精密行星减速器设计

引言本课题研究的是一种精密行星齿轮减速器，通过对精密行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各齿轮的设计尺寸和装配尺寸，并对涉及结果进行参数分析，为精密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。

通过本设计，要能弄懂该行星减速器的传动原理，达到对所学知识的复习与巩固，从而在以后的工作中能解决类似的问题。

1 减速器国内外现状、水平和发展趋势：国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。

20世纪70－80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。

当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。

因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新。

减速器与电动机的一体结构也是大力发展的方向，并已成功生产多种结构和多种功率型号的产品。

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

另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。

国内使用的大型减速器多从国外进口，花去不少的外汇。

60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点，但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率。

由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质没有突破，因此，没能从根本上解决传动功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等基本要求。

90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。

它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结果简单，效率也高。

由于该减速器的三轴平行结果，故使功率/体积（或重量）比值仍小。

且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。

减速器技术已经接受了时间的考验，成为当今世界成熟技术之一。

其设计与制造技术的发展在一定程度上标志着一个国家的工业技术水平。

因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。

随着我国改革开放的不断进行，世界级的跨国大公司已开始大举进军中国市场，在我国生产汽车、工程机械、大型成套设备的齿轮及齿轮装置，齿轮产品在我国将会有大量国际品牌加入，这必将促使我国零部件结构的大调整，齿轮生产的专业化集中度也将继续提升。

总之，不单单是我国，当今国际上各国减速器及齿轮技术发展的总趋势都在向着六高、二低、二化等方面发展：六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。

齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。

在常用的齿轮传动中，普通的圆柱齿轮传动一级传动比小，体积大，结构笨重，普通的涡轮蜗杆传动的传动比大，但效率较低；而行星齿轮传的由于具有传动比大、自重轻和结构紧凑等优点，其应用日益广泛。

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品种的产品。

（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。

新型机械设备的发展，对传动机构不断提出新要求，为适应新的工作需要，在综合分析现行通用减速器技术发展的基础上，开发出了新一代减速器--内齿轮行星齿轮减速器（俗称三环减速器）。

内齿行星齿轮减速器，即不同于“平行轴定轴”传动，又不同于“同轴动轴”传动，但它兼有二者的部分优点，可称作平行轴动轴传动。

目前流行把该传动称作“内齿行星轮行星齿轮传动”，简称内齿行星齿轮传动。

2 行星减速器的技术水平及市场前景本文是一种节能型的机械传动装置，也是减速器的换代产品。

本减速器可广泛应用于机械、冶金、矿山、建筑、航空、军事等领域。

特别在需要较大减速比和较大功率的各种传动中有巨大的市场和应用价值。

现有的各类减速器多存在着消耗材料和能源较多，对于大传动比的减速器，该问题更为突出。

而本新型减速器具有独特的优点。

由于减速装置在各部门中使用广泛，因此，人们都十分重视研究这个基础部件。

不论在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提高承载能力以及降低成本等方面，有所改进的话，都将会促进资源（包括人力、材料和动力）的节省，可以预见，本新型减速器在国内外市场中的潜力是很大的，完全可以填补国内市场的空白，并将具有较大的经济效益和社会效益。

开发产品以现代创新设计方法为技术指导，采用一种精密行星减速机构，减速机构传动采用小模数齿精密齿轮，使机构趋向于微型化，体积小巧、结构紧凑、重量轻，工作平稳、没有冲击、噪音，应用范围更广；电机采用了一种降低微型电机电磁干扰辐射装置，能有效的降低电机对周围环境的电磁辐射，其结构简单，运行可靠，解决能耗高、噪声高、电磁辐射高等问题。

采用新工艺，提高绝缘等级和环保性；优化加工工艺方案和生产条件，提高齿轮加工精度，提高行星架部件压装工艺要求，满足减速机构运行平稳，使用寿命长，电机效率高，适用范围广的需求。

由于本项目产品性能优势突出，性价比高，比国外同类产品更具竞争力，可以随主机出口至美国、欧洲等地。

公司先将目标市场定位在国内市场上，先国内后国外，争取较高的国内市场占有率。

3 主要研究内容本文主要设计的是一种行星齿轮减速器，其具有承载能力大、传动比大、体积小、重量轻、效率高等特点。

这种减速器对体积和重量方面要求较高，在设计过程中不仅要注意其体积和质量的控制，同时也要保证其精度，如果精度达不到一定的要求，减速器运行中产生的震动和噪音就很大。

本文设计的减速器就注重在这些方面下手，尽量减轻减速器的重量并缩小其体积，同事提高减速器中各齿轮间的传动精度，能使减速器在运行中做到噪音小，震动小。

(1)选择传动方案。

传动方案的确定包括传动比的确定和传动类型的确定。

(2)设计计算及校核。

传动结构的设计计算，包括：选择传动方案、传动零件齿轮的设计计算与校核、轴的设计计算与校核、轴承的选择与寿命计算、箱体设计、润滑的选择等。

在对行星齿轮减速器的结构进行深入分析的基础上，依据给定的减速器设计参数，通过CAD绘图软件建立行星齿轮减速器各零件的二维平面图，绘制出减速器的总装对其进行分析。

1 传动方案的确定1.1 设计任务设计一精密行星齿轮传动减速箱原始数据：（1）标准电机输入，电机输出轴外径Φ5，输入功率p=40w，输入转速n1 =4000 r/min；（2）输出轴输出转速n2 =200 r/min ；输出扭矩≥2.25N.m；（3）内齿圈齿数63，外径Φ42；（4）每天8小时工作制，寿命次数：20000（2次/min）。

1.2 行星机构的类型选择1.2.1 行星机构的类型及特点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。

行星齿轮传动的主要特点如下：（1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。

一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2-1/5(即在承受相同的载荷条件下)。

（2）传动效率高。

在传动类型选择适当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.97-0.99。

（3）传动比较大。

可以实现运动的合成和分解。

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。

行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。

（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。

由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀地分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转壁的惯性力相互平衡。

同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。

最常见的行星齿轮传动机构是NGW型行星传动机构。

行星齿轮传动的形式可按两种方式划分：按齿轮啮合方式不同分有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等类型。

按基本结构的组成情况不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等类型。

行星齿轮传动最显著的特点是：在传递动力时它可进行功率分流，同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输入轴与输出轴均设备在同一主轴线上。

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变速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛地应用。

形式1：NGW(2Z-X负号机构)传动比：=1.13~13.7 推荐2.8~9 ；效率：0.97~0.99 ；最大功率：不限；特点：效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传动功率范围大，轴向尺寸小，可用于各种工作条件，在机械传动中应用最广。

单级传动比范围较小，二级和三级传动均广泛应用。

形式2：NW(2Z-X负号机构)传动比：=1~50 推荐7~21 ；效率：0.97~0.99 ；最大功率：不限；特点：效率高，径向尺寸比NGW型小，传动比方位较NGW型大，可用于各种工作条件。

但双联行星齿轮制造、安装较复杂。

形式3：NN(2Z-X负号机构)传动比：推荐=8~30 ；效率：0.7~0.8 ；最大功率：≤40；特点：传动比大，效率较低，适用于短期工作传动。

当行星架X从动时，传动比大于某一值后，机构将发生自锁。

形式4：WW(2Z-X负号机构)传动比：推荐=1.2~数千；效率：||=1.2~5时，效率达0.9，||>5以后，随传动比增加陡降；最大功率：≤20；特点：传动比范围大，但是外形尺寸及重量较大，效率很低，制造困难，一般不用与动力传动。

运动精度低也不用于分度机构。

当行星架X从动时，传动比大于某一值后，机构将发生自锁。

常用作差速器，其传动比取值为1.8~3，最佳为2，此时效率可达0.9。

形式5：N (I)型（3Z）传动比：小功率传动，推荐≤500，推荐20~100 ；效率：0.8~0.9，随传动比增加而下降；最大功率：短期工作≤120，长期工作≤10；特点：结构紧凑，体积小，传动比范围大，但效率低于NGW型，公益性差，适用于中小功率或短期工作。

若中心轮A输出，当传动比大于某一值时会发生自锁。

形式6：NGWN (II)型（3Z）传动比：=60~500，推荐 64~300 ；效率：0.7~0.84，随传动比增加而下降；最大功率：短期工作≤120，长期工作≤10；特点：结构更紧凑，制造，安装比上列I型传动方便。