對稱式三環(huán)減速器傳動方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：三環(huán)減速器是一種少齒差嚙合行星傳動裝置，其優(yōu)點是傳動比大、承載力強、結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小[4]。目前三環(huán)減速器已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到廣泛運用。本文將對三環(huán)減速器的特點、工作原理的主要零部件設(shè)計原理、設(shè)計過程進行介紹。著重以對稱式三環(huán)減速器為核心的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在介紹其結(jié)構(gòu)特點及工作原理的基礎(chǔ)上來進行設(shè)計。設(shè)計思路根據(jù)已知條件，首先確定對稱式三環(huán)減速器的傳動方案，選擇合適的電機進行驅(qū)動。根據(jù)傳動原理計算出三環(huán)傳動的各項參數(shù)。對對稱式三環(huán)減速器的傳動零件進行分析設(shè)計，對三環(huán)減速器的兩個高速軸即輸入軸與支撐軸和輸出軸和支承軸進行受力分析以及強度計算。。設(shè)計過程中繪制裝配圖和主要零件的圖紙。關(guān)鍵詞：對稱式三環(huán)減速器的；輸入軸；輸出軸；支承軸；結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄1緒論………………1對稱式三環(huán)減速器特點………1三環(huán)減速器存在的問題…………1對稱式三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)研究的意義和內(nèi)容……22對稱式三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………22.1對稱式三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)………22.2死點的克服……………………43計算………………43.1三環(huán)減速器的設(shè)計計算步驟……………………43.2選擇型號及齒輪主要參數(shù)……………………53.3三環(huán)減速器的齒輪計算………74軸的確定…………94.1輸入軸……………………94.2輸出軸……………134.3輸入軸受力…………………18結(jié)論…………………20致謝…………………21參考文獻……………22附錄（必要時）……………………231緒論現(xiàn)在人們對三環(huán)減速器的研究每天都有新的進程，不斷完善三環(huán)減速器的設(shè)計，許多傳統(tǒng)的減速器已經(jīng)被其替代，成為了如今主流的減速器。就目前為止三環(huán)減速器已經(jīng)成為起重運輸、制造業(yè)、礦物開采、冶金、化工、石油等諸多領(lǐng)域，前進廣闊，極具使用價值。齒輪傳動作為機械傳動的重要形式之一，之所以三環(huán)減速器一直受到重用，是因為其傳動功率和速度都廣，各國的專家和制造業(yè)都相當(dāng)?shù)年P(guān)注。對稱式三環(huán)減速器的特點目前的三環(huán)減速器特點如下：三環(huán)減速器的傳動比范圍廣。加工方便、成本低。體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。三環(huán)減速器各零件布局合理采用嚙合行星傳動。在傳動比相同的情況下，三環(huán)減速器和同功率圓柱齒輪減速器相比在實際運用的過程的當(dāng)中占據(jù)的空間都要小約1/3到2/3。重量也有所減輕。工作效率高，當(dāng)三環(huán)減速器的傳動比越低，其效率越高。適應(yīng)性廣，可以供電動機同步傳動或帶動控制原件。立式、臥式、法蘭聯(lián)接等均可制成。維修方便。采用中分箱體，易損件少。因此可節(jié)約維修成本，可靠性也大大提升。由于以上優(yōu)點，我國將其列為重點推廣產(chǎn)品，冶金工業(yè)部也制訂部頒標(biāo)準。三環(huán)減速器的獨特優(yōu)點讓各行各業(yè)對其有了更加深入的研究，隨著對三環(huán)減速器的不斷完善，其運用的領(lǐng)域也將不斷擴大。1.2三環(huán)減速器存在的問題根據(jù)三環(huán)減速器目前的實際運用和研究來看還存在著以下問題：振動、噪聲大。三環(huán)減速器目前的實際運用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的行星齒輪減速器、傳統(tǒng)齒輪減速器相比較過后發(fā)現(xiàn)三環(huán)減速器工作時有較大的噪聲[9]。偏置型三環(huán)減速器由于其設(shè)計的缺陷，在其高速運轉(zhuǎn)工作的情況下會伴隨著非常強烈的振動和較大的噪聲。偏置型三環(huán)減速器在實際運用時，它的不平衡會導(dǎo)致強烈的振動，內(nèi)齒環(huán)板經(jīng)常出現(xiàn)斷裂的狀況出現(xiàn)，其噪聲也是遠大于普通減速器。三環(huán)減速器的問世時間短制造工藝不成熟。目前只能根據(jù)對傳統(tǒng)類似的減速器的不足做出總結(jié)，在不斷地制造過程中找出其問題的所在，并且制定解決問題的方案，以此在三環(huán)減速器的改進中逐步完善。1.3對稱式三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究的內(nèi)容和意義1.3.1對稱式三環(huán)減速器研究的意義通過當(dāng)今社會對三環(huán)減速器的研究和使用發(fā)現(xiàn)，三環(huán)減速器普遍存在振動大、噪聲大的問題，并且這些問題隨著電動機的輸入功率、轉(zhuǎn)速、傳動比的提高而加重，因此在電動機高速運轉(zhuǎn)的同時，三環(huán)減速器的劇烈振動可能會使內(nèi)齒板斷裂，軸承發(fā)熱的同時也會縮短三環(huán)減速器的使用壽命。所以對三環(huán)減速器的深入研究很有必要，要探索其產(chǎn)生劇烈振動的原因，并且進行研究，改善設(shè)計上的缺陷，解決根本的問題。通過對三環(huán)減速器的動平衡與慣性力問題深入探討，設(shè)計一個能做到平衡的三環(huán)減速器，保留三環(huán)減速器的優(yōu)點的同時改進其不平衡性，為三環(huán)減速器建立一個完整的運作形式[9]，針對目前三環(huán)減速器解決問題的同時發(fā)揮出三環(huán)減速器的優(yōu)勢。1.3.2本文的研究內(nèi)容本文以對稱式三環(huán)減速器為研究對象：結(jié)構(gòu)設(shè)計本文將從齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪副嚙合參數(shù)的校核計算，輸入軸輸出軸的校核計算等展開。承載能力分析分析研究對稱式三環(huán)減速器的兩高速軸及輸入軸與支撐軸、輸出軸的動力學(xué)特性。繪制計算計算出對稱式三環(huán)減速器各個軸與齒輪的參數(shù)加上校核。繪制出三環(huán)減速器的裝配圖。2對稱式三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1對稱式三環(huán)減速器結(jié)構(gòu)三環(huán)減速器是一個復(fù)合傳動機構(gòu)，以一個平行四邊形機構(gòu)與齒輪機構(gòu)的組合[10]。三環(huán)減速器由輸入軸、支承軸和輸出軸等最基本的零件組成，其中輸入軸和支承軸統(tǒng)稱為高速軸，輸出軸則稱為低速軸。高速軸須配上偏心套如圖2-1。裝配圖如圖2-2所示。三環(huán)減速器最基本的分類有兩種，一種為對稱式三環(huán)減速器圖2-3，其原理為兩高速軸對稱地布置在低速軸兩側(cè)，達到平衡對稱的目的；反之當(dāng)兩高速軸布置在同側(cè)時，我們稱之為偏置式三環(huán)減速器圖2-4。圖2-1偏心套圖2-2三環(huán)減速器裝配圖圖2-3對稱式三環(huán)減速器傳動簡圖圖2-4偏置式三環(huán)減速器傳動簡圖2.2死點的克服三環(huán)傳動是由平行四邊形機構(gòu)和內(nèi)嚙合齒輪機構(gòu)組成的復(fù)合傳動機構(gòu)[9]，由于平行四邊形機構(gòu)運動到0°和180°的時候（于曲柄共線），曲柄機構(gòu)可能出現(xiàn)不運動的情況，這就是死點位置。三相平行四邊形機構(gòu)并列布置是最常見的處理方式以此來避免死點位置機構(gòu)不運作的情況發(fā)生，使用三塊內(nèi)齒環(huán)板使其形成夾角互為120°的相位角。使得在其中一個機構(gòu)運動到死點位置時，另外兩個機構(gòu)可以通過力的傳動達到在那個位置繼續(xù)運動的目的，從而克服死點如圖2-5。圖2-5三相平行四邊形機構(gòu)并列克服死點3計算3.1三環(huán)減速器的設(shè)計計算步驟由于缺少三環(huán)減速器的資料，我們以少齒差行星齒輪減速器為參考。已知條件:最高轉(zhuǎn)速為每分鐘500，傳遞的額定功率P=140KW，輸出軸上輸出的負載扭矩為：（3-1）3.2選擇型號即齒輪主要參數(shù)3.2.1選擇三環(huán)減速器的型號根據(jù)傳動比和中心距的關(guān)系如表（3-1）所示。表3-1中心距A、名義傳動比系列如表（3-2）所示。選用SH型三環(huán)減速器，110a型號的裝配形式。表3-2常見三環(huán)減速器的裝配方式及型號3.2.2齒輪的選擇與與其參數(shù)齒輪的選擇最基礎(chǔ)的是對齒輪材料的考慮，當(dāng)齒輪材料滿足使用要求時滿足的條件必須是經(jīng)過測算達到使用質(zhì)量，這時就需要考慮到齒輪加工過程的工藝是如何的。當(dāng)然選擇齒輪的材料還需要考慮到其成本。(l)根據(jù)已知條件，以直齒圓柱齒輪傳動為傳動形式；(2）使用45鋼作為材料制作齒輪。加工精度根據(jù)機械零件設(shè)計【3】選擇（）3.2.3齒輪傳動主要參數(shù)的計算三環(huán)傳動是少齒差內(nèi)嚙合行星傳動[9]，其傳動比i與齒數(shù)差Δz的關(guān)系為：（3-2）式中；——外齒輪齒數(shù)；——內(nèi)齒輪齒數(shù)。由式3-2可知，名義傳動比i和齒差成一個反比的關(guān)系，當(dāng)齒差越大時，傳動比越小，所以將齒數(shù)差變小可以提高齒輪副的承載能力。三環(huán)減速器需要的是小齒差，所以運用小齒差來，如表3-3所示。表3-3根據(jù)式3-2，在齒數(shù)差為定值，傳動比i增大時，外齒數(shù)也多，根據(jù)表3-1及3-3中傳動比i的取值范圍應(yīng)在2.5~100，對于三環(huán)減速器，其齒輪副的偏傳動比i與心距e的關(guān)系為：（3-3）式中；由上式可知在齒輪的尺寸變大時，齒輪的強度和載荷也隨著增大，但是與此同時行星軸的尺寸會變小，隨之而來的問題時使用壽命會減??；反之，當(dāng)齒輪的尺寸小的時候，使用壽命會增加與此同時承載強度也會隨之降低。三環(huán)傳動和行星軸承的壽命相關(guān)，并且兩者之間存在著反比的關(guān)系，所以我們需要取一個恰當(dāng)?shù)闹祦磉_到最佳。根據(jù)目前對三環(huán)減速器三環(huán)傳動的使用來看的取值大多數(shù)都在在0.9到1.3左右，所以在齒數(shù)差為一個固定值時，由式（3-3）可知(3-4)從式3-4可以看出，傳動比i越大則齒輪副的偏心距e反而更小，所以當(dāng)有合適的慣性力時，三環(huán)減速器則會運行的更加順暢平穩(wěn)。齒輪副模數(shù)m與傳動比i關(guān)系：(3-5)現(xiàn)在擬定本設(shè)計的對稱式三環(huán)減速器中心距為600，初選擇齒數(shù)差，傳動比i=21。通過（3-2）、（3-5）式可得出外齒輪齒數(shù)=41、內(nèi)齒輪齒數(shù)=43，內(nèi)外齒輪模數(shù)m=13.63。可選模數(shù)如下表所示。表3-4標(biāo)準模數(shù)系列表(GB1357-87)【11】計算得出的m=13.63由上表（3-4）初始選擇內(nèi)外齒輪模數(shù)m=14。3.3三環(huán)減速器的齒輪計算3.3.1三環(huán)減速器內(nèi)嚙合齒輪副的干涉為避免產(chǎn)生干涉應(yīng)該注意的一些限制條件:(l)漸近曲線干預(yù)不可有；(2)漸開線干預(yù)不可存在；(3)齒與齒之間須留有合適恰當(dāng)?shù)拈g隙；(4)齒頂干涉的情況要避免發(fā)生；(5)齒輪的齒頂和齒廓不可以互相干預(yù)；(6)防止由內(nèi)，外傳動齒輪沿軸向運動引起的軸向干預(yù)；(7)如果變速箱齒輪損壞，則內(nèi)變速箱齒輪和外變速箱齒輪的嚙合角不能磨銳，并且必須具有足夠的厚度。(8)內(nèi)嚙合齒輪副的重疊度不能小于13.3.2避免齒頂干涉（3-6）公式由公式（3-6）可知,在確定了外齒數(shù)為41，內(nèi)齒數(shù)為43以及壓力角度為25度后，變位系數(shù)會影響嚙合角的大小。變位系數(shù)決定了三環(huán)減速器是否可以避免出現(xiàn)干涉問題。3.3.3三環(huán)減速器變位系數(shù)的確定將兩變位系數(shù)和中間變量取一個合適的量，x1、x2的值就可以得出。計算步驟如下:(l)要求達到==1.0500，Gs=[Gs]=0.05。(2)確定中間變量，確定變位系數(shù)x1和x2。①初選為25度、。②通過上述步驟計算取的初始值對。通過上述給的參數(shù)和公式，我們可以計算得出模數(shù)為m=14mm。顯然需要根據(jù)得出的數(shù)值按上述步驟進行設(shè)計計算，最后得到的計算結(jié)果如下所示:。傳動比4軸的確定4.1輸入軸4.1.1設(shè)計輸入軸結(jié)構(gòu)以及對其校核求得輸入軸轉(zhuǎn)矩如下：QUOTE設(shè)定傳動比為，經(jīng)過公式計算可以得出其輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)為則。，所以由上述計算并且經(jīng)過數(shù)據(jù)計算可以得出在圓錐齒輪傳動部分軸=504.1.2三環(huán)輸入軸的載荷計算由圖4-1可以得出取圖4-1根據(jù)上圖對其中的兩個面進行計算。(b)首先通過對X面的受力分析圖（圖4-2）可以得出圖4-2X面上的受力分析,上述對X面上的受力分析計算結(jié)束后，繼續(xù)在Y平面上做受力分析，通過Y面的受力分析圖（圖4-3）可計算出Y面館上的受力為：圖4-3Y面的受力分析圖在X平面和Y平面上繪制剪力圖和彎矩圖如下圖所示繪制簡力圖4.1.3輸入軸的校核a)根據(jù)彎扭組合強度計算軸的強度根據(jù)公式，并取a=0.6求得軸的應(yīng)力：強度須通過輸入軸的材料以及熱處理方式查，最開始我們確定了三環(huán)減速器中零件的材料都選用碳素鋼，并且材料必須是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理過后才可選用，查得。由于數(shù)值在給定范圍內(nèi)，所以此時是安全的。b）根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)剛度進行計算普通的傳動軸都可以取計算后發(fā)現(xiàn)。因此扭轉(zhuǎn)剛度達到使用要求。4.2輸出軸4.2.1計算輸出軸參數(shù)（1）功率和轉(zhuǎn)矩QUOTE由可以計算得出（2）軸的最小直徑確定根據(jù)常見的三環(huán)減速器判斷輸出軸的最小直徑，取輸出軸與聯(lián)軸器的直徑有關(guān)，聯(lián)軸器的直徑限定了輸出軸的最小值，所以輸出軸直徑選取的時候應(yīng)該參照聯(lián)軸器尺寸的大小。依據(jù)公式得出結(jié)論聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩不定性強所以選取，則：在實際運用的過程中聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩不得大于聯(lián)軸器給定的標(biāo)準公稱轉(zhuǎn)矩，所以我們應(yīng)該選擇公稱轉(zhuǎn)矩大于計算得出的轉(zhuǎn)矩，所以選用公稱轉(zhuǎn)矩為的聯(lián)軸器。由此我們可以給定，。4.2.2輸出軸的載荷計算a）因為是三環(huán)減速器，為了消除死點采用三相平行四邊形機構(gòu)，所以可以設(shè)定：。得通過下圖可知圖4-4在X面上的受力情況對Y平面的受到的力分析圖4-5圖4-5在Y平面上的受力情況在X平面和Y平面上繪制剪力圖和彎矩圖列表載荷X平面Y平面支反力F彎矩M總彎矩M扭矩T4.2.3輸出軸的校核依據(jù)彎扭組合強度計算軸的強度取a=0.6,計算軸的應(yīng)力為：強度須通過輸入軸的材料以及熱處理方式查，最開始我們確定了三環(huán)減速器中零件的材料都選用碳素鋼，并且材料必須是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理過后才可選用，查得。此時，達到使用標(biāo)準依據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)剛度計算4.3輸入軸受力分別為在坐標(biāo)系x和y方向的分量，N,H則分別為支承軸承的反力，經(jīng)過對該輸出軸和支承軸分析，我們可以分別列出平衡方程。輸入軸平衡方程：解得：由上述計算可得輸入軸軸承合力為：支承軸平衡方程：解得：由上述計算可知輸入軸軸承合力為：結(jié)論三環(huán)減速器是目前主流的減速器之一，它相對于其他的傳統(tǒng)減速器來說有明顯的優(yōu)勢，比如結(jié)構(gòu)相對簡單，體積小的同時承載能力也更加出色。但是與此同時，三環(huán)減速器也存在著明顯的缺點，