一种新型齿轮减速电机的结构设计

俞洪飞

一种新型齿轮减速电机的结构设计

俞洪飞

（绍兴市上虞东星齿轮减速电机有限公司，浙江绍兴，312300）

减速电机作为机械设备的动力源，被广泛应用于不同场合。为了满足一种冶金设备的动力需要，创新设计了一种新型结构减速电机，并借助Kisssoft软件进行了受力计算分析。新型减速电机具有结构紧凑、安装方便、运行可靠等特点，并有多种电机组合、传动比分级细密等优点，适合大批量、模块化生产。本设计已申请专利。

齿轮；齿轮电机；Kisssoft；齿轮箱体

引言

减速电机是由减速器与电机组合而成的机电一体化产品，被广泛应用于环保机械、矿山机械、冶金设备、电力机械、造纸机械、食品机械等诸多行业[1-5]。

减速电机的规范化生产，始于上世纪八十年代，迄今已有二十多年的历史。从减速电机的类型划分，有摆线减速电机、电磁调速电机、齿轮减速电机等；从生产减速机的企业类型划分，有外资企业、国有企业、股份制企业、中外合资企业和个体企业；从企业的生产规模划分，有大到年产值数百亿元以上的企业，也有小到数百万元的企业。如今形成了以国外企业和中外合资企业占领中高端市场，国内企业占领中低端市场的格局。随着国内企业的加工制造技术不断完善，设计研发力度不断加大，国内企业正逐渐地走向中高端市场，追求获得更大的市场空间和企业发展空间。

比尔·萨波里托说过：或者创新，或者消亡。尤其是在技术推动型产业，再也没有比成功消失得更快的了。在竞争日益激烈的市场环境中，唯有不断地创新，才能不断地进步，墨守陈规或举步不前的企业，只会被赶超。研究、创新发展新型减速电机非常重要。

1　减速电机创新设计构思

减速电机是整个机械行业的重要组成部分，其产品结构的可靠性和传动效率一直以来受到业内关注。

减速电机行业是一个激烈竞争的行业，要想在竞争中取得一席之地，产品要不断地进行技术创新，只有如此，才能给企业不断地注入新的活力。比如德国SEW减速电机、日本住友减速电机、意大利布雷维尼减速电机等国外知名企业，他们的产品都有自己的特点，他们获得的成功并不是模仿出来的，而是创新出来的。

本文设计的新型齿轮减速电机的设计是为满足一种冶金设备的动力需要而开发设计的，借鉴了K系列螺伞斜齿轮减速电机的内部结构，并在电机前盖、螺伞齿1的安装、螺伞齿2的调整、电机的整体加工和内部结构方面做了一些新的设计。新型齿轮减速电机不但满足了冶金设备的设计要求，还具有结构紧凑，传动效率高，输出平稳可靠等优点，适合大批量、模块化生产。将此结构开发成系列减速电机，扩大了齿轮减速机的选型品种。

2　新型齿轮减速电机的内部结构

新型齿轮减速电机由：

（1）电机轴

（2）减速箱体

（3）油封盖

（4）输出轴

（5）小螺旋伞齿轮

（6）大螺旋伞齿轮

（7）轴承

（8）齿轮轴

（9）大齿轮

（10）构成，简图如图1所示。

新型齿轮减速箱除了配电机外，还可以配输入轴和多级减速器形式。减速箱体的安装形式有底脚式安装和法兰式安装，减速箱的输出轴形式有空心轴和实心轴形式，满足了各种安装形式的需要。

图1　新型齿轮减速电机简图

3　新型齿轮减速电机的设计过程

3.1新型齿轮减速电机结构的确定

冶金设计院所设计的冶金设备需要一种减速电机，要求减速箱出轴与电机的方向成直角安装，输出转速在120 r/min，功率7.5 kW，效率97%。在通用减速机中，螺旋伞齿轮减速电机和蜗轮蜗杆减速电机的结构是直角安装的。螺旋伞齿轮减速电机的传动效率比蜗轮蜗杆减速电机高，所以选定了螺旋伞齿轮减速电机的结构。由于冶金设备所要的输出转速在120 r/min，而常用的K系列螺旋伞齿轮的箱体内部结构是三级传动，对于输出转速在120 r/min的要求，减速箱利用率较低，再加上是三级传动，减速箱的效率也低。设计一种二级的螺伞齿轮减速机，能够很好满足减速箱的利用率和效率，也节省了减速机的制造费用。

3.2轴承的选用和电机前盖的设计

在螺旋伞齿轮传动的支承轴承上，一般选用的是两个圆锥滚子轴承，或采用两个圆锥滚子轴承与一个球轴承相配的方案。在安装圆锥滚子轴承时，轴承的滚子与轴承外圈要在一个合理的间隙内，这个间隙是通过圆螺母或调整垫片来得到的。而新设计的减速机螺伞齿轮安装在电机输出端，如果采用圆螺母和调整垫片来调整间隙，会使加工设计和安装过程复杂化，并且若在电机中采用圆锥轴子轴承，在润滑和电机气隙方面也难以处理，所以在电机轴承的设计上，采用了前面两个深沟球轴承并列与后面一个深沟球轴承结合的支承方式。

由于采用了在电机输出端安装螺旋伞齿轮的方式，螺旋伞齿轮在工作时的轴向和径向分力比较大，所以在电机的前盖部分，采用双轴承的结构，同时加大了电机转轴的轴承档直径，使轴承的承载能力大幅提高，并借助Kisssoft软件进行了受力计算分析，在此种电机支承结构下，电机输出端受到的轴向分力和径向分力均为2 500 N、转速为1 450 r/ min、使用寿命为15 000小时，在此情况下求得安全系数12.5，完全满足了在电机轴头安装螺旋伞齿轮的受力要求，在许用功率上有向上拓展的空间。

由于电机前盖轴承室的直径加大，且采用了双轴承的结构，又与电机内部的线圈产生了干涉，电机前盖采用前凸式设计。电机前盖的轴承室根据所选用的轴承进行加厚和前盖整体进行加长的设计，避免与电机线圈发生干涉，并加装了注油口。

3.3小螺旋伞齿轮的安装

小螺旋伞齿轮正确加工和安装关系着整个齿轮减速电机运行的平稳性和整机质量，小螺伞齿轮直接联接电机时，即使很小的加工或安装误差，在高转速下都会形成有规律的噪音。因此，保证了小螺伞齿轮的加工质量和安装质量，也就保证了减速电机大部分的质量。小螺旋伞齿轮采用了主体配合面的过盈配合加键联接方式，主体配合面进行磨削加工，满足过盈配合的要求。选用螺伞齿侧面作为定位面进行安装，使得小螺旋伞齿轮被可靠地定位在电机轴端。螺伞齿轮的轴向定位采用销定位方式，并对核算销所受的轴向力进行受力计算分析。核算销承受了2 500 N的轴向力，定位销直径为10 mm，核算受剪切安全系数为7.037，满足了设计要求。

3.4电机的整体加工与大螺伞齿轮的间隙调整

小螺伞齿轮安装到电机轴头上后，会使整个螺伞齿轮的间隙调整变得困难，所以就把整个电机放到机床上，在端盖处再加工一下，这道工序是为了保证小螺伞齿轮与电机端盖的配合面尺寸，是为了明确地将小螺旋伞齿轮的安装距尺寸控制在±0.10 mm以内。大螺伞齿轮的间隙调整采用了利用调整垫圈来调节齿轮间隙的方式，使得每台减速电机的螺旋伞齿轮间隙控制在合理的范围内，保证了产品的质量。

4　结论

本文所提出的新型齿轮减速电机的成功设计，满足了冶金设备的使用要求，也给齿轮减速电机的选型上带来一个新品种，更重要的是树立了在产品设计上不断努力创新的精神。产品成功应用于湖南省冷水江钢铁有限公司等厂家，取得了很好的应用效果。已对此新型齿轮减速电机的内部结构申请了实用新型专利证书，专利号：ZL 2014 2 0488606.X。

[1]张黎华, 郑严. 新编机械设计手册[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2008.

[2]张展. 实用齿轮设计计算手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011.

[3]陈宏钧. 实用机械加工工艺手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2009.

[4]冯辛安. 机械制造装备设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006.

[5]孙居彦. 机械制造工艺学基础[M] . 北京: 北京大学出版社出版, 2010.

俞洪飞(1976-)，男，汉族，浙江绍兴人，于上虞市东星齿轮减速电机有限公司担任技术经理。职称：机械工程师，本科学历，研究方向：减速机和电机的设计制造。

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工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.014