單輸入雙輸出減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含13張CAD圖紙】,含13張CAD圖紙,輸入,輸出,減速器,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13,cad,圖紙 1.引言 齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題。其主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：行星輪、太陽(yáng)輪、外齒圈。相對(duì)其他減速機(jī)，行星減速機(jī)具有高剛性、高精度、高傳動(dòng)效率，高的扭矩/體積比，終身免維護(hù)等特點(diǎn)。因?yàn)檫@些特點(diǎn)，行星減速機(jī)多數(shù)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)題，也未解決好。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)行星輪減速機(jī)傳動(dòng)原理，對(duì)其單輸入雙輸出行星減速機(jī)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，力求在理論和實(shí)際中達(dá)到高剛性、高精度、高傳動(dòng)效率，高的扭矩/體積比。 2.新型少齒差減速器的原理與設(shè)計(jì) 2.1.新型少齒差減速器的原理 當(dāng)需要體積小傳動(dòng)比大的減速機(jī)構(gòu)時(shí)，過(guò)去人們一般采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)的最大缺點(diǎn)是：傳動(dòng)效率低，制造蝸桿副需要大量的貴重金屬銅。 漸開(kāi)線行星減速傳動(dòng)，當(dāng)行星輪齒數(shù)與其嚙合的內(nèi)齒輪齒數(shù)相差很少時(shí)（稱為少齒差傳動(dòng)），不但裝配方便、體積小，而且傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比大、無(wú)需貴重金屬銅。因此，漸開(kāi)線少齒差傳動(dòng)受到人們的廣泛注意。。 但是由于輪系中的齒輪是漸開(kāi)線齒輪，而兩輪齒的齒數(shù)相差又很小，采用正常齒制的齒輪，兩齒輪在運(yùn)動(dòng)中極易發(fā)生齒廓干涉。為了防止齒與齒之間的干涉，需要采用有較大嚙合角的齒形。因而導(dǎo)致了齒輪有較大的徑向負(fù)荷。此外，由于需將作平面運(yùn)動(dòng)的行星輪的運(yùn)動(dòng)輸出，還需要一個(gè)運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)，這些都使其傳遞的功率和傳動(dòng)效率受到一定的限制。因此，漸開(kāi)線少齒差行星輪傳動(dòng)一般只適用于中小型的動(dòng)力傳動(dòng)，傳遞功率一般不大于45KW。 2.2.國(guó)內(nèi)外研究電動(dòng)機(jī)選擇 相對(duì)其他減速機(jī)，行星減速機(jī)具有高剛性、高精度、高傳動(dòng)效率，高的扭矩/體積比，終身免維護(hù)等特點(diǎn)。因?yàn)檫@些特點(diǎn)，行星減速機(jī)多數(shù)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。 3.主傳動(dòng)系統(tǒng)分級(jí)系統(tǒng)擬定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)行星輪減速機(jī)，要求第一級(jí)傳動(dòng)為直齒輪傳動(dòng)，第二級(jí)為少齒差傳動(dòng)。其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下 3.1傳動(dòng)副與轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)的確定 在確定傳動(dòng)方案時(shí)應(yīng)合理確定各傳動(dòng)組傳動(dòng)副數(shù)，變速組的傳動(dòng)副數(shù)一般為2或3，一定的主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)可由不同的傳動(dòng)副數(shù)和變速組數(shù)得到。如對(duì)于18級(jí)轉(zhuǎn)速來(lái)說(shuō)，其主軸傳動(dòng)方案可以有，，，前兩種方案變速組及傳動(dòng)軸少，傳動(dòng)鏈教短，但在第二變速組中分別采用了6對(duì)和9對(duì)齒輪副。這樣，同一軸上齒輪數(shù)太多，不僅使齒輪箱軸向尺寸過(guò)大，而且變速箱操縱復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。最后一組傳動(dòng)方案中，傳動(dòng)副數(shù)為2或3。采用這樣的方案雖然多了一根傳動(dòng)軸，但總傳動(dòng)副數(shù)為8對(duì)，比之前少了1對(duì)和3對(duì)。另外由于軸上滑移齒輪少，變速操作較為易行，所以一般變速組傳動(dòng)副數(shù)為2或3。 根據(jù)設(shè)計(jì)原理要求，包含二個(gè)變速組，其中第一級(jí)直齒輪傳動(dòng)包含3個(gè)傳動(dòng)副，第二級(jí)少齒差傳動(dòng)包含2個(gè)傳動(dòng)副，因此主軸級(jí)數(shù)為其變速組乘積即： 當(dāng)主軸變速范圍一定時(shí)，公比越小，則轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)越多，相對(duì)轉(zhuǎn)速損失越小，但機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜。反之，公比越大，則轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)越少，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但相對(duì)轉(zhuǎn)速損失越大。一般通用機(jī)床多采用或。因此選用公比。對(duì)于其轉(zhuǎn)速數(shù)列，根據(jù)查機(jī)床制造的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列得知，其主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為6級(jí)，公比為1.58，則查表得知其數(shù)列的1-6項(xiàng)為：63、100、160、250、400、630，則主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列為63、100、160、250、400、630。 3.2傳動(dòng)方案與結(jié)構(gòu)式的擬定 傳動(dòng)副多的變速組應(yīng)盡量靠前布置，一般主傳動(dòng)系統(tǒng)中，以降速傳動(dòng)為主，布置在前面，靠近電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸及軸上傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)速較高，在功率不變的情況下，傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)速越高，傳遞的扭矩越小，傳動(dòng)件的尺寸也可小些，故希望前面變速組的傳動(dòng)副數(shù)多些，后面靠近主軸，轉(zhuǎn)速較低的變速組內(nèi)傳動(dòng)副少些。 變速組的擴(kuò)大順序應(yīng)與傳動(dòng)順序一致，在轉(zhuǎn)速圖上表現(xiàn)為前面?zhèn)鲃?dòng)組傳動(dòng)比連線分布密，而后面?zhèn)鲃?dòng)組傳動(dòng)比連線分布疏，故又稱此原則為“前密后疏”原則。 傳動(dòng)副的傳動(dòng)比應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。在降速傳動(dòng)副中，由于主動(dòng)小齒輪的最小齒輪有限制，為避免被動(dòng)大齒輪直徑太大，降速比不能太小，一般限定不能小于1/4。升速傳動(dòng)中，為減少振動(dòng)和傳動(dòng)誤差，要求采用直齒輪傳動(dòng)的方式，升速傳動(dòng)比不大于2。對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，升速傳動(dòng)比不大于2.5。因此在主變速系統(tǒng)中，變速器的最大范圍為： 或 根據(jù)變速組內(nèi)傳動(dòng)副數(shù)取2或3，以及傳動(dòng)副數(shù)布置因該“前多后少”的原則，取結(jié)構(gòu)式為的傳動(dòng)方案，主軸的變速級(jí)數(shù)是在基本變速組的基礎(chǔ)上由第一擴(kuò)大組，第二擴(kuò)大組......逐步擴(kuò)大變速而來(lái)的。為使機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速按等比數(shù)列連續(xù)分布，各變速組內(nèi)傳動(dòng)比應(yīng)成等比數(shù)列排列，其級(jí)比以及級(jí)比指數(shù)因該因該符合一定規(guī)律，即 實(shí)際上，如果一個(gè)分級(jí)變速系統(tǒng)中還有更多擴(kuò)大組的話，任意一個(gè)擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)應(yīng)為前面其各變速組傳動(dòng)副的乘積，即 由上述可見(jiàn)，一個(gè)變速組的傳動(dòng)副數(shù)以及變速組的級(jí)比指數(shù)，體現(xiàn)該變速組的基本特性，因而，可采用一個(gè)包含傳動(dòng)副數(shù)及級(jí)比指數(shù)的表達(dá)式——結(jié)構(gòu)式，來(lái)表示一個(gè)變速組的基本變速特性。其結(jié)構(gòu)通式為 則其結(jié)構(gòu)式應(yīng)為，由于最后擴(kuò)大組變速范圍最大，一般只需檢查最大擴(kuò)大組變速范圍，因此應(yīng)檢驗(yàn)其變速范圍： 符合變速組變速范圍的限制要求。 3.3變速組最小傳動(dòng)比 根據(jù)變速組內(nèi)傳動(dòng)比規(guī)律，不難得出基本組內(nèi)三種傳動(dòng)比之比為： 第一擴(kuò)大組傳動(dòng)比為： 可見(jiàn)，各變速組的傳動(dòng)比均為的整數(shù)次冪，而且各傳動(dòng)比成等比數(shù)列排列，根據(jù)此規(guī)律推算出第一級(jí)直齒輪傳動(dòng)最小傳動(dòng)比為： 第二級(jí)少齒差傳動(dòng)最小傳動(dòng)比為： 4.齒輪的相關(guān)設(shè)計(jì) 4.1齒輪齒數(shù)的確定 確定齒輪齒數(shù)時(shí)的注意事項(xiàng)，為了減小齒輪的徑向尺寸，齒輪副的齒數(shù)和一般不應(yīng)超過(guò)100～200。為避免齒輪的根切現(xiàn)象，齒輪最小齒數(shù)不應(yīng)小于17。為保證齒輪有足夠強(qiáng)度，防止熱處理時(shí)變形過(guò)大或發(fā)生齒根斷裂現(xiàn)象，齒輪齒槽槽底與孔壁或鍵槽槽底間的壁厚應(yīng)大于2mm。由于傳動(dòng)比誤差所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差，應(yīng)控制在以內(nèi)，即： ≤ 對(duì)于齒輪的第一級(jí)傳動(dòng)，采用一個(gè)主動(dòng)輪帶動(dòng)兩個(gè)從動(dòng)輪將速度減速或功率分流，其中主動(dòng)輪齒輪為，從動(dòng)輪為，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取，則 則對(duì)于第一級(jí)直齒輪傳動(dòng)，主動(dòng)齒輪齒數(shù)為21，從動(dòng)輪為42 對(duì)于二級(jí)少齒差傳動(dòng) 則，此為主動(dòng)輪，主動(dòng)輪為最小齒輪，根據(jù)公式可知 則對(duì)于第而級(jí)少齒差傳動(dòng)，主動(dòng)齒輪齒數(shù)為25，從動(dòng)輪為75 4.2齒輪的相關(guān)布置 在布置齒輪的軸向位置時(shí)，必須保證一對(duì)齒輪完全脫離嚙合后，另一對(duì)齒輪才能進(jìn)入嚙合。齒輪的布置方式對(duì)齒輪的軸向和徑向尺寸都有影響，對(duì)于此設(shè)計(jì)軸向尺寸的縮小采用主從動(dòng)輪交錯(cuò)布置；對(duì)于徑向尺寸的縮小，在強(qiáng)度允許條件下，盡量采用較小的齒輪數(shù)和，并使用降速比太小的齒輪數(shù)副。在相鄰兩變速組軸間距離相等的條件下，可將其中兩根軸布置在同一軸線上，以減少?gòu)较虺叽纭? 5.軸承相關(guān)設(shè)計(jì) 5.1軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)軸工作時(shí)的應(yīng)力多為重復(fù)性的變應(yīng)力，所以軸的失效形式多是疲勞損壞，因此對(duì)軸的要求其有一定的疲勞強(qiáng)度，且對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低和具有良好的工藝性。 軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼強(qiáng)度較合金鋼低，但價(jià)廉，對(duì)于應(yīng)力集中的敏感性低，故應(yīng)用較廣。 常用的碳素鋼有30、40、45和50鋼，其中以45鋼最常用。為保證其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理。對(duì)于載荷不大或不重要的軸，也可用Q235、Q255、Q275等普同碳素鋼，無(wú)需熱處理。 合金鋼比碳素鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，價(jià)格較貴。對(duì)于受載大并要求尺寸緊湊、重量輕或耐磨性要求高的重要軸，或處于非常溫度或腐蝕條件下工作的軸，常采用合金鋼。由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差無(wú)幾，所以當(dāng)其他條件相同時(shí)，用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。 軸也可以采用合金鑄鐵和球墨鑄鐵。鑄鐵具有流動(dòng)性好、易于鑄造成形以獲得形狀復(fù)雜的軸、價(jià)廉、有良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中不敏感等有點(diǎn)。但強(qiáng)度和韌性較低、鑄造質(zhì)量不易控制。鑒于此，軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 5.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸設(shè)計(jì)的基本要求是：（1）軸和軸上的零件要有準(zhǔn)確的位置（定位要求）；（2）各零件要牢固可靠的固定（定位要求）；（3）軸應(yīng)便于加工，軸上零件要便于拆卸（工藝要求）；（3）盡量減少應(yīng)力集中（疲勞強(qiáng)度要求）；（4）軸各部分的尺寸和長(zhǎng)度要求合理（尺寸要求）等。 5.3軸上零件的軸向固定 為了保證軸上零件有確定的軸向位置，防止零件沿軸向移動(dòng)并傳輸軸向力，軸上零件必須沿軸向在軸上固定。常用的方法有： 1、軸肩和軸環(huán) 階梯軸上截面變化處叫軸肩，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向定位方便可靠，能承受較大的軸向載荷，應(yīng)用較多。軸肩和軸環(huán)由定位面和過(guò)度圓角組成。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩兩類。為了保證軸上零件都能緊靠定位面，定位軸肩的圓角半徑r必須小于相配零件轂孔端部的倒角或圓角半徑R，一般取h為（2～3）。固定滾動(dòng)軸承的軸肩高度h及圓角半徑r應(yīng)按滾動(dòng)軸承的安裝尺寸查取。軸環(huán)設(shè)計(jì)與定位軸肩相同，軸環(huán)寬度。至于非定位軸肩，其直徑變化僅未了裝配方便或區(qū)別加工表面，故軸肩高度h無(wú)嚴(yán)格要求，只要兩軸段的直徑稍有變化即可，一般取1.5～2mm。 2、套筒 在軸的中部，當(dāng)兩個(gè)零件距離較小時(shí)，常用套筒作相對(duì)固定。采用套筒定位，既能避免因采用軸肩而使軸頸增大，又可減少應(yīng)力集中源。但套筒與軸的配合較松，也不宜用于高速旋轉(zhuǎn)。套筒的設(shè)計(jì)同軸肩。 3、雙圓螺母或圓螺母與止動(dòng)墊片 當(dāng)軸上相鄰兩零件間距較大，以致套筒太長(zhǎng)或無(wú)法采用套筒時(shí)，可采用螺母固定，它能傳遞較大的軸向力。但螺紋處又很大的應(yīng)力集中。為避免過(guò)多地削弱軸的強(qiáng)度，一般用細(xì)牙螺紋。這種結(jié)構(gòu)主要用于固定軸端的零件。 4、軸端擋圈和圓錐形軸頭 在軸端部安裝零件時(shí)，常用這種方法。工作可靠，應(yīng)用較廣。由于圓錐形軸頭與輪轂錐面聯(lián)接，能使軸上零件與軸保持較高的同軸度，軸上零件裝卸方便，且可兼作周向固定，因此常用于有振動(dòng)或沖擊載荷的情況下，如鍛壓設(shè)備、碎石機(jī)等。 5、彈性擋圈、緊定螺釘于鎖緊擋圈 彈性擋圈大多與軸肩聯(lián)合使用，也可在零件兩邊各用一個(gè)擋圈，但只適用于軸向力不大的情況。軸上的溝槽引起應(yīng)力集中，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度。 緊定螺釘與鎖緊擋圈多用于光軸上零件的固定。優(yōu)點(diǎn)使軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件位置可以調(diào)整，緊定螺釘還可以兼作周向固定。但這種結(jié)構(gòu)只能承受較小的里，而且不是用于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。 5.4軸上零件的周向固定 為了可靠地傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，軸上零件還必須與軸有可靠的周向固定，固定的方式很多，常用的有鍵、花鍵、型面、彈性環(huán)、銷、過(guò)盈聯(lián)接等。 6.軸承的壽命計(jì)算 滾動(dòng)軸承的壽命是指一套軸承，其中一個(gè)套圈（或墊圈）或滾動(dòng)體的材料出現(xiàn)第一個(gè)疲勞擴(kuò)展跡象之前，一個(gè)套圈（或墊圈）相對(duì)另一個(gè)套圈（或墊圈）的轉(zhuǎn)數(shù)。 大量試驗(yàn)結(jié)果表明，滾動(dòng)軸承的疲勞壽命是相當(dāng)離散的。由于制造精度、材料的均質(zhì)程度等不同，即使是同樣材料、同樣尺寸以及同一批生產(chǎn)出來(lái)的軸承，在完全相同的條件下工作，它們的壽命也極不相同，相差可達(dá)幾倍、幾十倍。由于軸承的壽命是離散的，因而在計(jì)算軸承壽命時(shí)應(yīng)與一定的可靠度相聯(lián)系。 滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指定對(duì)于一組滾動(dòng)軸承或一批近于相同的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，該壽命是與90%的可靠度、常用材料和加工質(zhì)量以及常規(guī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件相關(guān)的壽命，用表示。 在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)軸承的可靠性要求不相同。在一定載荷下工作的軸承，可靠度不同，軸承壽命也不同?？煽慷仍降?，軸承壽命越長(zhǎng)。軸承的可靠度與壽命的關(guān)系可用下式表示 式中 滾動(dòng)軸承的基本額定壽命與所受載荷的大小有關(guān)，載荷愈大，軸承的基本額定壽命愈短。所謂軸承的基本額定動(dòng)載荷，就是指軸承的基本額定壽命為轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值，用字母C表示。不同型號(hào)的軸承有不同的基本額定載荷值，基本額定動(dòng)載荷值大，說(shuō)明軸承承受載荷能力強(qiáng)。 滾動(dòng)軸承載荷的壽命計(jì)算計(jì)算公式為 各種機(jī)器中的軸承，對(duì)其壽命要求式不同的，一般可以把機(jī)器中修或大修的年限作為軸承的預(yù)期壽命，預(yù)期壽命過(guò)長(zhǎng)，往往會(huì)使軸承尺寸過(guò)大，造成結(jié)構(gòu)上的不合理；預(yù)期壽命過(guò)短，又會(huì)造成更換軸承頻繁，影響機(jī)器的正常使用。 對(duì)于本設(shè)計(jì)減速器的應(yīng)用要求，為利用率不高的齒輪傳動(dòng)，選擇推薦預(yù)期壽命為12000～20000h。 7.減速器總效率計(jì)算 效率的選擇： 輸入軸： 偏心曲軸： 減速器總效率為： 8.結(jié)論 （1）設(shè)計(jì)的單輸入雙輸出減速器原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從而給制造、安裝、使用和維護(hù)帶來(lái)極大方便。 （2）設(shè)計(jì)的減速器適應(yīng)性強(qiáng)，可用于洗衣機(jī)攪拌器，混泥土攪拌機(jī)等小型設(shè)備的應(yīng)用上。 （3）本設(shè)計(jì)零部件采用普通鋼材，大大降低了制造成本，提高了經(jīng)濟(jì)性。 致 謝 在老師的悉心指導(dǎo)下，完成了本次設(shè)計(jì)，在此非常感謝老師的指導(dǎo)。從開(kāi)題到完成本次設(shè)計(jì)，老師付出了大量的心血。在此，謹(jǐn)向老師致以最誠(chéng)摯的謝意！ 最后，向各位審閱的老師致敬！ 參考文獻(xiàn)： 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