單級單級圓柱齒輪減速器

1、（單級圓柱齒輪減速器）摘要:減速器的結(jié)構(gòu)隨其類型和要求不同而異。單級圓柱齒輪減速器按其軸線在空間相對位置的不同分為：臥式減速器和立式減速器。前者兩軸線平面與水平面平行，如圖1-2-1a所示。后者兩軸線平面與水平面垂直，如圖1-2-1b所示。一般使用較多的是臥式減速器，故以臥式減速器作為主要介紹對象。單級圓柱齒輪減速器可以采用直齒、斜齒或人字齒圓柱齒輪。一. 主要特性由于減速器已成為一種通用的傳動部件，因此，圓柱齒輪減速器多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，ZD（JB1130-70）為單級圓柱齒輪減速器的標(biāo)準(zhǔn)型號。其主要參數(shù)均已標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化。單級圓柱齒輪減速器的主要性能參數(shù)為：傳遞功率P（標(biāo)準(zhǔn)ZD型減速器P=12

2、000KW）傳動比i為避免減速器的外廓尺寸過大，一般i6，其最大傳動比imax=810，高速軸轉(zhuǎn)速n1，中心距a（標(biāo)準(zhǔn)ZD型減速器a=100700mm ）工作類型及裝配型式機械零件課程設(shè)計，可以根據(jù)任務(wù)書的要求參考標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品進行設(shè)計，也可自行設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)的減速器。二. 組成圖1-2-2和圖1-2-3所示分別為單級直齒圓柱齒輪減速器的軸測投影圖和結(jié)構(gòu)圖。減速器一般由箱體、齒輪、軸、軸承和附件組成。箱體由箱蓋與箱座組成。箱體是安置齒輪、軸及軸承等零件的機座，并存放潤滑油起到潤滑和密封箱體內(nèi)零件的作用。箱體常采用剖分式結(jié)構(gòu)（剖分面通過軸的中心線），這樣，軸及軸上的零件可預(yù)先在箱體外組裝好再裝入箱體，

3、拆卸方便。箱蓋與箱座通過一組螺栓聯(lián)接，并通過兩個定位銷釘確定其相對位置。為保證座孔與軸承的配合要求，剖分面之間不允許放置墊片，但可以涂上一層密封膠或水玻璃，以防箱體內(nèi)的潤滑油滲出。為了拆卸時易于將箱蓋與箱座分開，可在箱蓋的凸緣的兩端各設(shè)置一個起蓋螺釘（參見圖1-2-3），擰入起蓋螺釘，可順利地頂開箱蓋。箱體內(nèi)可存放潤滑油，用來潤滑齒輪；如同時潤滑滾動軸承，在箱座的接合面上應(yīng)開出油溝，利用齒輪飛濺起來的油順著箱蓋的側(cè)壁流入油溝，再由油溝通過軸承蓋的缺口流入軸承（參圖1-2-3）。減速器箱體上的軸承座孔與軸承蓋用來支承和固定軸承，從而固定軸及軸上零件相對箱體的軸向位置。軸承蓋與箱體孔的端面間墊有調(diào)

4、整墊片，以調(diào)整軸承的游動間隙，保證軸承正常工作。為防止?jié)櫥蜐B出，在軸的外伸端的軸承蓋的孔壁中裝有密封圈（參見圖1-2-3）。減速器箱體上根據(jù)不同的需要裝置各種不同用途的附件。為了觀察箱體內(nèi)的齒輪嚙合情況和注入潤滑油，在箱蓋頂部設(shè)有觀察孔，平時用蓋板封住。在觀察孔蓋板上常常安裝透氣塞（也可直接裝在箱蓋上），其作用是溝通減速器內(nèi)外的氣流，及時將箱體內(nèi)因溫度升高受熱膨脹的氣體排出，以防止高壓氣體破壞各接合面的密封，造成漏油。為了排除污油和清洗減速器的內(nèi)腔，在減速器箱座底部裝置放油螺塞。箱體內(nèi)部的潤滑油面的高度是通過安裝在箱座壁上的油標(biāo)尺來觀測的。為了吊起箱蓋，一般裝有一到兩個吊環(huán)螺釘。不應(yīng)用吊環(huán)螺

5、釘?shù)踹\整臺減速器，以免損壞箱蓋與箱座之間的聯(lián)接精度。吊運整臺減速器可在箱座兩側(cè)設(shè)置吊鉤（參見圖1-2-3）。減速器的箱體是采用地腳螺栓固定在機架或地基上的。減速機設(shè)計計算1. 選擇電動機：1) 選電動機類型 滾動軸承效率=0.995；聯(lián)軸器效率=0.98。 =0.96x0.97x0.995x0.995=0.9由上述計算，T=137 我們?nèi)p速機軸最大扭矩=150需要略大于，按已知工作要求和條件，選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。2) 確定電動機轉(zhuǎn)速 按手冊P7表1推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍Ia=36。故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=Ia×

6、;3=4591834r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊查出有三種適用的電動機型號：因此有三種傳支比方案。綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，可見第2方案比較適合，則選n=1000r/min 。3）確定電動機的型號根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為Y132S-6。其主要性能：額定功率：3KW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.0。質(zhì)量63kg。2. 傳動比：傳動比：取i=2 3. 計算各傳動參數(shù)：1. 計算各軸轉(zhuǎn)速（r/min）nI=n電機=960r/m

7、innII=nI/i =960/2=480 (r/min)2. 計算各軸的功率（KW）PI=P工作=15.08KWPII=PI×總=15.08×0.9=13.572KW3. 計算各軸扭矩（N·mm）TI=9.55×106PI/nI=150N·mmTII=9.55×106PII/nII=9.55×106×13.572/480 =270026.25N·mm齒輪的選擇1、齒輪傳動的設(shè)計計算1） 選擇齒輪材料及精度等級考慮減速器傳遞功率不在，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240260HBS

8、。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度220HBS；根據(jù)表選7級精度。齒面精糙度Ra1.63.2m2） 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3 確定有關(guān)參數(shù)如下：傳動比i齒=2 取小齒輪齒數(shù)Z1=16。則大齒輪齒數(shù)：Z2=iZ1=2×16=32 實際傳動比I0傳動比誤差：i-i0/I=0%<2% 可用齒數(shù)比：u=i0=2由表取d=0.93） 轉(zhuǎn)矩T1T1=9.55×106×P/n1=9.55×106×15.08/960 =150N·m4） 載荷系數(shù)k 由課本P128表6-7取k=15） 許用接觸

9、應(yīng)力HH= HlimZNT/SH由圖查得：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=350Mpa由查表得計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NLNL1=60n1rth=60×384×1×(16×365×8)=1.28×109NL2=NL1/i=1.28×109/6=2.14×108由查圖表得接觸疲勞的壽命系數(shù)：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齒輪和一般工業(yè)齒輪，按一般可靠度要求選取安全系數(shù)SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=570×0.92/1.0Mpa=524.4MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=35

10、0×0.98/1.0Mpa=343Mpa故得：d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.431×150000×(6+1)/0.9×6×34321/3mm=68.4mm模數(shù)：m=d1/Z1=68.4/16=3.8mm根據(jù)表取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)：m=4mm6） 校核齒根彎曲疲勞強度根據(jù)由公式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH確定有關(guān)參數(shù)和系數(shù)分度圓直徑：d1=mZ1=4×16mm=64mmd2=mZ2=4×32mm=128mm齒寬：b=34mm取b=34mm b2=30mm7） 齒形系數(shù)YFa和應(yīng)力修正系數(shù)YSa

11、根據(jù)齒數(shù)Z1=16,Z2=32由表得YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.14 YSa2=1.838） 許用彎曲應(yīng)力F根據(jù)公式式：F= Flim YSTYNT/SF由查表得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa由圖6-36查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)YST=2按一般可靠度選取安全系數(shù)SF=1.25 計算兩輪的許用彎曲應(yīng)力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=290×2×0.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =210×2×0.9/1.25Mpa

12、=302.4Mpa將求得的各參數(shù)代入式（6-49）F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2×1×150000/45×2.52×20) ×2.80×1.55Mpa=77.2Mpa< F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2×1×150000/45×2.52×120) ×2.14×1.83Mpa=11.6Mpa< F2故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠9） 計算齒輪傳動的中心矩aa=m/2(16+32)=4/2(16+32)=96mm (10)計算

13、齒輪的圓周速度VV=d1n1/60×1000=3.14×64×960/60×1000=3.22m/s減速器的軸及軸上零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸結(jié)構(gòu)設(shè)計包括確定鋼的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)是由多方面的因素決定的，其中主要考慮軸的強度、剛度、軸上零件的安裝、定位、軸的支承結(jié)構(gòu)以及軸的工藝性等，其設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)要素的確定，可參照教科書有關(guān)章節(jié)進行。單級圓柱齒輪減速器的軸一般均為階梯軸，確定階梯軸各段的直徑和長度是階梯軸設(shè)計的主要內(nèi)容。下面通過圖1-2-17和表1-2-2、表1-2-3來說明。1、階梯軸各段直徑的確定圖1-2-17中階梯軸各段的直徑可由表1

14、-2-2確定。符號確定方法及說明d1按許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進行估算。盡可能圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，如果選用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器，d1應(yīng)符合聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)的孔徑。d2d2= d1+2a，a為定位軸肩高度。通常取a=3-10mmd2盡可能符合密封件標(biāo)準(zhǔn)孔徑的要求，以便采用標(biāo)準(zhǔn)密封圈。d3此段安裝軸承，故d3必須符合滾動軸承的內(nèi)徑系列。為便于軸承安裝，此段軸徑與d2段形成自由軸肩，因此，d3= d2+15mm，然后圓整到軸承的內(nèi)徑系列。當(dāng)此軸段較長時，可改設(shè)計為兩個階梯段，一段與軸承配合，精度較高，一段與套筒配d4d4= d3+15mm（自由軸肩），d4與齒輪孔相配，應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。d5d5= d4+2a，a為定位軸環(huán)高度，通

15、常可取a=310mmd6d6= d3，因為同一軸上的滾動軸承最好選取同一型號。2、階梯軸各段長度的確定圖1-2-17中各階梯長度可由表1-2-3確定。表1-2-3軸各段長度的確定符號確定方法及說明L1按軸上零件的輪轂寬度決定，一般比轂寬短23mm。也可按（1.21.5）d1取定。L2L2=l3+l4(l3為軸承端蓋及聯(lián)接螺栓頭的高度)L3L3=B+l2+2+(23) B軸承寬度L4L4按齒輪寬度b決定，L4=b-(23)mmL5無擋油環(huán)時，L5=B 有擋油環(huán)時，L5=B+擋油環(huán)的轂寬注：表中l(wèi)2、l3、l4、2參見表1-2-4。由表中計算式可知，各段長度的確定與箱外的旋轉(zhuǎn)零件至固定零件的距離l

16、4；軸承端蓋及聯(lián)接螺栓頭高度的總尺寸l3；軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離l2；轉(zhuǎn)動零件端面至箱體內(nèi)壁的距離2以及檔油環(huán)的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，這些尺寸又取決于軸承蓋的類型、密封型式以及各零件在裝配圖中的相關(guān)位置。因此，階梯軸各段的長度應(yīng)通過裝配草圖設(shè)計過程中邊繪制邊計算確定。尤其值得注意的是：當(dāng)各零件相對位置確定以后，支承點的跨距即可確定，這時就可以計算支承反力，對軸的危險截面進行復(fù)合強度核核以及軸承壽命計算等，如果軸的強度不合格或者軸承壽命不符合要求，這時就要重新選擇軸承和調(diào)整結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，軸的各階梯段直徑和長度也相應(yīng)發(fā)生變化。由上述可知，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該在裝配草圖設(shè)計過程中，以邊繪圖、邊計算、邊修改的方式

17、逐步完成。表1-2-4為單級圓柱齒輪減速器的位置尺寸關(guān)系。二、齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計中小型減速器的齒輪一般用鍛鋼制造。當(dāng)齒輪的齒頂圓直徑da200mm時，可以做成圓盤式結(jié)構(gòu)。當(dāng)齒輪的齒根圓與鍵槽底部的距離小于!&（ &為模數(shù)）時，則齒輪與軸應(yīng)做成一體的齒輪軸。當(dāng)da=200500時，可以做成腹板式結(jié)構(gòu)。齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計可參照教科書有關(guān)章節(jié)進行。三、支承部件的結(jié)構(gòu)單級圓柱齒輪減速器軸的支承一般采用滾動軸承，如圖1-2-18所示。滾動軸承類型與尺寸選擇以及軸承組合設(shè)計可參照教材有關(guān)章節(jié)進行。軸承組合中，除滾動軸承外，還有軸承蓋、調(diào)整墊片、內(nèi)外密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。1、軸承蓋軸承蓋的作用是固定軸承

18、的位置并承受軸向力和密封軸承座孔。軸承蓋的材料一般為鑄鐵（HT150）。軸承蓋結(jié)構(gòu)型式分為凸緣式（用螺釘將蓋固定在箱體上）和嵌入式（用蓋的圓周凸緣嵌入軸承座孔的槽內(nèi)固定）。每種結(jié)構(gòu)又可分為悶蓋（中間無孔）和透蓋（中間有孔，用于軸外伸端的軸承座上）兩種型式，如圖1-2-19所示。表1-2-4單級圓柱齒輪減速器的位置尺寸符號名稱尺寸（mm）2轉(zhuǎn)動零件端面至箱體內(nèi)壁的距離2=1015，對于重型減速器應(yīng)取大些b小齒輪的寬度由齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計而定。B軸承寬度根據(jù)軸頸直徑可按中系列預(yù)選。1齒頂圓與減速器內(nèi)壁之間的最小間隙11.2, 箱座壁厚。l軸承支點的跨距由草圖設(shè)計決定L1#!箱外零件至軸承支點的計算距離#

19、!L1=B/2+l3+l4+l5/2L2軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離軸承用油池內(nèi)油潤滑時# L2=5-10, 軸承用脂潤滑且有擋油環(huán)時L2=10-15。L3-軸承端蓋及聯(lián)接螺栓頭高度根據(jù)軸承端蓋結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定L4箱外轉(zhuǎn)動零件至固定零件的距離#L4=1520L5*箱外零件與軸的配合長度L5=（1.21.5）d,d-配合軸徑表1-2-5和表1-2-6分別列出凸緣式軸承蓋和嵌入式軸承蓋的結(jié)構(gòu)尺寸。符號尺寸關(guān)系符號尺寸關(guān)系（D軸承外徑）306062100110130140230D5D0-(2.53) d3d3（螺釘直徑）6881010121216e1.2 d3n（螺釘數(shù)）4466e1(0.100.15)D

20、(e1e)d0d3+(12)m由結(jié)構(gòu)確定D0D+2.5 d32810D2D0+(2.53) d3b810D4(0.850.9)Dh(0.81)b不帶O型密封圈帶O型密封圈D(f9)408035110115170D封 404550556063656870758085E2(h11)568d封354045505558606365707580S101215D封9095100105110115120125130135140145810d封859095100105110115120125130135140D3D+e2當(dāng)D封=3050，W實際3.1D4D20D(f9)408085110115170m由軸承部

21、件結(jié)構(gòu)確定e2(h11)81012注：透蓋氈圈密封槽的尺寸參見表1-2-13S151820D3D3=D+(1015)d4(h9)d4=d封(與D封相應(yīng))b04(與W實際3.1相應(yīng))軸承蓋設(shè)計應(yīng)注意下列幾點：（1）當(dāng)軸承蓋的寬度較長時，應(yīng)在端部車出一段較小直徑（比孔徑小24mm ），但必須保留夠的配合長度e1。（2）軸承采用飛濺潤滑時，軸承蓋端部必須開缺口并車出一段小直徑，以便潤滑油流入軸承。（3）嵌入式軸承蓋結(jié)我緊湊，重量輕，但承載能力較差，且不便于調(diào)整軸承間隙，不宜用于要求準(zhǔn)確調(diào)整間隙的場合。2、調(diào)整墊片組調(diào)整墊片的作用是調(diào)整軸承的軸向游隙和軸承內(nèi)部間隙以及軸的軸向位置。調(diào)整墊片組由多片厚度

22、不同的墊片組成。調(diào)整時，根據(jù)需要組合成不同的厚度。調(diào)整墊片組的組別，片數(shù)及厚度可由表1-2-7查得。A組B組C組厚度0502010501501050150125片數(shù)Z342144133注：1.材料沖壓銅片或08鋼拋光2.d 2=D(24) 用于凸緣 D0,D2,n×d見表(1-2-5) 式軸承蓋 D軸承外徑 D2=D-1用于嵌d2按軸承外圓 入式安裝尺寸確定 軸承蓋 3.建議準(zhǔn)備0.55mm的墊片若干片以備調(diào)整微小間隙用。軸的計算1、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1） 軸上零件的定位，固定和裝配單級齒輪傳動中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯(lián)接以平鍵

23、作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過渡配合固定2） 確定軸各段直徑和長度工段：d1=28mm 長度取L1=60mmh=2c c=2.5mm其中花鍵長度為35mm。II段:d2=d1+2h=28+2×1=30mmd2=30mm初選用深溝球軸承，其內(nèi)徑為30mm,考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長為16mm，通過密封蓋軸段長應(yīng)根據(jù)密封蓋的寬度安裝齒輪段長度應(yīng)比輪轂寬度小23mm,故II段長：L2=33mmIII段直徑d3=38mmL3 =125mm段直徑d4=30mm由手冊得：c=4 h=2c=2×4=8mmd4=d3+2C=48-2×1.5=30mmL4=15mm段直徑d5=28mmL5=60mm。其中花鍵長度為35mm此段左面的滾動軸承的定位軸肩考慮，應(yīng)便于軸承的拆卸.由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=158mm2、軸的校核1、基本數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)矩T=150 ，轉(zhuǎn)速n=9602、求作用在齒輪上的力：因已知齒輪分度圓直徑d=156力的方向如圖所示：