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摘 要

与普通定轴齿轮传动相比较，行星齿轮传动具有传动比大，运行平稳不易产生振动，传动效率高等特点，在多个工业领域都有广泛的应用。本次毕业设计通过给定的门座式起重机起重量，工作幅度，回转速度，起升速度等参数，设定了数个不同情况时的工况，在不同工况情况下分别进行分析，计算出回转机构的电机功率与回转支承载荷。并以此计算出行星齿轮减速器传动中各级的齿数等数据，再通过齿数等数据计算出齿轮的几何尺寸。在进行完尺寸计算后，分别对高速级、中速级与低速级进行齿轮的齿面接触强度校核和齿轮弯曲强度的校核，确认各个传动级是否符合设计要求。再分别对减速器的主要构件进行结构设计，确认装配完好。并对行星齿轮减速器进行有限元分析，校核其强度是否满足设计要求与实际应用。

关键词：行星齿轮传动；强度校核；结构设计；有限元分析

Design and structure optimization of three stage planetary gear decelerator

Abstract

Compared with ordinary fixed shaft gear transmission, planetary gear transmission has the characteristics of large transmission ratio, stable operation, low vibration and high transmission efficiency, which has been widely used in many industrial fields. The graduation project through the given gantry crane lifting weight, working range, slewing speed, lifting speed and other parameters, set a number of different working conditions, in different working conditions were analyzed, calculated the motor power and slewing bearing load of slewing mechanism. Based on this, the number of teeth and other data of each stage in the planetary gear reducer transmission are calculated, and then the geometric dimension of the gear is calculated through the number of teeth and other data. After the size calculation, check the tooth surface contact strength and gear bending strength of high-speed stage, medium speed stage and low-speed stage respectively to confirm whether each transmission stage meets the design requirements. Then the main components of the reducer are designed to confirm that the assembly is in good condition. And the finite element analysis of planetary gear reducer is carried out to check whether its strength meets the design requirements and practical application.

Keywords: Planetary gear transmission; Strength check; Structural design; finite element analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景与意义 1

1.2国内外发展概况 1

1.3课题研究方案 2

第二章 回转机构的方案设计 3

2.1 原始设计数据 3

2.2 回转支承装置载荷计算 4

2.2.1 总轴向力的计算 5

2.2.2 总径向力 5

2.2.3 总力矩 6

2.2.4 回转支承装置的反力计算 6

2.3 回转支承装置电动机的选择与计算 7

2.3.1 摩擦阻力矩的计算 7

2.3.2 坡度阻力矩的计算 8

2.3.3 风力阻力矩的计算 8

2.3.4 电动机等效功率计算及其校核 8

2.4 行星齿轮减速器设计计算 9

2.4.1 行星齿轮减速器已知条件 9

2.4.2 行星齿轮减速器的配齿计算 9

2.4.3 行星齿轮减速器的齿轮主要参数 11

2.4.4 行星齿轮减速器啮合参数计算 12

2.4.5 行星齿轮减速器几何尺寸的计算 13

2.4.6 行星齿轮减速器装配条件的验算 19

2.4.7 行星齿轮减速器传动效率的计算 20

2.4.8 行星齿轮减速器齿轮强度的验算 22

第三章 行星齿轮减速器的零件设计 27

3.1 输入轴 27

3.2 输出轴 27

3.3 内齿轮的设计 28

3.4 转臂的设计 28

3.5 箱体的设计 30

3.6 行星齿轮减速器整体设计 31

第四章 行星齿轮减速器的有限元分析 32

4.1 确定行星齿轮减速器齿轮啮合三维建模 32

4.2 ANSYS中导入模型与静态分析 33

4.3 定义材料参数 33

4.4 对建模设置约束、载荷 34

4.5 建模仿真结果分析 35

第五章 总结与展望 37

致谢 38

参考文献 39

第一章 绪论

1.1选题背景与意义

回转机构广泛应用于回转式起重机、旋转塔、旋转餐厅、旋转娱乐设施里的通用部件。门座式起重机是工业行业常用的起重设备，其常使用于沿海地区起吊货物，由回转机构，转臂，起升机构等机构组成。而行星齿轮减速器作为回转机构中重要的组成部分，应予以重视。本次设计以门座式起重机为例，对回转机构进行计算，并对回转机构中的行星齿轮减速器进行详细设计及有限元分析。

行星齿轮传动与普通的定轴轮系比较，具有传动比大，运行平稳不易产生振动，传动效率高等特点。门座式起重机常用于沿海地区进行货船的货品起重，其受到风力影响较大，在风速较高的情况下，对门座式起重机的各个机构提出了强度需求。行星减速器作为回转机构的重要组成部分，一旦出现故障将会严重影响起重机等机构的正常工作。本课题根据实际进行行星齿轮减速器的设计，并对其关键部件进行有限元分析，来验证设计正确性和实际运作稳定。

研究此课题，对于行星齿轮减速器的设计计算是具有重要价值的，随着时代发展，单纯的从物理性质进行优化已经不再满足减速器的实际应用需求，而数字化分析逐渐成为了目前减速器的研究主流，通过建立数字模型或者有限元分析的方法，可以便捷地求解出减速器关键部件的受力情况和动力学、热力学等多种领域的问题。本次课题在进行完行星齿轮减速器的设计计算后，对其高速级太阳轮与行星轮啮合进行有限元分析，一方面，可以直观地显示出设计计算是否符合要求，另一方面，可以为进一步进行动力学等方面的研究打下基础。

1.2国内外发展概况

自20世纪50年代以来，行星齿轮减速器在各类工业领域中取得了广泛应用，也逐渐出现了各种不同类型的产品以适应不同环境的工业要求。国内外学者都对行星齿轮减速器的优化投入了许多研究。

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