齿轮减速器三维设计及运动仿真

  近年来，减速器的结构有些新的变化。为了和沿用已久、国内目前还在广泛使用 的减速器有所区别，这里分列了两节，并称之为传统型减速器结构和新型减速器结构。

  1）传统型减速器结构 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

  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。减速器由于结构紧密相连、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。

  1.4 设计的目的……………………………………………………………………6 1.5 已知条件 …………………………………………………………………7 2 减速器结够分析………………………………………………………………8 2.1 分析传动系统的工作情况……………Hale Waihona Puke Baidu……………………………………8 3 传动装置的总体设计…………………………………………………………9 3.1 选择电动机……………………………………………………………………9 4 计算各轴的转速功率和转矩…………………………………………………11 4.1 转速……………………………………………………………………………11 4.2 输出功率………………………………………………………………………11 4.3 输出转矩………………………………………………………………………11 5 齿轮的参数设计………………………………………………………………12 5.1 选材……………………………………………………………………………12 5.2 高速轴…………………………………………………………………………12 5.3 齿根弯曲疲劳强度校核………………………………………………………14 5.4 高速轴…………………………………………………………………………16 5.5 齿根弯曲疲劳强度校核………………………………………………………17 6 工作上的能力分析计算……………………………………………………………20 6.1 校核齿轮强度（校核低速级大齿轮）………………………………………20 7 高速轴的设计…………………………………………………………………20 7.1 选 材 …………………………………………………………………………20 7.2 初估直径………………………………………………………………………21 7.3 结构设计………………………………………………………………………21 8 高速轴轴承……………………………………………………………………21 9 中间轴的设计…………………………………………………………………22 9.1 选材……………………………………………………………………………22 9.2 初估直径………………………………………………………………………22 9.3 结构设计………………………………………………………………………22 10 中间轴轴承……………………………………………………………………23 11 滚动轴承………………………………………………………………………27

  减速器类型很多，按传动级数大致上可以分为：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 以下对几种减速器作对比： 1）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(i40)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 40 000kW，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，

  简单和表面平整。箱体应有充足的刚度，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。

  2）新型减速器结构 下面列举两种联体式减速器的新型结构，图中未将电动机部分画出。 1）齿轮—蜗杆二级减速器；2）圆柱齿轮—圆锥齿轮—圆柱齿轮三级减速器。 这些减速器都具有以下结构特点：

  ——在箱体上不沿齿轮或蜗轮轴线开设剖分面。为便于传动零件的安装， 在适当部位

  有较大的开孔。 ——在输入轴和输出轴端不采用传统的法兰式端盖，而改用机械密封圈；在

  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）圆锥齿轮减速器 它用于输入轴和输出轴位置布置成相交的场合。二级和二级以上的圆锥齿轮减速 器常由圆锥齿轮传动和圆柱齿轮传动组成，所以有时又称圆锥—圆柱齿轮减速器。因 为圆锥齿轮常常是悬臂装在轴端的，为了使它受力小些，常将圆锥面崧，作为，高速 极：山手面锥齿轮的精加工很难，允许圆周速度又较低，因此圆锥齿轮减速器的 应用不如圆柱齿轮减速器广。 3）蜗杆减速器 大多数都用在传动比较大(j10)的场合。通常说蜗杆传动结构紧密相连、轮廓尺寸小，这 只是对传减速器的传动比较大的蜗杆减速器才是正确的，当传动比并不很大时，此优 点并不显著。由于效率较低，蜗杆减速器不宜用在大功率传动的场合。 蜗杆减速器主要有蜗杆在上和蜗杆在下两种不同形式。蜗杆圆周速度小于 4m/s 时最好采用蜗杆在下式，这时，在啮合处能得到良好的润滑和冷却条件。但蜗杆圆周 速度大于 4m/s 时，为避免搅油太甚、发热过多，最好采用蜗杆在上式。 4）齿轮-蜗杆减速器 它有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种布置形式。前者结构较紧凑，后 者效率较高。 通过比较，我们选定圆柱齿轮减速器。

  盲孔端则装有冲压薄壁端盖。 ——输出轴的尺寸加大了，键槽的开法和传统的规定不同，甚至跨越了轴肩，

  有利于充分的发挥轮毂的作用。 和传统的减速器相比，新型减速器结构上的改进，既可简化结构，减少零件数目，

  同时又改善了制造工艺性。但设计时要注意装配的工艺性，要提高某些装配零件的制 造精度。

  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

  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 u12m/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。

  12 键联接的选择与计算…………………………………………………………29 13 箱体的主要尺寸计算…………………………………………………………31 14 基于 PROE 软件的设计说明 …………………………………………………33 结论…………………………………………………………………………………36 致谢…………………………………………………………………………………37 参考文献……………………………………………………………………………38

  蜗杆圆周速度在 10m/s 以下的蜗杆减速器能够使用油池润滑。当蜗杆在下时，油 面高度应低于蜗杆螺纹的根部，并且不应超过蜗杆轴上滚动轴承的最低滚珠(柱)的中 心，以免增加功率损失。但如满足了后一条件而蜗杆未能浸入油中时，则可在蜗杆轴 上装一甩油环，将油甩到蜗轮上以进行润滑。当蜗杆在上时，则蜗轮浸入油中的深度 也以超过齿高不多为限。蜗杆圆周速度在 10m／s 以上的减速器应采用喷油润滑。喷 油方向应顺着蜗杆转入啮合区的方向，但有时为加速热的散失，油也可从蜗杆两侧 送人啮合区。齿轮减速器和蜗轮减速器的润滑油粘度可分别参考表选取。若工作时候的温度 低于 0℃，则使用时需先将油加热到 0℃以上。蜗杆上置的，粘度应适当增大。

  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。

  1 绪论 …………………………………………………………………………3 1.1 减速器的主要型式及其特性…………………………………………………3

  1.2 减速器结构……………………………………………………………………4

  1.3 减速器润滑……………………………………………………………………5