毕业论文
论题：轮边减速器设计
学生姓名 ：
青明
学 号：
年级专业及班级：
机械设计制造 指导老师及职称：
李刚
学 部：
提交日期：
年
月
目 录
关键词 ....................................................................1 第一章 绪论 .............................................................2 1.1 课题设计的目的和意义 ..............................................4 1.2 本设计所要完成的主要任务 ..........................................4 第二章 减速器的方案设计 ..................................................5 2.1 减速器的功用及分类 ................................................5 2.2 减速器方案的选择及传动方案的确定 .................................6
2.2.1 减速器方案的选择 ............................................7
2.2.2 行星减速器传动方案的选定 ....................................8
2.2.3 减速器传动比的分配 ..........................................8
2.2.4 传动比公式推导 ..............................................8 2.3 行星减速器齿轮配齿与计算 ..........................................9
2.3.1 行星排齿轮的配齿 ............................................9
2.3.2 行星齿轮模数计算与确定 .....................................10 2.4 啮合参数计算
.....................................................11 2.5 变位系数选取
.....................................................12 2.6 各行星齿轮几何尺寸计算 ...........................................13
2.6.1 第Ⅰ排行星齿轮的几何尺寸 ...................................13
2.6.2 第Ⅱ排行星轮的几何尺寸 .....................................16 2.7 各行星齿轮强度校核 ..............................................19
2.7.1 太阳轮和行星轮接触疲劳强度校核 .............................19
2.7.2 太阳轮和行星轮弯曲疲劳强度校核 .............................21
2.7.3 内齿轮材料选择 .............................................22 第三章 减速器结构的设计 .................................................23 3.1 齿轮轴的设计计算 .................................................23 3.2 传递连接 .........................................................24
2
3.3 轴承选用与校核与其他附件说明 .....................................24 3.3.1 轴承选用与校核 .............................................24 3.3.2 其他附件说明 ...............................................26 第四章 设计工作总结 .....................................................26 参考文献 .................................................................27 致
谢 ..................................................28 附
录 ..................................................29
摘 要
轮边减速器是传动系中最后一级减速增扭装置， 采用轮边减速器可满足在总传动比相同的条件下，使变速器、传动轴、主减速器、差速器、半轴等部件的载荷减少，尺
寸变小以及使驱动桥获得较大的离地间隙等优点，它被广泛应用于载重货车、大型客
车、越野汽车及其他一些大型工矿用车。因此对轮边减速器的研究，具有很重要的实
际意义和企业实用性。
在本论文研究中，主要开展了如下工作：
首先介绍了轮边减速器的原理， 并对行星式轮边减速器的特点、 传动类型及传动装置进行了阐述与分析。
其次根据轮边减速器的工作要求， 进行了传动设计计算， 确定其主要部件的参数并校核了齿轮的强度。
关键词 轮边减速器 ; 齿向误差 ; 校核强度
第 1 页
第一章 绪论
1.1 课题设计的目的和意义 汽车轮边减速器多以行星齿轮为主，世界上的一些发达国家，如日本、瑞典、俄罗斯和美国等，对行星齿轮传动的研究、生产和应用都十分重视，在传动性能、传递功率、结构优化、转矩等方面均处于领先地位。发展比较快且取得一定科研成果的是在行星齿轮传动动力学方面。近几年来，随着我国对制造业的扶持和资金的投入以及科学技术不断进步，机械科技人员经过不懈的努力以及技术引进和消化吸收，在行星齿轮理论研究和优化设计等方面取得了一定的研究成果，在行星齿轮传动非线性动力学模型和方程方面的研究是国内两个关于行星齿轮传动动力学的代表，他们的研究成果取得了一定的成就并把许多技术应用于实际当中。与此同时，现代优化设计理论也应用到行星齿轮传动技术中，根据不同的优化目标，通过建立轮边减速器行星齿轮数
第 2 页 学模型，产生了多种优化设计方法。在已经取得的成果中，有针对行星轮均载机构和 功率分流方面的优化设计，有针对行星齿轮传动啮合效率、结构性能、体积的多目标优化设计研究，有专门针对如重型汽车轮边减速器行星传动机构齿轮模态优化设计，有针对行星机构噪声、振动、固有频率特性研究，这些成果的研究有利于提高了工程技术人员对行星传动技术的认识。在新理论和新数学计算方法出现的同时，行星齿轮减速器的优化设计方法也随着更新，比较新的研究成果：有可靠性工程理论在优化设计中的应用，有遗传算法在行星齿轮优化设计中的应用，有模糊数学在行星齿轮优化设计中的应用，有可靠性工程理论在优化设计中的应用，基于可靠性工程的理论通过引入强度可靠性系数方程来进行优化设计。这些新的设计理论和新的设计方法将许多设计理论概念和研究成果应用到优化设计中，对行星齿轮传动优化设计理论研究的发 展有很大的贡献。
1.2
本设计所要完成的主要任务 1. 减速器的功用及分类； 2. 减速器方案的选择及传动方案的确定； 3. 行星减速器齿轮配齿与计算； 4. 减速器结构的设计； 5. 轴承选用与校核与其他附件说明； 6. 所有零、部件设计计算、绘制零、部件图。
第二章 减速器的方案设计 减速机构是本次设计的一个重要环节。减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置。减速器的主要功能是降低转速，增大扭矩，以便带动大扭矩的机械。由于其结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代工程机器中应用很广。
2.1
减速器的功用及分类 减速器的作用有以下几点：
① 增扭减速，降低发动机转速，增大扭矩； ② 变扭变速，工程机械作业时，牵引阻力变化范围大，而内燃机转速和扭矩的变化范围不大，即使用液力机械式传动，采用了液力变矩器也不能满足要求，因此必须
5
第 3 页 通过变换变速箱排档以改变传动系的传动比，改变工程机械的牵引力和运行速度，以 适应阻力的变化； ③ 实现空档，以利于发动机启动和发动机在不熄火的情况下停车。
减速器的分类按其传动结构特点可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器四大类。下面对以上四种减速器的特点及用途作简要说明：
① 圆柱齿轮减速器：当传动比在 8 以下时，可采用单级圆柱齿轮减速器，大于 8 时，最好选用两级（
i=8~40）和两级以上（ i>40）的减速器。两级和两级以上的圆柱齿轮 减 速 器 的 传 动 布 置 型 式 有 展 开 式 、 分 流 式 和 同 轴 式 等 到 数 种 。
它 是
图 2.1 圆柱齿轮减速器
Figure 2.1 cylindrical gear reducer
所有减速器中应用最广的，它传递功率的范围可从很小至 40000KW，圆周速度也可以 从很低至
60~70m/s，有的甚至于高达 140m/s。其结构如图
2.1 示 。
② 圆锥齿轮减速器：它用于输入轴和输出轴位置布置成相交的场合。因为圆锥齿轮常常是悬臂装在轴端的，且由于圆锥齿轮的精加工比较困难，允许的圆周速度又较 低，因此圆锥齿轮减速器的应用不如圆柱齿轮减速器那么广。其结构如图 2.2 示。
③ 蜗杆减速器：主要用于传动比较大（ i>10）的场合。当传动比较大时，其传动 结
图 2.2 圆锥齿轮减速器 图 2.3
蜗杆减速器
6
第 4 页 Figure 2.2
tapered gear reducer Figure 2.3
worm reducer
构紧凑，轮廓尺寸小。由于蜗杆传动效率较低，所以蜗杆减速器不宜在长期连续使用的动力传递中应用，其结构主要有蜗杆在上和蜗杆在下两种不同的形式。蜗杆圆周速度小于 4m/s 时最好采用蜗杆在下式，在啮合处能得到良好的润滑和冷却。但蜗杆圆周速度大于
4m/s 时，为避免搅油太甚， 发 热过多，最好采用蜗杆在上式。其结构如图 2.3 示。
④ 行星减速器：行星减速器的最大特点是传动效率高，传动比范围广，其图 2.4 行星减速器
①
查 表 14-1-
7 105 取弹性系数 Z E =189.8 N / mm2
。
7
第 5 页 8 1 c c t ② 确 定 K V
和 Z V
所 以 用 的 圆 周 速 度 用 相 对 于 行 星 架 的 圆 周 速 度 ：
1 d 1 n 1 (1 ) vx k 1
（2.13 ）
1000 60
式中：
n 1 为太阳轮的转速，为了方便计算初步用马达的输出转速 n m 来计算；
k 1 为特性参数，见前面部分计算。
将上述已知参数代入式（ 2.13 ）计算得 x 4.15 m / s 。
③查表 10- 2 8 确定使用系数 K A =2.00 ；查图 10- 8 取动载系数 K V =1.04 ；查表 10-
3 取齿间载荷分配系数 K H K H
=1.1 ，查表 10- 4 8 利用直插法齿向载荷分配系数
K H = K F =1.182 ，则计算载荷系数 K 为：
K K v K A K H K H （2.14 ）
= 2 1.04 1.1 1.182 2.7
④太阳轮传递的载荷 F t 的计算
太阳轮输入转矩为 T A1
=665.56 N M ，根据公式有太阳轮所传递的扭矩 T 1 为：
T T A1
k
C v
（2.15 ）
665.56 = 1.1 3 244.04 N M
式中：
k 为行星齿轮传动载荷不均匀系数，由表 14-5- 18 7 查取，
则太阳轮传递的载荷 F t
为：
F 2T 1
d 1
= 2 244.04 0.06 7156.32 N
（2.16）
8 8
第 6 页 9 FE 所以太阳轮接触应力 H 1 和之配对的行星轮的接触应力 H 2 为：
H 1 H 2 2.5Z E
kF t u
1 b 1 d 1
u （2.17）
= 2.5 189.8 2.7 7156.32 2.833 1 46 60 2.833
⑤ 许用接触应力计算 1321.5Mpa
本轮边减速器的设计工作时间为 10 年，每年按照 365 天计算，每天工作 8 小时，则工作应力循环次数 N 为：
N=60n L h （2.18）
=60 1470 1 10 365 8
2.6 10 次
式中：
n 为太阳轮转速，按照液压马达的输出转速计算：
j 齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数：
L h 为总工作时间，以小时计算。
由 图 10- 18 8 和 图 10- 19 查取寿命系数得：
K HN = K FN
=0.9，取接触疲劳强度安全
系数 S H
=1，弯曲疲劳强度安全系数 S F
=1.3，查图 10- 20
8 和图 10- 21 取齿轮的接触疲
劳极限 lim
=1500 N mm 2 ，弯曲疲劳强度极限 =750 N mm 2 。则太阳轮的许用接触
应力[ 1 ] 为：
[ 1 ]= K HN S H
lim （2.19）
= 0.9 1500 1 =1350MPa
经计算与太阳轮配对的行星轮，由图 10- 18 8 和 图 10- 19 查取寿命系数得；
K HN = K FN
=0.94.则由（ 4.19）式计算得其许用接触应力 [ 2 ]=1410 MPa 显然 [ 2 ]>[ 1 ] ，
9 8 8 8
第 7 页 7 故以[ 1 ] 值代入计算。
由上述计算得：
因为 H 1 =
H 2 <[ 1 ]，故满足接触疲劳强度要求。
2.7.2 太阳轮和行星轮弯曲疲劳强度校核
根据（ 1）中计算查取结果，太阳轮的许用弯曲强度 [
F 1 ] 为：
[ F 1 ]= K FN FE S F
（ 2.20）
由式（ 4.20）得与太阳轮配对的行星轮的许用弯曲强度 [ F 2 ]为：
[ F 2 ]= 0.94 750 1.3 MPa
由 图 14-1- 42 查取太阳轮齿形系数 Y Fa1 =2.57，行星轮齿形系数 Y Fa 2 =3.3。由图
7 14-1- 43 查取太阳轮应力修正系数 Y S
1 =1.63 ，行星轮应力修正系数 Y S
2 =1.46，它们
的计算载荷由公式：
K K v K A K H K H （2.21 ）
得 K =2.7，取行星齿轮宽为 36 mm。经计算 [
F 1 ]
123.95 MPa ， [
F 2 ]
112.56 MPa ， Y Fa 1 Y S
1 Y Fa
2 Y S
2
因为 [
F 1 ] > [ F 2 ]
，所以将后者代入计算。下面将弯曲强度进行检验：
Y Fa 1 Y S
1 Y Fa 2 Y S
2
KF t [ F ]
（2.22）
bm Y F
a Y
S
对于太阳轮：
KF t
bm
2.7 7156.32 = 46 5 84.01 MPa
满足弯曲强度条件。对于行星轮：
满足强度要求。
2.7.3 内齿轮材料选择
KF t bm
2.7 7156.32 = 36 5 107.34 MPa
下面根据接触疲劳强度计算来确定内齿轮材料，取最小安全系数 S H min =1 由公式：
10
第 8 页 K K K K 7 7 7 7 7 t F t u 1 A V H H
H
m
i n d 3 b u Z H
Z E Z Z (2.23) Z N
T Z L Z V Z R Z W Z X
式中：
Z H
为节点区域系数，查图 14-1- 17 取 Z H
=2.51；
Z E 为弹性系数，查表 14-1- 105 取弹性系数 Z E =189.8 N / mm2
；
Z 为重合度系数，查图 14-1- 19 取 Z =0.82；
Z 为螺旋角系数，查图 14-1- 20 取 1；
Z NT 为接触强度计算的寿命系数，查图 14-1- 26 取 Z NT =0.9；
Z L 为润滑剂系数，查图 14-1- 27 取 Z L =1；
7 Z V 为速度系数，...