行星齿轮减速器设计

学科分类号0408

本科毕业设计

题目（中文）：行星齿轮减速器设计

（英文）： Planetary gear reducer design 姓名：郑兴

学号：2011180427

院（系）：工程与设计学院

专业、年级：机械制造工艺教育2011级

指导教师：杨胜培

二〇一五年五月

湖南师范大学本科毕业设计诚信声明

本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除设计中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业设计作者签名：

二〇一五年五月九日毕业设计题目行星齿轮减速器设计

作者姓名郑兴所属院、专业、年级工程与设计学院机械制造工艺教育专业2011 年级

指导教师姓名、职称杨胜培教授预计字数10000开题日期 1月6日

选题的目的和意义

目的：

本次毕业设计通过对行星齿轮减速器设计，利用三维软件Pro/e对其相关结构进行建模，

便于分析，熟练使用三维软件，不但培养我们把所学相关的专业知识综合利用的能力，而且加

深对行星齿轮减速速器的工作原理与结构的认知，是一次很好的将理论与实践相结合的锻炼机

会。

意义：

行星齿轮传动不但用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。可用于

减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中，这些功用对于现代机械传

动发展有着十分重要的意义。

主要研究内容：

简单的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。我主要研究的内容是：

1、行星齿轮传动尺寸设计

包含传动比的分配、配齿计算、齿轮的主要参数设计及装配条件验算

2、行星齿轮传动强度的校核

有高速级、低速级的齿轮啮合疲劳强度校核

3、主要构件的结构设计

分别是轴、齿轮、行星架、齿轮联轴器

应达到的技术指标或要求：

1、行星齿轮体积尽量小，重量尽量轻

2、使整个结构具有合理性

3、承载能力大

4、工作平稳

主要设计方法或技术路线：

1、全盘认识行星齿轮减速器的构成，充分理解各部分工作的协调性

2、运用所学的专业课程知识，掌握行星齿轮的结构、工作原理

3、运用Pro/ENGINEER5.0画出齿轮各零件的结构简图与三维图

完成本课题应具备的环境（软件、硬件）：

所使用的软件是Pro/ENGINEER5.0

各阶段任务安排：

2014年12月—2015年1月：通过互联网、校图书馆等一切可用资源进行查阅，完成开题报告2015年1月6日：提交开题报告

2015年3月10日—2015年3月31日：行星齿轮减速器的理论资料整理

2015年4月01日—2015年4月20日：书写毕业论文

2015年4月21日—2015年4月30日：提交论文，老师批阅，进一步修改

2015年5月1日—2015年5月8日：上交论文终稿，准备答辩材料

2015年5月9日：答辩

主要参考资料：

[1]孙桓、陈作模、葛文杰. 机械原理(第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006

[2]王巍.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2009

[3]王文斌.机械设计手册/单行本/齿轮传动[M].北京：机械工业出版社，2007

[4]王文斌.机械设计手册/单行本/轮系[M].北京：机械工业出版社，2007

[5]饶振纲.行星齿轮传动设计[M].北京：化学工业出版社，2014

[6]李建功.机械设计[M].北京：机械工业出版社.2007

[7]陆玉.机械设计课程设计[M].北京：机械工业出版社，2006

[8]Tamiya Planetary Gearbox Set, Item 72001-1400.Edmund Scientific, Catalog No. C029D, item #D30524-08 ($19.95).

[9]C. Carmichael, ed., Kent's Mechanical Engineer's Handbook, 12th ed. (New York: John Wiley and Sons, 1950). Design and Production Volume, p.14-49 to 14-43.

指导教师意见：

指导教师签名:

开题报告会纪要

时间地点

与

会

人

员

姓名职务（职称）姓名职务（职称）姓名职务（职称）会议记录摘要：

会议主持人签名：

记录人签名：

年月日

指

导

小

组

意

见

负责人签名：

年月日学

院

意

见

负责人签名：

年月日

湖南师范大学本科毕业设计任务书

湖南师范大学

工程与设计学院指导教师指导毕业设计情况登记表

论文（设计）题目行星齿轮减速器设计

学生姓名郑兴所属专业、年级机械制造工艺教育专业2011级

指导教师姓名杨胜培职称教授学历博士指导时间指导地点指导内容学生签名教师签名

二、湖南师范大学本科毕业设计评审表

毕业设计

题目

行星齿轮减速器设计

作者姓名郑兴所属院、专业、年级工程与设计院机械制造工艺教育专业2011年级

指导教师姓名、职称杨胜培教授字数11000

定稿日

期

5月9日

中文摘要

行星齿轮传动与定轴轮系相比较，具有以下优点，如体积小、重量轻、传动比范围大、效率高和工作平稳等，因此，行星传动在工业部门的应用日益广泛，如在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航空航天方面。本次设计主要是对渐开线行星齿轮减速器进行研究，在已给定的电动机功率、输入转速、输出转速、输出转矩条件下，首先确定行星齿轮传动尺寸，然后根据高速级与低速级对其进行强度校核，最后为主要构件如轴、行星齿轮、行星架、齿轮联轴器设计其结构，并画出三维图。

关键词

（3-5个）

行星齿轮传动；强度校核；结构设计；高速级；低速级

英文摘要

Planetary gear transmission as compared with the fixed axis gear train, has the following advantages, such as small volume, light weight, large range of transmission ratio, high efficiency and stable work, etc., as a result, planetary transmission application is becoming more and more widely in the industrial sector, such as in hoisting, transportation, engineering machinery, metallurgy, mining, petrochemical industry, construction machinery, light industry, textile, medical equipment, instruments and meters, automobiles, ships, weapons, and aerospace. This design mainly is the study of involute planetary gear reducer, in has given rotational speed of motor power, input and output rotational speed and output torque conditions, first determine the size of planetary gear transmission, and then according to the high level and low level of intensity, the last as the main components such as axis, planetary gear, planet carrier, gear coupling design its structure, and draw a three-dimensional figure.

关键词

（3-5个）

Planetary gear transmission; Intensity; Structure design; High level; Low leve

毕业设计指导教师评定成绩

评审

基元

评审要素评审内涵满分实评分

选题质量28% 目的明确

符合要求

选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和综合训练

的基本要求

9 选题恰当

题目规模适当 5

题目难易度适中 5 联系实际

题目与生产、科研、实验室建设等实际相结合，具有一定的

实际价值

能力水平30%

综合运用

知识能力

能将所学专业知识和机能用与毕业设计中；设计内容有适当

的深度、广度和难度

5 应用文献

资料能力

能独立查阅相关文献资料，能对本设计所涉及的有关研究

状况及成果归纳、总结和恰当运用

5 实验（设计）

能力

能运用本学科常用的研究方法，选择合理可行的方案，能对

实际问题进行分析，进行实验（设计），具有较强的动手能力

5 计算能力

原始数据搜集得当；能进行本专业要求的计算，理论依据正

确，数据处理方法和处理结果正确

5 计算机应用能力

能根据设计题目要求编程上机或使用专业应用软件完成设

计任务

5 分析能力能对设计项目进行技术经济分析或对实验结果进行综合分析 5

设计质量32% 插图或图纸质量能用计算机绘图，且绘制图纸表格符合标准 5 说明书撰写水平

设计说明书齐全；概念清楚，内容正确，条理分明，语言流

畅，结构严谨；篇幅达到学校要求

规范化程度

设计的格式、图纸、数据、用语、量和单位、各种资料引用和

运用规范化，符合标准；设计栏目齐全合理

5 成果的实用性与

科学性

较好地完成设计选题的目的要求，成果富有一定的理论深

度和实际运用价值

5 创见性具有创新意识，设计具有一定的创新性 5

外文

资料翻译10% 外文应用

能力

能搜集、阅读、翻译、归纳、综述一定量的本专业外文资料

与外文摘要，并能加以运用，体现一定的外语水平，译文汉

字数1500-2000

总成绩：评定等级：

指导教师评审意见：

指导教师签名：

说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，总成绩90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。若译文成绩为零，则不计总成绩，评定等级记为不及格。

三、湖南师范大学本科毕业设计答辩记录表

毕业设计

行星齿轮减速器设计

题目

作者姓名郑兴所属院、专业、年级工程与设计院机械制造工艺教育专业2011年级

指导教师

杨胜培教授

姓名、职称

答辩会纪要

时间地点

姓名职务（职称）姓名职务（职称）姓名职务（职称）答辩

小组

成员

答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：

会议主持人签名：

记录人签名：

年月日

评语：

答

辩

小

组

意

见

评定等级：

负责人：年月日评语：

学

院

意

见

毕业设计学院最终评定等级：

负责人：学院年月日

评语：

学

校

意

见

评定等级：

负责人：年月日

摘要 (1)

Abstract (2)

1、前言 (3)

1.1研究行星齿轮减速器的目的、意义 (3)

1.2国内外行星齿轮减速器发展概况 (3)

2、行星齿轮减速器方案确定 (5)

2.1设计背景 (5)

2.2行星齿轮减速器的传动型式 (5)

2.3传动简图 (5)

3、行星齿轮传动尺寸设计 (6)

3.1传动比分配 (6)

3.2配齿计算 (7)

3.3齿轮主要参数计算 (7)

3.4装配条件验算 (12)

3.5传动效率的计算 (13)

4、齿轮传动强度的校核 (15)

4.1高速级齿轮啮合疲劳强度校核计算 (15)

4.1.1外啮合齿轮副中接触强度的校核 (15)

4.1.2外啮合齿轮副中弯曲强度的校核 (17)

4.1.3高速级齿轮内啮合接触强度的校核 (19)

4.2低速级齿轮啮合疲劳强度的校核 (19)

4.2.1低速级外啮合接触疲劳强度校核 (19)

4.2.2低速级外啮合齿根弯曲疲劳强度的校核 (21)

4.2.3低速级内啮合齿轮副中接触强度的校核 (22)

5、主要构件的结构设计与计算 (24)

5.1轴的设计 (24)

5.1.1输入轴 (24)

5.1.2输出轴 (25)

5.1.3行星轴 (26)

5.2齿轮的设计 (28)

5.2.1太阳轮设计 (28)

5.2.2行星轮设计 (29)

5.2.3内齿轮 (31)

5.3行星架设计 (32)

5.4齿轮联轴器设计 (35)

5.4.1齿轮联轴器的几何计算 (36)

5.4.2齿轮联轴器的强度计算 (36)

6、三维建模 (37)

6.1行星齿轮减速器装配图 (37)

6.2行星齿轮减速器爆炸图 (38)

总结 (39)

参考文献 (40)

致谢 (41)

行星齿轮减速器设计

机械制造工艺教育 2011级郑兴

摘要

关键词：行星齿轮传动；强度校核；结构设计；高速级；低速级

Abstract

Key words: Planetary gear transmission; Intensity; Structure design; High level; Low leve

1、前言

1.1研究行星齿轮减速器的目的、意义

本次通过对行星齿轮减速器设计，利用绘图软Pro/ENGINEER5.0对其相关结构进行建模，便于分析，熟练使用三维软件，不但培养我们把所学相关的专业知识综合利用的能力，而且加深对行星齿轮减速速器的工作原理与结构的认知，是一次很好的将理论与实践相结合的锻炼机会。

对于我自身来说，可以深入学习绘图软件，提高自学能力；大的方面则是为机械齿轮传动作出轻微贡献，行星齿轮传动可用于减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及在特殊的应用中，这些作用对于现代机械传动发展有着十分重要的意义，但这里，我只关注行星齿轮传动作为减速传动的部分。

1.2国内外行星齿轮减速器发展概况

国外发展:

国外行星齿轮减速器应用非常普遍，发展非常迅速，其制造公司有NEWSTART纽氏达特、德国DEMAG、英国ALLEN齿轮公司、瑞士马格MAAG、日本三菱造船公司，以上公司主要体现在高速大功率传动方面；而法国雪特龙（Citroen）、德国法伦达（Flender）公司、日本宇都兴产公司则注重的是低速重载方面。英国ALLEN齿轮公司生产了一台功率为25740KW的压缩机用行星减速器，瑞士马格MAAG生产了一台功率为11030KW的船用行星减速器，日本三菱造船公司制造出了功率为8830KW的船用行星减速器；承载重量一般在50-125t左右。

国内发展:

我国的行星齿轮减速器生产地主要集中北京、江苏、洛阳、成都，而山东的淄博市博山楷钧源机械厂主要生产的行星齿轮减速器类型有NGW-L型、NGW-S型、NGW系列等其他类型。总的来说，这行业还是有了很大的提高，体现在起重运输、轻工化工、工程机械等设备上。在1975年，制定了三个系列的NGW型行星减速器系列；在

1984年，颁布了NGW-L、NGW-S、NGW-Z系列的标准，全国拥有齿轮制造企业600多家，减速器制造企业400家，这就为我国的机械行业作出了重大贡献。

2、行星齿轮减速器方案确定

2.1设计背景

试为一卷筒直径为3.5m的卷扬机设计行星齿轮减速器，高速轴通过弹性联轴器与电动机直接联接，已知电动机功率P=850kw，转速n入=950r/min，减速器输出轴转速n出=43r/min，最大输出转矩为T max=390×103N·m，预期寿命10年。

2.2行星齿轮减速器的传动型式

根据上述设计要求可知，此行星齿轮减速器应具有传动效率高，体积小，重量轻，传动比范围大等特点，所以我们采用双级行星齿轮传动。而双级NGW型符合上述要求，所以选用由两个行星齿轮串联而成的双级行星齿轮减速器较为合理。

2.3传动简图

b2b1

c2c1

H2H1

a2a1

输出端输入端

图2.1行星齿轮减速器传动简图

3、行星齿轮传动尺寸设计

3.1传动比分配

由功率P=850kw ,则算出总传动比i=

出入n n =43

950

=22.09，用角标Ⅰ表示高速级参数，Ⅱ表示低速级参数。设高速级与低速级外啮合齿轮材料、齿面硬度相同，则σHlim Ⅰ=σHlim Ⅱ，取n w Ⅰ=n w Ⅱ，z w Ⅰ=z w Ⅱ，B =d b Ⅱ

d b Ⅰ =1.03，

（d b Ⅱ为低速级内齿轮分度圆直径，d b Ⅰ为高速级内齿轮分度圆直径）K c1=K c Ⅱ, υd Ⅱ/υd Ⅰ=1.86, K v ⅠK HβⅠZ 2N Ⅱ

K v ⅡK HβⅡZ 2N Ⅰ =1.3，引用多级行星齿轮传动的

传动比分配，由式17.2-7得：

E=AB 3 （3.1） A=n w Ⅱυd ⅡK c ⅠK v ⅠK HβⅠZ 2N ⅡZ 2w Ⅱσ2Hlim Ⅱ n w Ⅰυd ⅠK c ⅡK v ⅡK HβⅡZ 2N ⅠZ 2w Ⅰσ2Hlim Ⅰ

式中：n w ——行星轮数目； Φd ——齿宽系数；

K c ——载荷不均匀系数见表17.2-16； K v ——动载系数；

K Hβ——接触强度的齿向载荷分布系数； Z N ——接触强度的寿命系数； Z W ——工作硬化系数；

σHlim ——计算齿轮的接触疲劳极限。 A=2.418

E=AB 3=2.418×1.033=2.64查图17.2-4得i Ⅰ=5.5， i Ⅱ=i i Ⅰ

.509

.22=4

3.2配齿计算高速级：

查表17.2-1选择行星轮数目，取n w =3确定各轮齿数，按配齿方法进

行计算11b1a1H1i w a n Z =C ，适当调整1

1i b H a =5.53125使C 为整数，3

53125.5×Z a1=59 ∴ Z a1=32

Z b1=Cn w1－Z a1=59×3－32=145 Z c1=21（Z b1－Z a1）=2

1×（145－32）=56.5 取Z c1=56，则j=

1111z c a c b z z z +-=56

3256

145＋－=1.01136，由图17.2-3可查出适用的预计啮合角在α1ac =20°、α1cb =18°20′到α1ac =23°、α1cb =21°30′的范围内，预取α1ac =21°30′ 低速级：

计算方法同高速级，首先，w a b H a n z 2

22i =C ，3

4×2a z =40

∴ 2a z =30

2b z =C w n －=40×3－32a z 0=90

2z c =21（2b z －2a z ）=2

1×（90－30）=30 j=

2222z c a c b z z z +-=30

3030

-90+=1 预计啮合角在α2ac =20°、α2cb =20°10′到α2ac =22°、α2cb =21°的范围内。 3.3齿轮主要参数计算

1）按接触强度初算a-c 传动的中心距和模数高速级：输入转矩T 1=9550n

=9550×

950

850

N·m=8544N·m 查表17.2-16，设载荷不均匀系数K c =1.15，在一对a-c 传动中，太阳

轮传递的转矩T a =

n T ·K c =38544×1.15=3275N·m

表3.1

综合系数K

载荷特性接触强度弯曲强度说明

平稳中等冲击较大冲击

2.0~2.4

2.5~

3.0 3.5~

4.2

1.8~

2.3 2.3~2.9

3.2~

4.0

精度高、布置对称、硬齿面，采取有利于提高强度的变位时取低值，反之

取高值

由表3.1查得接触强度使用的综合系数K=3，齿数比u=

11a c z z =32

=1.75 太阳轮和行星轮的材料用20CrMnTi 渗碳淬火，齿面硬度56~60HRC ，查图16.2-18选取σlim H =1300MPa ，取齿宽系数?a =a

=0.5 按表16.2-20中的公式计算中心距 a ≧483（u+1）32

lim

a H a

u KT σ? （3.2） a=483×（1.75+1）32

130075.15.03275

3???=249.7mm

模数m1=

11a 2c a z z +=56

327

.2492+?=5.67mm 取m=6mm

未变位时，a 11c a =2

1m （1z a +1z c )=2

1×6×(32+56)=264mm 按预取啮合角αac1=21°30′，可得a-c 传动中心距变动系数， y 11a c =2

1（1z a +1z c ）（

c 1c o s c o s αα

－1） =21×（32+56）×（?

3021cos 20cos －1）

=0.438625