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行星齿轮机构设计.docx
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行星齿轮机构设计
课程设计说明书
题目:
行星齿轮机构设计
学生姓名:
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
学号:
指导教师:
日期:
2012年06月15日
封面
课程设计说明书正文
序言1
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
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。
,、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I所示)。
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
圉2行星齿轮机构
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
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多.而齿圈齿数则介于中间。
(注:
行星架的当量齿数二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。
】、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①14mn,齿根圆①9.5mm,分度圆①12mn,齿宽
b=22.68mm
齿圈齿轮:
齿顶圆①52.60mm齿宽b=22.68mm
行星齿轮:
齿顶圆①23mm齿根圆①18.5mm分度圆①21mm内孔①
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
参数
工作条件
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
中心齿轮20Cr
渗碳淬火+低温回火
HRC56~62
行星轮20CrMnTi
渗碳淬火+低温回火
HRC56~62
齿轮传动的精度
6级
模数
m=2.5mm
齿数
中心齿轮Za=12
行星齿轮Zc=21
齿宽
中心齿轮b=22.68
行星齿轮b=22.68
(2)校核齿面疲劳强度
计算及说明
结果
精度等级由已知条件知
校核弯曲疲劳强度
6级
齿间载荷分配系数Kf由【3】P217表12.10
Kf1.0
齿向载荷分布系数Kf由表【3】P219图12.14
Kf1.0
载荷系数KKaKvKfKf1.51.031.01.0
齿形系数Yf由【3】P229图12.21
应力修正系数Ysa由【3】P230图12.22
弯曲疲劳极限由【5】P404得
弯曲最小安全系数由【3】P225表12.14
应力循环次数Nl
弯曲寿命系数由【3】P232图12.24
尺寸系数
许用弯曲应力[F1]Flim1Yn1Yx/Flim8540.921.0/1.25
K1.55
Yf12.552
Yf22.053
1.61
Flim1
854MPa
Flim2
711MPa
Ysa1
Ysa22.65
SFmin
1.25
Nl14.3108
Nl23.5108
Yn10.92
Yn20.94
Yx1.0
[F1]628MPa
[F2]535MPa
[F2]Flim2^N2
Yx/
Flim
7110.941.0/1.25
验算
SF1
25治1丫
bdm
2」55-1320002.5521.610.67
16702.5
YF2丫sa2
SF2SF1丫—丫—
F1丫sa1
3892.0522・65
2.5521.61
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
Sf1389MPa
[F1],安全。
Sf2514MPa
[F2],安全。
项目
条件和参数
工作条件
闭式传动,载荷有冲击,原动机为电动机,室外,环境有灰尘
精度等级由已知条件知
使用系数Ka由【3】P215表12.9
动载荷系数Kv由【3】P216图12.9
Y0.70
Kf1.0
Kf1.05
K1.65
Yf12.90
Yf22.28
Ysa11.53
Ysa21.74
flim1854MPa
Flim2722MPa
SFmin匸25
NL14.3109
NL24.3108
Yn10.88
Yn20.93
Yx1.0
[F1]752MPa
齿轮的材料热处理方法齿面硬度
行星轮20CrMnTi
渗碳淬火+低温回火
HRC56~62
齿圈45钢调质+表面淬火
HRC40~50
齿轮传动的精度
6级
模数
m=2.5mm
齿数
行星齿轮Zc=21
齿圈齿轮Zb=54
齿宽
行星齿轮b=22.68
齿圈齿轮b=22.68
计算及说明结果
6级
Ka1.5
Kv1.03
校核弯曲疲劳强度
重合度系数Y0.250.75/0.250.75/1.65
齿间载荷分配系数Kf由【3】P217表12.10
齿向载荷分布系数Kf由表【3】P219图12.14
载荷系数KKAKVKfKf1.51.051.01.05
齿形系数Yf由【3】P229图12.21
应力修正系数绻由【3】P230图12.22
弯曲疲劳极限由【5】P404得
弯曲最小安全系数由【3】P225表12.14
应力循环次数Nl
弯曲寿命系数由【3】P232图12.24
尺寸系数
许用弯曲应力[F1]Flim1Yn1Yx/Flim8540.881.0/1.25
2佃404002.91.530.7
12452.5
传动无过载,故不用强度校核
三、零件的工艺性分析
星轮加工表面,有一定的要求。
现分析如下:
1星轮外圆①23K6,①23f7,其形状公差均遵守包容要求,表面粗糙度均为Ra1.6^m
2星轮内孔①12H7,其形状公差遵守包容要求,表面粗糙度为Ra0.8^m端面与孔①12轴心线垂直度误差为0.025,其左端面对孔①12轴心线圆跳动误差为0.025;
3外圆①23轴心线对分度圆①21轴心线的同轴度误差为0.06
四、过程工艺分析
(一)确定毛坯的制造形式:
根据零件材料确定毛坯材料,由于星轮是用于超越离合器上的关
键零件,需要结构比较硬,故材料选为20CrMnTi钢件,而且因为轮廓尺寸不大,故可采用模锻成型。
对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。
(二)基面的选择:
基面的选择设计工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择正确、合理,可以保证加工质量,提高生产效率。
否则,就会使加工工艺过程出现问题百出。
严重的还会造成零件大批报废,使生产无法进行。
1、粗基准的选择由于是模锻件,所以在保证各加工面都有余量的前提下,因为要保证柱面的中心线垂直于左端面,所以以的外圆①23为粗基准。
2、精基准的选择
星轮主要应用于超越离合器上面,其星轮的轴心线既是定位基准也是设计基准,在车削时选他作为精基准,能使加工遵循基准重合原则,实现外圆柱面的圆跳动和同轴度(采用专用夹具夹紧机构),这使得工艺路线基准统一原则。
毛坯外表面加工余量大,定位时可以车一头换向车另一头,最后,两顶一夹。
其定位方法比较精确,加紧也比较简单快捷,使操作者方便省力。
(三)制定工艺路线
制定工艺路线的出发点,是在综合考虑零件的位置精度和尺寸精
度的基础上进行的。
在生产纲领已确定为成批生产的基础上,可采用
有关先进制造技术和精密机床来尽量使工序集中,从而提高生产率和制造精度,在此前提下,我们也应该多加考虑经济效益,使其达到成本最低。
1、工艺路线方案一:
工序:
1、车外圆©23mm。
H、车内圆
皿、运用数控车床车内圆。
W、运用磨床摸削左端面。
V、对内齿轮进行插齿加工。
W、对外齿轮进行插齿加工。
%、对零件进行时效处理。
忸、对内齿进行剃齿或珩齿。
区、对外齿进行磨齿。
X、钻M12mm的底孔。
幻、攻丝M12mm。
刈、检查。
2、工艺路线方案二:
工序:
1、车内圆。
H、运用数控车床车外圆。
皿、车外圆©23mm。
W、运用磨床摸削左端面
V、对外齿轮进行插齿加工
W、对内齿轮进行插齿加工。
%、对零件进行时效处理。
忸、对内齿进行剃齿或珩齿。
区、对外齿进行磨齿。
X、钻M12mm的底孔。
幻、攻丝M12mm。
刈、检查。
3、工艺方案的分析与比较:
上述两个工艺方案的特点在于:
方案一是先车外圆,后车内圆,这与方案二正好相反。
两者相比较,可以看出,先对内圆的加工有利于保证外圆的位置精度和尺寸精度,并且对于加工外圆时的定位及装夹很容易实现。
但在方案二中先对外齿进行加工,这是不利于其的准确定位与装夹;而对于方案一先对内齿轮进行加工,这有利于确保外齿轮加工时的定位与装夹,也有利于确保齿轮高的传动精度。
从以上分析可以看出,具体工艺过程如下:
工序:
1、车内圆。
H、运用数控车床车外圆。
皿、车外圆©23mm。
W、运用磨床摸削左端面。
V、对内齿轮进行插齿加工。
W、对外齿轮进行插齿加工
%、对零件进行时效处理。
忸、对内齿进行剃齿或珩齿。
区、对外齿进行磨齿。
X、钻M12mm的底孔。
幻、攻丝M12mm。
刈、检查。
(四)确定机械加工余量、工序尺寸及公差:
“行星轮”的零件材料为40Cr,其硬度为HRC48~55生产类型为成批生产,采用胎膜锻毛坯,精度为6级。
根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸:
1、外圆表面(©23mm)
其考虑其长度为22.68mm,与其联结的非加工外圆表面直径为
©23.4mm,为简化锻模形状起见,则直接取直径为©23mm。
①230-o.3mm表面为自由尺寸公差,只要求粗加工,此时直径余
量为Z=0.4mm已能满足加工要求。
2.对模数为2.5,齿数为21的行星轮
其精插齿加工余量为o.75mm。
其剃齿的加工余量为o.13mm。
3.螺孔(M12mm)
钻孔:
©11mm
扩孔:
©11.8mm
(五)、确定切削用量
星轮左右端面加工加工要求:
粗糙度Ra=3.2加工工步的具体参数:
粗车
加工余量:
0.4mm表面粗糙度:
Ra=6.4经济精度:
IT11;
公差:
0.185mm;
半精车
加工余量:
0.75mm;表面粗糙度:
Ra=3.2;经济精度:
IT9;公差:
1mm刀具选择:
九十度外圆车刀;材料:
高速钢(W18Cr4V;基本参数:
D=80m,mL=45mm,d=32mm,z=10
(见《切削用量手册》表18—5)
①12H7孔
加工要求:
直径12mm基孔制;六级精度;孔轴与右端面、左端面分别由0.05的垂直度要求;孔有0.005的圆度和0.01的直线度的形状精度;孔壁粗糙度为0.8
加工工步的具体参数:
0.021
磨削120:
加工余量:
0.4mm表面粗糙度:
Ra=0.16~1.25经济精度:
IT6公差:
0.016mm
铣削平面:
加工余量:
0.4mm表面粗糙度:
Ra=0.1~0.05经济精度:
IT6公差:
0.016mm
五、课程设计心得体会
通过这次设计,使我进一步地了解了所学过的理论知识,并具体运用了这些知识,培养了我调查研究、查阅技术文献、收集资料的能力,不仅深化了我曾经学习过的专业知识,还扩大了我的视野,增长了技术经验,提高了进行理论分析的能力,设计、计算、工艺编制及绘图的能力。
同时,我对机械人员所从事的工作有了亲身的体验,学会了查阅图表、资料、相关手册等工具书。
通过实例对设计、计算及绘图等做了一次练习。
除此之外,在设计思想上也感受颇深,做为一名机械工程师,在设计和编制过程中,必须做到求实、严谨、负责和积极创新的精神。
实事求是这不仅是一句至理名言,而且对于一个机械工程师来说也是至关重要的。
我在设计开始的时候就由于没有全面仔细的分析问题,设计出现错误,经过改正错误后,我一直以认真,求实为原则,完成此次设计。
总之,通过这次设计,使我受益匪浅,为我今后的学习工作打下一个坚实而良好的基础。
六、参考资料:
[1]龚桂义等编《机械设计课程设计指导书》高等教育出版社,1990
年
[2]龚桂义等编《机械设计课程设计图册》高等教育出版社1989年
[3]邱宣怀编《机械设计》,高等教育出版社1997年
[4]吴宗泽等编《机械设计课程设计手册》高等教育出版社1999年
[5]杜白石、杨福增编《机械设计习题集》2005年
[6]刘品、李哲主编《机械精度设计与检测基础》哈尔滨工业大学出版社2009年
[7]兰建设主编《机械制造工艺与夹具》机械工业出版社2006-1-1
[8]张季中主编《机械制造基础》北京大学出版社2005-08-01
[9]徐茂功、桂定一主编《公差配合与技术测量》机械工业出版社2008-4-7
[10]李洪主编《机械加工工艺手册》北京出版社,1990.12
[11]孙桓等《机械原理》高等教育出版社2006.5
[12]艾兴《切削用量简明手册》机械工业出版社1994.7
[13]邱宣怀《机械设计》高等教育出版社1997
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