大功率硬齒面平行軸減速器設(shè)計的總體思路及過程

王 禹孔德輝

（1.天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動開發(fā)中心有限公司，天津 300457；2.通標標準技術(shù)服務(wù)（天津）有限公司，天津 300457）

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大功率硬齒面平行軸減速器設(shè)計的總體思路及過程

王 禹1孔德輝2

（1.天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動開發(fā)中心有限公司，天津 300457；2.通標標準技術(shù)服務(wù)（天津）有限公司，天津 300457）

摘 要：本文闡述了大功率硬齒面平行軸減速器設(shè)計的總體思路及過程：以中心距分配與確定作為傳動比分配的先決條件；傳動比分配與確定作為齒輪傳動設(shè)計的主線；以潤滑方式選擇作為軸和軸上零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提；以鍵的選擇和軸承壽命作為軸的結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計依據(jù)；以減速器受力 情況作為軸強度校核的原則。

關(guān)鍵詞：減速機 中心距 傳動比 硬齒面

引言

目前，天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動開發(fā)中心有限公司生產(chǎn)的硬齒面減速器的形式多種多樣，但最大作到90kW屬于中小機型。從目前市場上來看，大機型的硬齒面減速器需求量不斷增大，利潤空間也很大。為了適應(yīng)市場的需求，天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動開發(fā)中心有限公司決定設(shè)計開發(fā)大機型硬齒面減速器。此齒輪減速器的外型尺寸1640×645×1000（長×寬×高），功率可達754kW，輸出扭矩160kN·m，是公司首次自行設(shè)計制造的大型硬齒面齒輪減速器。

1 技術(shù)指標參數(shù)

額定功率：754kW；

額定輸入轉(zhuǎn)速：1000r/min；

額定輸出扭矩：160kN·m；

減速機速比：22.4；

減速機機械效率：0.94；

減速機傳動級數(shù)：2；

熱功率：566kW；

總中心距：800mm；

電機工作功率：315kW；

安裝結(jié)構(gòu)形式：平行軸底角安裝。

2 設(shè)計方案

根據(jù)技術(shù)指標參數(shù)及設(shè)備運行工作環(huán)境等工況條件，對減速器結(jié)構(gòu)進行全新設(shè)計。首先，進行中心距的分配、速比的分配、齒輪的幾何尺寸及強度校核，最后進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.1 中心距的確定

已知2級傳動總中心距800mm。根據(jù)減速機設(shè)計的原則，在滿足工作需要的前提下，減速機設(shè)計應(yīng)追求體積小、尺寸小、重量輕、成本低、潤滑方便等優(yōu)化的目標。通過優(yōu)化大量可行性設(shè)計方案，最終確定預(yù)留緊固螺釘位置：

a1=340mm--------------第一級中心距

a2=468mm--------------第二級中心距

2.2 傳動比的分配

已知總速比i =22.4，i=i1×i1作為分配傳動比的依據(jù)，根據(jù)中心距及為避免發(fā)生齒根切，允許的最少齒數(shù)要求為：斜齒輪的最少齒數(shù)為14～16；由于大齒輪決定了減速機的尺寸，還要考慮中心距、齒頂圓和軸徑三者間滿足無干涉的幾何關(guān)系，即第二級中心距應(yīng)該大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與輸出軸圓半徑之和。經(jīng)過優(yōu)化，最終確定

以上對中心距與傳動比的分配，是相互關(guān)聯(lián)的兩個約束條件，必須進行優(yōu)化設(shè)計選擇最佳參數(shù)。

2.3 齒輪材料的選用

齒輪是減速器中的重要零件，擔負著傳遞動力、改變運動速度及方向的重要任務(wù)。因此，對齒輪材料提出如下要求：具有高的接觸疲勞極限；具有高的抗彎曲強度；具有高的耐磨性；具有足夠的沖擊韌性。同時，還應(yīng)考慮材料的加工工藝性、經(jīng)濟性以及材料的來源等因素。正確選用齒輪材料和進行合理的熱處理，是滿足齒輪設(shè)計要求、延長齒輪使用壽命及節(jié)約制造成本的主要途徑。表1顯示了幾種齒輪常用材料的熱處理方法及力學(xué)性能。

表1 幾種齒輪常用材料的熱處理方法及力學(xué)性能

經(jīng)過對比，確定采用20CrMnMo。經(jīng)熱處理后，輪齒表面硬度高，淬透層均勻，耐磨性好，心部韌性好，強度高，使齒輪具有較高的抗彎曲疲勞強度。但是，它容易產(chǎn)生淬火變形。因此，熱處理前要留磨量，熱處理后需經(jīng)過磨齒加工。

2.4 齒輪幾何參數(shù)計算及強度驗算

2.4.1 第一級齒輪的幾何參數(shù)及強度的計算結(jié)果

表2為第一級齒輪的幾何參數(shù)及強度的計算結(jié)果，此處略去計算過程。

表2 第一級齒輪的幾何參數(shù)及強度的計算結(jié)果

2.4.2 第二級齒輪的幾何參數(shù)及強度的計算結(jié)果

表3為第二級齒輪的幾何參數(shù)及強度的計算結(jié)果，此處略去計算過程。

表3 第二級齒輪的幾何參數(shù)及強度的計算結(jié)果

2.5 箱體設(shè)計原則

齒輪箱內(nèi)零件工作時，箱體所受的外力有：

（1）與箱壁垂直的力，如斜齒分力、止推軸承傳來的力；

（2）位于箱壁平面內(nèi)的力，如徑向軸承施加的力；

（3）扭矩，如徑向力偏離壁板中心的作用力、長度較大的滑動軸承在軸向平面上的力偶等。

影響箱壁變形的主要因素是垂直于箱壁的力。第2、3種力對箱體的變形影響較小，可不考慮，在結(jié)構(gòu)設(shè)計布置筋板時考慮即可。國外大型精密高速齒輪箱普遍改為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，因此對齒輪箱的研究很重視。例如，典型的齒輪箱震動頻率為1000Hz，振幅為0.25～1.25um時，噪聲約為100dB，當壁厚增加一倍時，阻尼比增加141%。實驗表明，壁厚為15mm的齒輪箱，比壁厚為5～10mm的噪音為小。實際上，增加壁厚能降低噪聲12dB，增加加強筋同樣可以減少噪聲5～12dB。

2.6 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

由于斜齒輪傳動將產(chǎn)生很大的軸向力，所以所有軸承采用能承受一定軸向力的圓錐滾子軸承。軸承的大小根據(jù)軸徑大小、允許空間、工作轉(zhuǎn)速、壽命要求以及安裝與拆卸等條件選用，再進行當量動負荷和使用壽命計算。此外，為了不同的安裝方式，箱體設(shè)計成方形；為了便于裝配，箱體做成上下分箱；箱體內(nèi)部在寬度上設(shè)計成兩邊對稱，以滿足不同的輸出結(jié)構(gòu)形式（輸入軸與輸出軸的方向可任意調(diào)整）；由于軸向力大，兩邊軸承采用壓蓋式定位；齒輪與軸裝配采用過盈配合，以增加傳遞扭矩，防止鍵的剪切，裝配時需要熱裝；密封采用內(nèi)包骨架旋轉(zhuǎn)唇形密封，并且是雙唇；潤滑采用中極壓工業(yè)齒輪油200號，飛濺式潤滑。

3 結(jié)束語

本文就大功率硬齒面平行軸減速器的整體設(shè)計思路與過程，描述了該產(chǎn)品經(jīng)過論證、合理設(shè)計達到了使用要求，為將來開發(fā)市場前景好的大型減速機設(shè)計積累了經(jīng)驗。技術(shù)人員要有超前意識，不僅做好現(xiàn)有產(chǎn)品的改進，還要有開拓、創(chuàng)新精神，積極開發(fā)市場前景好的產(chǎn)品。大功率減速機就是一個被未來市場看好的產(chǎn)品。

參考文獻

［1］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］朱孝錄.齒輪傳動設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

High-power Parallel Shaft Hardened Reducer General Idea and Process Design

WANG Yu1，KONG Dehui2
（1.worm gear Tianjin Development Zone Development Center Co.， Ltd.， Tianjin 300457； 2.CSTC Standards Technical Services （Tianjin） Co.， Ltd.， Tianjin 300457）

Abstract:This paper describes the high-power parallel shaft Hardened reducer design ideas and processes. In order to determine the distribution and center dis tance as the gear ratio prerequisite allocated distribution and transmission ratio determined as gear design of the main line； to lubricate the shaft and the mode selection as a precondition for the structural design of the shaft parts； to select and bearing life as the key axis structural dimensions of the design basis； reducer to the forces as a principle shaft strength check.

Key words:reducer， center distance， gear ratio， hardened