NGW型行星齿轮减速器——行星轮的设计

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NGW型行星齿轮传动系统的优化设计

NGW型行星齿轮传动系统的优化设计摘要渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动的齿轮传动，这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷，以使功率分流。

渐开线行星齿轮传动具有以下优点:传动比范围大、结构紧凑、体积和质量小、效率普遍较高、噪音低以及运转平稳等，因此被广泛应用于起重、冶金、工程机械、运输、航空、机床、电工机械以及国防工业等部门作为减速、变速或增速齿轮传动装置NGW型行星齿轮传动机构的传动原理:当高速轴由电动机驱动时，带动太阳轮回转，再带动行星轮转动，由于内齿圈固定不动，便驱动行星架作输出运动，行星轮在行星架上既作自转又作公转，以此同样的结构组成二级、三级或多级传动。

NGW 型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成，以基本构件命名，又称为 ZK-H型行星齿轮传动机构。

本设计的基本思想是以两级外啮合接触强度相等为原则分配传动比，而构造是以高速级传动比为设计变量的目标函数，采用黄金分割法得到合理的传动比分配。

然后采用离散变量的组合型法分别进行单级传动的优化设计。

关键词：渐开线齿轮，离散变量，齿轮传动，优化设计AbstractInvolute planetary gear reducer is a kind of at least one gear around the axis of the geometry of the fixed position for circular motion of gear transmission, the transmission usually use internal meshing and use more several planet round and load, in order to make power diversion. Involute planetary gear transmission has the following advantages: transmission range, compact structure, small volume and quality, and generally high efficiency, low noise and stable operation, etc, so are widely used in lifting, metallurgy, construction machinery, transportation,aviation, machine tools, electric machinery and defense industry and other sectors for slowing down, variable speed or growth gear transmission devicePlanetary gear transmission mechanism NGW modeled drive principle: when the shaft附录from motor driver, drive the sun turn rebirth, then drive the planet wheel rotation, with the inner circle teeth fixed, then drive planet shelf as the output motion, the planet round in the planet shelf is rotation and the revolution, to the same structure of the second and third or multi-stage transmission. NGW modeled planetary gear transmission main institutions by the sun, planets wheel, inner wheel gear circle and of planet shelf, with basic component named, also called ZK-H planetary gear transmission mechanism.The basic idea of this design is based on the two levels of meshing contact strength for principle equal distribution ratio, and structure is based on the level as the design variables transmission ratio, the objective function of the separation of gold get reasonable distribution of transmission ratio. And then the discrete variable combination method, single stage of transmission of optimization design.Key Words: Involute gear, discrete variables, gear transmission, optimization design 目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (2)第1章绪论 (3)1.1 引言 (3)1.2 行星齿轮传动的特点及国内外研究现状 (4)1.2.1行星齿轮传动的特点及应用 (4)1.2.2 国内外的研究状况及其发展方向 (5)1.3 本文的主要内容 (7)第2章 NGW齿轮结构分析 (7)2.1NGW齿轮渐开线齿廓曲线方程 (7)2.2齿根过渡曲线方程 (9)2.3 行星轮系中各轮齿数的确定 (11)第3章 NGW型行星齿轮传动优化设计 (12)3.1双极NGW行星减速器传动比分配 (12)3.2优化设计分析 (15)3.2.1 建立齿轮优化设计模型 (15)3.2.2 选取目标函数 (16)3.2.3 确定设计变量 (16)3.2.4 约束条件的建立 (16)3.2.5 优化设计分析 (17)3.3建立、运行优化任务 (18)3.4分析优化结果和更新模型参数 (18)第4章 NGW型行星传动机构主要零部件设计 (19) 4.1行星轮轴、轴承、行星轮内孔设计 (19)4.2浮动机构齿轮联轴器的设计与校核 (20)4.2.1齿轮联轴器的特点 (20)4.2.2齿轮联轴器基本参数的确定 (20)4.2.3齿轮联轴器的强度校核 (21)4.2.4齿轮联轴器的几何计算 (21)总结与展望 (21)参考文献 (22)致谢 (23)附录 (24)第 1 章绪论1.1 引言渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动的齿轮传动，这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷，以使功率分附录流。

NGW行星轮减速器设计

NGW行星减速器的设计摘要本文完成了对一级行星齿轮减速器的结构设计。

该减速器具有较小的传动比，而且，它具有结构紧凑、传动效率高、外廓尺寸小和重量轻、承载能力大、运动平稳、抗冲击和震动的能力较强、噪声低的特点，适用于化工、轻工业以及机器人等领域。

这些功用对于现代机械传动的发展有着较重要的意义。

首先简要介绍了课题的背景以及齿轮减速器的研究现状和发展趋势，然后比较了各种传动结构，从而确定了传动的基本类型。

论文主体部分是对传动机构主要构件包括太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架的设计计算，通过所给的输入功率、传动比、输入转速以及工况系数确定齿轮减速器的大致结构之后，对其进行了整体结构的设计计算和主要零部件的强度校核计算。

其中该减速器的设计与其他减速器的结构设计相比有三大特点：其一，为了使三个行星轮的载荷均匀分配，采用了齿式浮动机构，即太阳轮与高速轴通过齿式联轴器将二者连接在一起，从而实现了太阳轮的浮动；其二，该减速器的箱体采用的是法兰式箱体，上下箱体分别铸造而成；其三，内齿圈与箱体采用分离式，通过螺栓和圆锥销将其与上下箱体固定在一起。

最后对整个设计过程进行了总结，基本上完成了对该减速器的整体结构设计。

关键词：行星齿轮，传动机构，结构设计，校核计算The design of NGW planetary gear reducerABSTRACTThis completed a single-stage planetary gear reducer design. The gear has a smaller transmission ratio, and it has a compact, high transmission efficiency, outline, small size and light weight, carrying capacity, smooth motion, shock and vibration resistant and low noise characteristics, Used in chemical, light industry and robotics fields. The function of the development of modern mechanical transmission has a more important significance.First paper introduces the background and the subject of gear reducer situation and development trend, and then compared various transmission structures, which determine the basic type of transmission. Thesis is the main part of the main components of drive mechanism including the sun wheel, planet gear, ring gear and planet carrier in the design calculation, given by the input power, gear ratio, input speed and the condition factor to determine the approximate structure after the gear reducer And to carry out the design and calculation of the overall structure and main components of the strength check calculation. One of the other gear reducer design and compared the structural design of the three major characteristics: First, the three planetary gear to make the load evenly, using a gear-type floating body, the sun gear and high-speed shaft through the gear together Coupling the two together to achieve a floating sun gear; Second, the box uses a reducer flange box, upper and lower box were cast; Third, the ring gear and Box with separate, through bolts and tapered pins will be fixed together with the upper and lower box. Finally, a summary of the entire design process is basically complete the overall design of the reducer.KEY WORDS:planetary gear，driving machanism，structural design，checking calculation目录前言 (1)第1章传动方案的确定 (6)1.1 设计任务 (6)1.1.1 齿轮传动的特点 (6)1.1.2 齿轮传动的两大类型 (7)1.2行星机构的类型选择 (7)1.2.1 行星机构的类型及特点 (7)1.2.2 确定行星齿轮传动类型 (10)第2章齿轮的设计计算 (12)2.1 配齿计算 (12)2.1.1 确定各齿轮的齿数 (12)2.1.2 初算中心距和模数 (13)2.2 几何尺寸计算 (14)2.3 装配条件验算 (17)2.3.1 邻接条件 (17)2.3.2 同心条件 (17)2.3.2 安装条件 (18)2.4 齿轮强度校核 (19)2.4.1 a-c传动强度校核 (19)2.4.1 c-b传动强度校核 (24)第3章轴的设计计算 (29)3.1 行星轴设计 (29)3.2 转轴的设计 (31)3.2.1 输入轴设计 (31)3.2.2 输出轴设计 (32)第4章行星架和箱体的设计 (35)4.1 行星架的设计 (35)4.1.1 行星架结构方案 (35)4.1.2 行星架制造精度 (37)4.2 箱体的设计 (39)结论 (42)谢辞 (43)参考文献 (44)附录 (45)外文资料翻译 (48)主要代号)rad )rad前言本课题通过对行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺寸和装配尺寸，并对涉及结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价实现行星齿轮减速器规模化生产提供了参考和理论依据。

NGWN(III)型行星轮减速器设计

1 前言NGWN（III）型行星轮减速器设计1 前言随着现代化工业的发展，机械化和自动化水平不断地提高，各工业部门需要大量的减速器，并要求减速器的体积小、重量轻、传动比大、效率高、承载能力大、运转可靠和寿命长等。

而行星齿轮传动具有减速比大、传动效率高、结构小巧、承载能力强等优点，在许多情况下可代替二级、三级的普通齿轮减速器和涡轮减速器，因此行星轮减速器被广泛应用于各个方面。

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广泛的应用，所以目前行星传动技术已成为世界各国机械传动重点之一。

目前国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，在结构优化、传动性能，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。

行星轮减速装置经过一个多世纪的发展设计理论及制造技术有了很大的进步，而且与新技术革命的发展紧密结合。

当今世界行星轮减速装置总的发展趋势是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率、高的承载能力以及利用寿命长的目标发展，而且其重量更轻，噪声更低，效率更高，可靠性也更高。

目前世界各国由工业化信息化时代正在进入知识化时代，行星轮在设计上的研究也趋于完善，制造技术也不断改进。

行星齿轮传动类型很多，行星齿轮传动根据基本够件的组成情况可分为：2K—H、3K、及K—H—V三种。

若按各对齿轮的啮合方式，又可分为：NGW型、NN型、WW型、WGW 型、NGWN型和N型等。

我所研究的NGWN（III）行星齿轮属于3Z型行星齿轮传动的一种。

本文主要对NGWN（III）齿轮减速器设计方法进行了探讨，主要内容包括齿轮传动比的分配计算，主要零部件参数设计，标准零部件的选用，以及减速器中零件三维模型的设计。

ＮＧＷＮ（III)行星轮减速器的设计2 选题背景2.1 题目来源生产实际2.2 研究的目的与意义由于行星轮齿轮减速器具有质量小、体积小、传动比大以及效率高等优点，因此行星轮减速器被广泛应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、飞机、轮船等各个方面。

NGW型行星齿轮减速器——行星轮的设计 (1).

目录一．绪论 (3)1．引言 (3)2．本文的主要内容 (3)二．拟定传动方案及相关参数 (4)1．机构简图的确定 (4)２．齿形与精度 (4)３．齿轮材料及其性能 (5)三．设计计算 (5)1．配齿数 (5)2．初步计算齿轮主要参数 (6)（1）按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径 (6)（2）按弯曲强度初算模数 (7)3．几何尺寸计算 (8)4．重合度计算 (9)5．啮合效率计算 (10)四．行星轮的的强度计算及强度校核 (11)１．强度计算 (11)２．疲劳强度校核 (15)1．外啮合 (15)2．内啮合 (19)３．安全系数校核 (20)五．零件图及装配图 (24)六．参考文献 (25)一．绪论1．引言渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动的齿轮传动，这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷，以使功率分流。

渐开线行星齿轮传动具有以下优点:传动比范围大、结构紧凑、体积和质量小、效率普遍较高、噪音低以及运转平稳等，因此被广泛应用于起重、冶金、工程机械、运输、航空、机床、电工机械以及国防工业等部门作为减速、变速或增速齿轮传动装置。

渐开线行星齿轮减速器所用的行星齿轮传动类型很多，按传动机构中齿轮的啮合方式分为:NGW、NW、NN、NGWN、ZU飞VGW、W.W等，其中的字母表示:N—内啮合，W—外啮合，G—内外啮合公用行星齿轮，ZU—锥齿轮。

NGW型行星齿轮传动机构的主要特点有:重量轻、体积小。

在相同条件下比硬齿面渐开线圆柱齿轮减速机重量减速轻1/2以上，体积缩小1/2—1/3;传动效率高;传动功率范围大，可由小于1千瓦到上万千瓦，且功率越大优点越突出，经济效益越高;装配型式多样，适用性广，运转平稳，噪音小;外齿轮为6级精度，内齿轮为7级精度，使用寿命一般均在十年以上。

因此NGW型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、传递功率最大的一种行星齿轮传动。

2．本文的主要内容NGW型行星齿轮传动机构的传动原理:当高速轴由电动机驱动时，带动太阳轮回转，再带动行星轮转动，由于内齿圈固定不动，便驱动行星架作输出运动，行星轮在行星架上既作自转又作公转，以此同样的结构组成二级、三级或多级传动。

NGW型行星轮中太阳轮的设计和计算

目录一．绪论 (1)二．拟定传动方案及相关参数 (3)1.机构简图的确定 (3)2.齿形与精度 (3)3.齿轮材料及其性能 (4)三．设计计算 (4)1．配齿数 (4)2．初步计算齿轮主要参数 (5)3．几何尺寸计算 (8)4．重合度计算 (9)四．太阳轮的强度计算及强度校核 (10)1.强度计算 (10)（1）外载荷 (12)（2）危险截面的弯矩和轴向力 (12)2.疲劳强度校核 (14)（1）齿面接触疲劳强度 (14)（2）齿根弯曲疲劳强度 (18)3.安全系数校核 (21)五．零件图和装配图 (25)六．参考文献 (26)一．绪论渐开线行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮绕着位置固定的几何轴线作圆周运动的齿轮传动，这种传动通常用内啮合且多采用几个行星轮同时传递载荷，以使功率分流。

NGW型行星齿轮传动机构的主要特点有:1、重量轻、体积小。

在相同条件下比硬齿面渐开线圆柱齿轮减速机重量减速轻1/2以上，体积缩小1/2—1/3;2、传动效率高;3、传动功率范围大，可由小于1千瓦到上万千瓦，且功率越大优点越突出，经济效益越高;4、装配型式多样，适用性广，运转平稳，噪音小;5、外齿轮为6级精度，内齿轮为7级精度，使用寿命一般均在十年以上。

因此NGW型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、传递功率最大的一种行星齿轮传动。

NGW型行星齿轮传动机构的传动原理:当高速轴由电动机驱动时，带动太阳轮回转，再带动行星轮转动，由于内齿圈固定不动，便驱动行星架作输出运动，行星轮在行星架上既作自转又作公转，以此同样的结构组成二级、三级或多级传动。

(完整word版)NGW型行星轮中太阳轮的设计和计算要点

NGW型行星齿轮传动机构的主要特点有:1、重量轻、体积小。

因此NGW型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、传递功率最大的一种行星齿轮传动。

NGW型行星齿轮减速器——行星轮的设计要点

NGW型行星齿轮传动机构的主要特点有:重量轻、体积小。

因此NGW型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、传递功率最大的一种行星齿轮传动。

NGWN(III)型行星轮减速器设计

NGWN（III）型行星轮减速器设计1 前言随着现代化工业的发展，机械化和自动化水平不断地提高，各工业部门需要大量的减速器，并要求减速器的体积小、重量轻、传动比大、效率高、承载能力大、运转可靠和寿命长等。

行星轮减速装置经过一个多世纪的发展设计理论及制造技术有了很大的进步，而且与新技术革命的发展紧密结合。

目前世界各国由工业化信息化时代正在进入知识化时代，行星轮在设计上的研究也趋于完善，制造技术也不断改进。

行星齿轮传动类型很多，行星齿轮传动根据基本够件的组成情况可分为：2K—H、3K、及K—H—V三种。

若按各对齿轮的啮合方式，又可分为：NGW型、NN型、WW型、WGW 型、NGWN型和N型等。

我所研究的NGWN（III）行星齿轮属于3Z型行星齿轮传动的一种。

2 选题背景2.1 题目来源生产实际2.2 研究的目的与意义由于行星轮齿轮减速器具有质量小、体积小、传动比大以及效率高等优点，因此行星轮减速器被广泛应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、飞机、轮船等各个方面。

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NGW型行星齿轮传动机构的主要特点有:重量轻、体积小。

因此NGW型渐开线行星齿轮传动已成为传动中应用最多、传递功率最大的一种行星齿轮传动。

NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成，以基本构件命名，又称为ZK-H型行星齿轮传动机构。

本设计的主要内容是单级NGW型行星减速器的设计。

二．拟定传动方案及相关参数1．机构简图的确定减速器传动比i=6,故属于1级NGW型行星传动系统。

n=2或3。

从提高传动装置查《渐开线行星齿轮传动设计》书表4-1确定pn=3。

承载力，减小尺寸和重量出发，取p计算系统自由度W=3*3-2*3-2=1２．齿形与精度因属于低速传动，以及方便加工，故采用齿形角为20º，直齿传动，精度定位6级。

３．齿轮材料及其性能太阳轮和行星轮采用硬齿面，内齿轮采用软齿面，以提高承载能力，减小尺寸。

三．设计计算1．配齿数采用比例法：::::(2)2:(1):()a c b a a a a p Z Z Z M Z Z i i Z Z i n =--:2:5:2a a a a Z Z Z Z =按齿面硬度HRC=60，()c a uZ /Z 62/22==-=，查《渐开线行星齿轮传动设计》书图4-7a 的max20a Z =，1320a Z <<。

取17a Z =。

由传动比条件知：Y i 17*6102a Z ===M Y /3102/334===计算内齿轮和行星齿轮齿数： Y 1021785b a Z Z =-=-=234c a Z Z =*=2．初步计算齿轮主要参数（1）按齿面接触强度计算太阳轮分度圆直径用式()32lim1A p d Ha H a tdT K K K u ud K ϕσ∑±=进行计算，式中系数：u=34172c a Z Z ==，太阳轮传递的扭矩()a p a T 9549P /n n 954930/3100954.9 N m ==**=⋅则太阳轮分度圆直径为：()32lim1768103.76 mmA p d Ha H a tdT K K u ud K ϕσ∑±==⨯=（2）按弯曲强度初算模数用式1321A Fp tm d T K KmKZ ϕσ=进行计算。

由2lim 212lim 1245 3.182.54306.73350 F Fa Fa F Y Y N mm σσ=⨯=<=，所以应按行星轮计算模数3212.15.64a A Fp tmd a T K K m K Z ϕσ==⨯=若取模数6m =，则太阳轮直径()176102 mm a ad Z m ==⨯=，与接触强度初算结果()103.76 mm a d =接近，故初定按()108.5 mm a d =，6m =进行接触和弯曲疲劳强度校核计算。

3．几何尺寸计算将分度圆直径、节圆直径、齿顶圆直径的计算值列于表４。

4．重合度计算外啮合：()()a a a c m Z 2617251 ()26342102()2114257 ()2162108()(r)cos ())51cos 2057()(r)cos ())102cos 20108(r)=arccos(arccos()32.78arccos(arccos()27.441c c a a a a a c a c a a a a a c a c r m Z r d r d r r ααααε︒︒︒︒=⨯===⨯=============[](tan()tan )(tan()tan )=17(tan 32.78tan 20)34(tan 27.441tan 20(2)=1.598>1.2a a a c a c Z Z αααααππ︒︒︒︒=-+-⎡⎤-+-⎣⎦内啮合：()()b b b c m Z 26852255 ()26342102()24952247.5 ()2162108()(r)cos ())255cos 20()(r)cos ())102cos 20108(r)=arccos(arccos()14.50arccos(arccos()27.c c a b a b a c a c a b a b a c a c r m Z r d r d r r αααα︒︒︒=⨯===⨯=============[](tan()tan )(tan()tan )=34(tan 27.441tan 20)85(tan14.50tan 20)(2)=2.266>1.2441c a c b a b Z Z αεααααππ︒︒︒︒︒=---⎡⎤---⎣⎦5．啮合效率计算11X Xbab aXXabi i ηηη-==-式中Xη为转化机构的效率，可用Kyдpявпев计算法确定。

查图3-3a 、b （取µ=0.06，因齿轮精度高）得：各啮合副的效率为0.978X ac η=，0.997X cb η=，转化机构效率为0.9870.9970.984X X ac cb X ηηη==⨯=转化机构传动比85517b a XabZ Z i=-=-=-则1150.9840.987115X Xb abaX Xabiiηηη-+⨯====-+.四．行星轮的的强度计算及强度校核１．强度计算图1 断面几何参数行星轮可归结为受内外载荷的封闭圆环，其弯曲半径与断面厚度之比5/hρ，属于大曲率圆环，弯曲中性层不通过重心，相距为e。

当轴承装在行星轮内时，其轮缘减薄，若3/mh时，在载荷作用下有较大变形。

此变形对齿轮弯曲强度和轴承的承载能力有显著影响，应准确且计算。

但在设计时由于轴承上载荷大小和分布规律不清楚，而难以计算。

这里设想轴承中反力按余弦规律分布，并且不考虑离心力对轴承载荷的影响，作一简化计算。

图2 计算简图及弯矩分布表6行星轮轮缘强度计算公式外载荷危险断面的弯矩])1cos[(42t tt t t 't t 't ϕπρα-====i F q H F M tg F F n d K T F r pa AaραρραρHtg F M Htg F M 138.0182.011.0()5.0318.0094.0('t t 2't t 1-+=++-=危险断面的轴向力轮缘外侧弯曲应力)637.05.0796.0(0't 21ραH tg F N N i +-== ωωσρσσρσ+++=+++=SN h Se h M SN h Se h M 1''1min2''2max )()( 在与内、外齿中心轮啮合处分别有一组相等且对称的载荷：圆周力t F 、径向力r F 和t F 对弯曲中心的力矩t M 。

在圆周力t F 相背的一半轴承上作用有按余弦规律分布的径向分布力i q 。

载荷计算式如表6。

内力素弯矩ϕM 在两个啮合节点，即断面1处达最小值，在与断面1成︒90断面２处达最大值。

这两个断面的弯矩1M 、2M 和轴向力1N 、2N 的计算式列于表6。

最大、最小应力都发生在轮缘的外侧，为弯曲应力、轴向应力和离心应力之和。

内力素及应力计算公式列于。

其中离心力产生的应力202ρωγσωg=式中 γ——齿轮材料的比重；322ππγ==p ng ——重力加速度；ω——齿轮的绝对角速度；()s rad n /33.526050*2602===ππω0ρ——轮缘断面重心位置的曲率半径。

使用表6中的公式时，要从实际断面尺寸换算出一个相当矩形断面，才能较准确的求出应力的大小和位置。

相当断面的惯性矩为2min min a S I I +=式中min min S I 、——实际断面对OX 轴的惯性矩和断面面积；a ——系数，按经验公式确定：167.4)6*3.05.44(*6*25.0)3.0(25.0min =+=+=m h m am in h ——不计轮齿时的断面厚度；5.44min =hm ——齿轮模数。

相当断面的宽度取为轮缘的实际宽度b ，其高度h 、面积S 、断面系数W 分别为：实际断面尺寸()100d 72==孔，b36300655*726;396055*72;557212122233=========bh W bh S b h396055*72,9982501255*7212min 33min======bh S bh I 1067011167.4*396099825022min min =+=+=a S I I断面的弯曲半径为e -=0ρρ；25.720=ρ，而73.33960*25.7210670110===SI e ρ52.6873.325.720=-=-=e ρρ)/(29925.72*33.52*10*32222202mm N g===πρωγσω 断面上承受最大、最小应力处到断面重心的距离为'h 和''h 。