【正文】 plified structure or weight, reduce the force on the beam and other purposes. In the paper introduces the development of plaary gear reducer history, through analysis and parison of several plaary gear transmission scheme, choose the best transmission scheme。 plaary gear reducer。 are contained device 卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 3 第一章 緒論 行星齒輪傳動的發(fā)展概況 我國早在南北朝時代（公元 429～ 500 年），祖沖之就發(fā)明了有行星齒輪的差動式指南車。 1880 年德國第一個行星齒輪傳動裝置的專利出現(xiàn)了。 1938 年起集中發(fā)展汽車用的行星齒輪傳動裝置。 高速大功率行星齒輪傳動廣泛的實際應(yīng)用，于 1951 年首先在德國獲得成功。 低速重載行星減速器已由系列產(chǎn)品發(fā)展到生產(chǎn)特殊用途產(chǎn)品，如法國 Citroen 生產(chǎn)用于水泥磨、榨糖機(jī)、礦山設(shè)備的行星減速器，重量達(dá) 125t，輸出轉(zhuǎn)矩 ； 我國是從 20世紀(jì) 60年代起開始研制應(yīng)用行星齒輪減速器， 20世紀(jì) 70年代制訂了 NGW型漸開線行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列 JB17991976。 世界各先進(jìn)工業(yè)國，經(jīng)由工業(yè)化、信息化時代，正在進(jìn)入知識化時代，行星齒輪傳動在設(shè)計上日趨完善，制造技術(shù)不斷進(jìn)步，使行星齒輪傳動已達(dá)到了較高水平。 目前行星齒輪傳動正向以下幾個方向發(fā)展： （ 1）向高速大功率及低速大轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)展。在這類產(chǎn)品的設(shè)計與制造中需要繼續(xù)解決均載、平衡、密封、潤滑、零件材料及熱處理及卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 4 高效率、長壽命、可靠性等一系列設(shè)計制造技術(shù)問題。實現(xiàn)無級變速就是讓行星齒輪傳動中三個基本構(gòu)件都轉(zhuǎn)動并傳遞功率，這只要對原行星結(jié)構(gòu)中固定的構(gòu) 件加一個轉(zhuǎn)動（如采用液壓泵及液壓馬達(dá)系統(tǒng)來實現(xiàn)），就成為無級變速器。近幾年來，國外蝸桿傳動、螺旋齒輪傳動、圓錐齒輪傳動與行星齒輪組合使用，構(gòu)成復(fù)合式行星齒輪箱。如制堿工業(yè)澄清桶用蝸桿蝸輪 ——行星齒輪減速器，總傳動比 i=,輸出轉(zhuǎn)矩 。這類傳動主要用于大傳動比、小功率傳動。采用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)熱處理獲得高硬齒面（內(nèi)齒輪離子滲碳，外齒輪滲碳淬火），精密加工以獲得高齒輪精度及低粗糙度（內(nèi)齒輪精插齒達(dá) 56級精度，外齒輪經(jīng)磨齒達(dá) 5 級精度，粗糙度 m），從而提高承載能力，保證可靠性和使用壽命。它的顯著特點是：在傳遞動力時它可以進(jìn)行功率分流；同時，其輸入軸和輸出軸具有同軸性，即輸入軸和輸出軸均設(shè)在同 一軸線上。尤其是對于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機(jī)、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。再由于在中心輪的周圍 均勻地分布著數(shù)個行星輪來共同分擔(dān)載荷，從而使得每個齒輪所承受卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 5 的負(fù)荷較小，并允許這些齒輪采用較小的模數(shù)。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動的1/2～ 1/5（即在承受相同的載荷條件下）。在傳動類型 選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達(dá) ～ 099。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可達(dá)幾千。而且，它還可以實現(xiàn)運動的合成與分解以及實現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運動。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強(qiáng)，工作較可靠。因此，行星齒輪傳動現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、起重運輸機(jī)械、輕工機(jī)械、石油化工機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、汽車、坦克、火炮、飛機(jī)、輪船、儀器和儀表等各個方面。它幾乎可適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動技術(shù)已成為世界各國機(jī)械傳動 發(fā)展的重點之一。但隨著人們對行星傳動技術(shù)進(jìn)一步深入地了解和掌握以及對國外行星傳動技術(shù)的引進(jìn)和消化吸收，從而使其傳動結(jié)構(gòu)和均載方式都不斷完善，同時生產(chǎn)生產(chǎn)工藝水平也不斷提高。實踐表明，在具有中等技術(shù)水平的工廠里也是完全可以制造出較好的行星齒輪傳動減速器。優(yōu)化結(jié)果不僅為齒輪傳動提供了一個最優(yōu)的設(shè)計方案，而且對其設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化 提供了依據(jù)。 （ 2）組合巧妙，由兩臺行星差動減速器就可組成四卷筒驅(qū)動裝置。 （ 4）其中行星傳動部分采用鼓形齒聯(lián)軸器的太陽輪浮動，以實現(xiàn)行星輪間的均載作用，無徑向支承，簡化結(jié)構(gòu)，均載效果好。行星架及各傳動件結(jié)構(gòu)合理，工藝性好。因此，在卸船機(jī)上采用這種新型的四卷筒機(jī)構(gòu)，具有節(jié)能、節(jié)材的優(yōu)點。其中繞繩方式如圖 3所示，由四根鋼繩組成，而小車移動時，鋼繩不再在抓斗滑輪中移動。繩系非常簡單，而機(jī)構(gòu)的組合相當(dāng)巧妙。 （ 2）工況 2 起升、開閉卷筒向左旋轉(zhuǎn)時，使抓斗下降，由起升、開閉電動機(jī)驅(qū)動。 （ 4）工況 4 起升、開閉卷筒分別向外相對旋轉(zhuǎn)，則抓斗小車向左移動。 （ 6）工況 6 當(dāng)起升卷筒剎住不動，開閉卷筒 向右旋轉(zhuǎn)時，抓斗進(jìn)行閉合。 該機(jī)構(gòu)的起升、開閉均采用 y P Z1－800/300盤式制動器，制動力矩大，性能可靠，安全靈活。抓斗內(nèi)開閉段鋼繩較其余部分的彎曲疲勞、磨損嚴(yán)重，為了延長鋼繩使用壽命，降低鋼繩耗量，設(shè)計中考慮鋼繩在卷 筒上有一定貯備量。一般一根鋼繩可重復(fù)制用三次。它還有較大的承載能力、抗擠壓、不旋轉(zhuǎn)、耐疲勞等特點。有時為了安裝及拆換鋼繩方便，在設(shè)計中專門設(shè)置了一個鋼繩穿繩裝置。 （逆向工程）一般可分為四個階段： 第一步 : 零件原形的數(shù)字化 通常采用三坐標(biāo)測量機(jī) (CMM)或激光掃描儀等測量裝置來獲取零件原形表面點的三維坐標(biāo)值。 第三 步 : 零件原形 CAD 模型的重建 將分割后的三維數(shù)據(jù)在 CAD 系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合，并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的 CAD 模型。 二次大戰(zhàn)中，幾十個國家卷入戰(zhàn)禍，飽受戰(zhàn) 爭創(chuàng)傷。日本在 60 年代初提出科技立國方針： “一代引進(jìn)，二代國產(chǎn)化，三代改進(jìn)出口，四代占領(lǐng)國際市場 ”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最突出。這就是反求設(shè)計(Inverse Design)或反求工程 (Inverse Engineering)，這兩者是同一內(nèi)涵，僅是不同國家的不同提法。 實際上，任何產(chǎn)品問世，包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制的，都蘊含著對已有科學(xué)、技術(shù)的繼承和應(yīng)用借鑒。 市場經(jīng)濟(jì)競爭機(jī)制已滲透到各個領(lǐng)域，如何發(fā)展科技和經(jīng)濟(jì)，世界各國都在研究對策。包括新的思維方式、新原理、卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 9 新理論、新方案、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料、新工藝、新儀器等等。 (2)研究和應(yīng)用 新的設(shè)計理論、方法去改造和完善傳統(tǒng)的方法，使能既快又好地設(shè)計出新型產(chǎn)品。 (4)研究和應(yīng)用反求工程，使能在高的起點去創(chuàng)造新產(chǎn)品。通過利用前人在反求設(shè)計的一般步驟中獲取相關(guān)參數(shù)，再通過相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行類比完成此次設(shè)計任務(wù)。傳動比范圍當(dāng) 3?pn 41 ?? Hi （ 1）以 2K－ H型行星齒輪傳動組成的行星差動減速器，體積小、重量輕、僅為定軸傳動的1/2 左右，本設(shè)計的重量為 3900kg。 （ 3）承載能力大，以 2K－ H型組合成的行星差動裝置，具有大的承載能力和過載能力。 （ 5）齒輪的材質(zhì)組合和齒輪參數(shù)的設(shè)計計算與選配合理。如輸出軸采用錐度 1∶ 10的錐形軸，便于裝卸和維護(hù)保養(yǎng)。 圖 21 四卷筒機(jī)構(gòu)減速機(jī)運動簡圖 卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 11 方案二 ： 普通定軸齒輪傳動，此方案一般應(yīng)用于小車式起升系統(tǒng)，其原理圖如圖 22 圖 22 小車式起升系統(tǒng) 方案比較 ： 行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點。它的這一優(yōu)點，適應(yīng)為載荷分配在幾個行星輪上，而且合理地利用了內(nèi)嚙合的緣故。而且縮小外形尺寸和重量就會導(dǎo)致其他一系列可能性的出現(xiàn)，從而促使嚙合承載能力增加，使外形尺寸和重量進(jìn)一步減少。將普通傳動改為行星傳動，可保證是重量降低 5431～ 。 表 21 行星齒輪減速箱和一般定軸齒輪減速箱比較 項 目 行星齒輪減速箱 一般定軸齒輪減速箱 總 重 量 （ kg） 3471 6943 高 度 （ m） 長 度 （ m） 卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 12 寬 度 (m) 體 積 ( 3m ) 損 失 功 率 （ kw） 齒 寬 (m) 81 95 圓 周 速 度 (m/s) 卸船機(jī)是碼頭前沿的重大接卸設(shè)備，對系統(tǒng)的工作效率起著重要的作用，因此各大港口均按碼頭?？孔畲蟠?，為達(dá)到系統(tǒng)最大生產(chǎn)率，選用高效、可靠的卸船機(jī)。 由上圖 22可知，小車式起重系統(tǒng)需要數(shù)臺普通減速機(jī)構(gòu)，而采用 2KH行星傳動不僅效率高而且可以實現(xiàn)七種不同工況，綜合考慮采用方案一 2KH行星傳動機(jī)構(gòu) 分配傳動比 起升 機(jī)構(gòu)傳動比分配 根據(jù)已選定 2KH型行星齒輪傳動簡圖，用 1表示周轉(zhuǎn)輪系的有關(guān)參數(shù)，腳標(biāo) 2表示定軸輪系的參數(shù)。 要確定定軸輪系中各齒輪的齒數(shù)，關(guān)鍵在于合理分配輪系中各對齒輪的傳動比。齒輪傳動比為 5~7。當(dāng)齒輪傳動的傳動比大于 8時，一般應(yīng)該設(shè)計成兩級傳動；當(dāng)傳動比大于 30時，常設(shè)計成兩級以上齒輪傳動。 （ 4） 當(dāng)設(shè)計 閉式齒輪減速時，為了潤滑方便，應(yīng)使各級傳動中大齒輪都能浸入油中，且浸入的深度應(yīng)大致相等，以防某個大齒輪浸入油過深增加攪油損耗。 又 2KH（ NGW）型行星傳動， 傳動結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 21所示。 51312 ??? iii 因此，定軸傳動比初定為 ，周轉(zhuǎn)輪系傳動比為 5。 4 7 39。根據(jù)圓柱齒輪傳動傳動比分配原則 取 ?i 則 7 0 7 ??? iii 卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 14 第三章 行星齒輪傳動的嚙合計算 齒數(shù)的選擇和計算 在設(shè)計行星齒輪傳動時，根據(jù)給定的傳動比 pi 來分配各輪的齒數(shù)。此外，還要考慮到與其承載能力有關(guān)的其他條件。 查《機(jī)械設(shè)計手冊 — 新版》表 ，取 n=3。39。2811??? ??? ZZi 取 345?Z 則 1606?Z 采用正常直齒傳動螺旋角 ?0?? 驗證配齒條件 行星傳動各輪齒數(shù)不能隨意選取，必須根據(jù)行星傳動的特點，滿足一定的條 件，才能進(jìn)行正常傳動。 （ 1）驗算傳動比條件 由《機(jī)械設(shè)計手冊 — 新版》表 ： 530120xx ????? abHba ZZi （ 32） 即滿足傳動比條件。為使各行星齒輪不相互碰撞，要求其齒頂圓間有一定的間隙，稱為鄰接條件。 在周轉(zhuǎn)輪系中： )222( 1*1 yxhZmd gagag ????? =225mm agpag dna ?????? 3s in)4530(52s in2 ?? 即滿足鄰接條件。為保證中心輪和行星架軸線重合條件下的正確嚙合，由中心輪和行星輪組成的 各嚙合副的實際中心距必須相等，稱之為同心條件。==，式中“ +”號用于外嚙合，“ ”號用于內(nèi)嚙合。 卸船機(jī)用行星減速機(jī)的設(shè)計 17 （ 4）驗 算裝配條件 一般行星傳動中，行星輪數(shù)目大于 1。 當(dāng)行星輪個數(shù) 1pn? 時，第一個行星輪裝入并與兩個中心輪嚙合以后，兩個 中心輪的相對位置就被確定了。如圖 31 所示，相鄰兩行星輪所夾的中心角為 2/pn? 。在這期間，中心輪 a 轉(zhuǎn)過的角度 a? 由傳動比 baHi 確定，即 2 ba aHp in???。也就是說中心輪a 轉(zhuǎn)過的 a? 必須為其周節(jié)所對的中心角的整倍數(shù) M，即2/a aM z?? ?，將 aj 值代入上式可得 2 ( 1 )2/b baH abp a a H a a ba p p pzi zn z i z z zMz n n n? ??? ? ? ? ?? 整數(shù) （ 37） 圖 31 NWG型裝配條件分析 由式（ 37） 5031 2 030 ????w ban ZZ為整數(shù) 所以滿足裝配條件。各齒輪幾何尺寸的計算結(jié)果見下表。于是，傳動損失系數(shù) HzbHzaH ??? ??。2811,4,63,35 21 ????? ?mmmzz n。2811co s2 4)(co s2 21 ?????? ?? mmzmd nn s 11 ?? ? mmmmmhzmd nanna 5 0] 4 2[2co s *11 ????? ? 跨測齒數(shù)： 4?k ，公法線長度及偏差為 mmmmi n vmW nnnn o s)0 1 4 9 [4c o s]z 0 . 5 )(k[ ??????????? ????