減速器論文完

減速器張藝博河南科技大學機械制造及自動化河南洛陽471000摘要:20世紀70－80年代，世界上減速器技術有了很大的發(fā)展，且與新技術革命的發(fā)展緊密結合。減速器是各類機械設備中廣泛應用的傳動裝置。減速器設計的優(yōu)劣直接影響機械設備的傳動性能。本文通過對減速器的發(fā)展及優(yōu)化設計方法的分析，提出了減速器設計中應考慮的約束條件、目標函數和變量等。

關鍵詞：減速器的發(fā)展、優(yōu)化設計

減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，是一種相對精密的機械，使用它的目的是用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。

減速器主要由傳動零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體及其附件所組成。其基本結構有三大部分：1.齒輪、軸及軸承組合。

2.箱體：箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應具有足夠的強度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，對于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。單體生產的減速器，為了簡化工藝、降低成本，可采用鋼板焊接的箱體。

3.減速器附件：為了保證減速器的正常工作，除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結構設計給予足夠的重視外，還應考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設計。

減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設計、制造和使用特點各不相同。其主要類型：齒輪減速器；蝸桿減速器；齒輪—蝸桿減速器；行星齒輪減速器。

一般的減速器有斜齒輪減速器(包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等)、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機械無級變速機等等。

減速器特點：蝸輪蝸桿減速器的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉速不能太高。行星減速器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。

減速器:

簡言之，一般機器的功率在設計并制造出來后，其額定功率就不在改變，這時，速度越大，則扭矩（或扭力）越??；速度越小，則扭力越大。一、

什么是減速器

減速器是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將馬達的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。

1、減速器的作用

1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。

2）減速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。

2、減速器的種類

一般的減速器有斜齒輪減速器(包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等)、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機械無級變速機等等。

3、常見減速器

1）蝸輪蝸桿減速器的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。

2）諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉速不能太高。

3）行星減速器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大，但價格略貴。對裝配前零件的要求：1.滾動軸承用汽油清洗，其他零件用煤油清洗。所有零件和箱體內不許有任何雜質存在。箱體內壁和齒輪（蝸輪）等未加工表面先后涂兩次不被機油侵蝕的耐油漆，箱體外表面先后涂底漆和顏色油漆（按主機要求配色）。

2.零件配合面洗凈后涂以潤滑油二、安裝和調整的要求

1.滾動軸承的安裝

滾動軸承安裝時軸承內圈應緊貼軸肩，要求縫隙不得通過0.05mm厚的塞尺。

2.軸承軸向游隙

對隙可調整的軸承軸向游隙數值。點擊查看圓錐滾子軸承軸向游隙；角接觸球軸承軸向游隙

3.齒輪（蝸輪）嚙合的齒側間隙

可用塞尺或壓鉛法。即將鉛絲放在齒槽上，然后轉動齒輪而壓扁鉛絲，測量兩齒側被壓扁鉛絲厚度之和即為齒側的大小。

三、密封要求

1.箱體剖分面之間不允許填任何墊片，但可以涂密封膠或水玻璃以保證密封；

2.裝配時，在擰緊箱體螺栓前，應使用0.05mm的塞尺檢查箱蓋和箱座結合面之間的密封性；

3.軸伸密封處應涂以潤滑脂。各密封裝置應嚴格按要求安裝

四、潤滑要求

1.合理確定潤滑油和潤滑脂類型和牌號

2.軸承脂潤滑時，潤滑脂的填充量一般為可加脂空間的1/2~2/3。

3.潤滑油應定期更換，新減速器第一次使用時，運轉7~14天后換油，以后可以根據情況每隔3~6個月換一次油。

五、試驗要求

1.空載運轉：在額定轉速下正、反運轉1~2小時；

2.負荷試驗：在額定轉速、額定負荷下運轉，至油溫平衡為止。對齒輪減速器，要求油池溫升不超過35oC,軸承溫升不超過40oC；對蝸桿減速器，要求油池溫升不超過60oC,軸承溫升不超過50oC；

3.全部試驗過程中，要求運轉平穩(wěn)，噪聲小，聯接固定處不松動，各密封、結合處不松動。

六、包裝和運輸要求

1.外伸軸及其附件應涂油包裝；

2.搬運、起吊時不得使用吊環(huán)螺釘及吊耳以上技術要求不一定全部列出，有時還需另增項目，主要由設計的具體要求而定。

七、技術要求

1.裝配前，所有零件用煤油清洗，滾動軸承用汽油清洗，不許有任何雜物存在。內壁涂上不被機油腐蝕的涂料兩次；

2.嚙合側隙用鉛絲檢驗不小于0.16mm，鉛絲不得大于最小側隙的4倍；3.用涂色法檢驗斑點。按齒高接觸點不小于40%；按齒長接觸斑點不小于50%。必要時可用研磨或刮后研磨以便改善接觸情況；

4.應調整軸承軸向間隙：φ40為0.05--0.1mm,φ55為0.08--0.15mm;

5.檢驗減速器剖分面、各接觸面及密封處，均不許漏油。剖分面允許涂以密封油漆或水玻璃，不允許使用任何填料；

6.機座內裝N100潤滑油至規(guī)定高度。

下面我介紹我國減速器的發(fā)展現狀（一）、減速器的介紹國內的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進口。60年代開始生產的少齒差傳動、擺線針輪傳動、諧波傳動等減速器具有傳動比大，體積小、機械效率高等優(yōu)點。但受其傳動的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內出現的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動齒輪傳動的減速器，它可實現較大的傳動比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結構簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結構，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學研制成功的"內平動齒輪減速器"不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點，處于國內領先地位。國內有少數高等學校和廠礦企業(yè)對平動齒輪傳動中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動減速器開展了一些工作。（二）、平動齒輪減速器工作原理簡介：平動齒輪減速器是指一對齒輪傳動中，一個齒輪在平動發(fā)生器的驅動下作平面平行運動，通過齒廓間的嚙合，驅動另一個齒輪作定軸減速轉動，實現減速傳動的作用。平動發(fā)生器可采用平行四邊形機構，或正弦機構或十字滑塊機構。本成果采用平行四邊形機構作為平動發(fā)生器。平動發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機構，也可以是實體的采用平行四邊形機構。有實用價值的平動齒輪機構為內嚙合齒輪機構，因此又可以分為內齒輪作平動運動和外齒輪作平動運動兩種情況。外平動齒輪減速器構，其內齒輪作平動運動，驅動外齒輪并作減速轉動輸出。該機構亦稱三環(huán)（齒輪）減速器。由于內齒輪作平動，兩曲柄中心設置在內齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問題。內平動齒輪減速，其外齒輪作平動運動，驅動內齒輪作減速轉動輸出。由于外齒輪作平動，兩曲柄中心能設置在外齒輪的齒圈內部，大大減少了機構整體尺寸。由于內平動齒輪機構傳動效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應用前景。（三）、本項目的技術特點與關鍵技術

1.本項目的技術特點,本新型的"內平動齒輪減速器"與國內外已有的齒輪減速器相比較，有如下特點：（1）傳動比范圍大，自I=10起，最大可達幾千。若制作成大傳動比的減速器，則更顯示出本減速器的優(yōu)點。（2）傳遞功率范圍大：并可與電動機聯成一體制造。（3）結構簡單、體積小、重量輕。比現有的齒輪減速器減少1/3左右。（4）機械效率高。嚙合效率大于95%，整機效率在85%以上，且減速器的效率將不隨傳動比的增大而降低，這是別的許多減速器所不及的。（5）本減速器的輸入軸和輸出軸是在同一軸線上。本減速器與其它減速器的性能比較，因缺少數據，各減速器的功率/重量比是最優(yōu)越的。2.本項目的關鍵技術。"內平動齒輪減速器"是由內齒輪Z2、外齒輪Z1和平行四邊形機構組合而成的。它的傳動原理是：電機輸入旋轉運動，外齒輪作平行移動，其圓心的運動軌跡是一個圓，與之嚙合的內齒輪則作定軸轉動。因為外齒輪作平行移動，所以稱謂平動齒輪機構。齒輪的平行移動需要有輔助機構幫助實現的，可采用（6~12副）銷軸、滾子作為虛擬輔助平動機構，也可以采用偏心軸作為實體輔助平動機構。內平動齒輪減速器的關鍵技術和關鍵工藝是組成平行四邊形構件的尺寸計算及其要求的加工精度、輪齒主要參數的選擇。這些因數都將影響傳動的能力和傳動的質量?？偟恼f，組成本減速器的各零部件都要求有較高的精度，它們將決定著減速器的整體傳動質量。3.本項目的概況本項目已獲得中國實用新型專利，專利號：ZL95227767.0。本項目自1995年試制出第一臺樣機（功率2.5kW，傳動比I=32）后，陸續(xù)與一些廠礦合作，設計了下面幾種不同功率、不同傳動比的減速器。（1）電動推拉門用減速器，功率550W，傳動比I=26，與電機連成一體。（2）攪拌機用減速器，功率370W，傳動比I=17。（3）某軍品用的兩種減速器，一種功率370W，傳動比I=23.5；另一種功率370W，傳動比I=103的二級傳動減速器。（4）鋼廠大包回轉臺減速器，功率7.5kw，傳動比I=64。（5）鋼廠輥道減速器，功率7.5kw，傳動I=11。在本專利的基礎上，已研制出一種新型超大型減速器，功率可達1000kw，目前正在研制超小型（外型尺寸為毫米級）的微型減速器.九、減速器和差速器的調整與裝配在對BJ2020S吉普車后橋的維修中，最主要的就是減速器主、從動圓錐齒輪的嚙合印痕及嚙合間隙；差速器半軸齒輪、行星齒輪嚙合間隙和各軸承松緊度的調整。這是一項既重要又較為困難的工作，因為后橋主、從動圓錐齒輪是在大負荷、高轉速下工作的，而且其所承受的是交變負荷，如果兩者的嚙合印痕不符合要求，或嚙合間隙不當，工作中將會出現傳動不平穩(wěn)和噪音，加速齒面磨損，甚至打壞齒輪，直接影響汽車使用壽命和各項任務的完成。同時，汽車后橋的結構雖不是很復雜，但由于主、從動圓錐齒輪的體積較大，拆裝費時費力，加之一些同志對齒輪的傳動原理不夠熟悉，實踐機會又少，主、從動圓錐齒輪嚙合印痕和間隙的檢查調整及裝配就成了一個較為復雜的問題。本文根據幾年來在教學和實際維修工作中的摸索，就BJ2020S吉普車后橋差速器齒輪和軸承的調整，主、從動圓錐齒輪嚙合印痕和間隙及主動圓錐齒輪軸承間隙的調整和裝配的有關方法、步驟談點看法和意見。

1.差速器半軸齒輪與行星齒輪嚙合間隙的調整

半軸齒輪與行星齒輪嚙合間隙的調整，是通過半軸齒輪與差速器殼之間三個不同厚度(1.0mm、0.5mm、0.2mm)的止推墊片來調整的。因為行星齒輪與差速器殼之間的止推墊片是一定的，所以，通過加、減半軸齒輪的止推墊片(兩半軸齒輪同時加、減墊片)，使其與行星齒輪的嚙合間隙達到標準。然后用銷子將行星齒輪軸固定。

2.差速器軸承間隙的調整

此軸承間隙的調整是通過加、減差速器軸承與差速器殼之間四個不同厚度(0.5mm、0.25mm、0.15mm、0.10mm)的調整墊片來調整的。在調整前準備好左、右橋殼之間的密封墊，安裝固定好從動圓錐齒輪。主動圓錐齒輪先不要安裝，應按照規(guī)定的扭矩(40—60N·m)安裝好左、右橋殼，以圓錐主動齒輪的位置，用長金屬棒或大起子轉動差速器總成，或上下撬差速器總成，來檢查差速器軸承間隙，以達到感覺沒有軸向間隙且轉動自由為止。

3.主動圓錐齒輪軸承間隙的調整

在主動圓錐齒輪的位置基本確定后，可通過增、減主動圓錐齒輪前軸承與主動圓錐齒輪前軸承止推環(huán)之間的四個不同厚度(0.10mm、0.15mm、0.25mm、0.50mm)的調整墊片來調整，使其達到轉動靈活，沒有軸向、徑向間隙的感覺。

4.主動圓錐齒輪與從動圓錐齒輪間隙嚙合印痕的調整

國產汽車齒輪因無修正值，裝配時普遍采用嚙合印痕調整法，即首先檢查嚙合印痕是否符合要求，如不符合要求，則通過改變主、從動圓錐齒輪的軸向位置來獲得符合要求的嚙合印痕，在調整好主動圓錐齒輪軸承和差速器軸承間隙(預緊度)的基礎上，擦凈主、從動圓錐齒輪，在主動圓錐齒輪3—4個齒的正、反面涂上薄層紅丹油(或紅印油)，放進差速器總成，按要求裝好左、右橋殼，正、反轉動主動圓錐齒輪，然后分解左、右橋殼，查看從動圓錐齒輪齒面上的印痕是否符合要求。如嚙合印痕不符合要求，可視情況通過向里、向外或向左、向右移動主、從動圓錐齒輪來調整。當嚙合印痕偏向齒頂、齒根或齒的大端、小端時，其調整口訣為：“頂進主，根出主，大進從(即從動圓錐齒輪移進主動齒輪)，小出從(即從動圓錐齒輪移離主動齒輪)”。當主、從動圓錐齒輪的嚙合印痕符合標準后，需檢查主、從動圓錐齒輪間隙，主動圓錐齒輪與從動圓錐齒輪的齒側間隙應在主動圓錐齒輪法蘭盤半徑為45mm的圓周上測量，其位移(弧長)應在0.2—0.6mm之間。如不符合標準，可增、減主動圓錐齒輪后軸承與主動圓錐齒輪之間的墊片或者左、右移動差速器軸承調整墊片來調整主、從動圓錐齒輪的間隙，因此時主、從動圓錐齒輪的印痕已調整好，調整量很小，是不會破壞主、從動圓錐齒輪嚙合印痕的。

5.減速器和差速器總成的裝配在差速器齒輪主、從動圓錐齒輪、各軸承及嚙合印痕，都分別調整完畢后，開始進行減速器與差速器總成的裝配。按照調整時所用墊片的厚度、各緊固螺栓的扭矩，涂上密封膠，先裝配好主動圓錐齒輪，再裝上差速器總成，最后按順序合上橋殼，至此全部調整裝配完成。十、單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設計單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結構簡單、質量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應用于轎車和輕、中型貨車的驅動橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標的優(yōu)化設計問題，是一個具有16個不等式約束的6維優(yōu)化問題,其數學模型可簡記為：

minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6x]T∈R6S.t.gj(x)≤0(j=1,2,3∧，16)

采用優(yōu)化設計方法后，在滿足強度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設計效率和質量。優(yōu)化設計法與傳統(tǒng)設計密切相關，優(yōu)化設計是以傳統(tǒng)設計為基礎，沿用了傳統(tǒng)設計中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設計所涉及的有關因素。優(yōu)化設計雖然彌補了傳統(tǒng)設計的某些不足，但該設計法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設計中引入可靠性技術、模糊技術，形成可靠性優(yōu)化設計或模糊可靠性優(yōu)化設計等現代設計法，使工程設計技術由“硬”向“軟”發(fā)展。

10.1混凝土攪拌運輸車減速器的優(yōu)化設計

10.1.1主要參數

混凝土攪拌運輸車攪拌筒(罐)的設計容積為8～10m3，最大安裝角度12°，工作轉速2～4r/min和10～12r/min(卸料時的反向轉速)；減速器設計傳動比131∶1，最大輸出轉矩60kN/m，要求傳動效率高、密封性好、噪聲低、互換性強。結構設計主要包括前蓋組件、被動輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機體與內齒圈之間采用彈性套銷的均載機構。為便于用戶在使用時裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設計有15°的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動±6°，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm3460mm3530mm，總質量(不含油)為290kg。

10.1.2傳動系統(tǒng)設計

該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動，其余兩級為NGW型行星齒輪傳動。其中，第二、三級分別有3個和4個中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動且采用滾動軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯齒輪聯軸器連接，混凝土攪拌運輸車減速器對齒面接觸疲勞強度、齒根彎曲疲勞強度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數和進行修形計算十分重要。

10.2減速器優(yōu)化設計的數學模型

10.2.1目標函數

對于C型問題，目標函數是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，?，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級中心距之和；x——各設計變量(包括各級中心距、模數、螺旋角、齒數、齒寬和變位系數等)；n——設計變量的個數。對于P型問題，目標函數是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，?，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。

10.2.2約束條件

約束條件是判斷目標函數中設計變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設計過程中提出的每一個供選擇的設計方案；都應當由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構成。對于減速器來說，在列出優(yōu)化設計的約束條件時，應當從各個方面細致周全的予以考慮。例如，設計變量本身的取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應有的關系等等。減速器優(yōu)化設計應考慮以下約束條件：

(1)設計變量取值的離散性約束

齒數：每個齒輪的齒數應當是整數；模數：齒輪模數應符合標準模數系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長。

(2)設計變量取值的上下界約束

螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8°~15°；總變位系數：由于總變位系數將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。

(3)齒輪的強度約束

齒輪強度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強度與輪齒的彎曲疲勞強度，這兩項計算根據國家標準GB3480-83中的方法進行。強度是否夠，根據實際安全系數是否達到或超出預定的安全系數進行檢驗。

1)齒輪的根切約束

為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。

2)零件的干涉約束

要求中心距、齒頂圓和軸徑這三者之間滿足無干涉的幾何關系。對于三級傳動的減速器，干涉約束相當于兩個約束：第二級中心距應大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與第三級小齒輪頂圓半徑之和；第三級中心距應大于第二級大齒輪頂圓半徑與第4軸半徑之和。而二級齒輪傳動類推。

十一、結語我們的時代是充滿希望與機遇的時代。21世紀的希望在亞洲，亞洲的希望在中國。我國機械行業(yè)經過數十年發(fā)展后已比較成熟，與國外先進水平的差距日漸縮小，但還存在不少問題，所以機械科技工作者任重而道遠。我們常說：學歷不等于能力，文憑不等于水平，但知識、經驗和技能仍然是創(chuàng)新成功的基礎。哲學家培根提出：“知識就是力量”，牛頓說他的成功是站在前人肩膀上的結果。一個十分重要的規(guī)律是所有創(chuàng)新都是孜孜不倦的學習和百折不撓實踐的結果。要創(chuàng)新，必須學習知識和技能。進入信息時代以后，知識日新月異，信息空前膨脹。一個人的知識通過大學學習只能滿足其需要知識的10～20％。其余的必須通過不斷地繼續(xù)學習才能滿足社會發(fā)展的需求。因此年輕的機械設計和生產工作者，應不斷地刻苦學習，鍥而不舍地提高自己創(chuàng)新的知識，經驗和技能，否則“創(chuàng)新”喊得再響也不過是一句“口號”。其實，機械創(chuàng)新設計并非想象中那么難，也并非容易之事，只要你留心身邊的小事，善于發(fā)現，在機械方面你就會有新的創(chuàng)新，中國