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摘 要齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。其主要传动结构为：行星轮、太阳轮、外齿圈。相对其他减速机，行星减速机具有高刚性、高精度、高传动效率，高的扭矩/体积比，终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速机多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。关键词：减速器 定齿轮传动 连体结构AbstractGear reducer in all walks of life are widely used, is an indispensable mechanical transmission device. The current reducer generally exists in large volume, large weight, or the transmission ratio and low mechanical efficiency problem. The main transmission structure: the planet wheel, sun wheel, ring gear. Relative to other reducer, planetary reducer with high rigidity, high precision, high transmission efficiency, high torque / volume ratio, the characteristics of lifelong maintenance etc. Because of these characteristics, the majority of planetary gear reducer is installed in the stepping motor and servo motor, to reduce speed, high torque, inertia matching.Foreign reducer, with Germany, Denmark and Japan is in the leading position, especially dominant in material and manufacturing process, reducer good working reliability, long service life. But its transmission form still with fixed axis gear transmission, volume and weight problem, also did not solve good.Todays reducer is towards high power, large transmission ratio, small volume, high mechanical efficiency and long life direction. Therefore, in addition to the continuous improvement of material quality, raise the level of technology, also the transmission principle and transmission structure of in-depth study and innovation, reducer and the motor connecting structures, but also vigorously develop the form, and has produced a variety of structural forms and multiple power products.Keywords: fixed gear reducer connected structure目 录1.引言12.新型少齿差减速器的原理与设计12.1.新型少齿差减速器的原理12.2.国内外研究电动机选择23.主传动系统分级系统拟定23.1传动副与转速级数的确定23.2传动方案与结构式的拟定33.3变速组最小传动比44.齿轮的相关设计54.1齿轮齿数的确定54.2齿轮的相关布置65.轴承相关设计65.1轴的强度设计65.2轴的结构设计75.3轴上零件的轴向固定75.4轴上零件的周向固定86.轴承的寿命计算87.减速器总效率计算98.结论9致 谢10参考文献：101.引言齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。其主要传动结构为：行星轮、太阳轮、外齿圈。相对其他减速机，行星减速机具有高刚性、高精度、高传动效率，高的扭矩/体积比，终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速机多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。本文通过对行星轮减速机传动原理，对其单输入双输出行星减速机进行机械设计，力求在理论和实际中达到高刚性、高精度、高传动效率，高的扭矩/体积比。2.新型少齿差减速器的原理与设计2.1.新型少齿差减速器的原理当需要体积小传动比大的减速机构时，过去人们一般采用蜗轮蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动的最大缺点是：传动效率低，制造蜗杆副需要大量的贵重金属铜。渐开线行星减速传动，当行星轮齿数与其啮合的内齿轮齿数相差很少时（称为少齿差传动），不但装配方便、体积小，而且传动效率高、传动比大、无需贵重金属铜。因此，渐开线少齿差传动受到人们的广泛注意。但是由于轮系中的齿轮是渐开线齿轮，而两轮齿的齿数相差又很小，采用正常齿制的齿轮，两齿轮在运动中极易发生齿廓干涉。为了防止齿与齿之间的干涉，需要采用有较大啮合角的齿形。因而导致了齿轮有较大的径向负荷。此外，由于需将作平面运动的行星轮的运动输出，还需要一个运动输出机构，这些都使其传递的功率和传动效率受到一定的限制。因此，渐开线少齿差行星轮传动一般只适用于中小型的动力传动，传递功率一般不大于45KW。2.2.国内外研究电动机选择相对其他减速机，行星减速机具有高刚性、高精度、高传动效率，高的扭矩/体积比，终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速机多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。3.主传动系统分级系统拟定根据设计要求，设计一个行星轮减速机，要求第一级传动为直齿轮传动，第二级为少齿差传动。其机构运动简图如下 3.1传动副与转速级数的确定在确定传动方案时应合理确定各传动组传动副数，变速组的传动副数一般为2或3，一定的主轴转速级数可由不同的传动副数和变速组数得到。如对于18级转速来说，其主轴传动方案可以有，前两种方案变速组及传动轴少，传动链教短，但在第二变速组中分别采用了6对和9对齿轮副。这样，同一轴上齿轮数太多，不仅使齿轮箱轴向尺寸过大，而且变速箱操纵复杂，难以实现。最后一组传动方案中，传动副数为2或3。采用这样的方案虽然多了一根传动轴，但总传动副数为8对，比之前少了1对和3对。另外由于轴上滑移齿轮少，变速操作较为易行，所以一般变速组传动副数为2或3。根据设计原理要求，包含二个变速组，其中第一级直齿轮传动包含3个传动副，第二级少齿差传动包含2个传动副，因此主轴级数为其变速组乘积即：当主轴变速范围一定时，公比越小，则转速级数越多，相对转速损失越小，但机床结构复杂。反之，公比越大，则转速级数越少，机床结构简单，但相对转速损失越大。一般通用机床多采用或。因此选用公比。对于其转速数列，根据查机床制造的标准数列得知，其主轴转速级数为6级，公比为1.58，则查表得知其数列的1-6项为：63、100、160、250、400、630，则主轴转速数列为63、100、160、250、400、630。3.2传动方案与结构式的拟定传动副多的变速组应尽量靠前布置，一般主传动系统中，以降速传动为主，布置在前面，靠近电动机的传动轴及轴上传动件的转速较高，在功率不变的情况下，传动件的转速越高，传递的扭矩越小，传动件的尺寸也可小些，故希望前面变速组的传动副数多些，后面靠近主轴，转速较低的变速组内传动副少些。变速组的扩大顺序应与传动顺序一致，在转速图上表现为前面传动组传动比连线分布密，而后面传动组传动比连线分布疏，故又称此原则为“前密后疏”原则。传动副的传动比应控制在一定范围内。在降速传动副中，由于主动小齿轮的最小齿轮有限制，为避免被动大齿轮直径太大，降速比不能太小，一般限定不能小于1/4。升速传动中，为减少振动和传动误差，要求采用直齿轮传动的方式，升速传动比不大于2。对斜齿圆柱齿轮传动，升速传动比不大于2.5。因此在主变速系统中，变速器的最大范围为： 或根据变速组内传动副数取2或3，以及传动副数布置因该“前多后少”的原则，取结构式为的传动方案，主轴的变速级数是在基本变速组的基础上由第一扩大组，第二扩大组.逐步扩大变速而来的。为使机床主轴转速按等比数列连续分布，各变速组内传动比应成等比数列排列，其级比以及级比指数因该因该符合一定规律，即实际上，如果一个分级变速系统中还有更多扩大组的话，任意一个扩大组的级比指数应为前面其各变速组传动副的乘积，即由上述可见，一个变速组的传动副数以及变速组的级比指数，体现该变速组的基本特性，因而，可采用一个包含传动副数及级比指数的表达式结构式，来表示一个变速组的基本变速特性。其结构通式为则其结构式应为，由于最后扩大组变速范围最大，一般只需检查最大扩大组变速范围，因此应检验其变速范围：符合变速组变速范围的限制要求。3.3变速组最小传动比根据变速组内传动比规律，不难得出基本组内三种传动比之比为：第一扩大组传动比为：可见，各变速组的传动比均为的整数次幂，而且各传动比成等比数列排列，根据此规律推算出第一级直齿轮传动最小传动比为：第二级少齿差传动最小传动比为：4.齿轮的相关设计4.1齿轮齿数的确定确定齿轮齿数时的注意事项，为了减小齿轮的径向尺寸，齿轮副的齿数和一般不应超过100200。为避免齿轮的根切现象，齿轮最小齿数不应小于17。为保证齿轮有足够强度，防止热处理时变形过大或发生齿根断裂现象，齿轮齿槽槽底与孔壁或键槽槽底间的壁厚应大于2mm。由于传动比误差所造成的主轴转速相对误差，应控制在以内，即：对于齿轮的第一级传动，采用一个主动轮带动两个从动轮将速度减速或功率分流，其中主动轮齿轮为，从动轮为，根据结构要求取，则则对于第一级直齿轮传动，主动齿轮齿数为21，从动轮为42对于二级少齿差传动则，此为主动轮，主动轮为最小齿轮，根据公式可知则对于第而级少齿差传动，主动齿轮齿数为25，从动轮为754.2齿轮的相关布置在布置齿轮的轴向位置时，必须保证一对齿轮完全脱离啮合后，另一对齿轮才能进入啮合。齿轮的布置方式对齿轮的轴向和径向尺寸都有影响，对于此设计轴向尺寸的缩小采用主从动轮交错布置；对于径向尺寸的缩小，在强度允许条件下，尽量采用较小的齿轮数和，并使用降速比太小的齿轮数副。在相邻两变速组轴间距离相等的条件下，可将其中两根轴布置在同一轴线上，以减少径向尺寸。5.轴承相关设计5.1轴的强度设计转轴工作时的应力多为重复性的变应力，所以轴的失效形式多是疲劳损坏，因此对轴的要求其有一定的疲劳强度，且对应力集中的敏感性低和具有良好的工艺性。轴的材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢强度较合金钢低，但价廉，对于应力集中的敏感性低，故应用较广。常用的碳素钢有30、40、45和50钢，其中以45钢最常用。为保证其力学性能，应进行调质或正火等热处理。对于载荷不大或不重要的轴，也可用Q235、Q255、Q275等普同碳素钢，无需热处理。合金钢比碳素钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能，但对应力集中比较敏感，价格较贵。对于受载大并要求尺寸紧凑、重量轻或耐磨性要求高的重要轴，或处于非常温度或腐蚀条件下工作的轴，常采用合金钢。由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模量相差无几，所以当其他条件相同时，用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。轴也可以采用合金铸铁和球墨铸铁。铸铁具有流动性好、易于铸造成形以获得形状复杂的轴、价廉、有良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中不敏感等有点。但强度和韧性较低、铸造质量不易控制。鉴于此，轴的材料选用45钢，调质处理。5.2轴的结构设计轴设计的基本要求是：（1）轴和轴上的零件要有准确的位置（定位要求）；（2）各零件要牢固可靠的固定（定位要求）；（3）轴应便于加工，轴上零件要便于拆卸（工艺要求）；（3）尽量减少应力集中（疲劳强度要求）；（4）轴各部分的尺寸和长度要求合理（尺寸要求）等。5.3轴上零件的轴向固定为了保证轴上零件有确定的轴向位置，防止零件沿轴向移动并传输轴向力，轴上零件必须沿轴向在轴上固定。常用的方法有：1、轴肩和轴环阶梯轴上截面变化处叫轴肩，其结构简单，轴向定位方便可靠，能承受较大的轴向载荷，应用较多。轴肩和轴环由定位面和过度圆角组成。轴肩分定位轴肩和非定位轴肩两类。为了保证轴上零件都能紧靠定位面，定位轴肩的圆角半径r必须小于相配零件毂孔端部的倒角或圆角半径R，一般取h为（23）。固定滚动轴承的轴肩高度h及圆角半径r应按滚动轴承的安装尺寸查取。轴环设计与定位轴肩相同，轴环宽度。至于非定位轴肩，其直径变化仅未了装配方便或区别加工表面，故轴肩高度h无严格要求，只要两轴段的直径稍有变化即可，一般取1.52mm。2、套筒在轴的中部，当两个零件距离较小时，常用套筒作相对固定。采用套筒定位，既能避免因采用轴肩而使轴颈增大，又可减少应力集中源。但套筒与轴的配合较松，也不宜用于高速旋转。套筒的设计同轴肩。3、双圆螺母或圆螺母与止动垫片当轴上相邻两零件间距较大，以致套筒太长或无法采用套筒时，可采用螺母固定，它能传递较大的轴向力。但螺纹处又很大的应力集中。为避免过多地削弱轴的强度，一般用细牙螺纹。这种结构主要用于固定轴端的零件。4、轴端挡圈和圆锥形轴头在轴端部安装零件时，常用这种方法。工作可靠，应用较广。由于圆锥形轴头与轮毂锥面联接，能使轴上零件与轴保持较高的同轴度，轴上零件装卸方便，且可兼作周向固定，因此常用于有振动或冲击载荷的情况下，如锻压设备、碎石机等。5、弹性挡圈、紧定螺钉于锁紧挡圈弹性挡圈大多与轴肩联合使用，也可在零件两边各用一个挡圈，但只适用于轴向力不大的情况。轴上的沟槽引起应力集中，会削弱轴的强度。紧定螺钉与锁紧挡圈多用于光轴上零件的固定。优点使轴的结构简单，零件位置可以调整，紧定螺钉还可以兼作周向固定。但这种结构只能承受较小的里，而且不是用于高速转动的轴。5.4轴上零件的周向固定为了可靠地传递运动和转矩，轴上零件还必须与轴有可靠的周向固定，固定的方式很多，常用的有键、花键、型面、弹性环、销、过盈联接等。6.轴承的寿命计算滚动轴承的寿命是指一套轴承，其中一个套圈（或垫圈）或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象之前，一个套圈（或垫圈）相对另一个套圈（或垫圈）的转数。大量试验结果表明，滚动轴承的疲劳寿命是相当离散的。由于制造精度、材料的均质程度等不同，即使是同样材料、同样尺寸以及同一批生产出来的轴承，在完全相同的条件下工作，它们的寿命也极不相同，相差可达几倍、几十倍。由于轴承的寿命是离散的，因而在计算轴承寿命时应与一定的可靠度相联系。滚动轴承的基本额定寿命是指定对于一组滚动轴承或一批近于相同的轴承在相同条件下运转，该寿命是与90%的可靠度、常用材料和加工质量以及常规的运转条件相关的寿命，用表示。在
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