螺旋輸送機傳動用的一級圓柱齒輪減速器設計研究

摘要：在現代機械中，齒輪傳動憑借自身的瞬時傳動比恒定、工作平穩、傳動準確可靠等優勢，進而得到廣泛的應用。齒輪減速器的組成主要包括齒輪、軸、軸承及箱，主要用于原動機和工作機或執行機構，進而發揮匹配轉速和傳遞轉矩的作用。

關鍵詞：電動機齒輪軸軸承聯軸器箱體

1 概述

國內的減速器主要以齒輪傳動、蝸桿傳動為主。這種傳動方式的不足主要表現為：功率低，重量小，傳動比大。機械效率低等，并且，材料品質、工藝水平等都比較落后。上述不足在大型減速器中表現的尤為突出，進一步降低了減速器的使用時間。德國、丹麥、日本等國家在生產減速器方面遙遙領先，這是因為這些國家在生產減速器的過程中，在生產材料、制造工藝等方面具有比較優勢，進而生產出來的減速器具有更高的可靠性，更長的使用壽命。但是，其傳動形式依然是定軸齒輪傳動，這種傳統方式在體積、重量方面都存在一些問題。本文就變速箱設計中優化傳動組合的方向進行設計研究，供同行們參考歡迎指正。

2 傳動方案的擬定

對于完整的減速器來說，通常情況下由原動機、傳動裝置和工作機組成。出于經濟考慮，多數原動機采用電動機，其轉數較高，傳動裝置在傳動原動機的動力時，可以對其運動進行改變，進而在一定程度上滿足工作機的性能需要。機器的工作性能在很大程度上取決于傳動裝置的性能、質量及布局的合理性，因此合理地擬定傳動方案具有重要意義。

①螺旋輸送機單向運轉，有輕微振動。

②兩班制工作，使用期限5年，輸送機螺旋轉速容許誤差正負5%。

③輸送機螺旋軸功率P=3.5kW。

④輸送機螺旋軸功率轉速n=50r/min。

3 選擇電動機的類型

根據已知條件和作用要求，選用Y系列籠型三相異步電動機，這種電動機用途廣泛，并且全封閉，同時自扇冷卻，電動機的總功率Pd=Pw/η總，電動機傳動機到工作機的總效率η總=η1×η24×η3×η4×η52（η1、η2、η3、η4、η5分別為螺旋機、軸承、錐齒輪、直齒輪、聯軸器的傳動效率參考文獻[1]表9.1取η1=0.975、η2=0.995、η3=0.96、η4=0.97、η5=0.99）

所以電動機所需的功率為：

Pd=Pw/η總=3.5/0.87=4.02kW

電動機的轉速范圍為：

nd=i總×nw(6-15)×50=300-750(r/min)

可選擇同步轉速750r/min的Y系列電動機Y160M2-8

4 齒輪的選擇

①齒數z：初取z1=20，則z2=20×5=100

②模數m:m=d1/z1=50/20=2.5mm，正好是標準模數第二系列上的數值，可取。

③分度圓直徑d：d1=z1m=20×2.5=50mm

d2=z2m=100×2.5=250mm

④中心距a：a=1/2(d1+d2)=1/2(50+250)=150mm

⑤齒寬b：b=φdd1=1.1·50=55mm，取b2=55mm b1=

60mm

5 選擇軸

選用45鋼作為軸的材料，通過調質處理使其硬度達到217~255HBS，對軸上的位置及固定方式進行確定。對于單級減速器來說，在箱體中央安排齒輪，將聯軸器安裝在軸外伸端。對于軸向定位和固定來說，通常情況下，通過軸環、套筒等得以實現；周向固定兩端軸承靠套筒實現，通過平鍵和過盈配合實現軸向定位，靠過盈配合實現周向定位。軸通過兩端軸承蓋實現軸向定位。聯軸器靠軸肩、平鍵和過盈配合分別實現軸向定位和周向固定。確定各段周的直徑：軸徑d=22mm作為外伸端直徑d1與聯軸器相配。對于聯軸器來說，軸向定位通過軸肩來實現，取第二段直徑d2=26mm，從右側裝入齒輪和右端軸承。為了便于裝拆，以及遵守零件固定的相關要求，裝軸承處軸徑d3通常情況下要超過d2，滾動軸承的直徑d3=30mm。在操作過程中，為了便于拆裝齒輪，與d3相比，通常情況下與齒輪配合處的軸徑d4往往要大，通過查表可知d4=32mm。對于齒輪左端來說，一般通過套筒進行固定，對于右端通常通過軸環進行定位，軸環直徑d5需要滿足齒定位的要求同時滿足安裝左側軸承的需要，根據相關要求的規定，在型號方面，右端軸承與左端軸承保持相同，取d6=30mm。選取軸承型號。初選軸承型號為深溝球軸承，代號6306查手冊的軸承寬度B=19mm，安裝尺D1=37mm，故軸環直徑d5=37mm。確定各段軸的長度。綜合考慮軸上零件的尺寸和軸向定位的要求及與減速器箱體尺寸的關系，確定各段軸的長度。

6 各項指標系數

通氣器，采用M18×1.5；油面指示器，選用游標尺M16。

7 齒輪的潤滑

在傳動過程中，為了減少齒輪的運動阻力，降低油的溫度，通常情況下，齒輪浸入油中的深度控制在1-2個齒高。如果齒輪速度較高，那么浸入油的深度要適當調淺，一般控制在0.7倍齒高（至少為10mm）。如果速度在0.5m/s-0.8m/s之間，這是允許浸入的深些，一般控制在1/6的齒輪半徑；如果速度更低，這時浸入深度甚至可到齒輪半徑的1/3。在對圓錐齒輪傳動進行潤滑時，應將輪齒的整個寬度浸入到油中。對于船用等油面存在波動的減速器，一般浸入的深些。對于多級減速器，采取措施確保各級傳動浸入油中的深度相等。對于低速級齒輪來說，如果浸油太深，為了降低深度可以采用惰輪蘸油對高速級齒輪進行潤滑；對減速器箱蓋和箱座的剖分面進行傾斜處理，使得高速級和低速級傳動的浸油深度相等。

按照1kW約需0.35L-0.7L潤滑油計算減速器油池的容積，齒輪頂圓與箱底之間的距離，采取措施使其超過30mm-50mm。同時適當加油，避免油面過淺，使得箱底的油泥在一定程度上被激起。如果減速器的平衡溫度超過90℃，為了確保減速器運行的安全性，需要對其進行降溫。在這種情況下，通過循環油進行減速器進行潤滑，或者采取其他冷卻措施。對于循環潤滑來說，其油量一般要超過0.5L/kW。一般不宜采用油池對圓周速度超過12m/s的齒輪減速器進行潤滑處理，這是因為：①齒輪帶上的油在離心力的作用下可能送不到嚙合處；②減速器的溫度受攪油的影響而升高；③齒輪和軸承的磨損在攪起箱底油泥的作用下，會進一步加強；④加快潤滑油的氧化速度，降低潤滑性能。在這種情況下，通常采用噴油措施進行潤滑處理。潤滑油通過自備油泵或中心供油站進行供應，同時借助管子上的噴嘴進而在一定程度上將油噴入輪齒嚙合區。速度高時，對著嚙出區噴油有利于迅速帶出熱量，降低嚙合區溫度，提高抗點蝕能力。

本傳動采用浸油潤滑，由于圓周速度v=1.88m/s＜12m/s，所以浸油高度約為六分之一大齒輪半徑，取為65mm。

7.1 滾動軸承的潤滑

在dn值較高或軸上零件采用油潤滑時，滾動軸承應采用右潤滑。所以傳動裝置中的軸承采用油潤滑。

7.2 潤滑油的選擇

齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設備，選用L-AN15潤滑油。

7.3 密封方法的選取

采用矩形斷面的氈圈密封，安裝在梯形的槽中，受變形壓縮而對軸產生一定的壓力，消除間隙，以達到密封的目的。

參考文獻：

[1]宋寶玉.機械設計課程設計指導書第一版[M].高等教育出版社，2006(8).

[2]毛振揚，陳秀寧，施高義.機械零件課程設計第5版[M].浙江大學出版社，1994(8).

[3]胡家秀.機械設計基礎第一版[M].機械工業出版社，2001(5).