1、（單級圓柱齒輪減速器）摘要:減速器的結構隨其類型和要求不同而異。單級圓柱齒輪減速器按其軸線在空間相對位置的不同分為：臥式減速器和立式減速器。前者兩軸線平面與水平面平行，如圖1-2-1a所示。后者兩軸線平面與水平面垂直，如圖1-2-1b所示。一般使用較多的是臥式減速器，故以臥式減速器作為主要介紹對象。單級圓柱齒輪減速器可以采用直齒、斜齒或人字齒圓柱齒輪。一. 主要特性由于減速器已成為一種通用的傳動部件，因此，圓柱齒輪減速器多數已經標準化，ZD（JB1130-70）為單級圓柱齒輪減速器的標準型號。其主要參數均已標準化和規格化。單級圓柱齒輪減速器的主要性能參數為：傳遞功率P（標準ZD型減速器P=12

2、000KW）傳動比i為避免減速器的外廓尺寸過大，一般i6，其最大傳動比imax=810，高速軸轉速n1，中心距a（標準ZD型減速器a=100700mm ）工作類型及裝配型式機械零件課程設計，可以根據任務書的要求參考標準系列產品進行設計，也可自行設計非標準的減速器。二. 組成圖1-2-2和圖1-2-3所示分別為單級直齒圓柱齒輪減速器的軸測投影圖和結構圖。減速器一般由箱體、齒輪、軸、軸承和附件組成。箱體由箱蓋與箱座組成。箱體是安置齒輪、軸及軸承等零件的機座，并存放潤滑油起到潤滑和密封箱體內零件的作用。箱體常采用剖分式結構（剖分面通過軸的中心線），這樣，軸及軸上的零件可預先在箱體外組裝好再裝入箱體，

3、拆卸方便。箱蓋與箱座通過一組螺栓聯接，并通過兩個定位銷釘確定其相對位置。為保證座孔與軸承的配合要求，剖分面之間不允許放置墊片，但可以涂上一層密封膠或水玻璃，以防箱體內的潤滑油滲出。為了拆卸時易于將箱蓋與箱座分開，可在箱蓋的凸緣的兩端各設置一個起蓋螺釘（參見圖1-2-3），擰入起蓋螺釘，可順利地頂開箱蓋。箱體內可存放潤滑油，用來潤滑齒輪；如同時潤滑滾動軸承，在箱座的接合面上應開出油溝，利用齒輪飛濺起來的油順著箱蓋的側壁流入油溝，再由油溝通過軸承蓋的缺口流入軸承（參圖1-2-3）。減速器箱體上的軸承座孔與軸承蓋用來支承和固定軸承，從而固定軸及軸上零件相對箱體的軸向位置。軸承蓋與箱體孔的端面間墊有調

4、整墊片，以調整軸承的游動間隙，保證軸承正常工作。為防止潤滑油滲出，在軸的外伸端的軸承蓋的孔壁中裝有密封圈（參見圖1-2-3）。減速器箱體上根據不同的需要裝置各種不同用途的附件。為了觀察箱體內的齒輪嚙合情況和注入潤滑油，在箱蓋頂部設有觀察孔，平時用蓋板封住。在觀察孔蓋板上常常安裝透氣塞（也可直接裝在箱蓋上），其作用是溝通減速器內外的氣流，及時將箱體內因溫度升高受熱膨脹的氣體排出，以防止高壓氣體破壞各接合面的密封，造成漏油。為了排除污油和清洗減速器的內腔，在減速器箱座底部裝置放油螺塞。箱體內部的潤滑油面的高度是通過安裝在箱座壁上的油標尺來觀測的。為了吊起箱蓋，一般裝有一到兩個吊環螺釘。不應用吊環螺

5、釘吊運整臺減速器，以免損壞箱蓋與箱座之間的聯接精度。吊運整臺減速器可在箱座兩側設置吊鉤（參見圖1-2-3）。減速器的箱體是采用地腳螺栓固定在機架或地基上的。減速機設計計算1. 選擇電動機：1) 選電動機類型 滾動軸承效率=0.995；聯軸器效率=0.98。 =0.96x0.97x0.995x0.995=0.9由上述計算，T=137 我們取減速機軸最大扭矩=150需要略大于，按已知工作要求和條件，選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。2) 確定電動機轉速 按手冊P7表1推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍Ia=36。故電動機轉速的可選范圍為nd=Ia×

6、;3=4591834r/min符合這一范圍的同步轉速有750、1000、和1500r/min。根據容量和轉速，由有關手冊查出有三種適用的電動機型號：因此有三種傳支比方案。綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，可見第2方案比較適合，則選n=1000r/min 。3）確定電動機的型號根據以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉速，選定電動機型號為Y132S-6。其主要性能：額定功率：3KW，滿載轉速960r/min，額定轉矩2.0。質量63kg。2. 傳動比：傳動比：取i=2 3. 計算各傳動參數：1. 計算各軸轉速（r/min）nI=n電機=960r/m

7、innII=nI/i =960/2=480 (r/min)2. 計算各軸的功率（KW）PI=P工作=15.08KWPII=PI×總=15.08×0.9=13.572KW3. 計算各軸扭矩（N·mm）TI=9.55×106PI/nI=150N·mmTII=9.55×106PII/nII=9.55×106×13.572/480 =270026.25N·mm齒輪的選擇1、齒輪傳動的設計計算1） 選擇齒輪材料及精度等級考慮減速器傳遞功率不在，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40Cr調質，齒面硬度為240260HBS

8、。大齒輪選用45鋼，調質，齒面硬度220HBS；根據表選7級精度。齒面精糙度Ra1.63.2m2） 按齒面接觸疲勞強度設計 由d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3 確定有關參數如下：傳動比i齒=2 取小齒輪齒數Z1=16。則大齒輪齒數：Z2=iZ1=2×16=32 實際傳動比I0傳動比誤差：i-i0/I=0%<2% 可用齒數比：u=i0=2由表取d=0.93） 轉矩T1T1=9.55×106×P/n1=9.55×106×15.08/960 =150N·m4） 載荷系數k 由課本P128表6-7取k=15） 許用接觸

9、應力HH= HlimZNT/SH由圖查得：HlimZ1=570Mpa HlimZ2=350Mpa由查表得計算應力循環次數NLNL1=60n1rth=60×384×1×(16×365×8)=1.28×109NL2=NL1/i=1.28×109/6=2.14×108由查圖表得接觸疲勞的壽命系數：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98通用齒輪和一般工業齒輪，按一般可靠度要求選取安全系數SH=1.0H1=Hlim1ZNT1/SH=570×0.92/1.0Mpa=524.4MpaH2=Hlim2ZNT2/SH=35

10、0×0.98/1.0Mpa=343Mpa故得：d176.43(kT1(u+1)/duH2)1/3=76.431×150000×(6+1)/0.9×6×34321/3mm=68.4mm模數：m=d1/Z1=68.4/16=3.8mm根據表取標準模數：m=4mm6） 校核齒根彎曲疲勞強度根據由公式 F=(2kT1/bm2Z1)YFaYSaH確定有關參數和系數分度圓直徑：d1=mZ1=4×16mm=64mmd2=mZ2=4×32mm=128mm齒寬：b=34mm取b=34mm b2=30mm7） 齒形系數YFa和應力修正系數YSa

11、根據齒數Z1=16,Z2=32由表得YFa1=2.80 YSa1=1.55YFa2=2.14 YSa2=1.838） 許用彎曲應力F根據公式式：F= Flim YSTYNT/SF由查表得：Flim1=290Mpa Flim2 =210Mpa由圖6-36查得：YNT1=0.88 YNT2=0.9試驗齒輪的應力修正系數YST=2按一般可靠度選取安全系數SF=1.25 計算兩輪的許用彎曲應力F1=Flim1 YSTYNT1/SF=290×2×0.88/1.25Mpa=408.32MpaF2=Flim2 YSTYNT2/SF =210×2×0.9/1.25Mpa

12、=302.4Mpa將求得的各參數代入式（6-49）F1=(2kT1/bm2Z1)YFa1YSa1=(2×1×150000/45×2.52×20) ×2.80×1.55Mpa=77.2Mpa< F1F2=(2kT1/bm2Z2)YFa1YSa1=(2×1×150000/45×2.52×120) ×2.14×1.83Mpa=11.6Mpa< F2故輪齒齒根彎曲疲勞強度足夠9） 計算齒輪傳動的中心矩aa=m/2(16+32)=4/2(16+32)=96mm (10)計算

13、齒輪的圓周速度VV=d1n1/60×1000=3.14×64×960/60×1000=3.22m/s減速器的軸及軸上零件的結構設計一、軸的結構設計軸結構設計包括確定鋼的結構形狀和尺寸。軸的結構是由多方面的因素決定的，其中主要考慮軸的強度、剛度、軸上零件的安裝、定位、軸的支承結構以及軸的工藝性等，其設計方法和結構要素的確定，可參照教科書有關章節進行。單級圓柱齒輪減速器的軸一般均為階梯軸，確定階梯軸各段的直徑和長度是階梯軸設計的主要內容。下面通過圖1-2-17和表1-2-2、表1-2-3來說明。1、階梯軸各段直徑的確定圖1-2-17中階梯軸各段的直徑可由表1

14、-2-2確定。符號確定方法及說明d1按許用扭轉應力進行估算。盡可能圓整為標準直徑，如果選用標準聯軸器，d1應符合聯軸器標準的孔徑。d2d2= d1+2a，a為定位軸肩高度。通常取a=3-10mmd2盡可能符合密封件標準孔徑的要求，以便采用標準密封圈。d3此段安裝軸承，故d3必須符合滾動軸承的內徑系列。為便于軸承安裝，此段軸徑與d2段形成自由軸肩，因此，d3= d2+15mm，然后圓整到軸承的內徑系列。當此軸段較長時，可改設計為兩個階梯段，一段與軸承配合，精度較高，一段與套筒配d4d4= d3+15mm（自由軸肩），d4與齒輪孔相配，應圓整為標準直徑。d5d5= d4+2a，a為定位軸環高度，通

15、常可取a=310mmd6d6= d3，因為同一軸上的滾動軸承最好選取同一型號。2、階梯軸各段長度的確定圖1-2-17中各階梯長度可由表1-2-3確定。表1-2-3軸各段長度的確定符號確定方法及說明L1按軸上零件的輪轂寬度決定，一般比轂寬短23mm。也可按（1.21.5）d1取定。L2L2=l3+l4(l3為軸承端蓋及聯接螺栓頭的高度)L3L3=B+l2+2+(23) B軸承寬度L4L4按齒輪寬度b決定，L4=b-(23)mmL5無擋油環時，L5=B 有擋油環時，L5=B+擋油環的轂寬注：表中l2、l3、l4、2參見表1-2-4。由表中計算式可知，各段長度的確定與箱外的旋轉零件至固定零件的距離l

16、4；軸承端蓋及聯接螺栓頭高度的總尺寸l3；軸承端面至箱體內壁的距離l2；轉動零件端面至箱體內壁的距離2以及檔油環的結構尺寸有關，這些尺寸又取決于軸承蓋的類型、密封型式以及各零件在裝配圖中的相關位置。因此，階梯軸各段的長度應通過裝配草圖設計過程中邊繪制邊計算確定。尤其值得注意的是：當各零件相對位置確定以后，支承點的跨距即可確定，這時就可以計算支承反力，對軸的危險截面進行復合強度核核以及軸承壽命計算等，如果軸的強度不合格或者軸承壽命不符合要求，這時就要重新選擇軸承和調整結構。當然，軸的各階梯段直徑和長度也相應發生變化。由上述可知，軸的結構設計應該在裝配草圖設計過程中，以邊繪圖、邊計算、邊修改的方式

17、逐步完成。表1-2-4為單級圓柱齒輪減速器的位置尺寸關系。二、齒輪的結構設計中小型減速器的齒輪一般用鍛鋼制造。當齒輪的齒頂圓直徑da200mm時，可以做成圓盤式結構。當齒輪的齒根圓與鍵槽底部的距離小于!&（ &為模數）時，則齒輪與軸應做成一體的齒輪軸。當da=200500時，可以做成腹板式結構。齒輪結構設計可參照教科書有關章節進行。三、支承部件的結構單級圓柱齒輪減速器軸的支承一般采用滾動軸承，如圖1-2-18所示。滾動軸承類型與尺寸選擇以及軸承組合設計可參照教材有關章節進行。軸承組合中，除滾動軸承外，還有軸承蓋、調整墊片、內外密封裝置的結構設計。1、軸承蓋軸承蓋的作用是固定軸承

18、的位置并承受軸向力和密封軸承座孔。軸承蓋的材料一般為鑄鐵（HT150）。軸承蓋結構型式分為凸緣式（用螺釘將蓋固定在箱體上）和嵌入式（用蓋的圓周凸緣嵌入軸承座孔的槽內固定）。每種結構又可分為悶蓋（中間無孔）和透蓋（中間有孔，用于軸外伸端的軸承座上）兩種型式，如圖1-2-19所示。表1-2-4單級圓柱齒輪減速器的位置尺寸符號名稱尺寸（mm）2轉動零件端面至箱體內壁的距離2=1015，對于重型減速器應取大些b小齒輪的寬度由齒輪結構設計而定。B軸承寬度根據軸頸直徑可按中系列預選。1齒頂圓與減速器內壁之間的最小間隙11.2, 箱座壁厚。l軸承支點的跨距由草圖設計決定L1#!箱外零件至軸承支點的計算距離#

19、!L1=B/2+l3+l4+l5/2L2軸承端面至箱體內壁的距離軸承用油池內油潤滑時# L2=5-10, 軸承用脂潤滑且有擋油環時L2=10-15。L3-軸承端蓋及聯接螺栓頭高度根據軸承端蓋結構型式決定L4箱外轉動零件至固定零件的距離#L4=1520L5*箱外零件與軸的配合長度L5=（1.21.5）d,d-配合軸徑表1-2-5和表1-2-6分別列出凸緣式軸承蓋和嵌入式軸承蓋的結構尺寸。符號尺寸關系符號尺寸關系（D軸承外徑）306062100110130140230D5D0-(2.53) d3d3（螺釘直徑）6881010121216e1.2 d3n（螺釘數）4466e1(0.100.15)D

20、(e1e)d0d3+(12)m由結構確定D0D+2.5 d32810D2D0+(2.53) d3b810D4(0.850.9)Dh(0.81)b不帶O型密封圈帶O型密封圈D(f9)408035110115170D封 404550556063656870758085E2(h11)568d封354045505558606365707580S101215D封9095100105110115120125130135140145810d封859095100105110115120125130135140D3D+e2當D封=3050，W實際3.1D4D20D(f9)408085110115170m由軸承部

21、件結構確定e2(h11)81012注：透蓋氈圈密封槽的尺寸參見表1-2-13S151820D3D3=D+(1015)d4(h9)d4=d封(與D封相應)b04(與W實際3.1相應)軸承蓋設計應注意下列幾點：（1）當軸承蓋的寬度較長時，應在端部車出一段較小直徑（比孔徑小24mm ），但必須保留夠的配合長度e1。（2）軸承采用飛濺潤滑時，軸承蓋端部必須開缺口并車出一段小直徑，以便潤滑油流入軸承。（3）嵌入式軸承蓋結我緊湊，重量輕，但承載能力較差，且不便于調整軸承間隙，不宜用于要求準確調整間隙的場合。2、調整墊片組調整墊片的作用是調整軸承的軸向游隙和軸承內部間隙以及軸的軸向位置。調整墊片組由多片厚度

22、不同的墊片組成。調整時，根據需要組合成不同的厚度。調整墊片組的組別，片數及厚度可由表1-2-7查得。A組B組C組厚度0502010501501050150125片數Z342144133注：1.材料沖壓銅片或08鋼拋光2.d 2=D(24) 用于凸緣 D0,D2,n×d見表(1-2-5) 式軸承蓋 D軸承外徑 D2=D-1用于嵌d2按軸承外圓 入式安裝尺寸確定 軸承蓋 3.建議準備0.55mm的墊片若干片以備調整微小間隙用。軸的計算1、軸的結構設計1） 軸上零件的定位，固定和裝配單級齒輪傳動中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，聯接以平鍵

23、作過渡配合固定，兩軸承分別以軸肩和大筒定位，則采用過渡配合固定2） 確定軸各段直徑和長度工段：d1=28mm 長度取L1=60mmh=2c c=2.5mm其中花鍵長度為35mm。II段:d2=d1+2h=28+2×1=30mmd2=30mm初選用深溝球軸承，其內徑為30mm,考慮齒輪端面和箱體內壁，軸承端面和箱體內壁應有一定距離。取套筒長為16mm，通過密封蓋軸段長應根據密封蓋的寬度安裝齒輪段長度應比輪轂寬度小23mm,故II段長：L2=33mmIII段直徑d3=38mmL3 =125mm段直徑d4=30mm由手冊得：c=4 h=2c=2×4=8mmd4=d3+2C=48-2×1.5=30mmL4=15mm段直徑d5=28mmL5=60mm。其中花鍵長度為35mm此段左面的滾動軸承的定位軸肩考慮，應便于軸承的拆卸.由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=158mm2、軸的校核1、基本數據：轉矩T=150 ，轉速n=9602、求作用在齒輪上的力：因已知齒輪分度圓直徑d=156力的方向如圖所示：