减速器的设计与计算.docx

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减速器的设计与计算

摘要··································································Ⅲ

ABSTRACT····························································Ⅳ

1前言

1.1减速器的主要形式及其特性············································1

1.2减速器主要结构······················································2

1.3减速器润滑··························································3

2电动机的选择与计算··········································4

3减速箱原始数据及传动方案的选择······························5

4轴的设计

4.1轴的分类····························································6

4.2轴的材料····························································6

4.3轴的结构设计························································7

4.4轴的设计计算·······················································9

5圆柱齿轮传动设计

5.1齿轮传动特点与分类················································12

5.2齿轮传动的主要参数与基本要求······································13

6.减速器润滑方式、密封形式

6.1润滑方式的确定····················································14

6.2油池中油量的确定··················································15

6.3轴承润滑··························································15

6.4润滑剂的选择······················································15

6.5油的密封及防止脂的稀释············································15

谢辞························································16

参考文献·······························································17

摘要

减速器是由封闭在刚性壳内所有齿轮的传动组成的以独立完整的结构。

通过此次设计初步掌握一般简单机械的完整设计及了解构成减速器的通用零部件。

齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传动运动和动力，目前齿轮传动装置正在逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮的传动具有可靠平稳，效率高，传递功率范围广，结构紧凑，维护方便等优点。

因此，它在各种机械设备和仪器表中广泛使用，本课题就是其一个典型应用。

关键词：

减速器零部件齿轮传动机械传动

SecondstraightteethwiththegeardesigncylindricalFrameandExperimentStudy

ABSTRACT

Gearisenclosedineitherrigidinallthetransmissionoftheindependenceofthewholestructure.Thepreliminarydesignofthemechanicaldesignandafullunderstandingofcommonpartsofgear.

Thetransmissionisverywidelyappliedandparticularlyimportanttoamechanicaldrive,itcanbeusedinthespacebetweenthetransmissionofmotionandmotivation,thetransmissionisgraduallytothesmallsize,lownoise,highspeed,reliabilityandthehardtoothofthetechnicaldevelopment,thetransmissionofareliable,efficientandsmoothtransferofpowerandrangeofcompactstructure,safeguarditconveniently,arevirtues.therefore,itisinavarietyofmechanicalequipmentandapparatusinwideuse,thissubjectisthetypicalapplication.

KeyWords:

speedreducergeardrivemechanicaldrive

1前言

1.1减速器的主要型式及其特性

减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮—蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。

减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机械中应用很广。

减速器类型很多，按传动级数主要分为：

单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：

齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。

减速器系统框图

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，最好选用二级（i=8—40）和二级以上（i>40）的减速器。

单级减速器的传动比如果过大，则其外廓尺寸将很大。

二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有展开式、分流式和同轴式等数种。

展开式最简单，但由于齿轮两侧的轴承不是对称布置，因而将使载荷沿齿宽分布不均匀，且使两边的轴承受力不等。

为此，在设计这种减速器时应注意：

1）轴的刚度宜取大些；2）转矩应从离齿轮远的轴端输入，以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀；3）采用斜齿轮布置，而且受载大的低速级又正好位于两轴承中间，所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开好。

这种减速器的高速级齿轮常采用斜齿，一侧为左旋，另一侧为右旋，轴向力能互相抵消。

为了使左右两对斜齿轮能自动调整以便传递相等的载荷，其中较轻的龆轮轴在轴向应能作小量游动。

同轴式减速器输入轴和输出轴位于同一轴线上，故箱体长度较短。

但这种减速器的轴向尺寸较大。

圆柱齿轮减速器在所有减速器中应用最广。

它传递功率的范围可从很小至40000kW，圆周速度也可从很低至60m/s一70m／s，甚至高达150m／s。

传动功率很大的减速器最好采用双驱动式或中心驱动式。

这两种布置方式可由两对齿轮副分担载荷，有利于改善受力状况和降低传动尺寸。

设计双驱动式或中心驱动式齿轮传动时，应设法采取自动平衡装置使各对齿轮副的载荷能得到均匀分配，例如采用滑动轴承和弹性支承。

圆柱齿轮减速器有渐开线齿形和圆弧齿形两大类。

除齿形不同外，减速器结构基本相同。

传动功率和传动比相同时，圆弧齿轮减速器在长度方向的尺寸要比渐开线齿轮减速器约30％。

1.2减速器结构

绝大多数减速器的箱体是用中等强度的铸铁铸成，重型减速器用高强度铸铁或铸钢。

少量生产时也可以用焊接箱体。

铸造或焊接箱体都应进行时效或退火处理。

大量生产小型减速器时有可能采用板材冲压箱体。

减速器箱体的外形目前比较倾向于形状简单和表面平整。

箱体应具有足够的刚度，以免受载后变形过大而影响传动质量。

箱体通常由箱座和箱盖两部分所组成，其剖分面则通过传动的轴线。

为了卸盖容易，在剖分面处的一个凸缘上攻有螺纹孔，以便拧进螺钉时能将盖顶起来。

联接箱座和箱盖的螺栓应合理布置，并注意留出扳手空间。

在轴承附近的螺栓宜稍大些并尽量靠近轴承。

为保证箱座和箱盖位置的准确性，在剖分面的凸缘上应设有2—3个圆锥定位销。

在箱盖上备有为观察传动啮合情况用的视孔、为排出箱内热空气用的通气孔和为提取箱盖用的起重吊钩。

在箱座上则常设有为提取整个减速器用的起重吊钩和为观察或测量油面高度用的油面指示器或测油孔。

关于箱体的壁厚、肋厚、凸缘厚、螺栓尺寸等均可根据经验公式计算，见有关图册。

关于视孔、通气孔和通气器、起重吊钩、油面指示Oe等均可从有关的设计手册和图册中查出。

在减速器中广泛采用滚动轴承。

只有在载荷很大、工作条件繁重和转速很高的减速器才采用滑动轴承。

1、电动机2、皮带轮（小）3、大带轮4、皮带5、减速箱6高速级齿轮传动

7低速级齿轮传动8联轴器9圆锥齿轮传动10螺旋运输机

1.3减速器润滑

圆周速度u≤12m/s一15m／s的齿轮减速器广泛采用油池润滑，自然冷却。

为了减少齿轮运动的阻力和油的温升，浸入油中的齿轮深度以1—2个齿高为宜。

速度高的还应该浅些，建议在0．7倍齿高左右，但至少为10mm。

速度低的（0．5m／s一0．8m／s）也允许浸入深些，可达到1／6的齿轮半径；更低速时，甚至可到1／3的齿轮半径。

润滑圆锥齿轮传动时，齿轮浸入油中的深度应达到轮齿的整个宽度。

对于油面有波动的减速器（如船用减速器），浸入宜深些。

在多级减速器中应尽量使各级传动浸入油中深度近予相等。

如果发生低速级齿轮浸油太深的情况，则为了降低其探度可以采取下列措施：

将高速级齿轮采用惰轮蘸油润滑；或将减速器箱盖和箱座的剖分面做成倾斜的，从而使高速级和低速级传动的浸油深度大致相等。

减速器油池的容积平均可按1kW约需0．35L一0．7L润滑油计算（大值用于粘度较高的油），同时应保持齿轮顶圆距离箱底不低于30mm一50mm左右，以免太浅时激起沉降在箱底的油泥。

减速器的工作平衡温度超过90℃时，需采用循环油润滑，或其他冷却措施，如油池润滑加风扇，油池内装冷却盘管等。

循环润滑的油量一般不少于0．5L/kW。

圆周速度u>12m/s的齿轮减速器不宜采用油池润滑，因为：

1）由齿轮带上的油会被离心力甩出去而送不到啮合处；2）由于搅油会使减速器的温升增加；3）会搅起箱底油泥，从而加速齿轮和轴承的磨损；4）加速润滑油的氧化和降低润滑性能等等。

这时，最好采用喷油润滑。

润滑油从自备油泵或中心供油站送来，借助管子上的喷嘴将油喷人轮齿啮合区。

速度高时，对着啮出区喷油有利于迅速带出热量，降低啮合区温度，提高抗点蚀能力。

速度u≤20心s的齿轮传动常在油管上开一排直径为4mm的喷油孔，速度更高时财应开多排喷油孔。

喷油孔的位置还应注意沿齿轮宽度均匀分布。

喷油润滑也常用于速度并不很高而工作条件相当繁重的重型减速器中和需要用大量润滑油进行冷却的减速器中。

喷油润滑需要专门的管路装置、油的过滤和冷却装置以及油量调节装置等，所以费用较贵。

此外，还应注意，箱座上的排油孔宜开大些，以便热油迅速排出。

2.电动机的选择和计算

2.1电动机类型的选择根据动力源和工作条件，选择Y系列三相异步

2.2电动机功率的选择

工作及所需的有效功率为：

 ,其中为工作机传动效率。

为了计算电动机所需功率，需确定传动装置总效率。

设各效率分别为:

（V带）、（8级闭式齿轮传动）、（滚动轴承）、（弹性联轴器）。

由表2-2查得:

则传动装置的总效率为：

电动机所需功率为：

 由表16-1选取电动机的额定功率为。

2.3 电动机转速的选择

选用常用同步转速1000r/min和1500r/min两种作对比。

工作机转速：

 总传动比，其中为电动机的满载转速。

现将两种电动机的有关数据列于表1比较表1两种电动机的数据比较

由上表可知,方案Ⅰ过小，方案Ⅳ方过大，方案Ⅱ和方案Ⅲ的传动比都合适，为了能够合理分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选择方案Ⅲ。

2.4电动机型号的确定

根据电动机的功率和同步速率，选定电动机型号为Y132S-4。

查表16-2知电动机的机座中心高为132mm，外伸轴径为38mm，外伸轴长度为80mm。

3减速箱原始数据及传动方案的选择

传动装置总体设计的目的是确定传动方案、选定电机型号、合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数，为计算各级传动件准备条件。

由于我们的实验的要求较高，电机输入的最高转速较大，为了减少成本，降低对电机的要求，同时能够满足减震器试验台的正常工作，我们对减震器采用这样的方案:

变频电机通过带轮的传递，到达第一对啮合齿轮，为了让减速器具有变速功能，我们使第二对啮合齿轮为双联齿轮，最后由输出轴传递给偏心轮机构。

因为本试验属于多功能测试，包括了静特性试验、疲劳试示功试验、耐久试验。

所以对整个传递要求较高。

所以第一、二根轴;两端采用角接触球轴承，第三根轴采用一头用角接触球轴承另一头采用普通调心球轴承。

注意点是使用这个传动方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。

减速器设计

二级圆柱齿轮减速器传动比一般为8～40，用斜齿、直齿或人字齿，结构简单，应用广泛。

展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度；分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变载荷场合。

同轴式减速器，长度方向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。

两级大齿轮直径接近有利于浸油润滑，轴线可以水平、上下或铅垂布置，如图：

图中展开式又可以有下面两种，如下所示：

根据材料力学（工程力学）可以算出在相同载荷作用下，a方案优先于b方案，∴最终选a

4轴的设计

4.1轴的分类

按轴受的载荷和功用可分为：

1.心轴：

只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。

如.车辆轴和滑轮轴。

2.传动轴：

只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。

如汽车的传动轴。

3.转轴：

同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。

如减速器轴。

4.2轴的材料

主要承受弯矩和扭矩。

轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度韧性和耐磨性。

轴的材料从以下中选取：

1.碳素钢

　　优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。

例如：

35、45、50等优质碳素钢。

一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。

轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。

2.合金钢

合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。

多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。

例如：

汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。

滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。

3.球墨铸铁

球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。

例如：

内燃机中的曲轴。

4.3轴的结构设计

如图所示为一齿轮减速器中的的高速轴。

轴上与轴承配合的部份称为轴颈，与传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。

轴结构设计的基本要求有：

（1）、便于轴上零件的装配

轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。

为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。

近似为等强度轴。

（2）、保证轴上零件的准确定位和可靠固定

轴上零件的轴向定位方法主要有：

轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位、轴端挡圈定位和轴承端盖定位。

1）轴向定位的固定

①轴肩或轴环：

如教材图10-7所示。

轴肩定位是最方便可靠的定位方法，但采用轴肩定位会使轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的突变而产生应力集中。

因此，多用于轴向力较大的场合。

定位轴肩的高度h=（0.07—0.1）d，d为与零件相配处的轴径尺寸。

要求r轴

②套筒和圆螺母定位套筒用于轴上两零件的距离较小，结构简单，定位可靠。

圆螺母用于轴上两零件距离较大，需要在轴上切制螺纹，对轴的强度影响较大。

③性挡圈和紧定螺钉这两种固定的方法，常用于轴向力较小的场合。

④轴端挡圈圆锥面：

轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端起到双向固定。

装拆方便，多用于承受剧烈振动和冲击的场合。

2）周向定位和固定

轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴发生相对转动。

常用的固定方式有：

a.键联接b.过盈配合联接c.圆锥销联接d.成型联接

键联接和圆锥销联接见教材§10—4节。

过盈配合是利用轴和零件轮毂孔之间的配合过盈量来联接，能同时实现周向和轴向固定，结构简单，对中性好，对轴削弱小，装拆不便。

成型联接是利用非圆柱面与相同的轮毂孔配合，对中性好，工作可靠，制造困难应用少。

（3）、具有良好的制造和装配工艺性

1）.轴为阶梯轴便于装拆。

轴上磨削和车螺纹的轴段应分别设有砂轮越程槽和螺纹退刀槽。

如教材图10—12所示。

2）.轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴的同一母线上。

同一根轴上所有圆角半径和倒角的大小应尽可能一致，以减少刀具规格和换刀次数。

为使轴上零件容易装拆，轴端和各轴段端部都应有45°的倒角。

为便于加工定位，轴的两端面上应做出中心孔。

（4）、减小应力集中，改善轴的受力情况

轴大多在变应力下工作，结构设计时应减少应力集中，以提高轴的疲劳强度，尤为重要。

轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴，相邻两段轴径变化不宜过大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。

尽量不在轴面上切制螺纹和凹槽以免引起应力集中。

尽量使用圆盘铣刀。

此外，提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，采用表面碾压、喷丸和渗碳淬火等表面强化方法，均可提高轴的疲劳强度。

当传矩由一个传动件输入，而由几个传动件输出时，为了减小轴上的传矩，应将输入件放在中间。

如图10－14所示，输入传矩T1＝T2＋T3，轴上各轮按图14-15a的布置形式，轴所受的最大传矩为T2＋T3，如改为图10-14b的布置形式，最大传矩减小为T2或T3。

4.4轴的设计计算

4.4.1按扭转强度计算

这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。

如果还受不大的弯矩时，则采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。

并且应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。

在进行轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。

对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。

轴的扭转强度条件为：

强度条件：

Mpa

设计公式：

（mm）

轴上有键槽：

放大：

3~5%一个键槽；7~10%二个键槽。

并且取标准植

式中：

[τ]——许用扭转剪应力（N/mm2），

C为由轴的材料和承载情况确定的常数。

4.4.2按弯扭合成强度计算

通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。

对于钢制的轴，按第三强度理论，强度条件为：

设计公式：

（mm）

式中、：

бe为当量应力，Mpa。

d为轴的直径，mm;

为当量弯矩；M为危险截面的合成弯矩；

；MH为水平面上的弯矩；MV为垂直面上的弯矩；W为轴危险截面抗弯截面系数；

——为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数

∵弯矩引起的弯曲应力为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力

∴

与扭矩变化情况有关

——扭矩对称循环变化

=

——扭矩脉动循环变化

——不变的扭矩

，

，

分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力。

对于重要的轴，还要考虑影响疲劳强度的一些因素而作精确验算。

内容参看有关书籍。

4.4.3轴的刚度计算概念

轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。

若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。

轴的弯曲刚度是以挠度y或偏转角θ以及扭转角ф来度量，其校核公式为：

y≤[y];θ≤[θ];ф≤[ф]。

式中：

[y]、[θ]、[ф]分别为轴的许用挠度、许用转角和许用扭转角。

4.4.4轴的设计步骤

设计轴的一般步骤为：

（1）选择轴的材料根据轴的工作要求，加工工艺性、经济性，选择合适的材料和热处理工艺。

（2）初步确定轴的直径按扭转强度计算公式，计算出轴的最细部分的直径。

（3）轴的结构设计要求：

①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；②轴上零件装拆、调整方便；③轴应具有良好的制造工艺性等。

④尽量避免应力集中；根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。

原则：

1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单越合理。

5圆柱齿轮传动设计

5.1齿轮传动特点与分类

和其他机械传动比较，齿轮传动的主要优点是：

工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广等。

缺点是：

齿轮制造需专用机床和设备，成本较高；精度低时，振动和噪声较大；不宜用于轴间距离大的传动等。

按齿线相对于齿轮母线方向分：

直齿，斜齿，人宇齿，曲线齿

按齿轮传动工作条件分：

闭式传动，形式传动，半形式传动

按齿廓曲线分：

渐开线齿，摆线齿，圆弧齿

按齿面硬度分：

软齿面（≤350佃），硬齿面（>350佃）

5.2齿轮传动的主要参数与基本要求

齿轮传动应满足两项基本要求:

1）传动平稳;2）承载能力高。

在齿轮设计、生产和科研中，有关齿廓曲线、齿轮强度、制造精度、加工方法以及热理工艺等，基本上都是围绕这两个基本要求进行的。

5.2．1主要参数

——基本齿廓。

渐开线齿轮轮齿的基本齿廓及其基本参数见表12．2或查阅机械设计手册。

——模数。

为了减少齿轮刀具种数，规定的标准模数见表12．3或查阅机械设计手册。

——中心距。

荐用的中心距系列见表12，4或查阅机械设计手册。

——传动比i、齿数比u。

主动轮转速nl与从动轮转速n2之比称为传动比i。

大齿轮的齿数z2与小齿轮齿数z1之比称为齿数比u。

减速传动时，u=i；增速传动u=1/i。

——标准模数m：

1斜齿轮及人宇齿轮取法向模数为标准模数，锥齿轮取大端模数为标准模数。

②标准中优先采用第一系列，括号内的模数尽可能不用。

——变位系数。

刀具从切制标准齿轮的位置移动某一径向距离（通称变位量）后切制的齿轮，

称为径向变位系数。

刀具变位量用xm表示，x称为变位系数。

刀具向齿轮中心移动，x为负值，反之为正值。

随着x的改变，轮齿形状也改变，因而可使渐开线上的不同部分作为工作齿廓，以改善啮合性质。

，

由变位