乘騎式草坪割草機行星齒輪變速器的設(shè)計說明

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1、1 引言 1.1 行星齒輪研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀 從1880年行星齒輪傳動裝置在德國出現(xiàn)，經(jīng)由工業(yè)化、信息化和知識化時代，世界先進工業(yè)國在行星齒輪減速器設(shè)計上日趨完善，制造技術(shù)不斷進步，使行星齒輪傳動達到了較高的水平。當今世界各國減速器與齒輪技術(shù)正朝著六高、二低、二化方向發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率，二低即低聲低成本；二化即標準化、多樣化。減速器和齒輪的設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)化水平。我國從20世紀60年代開始研究行星齒輪傳動，如今也取得了不小的成績，但是與世界先進水平還是有很大的差距。 在現(xiàn)代，汽車、坦克、自行火炮

2、、工程機械和履帶車輛等機械傳動設(shè)備中已較廣泛地應用了行星齒輪傳動，其中，漸開線行星齒輪傳動是機械傳動最主要的傳動形式之一。行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有質(zhì)量小、體積小、效率高、傳動比大、噪聲小、可靠性高、壽命長、便于維修等優(yōu)點。它的最顯著的特點是：在傳遞動力時它可以進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置。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齒輪傳動裝置以與需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，它幾乎可適用于一切功

3、率和轉(zhuǎn)速圍，故目前行星傳動技術(shù)已成為世界各國機械傳動發(fā)展的重點之一。 1.2 行星齒輪傳動在草坪機械上的運用 隨著人們?nèi)找嬖鲩L的環(huán)保意識，城市綠地建設(shè)量與維護量也日益增加，于此同時草坪機械的需求量也就相應的與日俱增。我國草坪業(yè)發(fā)展勢頭良好，也可以說是在短時間從無到有，而且在全國大中城市迅猛發(fā)展。根據(jù)中國國家林業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國草坪機械需求量以每年將近40%的速度增長。草坪機械屬于傳統(tǒng)機械工業(yè)領(lǐng)域，是一類用于草坪維護、植保、修剪、施工的機械，草坪割草機又是其中的主流產(chǎn)品，占有大約80%的份額。割草勞動無疑是件枯燥、重復性較高的工作，為了減低勞動強度，減少勞動時間，提高割草機的割草效率，需要一些

4、舉措，如可以從機構(gòu)本身研究出發(fā)，包括割草機外型，割草機動力(手推，牲畜拉，燃料驅(qū)動，電動以與清潔能源—包括氫能源和太陽能等)，人體工作姿勢(行走手推，乘騎式等)，機械控制方式，傳動方式(單速，多級變速等)，來提高機械割草運動的效率，減輕勞動負擔。 從草坪割草機市場和使用者情況看，多為手扶式自行家用機，手扶式自行商用機在國使用者不多，其效率較高，體積小，2把或3把刀片橫并，因此刀片小，但在草坪質(zhì)量不高的情況下，該機型適應能力欠佳。乘騎式草坪割草機在我國尚沒普與，該機多用于足球場、高爾夫球場和大面積公園綠地，該機型效率高、作業(yè)質(zhì)量好，工作平穩(wěn)，操作者基本上無勞動傷害，但相對價格高使用成本高

5、，然而此機型仍是有潛力和發(fā)展前途的機型。 圖1 乘騎式草坪割草機 乘騎式草坪割草機變速離合器部變速裝置采用了行星齒輪變速器，也正是利用了行星齒輪傳動的優(yōu)點，從而在修剪草坪時可以像汽車一樣實現(xiàn)多檔的變速，這樣就大大提高了勞動效率和草坪的修剪質(zhì)量。 1.3 行星齒輪變速器工作原理 行星齒輪變速器具有體較小、結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、變速大等優(yōu)點，應用廣泛。其由行星齒輪機構(gòu)和換檔執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。行星齒輪機構(gòu)的作用是改變傳動比和傳動方向，即構(gòu)成不同的檔位。換擋機構(gòu)的作用是實現(xiàn)擋位的變換。 1．3．1行星齒輪機構(gòu) 行星齒輪機構(gòu)是由太陽輪與均勻分布在太陽輪周圍的幾個行星輪以與與行星輪相嚙合的

6、齒圈組成的，而幾個行星輪又都同時安裝在一個公用的行星架上。如圖所示為一個單級行星排的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2 在一個自動變速器，行星排的多少取決于自動變速器檔位的多少。自動變速器就靠這些行星排中的原件不同組合來實現(xiàn)不同的檔位的輸出。 從圖中可知，太陽輪與行星輪屬于外嚙合，兩輪的旋轉(zhuǎn)方向是相反的；行星輪與齒圈的嚙合屬于嚙合，行星輪與齒圈的旋轉(zhuǎn)方向是一樣的。通過離合器，制動器和單向離合器將各元件進行不同的連接、鎖止的組合，可得到自動變速器不同的傳動比。 1.3.2 行星齒輪傳動類型 只要將行星齒輪機構(gòu)中的太陽輪、齒圈和行星架三者之間以不同的方式組合，便可得到各種傳動比，這是采

7、用行星齒輪機構(gòu)的變速器能實現(xiàn)自動變速的根本所在，這種速比的計算公式是根據(jù)行星齒輪機構(gòu)轉(zhuǎn)矩關(guān)系推導出來的。單排行星齒輪機構(gòu)一般運動規(guī)律的特性方程： n1+α·n2-(1+α)·n3=0 式(1-1) 式中，n1是太陽輪的轉(zhuǎn)數(shù)；n2是齒圈的轉(zhuǎn)數(shù)；n3行星架的轉(zhuǎn)數(shù)；α是齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比。 太陽輪、齒圈和行星架三者具有同一旋轉(zhuǎn)軸線。由式可以看出，將三者中的任一構(gòu)件與主動軸相連（作為輸入主動件），第二構(gòu)件與被動軸相連（作為輸出從構(gòu)件），再加上第三個條件---第三構(gòu)件被強制固定（稱為制動，即該構(gòu)件轉(zhuǎn)速為零），或使其運動受一定的約束（即該構(gòu)件的轉(zhuǎn)

8、速為某一定值），則整個輪系就以一定的傳動比傳遞動力，實現(xiàn)不同檔位速度變化。 1． 減速傳動 （1）齒圈制動，太陽輪輸入，行星架輸出。當輸入軸驅(qū)動太陽輪以順時針方（由前往后看）旋轉(zhuǎn)時，會引起各行星輪分別繞各自的行星輪軸做逆時針旋轉(zhuǎn)，這使與行星輪嚙合的齒圈必須轉(zhuǎn)動，由于它也被強制制動，于是行星輪必須沿齒圈按順時針方向滾動，即繞太陽輪公轉(zhuǎn)。此時，行星架也將繞太陽輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向于太陽輪轉(zhuǎn)向一樣，但轉(zhuǎn)速要比太陽輪慢得多。至于是什么樣的傳動比，這要取決于齒輪的尺寸和齒數(shù)。 此時式中n2=0，故傳動比 i13＝n1/n3＝1＋α 式(1-2)

9、若是齒數(shù)確定的行星機構(gòu)，可按此計算公式進行計算，此時轉(zhuǎn)速只有輸入的 ，即得到一種減速傳動。 （2）太陽輪制動，齒圈輸入，行星架輸出。在這種情況下，齒圈順時針旋轉(zhuǎn)，引起各行星輪在各自的軸上做順時針旋轉(zhuǎn)。同時，它們還將沿太陽輪按順時針方向滾動。行星架與齒圈按一樣的方向旋轉(zhuǎn)。這種組合方案也得到一種減速運動，但其扭矩的增加和轉(zhuǎn)速的降低，均比上一種方案要少。 此時式中n1=0，故傳動比 i23＝n2/n3＝(1＋α)/α 式(1-3) 2． 超速傳動 （1）太陽輪制動，行星架輸入，齒圈輸出。行星輪按順時針方向沿太陽輪滾動，引起各行星輪在各自的

10、行星輪軸上順時針旋轉(zhuǎn)，是齒圈與輸入軸同鄉(xiāng)旋轉(zhuǎn)。此種組合方案使輸出軸轉(zhuǎn)速高于輸入軸，為超速傳動。 此時式中n1=0，故傳動比 i32＝n3/n2＝ α/(1＋α) 式(1-4) （2）齒圈制動，行星架輸入，太陽輪輸出。行星輪按順時針方向沿齒圈滾動，引起各行星輪分別在各自行星輪軸上逆時針旋轉(zhuǎn)，使太陽輪與輸入軸同向旋轉(zhuǎn)。此種方案為超速傳動。 此時式中n2=0，故傳動比 i31＝n3/n1＝ 1 /(1＋α) 式(1-5) 3． 倒檔 （1）行星架制動，太陽輪輸入，齒圈輸出。行星架被制動，各行星輪只有自轉(zhuǎn)而無

11、公轉(zhuǎn)。此時它們作為惰輪工作，使齒圈與太陽輪反向旋轉(zhuǎn)。此種方案得到減速傳動，且輸出軸旋轉(zhuǎn)方向與輸入軸相反，故為倒擋。 此時式中n3=0，故傳動比 i12＝n1/n2＝－α 式(1-5) （2）行星架制動，齒圈輸入，太陽輪輸出。很容易看出太陽輪與齒圈反向旋轉(zhuǎn)，此種方案為倒檔升速。 此時式中n3=0，故傳動比 4． 直接檔傳動 若使式中n1=n2，則n3=n1=n2，或n2=n3時，同樣可得n1=n2=n3，故太陽輪、行星架和齒圈三者中，有任意兩個構(gòu)件被連接成一體時，各齒輪間均無相對運動，整個行星輪機構(gòu)將成為一個整體而旋轉(zhuǎn)，此時為直

12、接檔傳動。 5． 空檔 如果太陽輪、行星架和齒圈三者中，無任何一個構(gòu)件被制動，也無任何兩個 構(gòu)件被連成一體，各構(gòu)件將可做自由轉(zhuǎn)動（空檔）不受任何約束；當輸入軸轉(zhuǎn)動時，輸出軸可以不動，在這種組合方案下，行星輪機構(gòu)將不傳遞動力，得到空檔。 單排行星輪機構(gòu)的速比圍有限，往往不能滿足現(xiàn)實中的實際要求，在實際應用中的行星齒輪變速器中，都是由幾個單排的行星輪機構(gòu)和幾組離合器組成的。借助離合器操縱，用不同行星輪機構(gòu)的組合來獲得不同的檔位速比，使得實際行星齒輪變速器的結(jié)構(gòu)比上述單排行星輪機構(gòu)復雜得多，其形式也可以是多種多樣的，但其工作原理仍與單排行星輪機構(gòu)一樣。其傳動比可根據(jù)單排行星輪機構(gòu)特性方

13、程式推到出來。 1.3.3 換檔執(zhí)行元件 行星齒輪變速器的換檔執(zhí)行機構(gòu)和傳統(tǒng)的手動齒輪變速器不同。行星齒輪變速器中所有的齒輪都是處于常嚙合狀態(tài)，它的檔位變換不是通過移動齒輪進入嚙合或脫離嚙合進行的，而是通過不同的方式對行星齒輪機構(gòu)的基本原件進行約束來實現(xiàn)的。通過選擇適當?shù)谋患s束的基本元件和約束方式，可以使該機構(gòu)具有不同的傳動比，從而組成不同的檔位。 行星齒輪變速器的換檔執(zhí)行機構(gòu)元件主要有離合器、制動器、和單向離合器三種，其基本作用是連接、固定或鎖止。所謂連接是指將行星齒輪變速器的輸入軸與行星排中的某個基本原件連接以傳遞動力，或?qū)⑶耙粋€行星排中的某一個基本元件與后一個行星排中的某一個基本元

14、件連接以約束這兩個基本元件的運動；所謂固定是指將行星排的某一個基本元件與自動變速器的殼體連接，使元件被固定而不能旋轉(zhuǎn)；所謂鎖止是指把某個行星排的三個基本元件中的兩個連接在一起，從而將該行星排鎖止，使其三個基本元件以一樣的轉(zhuǎn)速一同旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生直接傳動。換擋執(zhí)行原件通過一定的規(guī)律對行星齒輪機構(gòu)的某些元件進行連接、固定或鎖止，使行星齒輪機構(gòu)獲得不同的傳動比，從而實現(xiàn)各檔位的變換。 2 行星齒輪變速箱方案設(shè)計 根據(jù)乘騎式草坪割草機的一些技術(shù)要求，對行星齒輪變速器進行系統(tǒng)設(shè)計，拿出方案后，后續(xù)的工作就可以繼續(xù)了。 2.1 傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 此處省略?NNNNNN

15、NNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等.請聯(lián)系?扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯 表2.1 各檔預計傳動比 檔位 F W B N P 傳動比 5 20 -20 / / 這款乘騎式草坪割草機有五個檔，但實際確切的傳動比只有三個，W檔和B檔的傳動比都比較大。鑒于此，整個系統(tǒng)由變速部分和主減速器構(gòu)成，變速部分主要起變速作用，主減速器主要起減速作用。原理方案結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。 輸入軸 變速部分 主減速器 輸出軸 圖2.1 原理方案結(jié)構(gòu)圖 除去空檔和制動檔還有三個檔，檔數(shù)不

16、多，故變速部分選擇二自由度變速箱，并且希望能夠通過閉鎖離合器與主減速器共同作用以實現(xiàn)前進檔，這樣能夠減少變速部分行星排數(shù)，具體見下面的容。由于NGW型行星齒輪傳動是目前動力傳動中應用最多、傳遞功率最大的一種行星傳動，所以系統(tǒng)中所有的行星排均取為NGW型。 2.2 組合設(shè)計法原理 行星齒輪變速器的設(shè)計是一件復雜而困難的工作，通過對由兩個單排2K-H型差動輪系構(gòu)成的復合輪系進行分析，從中找出幾個符合乘騎式草坪割草機傳動比圍的輪系，并配以制動器，構(gòu)成傳動方案簡圖，將這些簡圖和對應的傳動比公式與傳動比變化圍列入表中。設(shè)計時，只需根據(jù)變速器所需的傳動比數(shù)值，從表中選出適合的方案簡圖進行組合，就可以得

17、到行星齒輪變速器的總體傳動方案和機構(gòu)簡圖，同時，聯(lián)立求解由表中查得的傳動比公式，各輪系齒輪的齒數(shù)也能迅速計算出來。 行星齒輪傳動類型和傳動比在前面的行星齒輪變速器原理有詳細的討論，因此在這里就不一一再詳細的解釋了。 圖2.2 單行星排和行星排簡圖 圖2.2 a為單排2K-H型差動輪系（單行星排），可用圖2.2 b所示簡圖表示，用黑圓點表示基本構(gòu)件，a為太陽輪、b為齒圈、H為行星架。3個基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)速應滿足下式 式（2-1） 式中，齒數(shù)比，又稱特性系數(shù)，為縮小結(jié)構(gòu)尺寸和保證安裝，通常取k=4／3～4。 由 可得下式 式（2-2）

18、 將式（2-2）兩端同乘以、后可得 式（2-3） 式（2-4） 式（2-3）～式（2-4）反映了3個基本構(gòu)件之間的速比關(guān)系，用來推導行星齒輪傳動比公式十分簡便。 兩個單行星排通過兩個基本構(gòu)件聯(lián)接，有12種固聯(lián)方案，圖2.2的c～e為其中的3中。每種固聯(lián)方案改變輸入輸出構(gòu)件與制動構(gòu)件，又可得4個或8個雙排傳動方案，推導出每個方案的傳動比公式，并代入k值，再根據(jù)傳動比數(shù)值，容易從中挑選出適合變速器的傳動方案。 圖2.2e中，行

19、星架H1與H2、輪b1與b2固聯(lián)，輪a1為輸入構(gòu)件，H2為輸出構(gòu)件?，F(xiàn)以此傳動簡圖為例，介紹其傳動比推導方法。 當制動器B2松開，B1結(jié)合時，輪系1為行星輪系，其傳動比公式為 式(2-5) 當B1松開，B2結(jié)合時，輪系1被輪系2封閉，構(gòu)成封閉式輪系，其傳動比公式推導如下 （1）由固聯(lián)關(guān)系得，、，即 式(2-6) （2）按式（2-4）對行星排1可寫出下式 式(2-7) （3）將式（2-6）代入上式，可得傳動比公式

20、 式(2-8) 若給定k=2～3（使結(jié)構(gòu)經(jīng)湊），以前進檔i=0.6～10和倒檔-2～-10為限,經(jīng)篩選，有15個雙排傳動方案合適作變速器。 表2.2僅列出5個雙排和4個單排傳動方案簡圖，以方便組合設(shè)計與齒數(shù)計算。 表2.2 行星排的適用簡圖與傳動比 序號 行星排適用簡圖 制動器結(jié)合時的傳動比式與 傳動比數(shù)值圍（k=2～3） 1 B1結(jié)合 B2結(jié)合 B3結(jié)合 B4結(jié)合 2 B1結(jié)合 B2結(jié)合 3 B1結(jié)合 B2結(jié)合 4 B1結(jié)合 B2結(jié)合 5 B1結(jié)合

21、B2結(jié)合 6 B1結(jié)合 B2結(jié)合 2.3 傳動方案設(shè)計 行星輪系的類型很多，在一樣的速比和載荷條件下，采用不同的類型可以使輪系的外廓尺寸、重量和效率相差很多，因此在設(shè)計行星齒輪傳動方案時，應重視輪系類型的選擇。選擇輪系的類型時，首先是要考慮能否滿足傳動比的要求，其次還要考慮功率好效率的問題。 這里，根據(jù)組合設(shè)計法原理來確定變速器部的行星齒輪傳動簡圖，又由原理方案結(jié)構(gòu)圖知，變速系統(tǒng)部有變速部分和主減速兩部分組成，涉與到兩個傳動比，一個是變速部分的傳動比i1，另外一個是主減速器傳動比i2（i2為常數(shù)），總傳動比為i,則有 ×

22、經(jīng)計算，各檔公稱傳動比取值如下表2.3所示。 表2.3 各檔公稱傳動比 檔位 F W B 1 3.9 -4.2 5.2 5.2 5.2 5.2 20.28 -21.84 分析表可得，實際傳動比不為1的不同傳動比有兩個，即需要兩個行星排，再加上主減速器，一共是三個行星排，理論上有12種方案，然后根據(jù)以下限制條件加以優(yōu)選。 條件：（1）為使結(jié)構(gòu)緊湊，行星排的K值應在1.33～4之間，且最好能互相接近。 （2）（n+2）個構(gòu)件要完全包括在所選定的方程組中。 （3）提供直接檔的閉鎖離合器應裝在相對速度較大的兩機

23、件之間。 （4）離合器接合的兩元件應靠近。 （5）不能將制動器包在機構(gòu)部。 再根據(jù)乘騎式草坪割草機的技術(shù)要求和行駛速度要球，計算的出的傳動比根據(jù)表2.2中列出的方案進行組合設(shè)計，因為還要求可以實現(xiàn)倒檔，所以我們選擇方案5和一個單行星排組合，最終得到以下的傳動簡圖。 1: 行星排1； 2：行星排2； 3：行星排3 圖2.3 傳動方案簡圖 表2.4 變速器換擋結(jié)合元件 檔位 C1 C2 B1 B2 B3 F 1 1 0 0 0 B 1 0 0 1 0 W 1 0 1 0 O N 0 0 1

24、 0 0 P 0 0 0 0 1 在表2.4中C代表離合器，B代表制動器，從左到右，第一個離合器為C1,第二個為C2，制動器也是如此標記。1表示元件工作，即離合器接合元件，制動器制動元件，0表示不工作。下面對前進檔（F檔），工作檔（W）和倒檔（B）進行簡單地說明。 當乘騎式草坪割草機掛到前進檔時，離合器C1接通，使動力傳入變速箱，離合器C2接通時，輸入軸與行星排1的齒圈就接合了，使得變速部分的傳動比為1，即為直接檔，從而乘騎式草坪割草機快速前進。當乘騎式草坪割草機掛到工作檔（W檔）時，離合器C1接通，使動力傳入變速箱，制動器制動行星排1的齒圈，由于行星排1

25、和行星排2的行星架固聯(lián)在一起，又與行星排3共同作用，從而可以得到較大的傳動比，實現(xiàn)乘騎式草坪割草機邊慢速前進邊割草。當乘騎式草坪割草機掛到倒檔時，離合器C1接通，使動力傳入變速箱，制動器制動行星排1和行星排2的行星架，因此得到負的傳動比，可以實現(xiàn)倒檔。 2.4 行星齒輪齒數(shù)確定 行星齒輪傳動具有自身許多特點，其各齒輪齒數(shù)的確定也受許多條件的制約。在行星輪系中，各輪齒數(shù)的選配需盡可能近似地實現(xiàn)給定的傳動比，滿足同心條件，因為要行星輪系能正常運轉(zhuǎn)，其基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線必須在同一直線上，此即同心條件。同時為使行星輪能均布地裝配，行星輪的個數(shù)與各輪齒數(shù)之間必須滿足一定的關(guān)系，否則將會因行星輪與太陽

26、輪輪齒的干涉而不能裝配，此即應滿足均布條件。這里我根據(jù)行星排的K值以與傳動比公式進行了計算。 另外，所選用的齒輪全都是標準漸開線圓柱直齒輪，因為其傳動的速度和功率圍很大，傳動效率又高，對中心距地敏感性小，裝配和維修比較方便，可以進行變位切削與各種修形、修緣，以適應提高傳動質(zhì)量的要求，而且也易于精確加工，但是由于其結(jié)構(gòu)緊湊，僅適用于近距離傳動，制造成本也較高，有些還制造工藝復雜，沒有過載保護作用。三個行星排行星輪數(shù)np均取為3。具體數(shù)據(jù)如下表2.5所示。 表2.5 齒輪基本參數(shù) 排號 太陽輪 行星輪 齒圈 np 備注 1 20 19 58 3 40Cr，標準漸開線圓柱

27、直齒輪，表面淬火，硬齒面表面硬度HRC48～55, 7級精度 2 47 19 85 3 3 23 37 97 3 根據(jù)上表便可以得到實際傳動比與乘騎式草坪割草機的行駛速度（按發(fā)動機額定輸出計算），具體情況如下表2.6所示。 表2.6 各檔實際傳動比與行駛速度 檔位 F W N P B 傳動比 5.2 20.28 / / -21.84 行駛速度() 30.36 7.79 / / -7.23 3 行星齒輪傳動優(yōu)化設(shè)計 3.1 行星輪系的均載裝置 行星輪系的特點之一是可采用多個行星輪來分擔

28、載荷。但實際上，由于制造和裝配的誤差，往往會出現(xiàn)各行星輪受力極不均勻的現(xiàn)象。為了降低載荷分配不均現(xiàn)象，常把行星輪系中的某些構(gòu)件做成可以浮動的，如各行星輪受力不均勻，由于這些構(gòu)件的浮動，可減輕載荷分布不均現(xiàn)象，此即均載裝置。 均載裝置的類型很多，有使行星輪浮動的，有使行星架浮動的，也有使幾個構(gòu)件同時浮動的。如下圖3.1所示為采用彈性元件而使太陽輪浮動的均載裝置。 圖 3.1 3.2 行星齒輪動力學分析 行星輪系可以看作是由定軸輪系轉(zhuǎn)化而來的，它們之間的根本差別在于前者中有轉(zhuǎn)動的行星架，故其傳動比不能直接按定軸輪系的傳動比的求法來計算。以行星排為例來看，可把太陽輪、齒圈、行星輪都看作是

29、支承在行星架上的齒輪，當行星架固定不動時為定軸輪系，當行星架以太陽輪軸線為中心旋轉(zhuǎn)起來就成了行星輪系。因此，行星排的運作可以看作是兩部分運動的合成：行星架帶著其上各齒輪（包括太陽輪和齒圈）以行星架轉(zhuǎn)速作整體運動，這是牽連運動。牽連運動中各齒輪不產(chǎn)生嚙合運動；相互嚙合的齒輪相對行星架作嚙合運動，這是相對運動。根據(jù)相對運動原理，我們把行星輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系。這種轉(zhuǎn)化所得的假想的定軸輪系，稱為原周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)。 下面來討論行星排扭矩。單對嚙合的齒輪傳遞的扭矩，是總傳遞扭矩的，而太陽輪行星架以與齒圈在不考慮自重和摩擦的情況下都只受扭矩，且行星齒輪對行星輪軸的轉(zhuǎn)矩為零。經(jīng)過簡單分析，可以發(fā)現(xiàn)

30、由于傳動比較大，在同等條件下，各齒輪受力都是處于工作檔較大，故一下數(shù)據(jù)都是乘騎式草坪割草機處于工作檔的情況，應力循環(huán)系數(shù)按10年，每年300天，每天8小時考慮行星架轉(zhuǎn)速后計算而得，而且為了簡化計算，并未考慮重力、摩擦力以與傳動效率的影響。不計傳動效率影響是偏于安全的。軸的標記也是從左到右依次為軸0軸1直到輸出軸軸2，軸2與第三行星排行星架做成一體，而且軸0與軸1之間有齒式聯(lián)軸器。軸0傳遞的扭矩這一參數(shù)考慮了其受力情況，所以填入的并非是輸入扭矩，這樣方便在估算直徑的時候計算。 根據(jù)公式 ，Pd---電動機功率（w），nm---電動機的滿載轉(zhuǎn)速（）。得到輸入轉(zhuǎn)矩為。 排號 a輪應力循環(huán)次數(shù)

31、 b輪應力循環(huán)次數(shù) c輪應力循環(huán)次數(shù) 1 1010 2 1010 1010 3 表3.1 3.3 行星齒輪幾何規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計 幾何規(guī)劃的特征是：工程優(yōu)化問題的目標函數(shù)和約束函數(shù)是由廣義多項式構(gòu)成，利用對偶性原理將問題轉(zhuǎn)化為具有線性約束的最優(yōu)化問題來求解，使計算大大簡化。同時，利用幾何規(guī)劃的對偶關(guān)系，獲得有關(guān)問題的許多重要信息，有助于深入認識和理解問題的一些特征和本質(zhì)。 幾何規(guī)劃的數(shù)學基礎(chǔ)是幾何不等式定理。以齒輪體積為目標的優(yōu)化數(shù)學模型即屬于正向幾何規(guī)劃，整個優(yōu)化過程如下圖3.2所示。 選擇各項權(quán)數(shù)，按輪齒承載能力計算公式，建立優(yōu)化數(shù)學模型

32、構(gòu)造優(yōu)化模型的對偶規(guī)劃 按非負性條件、規(guī)性條件以與正交性條件求解對偶規(guī)劃 將對偶規(guī)劃的求解結(jié)果回代至優(yōu)化模型，從而得到最優(yōu)解 圖3.2 優(yōu)化過程流程圖 另外，在一般條件下，NGW型行星齒輪傳動，其承載能力主要取決于外嚙合，所以我首先根據(jù)外嚙合的強度（彎曲強度和接觸強度）建立優(yōu)化模型，對行星排中嚙合只做校核，如不滿足再做變更。 3.4 行星排傳動齒輪模數(shù)的優(yōu)化設(shè)計 3.4.1 排1a-c 傳動優(yōu)化設(shè)計 變量有兩個：模數(shù)m和齒寬系數(shù)，令m=x1，=x2，X=,先按抗彎強度設(shè)計,參數(shù)如下： T=18600，預取K=1.3,S=1.5 小齒輪z=19YFa=2.

33、85 YSa=1.54 應力循環(huán)次數(shù) 大齒輪 z=19YFa=2.33 YSa=1.71 應力循環(huán)次數(shù) 代入大者 數(shù)學模型： 對偶規(guī)劃： 其中 回代入原優(yōu)化模型 優(yōu)化結(jié)果：x1=1.068,x2=1 結(jié)果修正： 圓整為標準值：取m=2.5 3.4.2 排2a-c傳動優(yōu)化設(shè)計 變量有兩個：模數(shù)m和齒寬系數(shù)，令m=x1，=x2，X= T=32410，預取K=1.3,S=1.5 按抗彎強度設(shè)計 按接觸強度設(shè)計 數(shù)學模型： 優(yōu)化結(jié)果：x1=1.472,x2=1 結(jié)果修正： 圓整為標準值：取m=3

34、3.4.3 排3a-c傳動優(yōu)化設(shè)計 變量有兩個：模數(shù)m和齒寬系數(shù)，令m=x1，=x2，X= T=264800，預取K=1.3,S=1.5 按抗彎強度設(shè)計 按接觸強度設(shè)計 數(shù)學模型： 優(yōu)化結(jié)果：x1=2.048,x2=1 結(jié)果修正： 圓整為標準值：取m=3 3.5 齒輪強度校核 齒輪材料一樣，力學性能也一樣，均為。 3.5.1 排1a-c傳動校核 m=2.5 b=57 KA=1.75 計算的小齒輪圓周速度 另外 取S=1.5，代入齒輪彎曲強度校核公式 右邊=2.1

35、mz1=57 安全 3.5.2 排1b-c傳動校核 m=3 b=57 KA=1.75 計算的小齒輪圓周速度 另外 取S=1.5，代入齒輪彎曲強度校核公式 右邊=1.6

36、 計算的小齒輪圓周速度 另外 取S=1.5，代入齒輪彎曲強度校核公式 右邊=2.1

37、m=3 安全 取S=1，代入齒輪接觸強度校核公式 右邊=61.3

38、，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠； 2. 結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高； 3. 接合元件耐磨性好，使用壽命長，散熱條件好； 4. 操縱方便，制造容易，調(diào)整維修方便。 因此綜上，這里選用的是搏信機電公式的HLW20液2操作多盤離合器，其所允許的最大動態(tài)扭矩為200N·m，最大轉(zhuǎn)速3800，完全可以滿足使用要求。 4.2 制動器的選用 制動器的作用是降低機械運轉(zhuǎn)速度，或停止運動的裝置。選用制動器，首先應在標準制動器中根據(jù)以下因素進行選擇。 1. 制動器的應用場合，配套主機的性能和條件。 2. 充分重視制動器的重要性，制動力矩必須要有足夠的

39、儲備，即保證一定的安全系數(shù)。 3. 考慮安裝條件，即制動器安裝空間的大小。 4. 高速軸與低速軸。制動器通常安裝在傳動系統(tǒng)的高速軸上，此時，需要的制動力矩小，制動器體積小，質(zhì)量輕，但安全可靠性相對較低。如安裝在低速軸上，則比較安全可靠，但轉(zhuǎn)動慣量較大，所需的制動力矩較大，制動器的體積和質(zhì)量也相對較大。安全制動器通常安裝在低速軸上。 5. 配套主機的使用壞境、工作和保養(yǎng)條件。 因此綜上考慮，和受尺寸的限制，這里選用的是堂瑩的DFB-10型空壓制動器，每次制動器由左右對稱放置的兩個制動器同時完成，這樣保證了系統(tǒng)尺寸的不加大，制動盤受力也更好些。 4.3 齒式聯(lián)軸器的選用 聯(lián)軸器是用

40、來連接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別為主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。 聯(lián)軸器品種、型式、規(guī)格很多，在正確理解品種、型式、規(guī)格各自概念的基礎(chǔ)上，根據(jù)傳動系統(tǒng)的需要來選擇聯(lián)軸器，首先從已經(jīng)制訂為標準的聯(lián)軸器中選擇，目前我國制訂為國標和行標的有十幾種，這些標準聯(lián)軸器絕大多數(shù)是通用聯(lián)軸器，每一種聯(lián)軸器都有各自的特點和適用圍，基本能夠滿足多種工況的需要。 名義傳遞扭矩T=114.2 N·m,取工作系數(shù)KA=2.4,則計算力矩Tca

41、=KAT=274.08 N·m,綜合考慮選用TGLA型齒式聯(lián)軸器，具體型號為TGLA9,轉(zhuǎn)矩、允許轉(zhuǎn)速等均滿足要求，總寬度為124mm，其中半聯(lián)軸器寬度60mm，中間間隙為4mm，聯(lián)軸器最大外徑140mm。 4.4 軸徑估算 軸是組成與其的重要零件之一，其功用主要是支承回轉(zhuǎn)零件與傳遞運動和動力，因此大多數(shù)軸都要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用。該變速箱中共有4個軸：軸0、軸1、軸2和輸出軸軸b，材料均采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，用于載荷較大而無很大沖擊的重要軸。 4.4.1 軸0 軸徑估算公式：（或）這里用后一個公式，取 ， ，考慮鍵槽的影響，擴大7﹪，取dmin=21mm。 4.4.

42、2 軸1 用公式 ，代入P=12.625kw，n=288.6，取A0=106mm，考慮鍵槽的影響，擴大10％，，取dmin=31mm。 4.4.3軸2 用公式 ，代入P=12.625kw，n=74，取A0=106mm，考慮鍵槽的影響，擴大3％，取dmin=45mm。 因為行星齒輪傳動由多個行星輪共同作用，所以軸都只受扭矩，最終的軸的尺寸都是在估算的基礎(chǔ)上加大后取的，故沒有校核的必要了。 4.5 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 以下主要以各零件的三維視圖來形象的表示其結(jié)構(gòu)，主要有齒輪和軸的結(jié)構(gòu)圖。其中齒輪包括各行星排中的太陽輪和行星輪。 太陽輪a1 行星輪c1

43、 太陽輪a2 行星輪c2 太陽輪a3 行星輪c3 軸0 軸1 軸2 結(jié) 論 本次畢業(yè)設(shè)計讓我系統(tǒng)地鞏固了大學四年的學習課程，通過畢業(yè)設(shè)計使我更加了解到行星齒輪傳動在實際工程傳動和變速機構(gòu)中的重要地位。 通過畢業(yè)設(shè)計，我系統(tǒng)地鞏固了《機械設(shè)計基礎(chǔ)》、《機械制圖》、《機械制造基礎(chǔ)》、《互換性與技術(shù)測量》以與《行星齒輪機構(gòu)設(shè)計》等許多課程。從最初傳動方案的確定到最終總的裝配圖的繪制，在導師的帶領(lǐng)和指導下，每一個環(huán)節(jié)我都付出了自己辛勤的汗水。 在這次畢業(yè)設(shè)計中，通過參考、查閱各種有關(guān)行星齒輪傳動和變速器方面的資料，特別是行星齒輪在

44、變速器實際應用問題中遇到的具體問題，使我在這短暫的時間里，對行星齒輪傳動有了一個更為深刻的理解。使我對行星齒輪變速器設(shè)計的整個過程，主要零件的設(shè)計，主要工藝參數(shù)的計算和選擇，變速器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與零部件的設(shè)計等都有了進一步的理解和掌握。行星齒輪傳動在當今工程機械中運用得十分廣泛，掌握行星齒輪傳動原理和設(shè)計方法，對我們以后得工作和發(fā)展都有著十分重要的。 致 畢業(yè)設(shè)計是對我們大學四年所學知識運用能力的一次全面綜合考核，也是對我們進行科學研究基本功的訓練，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學術(shù)論文和工作打

45、下良好基礎(chǔ)。 本次畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成，首先我要衷心感我的導師祖莉老師，從一開始的前期工作到最后的順利定稿，從一開始課題的理論研究，到最終方案的確定都凝結(jié)著祖莉老師辛勤的汗水，也正是在老師悉心的指導下和不斷地提出新的問題，方能使我的畢業(yè)設(shè)計課題能夠更深入得進行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做出許多有益的思考。在此表示誠摯的感和由衷的敬意。 其次我要感我的同學石夢喆，他在我后期的繪圖過程中給了我很大的幫助，是他一次次跟我討論和分析，使我對整個變速箱的結(jié)構(gòu)和工作原理有了更為深刻的理解。還要感在圖書館工作的同學，感他每次幫我指引找到我所需要的參考文獻。 最后我要感我所有的組

46、員，我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計，也有他們的的共同協(xié)助。還要感在畢業(yè)設(shè)計過程中所有對我有過幫助的朋友們，以與我的室友和家人，他們在我的畢業(yè)設(shè)計過程中給予了極關(guān)心和幫助！大家！ 參 考 文 獻 [1] 王華坤，元勛. 機械設(shè)計基礎(chǔ)（Ⅰ）[M]. ：兵器工業(yè)，2001.6. [2] 王華坤，元勛. 機械設(shè)計基礎(chǔ)（Ⅱ）[M]. ：兵器工業(yè)，2001.6. [3] 徐灝. 機械設(shè)計手冊（第3冊）[M]. ：機械工業(yè)，1991. [4] 徐灝. 機械設(shè)計手冊（第4冊）[M]. ：機械工業(yè)，1991. [5] 王忠茂. 減速器實用技術(shù)手冊[M].：機械工業(yè)，19

47、92.5. [6] 展. 減速器設(shè)計選用手冊[M].科學技術(shù)，2002. [7] 機械工程標準手冊《機械工程標準手冊》編委會編中國標準 2003. [8] 饒振鋼. 行星傳動機構(gòu)設(shè)計[M].：國防工業(yè)，1994.6. [9] 羅腫佑. 行星齒輪機構(gòu)[M].:高等教育，1984. [10] 云海. 行星擺線齒輪銑刀與滾刀的設(shè)計[M].:機械工業(yè)，1983. [11] 王旭, 王積森. 機械設(shè)計課程設(shè)計[M].:機械工業(yè)，2003. [12] 孔恒，作模. 機械原理[M]. ：高等教育，2001. [13] 實如,段欽華. 二自由度行星齒輪變速器的組合設(shè)計法[J]. 大學學報（自然

48、門科學版）,2006，25(3). [14] 王旭,付亞平. 行星齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計[J]. 煤礦機械，2006，27(2). [15]雷.商用乘騎式草坪割草車刀盤流場與動力特性的研究[D]. ：理工大學，2009.5. [16] 段欽華. 行星齒輪變速器傳動方案的設(shè)計方法研究[J]. 機械傳動，2007，31(1). [17] 梅飛龍. 乘騎式草坪割草機行星齒輪變速器設(shè)計[D]. ：理工大 學,2007.5. [17] 凱捷，樸奇煥. 草坪割草機的檢測分析和技術(shù)參數(shù)的設(shè)計和選擇[J]. 林業(yè)機械與土木設(shè)備，2002，30(4). [18] 饒振鋼. 行星齒輪變速箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)與

49、傳動比計算[J]. 江機械制造與自動化，2001，(2). 34 / 34 目 次 1 引言1 1.1 行星齒輪研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀1 1.2 行星齒輪傳動在草坪機械上的運用1 1.3 行星齒輪變速器工作原理3 2 行星齒輪變速箱方案設(shè)計7 2.1 傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計7 2.2 組合設(shè)計法原理8 2.3 傳動方案設(shè)計11 2.4 行星齒輪齒數(shù)確定13 3 行星齒輪傳動優(yōu)化設(shè)計15 3.1 行星輪系的均載裝置15 3.2 行星齒輪動力學分析15 3.3 行星齒輪幾何規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計16 3.4 行星排傳動齒輪模數(shù)的優(yōu)化設(shè)計17 3.5 齒輪強度校核20 4 乘騎式草坪割草機行星齒輪變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計24 4.1 離合器的選用24 4.2 制動器的選用25 4.3 齒式聯(lián)軸器的選用25 4.4 軸徑估算26 4.5 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計27 結(jié)論31 致32 參考文獻33