基于減速裝置的零件結構設計

王太銘 洛陽理工學院附屬中學

引言：減速器廣泛應用于工程機械、電子機械以及制造行業等領域。隨著社會的飛速發展，傳統的設計及制造方法已被先進的高科技技術所取代。本次設計是一級圓柱直齒齒輪減速器，通過本次的設計，將進一步深入地對這一技術進行深入地了解和學習。

1 減速器在國內外的發展狀況

國內的減速器中主要的傳動部分大多數是以齒輪傳動以及蝸桿傳動為主，有著傳動靈敏的優點，卻存在功率和傳動比小或傳動比大但機械效率過低的問題。而國外的減速器在制造工藝創新上占據著絕對的優勢，具有工作可靠性高，壽命使用周期長的特點。但也存在著如：傳動形式單一，傳動方式仍然采用定軸齒輪的轉動傳動為主；體積大和重量重等問題也沒有很好地解決。

2 本設計所要解決的問題

本設計中的機械零件的設計至關重要，零件設計的好壞將直接影響最后所設計的減速器傳動效率以及減速效果，它是整個機器設計工作中的一項重要的具體內容。所以，必須從機器整體設計結構的要求出發，考慮零件的設計尺寸沒準確的計算各個部位的公稱尺寸，如果零件的結構設計的不合理，那么相互組合的零件之間將達不到良好相互配合效果，影響傳動效果。

3 設計的基本思路

(1）減速器中主要部位傳動裝置的設計包括：動力元件電動機的選擇，主要確定電動機的類型、結構形式以及確定電動機的功率、轉速。

(2）減速器傳動元件的傳動比的分配、動力參數以及傳動零件參數的設計計算，其包括：總傳動比和各級傳動比的計算、電機軸（電動機中的主軸）、輸入軸（減速器和電機連接的軸）、輸出軸（減速器和傳動機構連接的軸）的功率及轉速的計算；輸入軸、輸出軸的設計及各參數的計算，其中軸與軸之間的連接的作用是實現功率、轉速以及機械能的傳遞。

4 傳動裝置的總體設計

4.1 擬定傳動方案

(1）工作條件要求：總使用期限為10年，每年工作天數按260天計算，采取兩班制工作方法，載荷平穩。其設計的原始數據見表1所示：

表1 設計原始數據

4.2 電動機的選擇

本次設計選用Y系列三相異步交流電動機，其工作電壓為380V，其具有結構簡單、起動性能好以及工作可靠等優點，并應用場合廣泛。

①電動機功率確定

a、電動機的工作功率由表1數據可計算得：

b、從電動機到工作機之間傳動裝置的總功率（由于機械傳動時存在能量損耗，因此總效率<1）為：

其中：η1：V帶傳動效率0.96；（傳動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：齒輪傳動效率（每一對）0.97；

η4：聯軸器效率0.97（聯軸器用來將不同機構中的主、從傳動軸聯接在一起共同旋轉，并傳遞運動的機械部件）。

c、由此可得工作機要求的電動機輸出功率為：

②確定電動機的轉速

本次根據工作需要，初選用1500r/min或970r/min的電動機。

a計算滾筒的轉速nw：

由公式nw=(1000×60V)/πD計算滾筒轉速nw（滾筒是連接電機和減速器的驅動裝置）：

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

b確定電動機的轉速nd：

由資料查表[2-3]可得：本次設計的減速器的傳動比范圍應在i=3~5之間，V帶傳動比范圍為i=2~4，總傳動比應為i總=6~20，所以電動機同步轉速的可設置的范圍為：

考慮電動機本身屬性以及傳動裝置的尺寸要求和總傳動比，所以選定電動機型號為Y160L-6。其主要參數為：工作時的額定功率為11kw、滿載轉速為970r/min。

4.3 各級傳動比的分配

(傳動比是機構中兩轉動構件轉速之比）。

由參考數據得，取帶傳動比為i帶=2。

表2 相關數據

4.4 傳動零件的設計計算

為了進行傳動件尺寸方面的設計計算，那么首先應該推算出各個軸的轉速、功率，一般按由電動機至工作機之間運動的路線，進而推算出各個傳動軸的運動參數。

（1）0軸（電機軸，即為電動機輸出功率）

因為該軸是電機軸，因此其轉速等于電機滿載轉速：

（2）1軸（輸入軸）

（傳動比是機構中兩轉動構件輸入轉速與輸出轉速之比）。

（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是常數與材料許用剪應力的比值），輸入軸的功率P1=8.48kw，輸入軸的轉速n1=485r/mn，因此可得：

由于計算軸的最小直徑時，應加大5%以考慮鍵槽的影響，所以輸入軸的最小直徑為：

②設計輸入軸的結構

根據軸向定位要求確定軸的各處直徑和長度可知：所設計軸的最小直徑為dmin=29.85mm，由于此軸運轉速度非常高，因此，此次設計應取標準尺寸值dmin=30mm，為了與外連接件以軸肩定位，故取B段直徑為dB=40mm。其結構設計如下圖1所示：

圖1 輸入軸的結構

5 結論

通過本次設計，使我對高中數學上所學的讀圖、視圖能力以及物理方面（功率、機械傳動等）的基礎知識有了更深的理解，為以后學習機械方面的知識打下堅實的基礎，并培養了遵守和應用標準與規范的習慣，提升了查閱資料，收集信息的能力。在本次設計過程中,我綜合運用了機械設計方面的相關知識與技能，并學會了如何運用制圖軟件進行制圖，以及提高了結構尺寸運算和鍛煉了分析問題、解決問題等方面的能力，這對今后的學習具有重要的意義。