基于減速裝置的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王太銘 洛陽理工學(xué)院附屬中學(xué)

引言：減速器廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、電子機(jī)械以及制造行業(yè)等領(lǐng)域。隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制造方法已被先進(jìn)的高科技技術(shù)所取代。本次設(shè)計(jì)是一級(jí)圓柱直齒齒輪減速器，通過本次的設(shè)計(jì)，將進(jìn)一步深入地對這一技術(shù)進(jìn)行深入地了解和學(xué)習(xí)。

1 減速器在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

國內(nèi)的減速器中主要的傳動(dòng)部分大多數(shù)是以齒輪傳動(dòng)以及蝸桿傳動(dòng)為主，有著傳動(dòng)靈敏的優(yōu)點(diǎn)，卻存在功率和傳動(dòng)比小或傳動(dòng)比大但機(jī)械效率過低的問題。而國外的減速器在制造工藝創(chuàng)新上占據(jù)著絕對的優(yōu)勢，具有工作可靠性高，壽命使用周期長的特點(diǎn)。但也存在著如：傳動(dòng)形式單一，傳動(dòng)方式仍然采用定軸齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)為主；體積大和重量重等問題也沒有很好地解決。

2 本設(shè)計(jì)所要解決的問題

本設(shè)計(jì)中的機(jī)械零件的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，零件設(shè)計(jì)的好壞將直接影響最后所設(shè)計(jì)的減速器傳動(dòng)效率以及減速效果，它是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的一項(xiàng)重要的具體內(nèi)容。所以，必須從機(jī)器整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求出發(fā)，考慮零件的設(shè)計(jì)尺寸沒準(zhǔn)確的計(jì)算各個(gè)部位的公稱尺寸，如果零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，那么相互組合的零件之間將達(dá)不到良好相互配合效果，影響傳動(dòng)效果。

3 設(shè)計(jì)的基本思路

(1）減速器中主要部位傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)包括：動(dòng)力元件電動(dòng)機(jī)的選擇，主要確定電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式以及確定電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速。

(2）減速器傳動(dòng)元件的傳動(dòng)比的分配、動(dòng)力參數(shù)以及傳動(dòng)零件參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，其包括：總傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比的計(jì)算、電機(jī)軸（電動(dòng)機(jī)中的主軸）、輸入軸（減速器和電機(jī)連接的軸）、輸出軸（減速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的軸）的功率及轉(zhuǎn)速的計(jì)算；輸入軸、輸出軸的設(shè)計(jì)及各參數(shù)的計(jì)算，其中軸與軸之間的連接的作用是實(shí)現(xiàn)功率、轉(zhuǎn)速以及機(jī)械能的傳遞。

4 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)

4.1 擬定傳動(dòng)方案

(1）工作條件要求：總使用期限為10年，每年工作天數(shù)按260天計(jì)算，采取兩班制工作方法，載荷平穩(wěn)。其設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)見表1所示：

表1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)

4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇

本次設(shè)計(jì)選用Y系列三相異步交流電動(dòng)機(jī)，其工作電壓為380V，其具有結(jié)構(gòu)簡單、起動(dòng)性能好以及工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，并應(yīng)用場合廣泛。

①電動(dòng)機(jī)功率確定

a、電動(dòng)機(jī)的工作功率由表1數(shù)據(jù)可計(jì)算得：

b、從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總功率（由于機(jī)械傳動(dòng)時(shí)存在能量損耗，因此總效率<1）為：

其中：η1：V帶傳動(dòng)效率0.96；（傳動(dòng)效率等于輸出功率與輸入功率之比）

η2：滾子軸承效率（每一對）0.99；

η3：齒輪傳動(dòng)效率（每一對）0.97；

η4：聯(lián)軸器效率0.97（聯(lián)軸器用來將不同機(jī)構(gòu)中的主、從傳動(dòng)軸聯(lián)接在一起共同旋轉(zhuǎn)，并傳遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件）。

c、由此可得工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率為：

②確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

本次根據(jù)工作需要，初選用1500r/min或970r/min的電動(dòng)機(jī)。

a計(jì)算滾筒的轉(zhuǎn)速nw：

由公式nw=(1000×60V)/πD計(jì)算滾筒轉(zhuǎn)速nw（滾筒是連接電機(jī)和減速器的驅(qū)動(dòng)裝置）：

由表1得V=1.35m/s、D=250mm（運(yùn)輸帶工作速度v=線速度=2πrnw=πDnw）。

b確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速nd：

由資料查表[2-3]可得：本次設(shè)計(jì)的減速器的傳動(dòng)比范圍應(yīng)在i=3~5之間，V帶傳動(dòng)比范圍為i=2~4，總傳動(dòng)比應(yīng)為i總=6~20，所以電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的可設(shè)置的范圍為：

考慮電動(dòng)機(jī)本身屬性以及傳動(dòng)裝置的尺寸要求和總傳動(dòng)比，所以選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160L-6。其主要參數(shù)為：工作時(shí)的額定功率為11kw、滿載轉(zhuǎn)速為970r/min。

4.3 各級(jí)傳動(dòng)比的分配

(傳動(dòng)比是機(jī)構(gòu)中兩轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)速之比）。

由參考數(shù)據(jù)得，取帶傳動(dòng)比為i帶=2。

表2 相關(guān)數(shù)據(jù)

4.4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算

為了進(jìn)行傳動(dòng)件尺寸方面的設(shè)計(jì)計(jì)算，那么首先應(yīng)該推算出各個(gè)軸的轉(zhuǎn)速、功率，一般按由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間運(yùn)動(dòng)的路線，進(jìn)而推算出各個(gè)傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

（1）0軸（電機(jī)軸，即為電動(dòng)機(jī)輸出功率）

因?yàn)樵撦S是電機(jī)軸，因此其轉(zhuǎn)速等于電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速：

（2）1軸（輸入軸）

（傳動(dòng)比是機(jī)構(gòu)中兩轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速之比）。

（3）確定軸的最小直徑

① 輸入軸的最小直徑的確定

查表可得：C=110（C是常數(shù)與材料許用剪應(yīng)力的比值），輸入軸的功率P1=8.48kw，輸入軸的轉(zhuǎn)速n1=485r/mn，因此可得：

由于計(jì)算軸的最小直徑時(shí)，應(yīng)加大5%以考慮鍵槽的影響，所以輸入軸的最小直徑為：

②設(shè)計(jì)輸入軸的結(jié)構(gòu)

根據(jù)軸向定位要求確定軸的各處直徑和長度可知：所設(shè)計(jì)軸的最小直徑為dmin=29.85mm，由于此軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度非常高，因此，此次設(shè)計(jì)應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)尺寸值dmin=30mm，為了與外連接件以軸肩定位，故取B段直徑為dB=40mm。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖1所示：

圖1 輸入軸的結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

通過本次設(shè)計(jì)，使我對高中數(shù)學(xué)上所學(xué)的讀圖、視圖能力以及物理方面（功率、機(jī)械傳動(dòng)等）的基礎(chǔ)知識(shí)有了更深的理解，為以后學(xué)習(xí)機(jī)械方面的知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并培養(yǎng)了遵守和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的習(xí)慣，提升了查閱資料，收集信息的能力。在本次設(shè)計(jì)過程中,我綜合運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的相關(guān)知識(shí)與技能，并學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用制圖軟件進(jìn)行制圖，以及提高了結(jié)構(gòu)尺寸運(yùn)算和鍛煉了分析問題、解決問題等方面的能力，這對今后的學(xué)習(xí)具有重要的意義。