【正文】 ) 正火處理后的綜合力學(xué)性能不如調(diào)質(zhì)處理，其硬度在 160~ 210HB 范圍內(nèi)，多用于直徑很大，強度要求不高的齒輪傳動。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）23（2）硬齒面(HB＞350)齒輪材料的選擇由于硬齒面的硬度較高，所以其承載能力較大。對于這類齒輪一般應(yīng)選用中碳鋼345 和中碳合金鋼 40Cr、35SiMn、40MnB 以及滲碳鋼 (低碳合金鋼)20Cr、20CrMnTi、20MnVH，氮化鋼 38crMoAlA 等。選用這類材料的齒輪必須在切制輪齒后進行熱處理(硬化處理 )。 對于上述材料通常可采用下列三種熱處理方法。a. 表面淬火 中碳鋼和中碳合金鋼經(jīng)表面淬火后輪齒表面硬度高，接觸強度較高，抗點蝕能力強，耐磨性能好。由于輪齒心部具有較高的韌性，故可承受一定的沖擊載荷。同時．輪齒表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生了殘余壓縮應(yīng)力，較大地提高了齒根強度。表面淬火通?？蛇_到的硬度范圍為：中碳合金鋼 45~55HRC，優(yōu)質(zhì)碳素鋼 40~50HRC。b. 滲碳淬火 低碳鋼和低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火后，齒面硬度很高，接觸強度高、抗點蝕能力很強，耐磨性能很好。輪齒心部具有很好的韌性，表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生了殘余壓縮應(yīng)力，大大地提高了齒根強度。滲碳淬火后一般齒面硬度為 56~62HRC。由于熱處理變形較大，熱處理后應(yīng)磨齒，則增加了加工成本；但是可以獲得高精度的齒輪。c. 氮化 氮化鋼經(jīng)氮化后，可以獲得很高的齒面硬度，一般可達 62~67HRC．具有較強的抗點蝕和耐磨性能，心部具有較高的韌性。為提高心部強度，對中碳鋼需先進行調(diào)質(zhì)處理。由于氯化是一種化學(xué)熱處理，加熱溫度低，故其變形很小，氯化后不需要磨齒。氮化的硬化層很薄，故其承載能力不及滲碳淬火后的齒輪，因此它不適用于沖擊載荷下的工作條件。氮化處理的成本高。氮化后齒輪主要用于接觸強度高和耐磨性要求很高的行星齒輪傳動裝置。由于軟齒面的工藝過程較簡單，適用于一般中、小功率的行星齒輪傳動。通常，應(yīng)考慮到嚙合齒輪副中的小齒輪受載次數(shù)較多、易磨損，故在選擇材料和熱處理時，應(yīng)使小齒輪齒面硬度稍高一些(比大齒輪約高 20~40HB)；齒數(shù)比大，硬度差也大。對于采用硬齒面的行星齒輪傳動，其嚙合齒輪副中的大、小齒輪的齒面硬度應(yīng)大致相同。為了提高抗齒面膠合的能力，建議在行星齒輪傳動中，各嚙合齒輪副中的小齒輪和大齒輪應(yīng)選用不同牌號的材料來制造。對于重要行星傳動的齒輪，輪齒表面應(yīng)采用高頻淬火．并沿齒溝進行。對于用滾刀切制的齒輪，被加工齒輪的齒面硬度一般不應(yīng)超過300HB；個別的情況下，對于尺寸較小的齒輪允許其硬度達到 320~350HD。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）24 齒輪、軸和軸承的強度校核 齒輪的校核對于外嚙合的齒輪副 ac、內(nèi)嚙合的齒輪副 cb 應(yīng)采用按齒面接觸強度校核。 11tHaEAUHPFZKdb?? ??????? . .?? 4./Nm?同理，可以計算得 ? 95b 許用接觸用力 limnHpNTLVRWXZS? ??? 至此可知， ，各個齒輪的強度足夠。Hp?? 軸的校核根據(jù)我所選擇的傳動方案[2ZX（A）] 型的行星減速器，減速器采用中心輪 a 浮動，軸只受扭矩的作用，而不受彎矩（即不受軸向力和徑向力） 。故可按扭矩強度條件進行校核。 aMPWd?????入同理，可以計算得 根據(jù)已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查標(biāo)準(zhǔn)得許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[ ]為 40 ，因 、 ，故安全。T?aT?入 出 []T??河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）25 軸承的校核 根據(jù)以上的計算數(shù)據(jù)，可知 = caPcxP210N?xc210?? =970r/min =100r/min =125r/minn入 n出 n行 預(yù)期計算壽命 hL? 則 軸承的校核可有下式計算得 36 600972022. rnCP KNC???? ???入 rL???出 故 rnCP KNC?? ???????行選用的軸承符合要求。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）265 行星齒輪傳動的均載機構(gòu) 行星輪間載荷分布不均勻性分析 如前所述，行星齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點。這些部是由于在具結(jié)構(gòu)上采用了多個( 2)行星輪的傳動方式，充分利用了同心軸齒輪pn?之間的空間，使用了多個行星輪來分擔(dān)載荷，形成功率分流．并合理地采用了內(nèi)嚙合傳動：從而，才使其具備了上述的許多優(yōu)點。這對于傳遞動力的行星齒輪傳動來說，采用多個行星輪的結(jié)構(gòu)型式確是非常合理的。如果各行星輪間的載荷分布是均勻的，隨著行星輪數(shù) 的增加，其結(jié)構(gòu)更加緊湊、承載能力更大。例如，在傳動比和名義功率相同的pn情況下，采用四個行星輪的行星齒輪傳動裝置的外形尺寸，僅為具有一個行星輪的行星齒輪傳動的一半；在相同結(jié)構(gòu)尺寸的情況下，行星齒輪傳動所傳遞的轉(zhuǎn)矩為普通定軸齒輪傳動的 4~5 倍。但是，當(dāng)人們在設(shè)計這種傳動效率高、體積小和傳動比大的行星齒輪傳動時，即使在設(shè)計過程中作了許多細致的工作，如果在結(jié)構(gòu)上疏忽了由輸入齒輪(如中心輪 a)傳到各個行星輪的載荷分布的不均勻件問題，那么，就不能很好地發(fā)揮行星齒輪傳動的優(yōu)越性。現(xiàn)在不少的行星齒輪傳動裝置正是在行星輪間的載荷均勻分布。上不同程度地存在著一些問題，而沒有能夠充分地發(fā)揮行星齒輪傳動的優(yōu)越性。這是由于設(shè)計者錯誤地、且過分地強調(diào)其傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊和承載能力大等優(yōu)點，卻片面地斷定載荷是按行星輪的個數(shù) 平均分pn配的。實際上．由于不可避免的制造和安裝誤差，以及構(gòu)件的變形等因素的影響，致使行星輪間的載荷分布是不均勻的。較嚴(yán)重的情況是：有時載荷可能是集中在果一個行星輪上，而其他的( —1)個行星輪則被閑置，而不能起著傳遞動力的作用。這就是某些pn行星齒輪減速器產(chǎn)生異常的工作情況或出現(xiàn)事故的原因所在。因此，在設(shè)計行星齒輪傳動時，認真地解決行星輪間載荷分配的不均勻性問題，這對于充分發(fā)揮其優(yōu)越性就顯得非常重要了。為了解決這個問題、近十幾年來，在國內(nèi)外的行星齒輪傳動中已出現(xiàn)了許多的均載機構(gòu)，目前該均載機構(gòu)大多數(shù)仍是依靠機械的方法來實現(xiàn)行星輪間載荷均衡的目的。所謂行星輪間載荷分布均勻(或稱載荷均衡) ，就是指輸入的中心輪傳遞結(jié)各行星輪的嚙合作用力的大小相等。例如，在圖 7—1 所示的 2Z—X(A)型行星傳動，設(shè)中心輪 a河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）27上輸入一個轉(zhuǎn)矩 ，在理想的制造精度和剛度的條件下，中心輪 a 上的輪齒就會與aT個行星輪 c 上的輪齒相接觸(嚙合) ，則各行星輪 、 和 ( =3)對中心輪 a 的法pn 1c23pn向作用力 、 和 的大小是相等的?，F(xiàn)取中心輪 a 為受力對象，法向作用力1nF2 和 組成為一個等邊的力三角形[見圖 7—1(b)]，即各行星輪作用于中心輪123ca 上的力的主矢為零． + + ＝0；而其主矩的大小則等于轉(zhuǎn)矩 。因此，中心12F3 aT輪 a 可達到無徑向載荷地傳遞轉(zhuǎn)矩。但是，在沒有采取任何均載措施的情況下，實際上行星輪間的載荷分布是不均勻的；即使采用了某種均載機構(gòu)，在行星齒輪傳動工作的過程中，行星輪問的載荷分布也并非完全是均衡的。行星輪間載荷分布不均衡的原因，可以大致分為由齒輪本身的各種制造誤差，軸承、轉(zhuǎn)臂和齒輪箱體等的制造和安裝誤差兩部分所組成的。而行星齒輪傳動零件的制造誤差將使輪齒工作齒廓間形成間隙或過盈。各基本構(gòu)件和行星 圖 51 行星輪間的載荷分布輪軸線的位移，及各齒輪的運動誤差，例如，中心輪軸線的位移，軸承軸線或內(nèi)齒輪與箱體配合的徑向位移和轉(zhuǎn)臂上安裝行星輪的心軸孔的位移，以及雙聯(lián)行星輪工作齒形的相對位移，中心輪 a、b 的運動誤差和行星輪與中心輪嚙合的運動誤差等，將形成中心輪與行星輪嚙合時的間隙或過盈。由于上述這些行星輪與中心輪嚙合時的總間隙或過盈的存在，當(dāng)中心輪 a 或 b 和轉(zhuǎn)臂 x 的軸線都不能自由偏移而實現(xiàn)自由調(diào)整時，就可能出現(xiàn)中心輪 a 或 b 僅與一個行星輪接觸的情況，何中心輪與其余行星輪的嚙合處就會產(chǎn)生間隙 、 … (見圖 7—2)。2?3n在輸入轉(zhuǎn)矩 的作用下，由于齒輪、軸和軸承等零件的變形，而使齒輪 a 旋轉(zhuǎn)某一aT河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）28角度 ，如果弧線 的數(shù)值小于齒輪最小側(cè)隙的數(shù)值，即 ；a?ar minar??? 圖 52 未采取均載措施的嚙合情況那么，其所有的載荷(切向力 ) 就全都由一個與中心輪 a 相接觸的行星輪2atTFd??傳遞，即 。1cmaxttF? 當(dāng)行星輪間的裁荷分布均勻時，中心輪 a 與每個行星輪嚙合處的平均切向力為 20tatKppTFnd?式中 ——中心輪 a 與各行星輪嚙合處的切向力之和，N；tF ——行星輪數(shù)，一般，取 ＝2~4；pnp Ta——中心輪 a 輸入的轉(zhuǎn)矩， Nm； ——中心輪 a 的分度圓直徑，mm 。ad當(dāng)行星輪間載荷分布不均勻時，其行星輪上所受的最大裁荷 與各行星輪所受maxtF的平均載荷 的比值，稱為行星輪間載荷分布不均勻系數(shù) ；即行星輪間載荷分布tKpFpK不均勻系數(shù)為 max20ptndKFT?在計算行星齒輪傳動的齒輪強度時．應(yīng)按行星輪上所受的最大載荷 來進行式maxtF(7—2)可得最大載荷的計算公式為河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）29 =maxtF20paKTnd顯然，當(dāng)所有的載荷 全都由一個行星輪承受，即 ＝ 時，由公式公t?maxtFt?式(7—2)可得，其載荷分布小均勻系數(shù)為即此時其載荷分布不均勻系數(shù) 等于行星輪個pK數(shù) 。pn在理想的均載情況下，所有的載荷 由 個行星輪承受，即各行星輪間的載荷tFpn均勻分布；其平均切向力為 。仿上，則可得其載荷分配不均勻20tatKppTd?系數(shù)為 =1p所以，在行星齒輪傳動中，其行星輪間載荷分布不均勻系數(shù) 的數(shù)值范圍為 1pK。pKn? 行星輪間載荷分布均勻的措施為了使行星輪問載荷分布均勻，起初，人們只努力提高齒輪的加工精度，從而使得行星齒輪傳動的制造和裝配變得比較困難。后來通過實踐采取了對行星齒輪傳動的基本構(gòu)件徑向不加限制的專門措施和其他可進行自動調(diào)位的方法，即采用各種機械式的均載機構(gòu)，以達到各行星輪問載荷分布均勻的目的。從而，有效地降低了行星齒輪傳動的制造精度和較容易裝配．且使行星齒輪傳動輸入的功率能通過所有的行星輪進行傳遞，即可進行功率分流。在選用行星齒輪傳動中的均載機構(gòu)時，根據(jù)該機構(gòu)的功用和工作情況，應(yīng)對其提出如下幾點要求。① 均載機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)組成靜定系統(tǒng)，能較好地補償制造和裝配誤差及零件的變形，且使載荷分布不均勻系數(shù)及 值最小。pK② 均載機構(gòu)的補償動作要可靠、均載效果要好。為此，應(yīng)使均載構(gòu)件上所受的力較大，因為，作用力大才能使其動作靈敏、準(zhǔn)確。③ 在均載過程中，均載構(gòu)件應(yīng)能以較小的自動調(diào)整位移量補償行星齒輪傳動存在的制造誤差。 ④ 均載機構(gòu)應(yīng)制造容易，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，布置方便，不得影響到行星齒輪傳動的傳動性能。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）30⑤ 均載機構(gòu)本身的摩擦損失應(yīng)盡量?。室摺＂?均載機構(gòu)應(yīng)具有一定的緩沖和減振性能；至少不應(yīng)增加行星齒輪傳動的振動和噪聲。為了使行星輪問載荷分布均勻，有多種多樣的均載方法。對于主要靠機械的方法來實現(xiàn)均載的系統(tǒng)(簡稱為機械均載系統(tǒng) )，其結(jié)構(gòu)類型可分為如下兩種。(1) 靜定系統(tǒng) 該機械系統(tǒng)的均載原理是通過系統(tǒng)中附加的自由度來實現(xiàn)均載的。采用基本構(gòu)件自動調(diào)位的均載機構(gòu)是屬于靜定系統(tǒng)。當(dāng)行星輪間的載菏不均衡時，構(gòu)件按照所受到的作用力的不同情況，可在其自由度的范圍內(nèi)相應(yīng)地進行自動調(diào)位荷分布均勻。較常見的靜定均載系統(tǒng)有如下兩種組成方案。① 具有浮動基本構(gòu)件的系統(tǒng)。所謂“浮動基本構(gòu)件” ，就是指某個基本構(gòu)件沒有徑向的支承，則稱它為浮動基本構(gòu)件。例如，采用中心輪 a 或內(nèi)齒輪 b、e 為浮動構(gòu)件的三行星輪系統(tǒng)。該系統(tǒng)如圖 7—3~圖 7—10 所示。由于該均載機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，均載效果好等優(yōu)點，故它已獲得了較廣泛的應(yīng)用。② 全部構(gòu)件都是剛性連接的，而行星輪在工作過程中可以進行自動調(diào)位的杠桿系統(tǒng)。例如，采用杠桿聯(lián)動的均載機構(gòu)，使 ＝2~4 個行星輪浮動，即行星輪可以自動調(diào)pn整位量，以實現(xiàn)行星輪間載荷分布均勻(見圖 7—11 和圖 7—12)。(2) 靜不定系統(tǒng) 較常見的靜不定系統(tǒng)有下列兩種組成方案。 ① 完全剛性構(gòu)件的均載系統(tǒng)。這種系統(tǒng)完全依靠構(gòu)件的高精度，即使其零件的制造和裝配誤差很小來保證獲得均載的效果。但采用這種均載方法將使得行星齒輪傳動的制造和裝配變得非常困難和復(fù)雜，且成本較高。因此，很少采用它。② 采用彈性件的均載系統(tǒng)。這種均載方法是采用具有彈性的齒輪和彈性支承，在不均衡載荷的作用下，使彈性件產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，以實現(xiàn)均載的機械系統(tǒng)。例如，將內(nèi)齒輪制成薄壁殼體結(jié)構(gòu)，或用彈性件將內(nèi)齒輪連接在箱體上，以及采用具有彈性襯套或柔性銷軸的行星輪。該均載系統(tǒng)如圖 7—17 一圖 7—18 所示?，F(xiàn)將目前國內(nèi)外較常采用的幾種均載機構(gòu)簡介如下 基本構(gòu)件浮動的均載機構(gòu)如前所述，