1摘 要齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。其主要傳動結(jié)構(gòu)為：行星輪、太陽輪、外齒圈。相對其他減速機，行星減速機具有高剛性、高精度、高傳動效率，高的扭矩/體積比，終身免維護等特點。因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，減速器與電動機的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號的產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：減速器 定齒輪傳動 連體結(jié)構(gòu)2AbstractGear reducer in all walks of life are widely used, is an indispensable mechanical transmission device. The current reducer generally exists in large volume, large weight, or the transmission ratio and low mechanical efficiency problem. The main transmission structure: the planet wheel, sun wheel, ring gear. Relative to other reducer, planetary reducer with high rigidity, high precision, high transmission efficiency, high torque / volume ratio, the characteristics of lifelong maintenance etc Because of these characteristics, the majority of planetary gear reducer is installed in the stepping motor and servo motor, to reduce speed, high torque, inertia matching.Foreign reducer, with Germany, Denmark and Japan is in the leading position, especially dominant in material and manufacturing process, reducer good working reliability, long service life. But its transmission form still with fixed axis gear transmission, volume and weight problem, also did not solve good.Today's reducer is towards high power, large transmission ratio, small volume, high mechanical efficiency and long life direction. Therefore, in addition to the continuous improvement of material quality, raise the level of technology, also the transmission principle and transmission structure of in-depth study and innovation, reducer and the motor connecting structures, but also vigorously develop the form, and has produced a variety of structural forms and multiple power products.Keywords: fixed gear reducer connected structure3目 錄1.引言 .12.新型少齒差減速器的原理與設(shè)計 .12.1.新型少齒差減速器的原理 12.2.國內(nèi)外研究電動機選擇 23.主傳動系統(tǒng)分級系統(tǒng)擬定 .23.1 傳動副與轉(zhuǎn)速級數(shù)的確定 23.2 傳動方案與結(jié)構(gòu)式的擬定 33.3 變速組最小傳動比 44.齒輪的相關(guān)設(shè)計 .54.1 齒輪齒數(shù)的確定 54.2 齒輪的相關(guān)布置 65.軸承相關(guān)設(shè)計 .65.1 軸的強度設(shè)計 65.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 75.3 軸上零件的軸向固定 75.4 軸上零件的周向固定 86.軸承的壽命計算 .87.減速器總效率計算 .98.結(jié)論 .9致 謝 10參考文獻： 1041.引言齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。其主要傳動結(jié)構(gòu)為：行星輪、太陽輪、外齒圈。相對其他減速機，行星減速機具有高剛性、高精度、高傳動效率，高的扭矩/體積比，終身免維護等特點。因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。本文通過對行星輪減速機傳動原理，對其單輸入雙輸出行星減速機進行機械設(shè)計，力求在理論和實際中達到高剛性、高精度、高傳動效率，高的扭矩/體積比。2.新型少齒差減速器的原理與設(shè)計2.1.新型少齒差減速器的原理當需要體積小傳動比大的減速機構(gòu)時，過去人們一般采用蝸輪蝸桿傳動。蝸輪蝸桿傳動的最大缺點是：傳動效率低，制造蝸桿副需要大量的貴重金屬銅。漸開線行星減速傳動，當行星輪齒數(shù)與其嚙合的內(nèi)齒輪齒數(shù)相差很少時（稱為少齒差傳動） ，不但裝配方便、體積小，而且傳動效率高、傳動比大、無需貴重金屬銅。因此，漸開線少齒差傳動受到人們的廣泛注意。 。但是由于輪系中的齒輪是漸開線齒輪，而兩輪齒的齒數(shù)相差又很小，采用正常齒制的齒輪，兩齒輪在運動中極易發(fā)生齒廓干涉。為了防止齒與齒之間的干涉，需要采用有較大嚙合角的齒形。因而導(dǎo)致了齒輪有較大的徑向負荷。此外，由于需將作平面運動的行星輪的運動輸出，還需要一個運動輸出機構(gòu)，這些都使其傳遞的功率和傳動效率受到一定的限制。因此，漸開線少齒差行星輪傳動一般只適用于中小型的動力傳動，傳遞功率一般不大于 45KW。2.2.國內(nèi)外研究電動機選擇相對其他減速機，行星減速機具有高剛性、高精度、高傳動效率，高的扭矩/體積比，終身免維護等特點。因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進5電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。3.主傳動系統(tǒng)分級系統(tǒng)擬定根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計一個行星輪減速機，要求第一級傳動為直齒輪傳動，第二級為少齒差傳動。其機構(gòu)運動簡圖如下 3.1 傳動副與轉(zhuǎn)速級數(shù)的確定在確定傳動方案時應(yīng)合理確定各傳動組傳動副數(shù)，變速組的傳動副數(shù)一般為 2 或 3，一定的主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)可由不同的傳動副數(shù)和變速組數(shù)得到。如對于18 級轉(zhuǎn)速來說，其主軸傳動方案可以有 ， ， ，前兩9218??63?2318??種方案變速組及傳動軸少，傳動鏈教短，但在第二變速組中分別采用了 6 對和9 對齒輪副。這樣，同一軸上齒輪數(shù)太多，不僅使齒輪箱軸向尺寸過大，而且變速箱操縱復(fù)雜，難以實現(xiàn)。最后一組傳動方案中，傳動副數(shù)為 2 或 3。采用這樣的方案雖然多了一根傳動軸，但總傳動副數(shù)為 8 對，比之前少了 1 對和 3對。另外由于軸上滑移齒輪少，變速操作較為易行，所以一般變速組傳動副數(shù)為 2 或 3。根據(jù)設(shè)計原理要求，包含二個變速組，其中第一級直齒輪傳動包含 3 個傳動副，第二級少齒差傳動包含 2 個傳動副，因此主軸級數(shù)為其變速組乘積即： 623????baPZ當主軸變速范圍一定時，公比 越小，則轉(zhuǎn)速級數(shù)越多，相對轉(zhuǎn)速損失越?小，但機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜。反之，公比 越大，則轉(zhuǎn)速級數(shù)越少，機床結(jié)構(gòu)簡單，6但相對轉(zhuǎn)速損失越大。一般通用機床多采用 或 。因此選用公比26.1??41.。對于其轉(zhuǎn)速數(shù)列，根據(jù)查機床制造的標準數(shù)列得知，其主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)26.1??為 6 級，公比為 1.58，則查表得知其數(shù)列的 1-6 項為：63、100、160、250、400、630，則主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列為63、100、160、250、400、630。3.2 傳動方案與結(jié)構(gòu)式的擬定傳動副多的變速組應(yīng)盡量靠前布置，一般主傳動系統(tǒng)中，以降速傳動為主，布置在前面，靠近電動機的傳動軸及軸上傳動件的轉(zhuǎn)速較高，在功率不變的情況下，傳動件的轉(zhuǎn)速越高，傳遞的扭矩越小，傳動件的尺寸也可小些，故希望前面變速組的傳動副數(shù)多些，后面靠近主軸，轉(zhuǎn)速較低的變速組內(nèi)傳動副少些。變速組的擴大順序應(yīng)與傳動順序一致，在轉(zhuǎn)速圖上表現(xiàn)為前面?zhèn)鲃咏M傳動比連線分布密，而后面?zhèn)鲃咏M傳動比連線分布疏，故又稱此原則為“前密后疏”原則。傳動副的傳動比應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。在降速傳動副中，由于主動小齒輪的最小齒輪有限制，為避免被動大齒輪直徑太大，降速比不能太小，一般限定不能小于 1/4。升速傳動中，為減少振動和傳動誤差，要求采用直齒輪傳動的方式，升速傳動比不大于 2。對斜齒圓柱齒輪傳動，升速傳動比不大于 2.5。因此在主變速系統(tǒng)中，變速器的最大范圍為：)(841minaxa直 齒 輪 圓 柱 齒 輪 傳 動??ur或 )(1045.2minaxa 斜 齒 輪 圓 柱 齒 輪 傳 動??ur根據(jù)變速組內(nèi)傳動副數(shù)取 2 或 3，以及傳動副數(shù)布置因該“前多后少”的原則，取結(jié)構(gòu)式為 的傳動方案，主軸的變速級數(shù)是在基本變速組的基礎(chǔ)36??上由第一擴大組，第二擴大組逐步擴大變速而來的。為使機床主軸轉(zhuǎn)速按等比數(shù)列連續(xù)分布，各變速組內(nèi)傳動比應(yīng)成等比數(shù)列排列，其級比 以及級?7比指數(shù) 因該因該符合一定規(guī)律，即x 1.??icbai ppxi?實際上，如果一個分級變速系統(tǒng)中還有更多擴大組的話，任意一個擴大組的級比指數(shù) 應(yīng)為前面其各變速組傳動副的乘積，即x 1.??icbai ppx由上述可見，一個變速組的傳動副數(shù) 以及變速組的級比指數(shù) ，體現(xiàn)該變速Px組的基本特性，因而，可采用一個包含傳動副數(shù)及級比指數(shù)的表達式——結(jié)構(gòu)式，來表示一個變速組的基本變速特性。其結(jié)構(gòu)通式為 wcbba xPxZ).()(?則其結(jié)構(gòu)式應(yīng)為 ，由于最后擴大組變速范圍最大，一般只需檢查最大3126?擴大組變速范圍，因此應(yīng)檢驗其變速范圍： 26.1)1(3)(minax ????cpxcur?符合變速組變速范圍的限制要求。3.3 變速組最小傳動比根據(jù)變速組內(nèi)傳動比規(guī)律，不難得出基本組內(nèi)三種傳動比之比為： 2341::31 ??aaUw第一擴大組傳動比為： ?1::4332?bb可見，各變速組的傳動比均為 的整數(shù)次冪，而且各傳動比成等比數(shù)列排?列，根據(jù)此規(guī)律推算出第一級直齒輪傳動最小傳動比為： 21min??aU第二級少齒差傳動最小傳動比為： 31min??b84.齒輪的相關(guān)設(shè)計4.1 齒輪齒數(shù)的確定確定齒輪齒數(shù)時的注意事項，為了減小齒輪的徑向尺寸，齒輪副的齒數(shù)和一般不應(yīng)超過 100～200。為避免齒輪的根切現(xiàn)象，齒輪最小齒數(shù)不應(yīng)小于zS17。為保證齒輪有足夠強度，防止熱處理時變形過大或發(fā)生齒根斷裂現(xiàn)象，齒輪齒槽槽底與孔壁或鍵槽槽底間的壁厚應(yīng)大于 2mm。由于傳動比誤差所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對誤差，應(yīng)控制在 以內(nèi)，即：)%1(0???≤理 論理 論實 際 n??)1(0??對于齒輪的第一級傳動，采用一個主動輪帶動兩個從動輪將速度減速或功率分流，其中主動輪齒輪為 ，從動輪為 ，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取 ，則aZbZ21?aZ421?abU750?zS則對于第一級直齒輪傳動，主動齒輪齒數(shù)為 21，從動輪為 42對于二級少齒差傳動 0211' ?????zaaUZ則 ，此為主動輪，主動輪為最小齒輪，根據(jù)公2507'??azaSZ式可知 75312?abUZ則對于第而級少齒差傳動，主動齒輪齒數(shù)為 25，從動輪為 754.2 齒輪的相關(guān)布置9在布置齒輪的軸向位置時，必須保證一對齒輪完全脫離嚙合后，另一對齒輪才能進入嚙合。齒輪的布置方式對齒輪的軸向和徑向尺寸都有影響，對于此設(shè)計軸向尺寸的縮小采用主從動輪交錯布置；對于徑向尺寸的縮小，在強度允許條件下，盡量采用較小的齒輪數(shù)和，并使用降速比太小的齒輪數(shù)副。在相鄰兩變速組軸間距離相等的條件下，可將其中兩根軸布置在同一軸線上，以減少徑向尺寸。5.軸承相關(guān)設(shè)計5.1 軸的強度設(shè)計轉(zhuǎn)軸工作時的應(yīng)力多為重復(fù)性的變應(yīng)力，所以軸的失效形式多是疲勞損壞，因此對軸的要求其有一定的疲勞強度，且對應(yīng)力集中的敏感性低和具有良好的工藝性。軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼強度較合金鋼低，但價廉，對于應(yīng)力集中的敏感性低，故應(yīng)用較廣。常用的碳素鋼有 30、40、45 和 50 鋼，其中以 45 鋼最常用。為保證其力學(xué)性能，應(yīng)進行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理。對于載荷不大或不重要的軸，也可用Q235、Q255、Q275 等普同碳素鋼，無需熱處理。合金鋼比碳素鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，價格較貴。對于受載大并要求尺寸緊湊、重量輕或耐磨性要求高的重要軸，或處于非常溫度或腐蝕條件下工作的軸，常采用合金鋼。由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差無幾，所以當其他條件相同時，用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。軸也可以采用合金鑄鐵和球墨鑄鐵。鑄鐵具有流動性好、易于鑄造成形以獲得形狀復(fù)雜的軸、價廉、有良好的吸振性和耐磨性，以及對應(yīng)力集中不敏感等有點。但強度和韌性較低、鑄造質(zhì)量不易控制。鑒于此，軸的材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸設(shè)計的基本要求是：（1）軸和軸上的零件要有準確的位置（定位要求） ；（2）各零件要牢固可靠的固定（定位要求） ；（3）軸應(yīng)便于加工，軸上零件要便于拆卸（工藝要求） ；（3）盡量減少應(yīng)力集中（疲勞強度要求） ；（4）軸各10部分的尺寸和長度要求合理（尺寸要求）等。5.3 軸上零件的軸向固定為了保證軸上零件有確定的軸向位置，防止零件沿軸向移動并傳輸軸向力，軸上零件必須沿軸向在軸上固定。常用的方法有：1、軸肩和軸環(huán)階梯軸上截面變化處叫軸肩，其結(jié)構(gòu)簡單，軸向定位方便可靠，能承受較大的軸向載荷，應(yīng)用較多。軸肩和軸環(huán)由定位面和過度圓角組成。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩兩類。為了保證軸上零件都能緊靠定位面，定位軸肩的圓角半徑 r 必須小于相配零件轂孔端部的倒角 或圓角半徑 R，一般取 h 為1C（2～3） 。固定滾動軸承的軸肩高度 h 及圓角半徑 r 應(yīng)按滾動軸承的安裝尺1C寸查取。軸環(huán)設(shè)計與定位軸肩相同，軸環(huán)寬度 。至于非定位軸肩，其直hb4.?徑變化僅未了裝配方便或區(qū)別加工表面，故軸肩高度 h 無嚴格要求，只要兩軸段的直徑稍有變化即可，一般取 1.5～2mm。2、套筒在軸的中部，當兩個零件距離較小時，常用套筒作相對固定。采用套筒定位，既能避免因采用軸肩而使軸頸增大，又可減少應(yīng)力集中源。但套筒與軸的配合較松，也不宜用于高速旋轉(zhuǎn)。套筒的設(shè)計同軸肩。3、雙圓螺母或圓螺母與止動墊片當軸上相鄰兩零件間距較大，以致套筒太長或無法采用套筒時，可采用螺母固定，它能傳遞較大的軸向力。但螺紋處又很大的應(yīng)力集中。為避免過多地削弱軸的強度，一般用細牙螺紋。這種結(jié)構(gòu)主要用于固定軸端的零件。4、軸端擋圈和圓錐形軸頭在軸端部安裝零件時，常用這種方法。工作可靠，應(yīng)用較廣。由于圓錐形軸頭與輪轂錐面聯(lián)接，能使軸上零件與軸保持較高的同軸度，軸上零件裝卸方便，且可兼作周向固定，因此常用于有振動或沖擊載荷的情況下，如鍛壓設(shè)備、碎石機等。5、彈性擋圈、緊定螺釘于鎖緊擋圈彈性擋圈大多與軸肩聯(lián)合使用，也可在零件兩邊各用一個擋圈，但只適用于軸向力不大的情況。軸上的溝槽引起應(yīng)力集中，會削弱軸的強度。11緊定螺釘與鎖緊擋圈多用于光軸上零件的固定。優(yōu)點使軸的結(jié)構(gòu)簡單，零件位置可以調(diào)整，緊定螺釘還可以兼作周向固定。但這種結(jié)構(gòu)只能承受較小的里，而且不是用于高速轉(zhuǎn)動的軸。5.4 軸上零件的周向固定為了可靠地傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，軸上零件還必須與軸有可靠的周向固定，固定的方式很多，常用的有鍵、花鍵、型面、彈性環(huán)、銷、過盈聯(lián)接等。6.軸承的壽命計算滾動軸承的壽命是指一套軸承，其中一個套圈（或墊圈）或滾動體的材料出現(xiàn)第一個疲勞擴展跡象之前，一個套圈（或墊圈）相對另一個套圈（或墊圈）的轉(zhuǎn)數(shù)。大量試驗結(jié)果表明，滾動軸承的疲勞壽命是相當離散的。由于制造精度、材料的均質(zhì)程度等不同，即使是同樣材料、同樣尺寸以及同一批生產(chǎn)出來的軸承，在完全相同的條件下工作，它們的壽命也極不相同，相差可達幾倍、幾十倍。由于軸承的壽命是離散的，因而在計算軸承壽命時應(yīng)與一定的可靠度相聯(lián)系。滾動軸承的基本額定壽命是指定對于一組滾動軸承或一批近于相同的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，該壽命是與 90%的可靠度、常用材料和加工質(zhì)量以及常規(guī)的運轉(zhuǎn)條件相關(guān)的壽命，用 表示。10L在不同的使用場合，對軸承的可靠性要求不相同。在一定載荷下工作的軸承，可靠度不同，軸承壽命也不同。可靠度越低，軸承壽命越長。軸承的可靠度與壽命的關(guān)系可用下式表示 pRL)(0457.1lg10?式中 ）當 量 動 載 荷 （ NP?）基 本 額 定 壽 命 （ rL61010壽 命 指 數(shù)?滾動軸承的基本額定壽命與所受載荷的大小有關(guān)，載荷愈大，軸承的基本12額定壽命愈短。所謂軸承的基本額定動載荷，就是指軸承的基本額定壽命為轉(zhuǎn)時，軸承所能承受的載荷值，用字母 C 表示。不同型號的軸承有不同的基610本額定載荷值，基本額定動載荷值大，說明軸承承受載荷能力強。滾動軸承載荷的壽命計算計算公式為 常 數(shù)??10LP?各種機器中的軸承，對其壽命要求式不同的，一般可以把機器中修或大修的年限作為軸承的預(yù)期壽命，預(yù)期壽命過長，往往會使軸承尺寸過大，造成結(jié)構(gòu)上的不合理；預(yù)期壽命過短，又會造成更換軸承頻繁，影響機器的正常使用。對于本設(shè)計減速器的應(yīng)用要求，為利用率不高的齒輪傳動，選擇推薦預(yù)期壽命為 12000～20000h。7.減速器總效率計算效率的選擇：輸入軸： 9.01??偏心曲軸： 72減速器總效率為：3.21??8.結(jié)論（1）設(shè)計的單輸入雙輸出減速器原理和結(jié)構(gòu)簡單，從而給制造、安裝、使用和維護帶來極大方便。（2）設(shè)計的減速器適應(yīng)性強，可用于洗衣機攪拌器，混泥土攪拌機等小型設(shè)備的應(yīng)用上。（3）本設(shè)計零部件采用普通鋼材，大大降低了制造成本，提高了經(jīng)濟性。13致 謝在**老師的悉心指導(dǎo)下，完成了本次設(shè)計，在此非常感謝**老師的指導(dǎo)。從開題到完成本次設(shè)計，**老師付出了大量的心血。在此，謹向**老師致以最誠摯的謝意！最后，向各位審閱的老師致敬！14參考文獻：[1]龍振宇．姚順培．汪海云．李?。盍架姡畬幭刃郏畢锹锅Q．機械設(shè)計．機械工業(yè)出版社.2007 年[2]孫恒.陳作模.機械原理.第五版.高等教育出版社.1996 年[3]吳宗澤.機械設(shè)計手冊（上冊）.機械工業(yè)出版社.2000 年[4]吳宗澤.機械設(shè)計手冊（下冊）.機械工業(yè)出版社.2000 年