知，行星傳動(dòng)齒輪系的基本構(gòu)成零件有三個(gè)，即兩輪一架。本次設(shè)計(jì)的2K-H型雙內(nèi)嚙合研究就的是齒數(shù)差比較少這方面的行星類傳動(dòng)，這里就沒(méi)有所謂的行星輪，也沒(méi)有太陽(yáng)輪，而是用兩個(gè)中心輪來(lái)代替。題目中的K就是所謂的中心輪，而本次的偏心軸起到的就是行星架的作用。而且這些就是它的基本構(gòu)成零件，根據(jù)雙內(nèi)嚙合齒輪嚙合的命名方式，將其命名為雙內(nèi)嚙合齒輪副NN型，模數(shù)（模數(shù)m基本是一個(gè)定值）和齒數(shù)（齒數(shù)z是不相同的）的齒輪副（兩對(duì)）所組成的，在此兩個(gè)連在一起的齒輪和行星輪基本起的作用差不多，連接到輸出這根軸的是其中的一個(gè)齒輪，這樣才能使前面各種零件的輸出運(yùn)動(dòng)得到回應(yīng)[1]。
現(xiàn)在的工作與生活中，基本好多機(jī)械方面的一些器械都運(yùn)用減速器，涉及比較廣泛，然而雙內(nèi)嚙合這一塊還是不太常見(jiàn)，此類行星齒輪減速器在應(yīng)用上的先進(jìn)性也還是比較有未來(lái)的發(fā)展前景的，和我們?cè)谑袌?chǎng)上所看見(jiàn)的減速器或者說(shuō)一般般的齒輪系減速器還是有差別的，它的質(zhì)量是相對(duì)比較小的，而且它的體積不大，它的優(yōu)點(diǎn)就是質(zhì)積不大，但是傳動(dòng)比是比較大的，而且它承受的能力與其他的比較起來(lái)是很大的，傳遞動(dòng)力很高等特點(diǎn)。當(dāng)它和一般的齒輪在一些條件上有交集的時(shí)候，行星卻在交集外有一般齒輪沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)技術(shù)要求越來(lái)越嚴(yán)格，一般的齒輪肯定是滿足不了的，而行星卻在一定意義上推動(dòng)發(fā)展，起橋梁作用，同時(shí)也推動(dòng)了科技向前大幅度邁步的前進(jìn)。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及分析
在如今這樣的和平世界氛圍里，國(guó)家的性質(zhì)難免存在著些許差異，同樣也允許多樣不同性。資經(jīng)比較雄厚的國(guó)家（資本）、相對(duì)還不錯(cuò)的（社會(huì)）、還有比較窮的的，但是并不全是這樣，而且也只是對(duì)經(jīng)濟(jì)這一塊來(lái)說(shuō)。就如今工業(yè)化這個(gè)角度來(lái)談，有許多工業(yè)化比較成熟發(fā)達(dá)的國(guó)家，有些是大家可能都聽(tīng)說(shuō)過(guò)的，比方說(shuō)：Unite、England、德國(guó)、以及日本等，如果我們肯花時(shí)間的話就能發(fā)現(xiàn)這些國(guó)家有一些共性，就是這些國(guó)家都十分重視行星類齒輪的發(fā)展以及其在現(xiàn)代化社會(huì)當(dāng)中的應(yīng)用程度，潛心研究并且肯花時(shí)間與精力在一件事情上，毫無(wú)疑問(wèn)，在這一研究上這些國(guó)家一直處于靠前的位置并保持這狀態(tài)。這些國(guó)家在原有的基礎(chǔ)上，進(jìn)行再加工、再創(chuàng)造，才達(dá)到今天的成績(jī)，我們是有目共睹的。
現(xiàn)在這個(gè)社會(huì)從一定層面上可以說(shuō)是現(xiàn)代機(jī)械化的社會(huì)，以前全靠雙手來(lái)完成一些大事的年代已經(jīng)過(guò)去了，我們已經(jīng)跨入了一個(gè)新的時(shí)代，能夠利用人腦來(lái)解決一些現(xiàn)代化的東西，而且現(xiàn)在人們的生活壓力比較大，有了不用人體的勞累，不僅僅節(jié)省了時(shí)間、而且不在疲勞，一定程度上避免了些許矛盾。在工作與生活這個(gè)層面上，生活與工作要求都呈現(xiàn)多樣化、復(fù)雜性。所以應(yīng)用中難免會(huì)使用到齒輪，但是一件機(jī)械中，僅僅使用一對(duì)或者一個(gè)齒輪傳動(dòng)是不可能滿足現(xiàn)有條件的，也就是不夠的，比方說(shuō)遇到大型工程、大型設(shè)備作業(yè)時(shí)，普通的減速器肯定是解決不了問(wèn)題的，這就需要更加復(fù)雜的大型機(jī)械設(shè)備來(lái)解決，所以對(duì)減速器就提出來(lái)相當(dāng)高的要求，逐級(jí)遞推，齒輪也就不僅僅是我們簡(jiǎn)單的就可以解決得了的，所以這就需要使用更多的齒輪來(lái)完成其傳動(dòng)這一任務(wù)。也就是我們課本中所涉及的齒輪系。但是齒輪存在著很多種形式，按不同的分類方法，所叫的名稱也就會(huì)不同，如果齒輪系在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，它的那條軸線的位置距離總是與齒輪的機(jī)架保持著一定系數(shù)來(lái)分的話，就可以把它叫成定軸（軸是定的）齒輪系，何為定軸呢，其實(shí)就是他的軸線是固定在那的。另一種是行星類齒輪系，也就是本次設(shè)計(jì)所要重點(diǎn)考究的。由前面的課題知道，行星減速器，所以多多少少就要設(shè)計(jì)有關(guān)齒輪系中的行星齒輪系這一塊。行星齒輪是一個(gè)老生常談的話題，它歷史悠久，發(fā)展歷史年限已經(jīng)很久遠(yuǎn)。在西方的許多國(guó)家其已經(jīng)被廣泛的研究并應(yīng)用到實(shí)際生活中，而且效果反饋很明顯。然而，我國(guó)對(duì)于這一技術(shù)不能說(shuō)遲，但相對(duì)其他國(guó)家確實(shí)落后的不是一點(diǎn)點(diǎn)，這可能和我國(guó)長(zhǎng)久以來(lái)相對(duì)保守的態(tài)度有一點(diǎn)點(diǎn)聯(lián)系，當(dāng)然現(xiàn)在我國(guó)是一個(gè)相對(duì)開(kāi)放型的國(guó)家，廣于吸收一些精華的先進(jìn)知識(shí)，取他們精華的部分，來(lái)發(fā)展填補(bǔ)我國(guó)相對(duì)落后的工業(yè)技術(shù)。但是我國(guó)卻不會(huì)止步于現(xiàn)有狀態(tài)，這就是為什么從1960年這個(gè)分水嶺往這以來(lái)，我們國(guó)家也發(fā)現(xiàn)隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械這一塊需要投入更多的精力重視起來(lái)，對(duì)于工業(yè)化越來(lái)越明顯，齒輪是不可或缺的，需要加以重視，我國(guó)一開(kāi)始是中國(guó)制造，就是不斷的吸收別的國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)與理念，并加入自己的想法與技術(shù)，深入剖析研究。改革開(kāi)放于我國(guó)不管是經(jīng)濟(jì)還是政治方面的一個(gè)突破口，改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)不再是把自己固封在一個(gè)小框框里，對(duì)于其他國(guó)家的一些我國(guó)沒(méi)有的先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)能夠肯花時(shí)間、金錢來(lái)引進(jìn)這些，齒輪傳動(dòng)也是其中的一部分引進(jìn)的先進(jìn)理念，其中行星類齒輪傳動(dòng)也就隨之有了進(jìn)一步的發(fā)展。我國(guó)在引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)上花大量時(shí)間研究并吸收其精華，而且還在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)造與開(kāi)發(fā)。
科技是發(fā)展很快的，已經(jīng)完全不是那個(gè)靠雙手就能解決的一些問(wèn)題，這就需要能夠跟上時(shí)代的步伐，靠一些雙手不能解決的先進(jìn)問(wèn)題，這時(shí)候機(jī)械啊、工程啊、餐飲啊、園林等等，所以行星減速器應(yīng)用也就不會(huì)局限了，煤礦上不在僅僅用雙手挖煤，拖拉機(jī)、汽車等都用到減速器，工地上的起重機(jī)、塔吊等都是這個(gè)意思。總的來(lái)說(shuō)就是工地、挖掘、建筑、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)榷加玫玫健?
隨著現(xiàn)代化科技的發(fā)展，在日常生活中，減速器應(yīng)用已經(jīng)落實(shí)到各方面，不僅產(chǎn)量與效率都相當(dāng)不錯(cuò)，其他方面也是相對(duì)當(dāng)突出。但是它也存在著一些潛在問(wèn)題，其更新?lián)Q代猶如流水，就像現(xiàn)在的手機(jī)發(fā)展，一段時(shí)間，總會(huì)有新的產(chǎn)品出來(lái)，減速器也是這樣。而且現(xiàn)在的減速器在運(yùn)行環(huán)境這一塊也是相當(dāng)惡劣，比方說(shuō)：磨損、漏滲等各種故障，為此，我羅列了以下幾種狀況：
①常見(jiàn)問(wèn)題
首先要說(shuō)的就是磨損這一塊，這里的問(wèn)題主要集中在減速器的軸承室這一塊，該軸承室是磨損的高發(fā)區(qū)。而且他影響到的一些面比方說(shuō)軸承的箱殼體、位于箱體中的內(nèi)孔軸承室還有常見(jiàn)的變速箱的磨損。
由于行星減速器主要是靠軸與齒輪、軸承之間的相互作用來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以軸的直徑上的磨損，而且主要集中在減速器齒輪軸的軸的直徑這一塊，在此需要著重說(shuō)一下，軸與齒輪能夠固定，其實(shí)鍵槽發(fā)揮了挺大的作用，當(dāng)然軸的頭部也是磨損的多發(fā)地帶。傳動(dòng)軸軸承的部位磨損。存在著減速器的結(jié)合面的滲漏。
②解決措施
在磨損這一問(wèn)題上，一般普遍的解決方式一定是補(bǔ)漏焊或者在刷鍍后機(jī)上進(jìn)行再一次修復(fù)，但是這兩個(gè)方法都有各自的不足與缺陷：就拿補(bǔ)漏焊來(lái)說(shuō)，其產(chǎn)生的熱應(yīng)力是不可能全部消除的，這對(duì)材質(zhì)難免就會(huì)造成傷害，所以就會(huì)導(dǎo)致零部件部分彎曲或者有的直接斷裂；可是電刷鍍的話，由于其會(huì)受涂層厚度方面的影響，涂層就會(huì)很容易脫皮，從另一個(gè)層面來(lái)說(shuō)這兩個(gè)方法都是拿金屬來(lái)修復(fù)金屬，硬對(duì)硬本來(lái)就是很難完成配合的，在其他力的相互作用下，磨損一定是會(huì)存在的。然而有些磨損是當(dāng)前公司自身無(wú)法親自完成的，必須要聯(lián)系其他的維修、設(shè)備公司，也就是其他公司的力量來(lái)幫忙解決。我國(guó)對(duì)于這一問(wèn)題方法相對(duì)落后，西方的一些國(guó)家對(duì)于這一類型問(wèn)題，其解決方法值得我們探究并學(xué)習(xí)，他們大都使用高分子復(fù)合材料這一方法。這個(gè)方法好就好在粘著力上，其綜合性能方面還是不錯(cuò)的，抗壓、抗彎強(qiáng)度都非常不錯(cuò)。而且這個(gè)方法還很方便，不需要把東西拆卸下來(lái)，同時(shí)沒(méi)有補(bǔ)漏焊所產(chǎn)生的熱應(yīng)力帶來(lái)的影響，無(wú)需限制修復(fù)厚度，金屬材料本來(lái)在退讓性方面就匱乏，所以在沖擊震動(dòng)性上可以方便吸收，為再次出現(xiàn)磨損，減少一定的不必要性，這樣就會(huì)讓使用壽命得到大大的延長(zhǎng)，避免了由于機(jī)器壞掉，導(dǎo)致機(jī)器停機(jī)，不能夠正常運(yùn)行，造成來(lái)自各方的經(jīng)濟(jì)與時(shí)間上的壓力與損失，這樣就減少了利益上產(chǎn)生的糾紛。
下面來(lái)說(shuō)第二個(gè)問(wèn)題，也就是滲漏。對(duì)于滲漏，可能大家普遍認(rèn)為并且認(rèn)同的方法是把機(jī)器拆卸下來(lái)并且還要打開(kāi)減速器，看看是不是由于密封墊片的問(wèn)題又或者是其他問(wèn)題，然后再考慮是否要更換密封墊片或者用密封膠，如果真這樣做，毫無(wú)疑問(wèn)是影響工作的，不僅在時(shí)間上浪費(fèi)，人力、財(cái)力上也會(huì)有所影響，誰(shuí)又能知道下次再出現(xiàn)滲漏的時(shí)間地點(diǎn)呢。但是在高分子材料使用后就可以盡量避免這一問(wèn)題的話，可以當(dāng)場(chǎng)就解決掉滲漏問(wèn)題。而且高分子材料有很高的粘著力、可以抵抗油性以及很好的拉伸度，對(duì)待振動(dòng)時(shí)也有一定的抵抗作用，可以減少不必要的損失，實(shí)現(xiàn)有用的價(jià)值。
根據(jù)查詢相關(guān)資料可知，大家普遍贊同而且認(rèn)可的發(fā)展的方向?yàn)椋?
①標(biāo)準(zhǔn)一定要高、品種一定要多 在這樣一個(gè)工業(yè)化的社會(huì)大背景下，撇開(kāi)其他的齒輪，僅僅漸開(kāi)線行星類齒輪這一塊就起碼有50多種，而且在這樣的情況上，還在原有基礎(chǔ)上，聰明的中國(guó)人就已經(jīng)研究出好多或許你沒(méi)見(jiàn)過(guò)的差速器和減速器以及變速器等等。
②齒面一定要硬、精度要高 對(duì)于行星傳動(dòng)這一系列中的齒輪，滲碳與淡化是其常用的熱處理方法。其精度要求也相對(duì)較高，一般起碼要在6級(jí)以上。
③轉(zhuǎn)速相對(duì)高、功率要大 該機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛，尤其在高速傳動(dòng)中，而且其功率也很大。
④規(guī)格大、轉(zhuǎn)矩也要大 對(duì)于速度中低、載物重大、轉(zhuǎn)動(dòng)的扭（彎）矩大的行星傳動(dòng)其在發(fā)展上也有了定向的突破。
1.3主要型式特性與技術(shù)條件要求
減速器，從一定的層面上說(shuō)，是封閉在剛性殼體中的一個(gè)部件。而且其作用基本是作為減速裝置在減速方面的應(yīng)用，應(yīng)用范圍基本在動(dòng)力機(jī)械與工作機(jī)械兩者之間。當(dāng)然不能全說(shuō)他是減速的，在特定的環(huán)境下，它也是可以作為增速裝置的，這個(gè)時(shí)候就不能叫做減速器，而是叫它增速器。減速器的在特性上緊緊湊湊的結(jié)構(gòu)、在效率這一塊也是很高的、能很準(zhǔn)確可靠的傳遞一些運(yùn)動(dòng)能、只需要簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單維護(hù)就可以了、而且比較好的一點(diǎn)就是可以成批成批的生產(chǎn)，所以在現(xiàn)代化的應(yīng)用中特別廣，很受歡迎。
行星類減速器在技術(shù)上的條件與要求，減速器的技術(shù)條件，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就體現(xiàn)在2個(gè)方面，即在箱體這方面的體現(xiàn)和在裝配這方面的體現(xiàn)。而且他還有兩個(gè)方面的要求，第一個(gè)是潤(rùn)滑性能一定要好，第二個(gè)要求是能夠試試運(yùn)轉(zhuǎn)情況，即在試的過(guò)程中能運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)在來(lái)討論兩個(gè)條件，先從箱體這一塊來(lái)說(shuō)；①鑄件在箱體的選擇中運(yùn)用較多，當(dāng)然也可以選擇焊件，不管是焊接件還是鑄造件都要及時(shí)進(jìn)行處理，而且越快越好。②對(duì)于邊角上的錯(cuò)位問(wèn)題，一般不能大于4、5、6mm。③中心那根線和與它有關(guān)系的一些面，對(duì)于不重合度這個(gè)問(wèn)題上是不能大于0.3mm的。接下來(lái)再來(lái)談?wù)勓b配。①要求有適合要求的游隙（軸向），②其他不需要加工的一些底面，在底下可以涂漆，至于油漆的顏色可以嘗試紅色的耐油漆，其他沒(méi)有加工基礎(chǔ)的零件涂淺灰色即可。緊接著我們來(lái)探討兩個(gè)要求。先說(shuō)潤(rùn)滑這一塊的要求：①首先在潤(rùn)滑油的選擇上要得當(dāng)。②要注明其黏著度與牌號(hào)。③潤(rùn)滑油也是有有效期的，必須在一定的階段內(nèi)，進(jìn)行更換，初次使用，盡量一到兩個(gè)星期進(jìn)行更換，過(guò)了這個(gè)階段，更換就不用這么頻繁，只需要好幾個(gè)月再更換一次就行了，大概在3到6個(gè)月這樣。最后再來(lái)談?wù)勛詈笠粋€(gè)要求，試運(yùn)轉(zhuǎn)，①首先得說(shuō)他的正反向要求，沒(méi)有載任何東西時(shí)，在額定的轉(zhuǎn)速下把它定為正方向，而反向運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，是不能小于1小時(shí)的。②剛說(shuō)的是空載，現(xiàn)在來(lái)說(shuō)承載，轉(zhuǎn)速一定的情況下或者載荷下用承載，而且它基本方向就有兩種，單方向或者雙方向。③溫度也是有要求的，油池里的溫升是不能超過(guò)35攝氏度的，軸承的溫升是不能超過(guò)40攝氏度的。
1.4技術(shù)路線與主要內(nèi)容
對(duì)于本次設(shè)計(jì)，需要用到的知識(shí)點(diǎn)一定會(huì)比較多，所以必須要熟練掌握齒輪的配合方式以及對(duì)于參數(shù)的各種計(jì)算與驗(yàn)算，因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)不僅僅只有論文和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者還必須也會(huì)使用AutoCAD,Solidworks等二維、三維等軟件，只有這樣才能精確的設(shè)計(jì)出機(jī)械的零件圖和裝配圖以及利用要求畫(huà)出三維實(shí)體，有一個(gè)直觀的認(rèn)知。最后整理資料，完成畢業(yè)論文。
主要困難有：完成本次設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生的要求是比較高的，必須讓學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)還有工藝知識(shí)、裝配知識(shí)、設(shè)計(jì)、繪圖等知識(shí)會(huì)靈活運(yùn)用，計(jì)算時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，減速器各種參數(shù)的確定，結(jié)構(gòu)這一塊的設(shè)計(jì)。
解決辦法：解決的方法是各種各樣的，當(dāng)然在自己解決大部分的設(shè)計(jì)時(shí)，難免會(huì)遇到一些問(wèn)題，這就需要能夠及時(shí)同老師溝通和同學(xué)探討與研究，虛心請(qǐng)教，對(duì)于一些書(shū)本沒(méi)有的知識(shí)點(diǎn)，還得通過(guò)上網(wǎng)來(lái)及時(shí)搜索查詢，只有這樣才能及時(shí)解決本次課題設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題。
1.5傳動(dòng)形式和結(jié)構(gòu)形式
1.5.1結(jié)構(gòu)形式
對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，基本采用的是少齒差型減速器的結(jié)構(gòu)形式,其基本有兩種常見(jiàn)類型,第一種類型我們叫它Z—X—V（聯(lián)系本課題即K—H—V），該類型的減速型裝置有一個(gè)特點(diǎn)就是線是漸開(kāi)的，齒數(shù)差是很少的,而且他是僅僅只有一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副的,也稱為N型減速齒輪;另外的一種類型我們叫它2Z—X（一樣的說(shuō)法叫2K—H），他是兩個(gè)齒輪都是在箱體內(nèi)嚙合的，這種機(jī)構(gòu)（正）的軸線是漸開(kāi)的齒數(shù)差很少的一種類型的裝置（行星減速）,其內(nèi)里嚙合的齒輪副是有兩對(duì)的, 就是我們往日里所說(shuō)的減速裝置NN。
1.5.2傳動(dòng)形式
圖1-1雙內(nèi)嚙合2K-H型傳動(dòng)
圖1-2雙內(nèi)嚙合2K-H型傳動(dòng)
圖1-1由H端輸入，通過(guò)相互嚙合，內(nèi)齒圈3端輸出；圖1-2也是由H端輸入，經(jīng)過(guò)嚙合，外齒輪輸出。對(duì)于傳動(dòng)比的分配問(wèn)題，應(yīng)該合理有效，如果分配不好，這不但對(duì)其條件有影響，而且也會(huì)對(duì)其后續(xù)工作產(chǎn)生影響。所以傳動(dòng)比分配是有一定原則的，比方說(shuō)：盡可能的讓其承載能力相等，為了讓潤(rùn)滑簡(jiǎn)單方便、其齒輪在油中的深度要差不多，減速器要盡可能的使尺寸小而精確。
由于i一開(kāi)始給的是496，經(jīng)過(guò)把圖1-1與圖2-1兩者通過(guò)全方位考究，顯然在i的選擇上圖1-1是更大的，這次主要就是為了深析齒輪傳動(dòng)（雙內(nèi)嚙合）。
2確定相關(guān)參數(shù)
2.1確定齒數(shù)
何為傳動(dòng)比，首先設(shè)WA是首齒輪的角速度，Wk是末齒輪的角速度，i就是首齒輪除以末齒輪，也就是所謂的傳動(dòng)比。
傳動(dòng)比 ： 式(2.1)
已知iH4，， 式(2.2)
式(2.3)
式中：齒數(shù)差；
錯(cuò)齒數(shù)；
由于i一開(kāi)始給的是496，通過(guò)搜索查閱張展的參考書(shū)，iH4=z1z4/(z1z4-z2z3)得iH4=124,加一個(gè)減速裝置，其是一級(jí)前置減速裝置，傳動(dòng)比4，他的功能原理圖可以參見(jiàn)下圖2-1，一開(kāi)始是靠輸入軸與齒輪的嚙合對(duì)其進(jìn)行減速來(lái)，為后面的減速作鋪墊，然后再通過(guò)內(nèi)齒輪與兩個(gè)連起來(lái)的齒輪的嚙合來(lái)進(jìn)行減速，最終利用公式即可把傳動(dòng)比求出來(lái)，最終讓減速器轉(zhuǎn)起來(lái)。其大概原理就是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)輸入齒輪軸43轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸上的齒輪與偏心軸上的齒輪35嚙合，帶動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，偏心軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪32在內(nèi)齒輪33和輸出軸端部?jī)?nèi)齒輪里面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這樣輸出軸20也就會(huì)跟著旋轉(zhuǎn)起來(lái)，這樣就會(huì)形成一個(gè)完整的傳動(dòng)。
圖2-1減速器原理圖
表2-1齒輪的配齒表
Z1
Z2
Z3
Z4
ix4
錯(cuò)齒數(shù)
齒數(shù)差
40
41
30
31
124
10
1
2.2確定變位系數(shù)
如果要想確定本次設(shè)計(jì)的變位系數(shù)，那么就要先熟知變位齒輪，那么究竟何為變位齒輪呢？通過(guò)查詢書(shū)籍資料可知變位齒輪即齒坯與刀具改變的相對(duì)位置的齒輪。Xm也就是刀具的移動(dòng)距離。而x就是所謂的變位系數(shù)。X＞0為正變位；X＜0為負(fù)變位；X=0即為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。
如果要使用變位系數(shù)需要具備以下三個(gè)要求：
①嚙合角： 式(2.4)
②ε大于1（重合度的大小不受模數(shù)影響，與齒數(shù)是存在著一定的關(guān)系的）
式(2.5)
③（齒輪輪廓的重疊干涉驗(yàn)算值）
式(2.6)
經(jīng)過(guò)搜索查閱張展那本設(shè)計(jì)手冊(cè)，可以對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)確定齒輪的需要用到的參數(shù)：
常規(guī)情況下齒頂高取的是1，但是這里取0.7（ha*）就可以了，我國(guó)正常情況下壓力角是基本不會(huì)變的，20°即可，但是其他國(guó)家有15度和14.5度的。模數(shù)是4（m）,中心距（標(biāo)準(zhǔn)） a=1/2(d2+d1)或者a=1/2(d1-d2)即 嚙合角。
表2-2各齒輪變位系數(shù)
齒輪的序號(hào)
變位系數(shù)X
齒頂圓的直徑da
齒根圓的直徑df
1
-0.1286
164.5712
151.3712
2
0.3323
161.0584
174.2584
3
-0.13
124.56
111.36
4
0.3309
121.0472
134.2472
1齒輪和2齒輪之間的中心距離的變動(dòng)情況：
變位系數(shù)：
齒輪1的中心距離和齒輪2的中心距離數(shù)值：
中心距：
3齒輪和4齒輪之間的中心距離的變動(dòng)情況：
變位系數(shù)：
3齒輪和4齒輪之間的中心距離數(shù)值：
中心距： mm
因?yàn)榕c都是3，而本次求的偏心距離也是3
2.3計(jì)算傳遞效率
傳遞效率： 式(2.6)
式中：行星機(jī)構(gòu)嚙合效率
式(2.7)
式中：兩個(gè)齒輪相互嚙合的效率
即 式(2.8)
式中：齒輪的輪廓摩擦力與壓力的比值，
表2-3εa1的數(shù)值
齒輪序號(hào)
齒數(shù)Z
齒頂圓直徑da
1
40
164.5712
為-5.082377295
2
41
161.0584
為6.132619771
3
30
124.56
為-3.696539606
4
31
121.0472
為4.746862515
表2-4E1、E2的數(shù)值
項(xiàng)目
范圍
或者
≥0且≤1
＞1
＜0
齒廓摩擦因素
內(nèi)齒輪為插齒，外齒輪為磨齒或者剃齒
大約在0.07~0.08之間
內(nèi)齒輪為插齒，外齒輪為滾齒或插齒
大約在0.09~0.10之間
根據(jù)上表2-4數(shù)據(jù)信息，把公式代入得：
式(2.9)
同樣的道理，另外一對(duì)齒輪的計(jì)算過(guò)程如下：
式(2.10)
綜合式(2.9與10)把其代入式（2.7），則此嚙合機(jī)構(gòu)的效率為
式中： 轉(zhuǎn)臂軸承效率
式(2.11)
式中： 摩擦力與壓力的比值，
滾動(dòng)軸承內(nèi)圓的直徑，
代入公式，則
傳遞過(guò)程中的效率：
因?yàn)檫@里求出來(lái)的傳遞效率是0.551，而我們之前求得的輸入軸和齒輪35嚙合的效率已經(jīng)求出來(lái)了，所以只需要把0.551和之前的乘起來(lái)就是本次主題要求的傳遞效率，也就為：
3齒輪設(shè)計(jì)
3.1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)
齒輪傳動(dòng)就是傳遞動(dòng)力，其傳動(dòng)的是兩根軸之間的一個(gè)橋梁。與其他一些機(jī)械類型的傳動(dòng)比起來(lái)，比方說(shuō)皮帶型傳動(dòng)、液壓等，其具備很大的功率，傳動(dòng)比比起其他也是相對(duì)比較準(zhǔn)確的，而且他的使用長(zhǎng)短相比其他也是很長(zhǎng)的，既安全又可靠等特點(diǎn)。所以經(jīng)過(guò)對(duì)比，齒輪已經(jīng)滲透到各行業(yè)，尤其機(jī)械行業(yè)，或許更大的行業(yè)都占了很重要的一席位置，羅列下其優(yōu)點(diǎn)如下面所述：①傳動(dòng)比在一定條件下是不變的（瞬時(shí)），工作運(yùn)行起來(lái)，不會(huì)出現(xiàn)大偏差，較平穩(wěn)。②大多數(shù)情況下，其采用的是非圓柱，傳動(dòng)比（瞬時(shí)的）可以根據(jù)其變化的規(guī)律來(lái)隨機(jī)變化i(傳動(dòng)比)的范圍活動(dòng)空間是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大的，尤其是本次設(shè)計(jì)的行星類型的齒輪，其單級(jí)的傳動(dòng)比可以在100到200之間。④很廣泛的速度，當(dāng)然此處的速度不僅僅是轉(zhuǎn)速，而且還涉及圓周上的速度。⑤功率相當(dāng)大、承受的載重力高，在速度比較高的情況下，其功率可以達(dá)到50000kw有的特殊情況下甚至更大，當(dāng)然在速度比較小，也就是低速時(shí)，他的輸出轉(zhuǎn)動(dòng)扭（彎）矩有時(shí)候可能達(dá)到1400000Nm左右。⑥相對(duì)比較高的傳動(dòng)效率，當(dāng)然這個(gè)有時(shí)候還得看它的精密程度。因?yàn)辇X輪副的精密程度相對(duì)較高，隨之效率也有所提高。范圍在0.99左右。⑦構(gòu)造好，相對(duì)來(lái)說(shuō)緊湊，本次設(shè)計(jì)是齒數(shù)差很少，所以在體積這一塊，可以相對(duì)在小一些，而且比較容易做好保護(hù)措施。
沒(méi)有什么是完美的，完美的同時(shí)總是伴隨著一定的瑕疵，所以此齒輪也不全是優(yōu)點(diǎn)，有時(shí)候我們需要看到不足，所以齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)也是很透明的。如：①在傳動(dòng)期間由于制作存在一定的誤差，所以難免會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、而且沖擊緩沖性很大，這就難免會(huì)有噪聲的產(chǎn)生，既然有噪聲這就難免會(huì)有動(dòng)載荷的出現(xiàn)。②在載重過(guò)大的過(guò)程中，是起不到保護(hù)的作用的。③對(duì)于一些精密度相對(duì)較高，或者有特殊要求的，就要使用一些精密度精確一些的機(jī)床，普通的一些儀器一般是測(cè)繪不出來(lái)的，而且成本也會(huì)大大的提高，所以有的時(shí)候就得考慮是否得當(dāng)。
3.2選材以及選擇原則
對(duì)于齒輪在選材這一問(wèn)題上，首先得考慮他的性能是否滿足要求，所以一定要有很硬的齒面，很堅(jiān)韌的齒芯。當(dāng)然選材可不能只考慮他的性能，熱處理和機(jī)械加工性能也是應(yīng)該考慮的重要因素，當(dāng)然還得考慮成本也就是經(jīng)濟(jì)性等等。
選擇原則：①選擇的材料必須要能夠包含于工作范疇。②性能原則，也就是尺寸的形狀、大小，成形的方法、熱處理方式、制造的工藝要求。③如果含鐵和碳比較多的鋼需對(duì)其進(jìn)行熱處理，正火是比較好的選擇。④也有一些對(duì)精密度、材質(zhì)要求特別高，比方說(shuō)飛機(jī)等，齒輪的尺寸不能大，盡量選擇大而精，就拿飛機(jī)來(lái)說(shuō)由于長(zhǎng)時(shí)間飛行受各種環(huán)境等因素的影響，如果材料表面做得不夠好，這樣的話就需要選擇表面硬化過(guò)的合金鋼。
3.2.1精度等級(jí)的選擇
在漸開(kāi)線齒輪當(dāng)然包括圓柱與圓錐齒輪在精密度上的標(biāo)準(zhǔn)中，一般情況下，精度等級(jí)規(guī)定其有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)到十二級(jí)，一級(jí)精度最高，依次類推，12級(jí)就是最低的，由于其在運(yùn)動(dòng)上可能會(huì)脫離原來(lái)的路線、傳動(dòng)上可能會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)、載重負(fù)荷的均勻分布上是否滿足要求且存在差異，因此就把每一個(gè)精密程度等級(jí)分成第1、2、3這三個(gè)公差組
3.3 齒輪的失效類型
輪齒在相互嚙合的使用過(guò)程中，由于長(zhǎng)時(shí)間受摩擦和撞擊，難免會(huì)損壞或者失效不可用。但是齒輪是有好幾種比較常見(jiàn)的失效的形式的，第一種就是當(dāng)所受的力比較大，導(dǎo)致齒輪的齒折斷，即輪齒折斷；第二種齒面被點(diǎn)蝕；第三種齒面長(zhǎng)時(shí)間受摩擦力的影響，輪齒被磨損了，即齒面磨損；第四種，就是就是載重速度比較低，很慢在表面形成油膜，就會(huì)膠合起來(lái)，即齒面膠合。
3.4減速器的潤(rùn)滑及密封
為了盡量避免金屬之間的直接接觸，可以用油進(jìn)行潤(rùn)滑，因?yàn)闈?rùn)滑不但可以使摩擦力和磨損變小，而且還能夠讓齒輪等在作業(yè)的同時(shí)，把溫度降下來(lái)，而且潤(rùn)滑可以防止生銹、讓噪聲降下來(lái)，這樣就不會(huì)影響減速器的正常工作狀況，讓減速器的壽命大大提高。
①對(duì)于齒輪，由于齒與齒之間需要相互嚙合，所以需要把齒輪在油池中進(jìn)行潤(rùn)滑，在選擇何種潤(rùn)滑方式時(shí)，一般是根據(jù)齒輪的圓周速度來(lái)確定的。
②對(duì)于軸承，潤(rùn)滑的方式主要有用油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑。而油潤(rùn)滑可以大致分為三種，第一種，對(duì)于速度比較慢、載重輕的軸承，盡量使用間歇性供油；第二種，對(duì)于速度適中，盡量使用連續(xù)供油；第三種，對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件，盡量使用飛濺式潤(rùn)滑，因?yàn)楸敬问禽S與齒輪間的相互作用，所以使用這種方式潤(rùn)滑。
對(duì)于減速器的密封，對(duì)于有些剖面，孔等位置可以涂上密封類型的膠。
3.5齒輪強(qiáng)度驗(yàn)證
少齒差內(nèi)齒輪漸開(kāi)線齒受力后， 實(shí)際能夠測(cè)量到的接觸齒差不多為3 到9,在一個(gè)齒上的載重負(fù)荷是不能超過(guò)他的總量的百分之四十到百分之五十這個(gè)區(qū)間的。在齒頂圓齒頂上所承擔(dān)的載重負(fù)載卻只有百分之二十五到百分之三十。載荷除以Kr即是齒輪的強(qiáng)度，通過(guò)搜索查詢書(shū)籍并且驗(yàn)算校核齒彎曲強(qiáng)度，彎曲剛度是不需要的。因?yàn)楸敬沃饕请p內(nèi)嚙合，就是內(nèi)齒輪、軸等之間的關(guān)系，所以內(nèi)齒輪是無(wú)需校核的，校核外齒輪就可以了。
式(3.1)
式中：外齒輪傳動(dòng)引起的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，
輪齒的形狀系數(shù)，查閱文獻(xiàn)[6]得
有用系數(shù)，
運(yùn)動(dòng)載荷，
輪齒的寬度，
彎曲所允許的最大應(yīng)力
式(3.2)
式中：尺寸系數(shù)；
壽命系數(shù)；
彎曲所能承受的最大應(yīng)力；
因?yàn)楸敬芜x擇的是直齒圓柱齒輪，用的是40Cr這個(gè)材料。搜索查閱張展設(shè)計(jì)書(shū)籍選取
則
因此3.83是小于4的，所以我們剛開(kāi)始選擇的4是可以承受的。
3.6設(shè)計(jì)前置減速級(jí)齒輪
因?yàn)檩斎胼S和齒輪的嚙合就是屬于減速級(jí)齒輪（前置）時(shí)，這樣的情況下常用直齒圓柱齒輪,八級(jí)精度其實(shí)就可以了。在選材上，這兩個(gè)齒輪都用40Cr，可以先對(duì)其進(jìn)行淬火然后再進(jìn)行高溫回火，洛氏硬度在四十八到五十五這個(gè)區(qū)間。小齒輪的齒數(shù)為二十四（Z5） ,大齒輪的齒數(shù)是96（Z6），傳動(dòng)比為4。
根據(jù)搜索查閱參考文獻(xiàn)[3]可以得知
式(3.3)
式中：載重負(fù)荷系數(shù)，
小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，
輪齒的寬度，讓
兩齒輪在傳動(dòng)時(shí)，齒數(shù)的比值，
彈性影響系數(shù)，查詢文獻(xiàn)[3] 得
允許接觸所能承受的應(yīng)力
KHN1、KHN2 —由于疲勞接觸所能承受的使用年限，查詢書(shū)籍得，KHN1=0.91，KHN2=0.92
應(yīng)力比：
式中：齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；
齒輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，齒面所嚙合的次數(shù)；
齒輪所能使用的年限，一般兩班制，一班的工作時(shí)間是8個(gè)小時(shí)，時(shí)間年限是10年；
所能接觸的工件在使用中的疲勞極限，
搜索相關(guān)書(shū)籍：
式(3.4)
式中：K—載重負(fù)荷系數(shù)，
通過(guò)搜索相關(guān)書(shū)籍，得
搜索相關(guān)書(shū)籍，
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，設(shè)計(jì)齒根圓的彎曲強(qiáng)度：
式中：K—載荷系數(shù)，；
查書(shū)籍得：
查書(shū)籍得：
計(jì)算兩個(gè)齒輪的：
通過(guò)利用以上的公式，把用到的數(shù)據(jù)代入上式，則小齒輪為0.0106，而大齒輪是0.0099，由于0.0106大于0.0099，即小齒輪大于大齒輪，所以只需用小齒輪的數(shù)據(jù)來(lái)應(yīng)用，綜合衡量m=2。
中心線間的距離：
分度圓直徑：
齒輪的工作寬度
表3-1輸入軸與齒輪組成的減速裝置數(shù)據(jù)表
名稱
代號(hào)
單位
5
6
中心距
120
傳動(dòng)比
4
模數(shù)
m
2
壓力角
20
齒數(shù)
24
96
分度圓直徑
48
192
齒頂圓直徑
52
196
齒根圓直徑
43
187
齒寬
48
50
4軸的設(shè)計(jì)
軸是組成機(jī)器的重要部分之一，從一定層面上說(shuō)其是傳遞了動(dòng)力與支承一些回轉(zhuǎn)零件，所以很多都存在著彎矩和轉(zhuǎn)矩的支承作用。碳素類型鋼與合金類型鋼是軸相當(dāng)重要材料，碳素結(jié)構(gòu)類型鋼在價(jià)格上比合金鋼要便宜的多，而且應(yīng)用范圍廣，對(duì)應(yīng)力集中地，其相對(duì)敏感，系數(shù)較小， 45#廣泛且認(rèn)可度較高，一般調(diào)質(zhì)或者正火是其首選。軸的分類有很多種，按照分類方式的不同，分類的結(jié)果往往也是存在差別的，如果按其載重負(fù)荷的承載能力，軸有中心軸、傳遞動(dòng)動(dòng)軸、還有轉(zhuǎn)動(dòng)軸。對(duì)于這三個(gè)軸的定義，心軸的定義就是只承擔(dān)一個(gè)彎矩這個(gè)作用力，通常火車的車輪的軸就是這樣的。傳遞動(dòng)力軸只承擔(dān)扭矩，汽車上的傳遞動(dòng)力軸就是這樣。最后一個(gè)就是轉(zhuǎn)動(dòng)軸，說(shuō)白了就是心軸和傳動(dòng)軸的結(jié)合體。轉(zhuǎn)軸兼具兩者，即既有彎矩的作用也承擔(dān)扭矩的。本次設(shè)計(jì)的減速器的軸基本是這個(gè)樣子。當(dāng)然如果參考軸線形狀來(lái)討論，又可以分為曲線軸與直線軸。與其他一些零件比起來(lái)，軸已經(jīng)是很簡(jiǎn)單的了，尤其是階梯類軸所分的級(jí)數(shù)還是盡量少一些。同一根軸，不同的軸段要求是不一樣的，有的精度需磨削，有的需要對(duì)其進(jìn)行熱處理，有的需要倒角。而且也要注意配合方式，遇到問(wèn)題要能拆下來(lái)裝起來(lái)，不影響工作流程才行。
4.1軸的材料
一根軸或許能承受來(lái)自各方的力，但是彎矩與扭矩卻是其主要的承載能力。從機(jī)械設(shè)計(jì)那本書(shū)上，我們得知軸失效的形式也是五花八門的，比較常見(jiàn)的有因用的多疲勞而斷裂，所以軸的選材因引起重視，應(yīng)考慮到多方因素，所以應(yīng)該具備一定的強(qiáng)度、特殊定向的韌性和足夠的耐磨性能。所以綜合了下，軸在選材方面可以從下面這些材料中考慮度量：
① 碳素鋼
因?yàn)樘妓劁摰奶卣鞅容^明顯，在機(jī)械的性能上也不錯(cuò)，前提該碳素鋼是優(yōu)質(zhì)的。從材料成型那本書(shū)中我們知道，碳素鋼的對(duì)應(yīng)力比較不容易集中，而且他的敏感性能相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低，價(jià)格適宜，相對(duì)其他材料其具備很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用性很廣泛，在日常生活或者工作中，買的人還是特別多的。一般來(lái)說(shuō)，平常的軸基本還是采用45號(hào)碳素鋼鋼，不過(guò)他必須要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理或者正火處理；需要重點(diǎn)說(shuō)一下的是，如果某一軸端比較特殊，比方說(shuō)可能有鍵連接等需要耐磨性的，必須首先要對(duì)這一軸段進(jìn)行表面上的淬火以及低溫回火。當(dāng)然如果是其他的也就是很平常的，亦或者承受的力不大，也就是輕載的軸段，其實(shí)只需要用一般化的碳素鋼就可以了，比方說(shuō)Q235或者Q275這幾種類型的等等。
② 合金鋼
合金鋼由于所加的元素所引起的作用，改良并且提升鋼的各種性能，讓鋼能夠更耐用，在原有的性能上能夠多出一些特殊性能，而且這些性能是其他的一些鋼所沒(méi)有的這些性能，其實(shí)也可以說(shuō)就是雜糅了一些化學(xué)元素，而恰巧這些元素的加入可以改善在原有鋼在某些方面的特殊性能，讓鋼的功能更加強(qiáng)大，有的時(shí)候我們可以說(shuō)他是一種奇特的鋼種，合金鋼的分類有兩種，如果按照合金中摻雜的元素這類方法來(lái)分，合金鋼可以分為硼鋼、錳鋼、硅錳鋼等等。對(duì)于合金鋼的好處，其實(shí)后加的元素從鋼的相變圖就知道，其改變了它的相變，而且他的組織以及性能被影響主要是鐵還有的是碳的作用?？偟膩?lái)說(shuō)，淬火性能好，在通過(guò)熱處理后受變形的影響不大，而且他的價(jià)格相對(duì)其他還是比較貴的，這可能是由于比較稀缺的因素。其應(yīng)用的范圍基本是重量相對(duì)較輕的，軸的頸方面也必須要耐磨。其基本用在汽輪的發(fā)電機(jī)的軸，
③ 鑄鐵（球墨）
鑄鐵（球墨）呈現(xiàn)的是球狀形狀，基體是F或者F加上珠光體或者就僅僅是珠光體這三種，為何選擇球墨鑄鐵主要是他的強(qiáng)度相對(duì)灰鑄鐵比較高，而且塑性也很好，韌性也大，吸收振動(dòng)性能以及特別耐磨方面都相對(duì)比較突出，但是它一一對(duì)應(yīng)的力（對(duì)應(yīng)）的集中糅合的敏感性也就低了，價(jià)格很便宜，主要用在負(fù)荷制造上比較大，外形受力也相對(duì)復(fù)雜的軸。如：內(nèi)燃機(jī)中的曲軸、在齒輪上的應(yīng)用、其他機(jī)械中的凸輪軸、還有蝸桿。
4.2軸的設(shè)計(jì)步驟
類比法與計(jì)算法（設(shè)計(jì)）是軸在設(shè)計(jì)這一塊的一般化步驟。
1.類比法
類比法是通過(guò)對(duì)軸的條件來(lái)考核，選擇和他差不多的軸來(lái)來(lái)比并進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，最后畫(huà)出零件圖，而且有一點(diǎn)比較好，就是這個(gè)方法不需要強(qiáng)度計(jì)算。既然是類比就是要設(shè)計(jì)者能用現(xiàn)有的書(shū)籍和所學(xué)習(xí)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)軸，這樣設(shè)計(jì)還是比較穩(wěn)當(dāng)?shù)模矣挚梢允r(shí)間，進(jìn)度高，這種方法用的還是比較多的，但其缺點(diǎn)也很明顯就是為了省事盲目選用。
2.設(shè)算法
此方法設(shè)計(jì)軸的一般過(guò)程順序如下：
（1）由于軸的功能運(yùn)用廣泛，所以要通過(guò)其工作性能以此來(lái)選擇材料，工藝性好、又有一定的經(jīng)濟(jì)性，最終很好確定許用應(yīng)力。
（2）一開(kāi)始要大概計(jì)算出每一段軸的直徑，根據(jù)相關(guān)公式，可如果最細(xì)的部分沒(méi)問(wèn)題的話，其他就沒(méi)什么問(wèn)題，即求出軸最細(xì)這一段的軸的直徑。
（3）設(shè)計(jì)軸的內(nèi)部構(gòu)造 ，同時(shí)要初步畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)上的草圖 主要內(nèi)容與要求如下所示：①通過(guò)條件和要求來(lái)定位零件的大概位置以及其用什么樣的固定方式；②計(jì)算出每一個(gè)軸段的直徑；③計(jì)算并定好每一個(gè)軸段的長(zhǎng)度；④通過(guò)查詢資料和設(shè)計(jì)書(shū)籍，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定各個(gè)軸段的結(jié)構(gòu)以及細(xì)節(jié)，比方說(shuō)鍵槽、倒角等相關(guān)尺寸。
（4）把彎矩以及扭矩進(jìn)行合成，以此來(lái)對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度上的校核。一開(kāi)始就要選擇多一點(diǎn)的比較危險(xiǎn)的需要截的面，并且還要對(duì)這幾個(gè)不安全的截面進(jìn)行驗(yàn)證與校核（強(qiáng)度）。如果校核的結(jié)果不符合要求的話，就要重新設(shè)計(jì)并對(duì)結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)。
（5）重新設(shè)計(jì)好軸段的結(jié)構(gòu)后，要再校核。 只有不停地對(duì)所設(shè)計(jì)的軸進(jìn)行校核驗(yàn)算并且不停地改動(dòng)，直到結(jié)果符合要求，滿足條件即可。
注意點(diǎn)：1）通常在設(shè)計(jì)軸時(shí)是不需要對(duì)軸進(jìn)行剛度還有穩(wěn)定性方面的校核的，如果需要?jiǎng)偠刃：说脑?，通常出現(xiàn)的都是彎曲方面的剛度校核；2）對(duì)于大多數(shù)比較正式一點(diǎn)的場(chǎng)合內(nèi)，高速軸由于速度比較高，所以要對(duì)其疲勞強(qiáng)度這方面的校核。
4.3設(shè)計(jì)輸入齒輪軸
輸入軸的功率： 式(4.1)
式中： 滾動(dòng)型軸承的效率，
電動(dòng)機(jī)已經(jīng)定好的功率；
輸入齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度：
式中：電動(dòng)機(jī)加到最大化的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；
式(4.2)
通過(guò)信息對(duì)比考量決定選取40Cr為軸的材料，A0=110。
根據(jù)實(shí)際情況，本軸的直徑盡量不要大于100mm，且這個(gè)軸上面有一個(gè)做好的鍵槽，軸的直徑需在原有基礎(chǔ)上提高到5%到7%。
根據(jù)需要，通過(guò)四舍五入取整，則軸=20mm
設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)
1 2 3 4 5
圖4-1輸入齒輪軸
輸入軸的L與d
1-2段，這一段和其他剩下的有所不同，這頭制作的是齒輪，長(zhǎng)度和其他的差不多，其直徑是齒輪齒頂圓的直徑，即取L=48,d=52
2-3段，這一段做成階梯軸，不和有軸承的主要部位重復(fù)，且保證長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，這樣很安全，所以這一段也可以說(shuō)是過(guò)度，即取L=15，d=34。
3-4段，這一段承受的作用比較大，也是需要重視的一個(gè)段位，這一段用兩個(gè)軸承來(lái)完成一些作業(yè)，通過(guò)大致估算，L=113，d=25
4-5段，這一段通電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榭梢院吐?lián)軸器配合，而且是鍵聯(lián)接，所以取為L(zhǎng)=50，d=20.
4.4設(shè)計(jì)偏心軸
偏心軸上的功率計(jì)算：
式中：深溝球軸承的有用效率，
深溝球軸承的有用效率，
兩個(gè)齒輪間相互的嚙合效率，
轉(zhuǎn)動(dòng)壓臂軸承的效率，
電動(dòng)機(jī)已經(jīng)定好的功率；
代入公式，則偏心軸的轉(zhuǎn)速：
式中：電動(dòng)機(jī)裝滿載荷是轉(zhuǎn)動(dòng)的速度；
齒輪兩接觸構(gòu)件角速度的比值，
偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，
通過(guò)計(jì)算可得，偏心軸即使最寬的軸的直徑都是沒(méi)超過(guò)100毫米的，在與齒輪、內(nèi)齒輪、與輸出軸那段各設(shè)計(jì)了一個(gè)鍵槽，所以為了安全保障，這幾個(gè)軸的直徑盡可能增大百分之十到百分之十五。
由于偏心軸結(jié)構(gòu)是有限制因素的，所以四舍五入取整數(shù)，即靠近輸入軸端的軸的直徑取為25mm即可。
此次軸承在25那一段放了兩個(gè)軸承，就是6305，6代表它是深溝球軸承，3是中系列，0是無(wú)含義的，不起作用，而5是內(nèi)徑的系數(shù)，所以內(nèi)徑為內(nèi)徑系數(shù)乘以5，即為25，外徑為62，厚度17。在偏心軸主要用到那部分，就是存在中心距的那部分，由于這部分直徑相對(duì)較大，所以選用的是6010，內(nèi)徑為10乘以5等于50mm， 外徑用80mm就可以滿足需求， 厚度或者說(shuō)寬度是16mm。
1 2 3 4 5 6 7
圖4-2偏心軸
1-2段,這一段需安裝軸承以及平衡塊，選擇深溝球軸承其內(nèi)徑為40mm，取其軸徑是40mm，長(zhǎng)度50mm。
2-3段，這一段是偏心軸的偏心段，選擇兩個(gè)軸承內(nèi)徑為50mm，軸承名稱型號(hào)是6010，內(nèi)徑為內(nèi)徑系數(shù)乘以5就是10乘以5等于50，上面已經(jīng)把外徑和寬度出來(lái)了。最終選定軸的直徑d用50mm就可以了，L用72mm在80這個(gè)允許的范圍內(nèi)，符合。
3-4段，這一段因?yàn)樵谄妮S段的兩側(cè)，所以也是很重要的部位，因?yàn)槠妮S的中心不是很常規(guī)的，為了能正常作業(yè)且安全，需要用一些東西來(lái)平衡可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題狀況，這個(gè)時(shí)候就用到了平衡塊，所以在考慮直徑和長(zhǎng)度時(shí)也要考慮到平衡塊的長(zhǎng)度因素，所以取軸的直徑d=40mm，長(zhǎng)度L=48mm就可以了。
4-5段，這一段和齒輪35就是直齒齒輪嚙合，所以要留一點(diǎn)小空間，輪轂的長(zhǎng)度應(yīng)該比軸段長(zhǎng)度長(zhǎng)2mm，因?yàn)辇X輪的寬度是50mm，也就是軸段的長(zhǎng)度應(yīng)為48mm。取其軸徑35mm，長(zhǎng)度48mm。
5-6段，這一段的左邊是軸承，右邊正好是階梯軸也就是齒輪35那邊，所以用了套筒，所以取軸的直徑用d為30mm就可以了，長(zhǎng)度L=60mm也在允許的范圍內(nèi)。
6-7段，這一段是一開(kāi)始確定的偏心軸最細(xì)的那一段，因?yàn)樘?xì)所以也必須用軸承來(lái)作業(yè)，因?yàn)樘?xì)所以齒輪的選擇也比較小，用6205應(yīng)該就能滿足要求，因?yàn)閮?nèi)徑系數(shù)和6305一樣都是5，所以內(nèi)徑也和6305一樣是25，軸承在寬度上比6305小2，為15mm，外徑小10，為52mm。取軸的直徑d為50mm，長(zhǎng)度L為72mm就可以了。
4.5 設(shè)計(jì)輸出軸
從本次課題的設(shè)計(jì)要求，以及外界的工作情況可以知道在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，最終決定其輸出的功率P輸出=1KW，輸出軸的轉(zhuǎn)速為n輸出=2.5r/min。
所以輸出軸也可以用這個(gè)額定功率。其實(shí)最常用的是45號(hào)鋼，但是有些合金鋼的力學(xué)性能很高，熱處理也很方便，對(duì)待一些大功率的傳遞很實(shí)用、而且耐磨性能好。所以可以選擇用40Cr這個(gè)材料，而A0=110，且P為1KW，輸出轉(zhuǎn)速相對(duì)比較小，是2.5r/min
由于軸的直徑為71.5小于小于100mm，因?yàn)檩S上如果有一兩個(gè)鍵槽，一個(gè)鍵槽軸徑應(yīng)該增大3%到5%左右，兩個(gè)鍵槽7%到10%左右。
因?yàn)檩S結(jié)構(gòu)是有限制因素的，所以選擇最小的軸頸80mm。
1 2 3 4 5 6 7 8 9
圖4-3輸出軸
設(shè)計(jì)輸出軸
其中1-2段，這一段是整個(gè)輸出軸聯(lián)系其他物件的重要環(huán)節(jié)，比方說(shuō)有可能聯(lián)系聯(lián)軸器等，所以這一段長(zhǎng)度相對(duì)其他來(lái)說(shuō)較長(zhǎng)，可以取它的軸的直徑d=80mm，長(zhǎng)度L=100mm。
2-3段，這一段因?yàn)橐b軸承端蓋，所以難免密封不太好，所以盡量加密封氈圈，所以可以取他的軸的直徑d=86mm，長(zhǎng)度L=70mm。
3-4段，這一段由于會(huì)受到來(lái)自偏心軸的旋轉(zhuǎn)力，而且希望能夠安全有效，所以選擇相對(duì)較大的6218，因?yàn)閮?nèi)徑系數(shù)為18，所以18乘以5得90，，所以取它的軸的直徑d=90mm，長(zhǎng)度L=30mm。
4-5段，這一段其實(shí)作用并不是特別大，但也不是說(shuō)沒(méi)有作用，因?yàn)槠渑赃叺囊欢斡昧溯S承，防止軸承來(lái)回動(dòng)，,也就是軸向定位，所以取他的軸的直徑d=100mm長(zhǎng)度L=30mm。
5-6段，這一段由于很靠近偏心軸，是靠軸承和偏心軸的作用，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，也就是所說(shuō)的用的最大的那個(gè)軸承6322，,，因?yàn)閮?nèi)徑系數(shù)是22，所以22乘以5等于110，所以選取他的軸的直徑d=110mm，長(zhǎng)度L=50mm。
6-7段，這一段和4-5段作用差不多，都是因?yàn)?-6段有軸承，這兩段都是固定讓它不動(dòng)的，所以選取它的軸的直徑d=142mm，長(zhǎng)度L=24mm。
7-8段，這一段其實(shí)作用也不大，為了最后那個(gè)內(nèi)齒輪外圈的嚙合做個(gè)鋪墊過(guò)渡，所以長(zhǎng)度方面只要合理就可以了，所以取它的軸的直徑d=172mm，長(zhǎng)度L=18mm不是特別大，但是在合理的范圍內(nèi)。
8-9段，這一段和1-2段是這個(gè)輸入軸的重要部位段，因?yàn)樗莾?nèi)齒輪外圈和那個(gè)雙聯(lián)齒輪嚙合帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)，所以取它的這一段軸的直徑d=150mm，長(zhǎng)度L=33mm。
5平衡塊的設(shè)計(jì)
由于此設(shè)計(jì)是齒輪減速器（行星），所以須有行星的架子、(中心)太陽(yáng)輪等。所以在雙內(nèi)嚙合2K-H行星齒輪減速裝置中，需要行星架，而偏心軸起到的就是這個(gè)作用。在減速器的實(shí)際操作運(yùn)行中，因?yàn)槠妮S的速度是比較高的，在運(yùn)行時(shí)由于偏心軸旋轉(zhuǎn)中心部分的重心不是軸的偏心質(zhì)量（即質(zhì)心不在其回轉(zhuǎn)中心上），將產(chǎn)生離心力，正式由于有了離心力等預(yù)料之外的因素，所以可能導(dǎo)致減速器不能正常運(yùn)行，或者運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這樣減速器就不能按原計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)。由于偏心軸主要就是便捷能夠靈活調(diào)節(jié)軸和軸的中心距，所以習(xí)慣的難免會(huì)振動(dòng)、不準(zhǔn)確等，所以為了解決這些問(wèn)題，平衡塊是不錯(cuò)的選擇，既解決了動(dòng)平衡，而且對(duì)于振動(dòng)這件事，也一并解決了。
平衡塊的位