圓柱齒輪減速器的齒輪設計

張雷 代浩 蘇遵

摘 要：本文設計了減速核心傳動機構，該機構由二級展開式圓柱直齒輪組成，運動仿真顯示，該機構完成完成了準確減速的功能，運行流暢，能夠達到傳動要求。

關鍵詞：機械設計 減速器 齒輪傳動設計

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0133-02

齒輪傳動是機械傳動中最重要的應用最廣泛的一種傳動形式，對齒輪傳動的最基本要求是運轉平穩且有足夠的承載能力。齒輪傳動具有承載能力大，效率高，允許速度高，尺寸緊湊壽命長等特點，因此，機械傳動系統中一般首先采用齒輪傳動，并且齒輪機構可以用來傳遞在任意兩軸間的運動和動力，是現代機器應用最廣泛的一種機械傳動機構。顯然，齒輪傳動的安全性與精確性非常重要，以下該文對二級展開式圓柱直齒輪減速器中的齒輪傳動進行設計。

1 技術方案

如圖1所示，對于二級展開式圓柱直齒輪減速器而言，共有兩級減速，它們分別是Ⅰ—Ⅱ軸高速傳動嚙合齒輪減速機構和Ⅱ—Ⅲ軸低速傳動嚙合齒輪減速機構。首先根據外部傳動

要求確定減速器的總傳動比、總功率，對齒輪機構分配傳動比，確定各級轉速，進行齒輪機構的設計與校核。

2 確定齒輪傳動所需動力參數

依據傳動要求選擇電動機型號為Y160M1-8，并根據推薦公式設定各級傳動比為i1=4.26，i2=2.87。

其中i1為高速級傳動比；i2低速級傳動比。

確定各軸的輸入轉矩T（N·m）。

高速軸Ⅰ的輸入轉矩TⅠ=9550PⅠ/nⅠ。

中間軸Ⅱ的輸入轉矩TⅡ=9550PⅡ/nⅡ。

3 傳動件設計計算

直齒圓柱齒輪具有不產生軸向力的優點，單傳動平穩性較差，在減速器中圓周速度不大的情況下采用直齒輪。

Ⅰ—Ⅱ軸高速傳動嚙合的兩直齒輪（傳動比4.26）

3.1 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數

按圖1所示傳動方案，選用直齒圓柱齒輪齒輪傳動。

（2）運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用8級精度（GB 10095--88）

（3）材料選擇。由文獻[1]表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS；大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS；二者材料硬度差為40HBS。

（4）選小齒輪齒數z1=20，大齒輪齒數z2=24×4.26=85.2，取z2=85。

3.2 按齒面接觸強度設計

由設計計算公式進行試算，即

試中：d1t為小齒輪分度圓直徑；

K為載荷系數；

T1為小齒輪傳遞的轉矩；

d為齒寬系數；

u為齒數比；

ZE為彈性影響系數；

為接觸疲勞強度。

（1）確定公式內的個計算數值。

試選載荷系數Kt=1.3。

小齒輪傳遞的T1=9.1103×104N·mm。

由文獻[1]表10-7選取齒寬系數d=1.08。

由文獻[1]表10-5查得材料的彈性影響系數ZE=189.8MP。

由文獻[1]圖10-25d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限MPa。

由下式計算應力循環次數：

N1=60n1jLh=60×960×1×（2×8×300×15）=2.07×109

N2=

由文獻[1]圖10-23取接觸疲勞壽命系數KHN1=0.90；KHN2=0.97。

計算接觸疲勞許用應力，取失效概率為1%，安全系數S=1，則有：

MPa

MPa

（2）計算。

試算小齒輪分度圓直徑d1t，，帶入中較小的值。

計算圓周速度v。

m/s

計算齒寬b。

mm

計算齒寬與齒高之比。

模數：

齒高：

h=2.25mt=2.25×2.89mm=6.50mm

計算載荷系數。

根據v=1.45 m/s，8級精度，由文獻[1]圖10-8查得動載系數Kv=1.08；

直齒輪，；

由文獻[1]表10-2查得使用系數；

由文獻[1]表10-4用插值法查得8級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。

由，查文獻[3]圖10-13得；故載荷系數

按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由下式得：

計算模數m

mmm

3.3 按齒根彎曲強度設計

由下式得彎曲強度的設計公式為：

（1）確定公式內的各計算數值。

由文獻[1]圖10-24c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限。

由文獻[1]圖10-22取彎曲疲勞壽命系數，。

計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數S=1.4，則有：

計算載荷系數K。

K=KAKVKFaKFb=1×1.08×1×1.37=1.5344查取齒形系數，由文獻[3]表10-5查得；；

查取應力校正系數，由文獻[1]表10-18查得；。

計算大、小齒輪的并加以比較。

大齒輪的數值大。

（2）設計計算。

對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有關，可取有彎曲強度算得的模數2.20并就近圓整為標準值m=3 mm，按接觸強度算得的分度圓直徑d1=61.563 mm，算出小齒輪齒數

大齒輪齒數z2=4.26×19=80.94，取z2=81。

這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。

3.4 幾何尺寸計算

（1）計算分度圓直徑。

d1=mz1=3×19mm=57mm

d2=mz2=3×81mm=243mm

（2）計算中心距。

（3）計算齒輪寬度

取B2=60mm，B1=68mm。

4 結構設計及繪制齒輪零件圖

以大齒輪為例，為在保證齒輪機械性能的前提下，減輕齒輪的重量，以達到節約材料提高傳動效率的目的，該齒輪采用腹板式結構，齒輪結構如圖2所示

Ⅱ—Ⅲ軸低速傳動嚙合的兩直齒輪（傳動比2.92）。

其設計過程如Ⅰ—Ⅱ軸上的齒輪設計方法相同，再此直接給出設計結果：

幾何尺寸計算如下。

（1）計算分度圓直徑。

（2）計算中心距。

計算齒輪寬度，B1=90mm，B2=82mm。

4 結語

該次對減速器的二級展開式圓柱齒輪減速結構進行了設計，計算出了減速結構各部分的結構尺寸，并進行了強度校核，并進行了三維建模及運動仿真，設計合理，可以達到減速目的

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