NAD200行星减速器设计及仿真开题报告

学生：田贵，机械工程学院（机械设计制造及其自动化）

指导教师：华剑，机械工程学院

一、题目来源

题目来源于生产实际。

二、研究目的和意义

随着经济的不景气，国家采取了积极稳健的财政货币政策，固定资产投资力度加大，特别是基础建设的投资，使冶金、电力、水泥、建筑、建材、能源等加快了发展，因此，对减速机的需求也逐步扩大。随着国家对机械制造业的重视，重大装备国产化进程的加快以及城市化改造进程的加快，减速机行业仍将保持快速发展态势，尤其是齿轮减速机的增长将会大幅度提高，这与进口设备大多配套采用齿轮减速机有关。因此，必须抓紧开发制造齿轮减速机，尤其是大、中、小功率硬齿面减速机，以满足市场的需求。有很大的必要性。

NGW行星齿轮减速机主要构建有太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架 ，NGW行齿轮星减速器的规格的规定是根据传动比、功率和扭矩大小划分成12个机座号，及单级、双级和三级传动，共有27个机座号，58种速比。 具有一下特点：

1、体积小、重量轻、减速器可正反两向运转、在相同情况下，比普通渐开线圆柱齿轮减速机重量轻1/2 以上，体积小1/2～1/3。

2、传动效率高：单级行星齿轮减速机达97％～98％；两级行星齿轮减速机达94％～96％；三级行星齿轮减速机91％～94％。

3、传动功率范围大：可以从小于1KW 至1300KW，甚至更大。

4、传动范围大：i＝2.8～2000

5、适应性强且耐用。主要零件均采用优质合金钢经渗碳淬火或氮化处理，行星齿轮减速机运转平稳、噪音小、使用受命10以上。

6、用途和适用条件 ：主要用于冶金、矿山、起重运输机械设备，也可用于其它类似工矿条件下作动力传动。故在很多的工业部门得到广泛的应用，主要用在大传动比和中小功率的场合。

主要的缺点是易产生非啮合区齿廓重叠干涉现象，必须采用正变位齿轮。所以对其优化是有必要的。

NAD200是NGW行星减速器的一种，NAD200减速器主要适应冶金、电力、水泥、建筑、建材、能源等行业，对于工业的进步发展有着重要的作用，所以研究是很有必要的。

三、阅读的主要参考文献及资料名称

[1]行星齿轮传动系中啮合相位关系[J].汽车技术，2004（01）

[2]濮良贵，纪名刚主编《机械设计》.第八版.北京：高等教育出版社，2006

[3]刘朝儒主编《机械制图》.第五版.北京：高等教育出版社，2005

[4] 李华敏 李瑰贤等编著.齿轮机构设计与应用.[M].机械工业出版社.2007

[5] 杨家军 杨开秀 杨元山.渐开线少齿差行星减速器多目标优化设计.[J].湖北工学院院报.第8卷

[6]B.H.库德里亚夫采夫  B.H.基尔佳舍夫著《行星齿轮传动手册》

[7]杨延东，周寿华 肖忠实主编 《渐开线行星齿轮传动》

[8]饶振纲《行星齿轮传动设计》北京.化学工业出版社.2003

[9]《渐开线行星齿轮传动的设计与制造》北京.机械工业出版社.2005

[10]张国瑞 张展主编《行星传动技术》上海.上海交通大学出版社.1989

[11]李钊刚 主编《国内外工业行星齿轮减速器的新发展》.机械传动.2006

[12]程乃士主编《减速器和变速器设计与选用手册》.机械工业出版社

[13]渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会著，渐开线齿轮行星传动的设计与制造，机械工业出版社，2003

[14]姚家娣、李明、黄兴元主编.机械设计指导.南昌：江西高校出版社，2001

[15] 王丽敏.偏曲轴少齿差行星减速器优化设计.[D].河北工业大学学位位论文.2005年3月

[16]孙桓，陈作模主编《机械原理》.第六版.北京：高等教育出版社，2005

四、国内外研究现状和发展趋势与研究的主攻方向

（一）国内减速器研究现状和发展趋势

自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB1130－70《圆柱齿轮减速器》等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。

20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪40－50年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。

改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179－60的8－9级提高到GB10095－88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在4－5级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。

我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达42000kW ，齿轮圆周速度达150m/s以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。

据了解，在国内市场上行星式齿轮减速机有两大类，一大类是摆线针轮减速机，在国内有几十家生产企业。另一大类是谐波减速机，在国内只有北京某军工研究所在少量生产，谐波式齿轮减速机传动精度高，输出扭矩大，但是传动稳定性不好，应用范围有一定的局限。可以说，以上这两类行星减速机的生产技术我国已基本上与国际同步，但是在研发能力上与国际知名大公司相比，还有很大的差距，特别是体积小、传动精密、能与伺服电机配套的小型行星齿轮减速机，国内尚没有其它企业进行研发、生产。国内很多公司、研究机构都在尝试开发，还没有结果。

目前，国内外动力齿轮传动正沿着小型化、高速化、标准化、小振动、低噪声的方向发展。行星齿轮传动的发展和少齿差零齿差内齿轮副的应用，是当代齿轮的一大特征，是齿轮传动小型化的一个典型的标志。行星传动把传统的定轴传动改为动轴传动，采用了功率分流并合理应用内啮合及均载装置，具有重量轻，体积小，承载高等优点，因此，行星传动技术的应用日渐广泛。少齿差行星齿轮传动是行星传动中的一种，它由一个外齿轮与一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副，内外齿轮的齿数相差很小，故简称为少齿差传动。

（二）国外研究现状和发展趋势

在国际上，与伺服电机配套的行星齿轮减速机市场都被德国、法国等少数公司瓜分，因其开发技术难度大，生产条件要求高，这些公司对外都进行了技术封锁，导致这些产品的销售价格奇高，直接制约了我国基础装备工业的现代化进程。随着我国数控技术的普及，伺服传动越来越受到人们的关注，传动精密度高、体积小、运行平稳的减速机市场需求越来越大，每年呈几何级数在增长。据统计，国内行星齿轮减速机市场容量不小于20亿元/年～30亿元/年，大部分为高性能行星齿轮减速机，按数量估算为30～40万台/年，而中小功率减速机占三分之一以上，且每年呈几何级数增长。

20世纪70－80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。通用减速器的发展趋势如下：

①高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。

②积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。

③型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。

促使减速器水平提高的主要因素有：

①理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。

②采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。

③结构设计更合理。

④加工精度提高到ISO5－6级。

⑤轴承质量和寿命提高。

⑥润滑油质量提高。

（三）研究的主攻方向

1.朝着体积小、重量轻方向发展；

2.朝着高速大功率和低速大转矩方向发展；

3.朝着零件通用性和互换性强方向发展；

4.朝着高适应性方向发展；

5.朝着噪声低、效率高、可靠性高方向发展；

6.朝着型式多样化，变型设计多发展。

（四）国内与国际先进水平的差距

1．技术水平的差距

（1）. 承载能力

以FLENDER公司为例, 同样（或基本接近）的中心距1995年样本的额定功率比1988年样本提高10～20%, 1997年样本又比1995年样本提高了约20% , 1999年样本又比1997年样本提高了约10% 。

除个别公司外, 国外著名公司产品样本的承载能力大致在同一条水平线上。承载能力能提高的主要原因, 是技术的成熟、质量控制水平的提高和稳定, 部分公司采用了修形技术等。

而我国现在仍然一直在唱主角的ZBJ19004-88和TB/T050-93减速器的额定功率仅分别和FLENDER 1985，1988年样本值相当，即使能达到标准的水平(很多厂达不到),也比人家落后16年,且差距越来越大。

同时,由于国外质量控制水平的提高和稳定,选用系数减小。实际选下来，有时国外的减速器可能比我们国产的轻一半左右，就造成选国外的报价会比国产的便宜。质量不如人家，价格上的优势又丧失，国产减速器就压根没法与国外竞争

（2）模块化设计方面

比利时HANSEN公司最早在减速器设计中成功地应用了模块化技术, 开发出HPP系列。住友公司引进HANSEN技术, 推广了HPP产品。80年代国外大多公司的产品（FLENDER、SEW、Thyssen…）的中心距等主要参数都采用了R20优先数, 大大减少了主要件的品种规格, 部分实现了模块化设计, 我国的几个标准基本上都以此为母型开发的。这类方法总地说仍是模块化程度不高, 零件难以形成大的批量。

90年代FLENDER彻底甩掉原来的系列体制, 按模块化的思路开发出方形的H—B系列。各公司的模块化设计各有特色，共同点几乎都是把输入锥齿轮轴部分作成单独模块组装到圆柱齿轮箱体上，使两类产品的箱体通用。

（3）进一步采取降噪措施

FLENDER、HANSEN都是通过改进齿轮的参数和箱体的结构设计来降低噪声。按HANSEN公司标准, P4的噪声比HPP低2.5-9 dB(A)。

（4）进一步改进密封和外观

密封是各国外公司的重点改进点之一，既要无渗漏，又要摩擦磨损少，功耗发热少。HANSEN，FLENDER，SEW，FALK等公司都研制了自己的密封结构。高速轴多为非接触的迷宫式。

许多公司越来越重视减速器的外观造型设计，如HANSEN的P4减速器的外型就是请专业人员设计的。许多减速器都像工艺品一样漂亮。

而国产减速器不但外形差，漏油等现象仍很普遍，难以根制。

国产减速器技术水平的差距还表现在传动效率低，热功率低，可靠性差等方面。

2.生产规模的差距

国外公司的通用减速器生产都已形成相当的规模，因而可有效地降低成本，增强竞争力。如日本住友公司的一个制造所就月产齿轮电机25000台；月产模块化通用减速器850台。

而我国生产齿轮减速器的专业厂虽高达近200家，但能生产硬齿面齿轮减速器且有一定量的也就是30家左右。硬齿面齿轮通用减速器这一块，都是单件小批生产，产量最高的年产数百台，产值不超过5000万元，低的也就是几百万。把所有骨干企业加到一起，产值产量也或许敌不上国外公司的一个厂。

五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

主要研究内容：

（1）行星减速器概述；

（2）总体方案设计；

（3）齿轮传动设计；

（4）结构设计；

（5）重要零件强度校核；

（6）减速器三维仿真。

重点研究的关键问题：

NAD200行星减速器的结构设计，NAD200行星减速器的齿轮转动设计，用solidworks对NAD200行星减速器运动及动力仿真。

解决思路：

首先建立减速器的三维模型通过软件校核；查阅相关行星减速器设计的资料；学习solidworks软件。

六、完成毕业设计所具备的工作条件及解决的方法

已具备的条件：

查阅过相关部分的资料，个人有一定的设计分析能力，有较强的计算机操作能力，机械绘图软件如AUTOCAD、PRO/E、solidworks操作熟练，有限元分析软件ANSYS操作较熟悉等。

尚缺条件与拟解决途径：

加强练习运用Word、ANSYS、PRO/E等办公、分析软件；加强计算机编程能力；了解并掌握减速器的结构、使用和各个部件的功能；了解通用机械方面的知识以及机械设计的相关内容。

多与老师和同学联系，交流经验。

七、工作的主要阶段、进度，与时间安排

第  1～2 周   针对所设计的减速器，阅览相关书籍资料，了解国内外现状及标准；

第  3～4 周   查阅资料，翻译外文资料，撰写毕业设计开题报告；

第   5   周   整理外文翻译和开题报告，制作开题报告电子文档，准备开题答辩；

第   6   周   NAD200行星减速器的结构分析；查阅相关资料，对所设计减速器进行节能机理分析；

第 7～8  周   NAD200行星减速器的结构设计并对对所设计减速器进行动力学分析；

第   9   周   所设计的减速器功率计算和主要零件强度计算及校荷，完成设计任务书；

第  10  周   用AUTOCAD绘制NAD200行星减速器的总装图和2张零件图；并用solidworks画出各个零件三维模型，做出总装配后的三维模型。

第   11  周   用三维软件分析并进行动力和运动仿真；

第   12  周   检查修改补充设计定初稿，完成毕业设计定稿并录入，出图，答辩准备；

第   13  周   制作电子文档，答辩。

八、指导老师审查意见