行星齿轮机构设计
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（2）校核齿面疲劳强度
参数 闭式传动，载荷有冲击，原动机为电动机，室外，环 境有灰尘 中心齿轮 20Cr 渗碳淬火+低温回火 HRC56~62 6级 m=2.5mm 中心齿轮 Za=12 中心齿轮 b=22.68 行星齿轮 Zc=21 行星齿轮 b=22.68 行星轮 20CrMnTi 渗碳淬火+低温回火 HRC56~62
如图2表示了简单行星齿轮机构，位于行星齿轮机构中心的是太 阳轮，太阳轮和行星轮常啮合，两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如 太阳位于太阳系的中心一样，太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了 可以绕行星架支承轴旋转外， 在有些工况下， 还会在行星架的带动下， 围绕太阳轮的中心轴线旋转， 这就像地球的自转和绕着太阳的公转一 样，当出现这种情况时，就称为行星齿轮机构作用的传动方式。在整 个行星齿轮机构中，如行星轮的自转存在，而行星架则固定不动，这 种方式类似平行轴式的传动称为定轴传动。齿圈是内齿轮，它和行星
N L1 4.3 109 N L 2 4.3 108
由【3】P232 图 12.24
ห้องสมุดไป่ตู้
YN 1 0.88 YN 2 0.93 [ F 1 ] F lim1 YN 1 Yx / F lim 854 0.88 1.0 / 1.25
2.行星齿轮机构基本特征
我们可以把简单行星齿轮机构的运动特征归纳成下列几点： (1)当行星架为主动件时，从动件超速运转。 (2)当行星架为从动件时，行星架必然较主动件转速下降。 (3)当行星架为固定时，主动件和从动件按相反方向旋转。 (4)太阳轮为主动件时，从动件转速必然下降。 (5)若行星架作为被动件，则它的旋转方向和主动件同向。 (6)若行星架作为主动件，则被动件的旋转方向和它同向。 (7)在简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架的当量齿数最
验算
S F1
2 KT1 YF 1Ysa1Y bd1m
2 1.55 132000 2.552 1.61 0.67 16 70 2.5
S F1 389 MPa [ F1 ] ，安全。
SF 2
Y Y S F 1 F 2 sa 2 YF 1Ysa1
2.052 2.65 389 2.552 1.61
YF 1 2.90 YF 2 2.28 Ysa1 1.53 Ysa 2 1.74
应力修正系数 Ysa 弯曲疲劳极限
F lim1 854MPa
弯曲最小安全系数 应力循环次数 N L 弯曲寿命系数 尺寸系数 许用弯曲应力
F lim 2 722 MPa
S F min 1.25
一、零件分析
1.简单的行星齿轮机构的特点
行星齿轮机构的组成： 简单（单排）的行星齿轮机构是变 速机构的基础， 通常自动变速器的变速 机构都由两排或三排以上行星齿轮机 构组成。 简单行星齿轮机构包括一个太 阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈， 其中行星齿轮由行星架的固定轴支承， 允许行星轮在支承轴上转动。 行星齿轮 和相邻的太阳轮、 齿圈总是处于常啮合 状态， 通常都采用斜齿轮以提高工作的 平稳性（如图l所示） 。
轮常啮合，是内齿和外齿轮啮合， 两者间旋转方向相同。行星齿轮的 个数取决于变速器的设计负荷，通 常有三个或四个，个数愈多承担负 荷愈大。 简单的行星齿轮机构通常称为 三构件机构，三个构件分别指太阳 轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般 情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确 定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋转方向就确定 了。
由【3】P215 表 12.9 由【3】P216 图 12.9
校核弯曲疲劳强度 重合度系数
Y 0.25 0.75 / 0.25 0.75 / 1.65
齿间载荷分配系数 K F 齿向载荷分布系数 K F 载荷系数 齿形系数 YF
由【3】P217 表 12.10 由表【3】P219 图 12.14
计算及说明
结果
精度等级
由已知条件知 6级
K F 1.0
K F 1.0
校核弯曲疲劳强度 齿间载荷分配系数 K F 齿向载荷分布系数 K F 由【3】P217 表 12.10 由表【3】P219 图 12.14
载荷系数 齿形系数 YF
K K A KV K F K F 1.5 1.03 1.0 1.0
[ F 1 ] F lim1 YN 1 Yx / F lim 854 0.92 1.0 / 1.25 [ F 1 ] 628MPa [ F 2 ] 535MPa
[ F 2 ] F lim 2 YN 2 Yx / F lim 711 0.94 1.0 / 1.25
序言
机械制造方向设计是在学完了机械制造技术课程后，综合运用以 前所学有关机械专业知识，进行独立的产品过程设计。其目的在于巩 固加深扩展机械制造技术及其他有关课程的理论知识，把理论知识和 实践相结合，能够独立分析问题、解决问题，以及初步具备中等复杂 程度零件设计的能力。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重 要的地位。为了突出和加强培养学生的综合设计能力和创新能力，总 结近年来的相关课程设计经验，开设了方向设计课程。其主要特点： 强调机械设计中总体设计能力的培养， 将原机械设计和机械设计 课程设计内容整合为一个新的综合课程设计体系， 将学生在机械设计 系列课程中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械 零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合，进行综 合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。加强 学生对机械系统创新设计能力的培养， 增加了机械构思设计和创新设 计等内容，对学生的方案设计内容和要求有所加强，以利于增强学生 的创新能力和竞争意识。就我个人而言，我希能通过这次方向设计对 自己未来将从事的工作进行一次适应性训练， 从中锻炼自己分析问题 解决问题的能力， 为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础 。 由于能力有限， 设计尚有许多的不足之处， 恳请各位老师给予指教。
Y 0.70
K F 1.0
K F 1.05
K K A KV K F K F 1.5 1.05 1.0 1.05
由【3】P229 图 12.21 由【3】P230 图 12.22 由【5】P404 得 由【3】P225 表 12.14
K 1.65
K 1.55
YF 1 2.552 YF 2 2.053
由【3】P229 图 12.21 由【3】P230 图 12.22 由【5】P404 得 由【3】P225 表 12.14
应力修正系数 Ysa 弯曲疲劳极限
Ysa1 1.61 Ysa 2 2.65
F lim1 854MPa
多．而齿圈齿数则介于中间。 （注：行星架的当量齿数=太阳轮齿数十 齿圈齿数。 ） (8)若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向旋转，则第三元件 的转速和方向必然与前两者相同，即机构锁止，成为直接档。 （这是 一个十分重要的特征，尽管上述的例子没有涉及。 ） (9)仅有一个主动件并且两个其它部件没被固定时，此时处于空挡。 以上叙述的简单行星齿轮机构运动关系是属于经常遇到的， 在确 定三者关系时，首先把其中一件固定，然后确定另外两者的主、被动 关系。实际上简单行星齿轮机构还有一个很重要的特征，允许同时两 件作为主动件输入，而被动件照样有唯一的输出，这是行星齿轮机构 的一个十分重要的特征，而且在自动变速器上被广泛采用。
二、行星轮系相关计算
1、行星轮系各齿轮数据： 选行星轮数目 K=3，行星轮齿数组合为: Za=12， Zb=54， Zc=21
(a 为中心轮，b 为齿圈，c 为行星轮） 传动比为：
满足齿数条件要求。
中心齿轮：齿顶圆Ф14mm，齿根圆Ф9.5mm ，分度圆Ф12mm，齿宽 b=22.68mm； 齿圈齿轮：齿顶圆Ф52.60mm，齿宽 b=22.68mm； 行星齿轮：齿顶圆Ф23mm，齿根圆Ф18.5mm，分度圆Ф21mm，内孔Ф 12mm，齿宽 b=22.68mm。 2、传动零件的校核计算 外啮合齿轮传动 （1）设计的主要参数 项目 工作条件 齿轮的材料 热处理方法 齿面硬度 齿轮传动的精度 模数 齿数 齿宽
课程设计说明书
题
目：
行星齿轮机构设计
学生姓名： 专 班 学 业： 级： 号： 机械设计制造及其自动化
指导教师： 日 期： 2012 年 06 月 15 日
目录 封 序 面----------------------------------------------------言 ---------------------------------------------------1 课程设计说明书正文----------------------------------------一、零件分析--------------------------------------------------2 1.简单的行星齿轮机构的特点-----------------------------2 2.行星齿轮机构基本特征------------------------------------3 二、行星轮系相关计算--------------------------------------4 1、行星轮系各齿轮数据------------------------------------4 2、传动零件的校核计算-------------------------------------5 3.内啮合齿轮传动---------------------------------------------6 三、零件的工艺性分析--------------------------------------7 四、过程工艺分析--------------------------------------------8 （一）确定毛坯的制造形式--------------------------------9 （二）基面的选择---------------------------------------------9 （三）制定工艺路线------------------------------------------10 （四）确定机械加工余量、工序尺寸及公差------------12 （五）确定切削用量------------------------------------------13 五、课程设计心得体会---------------------------------------14 六、参考资料---------------------------------------------------15
行星轮 20CrMnTi 渗碳淬火+低温回火 HRC56~62 6级 m=2.5mm 行星齿轮 Zc=21 行星齿轮 b=22.68 计算及说明
齿圈 45 钢 调质+表面淬火 HRC40~50
齿圈齿轮 Zb=54 齿圈齿轮 b=22.68 结果 6级
K A 1.5 K v 1.03
使用系数 K A 动载荷系数 Kv
F lim 2 711MPa
弯曲最小安全系数 应力循环次数 N L 弯曲寿命系数 尺寸系数 许用弯曲应力
S F min 1.25
N L1 4.3 108 N L 2 3.5 108
由【3】P232 图 12.24
YN 1 0.92 YN 2 0.94
Yx 1.0
S F 2 514MPa [ F 2 ] ，安全。
传动无过载，故不用强度校核。
3.内啮合齿轮传动 （1）设计的主要参数 项目 工作条件 条件和参数 闭式传动，载荷有冲击，原动机为电动机，室外，环 境有灰尘
齿轮的材料 热处理方法 齿面硬度 齿轮传动的精度 模数 齿数 齿宽 精度等级 由已知条件知
参数 闭式传动，载荷有冲击，原动机为电动机，室外，环 境有灰尘 中心齿轮 20Cr 渗碳淬火+低温回火 HRC56~62 6级 m=2.5mm 中心齿轮 Za=12 中心齿轮 b=22.68 行星齿轮 Zc=21 行星齿轮 b=22.68 行星轮 20CrMnTi 渗碳淬火+低温回火 HRC56~62
如图2表示了简单行星齿轮机构，位于行星齿轮机构中心的是太 阳轮，太阳轮和行星轮常啮合，两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如 太阳位于太阳系的中心一样，太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了 可以绕行星架支承轴旋转外， 在有些工况下， 还会在行星架的带动下， 围绕太阳轮的中心轴线旋转， 这就像地球的自转和绕着太阳的公转一 样，当出现这种情况时，就称为行星齿轮机构作用的传动方式。在整 个行星齿轮机构中，如行星轮的自转存在，而行星架则固定不动，这 种方式类似平行轴式的传动称为定轴传动。齿圈是内齿轮，它和行星
N L1 4.3 109 N L 2 4.3 108
由【3】P232 图 12.24
ห้องสมุดไป่ตู้
YN 1 0.88 YN 2 0.93 [ F 1 ] F lim1 YN 1 Yx / F lim 854 0.88 1.0 / 1.25
2.行星齿轮机构基本特征
我们可以把简单行星齿轮机构的运动特征归纳成下列几点： (1)当行星架为主动件时，从动件超速运转。 (2)当行星架为从动件时，行星架必然较主动件转速下降。 (3)当行星架为固定时，主动件和从动件按相反方向旋转。 (4)太阳轮为主动件时，从动件转速必然下降。 (5)若行星架作为被动件，则它的旋转方向和主动件同向。 (6)若行星架作为主动件，则被动件的旋转方向和它同向。 (7)在简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架的当量齿数最
验算
S F1
2 KT1 YF 1Ysa1Y bd1m
2 1.55 132000 2.552 1.61 0.67 16 70 2.5
S F1 389 MPa [ F1 ] ，安全。
SF 2
Y Y S F 1 F 2 sa 2 YF 1Ysa1
2.052 2.65 389 2.552 1.61
YF 1 2.90 YF 2 2.28 Ysa1 1.53 Ysa 2 1.74
应力修正系数 Ysa 弯曲疲劳极限
F lim1 854MPa
弯曲最小安全系数 应力循环次数 N L 弯曲寿命系数 尺寸系数 许用弯曲应力
F lim 2 722 MPa
S F min 1.25
一、零件分析
1.简单的行星齿轮机构的特点
行星齿轮机构的组成： 简单（单排）的行星齿轮机构是变 速机构的基础， 通常自动变速器的变速 机构都由两排或三排以上行星齿轮机 构组成。 简单行星齿轮机构包括一个太 阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈， 其中行星齿轮由行星架的固定轴支承， 允许行星轮在支承轴上转动。 行星齿轮 和相邻的太阳轮、 齿圈总是处于常啮合 状态， 通常都采用斜齿轮以提高工作的 平稳性（如图l所示） 。
轮常啮合，是内齿和外齿轮啮合， 两者间旋转方向相同。行星齿轮的 个数取决于变速器的设计负荷，通 常有三个或四个，个数愈多承担负 荷愈大。 简单的行星齿轮机构通常称为 三构件机构，三个构件分别指太阳 轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般 情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确 定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋转方向就确定 了。
由【3】P215 表 12.9 由【3】P216 图 12.9
校核弯曲疲劳强度 重合度系数
Y 0.25 0.75 / 0.25 0.75 / 1.65
齿间载荷分配系数 K F 齿向载荷分布系数 K F 载荷系数 齿形系数 YF
由【3】P217 表 12.10 由表【3】P219 图 12.14
计算及说明
结果
精度等级
由已知条件知 6级
K F 1.0
K F 1.0
校核弯曲疲劳强度 齿间载荷分配系数 K F 齿向载荷分布系数 K F 由【3】P217 表 12.10 由表【3】P219 图 12.14
载荷系数 齿形系数 YF
K K A KV K F K F 1.5 1.03 1.0 1.0
[ F 1 ] F lim1 YN 1 Yx / F lim 854 0.92 1.0 / 1.25 [ F 1 ] 628MPa [ F 2 ] 535MPa
[ F 2 ] F lim 2 YN 2 Yx / F lim 711 0.94 1.0 / 1.25
序言
机械制造方向设计是在学完了机械制造技术课程后，综合运用以 前所学有关机械专业知识，进行独立的产品过程设计。其目的在于巩 固加深扩展机械制造技术及其他有关课程的理论知识，把理论知识和 实践相结合，能够独立分析问题、解决问题，以及初步具备中等复杂 程度零件设计的能力。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重 要的地位。为了突出和加强培养学生的综合设计能力和创新能力，总 结近年来的相关课程设计经验，开设了方向设计课程。其主要特点： 强调机械设计中总体设计能力的培养， 将原机械设计和机械设计 课程设计内容整合为一个新的综合课程设计体系， 将学生在机械设计 系列课程中所学的有关机构原理方案设计、运动和动力学分析、机械 零部件设计理论、方法、结构及工艺设计等内容有机地结合，进行综 合设计实践训练，使课程设计与机械设计实际的联系更为紧密。加强 学生对机械系统创新设计能力的培养， 增加了机械构思设计和创新设 计等内容，对学生的方案设计内容和要求有所加强，以利于增强学生 的创新能力和竞争意识。就我个人而言，我希能通过这次方向设计对 自己未来将从事的工作进行一次适应性训练， 从中锻炼自己分析问题 解决问题的能力， 为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础 。 由于能力有限， 设计尚有许多的不足之处， 恳请各位老师给予指教。
Y 0.70
K F 1.0
K F 1.05
K K A KV K F K F 1.5 1.05 1.0 1.05
由【3】P229 图 12.21 由【3】P230 图 12.22 由【5】P404 得 由【3】P225 表 12.14
K 1.65
K 1.55
YF 1 2.552 YF 2 2.053
由【3】P229 图 12.21 由【3】P230 图 12.22 由【5】P404 得 由【3】P225 表 12.14
应力修正系数 Ysa 弯曲疲劳极限
Ysa1 1.61 Ysa 2 2.65
F lim1 854MPa
多．而齿圈齿数则介于中间。 （注：行星架的当量齿数=太阳轮齿数十 齿圈齿数。 ） (8)若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向旋转，则第三元件 的转速和方向必然与前两者相同，即机构锁止，成为直接档。 （这是 一个十分重要的特征，尽管上述的例子没有涉及。 ） (9)仅有一个主动件并且两个其它部件没被固定时，此时处于空挡。 以上叙述的简单行星齿轮机构运动关系是属于经常遇到的， 在确 定三者关系时，首先把其中一件固定，然后确定另外两者的主、被动 关系。实际上简单行星齿轮机构还有一个很重要的特征，允许同时两 件作为主动件输入，而被动件照样有唯一的输出，这是行星齿轮机构 的一个十分重要的特征，而且在自动变速器上被广泛采用。
二、行星轮系相关计算
1、行星轮系各齿轮数据： 选行星轮数目 K=3，行星轮齿数组合为: Za=12， Zb=54， Zc=21
(a 为中心轮，b 为齿圈，c 为行星轮） 传动比为：
满足齿数条件要求。
中心齿轮：齿顶圆Ф14mm，齿根圆Ф9.5mm ，分度圆Ф12mm，齿宽 b=22.68mm； 齿圈齿轮：齿顶圆Ф52.60mm，齿宽 b=22.68mm； 行星齿轮：齿顶圆Ф23mm，齿根圆Ф18.5mm，分度圆Ф21mm，内孔Ф 12mm，齿宽 b=22.68mm。 2、传动零件的校核计算 外啮合齿轮传动 （1）设计的主要参数 项目 工作条件 齿轮的材料 热处理方法 齿面硬度 齿轮传动的精度 模数 齿数 齿宽
课程设计说明书
题
目：
行星齿轮机构设计
学生姓名： 专 班 学 业： 级： 号： 机械设计制造及其自动化
指导教师： 日 期： 2012 年 06 月 15 日
目录 封 序 面----------------------------------------------------言 ---------------------------------------------------1 课程设计说明书正文----------------------------------------一、零件分析--------------------------------------------------2 1.简单的行星齿轮机构的特点-----------------------------2 2.行星齿轮机构基本特征------------------------------------3 二、行星轮系相关计算--------------------------------------4 1、行星轮系各齿轮数据------------------------------------4 2、传动零件的校核计算-------------------------------------5 3.内啮合齿轮传动---------------------------------------------6 三、零件的工艺性分析--------------------------------------7 四、过程工艺分析--------------------------------------------8 （一）确定毛坯的制造形式--------------------------------9 （二）基面的选择---------------------------------------------9 （三）制定工艺路线------------------------------------------10 （四）确定机械加工余量、工序尺寸及公差------------12 （五）确定切削用量------------------------------------------13 五、课程设计心得体会---------------------------------------14 六、参考资料---------------------------------------------------15
行星轮 20CrMnTi 渗碳淬火+低温回火 HRC56~62 6级 m=2.5mm 行星齿轮 Zc=21 行星齿轮 b=22.68 计算及说明
齿圈 45 钢 调质+表面淬火 HRC40~50
齿圈齿轮 Zb=54 齿圈齿轮 b=22.68 结果 6级
K A 1.5 K v 1.03
使用系数 K A 动载荷系数 Kv
F lim 2 711MPa
弯曲最小安全系数 应力循环次数 N L 弯曲寿命系数 尺寸系数 许用弯曲应力
S F min 1.25
N L1 4.3 108 N L 2 3.5 108
由【3】P232 图 12.24
YN 1 0.92 YN 2 0.94
Yx 1.0
S F 2 514MPa [ F 2 ] ，安全。
传动无过载，故不用强度校核。
3.内啮合齿轮传动 （1）设计的主要参数 项目 工作条件 条件和参数 闭式传动，载荷有冲击，原动机为电动机，室外，环 境有灰尘
齿轮的材料 热处理方法 齿面硬度 齿轮传动的精度 模数 齿数 齿宽 精度等级 由已知条件知