封闭式行星齿轮减速器的设计毕业论文

封闭式行星齿轮减速器的设计毕业论文目录毕业论文设计任务书 (I)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见 (Ⅲ)评阅教师评语 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)英文摘要 (Ⅶ)1 前言 (1)1.1设计的目的 (1)1.2研究本课题的意义 (1)1.3本课题研究的围 (1)2 选题背景 (2)2.1题目来源 (2)2.2研究目的和意义 (2)2.3国外现状和发展趋势 (2)2.4应解决的主要问题 (5)3 方案论证 (6)3.1设计要求 (6)3.2方案得拟定 (6)3.3行星排级数得选择 (6)3.4最终方案 (7)4 设计论述 (9)4.1总体传动比设计 (9)4.2封闭式行星齿轮减速器各行星排配齿计算配齿计算 (10)4.3扭矩的计算 (11)4.4初步计算齿轮的主要参数 (12)4.5几何尺寸的计算 (15)4.6装配条件的验算 (15)4.7齿轮强度验算 (16)4.8效率的计算 (30)4.9输入轴的强度校核 (31)5 结果分析 (32)5.1计算结果 (32)5.2结果分析 (33)6 有限元分析 (34)6.1有限元简介 (34)6.2二级行星架的有限元分析过程 (34)6.3二级行星架有限元分析结果总结 (34)7 总结 (37)参考文献 (37)致谢 (39)1 前言1.1 设计的目的机械毕业设计是学生学习机械专业进行的一项综合训练，其主要目的是通过毕业设计使学生巩固、加深在四年机械课程学习中学到的知识，提高学生综合运用这些知识去分析和解决问题的能力。

同时学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零部件、机械传动装置和简单机械的设计方法与步骤。

本课题研究的主要问题是电动葫芦中行星齿轮该减速器的设计，针对行星齿轮的结构设计，从而达到优化电动葫芦的结构。

研究本课题的目的是使电动葫芦达到体积小，自重轻，结构紧凑，承载能力强，传动效率高，减速器得传动比较大和使用寿命长的目的。

1.2 研究本课题的意义电动葫芦是工厂、矿山、港口、仓库、货场、商店等常用的起重设备之一，是提高劳动效率，改善劳动条件，实现工业自动化，提高效率，减轻劳动强度的重要工具。

因而研究电动葫芦对减轻工人劳动强度、提高劳动效率、提高企业自动化程度、降低生产成本等具有重要的意义。

1.3 本课题研究的围本次设计主要研究的围是钢丝绳电动葫芦。

本次设计的封闭式行星齿轮减速器主要应用于钢丝绳电动葫芦。

2 选题背景2.1 题目来源生产实践2.2 研究目的和意义我国自1951年生产第一台电动葫芦至今已有相当数量的电动葫芦装置，其中有50年代的TV型葫芦，60年代的CD、MD型葫芦，80年代又有引进AS型葫芦及各厂家自行设计的一些葫芦，品种规格十分繁多。

研究电动葫芦的目的是使电动葫芦具有较高安全性、较好的互换性、较长的寿命、易于维护，进而使其向集约化、模块化、高性能、大型化发展。

葫芦具有体积小，自重轻，操作简单，使用方便等优点,因而广泛的应用于港口、电力、钢铁、造船、石油化工、矿山、铁路、建筑、冶金化工、汽车制造、塑料机械、工业控制、公路、大件运输、管道辅设、边坡隧道、井道治理防护、海上救助、海洋工程、机场建设、桥梁、航空、航天、场馆等重要行业以及基础建设工程的机械设备.电动葫芦是工厂、矿山、港口、仓库、货场、商店等常用的起重设备之一，是提高劳动效率，改善劳动条件，实现工业自动化，提高效率，减轻劳动强度的重要工具。

因而研究电动葫芦对减轻工人劳动强度、提高劳动效率、提高企业自动化程度、降低生产成本等具有重要的意义。

2.3 国外现状和发展趋势2.3.1 国外现状和发展趋势目前，国外电动葫芦产品在构造特征、性能配置等方面仍存在一定差异，通过对国外该产品的比较，展现出其它们之间的差异情况。

如下表所示，1964年我国联合设计的CD/MD葫芦，在1975年设计改进之后，虽经各制造企业进行了不同程度的改进，但并未吸收来自世界先进技术。

包括1983年引进德国Stahl2.3.2 国外发展方向新一代钢丝绳电动葫芦采用新技术、新工艺、新材料、新方法，为适用各种领域的特殊需求和以人为本的发展理念，为适应世界统一市场、全球化制造的发展战略，而向集约化、模块化、高性能、大型化发展，并且安全、可靠、节能、高效和易于维护方向成为电动葫芦的发展趋势。

2.3.3 存在的主要问题CDI型钢丝纯电动葫芦存在的不足(1)系列化问题品种少、规格不齐。

CDI型钢丝纯电动葫芦起蓝蓝只有0.5t,1t,2t,3t,5t,10t 6种，起升高度的覆盖围为 6 -30 m，起升速度 1 -5t 单速为 8 m/min，双边为 8/0 .8 m/min; 10t单速 7m/min,双边为 7/0 .7 m/min .虽然国一些厂家在 10t基础上发展了 16t， 2Ot扩充系列的大吨位电动葫芦，但仍不能形成较完整合理的钢丝纯电动葫芦产品系列，与国外的起重围0.2t，-80t及多种起升高度和起升速度组合相比存在很大的差距 .(2 )工作级别 CDI型钢丝绳电动葫芦没有进行工作级别的划分，不适应实际使用工况，多数情况下造成不合理的使用.按新的工作级别划分规则， CDI型韧丝绳电动葫芦的工作级别为 M3，而国外的钢丝丝绳电动葫芦能适应的工作级别围为 M3 -M6.(3)基型的变换CDI型钢丝绳电动葫芦滑轮组结构形式及倍率单一(0.5t-5t滑轮组倍率为 2/1， 10 t倍率为 4/2)。

安装方式只有悬挂和固定式 2种，变化少，可开发功能低 .而国外钢丝绳电动葫芦滑轮组结构及倍率组合方式多样，安装方式除悬挂与固定式外，还有低净空安装、双吊点形式及其他特殊用途的钢丝绳电动葫芦 .而CDI型钢丝绸电动葫芦在这些方而基本是空白 .(4)结构设计 CDI型钢丝绳电动葫芦的结构设计虽然较 TV型钢丝绳电动葫芦有了较大改进，但其外型美观性差，圆形结构不便于安装、运输，外型的局限性严重阻碍了基型的变化。

而国外的钢丝绳电动葫芦，多为方形结构设计，既美观便于安装、运输，还能很好地适应模块化设计，便于基型的组合和变换，大大拓宽了钢丝绳电动葫芦的使用围。

(5 )配套电动机 CDI型钢丝绳电动葫芦配套的锥形转子电机，单速为 4极，双速为 1 / 10的子母机，而国外钢丝绳电动葫芦电机采用 2极电机，双速采用双绕组和变极式，这样结构简单、体积小、自重轻，有利于降低制造成本 .另外，CDI型钢丝绳电动葫芦配套电机在绝缘等级和防护等级及噪声方面与国外葫芦相比差距仍很大 .( 6)减速器 CDI型钢丝绳电动葫芦减速器制造精度和传动效率低，噪声大，齿轮参数设材不甚合理，特别反映在有效提高承钱能力和各级齿轮与齿轮副之间的强度均等方面 .(7)电气控制 CDl型钢丝绳电动葫芦电控箱外观协调性差，电气元件的使用寿命较低，故障率高。

2.4 应解决的主要问题本课题将首先分析目前国外起重机的发展现状与电动葫芦的特点，进而对电动葫芦减速器的结构设计和关键零部件设计计算。

根据以上思想，毕业设计主要完成工作如下：1）通过调研了解国外电动葫芦的发展现状以及其结构特点。

2）分析比较各种传动方案的利弊，最终选定三级行星齿轮差动减速器的传动方案。

3）参考上届同学的电动葫芦减速器原方案进行改进设计，对其进行校验修改，并在其基础上提出新的设计方案。

4）完成毕业论文。

3 方案论证3.1 设计要求电动葫芦是一种轻小型起重设备，具有体积小，自重轻，操作简单，使用方便等特点，本次设计电动葫芦中减速器的基本要求是体积小，自重轻，结构紧凑，承载能力强，传动效率高，减速器得传动比较大和使用寿命长。

3.2 方案得拟定由于齿轮传动具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点，所以初步将减速器得传动装置定位齿轮传动。

齿轮轮系分为两种：定轴轮系和动轴轮系（行星齿轮传动），本次设计要求传动比大，初步估算一下，减速器得传动比大约在400以上，要实现这么大得传动比，，如果选用定轴轮系，那么设计出来得，减速器体积就比较大，相对比较笨拙，重量也会相对得较大，因而不符合本次设计电动葫芦中减速器的基本要求，即体积小，自重轻得要求。

而动轴轮系相对定轴轮系来说，具有体积小、重量轻、传动比大等特点。

所以在定轴轮系和动轴轮系中选择动轴轮系。

所以传动装置最终选择行星齿轮传动。

3.3 行星排级数得选择本次设计的电动葫芦中的减速器的传动比大约在400以上，如果只选择单排或者双排行星齿轮传动，对行星齿轮得承载能力要求就会很高，那么设计出来得行星齿轮体积就会很大，自重就会相对较大。

因而不符合设计要求，所以不选择单排和双排行星齿轮传动。

选择三排行星齿轮，每级承受得载荷较为适宜，设计出来得行星减速器体积较小，自重较轻。

如果选择多拍行星齿轮传动，那么设计出来得减速器长度较长，承载能力会相对减弱，且体积会增大，总量会增加。

所以最终选择行星齿轮得排级数为三。

3.4 最终方案在确定了传动方案为三级行星齿轮传动后，我选择了三级差动，因为这样体积会相对的更小一些。

最终确定得传动方案图如下这种方案的优点在于：设计的减速器直接以作为机壳的齿圈作输出轴，在输出轴上安装卷筒卷绕钢丝绳，另外在一、二级行星架上设有一、二级中心轮，直接与二、三级太阳轮端头上加工出的短齿配合，且用挡圈固定省略了联轴节，机构更简单、紧凑，二、三级太阳轮套在输入轴外不占用有效的空间，且在齿轮传动中起到浮动作用能自动找中心，所以结构紧凑、体积小，从而达到了减小电动葫芦体积和质量的目的。

此方案实施得具体情况：电动机输出轴通过联轴节与输入轴得花键连接，点击带动输入轴上得太阳轮转动，，由以及太阳轮带动与其啮合的三个一级行星轮转动，同时又带动与其啮合齿圈上的以及齿轮转动，且通过三个一级行星轴使与其连成一体得一级行星架转动，其上得一级中心轮带动与其连成一体的短齿使太阳轮转动，再由二级太阳轮带动与其啮合得二级行星齿轮转动，同时齿圈上的二级齿轮也带动二级行星齿轮转动，由差动转速通过三个二级行星轴带动二级行星架转动，由其上得二级中心轮带动与其连成一体得短齿时三级太阳轮转动，由三级太阳轮带动与其啮合的三个行星齿轮转动，最后由三个三级行星齿轮通过与其啮合得齿圈上的三级齿轮，带动整个齿圈转动起来。

在传动过程中，当一、二级行星齿轮与齿圈上得一、二级齿轮啮合进行第一次、第二次分流输出功率P1、P2，同时差动行星齿轮又将部分功率传递给准行星齿轮三级行星齿轮使其转动，经过转换后输出功率P3与前两次直接输出得功率P1、P2，三个力会和一起输出总功率P，经传动、变速后变慢、扭矩增大、齿圈在合力的作用下不断得转动工作。

在齿圈外连接一滚筒，滚筒上绕钢丝绳就可以作为电动葫芦直接进行起重使用了。

4 设计论述4.1 总体传动比设计4.1.1 总传动比的计算原始数据：(1) 输出力矩：Tmax=8000N.M ； (2) 起升速度：V ≤5m/min ； (3) 自重限制：W ≤300KG ； (4) 转筒直径：D=450-600mm (5) 行星排级数： 3初步选取转筒直径为D=500mm所以最大起升重量M max =G D *Tmax *2=10*5.00008*2=3.2t根据最大起升重量选取电机为ZD141-4 7.5KW （锥形转子三相异步电机） 参数有： 起重：5t 功率：7.5KW 转速：1400t/min电机转速为W 1=2800*3.14=8792rad/min转筒的转速为W 2=2/D V=2/5.05=20rad/min所以减速器的传动比为i 总=2014.3*2800=439.64.1.2 各级传动比之间的关系传动方案图如下图1 行星齿轮传动件图由行星齿轮转速之间的关系可知 111a1n H b H n n n --= -1b1Za Z =1-i 1 (1)222a2n H b H n n n --= -2b2Z a Z =1-i 2 (2) 323a2n H b H n n n --= -3b3Z a Z =1-i 3 (3) n a2 =n H1 (4) n a3=n H2 (5)n H3=0 (6) nb1=nb2=nb3 (7) 将（6）带入（3）中得na3=(1-i3)*nb3 (8) 将（8）带入（5）中得nH2=(1-i3)*nb3 (9) 将（7）和（9）带入（2）中令nb=nb1=nb3=nb3 (10) 将（4）和（10）带入（1）中得 n a1=n b (1-i 1i 2i 3)减速器得总传动比i 总=bn a1n =1-i 1i 2i 3初步选取i 1=7.4，i 2=7.4，i 3=84.2 封闭式行星齿轮减速器各行星排配齿计算配齿计算一级：由已知条件可得 n a1=146.6rad/s n b1=0.333rad/sbHa i =b aH i 1=Hab i -11=p +11 aHb i =a bH i 1Hba i -11=1p p+ 所以w H =b Ha i *w a +aHb i w b =)1(3440p p++差动传动比i a1H1=(1+p)-p*=7.4代入数据得p=6.5因为p=11a b z z =6.5 初步选取太阳轮z a1=20所以齿轮z b1=130所以一级行星传动的齿数为z c1=（z b1-z a1）/2=55 太阳轮z a1=20 齿轮z b1=130 行星轮z c1=55因为二级行星传动与一级在结构上是完全一致的 所以二级行星齿轮的齿数为 太阳轮z a2=20 齿轮z b2=130 行星轮z c2=55级行星齿轮传动的传动比i a3b3=33a b z z =8 初步选取太阳轮z a3=24 所以齿轮z b3=192所以行星轮z c3=（z b3-z a3）/2=84 所以三级行星传动的齿数为 太阳轮z a3=24 齿轮z b3=192 行星轮z c3=844.3 扭矩的计算假设电机的转动方向为正方向因为12T T =12n n =12z z=i所以11a b T T=-11a b z z所以T b1=T a1*（-11a b z z ）=- T a1*11a b z z所以一级行星齿轮传动所承受的扭矩为 太阳轮T a1=51.2N.M 齿轮 T b1= -332.5N.M行星架 T H1=-281.6N.M所以二级行星齿轮传动所承受的扭矩为太阳轮T a2= -281.6N.M齿轮 T b2=.4N.M行星架 T H2=1548.8N.M所以三级行星齿轮传动所承受的扭矩为太阳轮T a3= 1548.8N.M齿轮 T b3= -12390.4N.M行星架 T H3= -10841.6N.M4.4 初步计算齿轮的主要参数4.4.1 一级、二级行星齿轮的主要参数计算齿轮材料和热处理：中心论a和行星轮c均采用20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度58~62HRC查表得δHlim=1400N/ mm2和δFlim=340 N/ mm2 太阳轮和行星轮的加工精度为6级。