齿轮模拟故障试验台设计齿轮箱设计

齿轮模拟故障试验台设计一一齿轮箱设计

摘要：齿轮模拟故障试验台，能够便利地模拟齿轮设备的典型故障，便利了科研人

员进行故障诊断方法的探讨验证过程，也为齿轮的故障诊断供应依据，节约了科研人

员花费在布置试验的时间和精力。该试验台还可用于教学实践中，提高学习认知水平。

设计齿轮模拟故障试验台就显得特别有必要。

本文通过了解国内外齿轮模拟故障试验台的模拟器结构设计的现状，设计了一

种能模拟6种典型故障的齿轮模拟试验台，操作者能在运行中能连续视察齿轮从正常

到发生故障的信号改变过程和故障齿轮啮合的合成信号。本文完成了模拟器的总体方

案分析和设计；重点计算了减速箱的结构尺寸、齿轮的几何参数和精度等级；设计了

输入花键轴、输出花键轴、中间轴的结构尺寸，并进行了强度校核和精确校核；估算

了各轴承的工作寿命，并校核了花键、平键强度。

关键词：齿轮；减速箱；设计；故障；模拟

GearSimulatedFailureTestPlatformDesign

--GearBoxDesign

Abstract:Gearsimulatedfailuretestplatformcanberepresentativeoftheequipment

failurebeingeasyforresearchpersonneltocarryondiagnosisstudyandthevalidation

process.Alsoitprovidesaccordanceforthediagnosesoffailuregear.Atthesametime,it

helpsscientificresearchpersonnelintheexperimentoftimeandenergy.Theexperimental

stagealsocanbeusedinteachingpracticeandimprovethelevelofcognition.Therefore,it

isverynecessarytodesignagearsimulatedfailuretestplatform.

Bylearningtheprocessofstructuraldesignofanemulatorwhichisonepartofgear

simulatedfailuretestplatform,Ihavedesignedasimulationofsixkindsofrepresentative

oftheexperimentinthisarticle.Operatorscanobserveconsecutivelythesignalofthegear

fromnormaltothewrongandthesynthesissignalofthetwomeshinggear.Thispaper

completedthegeneralschemeanalysisanddesigncalculationsofthesimulator,designed

thesizesofthegearbox,thestructureofthegeometryoftheparametersandprecision

levelandcalculatedthestructureparametersoftheentershaft,theoutputaxisandthe

intermediateshaft.Then,Icheckthestrengthandcarryonthepreciselycoresize.Atlast,I

estimatedtheworkinglifeofallthebearingscheckedthestrengthofallkeys.

Keywords:gear;decelerator;design;breakdown;simulation

目录

1绪论..............................................................0

1.1齿轮模拟故障试验台的设计意义...................................1

1.2国内外齿轮故障模拟试验台的发展概况.............................1

1.3工作内容和设计方法.............................................2

2减速器设计..........................................................4

2.1总体方案设计...................................................4

2.2初步确定减速器结构和零部件类型.................................5

2.3定传动方案.....................................................6

2.3.1选择电机..................................................6

2.3.2确定传动比和安排传动比....................................6

2.3.3计算运动和动力参数........................................6

2.4减速器结构.....................................................7

2.4.1高速级齿轮设计计算级结构说明..............................7

2.4.2低速级齿轮设计计算级结构说明.............................10

2.4.3减速器附件的名称、位置和作用.............................13

2.5齿轮的结构设计及精度选择......................................14

2.5.1小花键齿轮................................................14

2.5.2双联齿轮..................................................17

2.5.3三联齿轮.................................................20

2.5.4大花键齿轮...............................................25

2.5.5齿轮传动系统的传动特性...................................27

2.6铸铁减速器机体结构尺寸........................................29

3轴的结构设计和校核.................................................31

3.1材料选择......................................................31

3.2输入轴结构设计和校核..........................................31

3.3中间轴结构设计和校核..........................................37

3.4输出轴结构设计和校核..........................................45

4滚动轴承的校核......................................................51

4.1输入轴上滚动轴承校核..........................................51

4.2中间轴上滚动轴承校核...........................................52

4.3输出轴上滚动轴承校核..........................................52

5键的选择和校核.....................................................53

5.1平键的选择和校核..............................................53

5.1.1输入轴上键的选择和校核...................................53

5.1.2中间轴上键的选择和校核...................................54

5.1.3输出轴上键的选择和校核...................................54

5.2花键的选择和校核...............................................55

5.2.1输入轴上花键的强度计算...................................55

5.2.2输出轴上花键的强度计算...................................55

5.3留意事项.......................................................56

结论................................................................56

参考文献...............................................错误!未定义书签。

致谢.................................................错误!未定义书签。

1绪论

1.1齿轮模拟故障试验台的设计意义

齿轮装置广泛应用于国民经济各部门，齿轮装置的运行状态干脆影响着企业设备

及人身平安和生产效益。运用科学的方法对齿轮装置的运行状态进行监测和推断，从

而了解运行质量，防止故障发生，对企业的设备管理和经济效益都有重要价值⑴。

齿轮故障诊断方法的探讨是设备故障的热点问题。各种故障诊断方法的运用范

围、优缺点等问题都要实践的检验。通过试验装置模拟齿轮的各种故障，进而便利地

在试验装置上进行各种有针对性的试验以对诊断方法进行检验是很有意义的。

作为机器的重要零件的齿轮的故障试验探讨日益受到人们的重视。一方面，假如

只有理论探讨而没有试验探讨，那么齿轮各种诊断方法的有效性、精确性、优缺点等

问题的探讨就不能建立在科学的基础之上⑵。另一方面，国内在齿轮箱故障诊断上做

的工作较多，但主要是依据现有的设备，对测得的振动时域或频域波形进行事后分析。

因此，试制齿轮传动故障模拟试验台，以为齿轮的故障诊断供应依据，就显得特别有

必要。

齿轮模拟故障试验台的是一种用来模拟齿轮故障振动的试验装置，通过对故障的

模拟、故障振动信号的采集、传输、分析，达到试验、分析、建立诊断数据库和频谱

图像的目的，为齿轮箱的故障诊断供应有效地依据。可以测试不同转速

(0〜3000r/min)、不同载荷、不同故障齿轮的振动、噪声、声放射等动态信号。

1.2国内外齿轮故障模拟试验台的发展概况

齿轮减速器在各行各业中特别广泛地运用着，是一种不行缺少的机械传动装置。

目前科研单位所用的齿轮箱试验台绝大多数是机械功率封闭性型或电功率封闭

性运转式齿轮试验台，主要用于观测单个或单对齿轮某一项故障的发展过程。虽然成

本低、便于安装、便于视察测量，但是视察不同的故障必需更换齿轮试件，且一次试

验只能同时视察一种故障，不便于齿轮故障方法的探讨。

如国外FZG的CL-100齿轮试验机能完成下列试验：

1.通过西德润滑试验标准方法，即FZG齿轮油试验来确定有齿轮油引起的齿轮

擦伤负荷和重量改变。

2.确定有不同材质制成的齿轮，其齿面承载实力的强度曲线。

3.确定有不同材质制成的齿轮，其齿跟承载实力曲线。

4.齿面疲惫强度试验。

5.轮滑油剪切安定性测定法试验。

国内设计的一种机械设备故障诊断综合试验台，包括动力源部分、故障模拟器部

分、检测部分。动力源部分，有沟通电机和调速器组成；故障模拟器部分，有各类齿

轮、轴承、联轴器、动不平衡模拟器、载荷设备组成；检测部分，有各类传感器组成,

电机和故障模拟部分靠轴计齿轮啮合连接，该试验台可以给学员供应设备的各种故障

来进行学习和训练，试验台诊断功能全面，可以真实的模拟工程中，机械设备中十多

种常见的设备故障现象。该设备也是进行各种机械设备故障诊断探讨试验的牢靠工

具。其特征在于试验包括：动力源部分，由沟通电机和调速器组成；故障模拟器部分,

由可更换的各类无损坏、损坏和有缺陷的直齿轮、斜齿、人字齿轮、滚动轴承、滑动

轴承、静压轴承及各类联轴器、动不平衡模拟器、载荷设备组成；检测部分，由加速

度、速度、位移、温度、力、压力传感器组成，其中调速器装在点电机上电机通过联

轴器和故障模拟部分的输入轴连接。载荷设备通过联轴器和输出轴连接，检测部分的

加速度、速度、位移、温度传感器装在载荷设备的轴承座上。

1.3工作内容和设计方法

本文齿轮故障模拟试验台由直流发电机、加载电机、直流调速加载系统、齿轮

减速箱构成。

本文是对该试验台的故障模拟器部分齿轮箱进行设计，以实现6种故障模拟，全

部集中在中间轴上，一根安装在齿轮箱内（三种故障），一根备用轴（三种故障），更

换时整根轴系（包括：轴承、轴、齿轮）一起换，运用比较便利。

本齿轮模拟故障试验台可通过齿轮换挡或更换齿轮箱中间轴组件实现不同故障

齿轮的啮合。试验台配置的故障齿轮有：轮齿疲惫裂纹、断齿、齿面点蚀、单齿齿面

剥落、一对对称齿齿面疲惫剥落、齿面磨损、齿轮偏心。

齿轮箱上设有油标，内设有输入花键轴、输出花键轴，输出花键轴和输入花键轴

之间有过渡轴，输出花键轴、输入花键轴、中间轴不再同一平面上。输入花键轴上安

装有第一花键齿轮，输出花键轴上安装有其次花键齿轮，中间轴上安装有两个齿轮构

成的二联齿轮以及一个三联齿轮或多联齿轮。第一花键齿轮和二联齿轮啮合，其次花

键齿轮和三联齿轮啮合。在第一花键齿轮和其次花键齿轮旁边分别装有第一拨叉换位

装置和其次拨叉换位装置，在运行中由第一、其次拨叉换位装置拨动二联齿轮、三联

齿轮或多联齿轮，即可连续模拟多种齿轮故障。

拆开齿轮箱箱盖后，只暴露给试验者中间轴的齿轮、档油盘、轴承。

更换中间轴时，其他两根轴固定装态不改变，更换中间轴后不须要调整两根轴的

轴向位置，更换过程较为简洁。

当拆卸箱盖更换中间轴的故障齿轮时，只须要卸下中间轴轴承旁螺栓和中间轴上

端盖，拆卸过程较短。反之，当合上箱盖时，也只需较短的装配时间，齿轮箱的上述

三根轴的空间装置，横向尺寸小，结构紧凑。

二联三联或多联齿轮经由拨叉换位装置，在运行中连续模拟多种故障，通过拨叉

装置拨动齿轮的组合结果，可便利视察齿轮的各种故障信号。

手柄经手柄轴、摆杆，通过销轴使滑块拨动被操纵件，这种操纵方式结构简洁、

应用普遍。操纵机构靠手柄座上的钢球来定位，钢球在弹簧作用下压入定位坑中实现

定位。钢球定位的结构简洁，运用便利、制造简洁。

2减速器设计

2.1总体方案设计

通过了解国内外齿轮模拟故障试验台的模拟器结构设计的现状，设计了一种能模

拟6种典型故障的齿轮模拟试验台，操作者能在运行中能连续视察齿轮从正常到发生

故障的信号改变过程和故障齿轮啮合的合成信号。齿轮故障模拟试验台由直流发电

机、加载电机、直流调速加载系统、齿轮减速箱构成。减速器总体方案如图2-1所示。

图2-1减速器总体设计方案

本齿轮模拟故障试验台可通过齿轮换挡或更换齿轮箱中间轴组件实现不同故障

齿轮的啮合。试验台配置的故障齿轮有：断齿、齿面点蚀、单齿齿面剥落、一对对称

齿面疲惫剥落、齿面磨损、齿轮偏心。如图2-2、图2-3所示。

本试验台为齿轮模拟故障试验台，故选用圆柱齿轮减速器。其中部分传动齿轮有

故障齿。齿面匀称磨损

图2-2中间轴组件1故障设置图2-3中间轴组件2故障设置

2.2初步确定减速器结构和零部件类型

2.2.1.1减速器的传动级数

减速器的传动级数为两级传动。

2.2.1.2确定传动件布置形式

减速器传动件采纳绽开式。主要考虑齿轮模拟故障和实现两级传动的须要，以及

满意浸油润滑的要求。

2.2.1.3初选轴承类型

轴承主要承受径向载荷，且转速较高，故采纳深沟球轴承。

（1）调整：实现双支点各单向固定的支撑，这种轴承在安装是，通过调整端

盖断面和外壳之间垫片的厚度，使轴承外圈和端盖之间留有很小的轴向间隙，以适当

补偿轴受热伸长。

（2）固定：由挡油板和轴承端盖实现轴向固定，轴承端盖结构如图4所示。

（3）润滑：轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起到散热、减小

接触应力、汲取振动、防止锈蚀等作用。初选脂润滑。

(4)密封：轴承的密封装置是为了阻挡灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承,

并阻挡润滑剂流失而设置的。初选接触式的毡圈油封田。

2.2.1.4确定减速器机体结构

由于在试验过程中须要更换中间轴，故将中间轴布置在水平剖分面上，为了减小减

速器的总体尺寸，故将相啮合的两齿轮中心线旋转肯定的角度。

2.2.1.5选择联轴器类型

初选膜片联轴器。膜片联轴器结构比较简洁，弹性元件的连接没有间隙，不需润滑,

维护便利，平衡简洁，质量小，对环境适应性强，主要用于载荷比较平稳的高速转动。

2.3定传动方案

2.3.1选择电机

1.驱动和加载电机

⑴驱动电机为直流电动机：

型号：Z2-12,

额定转速：3000r/min,

额定功率:l.lkw,

额定电压：220V,

额定电流：6.41A»

(2)加载电机为直流电动机：

型号：Z2-42,

额定转速：750r/min,

额定功率：1.5kw,

额定电压：230V,

额定电流：9.16Ao

2.3.2确定传动比和安排传动比

(1)齿轮减速箱的变速级数：两级变速，采纳绽开式齿轮减速器。

(2)安排传动比：i］=2.5,i2=1.6o

2.3.3计算运动和动力参数

将传动装置各轴由高速值低速以此定为1轴、2轴、3轴、4轴，以及

i0,……为相邻两轴间的传动比；

小小，……为相邻两轴间的传动效率；

匕,P2,……为各轴的输入功率(kw)；

...为各轴的转速(r/min)o

2.3.3.1各轴转速

由文献［3,(9)〜(11)］可知,

1轴：n.=—==3000r/min(2-1)

i01

2轴：n2=—==1200r/min(2-2)

i}2.5

3轴：r/min(2-3)

4轴：r/min(2-4)

2.3.3.2各轴输入功率

齿轮联轴器的效率取0.99,齿轮传动副效率0.97叫由文献［3,(12)〜(15)］可知，

1轴：P1=P.x〃()[=l.lx0.99=1.09kw(2-5)

2轴：P2=Ptxz/l2=1.09x0.97=1.06kw(2-6)

3轴：P3=P2x%3=1.06X0.97=1.03kw(2-7)

4轴：P4=P3x〃弘=1.03x0.99=1.02kw(2-8)

2.3.3.3各轴输入转矩

由文献［3,(16)〜(21)］可知，

Td=9550x立=9550x^-=3.50N

电机轴：(2-9)

d

nm3000

1轴：T,=TJo-77Oi=3.5x1x0.99=3.47N«m(2-10)

2轴:T2=1%”12=347x2.5x0.97=8.41N・m(2-11)

3轴:T3=T2-i2“23=841x1.6x0.97=13.06N•m(2-12)

4轴：T4=T3%=13.6x1x0.99=12.93N•m(2-13)

齿轮传动系统的运动和动力参数如表2-1所示。

表2-1齿轮传动系统的运动和动力参数

轴号电动机两级圆柱齿轮减速器加载电机

0轴1轴2轴3轴4轴

转速〃(r/min)300030001200750750

功率P(kw)1.101.091.061.031.02

转矩T(N.m)3.503.478.4113.0612.93

2.4减速器结构

2.4.1高速级齿轮设计计算级结构说明

2.4.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数

(1)按图3T的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

(2)试验台减速器齿轮转速较高，故选用7级精度卜胸ON］。

(3)材料选择吐g】。

选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(常化)，

硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBSo

(4)计算小齿轮传递的扭矩

,95.5xl05xP.

T=------------=3.47x1N•加

(5)取齿宽系囊为=0.4。

(6)取弹性影响系数ZE=189.

(7)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲惫强度极限bmimi=600^2,大齿轮的接

触疲惫强度极限b“1im2=550MPao

(8)预期寿命为20年，两班制，一年按300天计

Lz,=20x300x16=96000//,应力循环次数

1010

N、=60/?l./L/,=60x3000x1x96000=1.73xlO,A^2=O.7xlO

2.4.1.2按齿根弯曲强度设计

［IJO-5］(2-14)

(1)确定各计算数值

a.小齿轮的弯曲疲惫强度极限bFE|=500Ma；大齿轮的弯曲强度极限

crFE2=380Mpa［倜gig］

b.取弯曲疲惫寿命系数跖川广0.8,K.W2=0.841图止⑶］；

c.计算弯曲疲惫许用应力，取弯曲疲惫平安系数S=1.4,由式(10-12)囚得:

口J="出厂吗=0・8°x500=285.7MP"(2-15)

S1.4

(2-16)

d.由文献［1］查得：K.=1,Ky=1.17,K,.a=1,=1.14,

计算载荷系数K：K=KA-KLKOK"=1XL17X1XL14=1.334;(2-17)

e.查取齿形系数：由表10-5.查得=2.60,YFa2=2.26«

f.查取应力校正系数：由表10-53查得匕“=1.595,%2=L74。

g.计算大小齿轮的并加以比较。

2.60x1.595

=0.01452;(2-18)

285.7

VY2.26x1.74

1Fa2lsa2=0.01725;(2-19)

228

大齿轮的数值大。

(2)设计计算：由公式(4T)得,

12町(；/2xl.334x3.47xl03

m>30.01725=0.84/?wi;(2-20)

6/)-V0.4x262

取"2=2mmo

4.2.1.3按齿轮的接触疲惫强度计算。

1).试算小齿轮的分度圆直径422.32x=31.5mm,取即=50mm。

2).计算圆周速度v。

=7.86m/so

3).计算齿宽b。

b=。44=0.4x50mm=25mmo

4).计算齿宽齿高之比b/h。

模数。齿高：h=2.25m,=4.327,b/h=5.7780

5).依据v=7.86m/s,7级精度，查得动载系数&=1.17,直齿轮，KHa=KFa=1,

查得运用系数KA=1,查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，K砂=1.157,

由b/h=5.778,K砂=1.157,得=1.14,故载荷系数K="捣K^K即=1.354

6).=50.68mm。

7).计算模数m。

m=-=1.949

zi

8).几何尺寸的计算。

取模数m=2,考虑到各轴的配置，齿轮的分度圆直径不宜过小，取4=30,

4=，叼=2x30=60mm,z2=30x2.5mm=75,4=mz2=2x75=150〃?/〃。。取

B2—24mm,B}-28mm°

高速级圆柱齿轮传动参数如表2-2o

名称代号单位小齿轮大齿轮

模数mmmm—2mm

a=20°

压力角a

0〃=公里/•(Z|+Z2)=]05mm

中心距amm22

i=2.5

传动比i

啮合角%C)%=2(r

齿宽系数*%=04

齿数

ZZj=30z2=75

分度圆直径mm

d4=mzi=60mmd2=mz2=150m

m

基圆直径mm

丸dlA=56.4mmdh2—120.4mm

齿顶圆直径mm

d.dal=64mmda2=154mm

齿根圆直径%mmd=55mmI/2=145mm

齿宽mm

bb]=28mmb2=24mm

材料及齿面硬度HBS40。•调质45钢常化

280HBs240HBS

齿顶高hmm%=2mmh=2mm

aa2

齿根高hmm%=2.5mmh=2.5mm

ff2

全齿高hmmh=4.5mmh=4.5mm

表2-2高速级圆柱齿轮传动参数

2.4.2低速级齿轮设计计算级结构说明

2.4.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数

(1)按图3T的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

(2)试验台减速器齿轮转速较高，故选用7级精度[幽02】。

(3)材料选择。

由表10T⑶选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为

45钢(常化)，硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。

(4)选小齿轮齿数4=40,大齿轮齿数Z2=40x1.6=64。

2.4.2.2按齿根弯曲强度设计

皿0-5](2-21)

(1)确定各计算数值

a.由图10-20c口查的小齿轮的弯曲疲惫强度极限=500MRZ；大齿轮的弯

曲强度极限o7E2=380"/%。

b.由图10T8切取弯曲疲惫寿命系数K,=0.83,K.W2=0.85；

c.计算弯曲疲惫许用应力，取弯曲疲惫平安系数S=1.4,由式(10T2)也得：

口〃=K&i=°-83x500=296.43MP“(2-22)

S1.4

[]==0.85x380=230.7MPa(2-23)

Lrj2S1.4

d.由文献［1］查得：K,=1,Ky=1.15,KFa=\,K%=1.13,

计算载荷系数K：K=K/K「K.GKM=lxl.15xlxl.13=1.3;(2-24)

e.查取齿形系数：由表10-5查得丫叼=2.40,%“2=2.26。

f.查取应力校正系数：由表10-5查得%।=1.67,%2=L74。

g.计算大小齿轮的并加以比较。

2.40x1.67

=0.01352;(2-25)

[crf],296.43

%2K22.26x1.74

=0.017()4;(2-26)

[crj230.7

大齿轮的数值大。

(2)设计计算：由公式(4-21)得,

(2-27)

取加=2mmo

2.4.2.3按接触疲惫强度计算。

(1)确定各参数值。

1)试选载荷系数g=1.3。

2)计算小齿轮的传递的扭矩。

(=8.41xIO"，N•〃3o

3)取齿宽系数内=04。

4)取弹性影响系数ZE=189.8M&”。

5)按齿面硬度差得小齿轮的接触疲惫强度极限bmimi=60Ma，大齿轮的接触

疲惫强度极限。闭加2=550MP"。

6)预期寿命20年，2班制，一年按300天计，L/t=20x300x16=96000//

99

应力循环次数N|=60njjLh=60x1200x1x9600=6.9xl0;^2=7V1/1.6=4.32xl00

7)接触疲惫寿命系数长“「0.87;&^2=090。

8)计算接触疲惫许用应力

取失效概率为1%,平安系数s=l,由式(10-12)得：

HN

[%]=K嗖mi=522;口〃1=*2；所2=495

（2）设计计算。

1）试算小齿轮分度圆直径4,,代入口〃］中较小的值

=46.取

4,=80。

2）计算圆周速度V。

3）计算齿宽b.

b=%，dn=0,4X80=32mmo

4）计算齿宽齿高比b/h。

模数=2;齿高〃=2.25x牲=4.5mm；b/h=7.1L

Z|

5）依据v=5m/s,7级精度，查得动载系数K-=i.15；直齿轮，

=长砂=1,查得使用系数七=1,由7级精度，小齿轮相对支承为非对称布置,

K即=1.158,由力//=7.11,K即=1.158,得=1.13,故载荷系数

"右乂Z1心V乂11"ex乂右门p=1X1.15X1X1.158=1.332

至-=S0.65mm.

6）4=4百

K,

7）计算模数。

d.80.65

m=­L=-=--2-.016o

z,40

2.4.2.4确定几何尺寸。

取模数m=2,齿轮直径要取大一些，令4=z〃=50x2mm=100mm,d2=山xl.6=160mm；

中心距;B]—30mtn,B-,—26nmio

低速级圆柱齿轮传动参数如表2-3所示。

表2-3低速级圆柱齿轮传动参数

名称代号单位小齿轮大齿轮

模数mmmm=2mm

压力角aC)a=20°

4=互&=_(z*2)=130mm

中心距amm

22

传动比iz=1.6

啮合角««C)a“=20。

齿宽系数%%=0.25

齿数z

z,=50z2=80

分度圆直径mm

d4=mz{=100md2=mz2=160m

mm

基圆直径mm

dbdbi=94mmdh2=150.5mm

齿顶圆直径mmd=104mmd=164mm

dua]a2

mm

齿根圆直径dfd=91mmdf2=151mm

齿宽mm

b瓦=30mmZ?2=26mm

材料及齿面硬度HBS40。•调质45钢常化

280HBs240HBs

mm

齿顶高耳ha{=2mmha2=2mm

齿根高mm

hfhfx=2.5mmhf2=2.5mm

全齿高hmmh=4.5mmh=4.5mm

2.4.3减速器附件的名称、位置和作用

(1)窥视孔和窥视孔盖：在减速器上不开窥视孔，检查齿面接触斑点和齿侧

间隙，了解啮合状况；

(2)放油螺塞：在减速器底部设有放油孔，用于解除污油，注油前用螺塞堵

上；

(3)油标：油标用来检查油面高度，保证正常油量；

(4)通气器：在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内热涨气体自由

逸出，达到机体内外气压相等，提高机体由缝隙处的密封性能；

(5)启盖螺钉：机盖和机座接合面上涂有水玻璃或密封胶，联结后不易分开。

故在机盖凸缘上装有一到两个启盖螺钉，在启盖时，先拧动次螺钉顶起机盖；

(6)定位销：为保证轴承座孔的安装精度，在机盖和机座用螺栓联接后，镣

孔之前装上两个定位销，销孔位置不对陈；

(7)调整垫片：调整垫片有多片很薄的软金属制成，用以调整轴承间隙，有

的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用；

(8)吊环：机盖上装有吊环，用以搬运或拆卸机盖，在基座上铸出吊钩，用

以搬运机座或整个减速器，

(9)密封装置：在伸出轴和端盖之间有间隙，必需安装密封件，以防止漏油

或污物进入机体内。

2.5齿轮的结构设计及精度选择

2.5.1小花键齿轮

齿轮结构

齿轮有关尺寸如下：

花键孔内径"=028mm,花键孔外径。=032mm,轮毂长度L=48mm。

2.5.1.2齿轮精度等级选择

(1)确定齿轮的精度等级

小齿轮的分度圆直径：。=叫=2x30=60mm,

大齿轮的分度圆直径：d=mz2=2x75=150mm,

..、nud、+d、60+150

公称中心距：a—----------------=105mm,

22

齿轮的圆周速度：v=7rd,n.=3.14x60)300、_9.42m/s,

60x1000

参考表10-5即所列通用减速器的齿轮和表10-6⑷所列某些机器中的一般齿轮所

采纳的精度等级，按齿轮圆周速度，综合考虑三项精度要求，确定齿轮传递运动的精

确性、传动平稳性、轮齿载荷分布匀称性的精度等级分别为8级、7级、7级。

(2)确定齿轮的应检精度指标的公差或极限偏差

由附表10-1⑷查得小齿轮的四项应检精度指标的公差或极限偏差为：

齿距累积总公差：Fp=38jxm,

单个齿距极限偏差：土fp,=±12gm,

齿廓总公差：Fa=16pm,

螺旋线总公差：0=17^01。

本齿轮减速器的齿轮属于一般齿轮，不须要规定k个齿距累主动限偏差。

(3)确定公差齿厚及其极限偏差

齿轮材料线胀系数为%/。，，箱体材料为铸铁，线胀系数为

a^lO.SxlO-6/^,减速器工作时，齿轮温度增至4=457,箱体的温度增至

G=30°C,室温为20°C。

确定齿厚极限偏差时，首先确定齿轮副所需的最小法向间隙/加1Tl2其中，由式

(10-6)川确定补偿热变形所需的侧隙：

6

jbHl-6Z2Ar2)x2sin6Z/?=105x(l1.5x25-10.5xl0)x2xsin20°xlO=0.013

mm

(2-28)

减速器采纳油池润滑，由表10-7图查得保证正常润滑所需的侧隙为：

jbn2=5xm〃=5x2//m=10/.im(2-29)

因此：

儿in=Jhni+Jh,,2=0013+0.01=23Mm(2-30)

然后，确定补偿齿轮和齿轮箱体的制造误差和安装误差所引起的侧隙减小量

[4]14]

jhn,按式(10-8),由附表10-1W：

fpb、=fPh2=13,m,Fp=17gm,

Jhn=标i+戏2+(L25COS24+1)琮=30.7pirn

(2-31)

令大小齿轮齿厚上偏差相同，按式(10-9)[4],由附表10-5国查得中心距极限偏差

=27gm,因此，小滑移齿轮齿厚上偏差为：

%”=-铲匚屈+力tana=/普瞿+27tan2。[=-38.4gm,(2-32)

按式(10-10),由附表10-3查得齿轮径向跳动公差工=30nm,从表10-8⑷查取切

齿时径向进刀公差为：

br=1.26/79=1.26x74=93.24即,(2-33)

因此齿厚公差选取为：

22

Qi=2tananQb；+F；=2tan20。793.24+30=71.1pim(2-34)

最终，计算齿厚的下偏差，

&=(-38.4)-71.1=-109.5gm(2-35)

(4)确定公称公法线长度及其极限偏差

由于测量公法线长度较为便利，且测量精度较高，因此本例采纳公法线长度偏

差作为侧隙指标。跨齿数为：

上=Z]/9+0.5=30/9+0.5=3.8,取k=4。(2-36)

公称法线长度按下式计算：

W=mcos«[^r(4-0.5)+Z,mv«]

(2-37)

=2xcos200[3.1416x(4-0.5)+30x0.01508]=22Zzm

按式(10-11)闺，由附表10-3闺查得工=43摩1,确定公法线长度上下偏差为:

Ews=Esnscosa-0.72工sin二=(-38.4xcos200)-0.72x30xsin20°=-43.5gm(2-38)

=E»Mcosa+().72工sina=(—109.5xcos20°)+0.72x3()xsin20"=-95.6〃机

(2-39)

按计算结果，在齿轮图上这样标注：22二:爆5mm。

(5)确定齿面的表面粗糙度轮廓幅度参数的允许值。按齿轮的精度8级，由

附表10-7国查得齿面的表面粗糙度轮廓精度参数Ra的上限值为

1.25|im0

(6)确定齿轮坯公差。按附表10-6同，基准孔尺寸公差为IT8,其尺寸公差

确定为溟8”8,并采纳包涵要求。

齿顶圆柱面不作为测量齿厚的基准和切齿时的找正基准，齿顶圆公差带确

为。56川1。

(7)确定齿轮副中心距的极限偏差土人=±27「im,取为1()5±().027陛1。

2.5.1.3齿轮的结构及标注

小滑移齿轮的结构及标注如图2-5所示。

图2-5小花键齿轮的结构

2.5.1.4齿轮参数

小滑移齿轮的参数如表2-4所示。

表2-4小花键齿轮的参数

模数m2mm

齿数Z26

齿形角a20°

齿顶高系数h4*1

螺旋角B0°

螺旋方向

7J

径向变位系数X0

齿厚4.5mm

精度等级8-7-7GB/T10095.1-2001

图号

配对齿轮A2

齿数64

公差组检验项目代号公差值

齿距累积总公差Fp0.053mm

单个齿距极限偏差±fpt±0.012fflm

齿廓总公差

Fa0.016mm

螺旋线总公差

F60.017mm

公法线跨齿数k4

长度公称值及极限偏差W霸21.391㈱

配巾;齿轮的齿数Zi64

齿轮副中心距及其极限偏差