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行星齿轮减速器的相关计算

来源:斯诺克直播网站    发布时间:2024-04-11 13:17:58

  (2)NW型、WW型和NN型的装配条件 在这三种型式的行星传动中,行星轮为双联齿轮。如果行星轮的

  两个齿圈的相对位置可以在安装时调整,则只要满足传动比、邻接与 同心条件就可以装配,且装配后再将行星轮两个齿圈相互固定成一体 即可。若双联行星轮是在同一坯料上插齿而成不可调的一个整体零件, 则其装配条件有两个。

  行星传动中小齿轮最小齿数 z1max ,对于硬度小于350HB的软齿面, 推荐 z1max ≥17;硬度大于350HB的硬齿面,推荐 z1max ≥12。

  (2)啮合质量 高速重载行星传动中,为减少运转过程中的振动和噪声,使传动

  有良好的工作平稳性,在各对啮合齿轮的齿数之间,应当没有公约数, 即互为质数;中心轮的齿数也不宜为行星轮数目的整倍数。 (3)齿形加工

  由于啮合副中的小齿轮采用正变位(x10),当其齿数比u=z2/z1的 值一定时,可以使小齿轮的齿数z1<zmin,而不可能会产生根切现象,从而可 减小齿轮的外观尺寸和重量。同时由于小齿轮采用正变位,其齿根厚度 增大,齿根的最大滑动率减小,故可改善磨损情况和提高承载能力。

  采用高度变位虽可在某些特定的程度上改善行星齿轮传动的性能, 但存在一定的缺点,如在小齿轮齿根强度提高的同时,大齿轮的 齿根强度会降低;齿轮副不能采用更大的模数等。故在行星齿 轮传动中比较广泛的是采用角变位传动。 2.3.2.2 角度变位齿轮传动

  根据两个相互啮合齿轮的变位系数之和,变位齿轮传动可分为下列 两个类型:高度变位齿轮传动与角度变位齿轮传动。

  其变位系数和为x∑=x2±x1=0, 即x2=-x1,故亦称等移距变位。 采用高度变位的最大的目的在于:避免根切、减小机构的尺寸和重量;改 善齿轮副的磨损情况,以及提高其承载能力。

  为假想的定轴齿轮传动,如图 2.1-1b 所示。故应用定轴齿轮传动的传动比计算

  角度变位传动或称不等移距变位齿轮传动,其变位系数和x∑ =x2±x1≠0。当x∑>0时称为正传动;x∑<0时称为负传动, 应用较多的是正传动(参见图2.3-3)。采用角度变位正传动的 主要目的是:凑中心距,避免齿轮根切,减小齿轮机构尺寸; 减少齿面磨损,提高承载能力,还有避免干涉等。

  2.1.1.1相对速度法 相对速度法又称转化机构法,首先由威尔斯(Willes)于1841年

  提出的。理论力学中的相对运动原理,即“一个机构整体的绝对运动 并不影响机构内部各构件间的相对运动”。这正如一手表中的秒针、 分针和时针的相对运动关系不因带表人的行动变化而变化。根据这一 相对运动原理,我们给整个行星轮系加上一个与转臂H的角速度ωH大 小相等、方向相反的公共角速度(-ωH)后,则行星机构中各构件间 的相对运动关系仍保持不变。但这时转臂H将固定不动,行星轮系便 转化成了定轴齿轮传动,此假想的定轴齿轮传动称为原行星齿轮传动 的转化机构。这样便可用定轴齿轮传动的传动比计算方式,首先算出 转化机构的传动比,进而求得行星齿轮传动各构件间的传动比。

  行星传动的传动比许用范围受结构及强度两方面的制约。 在结构方面,最大传动比受行星轮邻接条件的限制,即与行星轮的个数 np有关;最小传动比受行星轮最小直径的限制(如行星轮轴孔中放置滚动 轴承)。 在强度方面,过大的传动比将使外啮合齿轮的接触强度明显降低,表 2.2-5列出了不同传动比下许用输出扭矩修正概略值。

  式(2-14)称为配齿计算式,式中传动比以分数形式代入。当选定某一适当的za值 后,便可求出zg和zb,最后按式(2.2-5)校核邻接条件。因各轮齿数和M值都是正整数, 故在选取za值时,应使式(2.2-14)右端各项数值都是正整数。用比例法配齿数,可 得到较精确的传动比。

  由于采用正变位,可使齿轮副中的小齿轮的齿数z1<zmin而不产生根 切,从而可使机构的尺寸减少。由于啮合齿轮副中的两齿轮均能够使用 正变位,即x1>0和x2>0,从而增大其啮合角和轮齿齿根厚度,这样可 改善其耐磨性,提高其承载能力。此外,只要适当选取变位系数,可获 得齿轮副的不同啮合角,从而配凑它们的中心距。

  在考虑到轮齿强度方面的要求而又不增大传动的尺寸和重量时, 若承载能力取决于齿面接触强度,则各轮齿数取较多齿数的组合方案 是合理的;若承载能力取决于齿根弯曲强度,则各轮齿数取较少齿数 的组合方案是适宜的。

  传动比就是输入转速与输出转速之比。该比值大于1为减速传动, 反之为增速传动。

  研究行星齿轮传动的传动比,离不开运动学——就是确定行星齿轮 传动中构件间的传动比和各构件的角速度。其运动学分析大致可分为 分析法和图解法两大类,其中分析法包括相对速度法、列表法和能量 法等;图解法包括速度图解法和矢量图解法。

  在行星传动中,为了更好的提高承载能力,减少机构尺寸,并考虑到动 力学的平衡问题,常在太阳轮与内齿轮之间均匀、对称地布置几个行 星齿轮。为使相邻两个行星齿轮不相互碰撞,要求其齿顶圆间有一定 的间隙,称为邻接条件。设相邻两个行星轮中心之间的距离为L,最 大行星轮齿顶圆直径为dag(见图2.2-1),则邻接条件为:L> dag

  其一是从制造上要求双联行星轮中两齿圈上各有一齿或齿槽的中 心线重合于同一径向直线Q(或平面),且分布在该径向直线的两端 (对NW型,图2.2-3a)或同一侧(对NN和WW型,见图2.2-3b), 并给这两个特定轮齿打上记号,作为装配时定位之用。其二是各齿轮 的齿数与行星轮个数之间应满足一定的条件。

  一般行星传动中,行星轮数目大于1。要使几个行星轮能均匀装入,并保 证与中心轮正确啮合而没有错位现象,所应具备的齿数关系即为装配条件。

  行星轮均布,相邻两行星轮所夹的中心角为2π/np,该中心角区域内太阳 轮、行星轮、内齿圈节圆连线所组成的扇形中所包含的齿距数之和为整数时, 啮合关系正确,行星轮均可正常装配。装配条件如下:

  确定齿宽的方法有多种,常用有以下几种: 1. 小齿轮的宽径比Φd=b/d1一定 对单台设计,通常不需要过多考虑零部件通用性等,一般可按小齿轮(太阳 轮与行星轮中直径较小者)的宽径比Φd=b/d1来确定齿宽,Φd=0.5~1。 2. 齿宽系数Φa一定 Φa指齿宽b与中心距a的比值,Φa=b/a。通常齿宽系数的公称范围为Φa =0.4~0.8 3. 齿圈宽径比系数Φ’一定 在系列设计时,每个机座号(规格)的内齿圈公称直径及齿宽通常是不变 的,而小齿轮的直径、中心距等均随速比改变,因而有齿圈宽径比系数一定。 齿宽与齿圈分度圆公称直径之比,简称齿圈宽径比系数,Φ’=b/d3 齿圈宽径比系数的范围为Φ’=0.15~0.28。

  用范成法加工齿轮,齿条刀具的中线与齿坯分度圆相切时,加 工出来的齿轮称为标准齿轮。若其他条件不变,仅使齿坯的分度 圆不再与刀具的中线相切(变成分离或相交),这样加工出来的 齿轮称为变位齿轮。

  变位量与变位系数。刀具中线与齿坯分度圆切线的距离称变位 量,其值用x•m表示,其中m为模数,x为变位系数。变位系数 即变位量与模数的比值。参见图2.3-1。

  正变位与负变位 刀具中线移远齿轮坯中心,即齿条刀具中线与被 加工齿轮的分度圆分开时,称正变位,x为正值,所切出的齿轮为正变 位齿轮。刀具中线移近齿轮坯中心,即齿条刀具中线与被加工齿轮的分 度圆相交时,称负变位,x为负值,所切出的齿轮为负变位齿轮。

  表2.2-1为NGW型行星轮数目与传动比范围的关系,其中最大传 动比即受邻接条件所决定。

  3. 同心条件 行星传动装置的特点为输入与输出轴是同轴线的,即各中心轮的轴

  线与行星架轴线是重合的。为保证中心轮和行星架轴线重合条件下的 正确啮合,由中心轮和行星轮组成的各啮合副的实际中心距必须相等, 称之为同心条件。

  2.2.1 行星齿轮传动齿轮齿数选择 2.2.1.1 确定各轮齿数应满足的条件

  行星传动各轮齿数不能随意选取,必须根据行星传动的特点,满足一定条 件,才能做正常传动。这些条件是:

  a.传动比条件; b.邻接条件; c. 同心条件; d.装配条件; e.其它条件(轮齿强度、啮合质量等)。

  下面先讨论这种转化机构的常用方法——转臂固定法,其次再讨论 转化机构法的普遍关系式。

  如图2.1-1a所示的行星齿轮传动中,设各构件的角速度方向如图 所示。给整个行星齿轮传动加一个公共的角速度(-ωH)后便得到图 2.1-1b所示的转化机构。在转化机构中,各构件的角速度(相对于转 臂H的角速度)如表2.1-1所示。

  对重载传动的低速级齿圈宽径比系数Φ’可在1/5~1/4之间取值,即 b=d3/(4~5)。当传动比较大时,建议采用较小的齿宽。

  行星传动参数的确定基于传递功率、输入转速、传动比等已知的给定参数。 基本几何参数的选择一定要满足特定的条件;齿轮及其它构件须满足必要的强 度条件。

  方法可得到转化机构中任意两构件的传动比。若中心轮 a、b 分别为转化机构的

  图2.2-5是根据接触与弯曲等强度条件推荐的z1max值,图中硬度值 是大齿轮的最低硬度,小齿轮的硬度等于或大于大齿轮的硬度。硬度 200HB、300HB和45HRC是整体热处理的硬度,60HRC是轮齿表面硬度。

  大于100的质数齿(如101,103……)的齿轮最好还是不要采用,因切 齿时机械式机床计算调整较为繁琐。当采用插齿和剃齿时精加工时, 任何一个齿轮的齿数不应是插齿刀或剃齿刀齿数的倍数。

  确定各轮齿数的方法是建立在前述各种需要满足的条件的基础上,通常 有分析法和查表法,下面着重介绍分析法。