俞洪飛

一種新型齒輪減速電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

俞洪飛

（紹興市上虞東星齒輪減速電機(jī)有限公司，浙江紹興，312300）

減速電機(jī)作為機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力源，被廣泛應(yīng)用于不同場(chǎng)合。為了滿足一種冶金設(shè)備的動(dòng)力需要，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)減速電機(jī)，并借助Kisssoft軟件進(jìn)行了受力計(jì)算分析。新型減速電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，并有多種電機(jī)組合、傳動(dòng)比分級(jí)細(xì)密等優(yōu)點(diǎn)，適合大批量、模塊化生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)已申請(qǐng)專利。

齒輪；齒輪電機(jī)；Kisssoft；齒輪箱體

引言

減速電機(jī)是由減速器與電機(jī)組合而成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于環(huán)保機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金設(shè)備、電力機(jī)械、造紙機(jī)械、食品機(jī)械等諸多行業(yè)[1-5]。

減速電機(jī)的規(guī)范化生產(chǎn)，始于上世紀(jì)八十年代，迄今已有二十多年的歷史。從減速電機(jī)的類型劃分，有擺線減速電機(jī)、電磁調(diào)速電機(jī)、齒輪減速電機(jī)等；從生產(chǎn)減速機(jī)的企業(yè)類型劃分，有外資企業(yè)、國(guó)有企業(yè)、股份制企業(yè)、中外合資企業(yè)和個(gè)體企業(yè)；從企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模劃分，有大到年產(chǎn)值數(shù)百億元以上的企業(yè)，也有小到數(shù)百萬(wàn)元的企業(yè)。如今形成了以國(guó)外企業(yè)和中外合資企業(yè)占領(lǐng)中高端市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)占領(lǐng)中低端市場(chǎng)的格局。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)的加工制造技術(shù)不斷完善，設(shè)計(jì)研發(fā)力度不斷加大，國(guó)內(nèi)企業(yè)正逐漸地走向中高端市場(chǎng)，追求獲得更大的市場(chǎng)空間和企業(yè)發(fā)展空間。

比爾·薩波里托說(shuō)過(guò)：或者創(chuàng)新，或者消亡。尤其是在技術(shù)推動(dòng)型產(chǎn)業(yè)，再也沒(méi)有比成功消失得更快的了。在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境中，唯有不斷地創(chuàng)新，才能不斷地進(jìn)步，墨守陳規(guī)或舉步不前的企業(yè)，只會(huì)被趕超。研究、創(chuàng)新發(fā)展新型減速電機(jī)非常重要。

1　減速電機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思

減速電機(jī)是整個(gè)機(jī)械行業(yè)的重要組成部分，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可靠性和傳動(dòng)效率一直以來(lái)受到業(yè)內(nèi)關(guān)注。

減速電機(jī)行業(yè)是一個(gè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的行業(yè)，要想在競(jìng)爭(zhēng)中取得一席之地，產(chǎn)品要不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，只有如此，才能給企業(yè)不斷地注入新的活力。比如德國(guó)SEW減速電機(jī)、日本住友減速電機(jī)、意大利布雷維尼減速電機(jī)等國(guó)外知名企業(yè)，他們的產(chǎn)品都有自己的特點(diǎn)，他們獲得的成功并不是模仿出來(lái)的，而是創(chuàng)新出來(lái)的。

本文設(shè)計(jì)的新型齒輪減速電機(jī)的設(shè)計(jì)是為滿足一種冶金設(shè)備的動(dòng)力需要而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，借鑒了K系列螺傘斜齒輪減速電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并在電機(jī)前蓋、螺傘齒1的安裝、螺傘齒2的調(diào)整、電機(jī)的整體加工和內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面做了一些新的設(shè)計(jì)。新型齒輪減速電機(jī)不但滿足了冶金設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，還具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，輸出平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合大批量、模塊化生產(chǎn)。將此結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)成系列減速電機(jī)，擴(kuò)大了齒輪減速機(jī)的選型品種。

2　新型齒輪減速電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

新型齒輪減速電機(jī)由：

（1）電機(jī)軸

（2）減速箱體

（3）油封蓋

（4）輸出軸

（5）小螺旋傘齒輪

（6）大螺旋傘齒輪

（7）軸承

（8）齒輪軸

（9）大齒輪

（10）構(gòu)成，簡(jiǎn)圖如圖1所示。

新型齒輪減速箱除了配電機(jī)外，還可以配輸入軸和多級(jí)減速器形式。減速箱體的安裝形式有底腳式安裝和法蘭式安裝，減速箱的輸出軸形式有空心軸和實(shí)心軸形式，滿足了各種安裝形式的需要。

圖1　新型齒輪減速電機(jī)簡(jiǎn)圖

3　新型齒輪減速電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程

3.1新型齒輪減速電機(jī)結(jié)構(gòu)的確定

冶金設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)的冶金設(shè)備需要一種減速電機(jī)，要求減速箱出軸與電機(jī)的方向成直角安裝，輸出轉(zhuǎn)速在120 r/min，功率7.5 kW，效率97%。在通用減速機(jī)中，螺旋傘齒輪減速電機(jī)和蝸輪蝸桿減速電機(jī)的結(jié)構(gòu)是直角安裝的。螺旋傘齒輪減速電機(jī)的傳動(dòng)效率比蝸輪蝸桿減速電機(jī)高，所以選定了螺旋傘齒輪減速電機(jī)的結(jié)構(gòu)。由于冶金設(shè)備所要的輸出轉(zhuǎn)速在120 r/min，而常用的K系列螺旋傘齒輪的箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)是三級(jí)傳動(dòng)，對(duì)于輸出轉(zhuǎn)速在120 r/min的要求，減速箱利用率較低，再加上是三級(jí)傳動(dòng)，減速箱的效率也低。設(shè)計(jì)一種二級(jí)的螺傘齒輪減速機(jī)，能夠很好滿足減速箱的利用率和效率，也節(jié)省了減速機(jī)的制造費(fèi)用。

3.2軸承的選用和電機(jī)前蓋的設(shè)計(jì)

在螺旋傘齒輪傳動(dòng)的支承軸承上，一般選用的是兩個(gè)圓錐滾子軸承，或采用兩個(gè)圓錐滾子軸承與一個(gè)球軸承相配的方案。在安裝圓錐滾子軸承時(shí)，軸承的滾子與軸承外圈要在一個(gè)合理的間隙內(nèi)，這個(gè)間隙是通過(guò)圓螺母或調(diào)整墊片來(lái)得到的。而新設(shè)計(jì)的減速機(jī)螺傘齒輪安裝在電機(jī)輸出端，如果采用圓螺母和調(diào)整墊片來(lái)調(diào)整間隙，會(huì)使加工設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程復(fù)雜化，并且若在電機(jī)中采用圓錐軸子軸承，在潤(rùn)滑和電機(jī)氣隙方面也難以處理，所以在電機(jī)軸承的設(shè)計(jì)上，采用了前面兩個(gè)深溝球軸承并列與后面一個(gè)深溝球軸承結(jié)合的支承方式。

由于采用了在電機(jī)輸出端安裝螺旋傘齒輪的方式，螺旋傘齒輪在工作時(shí)的軸向和徑向分力比較大，所以在電機(jī)的前蓋部分，采用雙軸承的結(jié)構(gòu)，同時(shí)加大了電機(jī)轉(zhuǎn)軸的軸承檔直徑，使軸承的承載能力大幅提高，并借助Kisssoft軟件進(jìn)行了受力計(jì)算分析，在此種電機(jī)支承結(jié)構(gòu)下，電機(jī)輸出端受到的軸向分力和徑向分力均為2 500 N、轉(zhuǎn)速為1 450 r/ min、使用壽命為15 000小時(shí)，在此情況下求得安全系數(shù)12.5，完全滿足了在電機(jī)軸頭安裝螺旋傘齒輪的受力要求，在許用功率上有向上拓展的空間。

由于電機(jī)前蓋軸承室的直徑加大，且采用了雙軸承的結(jié)構(gòu)，又與電機(jī)內(nèi)部的線圈產(chǎn)生了干涉，電機(jī)前蓋采用前凸式設(shè)計(jì)。電機(jī)前蓋的軸承室根據(jù)所選用的軸承進(jìn)行加厚和前蓋整體進(jìn)行加長(zhǎng)的設(shè)計(jì)，避免與電機(jī)線圈發(fā)生干涉，并加裝了注油口。

3.3小螺旋傘齒輪的安裝

小螺旋傘齒輪正確加工和安裝關(guān)系著整個(gè)齒輪減速電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性和整機(jī)質(zhì)量，小螺傘齒輪直接聯(lián)接電機(jī)時(shí)，即使很小的加工或安裝誤差，在高轉(zhuǎn)速下都會(huì)形成有規(guī)律的噪音。因此，保證了小螺傘齒輪的加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量，也就保證了減速電機(jī)大部分的質(zhì)量。小螺旋傘齒輪采用了主體配合面的過(guò)盈配合加鍵聯(lián)接方式，主體配合面進(jìn)行磨削加工，滿足過(guò)盈配合的要求。選用螺傘齒側(cè)面作為定位面進(jìn)行安裝，使得小螺旋傘齒輪被可靠地定位在電機(jī)軸端。螺傘齒輪的軸向定位采用銷定位方式，并對(duì)核算銷所受的軸向力進(jìn)行受力計(jì)算分析。核算銷承受了2 500 N的軸向力，定位銷直徑為10 mm，核算受剪切安全系數(shù)為7.037，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.4電機(jī)的整體加工與大螺傘齒輪的間隙調(diào)整

小螺傘齒輪安裝到電機(jī)軸頭上后，會(huì)使整個(gè)螺傘齒輪的間隙調(diào)整變得困難，所以就把整個(gè)電機(jī)放到機(jī)床上，在端蓋處再加工一下，這道工序是為了保證小螺傘齒輪與電機(jī)端蓋的配合面尺寸，是為了明確地將小螺旋傘齒輪的安裝距尺寸控制在±0.10 mm以內(nèi)。大螺傘齒輪的間隙調(diào)整采用了利用調(diào)整墊圈來(lái)調(diào)節(jié)齒輪間隙的方式，使得每臺(tái)減速電機(jī)的螺旋傘齒輪間隙控制在合理的范圍內(nèi)，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

4　結(jié)論

本文所提出的新型齒輪減速電機(jī)的成功設(shè)計(jì)，滿足了冶金設(shè)備的使用要求，也給齒輪減速電機(jī)的選型上帶來(lái)一個(gè)新品種，更重要的是樹(shù)立了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上不斷努力創(chuàng)新的精神。產(chǎn)品成功應(yīng)用于湖南省冷水江鋼鐵有限公司等廠家，取得了很好的應(yīng)用效果。已對(duì)此新型齒輪減速電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)申請(qǐng)了實(shí)用新型專利證書(shū)，專利號(hào)：ZL 2014 2 0488606.X。

[1]張黎華, 鄭嚴(yán). 新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2008.

[2]張展. 實(shí)用齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.

[3]陳宏鈞. 實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[4]馮辛安. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

[5]孫居彥. 機(jī)械制造工藝學(xué)基礎(chǔ)[M] . 北京: 北京大學(xué)出版社出版, 2010.

俞洪飛(1976-)，男，漢族，浙江紹興人，于上虞市東星齒輪減速電機(jī)有限公司擔(dān)任技術(shù)經(jīng)理。職稱：機(jī)械工程師，本科學(xué)歷，研究方向：減速機(jī)和電機(jī)的設(shè)計(jì)制造。

E-mail: yhf0311@163.com

Structure Design of a New Type Gear Speed-reducing Motor

YU Hong-fei
(Shangyu East Star Gear Speed-reducing Motor Co., Ltd., Shaoxing, Zhejiang, 312300, China)

Speed-reducing motor, as the power source of mechanical equipment, is widely used in different occasions. In order to meet the design requirements of metallurgical equipment, a new type of structure of the speed-reducing motor is designed by employment of Kisssoft for analysis of stress. Such a new type of motor has the characteristics of compact structure, convenient installation, reliable operation, and so on. Also, it has advantages of variety of motor combination, and finer ranks of transmission ratio, which is suitable for mass and modular production.

Gear; Gear Motor; Kisssoft; Gear Box

TH122

A

2095-8412 (2016) 05-882-03工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.014