减速起动机的行星齿轮式减速机构设计
摘 要
本文首先对行星齿轮式减速起动机的研究现状与发展趋势做了简要的介绍，然后提出了行星齿轮式减速机构研究背景及研究的主要内容。接着介绍了行星式减速起动机减速机构的主要类型及其传动原理以及行星齿轮减速起动机的基础知识，介绍了对行星齿轮减速机构的设计思路与控制方案、关键零件设计、传动机构的设计作了详细的分析与阐述。并采用AutoCAD设计软件对行星齿轮、内齿轮、太阳轮、总装图等进行了工程绘图。通过查阅图书馆大量文献资料，详细阐述了减速起动机行星齿轮传动设计和主要的强度等相关内容。对减速起动机进的基本参数进行了选择，对行星齿轮减速机构各个零部件的尺寸进行计算。在此次设计期间查阅了大量关于行星齿轮减速机构设计的资料，并参考了我校汽车实验室里汽车减速起动机，最终确定了此次减速起动机的行星齿轮式减速机构的设计方案。
关键字:减速起动机行星齿轮
目 录
1.绪论 1
1.1引言 2
1.2本课题的研究现状与发展趋势 2
1.3本课题的研究背景意义及研究主要内容 3
2.行星齿轮式减速机构的工作原理及设计方案 5
2.1行星齿轮式减速机构的工作原理 5
2.2行星齿轮式减速机构的设计方案 7
3.行星齿轮式减速机构的设计与计算 8
3.1设计参数 8
3.2配齿计算 8
3.3确定齿轮类型、等级精度及材料 8
3.4按齿面接触强度设计 9
3.5按齿根弯曲强度设计 11
3.6几何尺寸和啮合参数计算 12
3.7 装配条件的验算 13
3.8行星齿轮传动的效率计算 15
4.行星齿轮的传动设计 16
4.1行星齿轮传动的受力分析 16
4.2行星齿轮传动机构的结构设计 18
4.2.1输入端 18
4.2.2输出端 18
4.2.3 转臂的设计 19
5.总结 20
参考文献 21
致谢 22
1.绪论
1.1引言
减速起动机就是在起动
减速起动机主要三种啮合方式，本课题的研究方向是针对行星齿轮减速机构进行分析研究和设计。行星齿轮式减速机构相比于其他两种减速机构由于行星架输出轴与电机电枢轴轴线相同、旋转方向相同，电枢轴不受径向额外的载荷，所以行星齿轮式减速起动机具有启动平稳，结构紧凑、传动效率高等其他起动机不具备的优点[1]。
1.2本课题的研究现状与发展趋势
（1）减速起动机的行星齿轮式减速机构的研究现状
20世纪80年代开始，由于我国的汽车行业突发崛起，特别是轿车工业的迅猛的发展，对起动机行业的迅速发展起到了非常重要的动力作用，生产行星齿轮式减速起动机的一大批制造企业为了实现企业的现代化经营管理，提高公司技术水品和竞争力，加大公司研发与生产能力，先后引进国际市场先进的技术与产品，至此我国市场的起动机研发制造水平才迈进了一大步。
暂时看来，虽然现在汽车起动机在国内每年的产量数目是巨大的，整个起动机行业的市场规模一直也一直不间断的扩大，但是在产品质量和其他国家品牌竞争上一直处于落后的局面。事实上，我国汽车起动机厂家的现状是：产品设计和开发不具备完全独立的设计开发能力，各种参数对起动产品性能的影响没有丰富研究经验；在生产制造的材料应用、生产制造工艺的整体水平、产品整体质量提高方面依靠个人生产经验和实际生产试验比较多，而很少借助现代计算机辅助设计技术的优势，故其生产的产品质量优化的周期一般比较长；现阶段我国减速起动机生产制造水平基本还处于半自动化状态，在减速起动机的实际应用过程中自动化检测性能方面还基本处于落后状态。所以，当前我国的起动机研发水准很有必要对国际上先进的起动机技术水平进行研究学习并加以创新，拥有自己的核心技术水平。
（2）减速起动机的行星齿轮式减速机构的发展趋势
如今国际上减速器的发展和减速器齿轮的生产制造技术总体发展趋势是向六高，两低和二化方向发展。这里所说的六高指的是齿轮负载能力高，轮齿强度硬度高，生产制造精度高，负载工作转速高，工作稳定性高和传动效率高；二低指的就是减速器运转噪声低，生产制造成本低；二化就是产品标准化，多样化。行星齿轮减速机构和齿轮的研发与生产制造技术在很大程度上代表着一个国家的工业技术水平。所以，研发和生产行星齿轮减速机构和齿轮设计生产技术在我国有很大的发展前景。
如何减轻起动机的重量和优化起动机的启动运转性能，提高起动电动机的输出功率和转动力矩是主要的关键所在。而传统的老式起动机要达到这一目的，就需要牺牲体积和重量的劣势, 但是在应用行星齿轮减速机构后，大大可以提高起动机的输出功率和输出力矩。
随着全球现代化汽车的整车设计制造水平越来越高以及汽车产业向着节能环保、安全可靠、体验舒适等方面发展，未来对汽车起动机的生产制造能力和水平提出了相应的更高要求。当今时代，汽车上更加广泛的应用结构紧凑、运转速度快、输出转矩大的减速起动机。在这当中，前两种起动机一般安装在设计空间较小的车辆上。一般轿车使用的起动机要求比较高，为了提高减速比，减轻重量，提高输出功率和力矩，增加比功率，所以在设计上需要更进一步的优化电磁和结构的设计，并应用新材料和新结构设计[2]。
1.3本课题的研究背景意义及研究主要内容
（1）行星齿轮式减速机构研究背景及意义
现代汽车减速起动机的发展随着生产制造工业的飞速发展逐渐开始面向轻小化、智能化性能检测方向发展。现代汽车对减速起动机性能的要求越来越高，起动机作为汽车重要的一部分，这就要求起动机将向着多样化、高效化和低能耗等多方面发展，以及继续向轻量化、大功率输出和高性能化方向发展。
自2010年以来，随着国际经济形势的回转，汽车减速起动机的下游产业开始了新一篇景气周期从而不断带动减速起动机市场需求的增长，减速起动机产业市场的需求回明显升，市场需求持续增长，减速起动机产业市场终于开始实现生产盈利，市场的好转给我国整个起动机产业带来强劲的前进动力，对所有减速起动机相关生产企业来说这是一个很好发展开始，给我国减速起动机产业带来巨大的信心，我国起动机市场发展在今天迎来全新的发展机遇[3]。
减速起动机的电机通过这个减速机构装置将输出的力矩把传递到与其相连接的单向离合器在输出到驱动小齿轮，电机输出通过减速装置不仅可以降低电动机输出的转速而且可以增大输出驱动的力矩，并且对减小起动机的结构体积和自身的重量非常有利。
采用减速起动机目的就在于增大起动机的输出力矩来启动内燃机。普通老式的减速起动机也可以达到起动机内燃机的目的，但是由于启动电机的功率不够，所以在结构设计时就必须要增加自身的体积和重量，这样起动机的效率就比较低，为了能找到一种体积既紧凑，传动效率又高效的方法，最终人们设计出了一种有效的方法就是在驱动小齿轮和电枢轴齿轮之间安装减速机构，而安装减速机构最好的选择无疑就是行星齿轮减速机构。这样不仅解决了起动机的重量和结构体积的问题，而且提高了起动机稳定性能及提高输出功率和力矩。
本次课题设计是我的大学毕业设计，此次设计是给我再次学习的机会，不仅要求对大学里所学的各个方面专业知识进行综合理解和运用，并且要求对工程设计方面有所了解。在此次毕业设计过程前期，我翻阅课本温故专业知识，查阅大量相关资料，同时学习掌握新的知识。另外我深入学习了计算机辅助设计来帮我完成此次图纸设计，还有大概的了解实际工程设计的流程，这对我从事设计研究，在原有的基础上能有更大的进步与提高。
（2）行星齿轮式减速机构课程设计的主要内容
本课题研究的主要内容可以概括为五个方面，如下：
1）分析研究背景；
2）选择设计方案；
3）传动比的分配；
4）传动零件的设计。2.行星齿轮式减速机构的工作原理及设计方案
2.1行星齿轮式减速机构的工作原理
减速起动机的工作原理就是在驱动小齿轮和电枢轴齿轮之间加装一个减速机构装置，这里的减速装置我们讨论的是行星齿轮式减速装置。安装这样一个减速装置不仅解决了起动机的重量过大和结构体积大的问题，而且提高了起动机稳定性能及提高输出功率和力矩。行星齿轮式减速机构相比于其他两种减速机构由于行星架输出轴与电机电枢轴轴线相同、旋转方向相同，电枢轴不受径向额外的载荷，所以行星齿轮式减速起动机启动的时候非常平稳，没有明显的震动感觉，启动时的噪声也大大降低，另外起动机在结构上也更加紧凑，节省了更多的空间、电机的传动效率也较普通起动机更加高效。这都是其他起动机所不具备的优点。
行星齿轮式减速机构相比于其他两种减速机构由于行星架输出轴与电机电枢轴轴线相同、旋转方向相同，电枢轴不受径向额外的载荷，所以行星齿轮式减速机构具有运转平稳，安装结构紧凑、传动效率较高等优点。
行星式减速装置的组成结构非常简单，中心轮、行星轮和内齿圈三件套组成。本课题设计中采用三个行星轮的设计，由于起动机的功率和负载都不高，所以内齿圈这里我们采用加强玻璃纤维尼龙注塑内圈，优点是不仅减轻重量，而且噪声很小。行星齿轮支架的圆盘与驱动小齿轮轴制成一体，而3个行星齿轮连同齿轮小轴一起压装在行星齿轮支架上，3个行星齿轮在齿轮小轴上能自由转动，而与行星齿轮支架的圆盘连成一体的驱动小齿轮轴则与起动机单项离合器相连。启动时单项离合器与飞轮齿圈相结合，即可启动发动机。行星齿轮啮合式减速器齿轮啮合关系如图2-1所示。
行星齿轮式减速机构由于行星架输出轴与电机电枢轴轴线相同、旋转方向相同，电枢轴不受径向额外的载荷，所以行星齿轮式减速机构具有运转振动轻，安装结构紧凑、传动比较大、效率较高等一系列优点。在轻型车辆与轿车起动机中广泛使用行星齿轮减速器，主要原因如下：
a)三个行星齿轮平均承载扭力负载，因此我们一般采用玻璃纤维增强尼龙内齿圈和采用冷挤压粉末冶金的行星齿轮，这样不仅减轻了起动机的质量又减少了机构运转的噪声；
b)起动机在发动机上的布局与直驱式的起动机布局相同，可以互换；
c)行星齿轮传动机构两轴线重合，没有径向负载，震动较小，起动机的安装方便。
图2-1 行星齿轮式减速机构的组成
1—固定内齿轮 2—行星齿轮 3—电枢齿轮 4—输出齿轮
当电枢轴齿轮绕顺时针运转时，行星轮则为逆时针运转，因为尼龙注塑内齿圈是固定在底座上的，所以当行星轮绕逆时针转动时，同时行星轮架同时绕逆时针转动。行星齿轮减速起动机的行星齿轮机构的结构如图2-1所示。
2.2行星齿轮式减速机构的设计方案
本课题设计是根据汽车发动机所需要的起动转速以及所输出转矩等已知条件，再结合减速起动机的额定工作参数来设计一个最终满足要求的行星齿轮减速机构。
本次设计的设计思路与方案为：
（1）对传动方案的要求
现代汽车使用的起动机要求比较高，要设计满足汽车启动要求的传动方案，必须要满足高减速比，重量轻巧，高输出功率和力矩，所以在设计上需要更进一步优化结构的设计，并应用新材料和新结构设计。
（2）拟定传动方案
设计任何一个减速传动方案，如果要满足上述所有的条件是比较困难的，所以在设计过程中要统筹兼顾，满足起动机最主要的要求。
3.行星齿轮式减速机构的设计与计算
3.1设计参数
为某汽车设计启动配用的行星齿轮减速机构，已知减速起动机的输入功率 =1.2kw，输出驱动转速 =1500r/min，起动机传动比i=6，短期间断的工作方式，按照以下给定的设计参数，设计满足要求的减速起动机。
传动比： =6
输出转速： =1500r/min
输入功率：P=1200w
行星轮个数： =3
内齿圈齿数： =40
3.2配齿计算
根据已给定的传动比： ，内齿圈齿数： =40，且行星轮数目： =3。
根据已知条件行星齿轮传动比 ，根据查阅相关配齿公式来计算各个齿轮的齿数。进行配齿计算的同时也要考虑到行星齿轮机构的外廓尺寸的大小，根据内齿圈齿数应该满足公式：
带入计算：
得： = 8
根据行星齿轮减速机构的同心条件可求得行星齿轮的齿数为：
=（ — ）/ 2 =16
据给定的传动比 ,最后确定行星减速机构的各轮齿数为：
=8 ， =40, =16
齿数比为：u=2
输入转速： = =9000r/min
3.3确定齿轮类型、等级精度及材料
（1）选用直齿圆柱齿轮传动
（2）减速起动机为一般工作机，载荷不高，故选用7级精度
（3）齿轮材料，行星齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，与之啮合的电枢轴齿轮材料为40Cr（调质），并经调质及表面淬火，齿面硬度为280HBS，二者材料硬度差为40HBS[5]。
3.4按齿面接触强度设计
由设计计算公式进行计算[6]，即：
校核公式：
（1）确定公式内各个计算数值
1）试选载荷系数： =1.3
2）计算电枢轴齿轮传递的转矩：
3）查表选则齿宽系数： =1
4）材料的弹性影响系数： =
5）按齿面硬度查得：
电枢轴齿轮的接触疲劳强度极限：
行星齿轮的接触疲劳强度极限：
6）计算应力循环次数：
=
7）接触疲劳寿命系数：
1.20
1.25
8）计算接触疲劳许用应力：
失效概率为：1%，安全系数：S=1
960Mpa
950Mpa
（2）计算
1）试计算太阳轮分度圆直径 ，带入 中较小的值
= =11mm
原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/qcgc/894.html
