減速器齒輪軸徑向尺寸設(shè)計(jì)需要注意的問題

高 路

(吉林化工學(xué)院,吉林市 132022)

減速器齒輪軸徑向尺寸設(shè)計(jì)需要注意的問題

高 路

(吉林化工學(xué)院,吉林市 132022)

本文通過對(duì)減速器高速齒輪軸上零件的固定、定位、安裝以及加工工藝要求,對(duì)齒輪軸的形狀及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,提出了徑向尺寸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的幾個(gè)問題。

齒輪軸;徑向尺寸;設(shè)計(jì);注意問題

1、前言

減速器是具有恒定傳動(dòng)比的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)部件,應(yīng)用十分廣泛,傳動(dòng)比i＞1。它一般安裝在機(jī)器的原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間,用來降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器與原動(dòng)機(jī)相聯(lián)接的高速軸由于轉(zhuǎn)速較高,輸入功率較大,輸入轉(zhuǎn)矩較小,因此一般設(shè)計(jì)時(shí),高速軸設(shè)計(jì)成齒輪軸。齒輪軸是支撐軸上零件、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的部件,在設(shè)計(jì)過程中,根據(jù)軸上零件的定位和安裝要求以及軸和齒輪的加工工藝要求,應(yīng)合理地進(jìn)行齒輪軸各部分形狀及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),以滿足齒輪軸的強(qiáng)度和剛度要求。

2、設(shè)計(jì)條件

減速器原動(dòng)機(jī)及高速軸的設(shè)計(jì)條件及有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計(jì)條件及有關(guān)參數(shù)

3、高速齒輪軸的設(shè)計(jì)與分析

圖1(附后)為展開式二級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器的局部圖,圖中有三根軸,軸Ⅰ為齒輪軸。其外伸端通過半聯(lián)軸器與電機(jī)相聯(lián),用兩個(gè)軸承支承,軸上加工一斜齒圓柱齒輪。

減速器高速齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定軸的合理形狀和結(jié)構(gòu)尺寸。要求軸及軸上零件固定可靠、定位準(zhǔn)確、便于軸上零件裝拆和調(diào)整,具有良好的加工制造工藝性,減少應(yīng)力集中,受力合理,節(jié)省材料,重量輕?？紤]軸上零件的配合性質(zhì),安裝順序和方向,齒輪軸設(shè)計(jì)成階梯形的直軸。如圖2所示。d1段與半聯(lián)軸器相配合,d2段為定位聯(lián)軸器軸徑,d3段與軸承配合,d4段為定位軸承內(nèi)圈軸徑,df為齒輪軸上齒輪的齒根圓直徑。在高速軸的設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該考慮的是,每一軸段的徑向尺寸的設(shè)計(jì)既要考慮與其配合的零件的尺寸,還要考慮軸上零件的軸向定位要求,同時(shí)還要考慮與標(biāo)準(zhǔn)件的配合問題。由于此軸為齒輪軸,所以也要考慮齒輪軸加工的工藝性及軸的強(qiáng)度和剛度等。

圖2 齒輪軸

3.1、軸的最小直徑估算與確定

在高速軸的設(shè)計(jì)中,軸最小直徑的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。由于高速軸是既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的轉(zhuǎn)軸,所以軸的直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行估算。選高速齒輪軸的材料為45鋼。

圖1 減速器局部圖

式中dmin——軸的最小直徑,mm;

P——軸傳遞的功率,kW;

n——軸的轉(zhuǎn)速,r/min;

C——軸的材料和受載情況系數(shù)。對(duì)于45鋼,C=106～117。在多級(jí)減速器中,高速軸的轉(zhuǎn)矩較小,取較大值。

考慮軸上開一個(gè)鍵槽,dmin增大5%,dmin=16.044mm。

由于高速軸是與電機(jī)軸通過聯(lián)軸器相聯(lián)接,因此,在軸的直徑確定時(shí),既要考慮電機(jī)軸伸出端直徑,還要考慮聯(lián)軸器的軸孔直徑。按聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩。

Tca=KA·T=1.5×22.406=33.609N·m

式中Tca——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,N·m;

KA——工況系數(shù)。由于原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī),工作機(jī)為轉(zhuǎn)矩變化小的運(yùn)輸機(jī),取 KA=1.5;

T——高速軸的轉(zhuǎn)矩,N·m。

由于軸的轉(zhuǎn)速較高,為減小啟動(dòng)載荷,緩和沖擊,選用具有較小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和具有彈性的彈性套柱銷聯(lián)軸器,型號(hào)為L(zhǎng)TZ6。表2為L(zhǎng)TZ6彈性套柱銷聯(lián)軸器的基本參數(shù)。

表2 LTZ6彈性套柱銷聯(lián)軸器的基本參數(shù)

因此,與半聯(lián)軸器相配合的高速齒輪軸的最小直徑d1 =Φ32mm,圖2所示。

3.2、聯(lián)軸器的定位要求確定軸的直徑

考慮聯(lián)軸器的軸向定位要求,d2軸段應(yīng)加工出定位軸肩。定位軸肩的高度為h= (0.07～0.1)d1,取軸肩高度h=3mm,則d2=d1+2h并圓整,取d2=Φ38mm。

3.3、軸承安裝軸段的直徑的確定

由于高速軸的軸承承受的軸向載荷較小,軸的轉(zhuǎn)速較高,初選軸承為深溝球軸承?？紤]軸承安裝、定位和固定要求,由于軸承是標(biāo)準(zhǔn)件,與軸承內(nèi)圈配合的軸徑 d3= Φ40mm,選取軸承為6208型深溝球軸承。

3.4、軸承內(nèi)圈定位軸段的直徑的確定

軸承內(nèi)圈用軸肩定位,考慮軸肩定位高度是否合適,按軸承是標(biāo)準(zhǔn)件的要求,定位軸承內(nèi)圈軸段的直徑根據(jù)手冊(cè)查得,其直徑d4min=Φ47mm,取d4=Φ47mm。

由于高速齒輪軸齒輪的齒根圓直徑df=Φ48.292mm,大于其所在軸段直徑d4,基本滿足齒輪的加工要求,也不會(huì)削弱軸的強(qiáng)度和剛度。

6、結(jié)束語

減速器高速齒輪軸的徑向尺寸設(shè)計(jì),要考慮與其相聯(lián)接的電機(jī)軸的直徑以及聯(lián)接兩軸的聯(lián)軸器,還要考慮支承軸的滾動(dòng)軸承的選擇,同時(shí)要便于軸上齒輪的加工,保證軸上零件的準(zhǔn)確定位。

[1]濮良貴,紀(jì)明剛.《機(jī)械設(shè)計(jì)》第8版.北京.高等教育出版社,2006.

[2]濮良貴,陳庚梅.《機(jī)械設(shè)計(jì)教程》第2版.西安.西北工業(yè)大學(xué)出版社,2009.

[3]唐增寶,常建娥.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》第3版.武漢.華中科技大學(xué)出版社,2006.

[4]成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第五版)單行本,機(jī)械制圖·機(jī)械設(shè)計(jì).北京.化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[5]http://www.doc88.com/p -909296030671. htm l.《AutoCAD環(huán)境下減速器軸設(shè)計(jì)的算法及實(shí)現(xiàn)》.

TH133.2

A

1008-7508(2012)05-0090-02

2012-03-30

高路 (1963—),女,吉林四平人,吉林化工學(xué)院教授,主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方面的研究。