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。

现在要研究的NGWN（III）型行星齿轮减速器就是行星轮减速器中的一种。

NGWN（III）型行星齿轮减速器中是具有双齿圈行星轮的3Z型行星齿轮传动，NGWN（III）型行星齿轮减速器相对于一般行星轮减速器结构更加紧凑，输入、输出同轴，回程间隙小，使用寿命很长，常用来安装在步进电机和伺服电机上，以降低转速，提升扭矩。

但是该型号减速器传动制造和安装比较复杂，当中心轮输出时，在传动比|i|大于某个值后，改行星齿轮传动将会产生自锁。

通过对该型号行星轮减速器的研究了解其传动特性，设计合适的传动方案，对于改善该型号行星齿轮减速器的传动特性和其应用有一定的帮助。

2.3 国内外研究现状和发展趋势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。

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。

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。

目前高速大功率行星轮减速去在世界范围内有着广泛的应用。

英法俄日等国都有成熟的系列产品。

如英国Allen公司生产的压缩机减速器，功率25740kw,德国Renk公司生产的船用行星轮减速器功率11030Kw。

2 选题背景我国从20世纪60年代开始研制应用行星轮减速器，通过这些年的努力，我国在计理论方面以及试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。

目前，我国已研制成多种大功率行星轮减速器，如列车电站燃气轮机（3000kw)、高速汽轮机（500kw)的行星轮减速箱，同时低速大转矩行星减速器也已批量生产，如矿机提升机XL-30型行星减速器（800kw),双滚筒采煤机行星轮减速器（375kw)。

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。

目前，高速行星轮传动装置所传递功率已达到20000kw,输出扭矩也已达到4500kw.m。

我国由于行星轮研制起步较晚以及其他各方面原因，我国行星轮减速器研制水平与世界先进水平有一定差距，但是随着改革开放带来的设备引进技术引进，在消化国外先进技术有了长足的进步。

目前，行星齿轮减速装置正朝着以下几个方向发展：（1）向着高转速、大功率以及低速大转矩方向发展。

目前国内的减速机多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。

国外的减速器功率和转矩也发展到一定水平，如日本巨型船舰推进系统行星齿轮箱功率已高达22065kw,大型水泥磨中所有行星齿轮箱转矩也已达到4150KN.m。

在这类产品中的设计与制造中需要继续均载解、密封、润滑、零件材料、热处理以及传递效率、可靠性等一系列设计制作问题。

（2）向无极变速行星齿轮发展。

实现无极变速就是让行星齿轮传动中三个基本构件都转到并传动功率，只要对原行星机构中固定的构件附加一个传动（采用液压泵或液压马达来实现）就能成为无极变速器。

（3）向复合式行星齿轮发展。

近年来，国内外将蜗杆传动、螺旋齿轮传动、圆锥齿轮传动与行星齿轮传动结合使用，构成复合式行星齿轮箱。

这样可以实现相交轴和交错轴的传动，也可实现大传动比和大转矩的输出，从分利用各种类型传动的特点以适应市场的多元化需求。

（4）行星齿轮传动向渐开线少齿差行星轮传动方向发展，主要用于大传动比和ＮＧＷＮ（III)行星轮减速器的设计小功率传动。

渐开线少齿差行星轮传动其单级传动比可达115，大多数功率小于10kw,效率可达80%--90%。

（5）行星齿轮传动向优良制造工艺技术方向发展。

随着行星齿轮的发展，这就要求齿轮表面有较高的疲劳强度，这对齿轮的制造材料和制造工艺提出很高的要求。

同时还要提高轮齿制造精度降低粗糙度提高承载能力从而保证减速器的可靠性和使用寿命。

（6）行星齿轮传动与其他科学相结合发展。

将机电控制与行星传动相结合，也可以将液压传动与行星轮相结合，可以充分发挥各自的优势，使行星轮有更广泛的用途。

3 方案的确定与传动系统的分析3.1 NGWN（III）行星齿轮减速器传动原理NGWN（III）行星齿轮减速器传动原理如下图所示：图1 NGWN（III）行星轮减速器原理简图齿轮a b e为中心轮，d c为行星轮，其中 b e为内齿轮，齿轮e固定在机座上，中心轮a和中心轮b同时和行星轮c啮合，另一个行星轮d与固定在机座上的内齿轮e固定。

中心轮a由输入轴带动，通过行星轮c和d,最终将动能传递到内齿轮b上并带动输出轴输出动能。

4 设计计算3.2 设计的原始数据1）最大输入功率为22kw;2)公称传动比为124，高速轴转速为1440r/min;3)短期间断工作方式，每天工作8小时，使用寿命要达到16年。

4 设计计算4.1 传动比与配齿计算NGWN （III ）行星齿轮传动结构中三个基本构件：中心轮a 、b 和e,由太阳轮a 输入，内齿轮e 固定，内齿轮b 固定， NGWN （III ）型行星传动的传动比其中 x c e ab a d z z i z z =-，x c ebe b d z z i z z =， 因而有 11c e ea d a d c eb abc e bd ce a b d z z z z z z z z z i z z z z z z z z z ++==⨯--。

同时，各个齿轮齿数还要满足同心条件、邻接条件和安装条件。

已知公称传动比||eab i =124，现在根据同心条件、邻接条件、安装条件进行配齿计算。

NGWN （III ）型行星齿轮传动结构有3个中心轮，可取w n =3.根据《减速器设计与选用手册》， 系数 2(1)4||e ab K A A i =-+ 1(1)2B A k =++a w Z n A =⨯b w Z B n =⨯,1()2c b a Z Z Z =-, d c w Z Z n =-, e b w Z Z n =-其中A 为正整数。

现在A 取1~22的正整数，列出A 取各个值时各个齿轮的齿数（参见附表）。

从表中可以看出，A=7时比较符合。

A=7，故2(1)4||eab K A A i =-+3647124=+⨯⨯=60ＮＧＷＮ（III)行星轮减速器的设计B=1/2（A+1+K ）=1/2（7+1+60）=34则a w Z n A =⨯73=⨯21=;343102b Z =⨯=;1/2()1/2(10221)40c b a Z Z Z =-=-=; 40337d c w Z Z n -==-=; 102399e b w Z Z n =-=-=根据所计算的各齿轮齿数再计算出实际传动比，根据公式11c e ea d a d c eb abc e bd ce a b dz z z z z z z z z i z z z z z z z z z ++==⨯--将各齿轮齿数带入公式中21374099123.65102374099eab i ⨯+⨯==-⨯-⨯，然后计算传动比误差为 |||124123.65|0.24%124p p p i i i i i --∆===<∆p i ∆为许用传动比误差，对于NGWN （III ）行星齿轮传动，p i ∆可以取2%~4%， 故计算的各齿轮齿数符合。

故最后可确定该型号行星传动各轮齿数为：21a Z =，102b Z =，40c Z =，37d Z =，99e Z =4.2 各齿轮运动参数计算根据已知条件，||124e abi =，1440/min a n r =，可以计算出各个齿轮的转速。

.4099 5.1.2137xc e ae ad Z Z i Z Z ⨯=-=-=-⨯， .40991.049.10237x c e be b d Z Z i Z Z ⨯===⨯各个齿轮转速：a b e ab n n i = （1）11x a x ae n n i =- （2）4 设计计算e c x x c Z n n n Z -=- （3） 将1440/min a n r =，124e ab i =-， 5.1x ae i =-， 1.049x be i = 带入（1）（2）（3）式中，可得11440236.07/m i n 1 5.1x n r =⨯=+ 99236.1236.1348.2/min 40c n r =-⨯=-144011.6/min 124b n r =-=-4.3 各齿轮啮合参数计算4.3.1齿轮材料和热处理的选择齿轮材料和热处理的选择：中心齿轮a 高速转动，最后由内齿轮b 低速输出。