减速器齿轮轴径向尺寸设计需要注意的问题

高 路

(吉林化工学院,吉林市 132022)

减速器齿轮轴径向尺寸设计需要注意的问题

高 路

(吉林化工学院,吉林市 132022)

本文通过对减速器高速齿轮轴上零件的固定、定位、安装以及加工工艺要求,对齿轮轴的形状及结构进行分析,提出了径向尺寸设计时应该注意的几个问题。

齿轮轴;径向尺寸;设计;注意问题

1、前言

减速器是具有恒定传动比的独立的闭式传动部件,应用十分广泛,传动比i＞1。它一般安装在机器的原动机与工作机之间,用来降低转速并相应地增大转矩。减速器与原动机相联接的高速轴由于转速较高,输入功率较大,输入转矩较小,因此一般设计时,高速轴设计成齿轮轴。齿轮轴是支撑轴上零件、传递运动和动力的部件,在设计过程中,根据轴上零件的定位和安装要求以及轴和齿轮的加工工艺要求,应合理地进行齿轮轴各部分形状及结构的设计,以满足齿轮轴的强度和刚度要求。

2、设计条件

减速器原动机及高速轴的设计条件及有关参数见表1。

表1 设计条件及有关参数

3、高速齿轮轴的设计与分析

图1(附后)为展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器的局部图,图中有三根轴,轴Ⅰ为齿轮轴。其外伸端通过半联轴器与电机相联,用两个轴承支承,轴上加工一斜齿圆柱齿轮。

减速器高速齿轮轴的结构设计主要是确定轴的合理形状和结构尺寸。要求轴及轴上零件固定可靠、定位准确、便于轴上零件装拆和调整,具有良好的加工制造工艺性,减少应力集中,受力合理,节省材料,重量轻。考虑轴上零件的配合性质,安装顺序和方向,齿轮轴设计成阶梯形的直轴。如图2所示。d1段与半联轴器相配合,d2段为定位联轴器轴径,d3段与轴承配合,d4段为定位轴承内圈轴径,df为齿轮轴上齿轮的齿根圆直径。在高速轴的设计时,应该考虑的是,每一轴段的径向尺寸的设计既要考虑与其配合的零件的尺寸,还要考虑轴上零件的轴向定位要求,同时还要考虑与标准件的配合问题。由于此轴为齿轮轴,所以也要考虑齿轮轴加工的工艺性及轴的强度和刚度等。

图2 齿轮轴

3.1、轴的最小直径估算与确定

在高速轴的设计中,轴最小直径的设计是关键。由于高速轴是既传递转矩又承受弯矩的转轴,所以轴的直径按扭转强度进行估算。选高速齿轮轴的材料为45钢。

图1 减速器局部图

式中dmin——轴的最小直径,mm;

P——轴传递的功率,kW;

n——轴的转速,r/min;

C——轴的材料和受载情况系数。对于45钢,C=106～117。在多级减速器中,高速轴的转矩较小,取较大值。

考虑轴上开一个键槽,dmin增大5%,dmin=16.044mm。

由于高速轴是与电机轴通过联轴器相联接,因此,在轴的直径确定时,既要考虑电机轴伸出端直径,还要考虑联轴器的轴孔直径。按联轴器的计算转矩。

Tca=KA·T=1.5×22.406=33.609N·m

式中Tca——轴的计算转矩,N·m;

KA——工况系数。由于原动机是电动机,工作机为转矩变化小的运输机,取 KA=1.5;

T——高速轴的转矩,N·m。

由于轴的转速较高,为减小启动载荷,缓和冲击,选用具有较小转动惯量和具有弹性的弹性套柱销联轴器,型号为LTZ6。表2为LTZ6弹性套柱销联轴器的基本参数。

表2 LTZ6弹性套柱销联轴器的基本参数

因此,与半联轴器相配合的高速齿轮轴的最小直径d1 =Φ32mm,图2所示。

3.2、联轴器的定位要求确定轴的直径

考虑联轴器的轴向定位要求,d2轴段应加工出定位轴肩。定位轴肩的高度为h= (0.07～0.1)d1,取轴肩高度h=3mm,则d2=d1+2h并圆整,取d2=Φ38mm。

3.3、轴承安装轴段的直径的确定

由于高速轴的轴承承受的轴向载荷较小,轴的转速较高,初选轴承为深沟球轴承。考虑轴承安装、定位和固定要求,由于轴承是标准件,与轴承内圈配合的轴径 d3= Φ40mm,选取轴承为6208型深沟球轴承。

3.4、轴承内圈定位轴段的直径的确定

轴承内圈用轴肩定位,考虑轴肩定位高度是否合适,按轴承是标准件的要求,定位轴承内圈轴段的直径根据手册查得,其直径d4min=Φ47mm,取d4=Φ47mm。

由于高速齿轮轴齿轮的齿根圆直径df=Φ48.292mm,大于其所在轴段直径d4,基本满足齿轮的加工要求,也不会削弱轴的强度和刚度。

6、结束语

减速器高速齿轮轴的径向尺寸设计,要考虑与其相联接的电机轴的直径以及联接两轴的联轴器,还要考虑支承轴的滚动轴承的选择,同时要便于轴上齿轮的加工,保证轴上零件的准确定位。

[1]濮良贵,纪明刚.《机械设计》第8版.北京.高等教育出版社,2006.

[2]濮良贵,陈庚梅.《机械设计教程》第2版.西安.西北工业大学出版社,2009.

[3]唐增宝,常建娥.《机械设计课程设计》第3版.武汉.华中科技大学出版社,2006.

[4]成大先.《机械设计手册》(第五版)单行本,机械制图·机械设计.北京.化学工业出版社,2010.

[5]http://www.doc88.com/p -909296030671. htm l.《AutoCAD环境下减速器轴设计的算法及实现》.

TH133.2

A

1008-7508(2012)05-0090-02

2012-03-30

高路 (1963—),女,吉林四平人,吉林化工学院教授,主要从事机械设计及理论方面的研究。