高 路

(吉林化工學院,吉林市 132022)

減速器齒輪軸徑向尺寸設計需要注意的問題

高 路

(吉林化工學院,吉林市 132022)

本文通過對減速器高速齒輪軸上零件的固定、定位、安裝以及加工工藝要求,對齒輪軸的形狀及結構進行分析,提出了徑向尺寸設計時應該注意的幾個問題。

齒輪軸;徑向尺寸;設計;注意問題

1、前言

減速器是具有恒定傳動比的獨立的閉式傳動部件,應用十分廣泛,傳動比i＞1。它一般安裝在機器的原動機與工作機之間,用來降低轉速并相應地增大轉矩。減速器與原動機相聯(lián)接的高速軸由于轉速較高,輸入功率較大,輸入轉矩較小,因此一般設計時,高速軸設計成齒輪軸。齒輪軸是支撐軸上零件、傳遞運動和動力的部件,在設計過程中,根據軸上零件的定位和安裝要求以及軸和齒輪的加工工藝要求,應合理地進行齒輪軸各部分形狀及結構的設計,以滿足齒輪軸的強度和剛度要求。

2、設計條件

減速器原動機及高速軸的設計條件及有關參數(shù)見表1。

表1 設計條件及有關參數(shù)

3、高速齒輪軸的設計與分析

圖1(附后)為展開式二級斜齒圓柱齒輪減速器的局部圖,圖中有三根軸,軸Ⅰ為齒輪軸。其外伸端通過半聯(lián)軸器與電機相聯(lián),用兩個軸承支承,軸上加工一斜齒圓柱齒輪。

減速器高速齒輪軸的結構設計主要是確定軸的合理形狀和結構尺寸。要求軸及軸上零件固定可靠、定位準確、便于軸上零件裝拆和調整,具有良好的加工制造工藝性,減少應力集中,受力合理,節(jié)省材料,重量輕?？紤]軸上零件的配合性質,安裝順序和方向,齒輪軸設計成階梯形的直軸。如圖2所示。d1段與半聯(lián)軸器相配合,d2段為定位聯(lián)軸器軸徑,d3段與軸承配合,d4段為定位軸承內圈軸徑,df為齒輪軸上齒輪的齒根圓直徑。在高速軸的設計時,應該考慮的是,每一軸段的徑向尺寸的設計既要考慮與其配合的零件的尺寸,還要考慮軸上零件的軸向定位要求,同時還要考慮與標準件的配合問題。由于此軸為齒輪軸,所以也要考慮齒輪軸加工的工藝性及軸的強度和剛度等。

圖2 齒輪軸

3.1、軸的最小直徑估算與確定

在高速軸的設計中,軸最小直徑的設計是關鍵。由于高速軸是既傳遞轉矩又承受彎矩的轉軸,所以軸的直徑按扭轉強度進行估算。選高速齒輪軸的材料為45鋼。

圖1 減速器局部圖

式中dmin——軸的最小直徑,mm;

P——軸傳遞的功率,kW;

n——軸的轉速,r/min;

C——軸的材料和受載情況系數(shù)。對于45鋼,C=106～117。在多級減速器中,高速軸的轉矩較小,取較大值。

考慮軸上開一個鍵槽,dmin增大5%,dmin=16.044mm。

由于高速軸是與電機軸通過聯(lián)軸器相聯(lián)接,因此,在軸的直徑確定時,既要考慮電機軸伸出端直徑,還要考慮聯(lián)軸器的軸孔直徑。按聯(lián)軸器的計算轉矩。

Tca=KA·T=1.5×22.406=33.609N·m

式中Tca——軸的計算轉矩,N·m;

KA——工況系數(shù)。由于原動機是電動機,工作機為轉矩變化小的運輸機,取 KA=1.5;

T——高速軸的轉矩,N·m。

由于軸的轉速較高,為減小啟動載荷,緩和沖擊,選用具有較小轉動慣量和具有彈性的彈性套柱銷聯(lián)軸器,型號為LTZ6。表2為LTZ6彈性套柱銷聯(lián)軸器的基本參數(shù)。

表2 LTZ6彈性套柱銷聯(lián)軸器的基本參數(shù)

因此,與半聯(lián)軸器相配合的高速齒輪軸的最小直徑d1 =Φ32mm,圖2所示。

3.2、聯(lián)軸器的定位要求確定軸的直徑

考慮聯(lián)軸器的軸向定位要求,d2軸段應加工出定位軸肩。定位軸肩的高度為h= (0.07～0.1)d1,取軸肩高度h=3mm,則d2=d1+2h并圓整,取d2=Φ38mm。

3.3、軸承安裝軸段的直徑的確定

由于高速軸的軸承承受的軸向載荷較小,軸的轉速較高,初選軸承為深溝球軸承。考慮軸承安裝、定位和固定要求,由于軸承是標準件,與軸承內圈配合的軸徑 d3= Φ40mm,選取軸承為6208型深溝球軸承。

3.4、軸承內圈定位軸段的直徑的確定

軸承內圈用軸肩定位,考慮軸肩定位高度是否合適,按軸承是標準件的要求,定位軸承內圈軸段的直徑根據手冊查得,其直徑d4min=Φ47mm,取d4=Φ47mm。

由于高速齒輪軸齒輪的齒根圓直徑df=Φ48.292mm,大于其所在軸段直徑d4,基本滿足齒輪的加工要求,也不會削弱軸的強度和剛度。

6、結束語

減速器高速齒輪軸的徑向尺寸設計,要考慮與其相聯(lián)接的電機軸的直徑以及聯(lián)接兩軸的聯(lián)軸器,還要考慮支承軸的滾動軸承的選擇,同時要便于軸上齒輪的加工,保證軸上零件的準確定位。

[1]濮良貴,紀明剛.《機械設計》第8版.北京.高等教育出版社,2006.

[2]濮良貴,陳庚梅.《機械設計教程》第2版.西安.西北工業(yè)大學出版社,2009.

[3]唐增寶,常建娥.《機械設計課程設計》第3版.武漢.華中科技大學出版社,2006.

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TH133.2

A

1008-7508(2012)05-0090-02

2012-03-30

高路 (1963—),女,吉林四平人,吉林化工學院教授,主要從事機械設計及理論方面的研究。