一種新型齒輪減速電機的結構設計

俞洪飛

一種新型齒輪減速電機的結構設計

俞洪飛

（紹興市上虞東星齒輪減速電機有限公司，浙江紹興，312300）

減速電機作為機械設備的動力源，被廣泛應用于不同場合。為了滿足一種冶金設備的動力需要，創新設計了一種新型結構減速電機，并借助Kisssoft軟件進行了受力計算分析。新型減速電機具有結構緊湊、安裝方便、運行可靠等特點，并有多種電機組合、傳動比分級細密等優點，適合大批量、模塊化生產。本設計已申請專利。

齒輪；齒輪電機；Kisssoft；齒輪箱體

引言

減速電機是由減速器與電機組合而成的機電一體化產品，被廣泛應用于環保機械、礦山機械、冶金設備、電力機械、造紙機械、食品機械等諸多行業[1-5]。

減速電機的規范化生產，始于上世紀八十年代，迄今已有二十多年的歷史。從減速電機的類型劃分，有擺線減速電機、電磁調速電機、齒輪減速電機等；從生產減速機的企業類型劃分，有外資企業、國有企業、股份制企業、中外合資企業和個體企業；從企業的生產規模劃分，有大到年產值數百億元以上的企業，也有小到數百萬元的企業。如今形成了以國外企業和中外合資企業占領中高端市場，國內企業占領中低端市場的格局。隨著國內企業的加工制造技術不斷完善，設計研發力度不斷加大，國內企業正逐漸地走向中高端市場，追求獲得更大的市場空間和企業發展空間。

比爾·薩波里托說過：或者創新，或者消亡。尤其是在技術推動型產業，再也沒有比成功消失得更快的了。在競爭日益激烈的市場環境中，唯有不斷地創新，才能不斷地進步，墨守陳規或舉步不前的企業，只會被趕超。研究、創新發展新型減速電機非常重要。

1　減速電機創新設計構思

減速電機是整個機械行業的重要組成部分，其產品結構的可靠性和傳動效率一直以來受到業內關注。

減速電機行業是一個激烈競爭的行業，要想在競爭中取得一席之地，產品要不斷地進行技術創新，只有如此，才能給企業不斷地注入新的活力。比如德國SEW減速電機、日本住友減速電機、意大利布雷維尼減速電機等國外知名企業，他們的產品都有自己的特點，他們獲得的成功并不是模仿出來的，而是創新出來的。

本文設計的新型齒輪減速電機的設計是為滿足一種冶金設備的動力需要而開發設計的，借鑒了K系列螺傘斜齒輪減速電機的內部結構，并在電機前蓋、螺傘齒1的安裝、螺傘齒2的調整、電機的整體加工和內部結構方面做了一些新的設計。新型齒輪減速電機不但滿足了冶金設備的設計要求，還具有結構緊湊，傳動效率高，輸出平穩可靠等優點，適合大批量、模塊化生產。將此結構開發成系列減速電機，擴大了齒輪減速機的選型品種。

2　新型齒輪減速電機的內部結構

新型齒輪減速電機由：

（1）電機軸

（2）減速箱體

（3）油封蓋

（4）輸出軸

（5）小螺旋傘齒輪

（6）大螺旋傘齒輪

（7）軸承

（8）齒輪軸

（9）大齒輪

（10）構成，簡圖如圖1所示。

新型齒輪減速箱除了配電機外，還可以配輸入軸和多級減速器形式。減速箱體的安裝形式有底腳式安裝和法蘭式安裝，減速箱的輸出軸形式有空心軸和實心軸形式，滿足了各種安裝形式的需要。

圖1　新型齒輪減速電機簡圖

3　新型齒輪減速電機的設計過程

3.1新型齒輪減速電機結構的確定

冶金設計院所設計的冶金設備需要一種減速電機，要求減速箱出軸與電機的方向成直角安裝，輸出轉速在120 r/min，功率7.5 kW，效率97%。在通用減速機中，螺旋傘齒輪減速電機和蝸輪蝸桿減速電機的結構是直角安裝的。螺旋傘齒輪減速電機的傳動效率比蝸輪蝸桿減速電機高，所以選定了螺旋傘齒輪減速電機的結構。由于冶金設備所要的輸出轉速在120 r/min，而常用的K系列螺旋傘齒輪的箱體內部結構是三級傳動，對于輸出轉速在120 r/min的要求，減速箱利用率較低，再加上是三級傳動，減速箱的效率也低。設計一種二級的螺傘齒輪減速機，能夠很好滿足減速箱的利用率和效率，也節省了減速機的制造費用。

3.2軸承的選用和電機前蓋的設計

在螺旋傘齒輪傳動的支承軸承上，一般選用的是兩個圓錐滾子軸承，或采用兩個圓錐滾子軸承與一個球軸承相配的方案。在安裝圓錐滾子軸承時，軸承的滾子與軸承外圈要在一個合理的間隙內，這個間隙是通過圓螺母或調整墊片來得到的。而新設計的減速機螺傘齒輪安裝在電機輸出端，如果采用圓螺母和調整墊片來調整間隙，會使加工設計和安裝過程復雜化，并且若在電機中采用圓錐軸子軸承，在潤滑和電機氣隙方面也難以處理，所以在電機軸承的設計上，采用了前面兩個深溝球軸承并列與后面一個深溝球軸承結合的支承方式。

由于采用了在電機輸出端安裝螺旋傘齒輪的方式，螺旋傘齒輪在工作時的軸向和徑向分力比較大，所以在電機的前蓋部分，采用雙軸承的結構，同時加大了電機轉軸的軸承檔直徑，使軸承的承載能力大幅提高，并借助Kisssoft軟件進行了受力計算分析，在此種電機支承結構下，電機輸出端受到的軸向分力和徑向分力均為2 500 N、轉速為1 450 r/ min、使用壽命為15 000小時，在此情況下求得安全系數12.5，完全滿足了在電機軸頭安裝螺旋傘齒輪的受力要求，在許用功率上有向上拓展的空間。

由于電機前蓋軸承室的直徑加大，且采用了雙軸承的結構，又與電機內部的線圈產生了干涉，電機前蓋采用前凸式設計。電機前蓋的軸承室根據所選用的軸承進行加厚和前蓋整體進行加長的設計，避免與電機線圈發生干涉，并加裝了注油口。

3.3小螺旋傘齒輪的安裝

小螺旋傘齒輪正確加工和安裝關系著整個齒輪減速電機運行的平穩性和整機質量，小螺傘齒輪直接聯接電機時，即使很小的加工或安裝誤差，在高轉速下都會形成有規律的噪音。因此，保證了小螺傘齒輪的加工質量和安裝質量，也就保證了減速電機大部分的質量。小螺旋傘齒輪采用了主體配合面的過盈配合加鍵聯接方式，主體配合面進行磨削加工，滿足過盈配合的要求。選用螺傘齒側面作為定位面進行安裝，使得小螺旋傘齒輪被可靠地定位在電機軸端。螺傘齒輪的軸向定位采用銷定位方式，并對核算銷所受的軸向力進行受力計算分析。核算銷承受了2 500 N的軸向力，定位銷直徑為10 mm，核算受剪切安全系數為7.037，滿足了設計要求。

3.4電機的整體加工與大螺傘齒輪的間隙調整

小螺傘齒輪安裝到電機軸頭上后，會使整個螺傘齒輪的間隙調整變得困難，所以就把整個電機放到機床上，在端蓋處再加工一下，這道工序是為了保證小螺傘齒輪與電機端蓋的配合面尺寸，是為了明確地將小螺旋傘齒輪的安裝距尺寸控制在±0.10 mm以內。大螺傘齒輪的間隙調整采用了利用調整墊圈來調節齒輪間隙的方式，使得每臺減速電機的螺旋傘齒輪間隙控制在合理的范圍內，保證了產品的質量。

4　結論

本文所提出的新型齒輪減速電機的成功設計，滿足了冶金設備的使用要求，也給齒輪減速電機的選型上帶來一個新品種，更重要的是樹立了在產品設計上不斷努力創新的精神。產品成功應用于湖南省冷水江鋼鐵有限公司等廠家，取得了很好的應用效果。已對此新型齒輪減速電機的內部結構申請了實用新型專利證書，專利號：ZL 2014 2 0488606.X。

[1]張黎華, 鄭嚴. 新編機械設計手冊[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

[2]張展. 實用齒輪設計計算手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2011.

[3]陳宏鈞. 實用機械加工工藝手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2009.

[4]馮辛安. 機械制造裝備設計[M]. 北京: 機械工業出版社, 2006.

[5]孫居彥. 機械制造工藝學基礎[M] . 北京: 北京大學出版社出版, 2010.

俞洪飛(1976-)，男，漢族，浙江紹興人，于上虞市東星齒輪減速電機有限公司擔任技術經理。職稱：機械工程師，本科學歷，研究方向：減速機和電機的設計制造。

E-mail: yhf0311@163.com

Structure Design of a New Type Gear Speed-reducing Motor

YU Hong-fei
(Shangyu East Star Gear Speed-reducing Motor Co., Ltd., Shaoxing, Zhejiang, 312300, China)

Speed-reducing motor, as the power source of mechanical equipment, is widely used in different occasions. In order to meet the design requirements of metallurgical equipment, a new type of structure of the speed-reducing motor is designed by employment of Kisssoft for analysis of stress. Such a new type of motor has the characteristics of compact structure, convenient installation, reliable operation, and so on. Also, it has advantages of variety of motor combination, and finer ranks of transmission ratio, which is suitable for mass and modular production.

Gear; Gear Motor; Kisssoft; Gear Box

TH122

A

2095-8412 (2016) 05-882-03工業技術創新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.014