基于减速装置的零件结构设计

王太铭 洛阳理工学院附属中学

引言：减速器广泛应用于工程机械、电子机械以及制造行业等领域。随着社会的飞速发展，传统的设计及制造方法已被先进的高科技技术所取代。本次设计是一级圆柱直齿齿轮减速器，通过本次的设计，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。

1 减速器在国内外的发展状况

国内的减速器中主要的传动部分大多数是以齿轮传动以及蜗杆传动为主，有着传动灵敏的优点，却存在功率和传动比小或传动比大但机械效率过低的问题。而国外的减速器在制造工艺创新上占据着绝对的优势，具有工作可靠性高，寿命使用周期长的特点。但也存在着如：传动形式单一，传动方式仍然采用定轴齿轮的转动传动为主；体积大和重量重等问题也没有很好地解决。

2 本设计所要解决的问题

本设计中的机械零件的设计至关重要，零件设计的好坏将直接影响最后所设计的减速器传动效率以及减速效果，它是整个机器设计工作中的一项重要的具体内容。所以，必须从机器整体设计结构的要求出发，考虑零件的设计尺寸没准确的计算各个部位的公称尺寸，如果零件的结构设计的不合理，那么相互组合的零件之间将达不到良好相互配合效果，影响传动效果。

3 设计的基本思路

(1）减速器中主要部位传动装置的设计包括：动力元件电动机的选择，主要确定电动机的类型、结构形式以及确定电动机的功率、转速。

(2）减速器传动元件的传动比的分配、动力参数以及传动零件参数的设计计算，其包括：总传动比和各级传动比的计算、电机轴（电动机中的主轴）、输入轴（减速器和电机连接的轴）、输出轴（减速器和传动机构连接的轴）的功率及转速的计算；输入轴、输出轴的设计及各参数的计算，其中轴与轴之间的连接的作用是实现功率、转速以及机械能的传递。

4 传动装置的总体设计

4.1 拟定传动方案

(1）工作条件要求：总使用期限为10年，每年工作天数按260天计算，采取两班制工作方法，载荷平稳。其设计的原始数据见表1所示：

表1 设计原始数据

4.2 电动机的选择

本次设计选用Y系列三相异步交流电动机，其工作电压为380V，其具有结构简单、起动性能好以及工作可靠等优点，并应用场合广泛。

①电动机功率确定

a、电动机的工作功率由表1数据可计算得：

b、从电动机到工作机之间传动装置的总功率（由于机械传动时存在能量损耗，因此总效率<1）为：

其中：η1：V带传动效率0.96；（传动效率等于输出功率与输入功率之比）

η2：滚子轴承效率（每一对）0.99；

η3：齿轮传动效率（每一对）0.97；

η4：联轴器效率0.97（联轴器用来将不同机构中的主、从传动轴联接在一起共同旋转，并传递运动的机械部件）。

c、由此可得工作机要求的电动机输出功率为：

②确定电动机的转速

本次根据工作需要，初选用1500r/min或970r/min的电动机。

a计算滚筒的转速nw：

由公式nw=(1000×60V)/πD计算滚筒转速nw（滚筒是连接电机和减速器的驱动装置）：

由表1得V=1.35m/s、D=250mm（运输带工作速度v=线速度=2πrnw=πDnw）。

b确定电动机的转速nd：

由资料查表[2-3]可得：本次设计的减速器的传动比范围应在i=3~5之间，V带传动比范围为i=2~4，总传动比应为i总=6~20，所以电动机同步转速的可设置的范围为：

考虑电动机本身属性以及传动装置的尺寸要求和总传动比，所以选定电动机型号为Y160L-6。其主要参数为：工作时的额定功率为11kw、满载转速为970r/min。

4.3 各级传动比的分配

(传动比是机构中两转动构件转速之比）。

由参考数据得，取带传动比为i带=2。

表2 相关数据

4.4 传动零件的设计计算

为了进行传动件尺寸方面的设计计算，那么首先应该推算出各个轴的转速、功率，一般按由电动机至工作机之间运动的路线，进而推算出各个传动轴的运动参数。

（1）0轴（电机轴，即为电动机输出功率）

因为该轴是电机轴，因此其转速等于电机满载转速：

（2）1轴（输入轴）

（传动比是机构中两转动构件输入转速与输出转速之比）。

（3）确定轴的最小直径

① 输入轴的最小直径的确定

查表可得：C=110（C是常数与材料许用剪应力的比值），输入轴的功率P1=8.48kw，输入轴的转速n1=485r/mn，因此可得：

由于计算轴的最小直径时，应加大5%以考虑键槽的影响，所以输入轴的最小直径为：

②设计输入轴的结构

根据轴向定位要求确定轴的各处直径和长度可知：所设计轴的最小直径为dmin=29.85mm，由于此轴运转速度非常高，因此，此次设计应取标准尺寸值dmin=30mm，为了与外连接件以轴肩定位，故取B段直径为dB=40mm。其结构设计如下图1所示：

图1 输入轴的结构

5 结论

通过本次设计，使我对高中数学上所学的读图、视图能力以及物理方面（功率、机械传动等）的基础知识有了更深的理解，为以后学习机械方面的知识打下坚实的基础，并培养了遵守和应用标准与规范的习惯，提升了查阅资料，收集信息的能力。在本次设计过程中,我综合运用了机械设计方面的相关知识与技能，并学会了如何运用制图软件进行制图，以及提高了结构尺寸运算和锻炼了分析问题、解决问题等方面的能力，这对今后的学习具有重要的意义。