三環(huán)減速器設(shè)計(jì)【全套含CAD圖紙】

第 0 頁(yè)目錄目錄 .1中 文 摘 要 3ABSTRACT .4第 1章 緒 論 .51.1 三環(huán)減速器的概況 51.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展的狀況 51.3 課題研究意義 .61.4 研究方向 .7第 2章 三環(huán)減速器的分析 82.1 三環(huán)減速器的組成及工作原理 .82.2 三環(huán)減速器的傳動(dòng)比 9第 3章 三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 113.1 三環(huán)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 113.2 配齒計(jì)算 .113.3 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 123.3.1 齒輪材料的選擇、類(lèi)型、精度等級(jí)、及齒數(shù) 123.3.2 齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)的計(jì)算 123.4 三環(huán)減速器齒輪副嚙合參數(shù)的計(jì)算 133.4.1 三環(huán)減速器內(nèi)嚙合齒輪副的干涉 133.4.2變位系數(shù)選擇時(shí)應(yīng)該滿(mǎn)足的主要限制條件： .133.4.3 三環(huán)減速器變位系數(shù)的確定 143.5 三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 183.5.1 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 183.5.2 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 243.5.3 支承軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 273.5.4 偏心套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 273.5.5 內(nèi)齒環(huán)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29第 1 頁(yè)3.5.6 三環(huán)減速器行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度驗(yàn)算 293.5.7三環(huán)減速器的整機(jī)結(jié)構(gòu)及裝配圖 .31第 4章 結(jié) 論 .33致 謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄 1外文文獻(xiàn) 36附錄 2 中文翻譯 46第 2 頁(yè)中 文 摘 要三環(huán)減速器是少齒差行星齒輪傳動(dòng)中的一種，其基本結(jié)構(gòu)是有一根低速軸、二根高速軸和三片轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)板構(gòu)成。各軸均平行配置，相同的兩根高速軸帶動(dòng)三片傳動(dòng)板呈 120 相位差作平面運(yùn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)環(huán)板與低速軸上的齒輪相嚙合，形成大傳動(dòng)比。各軸的軸端可以單獨(dú)或者同時(shí)傳輸動(dòng)力。而三環(huán)式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自成體系。按基本型的單級(jí)傳動(dòng)，增加高速與低速軸的數(shù)量，改變高速與低速軸的相互位置，可以形成若干派生型機(jī)構(gòu)系列。此外，該傳動(dòng)裝置因采取獨(dú)特的“平行軸-動(dòng)軸”三環(huán)式傳動(dòng)原理， 基本構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和受力均衡，又充分的運(yùn)用了功率分流和多齒合。關(guān)鍵詞：三環(huán)減速器，傳動(dòng)比，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第 3 頁(yè)ABSTRACTEquipment plays an important role in open pit mining industry and it cocompetence at efficient operation and maintenance techniques centered on relibilty can lead tgnifant cost reduction. The application of optimal maintenance procesnvestigated for minimizing the equipment breakdowns and downtimes in Sungu Cop Mine. It results in the improvdefficiency and productivity of the equipment and lowered expenses as well as tincreased profit margin. The field operating data of10 trucks are used to estimate the failure and maintenance profile for each component, and modeling and simulation areaccomplished by using reliability block diagram method. Trend analysis was then conducted to select proper probabilistic model for mantenance profile. Then reliability of the system was evaluated and importance of each component was computed by weighted importance measure method. This analysis led to identify the items with critical impact on availability of overall equipment in order to prioritiz improvement decisions. Later, the availability of trucks was evaluated using Monte Carlo simulation and it is revealedthat the uptime of the trucks is around 11000 h at 12000 operation hours. Finally, uncertainty analysis was performed to account forthe uncertainty sources in data and models.Key words: operating costs， maintenance，mining dump truck， reliability， availability， uncertainty第 4 頁(yè)第 1 章 緒 論三環(huán)減速器是少齒差行星齒輪傳動(dòng)中的一種。它由一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副，采用的是漸開(kāi)線(xiàn)齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很?。ㄍǔ?、2、3 或 4），故簡(jiǎn)稱(chēng)為少齒差傳動(dòng)。三環(huán)減速器是由重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院陳宗源高級(jí)工程師在 1985年申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利，它以其適用與一切功率、速度范圍和一切工作條件的優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛關(guān)注。1.1 三環(huán)減速器的概況齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題。國(guó)外的減速器，以德國(guó)、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)題，也未解決好。最近報(bào)導(dǎo)，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國(guó)Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類(lèi)似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動(dòng)原理和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動(dòng)齒輪傳動(dòng)原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動(dòng)機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開(kāi)拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號(hào)的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動(dòng)機(jī)已基本研制成功，美國(guó)和荷蘭近期研制的分子發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸在納米級(jí)范圍，如能輔以納米級(jí)的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展的狀況國(guó)內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問(wèn)題更突出，使用壽命不長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國(guó)外（如丹麥、德國(guó)等）進(jìn)口，花去不少的外匯。60年代開(kāi)始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)。但受其傳動(dòng)的理論的限制，不能傳遞過(guò)大的功率，功率一般都要小于第 5 頁(yè)40kw。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒(méi)有突破，因此，沒(méi)能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。90年代初期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器，它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線(xiàn)上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的“內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器”不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線(xiàn)上的優(yōu)點(diǎn)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。國(guó)內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠(chǎng)礦企業(yè)對(duì)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過(guò)一些研究論文，在利用擺線(xiàn)齒輪作平動(dòng)減速器開(kāi)展了一些工作。平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡(jiǎn)介,平動(dòng)齒輪減速器是指一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，一個(gè)齒輪在平動(dòng)發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)下作平面平行運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒廓間的嚙合，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的作用。平動(dòng)發(fā)生器可采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，或正弦機(jī)構(gòu)或十字滑塊機(jī)構(gòu)。本成果采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為平動(dòng)發(fā)生器。平動(dòng)發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，也可以是實(shí)體的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)。有實(shí)用價(jià)值的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種情況。外平動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)亦稱(chēng)三環(huán)（齒輪）減速器。由于內(nèi)齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問(wèn)題。內(nèi)平動(dòng)齒輪減速，其外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。由于外齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機(jī)構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高、體積小、輸入輸出同軸線(xiàn)，故由廣泛的應(yīng)用前景。1.3 課題研究意義（1）減速比大，三環(huán)式單級(jí)減速比為 11到 99，雙級(jí)傳動(dòng)比達(dá) 9801。普通外嚙合齒輪減速器單級(jí)減速比最大為 10。（2）體積小重量輕，外嚙合齒輪只在一點(diǎn)捏合，接觸應(yīng)力是影響傳動(dòng)的瓶頸，三環(huán)式三點(diǎn)嚙合，接觸處兩齒輪曲率半徑在同側(cè)，尺寸接近，接觸面積大，接觸應(yīng)力小，設(shè)計(jì)是用不著核算接觸應(yīng)力，只要彎曲應(yīng)力夠就行了，由于三環(huán)式中間外齒輪齒數(shù)較多，其抗變曲性能也較，據(jù)有關(guān)資料介紹同扭矩的減速器，三環(huán)式重量只有普通減速器的 1/3，體積只有 1/4。這里無(wú)疑有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。第 6 頁(yè)（3）承載能力高，軸承壽命長(zhǎng)。由于采用少齒差內(nèi)嚙合傳動(dòng)，三環(huán)式除了三點(diǎn)嚙合外，在過(guò)載時(shí)由于齒的彈性變形，會(huì)有很多齒同時(shí)工作，所以齒輪的承載能力較高；另外由于接觸應(yīng)力小，有利于潤(rùn)滑，三根軸上的載荷都呈120度角均勻分布，轉(zhuǎn)臂軸承位于內(nèi)齒圈外，起布置空間大，所以軸的彎曲應(yīng)力小，主軸承載小，有利于承受過(guò)載載荷，因而轉(zhuǎn)臂軸承的壽命較高，可達(dá)到 2 萬(wàn)小時(shí)以上。（4）制造容易、成本低，由于對(duì)接觸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度都要求不高，軸的應(yīng)力也較一般的低，所以對(duì)材質(zhì)、熱處理無(wú)特殊要求，調(diào)質(zhì)就可以了，齒輪精度一般為 8級(jí)，能生產(chǎn)原少齒差的制造廠(chǎng)都能生產(chǎn)。對(duì)于采用 7 級(jí)精度齒輪的這種減速器，其傳動(dòng)誤差可在 1左右。（5）精度高。由于三片內(nèi)齒輪同時(shí)與外齒輪嚙合，誤差可以相互彌補(bǔ)，所以整機(jī)精度高。（6）適應(yīng)性廣。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，可以制成臥式，立式，法蘭聯(lián)結(jié)式等各種結(jié)構(gòu)形式。（7）軸向尺寸小，徑向尺寸大。有兩根高速軸，可以單軸輸入，也可以雙軸輸入。輸入軸與輸出軸平等，而且中心距與齒輪參數(shù)無(wú)關(guān)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)。（8）效率高。由于取消了輸出機(jī)構(gòu)，而且轉(zhuǎn)臂軸承受力較小，其效率可達(dá) 92 到96%。1.4 研究方向本課題研究的方向是內(nèi)齒行星齒輪減速器。即利用內(nèi)齒行星齒輪減速器的減速作用將高速運(yùn)轉(zhuǎn)的輸出軸的轉(zhuǎn)速降低以連接到輸出設(shè)備，得到適合工作的轉(zhuǎn)速。目前我國(guó)正處于社會(huì)主義發(fā)展和全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)工業(yè)的需求也是與日俱增。減速器則是工業(yè)中的一個(gè)重要裝置。由于內(nèi)齒行星齒輪減速器技術(shù)具有傳動(dòng)比大、精度高、承載能力高、軸承壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，三環(huán)減速器以及內(nèi)齒行星齒輪減速器廣泛的應(yīng)用與礦山、冶金、飛機(jī)、輪船、汽車(chē)、機(jī)床、起重設(shè)備、電工機(jī)械、儀表、化工、輕工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域 。這類(lèi)減速器有著廣泛的發(fā)展前景，是減速器行業(yè)更新?lián)Q代的產(chǎn)品，應(yīng)大力推廣和宣傳，讓這一新技術(shù)產(chǎn)品為我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。第 7 頁(yè)第 2 章 三環(huán)減速器的分析三環(huán)減速器是一種利用三相并列雙曲柄機(jī)構(gòu)來(lái)克服死點(diǎn)的少齒差行星齒輪減速器，具有傳動(dòng)比大、適用范圍廣、承載能力強(qiáng)、重量輕、傳動(dòng)效率高、軸承受力小、壽命長(zhǎng)等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于三環(huán)減速器問(wèn)世時(shí)間短，缺乏全面完整的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，在設(shè)計(jì)中只能以類(lèi)比法或借助于簡(jiǎn)化模型進(jìn)行計(jì)算，使得產(chǎn)品的性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)參數(shù)偏大，造成材料沒(méi)有得到最充分的利用，影響了這種傳動(dòng)形式的進(jìn)一步發(fā)展。本文應(yīng)用位移協(xié)調(diào)原理，從系統(tǒng)變形的角度，建立了三環(huán)減速器的動(dòng)力分析精確模型，并對(duì)三環(huán)減速器進(jìn)行求解，研究了各種因素對(duì)其動(dòng)力特性的影響，為正確設(shè)計(jì)三環(huán)減速器提供了科學(xué)的理論依據(jù)。2.1 三環(huán)減速器的組成及工作原理三環(huán)減速器是由平行四邊形機(jī)構(gòu)和內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)組成的復(fù)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖2-1和圖2-2是偏置式三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。兩根互相平行且各具有三個(gè)偏心軸頸的高速軸2和3，動(dòng)力通過(guò)其中任一或兩軸同時(shí)輸入，有動(dòng)力輸入的曲柄軸稱(chēng)為輸入軸2，無(wú)動(dòng)力輸入的曲柄軸稱(chēng)為支承軸3。平行四邊形機(jī)構(gòu)的曲柄6和7一般制成偏心套的形式，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-3，平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿上帶有內(nèi)齒輪，稱(chēng)為內(nèi)齒環(huán)板1，圖2-4是它的結(jié)構(gòu)圖。輸出軸4和外齒輪5通常制造成為一體成為齒輪軸。當(dāng)輸入軸2旋轉(zhuǎn)時(shí)，由偏心套曲柄6和7帶動(dòng)的行星輪內(nèi)齒環(huán)板1不是作擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，而是通過(guò)一雙曲柄機(jī)構(gòu)(具有偏心軸頸的高速軸)引導(dǎo)作圓周平動(dòng)，三片并列的連桿行星齒板（即內(nèi)齒環(huán)板1）通過(guò)軸承裝在高速軸2和3上且與外齒輪5相嚙合輸出動(dòng)力，嚙合的瞬間相位差為120 。當(dāng)平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿運(yùn)動(dòng)到與曲柄共線(xiàn)的兩個(gè)位置(0和180 ) 時(shí)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定，通常把這種運(yùn)動(dòng)不確定位置稱(chēng)為死點(diǎn)位置。為了克服機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)不確定，最常用的方法是采用三相平行四邊形機(jī)構(gòu)并列布置，也就是用三塊內(nèi)齒環(huán)板并列且各相環(huán)板之間互成120的相位角。當(dāng)某一相平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到死點(diǎn)位置時(shí)，由其它兩相機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，從而克服死點(diǎn)。采用這種并列方式，不僅可以利用多相機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)載荷，還可以使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)的擺動(dòng)力相互平衡。第 8 頁(yè)576 45671231.內(nèi)齒環(huán)板 2.輸入軸 3.支承軸 4.輸出軸5.輸出軸外齒輪 6.輸入軸偏心套 7.支承軸偏心套圖2-1 偏置式三環(huán)減速器基本結(jié)構(gòu) 圖2-2 偏置式三環(huán)減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖圖2-3 偏心套 圖2-4 內(nèi)齒環(huán)板12345762341751. 內(nèi)齒環(huán)板 2. 輸入軸 3. 支承軸 4. 輸出軸5. 輸出軸外齒輪 6. 輸入軸偏心套 7. 支承軸偏心套圖2-5 對(duì)稱(chēng)式三環(huán)減速器基本結(jié)構(gòu) 圖2-6 對(duì)稱(chēng)式三環(huán)減速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)兩根高速軸（輸入軸 2和支承軸 3）和輸出軸 4之間不同的位置關(guān)系，三環(huán)減速器有兩種基本的形式：偏置式和對(duì)稱(chēng)式。當(dāng)輸入軸和支承軸位于輸出軸的同一側(cè)時(shí)，稱(chēng)為偏置式三環(huán)減速器（見(jiàn)圖 2-1和圖 2-2）。當(dāng)兩根高速軸（輸入軸和支承軸）相對(duì)于輸出軸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)式三環(huán)減速器，如圖 2-5和 2-6所示。2.2 三環(huán)減速器的傳動(dòng)比第 9 頁(yè)AV BV/O1O0 2OC圖 2-7 三環(huán)減速器的傳動(dòng)比計(jì)算當(dāng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)齒環(huán)板作圓周平動(dòng)。不計(jì)運(yùn)動(dòng)副間的摩擦，無(wú)論曲柄 O1A和O2B轉(zhuǎn)動(dòng)到任何角度， Oo和 O 的連線(xiàn)總是與曲柄同相位 ,OoO=O2B=O1A =e。內(nèi)齒圈與外齒輪的嚙合點(diǎn)C總在 OOo的延長(zhǎng)線(xiàn)上。設(shè)內(nèi)齒圈的齒數(shù)為 z2，外齒輪的齒數(shù)為 z1，則內(nèi)齒圈的分度圓半徑 ，22mzR外齒輪的分度圓半徑 (m為模數(shù))，曲柄長(zhǎng)度11R。設(shè)曲柄 O1A的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 ，則 VA= VB= 21121 zeOAo e，因?yàn)閮?nèi)齒環(huán)板為平動(dòng)構(gòu)件，在同一瞬時(shí)，平動(dòng)構(gòu)件上各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡形狀和各點(diǎn)的速度均相同，故內(nèi)齒圈和外齒輪的嚙合點(diǎn)C的速度矢 VC=VB,即)(211zmVC設(shè)外齒輪的角速度(即輸出軸的角速度)為，則 )( 1211 zzRVC1由傳動(dòng)比的普遍公式： i得到三環(huán)減速器傳動(dòng)比的計(jì)算公式如下: (2-1)12zi第 10 頁(yè)式中 i 傳動(dòng)比z1 外齒輪的齒數(shù)z2 內(nèi)齒輪的齒數(shù)負(fù)號(hào)表示輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。當(dāng)內(nèi)、外齒輪的齒數(shù)相差很?。ㄍǔ?、2、3 或 4）時(shí)，三環(huán)減速器的傳動(dòng)比大，具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。第 3 章 三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本章將在理論分析的基礎(chǔ)上對(duì)三環(huán)減速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于三環(huán)減速器的內(nèi)齒圈和外齒輪相嚙合時(shí)的齒數(shù)相差比較小，一般為 14。為了避免內(nèi)、外齒輪之間的齒廓重迭干涉、保證足夠的重合度，需要采用變位齒輪傳動(dòng)，所以三環(huán)減速器的內(nèi)、外齒輪變位系數(shù)的確定，是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。本章將主要確定齒輪副的嚙合參數(shù)，進(jìn)行變位系數(shù)計(jì)算，以及對(duì)主要零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核計(jì)算。3.1 三環(huán)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 由于沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的三環(huán)減速器方面的設(shè)計(jì)資料，在三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常參考少齒差行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行。本課題的已知條件為：傳動(dòng)比i=30，輸出的負(fù)載扭矩為 Tmax =1000Nm,轉(zhuǎn)速：1500r/min。三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算步驟：（1） 三環(huán)減速器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2） 配齒計(jì)算；（3） 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)；（4） 齒輪副嚙合參數(shù)的計(jì)算；（5） 三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（6） 三環(huán)減速器行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度驗(yàn)算。3.2 配齒計(jì)算根據(jù)（3-1）式 12zi （3-1）已知 30i第 11 頁(yè)即 3012zi 3102z選 9,3.3 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)3.3.1 齒輪材料的選擇、類(lèi)型、精度等級(jí)、及齒數(shù)齒輪材料及熱處理是影響齒輪承載能力和使用壽命的關(guān)鍵因素，也是影響齒輪生產(chǎn)質(zhì)量和加工成本的主要因素。齒輪材料的選擇應(yīng)綜合地考慮到齒輪傳動(dòng)的工作情況、加工工藝和材料來(lái)源及經(jīng)濟(jì)性等條件。（1）按本課題的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；（2）本設(shè)計(jì)的內(nèi)齒環(huán)板、外齒輪的材料皆采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理 55。外齒板的加工精度6級(jí)，內(nèi)齒圈的加工精度7級(jí)；（3）外齒輪齒數(shù) z1=90，內(nèi)齒輪齒數(shù) z2=93。齒數(shù)差為z p=93-90=3。3.3.2 齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)的計(jì)算三環(huán)減速器強(qiáng)度計(jì)算時(shí)最常用的辦法是按照齒面接觸強(qiáng)度初算小齒輪的分度圓直徑 d1或按照齒根彎曲強(qiáng)度初算齒輪模數(shù) m。根據(jù)給出的已知條件，本設(shè)計(jì)按照齒根彎曲強(qiáng)度初算齒輪的模數(shù)：(3-2)3lim211FdaPAzKTK式中 ：Km算式系數(shù)，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)： Km=12.19KF綜合系數(shù)，1.62.2 ，取 KF =2.0KA 使用系數(shù)， KA=1.5 KFP計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)， KHP=1.210，由公式KFP=1+1.5（ KHP-1）=1+1.5（1.2-1）=1.3；YFa1小齒輪齒形系數(shù)， YFa1=2.67；z1 齒輪副中小齒輪的齒數(shù)，即輸出軸外齒輪的齒數(shù) z1=60；Flim試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限；d小齒輪齒寬系數(shù)， d=0.6 ； T1嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩，Nm；第 12 頁(yè)mzKTKmFdaPA 7.12096.06.3513.23lim211 取齒輪模數(shù)為：m=2mm。3.4 三環(huán)減速器齒輪副嚙合參數(shù)的計(jì)算三環(huán)減速器齒輪副的嚙合參數(shù)包括齒輪副嚙合的變位系數(shù)和嚙合角。要想設(shè)計(jì)出既經(jīng)濟(jì)又合理的三環(huán)減速器，必須選擇恰當(dāng)?shù)淖兾幌禂?shù)和嚙合角。由于三環(huán)減速器采用的是少齒差內(nèi)嚙合傳動(dòng)，容易產(chǎn)生各種干涉，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要注意一些限制條件。3.4.1 三環(huán)減速器內(nèi)嚙合齒輪副的干涉 三環(huán)減速器在設(shè)計(jì)時(shí)避免產(chǎn)生干涉應(yīng)該注意的一些限制條件：（1）不發(fā)生過(guò)渡曲線(xiàn)干涉；（2）不發(fā)生漸開(kāi)線(xiàn)干涉； （3）保證足夠的頂隙；（4）不發(fā)生節(jié)點(diǎn)對(duì)面的齒頂干涉；（5）必須保證不產(chǎn)生齒頂干涉和齒廓重迭干涉，應(yīng)滿(mǎn)足G s0；（6）避免內(nèi)、外齒輪沿徑向移動(dòng)發(fā)生的徑向干涉等；（7）保證重合度大于1；（8）為了保證漸開(kāi)線(xiàn)齒廓，內(nèi)齒輪的齒頂圓必須大于基圓；（9）為了避免輪齒的磨損，內(nèi)、外齒輪的齒頂不得變尖，并且要有足夠的厚度，齒頂厚度必須大于(0.25-0.4)m。 3.4.2 變位系數(shù)選擇時(shí)應(yīng)該滿(mǎn)足的主要限制條件：在選擇三環(huán)減速器的變位系數(shù)時(shí)，首先應(yīng)該滿(mǎn)足內(nèi)嚙合的嚙合方程式：(3-3)tan)(2 1zxinvi雖然設(shè)計(jì)三環(huán)減速器的限制條件很多，但是在設(shè)計(jì)和實(shí)際使用中通常只需滿(mǎn)足以下兩個(gè)主要限制條件 11：（1）按嚙合中心距 a裝配時(shí)，保證齒輪副不產(chǎn)生齒廓重疊干涉：即應(yīng)滿(mǎn)足齒廓重疊干涉系數(shù)G S 0 。即：第 13 頁(yè)0)()()( 12211 invzinvzinvzGaaS4arcos121da22a)*(11xhmda22a（2）保證不發(fā)生齒頂干涉，必須滿(mǎn)足內(nèi)嚙合齒輪副的重合度 11)tan(t)tn(t 221 azz以上公式中各符號(hào)的含義： da1 外齒輪齒頂圓直徑；da2 內(nèi)齒輪齒頂圓直徑；a1 外齒輪齒頂圓壓力角；a2 內(nèi)齒輪齒頂圓壓力角；a 齒輪副實(shí)際嚙合中心距； 壓力角 =20；z1 外齒輪齒數(shù) z1=90；z2 內(nèi)齒環(huán)板上的內(nèi)齒輪齒數(shù) z2=93；x1 外齒輪變位系數(shù)；x2 內(nèi)齒輪變位系數(shù)；Gs 齒廓重迭干涉系數(shù)； 內(nèi)嚙合齒輪副的重合度；ha*齒頂高系數(shù)；d1外齒輪的分度圓直徑；d2內(nèi)齒輪的分度圓直徑。由公式（3-2）可知：在 z1、 z2和一定時(shí)，變位系數(shù) x1和 x2的變化直接影響到嚙合角的大小。嚙合角是變位系數(shù)的函數(shù)，變位系數(shù) x1、 x2的選擇問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上是決定三環(huán)減速器能否消除干涉現(xiàn)象的問(wèn)題。對(duì)于一對(duì)嚙合齒輪，可把變位系數(shù)x1、 x2視為自變量，而把自己確定的參數(shù)作為常量，即限制條件是變位系數(shù)的函數(shù)。因此，滿(mǎn)足兩個(gè)主要限制條件的問(wèn)題便可歸結(jié)為求合適的變位系數(shù)的問(wèn)題。3.4.3 三環(huán)減速器變位系數(shù)的確定第 14 頁(yè)把變位系數(shù) x1、 x2取為獨(dú)立變量，把嚙合角 取為中間變量，求解方程組就可以得出變位系數(shù) x1、 x2的值。由于限制條件中有許多超越方程，直接求解變位系數(shù)是非常困難或是不能求解的。因此，下面用逐步逼近的迭代方法來(lái)求得同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)限制條件的變位系數(shù)。計(jì)算步驟 如下：（1）要求達(dá)到 = =1.0500， Gs =Gs=0.05。 和 Gs分別為設(shè)計(jì)要求達(dá)到的三環(huán)減速器內(nèi)嚙合的重合度和齒廓重疊干涉系數(shù)。（2）確定 、 x1及 x2初選 =28.5、 ha*=0.6、 =20。少齒差所選擇的齒頂高系數(shù) ha*沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，可在 0.50.8的范圍內(nèi)由設(shè)計(jì)者選定 55。但是應(yīng)該考慮到采用短齒和變位相結(jié)合的方式才是避免干涉出現(xiàn)的最好辦法。研究表明 54，齒頂高系數(shù)選擇合適，嚙合角就隨著降低，對(duì)提高嚙合效率和行星輪軸承壽命有利。取 x1的初始值 ，計(jì)算幾何尺寸及參數(shù)。模數(shù)為 。1)0(x m2mzmd892632b 14.920coscs1782mxhzdaa 4.186)2.0()(1*11 )(12)0(2 tan/) xivinx.25.893xzmaa 0.)6.93()(0(*22 854.16rcos)cos11abdr69.21)04.87arcos()cos(22 badrmzm3/9/1.5.8cos3cs (3-4) tanttant21221zz03.1 5.28ta69.1t35.8t.4t9radar 318.7208.3904.rcos2arcos 212 第 15 頁(yè)(3-5)radarr 285.1673208.54.9230.rcos2cosa212 (3-6)1295.0 )285.169.(3.)3()184( )(2221 invinvinvzizzGaas (3-7)計(jì)算四個(gè)偏導(dǎo)數(shù)：(3-8)297.05.28sin0ta85.4sinco121ax(3-9)408. 5.28sin0ta69.21sinco2ax43.20tan5.7cos.5sin.96.3.i02.94 905.28sin6.73si5.sin0.94.38. 2.si0.94)6.73.5cos(6.7sin 52.3.7sin.i0.942.308. 20co8.4itacosin cosinsnii )(is 2121 22112 121 a aaaSrz rzrmxG(3-10)第 16 頁(yè)401.2tan5.7cos 5.7sin2.936.7cos.3i02.94 90.8.si5.in2.95.8.306.73sin2.94)6.73.cos(.7sin .9.si5.sin2.905.428.320co6.1itacosin cosinsnsii )(sicsin2 2121 2212 112 a aaaSrz rzrmxG(3-11)計(jì)算 及相應(yīng)的)1(2,x(3-12) 2121,),(xGJSS(3-13) 221121 ,),(),( xxxSSS(3-14),(,),(21121 SSGxx(3-15),(2)1)()( nnnJ（3-16）,)(2)(1)(2)1(2 nnnxx帶入 ta 2zivarc第 17 頁(yè)將 x1(1) 、 x2(1) 和 代入重合度 （3-4）和 Gs齒廓重疊干涉系數(shù)(3-7）中得到 ： 98.0 281.tan69.21ta3281.tan5.4tant21 zz(3-17) (3-18)126.0)85.69.21( 93281.)93(4 )(21 invinvzzizGaas 顯然需要根據(jù)得出的數(shù)值按上述步驟重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，每一次迭代都能得出相應(yīng)的結(jié)果，經(jīng)四次迭代可以滿(mǎn)足要求，最后得到的計(jì)算結(jié)果如下所示：x1=0.79 ； x2=1.18； =28.1 ； =1.05 ； GS=0.05表3-1 齒輪嚙合參數(shù)表序 號(hào) 名 稱(chēng) 符 號(hào) 外 齒 輪 內(nèi) 齒 輪1 模數(shù) m 22 原始齒形角 203 齒頂高系數(shù) ha* 0.64 嚙合角 28.15 齒輪的齒數(shù) z 90 936 變位系數(shù) x 0.79 1.187 實(shí)際嚙合中心距 a 3.2088 分度圓直徑 d 180 1863.5 三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5.1 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。(1) 初步確定輸出軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑可按照公式 18(3-19)35Td或 (3-20)nPA第 18 頁(yè)來(lái)確定。式中： T軸傳遞的扭矩(Nmm)； nPT950d計(jì)算剖面處軸的直徑（mm）P軸傳遞的功率（kW）n軸的轉(zhuǎn)速（r/min）軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa)A0按照 定的系數(shù)根據(jù)本設(shè)計(jì)給出的已知條件帶入公式（3-19）計(jì)算比較合適，得到軸的最小直徑： mnPd 20.541509153330min 考慮到軸上有一個(gè)鍵槽，直徑可加大 47，考慮到安全性，取 dmin=60mm 。(2) 輸出軸的結(jié)構(gòu)布置方案輸出軸采用實(shí)心軸的形式，因?yàn)檩S的直徑不大，通常采用齒輪軸的結(jié)構(gòu)，按照上式初步確定所計(jì)算截面處軸的直徑，同時(shí)進(jìn)行軸的其他部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了便于軸上零件的裝拆，將齒輪軸制成階梯軸，三塊內(nèi)齒板與輸出軸外齒輪嚙合處選擇同樣的直徑，便于加工制造。為使內(nèi)、外齒輪的嚙合正常這行，外齒輪的寬度應(yīng)該大于兩端最外側(cè)內(nèi)齒環(huán)板 310mm。軸上定位采用軸肩和定距環(huán)相結(jié)合的方式。軸的兩端采用滾動(dòng)軸承固定于減速器箱體。動(dòng)力輸出端設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽通過(guò)鍵與工作機(jī)相連接 具體結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)零件圖。圖 3-1是輸出軸的三維實(shí)體造型圖。圖 3-1 輸出軸的三維實(shí)體造型圖(3) 輸出軸的強(qiáng)度校核 根據(jù)齒輪模數(shù)和齒數(shù)，分度圓直徑為 240mm，輸出軸的受力分析如圖 2-11所示，第 19 頁(yè)得：(3-21)TRPicosPi 每個(gè)嚙合齒輪所受的嚙合力， Pi也就是輸出軸上的外齒輪所受環(huán)板作用力的總和（N） 。根據(jù)嚙合力的變化規(guī)律，在 工況角時(shí)，每塊內(nèi)齒環(huán)板所受的嚙合力最275大，也就是嚙合齒輪所受的嚙合力最大，為最危險(xiǎn)工況，所以選擇 進(jìn)行軸275的強(qiáng)度校核。kNP3.6將軸上的力先平移到輸出軸的軸線(xiàn)上，后沿水平和豎直兩個(gè)方向分解得：(3-22)90sin(,co1yx另外一塊環(huán)板施加的力與第一塊環(huán)板施加的力相差 ，則對(duì)應(yīng)的有：180(3-23)。)si(,c2 Pyx由于三塊內(nèi)齒環(huán)板的受力情況相同，因此只拿其中一塊環(huán)板校核即可。當(dāng) 時(shí)，作用在與第一、二內(nèi)齒環(huán)板相嚙合的外齒輪上的嚙合力分別為：275kNPkyx47.2)1.28590sin(36.5).7cos(9011 kNPyx47.2)180.2590sin(36.5).cos(0 上式中正（負(fù)）號(hào)表示該力與坐標(biāo)軸正向相同（相反） 。根據(jù)上述數(shù)值畫(huà)出輸出軸在豎直平面內(nèi)的受力圖如圖 3-2所示。豎直平面的約束反力：第 20 頁(yè)ByRAyRyP2yP12y13圖 3-2 輸出軸在豎直平面內(nèi)的受力圖由平面力系的平衡方程：0AyMF )465()4656()465(2146 21 yByyyB PRPR得到軸承處的約束反力為 kNByA0ABP2Y1Y/1Y/23圖 3-3 輸出軸在豎直平面的彎矩圖圖 3-3是輸出軸在豎直平面內(nèi)的彎矩圖。豎直平面內(nèi)拐點(diǎn)的彎矩值：kNmPMyy 81.5647.2146213 RMyAyy 2.0.)5(0652142 第 21 頁(yè)圖 3-4是輸出軸在水平平面內(nèi)的受力圖 RAx RBxP2x1/1/3圖 3-4是輸出軸在水平平面內(nèi)的受力圖由平面力系的平衡方程：0AyMF )465()4656()465(2146 21 xBxxxyBy PRPR得到軸承處的約束反力為 kNBxA0RAX RBXP2X1X/21X/23圖 3-5 輸出軸在水平平面內(nèi)的彎矩圖圖 3-5 是輸出軸在水平平面內(nèi)的彎矩圖。水平面內(nèi)的拐點(diǎn)的彎矩值為： kNmPMxx 17.34679.52146213 第 22 頁(yè)kNmPRMxAxx 175.8679.521)64(02 由彎矩圖得 1、2、3 截面的合成彎矩為： yx .4).3()81.(2221 mNMyx 78.15622233yx 5.04).()7.80(2222經(jīng)比較得知，輸出軸上的最大彎矩: 58.42max扭矩最大值為 T=1000Nm。由此可知，最危險(xiǎn)截面在 2或 3處，其軸的強(qiáng)度校核應(yīng)采用 ； (3-24)(101322dTM或 (3-25)3122公式進(jìn)行驗(yàn)算。式中：軸計(jì)算截面上的工作應(yīng)力（MPa） ；d軸的直徑（mm） ，輸出軸采用實(shí)心軸的形式；M軸計(jì)算截面上的合成彎矩（Nmm） ；T軸計(jì)算截面上的扭矩（Nmm） ；根據(jù)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)： =0.65-1許用疲勞應(yīng)力（MPa） ，45 鋼調(diào)質(zhì) -1=180207 MPa因此根據(jù)輸出軸的受力狀態(tài)，由最大彎矩 Mmax及該截面上的扭矩，帶入公式(3-25）可得出輸出軸在 2截面處的最小軸徑為：md 83.220)10365.()8.4(10332 輸出軸在 3截面處的最小軸徑為：第 23 頁(yè)md 9.3120)065.()78.14(03 23 輸出軸零件圖上所取的輸出軸的所有軸徑都大于這兩個(gè)數(shù)值，輸出軸的軸徑滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。3.5.2 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核(1) 初步確定輸入軸的最小直徑選取軸材料為 45鋼， A0=115，根據(jù)公式 mnPd 79.145096.3130min 因?yàn)檩S上有三個(gè)鍵槽，適當(dāng)加大最小軸徑 1015%。可以取 20mm以上即可。(2) 輸入軸的結(jié)構(gòu)布置方案考慮到輸入軸是動(dòng)力輸入端，有一個(gè)與聯(lián)軸器相連接的鍵槽，另外與三片內(nèi)齒環(huán)板相連接的地方有三個(gè)沿著圓周方向分別間隔 180分布的鍵槽，因此，取輸入軸最小直徑為 45mm。為了便于軸上零件的裝拆，將齒輪軸制成階梯軸，軸上定位采用軸肩和定距環(huán)相結(jié)合的方式。軸的兩端采用滾動(dòng)軸承固定于減速器箱體。(3) 輸入軸的強(qiáng)度校核輸入軸的受力圖如圖 2-9所示。在危險(xiǎn)工況下行星軸承作用于輸入軸上的力分別為： kNFPrx 864.1sinco)1(3)1(3y 239csirx 5.i)2(3)2(3ky si正負(fù)號(hào)表示受力的正負(fù)向。輸入軸的約束反力求解及各個(gè)關(guān)鍵截面的彎矩值1根據(jù)上述數(shù)值將輸入軸在豎直平面的受力情況畫(huà)出，如圖 3-6所示，由平面力系平衡方程得： RByP2yP1y/2AyR P1y/2圖 3-6 輸入軸在豎直平面內(nèi)的受力圖第 24 頁(yè)RAy P1y/22yP ByRP1y/2圖 3-7 輸入軸在豎直平面內(nèi)的受力圖和彎矩圖 )465()465()465(122ByyyBA RPPR解得其約束反力： kNBy37.圖 3-7是輸入軸在豎直平面的彎矩圖，豎直平面內(nèi)拐點(diǎn)的彎矩值： mRMAyy 02.614.1461B3mNPyAyy 02.15 4623.19)654(37.)(12輸入軸在水平平面的受力如圖 3-8所示 RBx2xP1x/AxRP1x/圖 3-8 輸出軸在水平平面內(nèi)的受力分析第 25 頁(yè)RAx 2xPP1x/2BxR水 平 平 面 內(nèi) ： P1x/2圖 3-9 輸出軸在水平平面的彎矩圖由平面力系平衡方程得： )654()65(21)46546(21 212 xxBxxA PPRP解得其約束反力：，kNAx7.9kRBx7.9圖 3-9是輸入軸在水平平面內(nèi)的彎矩圖，水平平面內(nèi)拐點(diǎn)的彎矩值： mRMxx 5.4865.41PxA 91)(212 NBxx .7.93確定危險(xiǎn)截面的位置2由彎矩圖計(jì)算 1、2、3 截面處的合成彎矩為：mMyx 8.7902.615.4821 Nyx .41.9.22第 26 頁(yè)mNMyx 8.7902.615.482233經(jīng)比較得知，內(nèi)齒環(huán)板上的最大彎矩為： .1max根據(jù)輸入軸的受力狀態(tài)，從電動(dòng)機(jī)進(jìn)入輸入軸開(kāi)始的第一、二、三塊內(nèi)齒環(huán)板我們將其命名為 1、2、3 號(hào)內(nèi)齒環(huán)板，對(duì)應(yīng)截面處的扭矩分別為 T、 2T/3、 T/3， 可見(jiàn)第一塊內(nèi)齒環(huán)板截面處的彎矩和扭矩同時(shí)達(dá)到了最大值，而輸入軸上與三塊內(nèi)齒環(huán)板相接觸處的截面形狀和尺寸都完全相同，所以輸入軸與第 1塊環(huán)板處的截面為最危險(xiǎn)截面。輸入軸的強(qiáng)度校核3根據(jù)公式（3-25）校核輸入軸危險(xiǎn)截面處的最小軸徑：在內(nèi)齒環(huán)板 1截面處的最小軸徑為 md 5.1920)6.35.()87.14(03 231 零件圖上輸入軸的最小直徑大于上面得到的這個(gè)數(shù)值，說(shuō)明所取的輸入軸的軸徑滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。3.5.3 支承軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核支承軸的材料為45鋼，采用調(diào)質(zhì)的熱處理方式。支承軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置方式與輸入軸相同。具體結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)零件工作圖。由于支承軸受載荷的情況與輸入軸相同，而支承軸的行星軸承總載荷卻比輸入軸行星軸承總載荷小，因此，支撐軸的強(qiáng)度校核可省略。3.5.4 偏心套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核(1) 偏心套的材料及熱處理方式偏心套是平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的曲柄，它是實(shí)現(xiàn)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵，依靠偏心套的內(nèi)孔中心與外圓中心偏心實(shí)現(xiàn)三塊內(nèi)齒環(huán)板180 的相位差，其偏心距就是雙曲柄機(jī)構(gòu)的半徑。工作時(shí)，偏心套外圓中心以?xún)?nèi)孔中心為圓心，以偏心距為半徑做圓周運(yùn)動(dòng)。偏心套的材料選用 40Cr調(diào)質(zhì)處理 30，229-269HBs。(2) 偏心套的偏心距計(jì)算偏心套的偏心距采用下式計(jì)算 ：第 27 頁(yè)(3-26)mzme 196.3.28cos0)93(2cos2)(1 (3) 偏心套的結(jié)構(gòu)布置方式在三環(huán)傳動(dòng)中，每一塊內(nèi)齒環(huán)板的高速軸孔上要安裝兩個(gè)尺寸型號(hào)完全相同的行星軸承，軸承的外徑可比普通的少齒差傳動(dòng)的軸承外徑小。同時(shí)，三環(huán)減速器的曲柄軸的直徑與普通的少齒差傳動(dòng)相仿，因此，三環(huán)減速器與高速軸上的偏心套配合的行星軸承只能用輕窄系列的軸承。輸出軸的偏心套通過(guò)平鍵與高速軸相連接傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)內(nèi)齒環(huán)板運(yùn)動(dòng)高速軸相接觸觸的（也就是偏心套的內(nèi)孔直徑）為 45mm，偏心套外徑為 110mm，輸入軸處的偏心套厚度與環(huán)板厚度相同分別為 40mm、80mm。支撐軸與薄內(nèi)齒環(huán)板相關(guān)聯(lián)處的偏心套內(nèi)經(jīng)與外徑分別為 85mm、110mm，其厚度為 36mm；支撐軸與厚內(nèi)齒環(huán)板相關(guān)聯(lián)處的偏心套內(nèi)經(jīng)與外徑分別為 50mm、110mm，其厚度為 56mm。考慮到偏心套的強(qiáng)度問(wèn)題，鍵槽應(yīng)該布置在內(nèi)孔中心和外圓中心線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上，并且布置在鍵槽與偏心套外邊緣相距較遠(yuǎn)一側(cè)。偏心套的具體結(jié)構(gòu)及尺寸圖見(jiàn)零件圖。(4) 偏心套的破壞形式及強(qiáng)度校核偏心套的破壞主要發(fā)生在鍵連接處的剪切和擠壓變形破壞。利用公式（3-27）進(jìn)行剪切強(qiáng)度校核：(3-27)maxAF公式中：工作面上的剪應(yīng)力(MPa） ；F鍵剪切面上的剪力(N） ；T軸所傳遞的扭矩（(Nmm） ；A剪切面面積(mm） ；許用剪應(yīng)力 (MPa） =40 MPa。經(jīng)過(guò)計(jì)算鍵剪切工作面上的剪應(yīng)力為 max=14.13 MPa，剪切強(qiáng)度足夠工作要求。利用公式(3-28)進(jìn)行擠壓強(qiáng)度 20計(jì)算：(3-28)bssbsAP經(jīng)過(guò)計(jì)算鍵工作面上的擠壓應(yīng)力為 =32.81 MPa =100 MPa20， 為bs bs許用擠壓應(yīng)力，擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。第 28 頁(yè)根據(jù)上面的計(jì)算可知，剪切和擠壓的強(qiáng)度很富裕。如果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮將偏心套的內(nèi)、外徑尺寸都縮小，這樣可以減小輸入軸和支承軸的軸徑因而減小整機(jī)的尺寸，減輕重量。3.5.5 內(nèi)齒環(huán)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1) 內(nèi)齒環(huán)板材料及熱處理方式內(nèi)齒環(huán)板是三環(huán)減速器的重要部件。內(nèi)齒環(huán)板的材料選用 45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，229-269HBs。(2) 內(nèi)齒環(huán)板的結(jié)構(gòu)布置方式厚齒板的厚度為 80mm，薄齒板的厚度為 40mm。輸入軸孔位于輸出軸孔的正上方，兩孔中心矩離為 200mm，支撐軸孔分別位于輸出軸孔的兩側(cè)，中心距離為230mm,即采用偏置式布置方式。根據(jù)環(huán)板的厚度，查找與之相配合的向心滾動(dòng)軸承，軸承的內(nèi)徑與偏心套配合，因而確定內(nèi)齒環(huán)板上輸入軸孔和支承軸孔的孔徑與軸承的外徑相同。(3) 內(nèi)齒環(huán)板的強(qiáng)度校核內(nèi)齒環(huán)板上的內(nèi)齒與輸出軸上的外齒相嚙合，需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算要求和計(jì)算結(jié)果見(jiàn) 3.5.6 三環(huán)減速器行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度驗(yàn)算。3.5.6 三環(huán)減速器行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度驗(yàn)算 齒輪的主要失效形式是齒面的點(diǎn)蝕、磨損和輪齒的折斷。通常在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般要進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核和齒根彎曲強(qiáng)度校核的計(jì)算。三環(huán)減速器行星齒輪傳動(dòng)為內(nèi)嚙合傳動(dòng)，又采用正角度變位，同時(shí)有多齒對(duì)嚙合，其齒面接觸強(qiáng)度與齒根彎曲強(qiáng)度均提高，且齒面接觸強(qiáng)度安全裕度遠(yuǎn)高于齒根彎曲強(qiáng)度裕度。通過(guò)到江蘇泰隆減速機(jī)股份有限公司的調(diào)研顯示：輪齒工作表面上的疲勞點(diǎn)蝕破壞幾乎從未發(fā)生過(guò)。所以?xún)?nèi)、外齒輪的接觸強(qiáng)度一般不進(jìn)行驗(yàn)算，通常只驗(yàn)算齒根彎曲強(qiáng)度。(1) 齒根彎曲強(qiáng)度的條件 校核齒根應(yīng)力的彎曲強(qiáng)度條件為計(jì)算齒根應(yīng)力 F不大于許用齒根應(yīng)力 FP， 即(3-29)PF(2) 計(jì)算齒根應(yīng)力 F(3-30)FPVAFK0第 29 頁(yè)(3-31)YbmFSant0(3-32)FPVASaFntF K(3) 許用齒根應(yīng)力 9許用齒根應(yīng)力可按照下式計(jì)算(3-33)XRrelTlNTSFPYYsminl式中： Ft齒輪分度圓上的圓周力(N）dTt 704.3943102KA 使用系數(shù) KA=1.25；KV 動(dòng)載系數(shù) KV =1.06；mn 法向模數(shù)mm， mn=2 mm；KF 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù) ；KF 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)；KFP 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分配不均勻系數(shù)；YFa 載荷作用于齒頂時(shí)的齒形修正系數(shù) ；YSa 載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)；F0 齒根應(yīng)力的基本值（N/mm 2 ） ；Y 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)；Y 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)；b 工作齒寬（mm） ，若大小齒輪寬度不同時(shí)，寬輪的計(jì)算工作齒寬不應(yīng)大于窄輪齒寬加上一個(gè)模數(shù)mn；FP 許用齒根應(yīng)力（N/mm 2 ） ；Flim 試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限（N/mm 2 ） ； YST 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)；YNT 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù)；YrelT 相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)；YR relT相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)；YX 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù)；SFmin 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取 SFmin =1.5。