減速器設(shè)計(jì)論文

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1、 減速器設(shè)計(jì)論文 一、單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是其主傳動(dòng)比i0不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動(dòng)齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動(dòng)齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動(dòng)橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，是一個(gè)具有16個(gè)不等式約束的6維優(yōu)化問題，其數(shù)學(xué)模型可簡記為： minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6 S.t.gj(x)≤0(

2、j=1，2，3∧，16) 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法后，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，沿用了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中積累的大量資料，同時(shí)考慮了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的有關(guān)因素。優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的某些不足，但該設(shè)計(jì)法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設(shè)計(jì)中引入可靠性技術(shù)、模糊技術(shù)，形成可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)或模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)法，使工程設(shè)計(jì)技術(shù)由“硬”向“軟”發(fā)展。 二、混凝土攪拌運(yùn)輸車減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 1.主要參數(shù) 混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌筒(罐)的設(shè)計(jì)容積為8～10m3

3、，最大安裝角度12，工作轉(zhuǎn)速2～4r/min和10～12r/min(卸料時(shí)的反向轉(zhuǎn)速)；減速器設(shè)計(jì)傳動(dòng)比131∶1，最大輸出轉(zhuǎn)矩60kNm，要求傳動(dòng)效率高、密封性好、噪聲低、互換性強(qiáng)。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括前蓋組件、被動(dòng)輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機(jī)體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機(jī)體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機(jī)體與內(nèi)齒圈之間采用彈性套銷的均載機(jī)構(gòu)。為便于用戶在使用時(shí)裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設(shè)計(jì)有15的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動(dòng)6，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側(cè)且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm460

4、mm530mm，總質(zhì)量(不含油)為290kg。 2.傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動(dòng)，其余兩級為NGW型行星齒輪傳動(dòng)。其中，第二、三級分別有3個(gè)和4個(gè)中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動(dòng)且采用滾動(dòng)軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器連接，混凝土攪拌運(yùn)輸車減速器對齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數(shù)和進(jìn)行修形計(jì)算十分重要。 三、減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 1.目標(biāo)函數(shù) 對于C型問題，目標(biāo)函數(shù)是A=min{f(x)}=min{f(x

5、1，x2，…，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級中心距之和；x——各設(shè)計(jì)變量(包括各級中心距、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)、齒寬和變位系數(shù)等)；n——設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)。對于P型問題，目標(biāo)函數(shù)是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。 2.約束條件 約束條件是判斷目標(biāo)函數(shù)中設(shè)計(jì)變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中提出的每一個(gè)供選擇的設(shè)計(jì)方案；都應(yīng)當(dāng)由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構(gòu)成。對于減速器來說，在列出優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件時(shí)，應(yīng)當(dāng)從各個(gè)方面細(xì)致周全的予以考慮。例如，設(shè)計(jì)變量本身的

6、取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應(yīng)有的關(guān)系等等。減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下約束條件： （1）設(shè)計(jì)變量取值的離散性約束 齒數(shù)：每個(gè)齒輪的齒數(shù)應(yīng)當(dāng)是整數(shù)；模數(shù)：齒輪模數(shù)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護(hù)中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長。 （2）設(shè)計(jì)變量取值的上下界約束 螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8~15；總變位系數(shù)：由于總變位系數(shù)將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。 （3）齒輪的強(qiáng)度約束 齒輪強(qiáng)度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度與輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度，這兩項(xiàng)計(jì)算根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB348

7、0-83中的方法進(jìn)行。強(qiáng)度是否夠，根據(jù)實(shí)際安全系數(shù)是否達(dá)到或超出預(yù)定的安全系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。 （4）齒輪的根切約束 為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數(shù)，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。 （5）零件的干涉約束 要求中心距、齒頂圓和軸徑這三者之間滿足無干涉的幾何關(guān)系。對于三級傳動(dòng)的減速器(如圖1)，干涉約束相當(dāng)于兩個(gè)約束：第二級中心距應(yīng)大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與第三級小齒輪頂圓半徑之和；第三級中心距應(yīng)大于第二級大齒輪頂圓半徑與第4軸半徑之和。而二級齒輪傳動(dòng)類推。 圖1三級減速器示意圖 四、結(jié)語 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是在常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展

8、和延伸的新設(shè)計(jì)方法，而減速器的優(yōu)化就是其中之一，是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)、沿用了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中積累的大量資料，同時(shí)考慮了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的有關(guān)因素。在實(shí)際應(yīng)用中已產(chǎn)生了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，減少了用材及成本，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，使減速器發(fā)揮了最佳性能。 參考文獻(xiàn)： [1]孫元驍?shù)戎?圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1988. [2]胡新華.單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2006. [3]陳立平，張?jiān)魄?，任衛(wèi)群等.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程.清華大學(xué)出版社，2005. [4]梁曉光.優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在齒輪減速器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西機(jī)械，2003. [5]范順成，馬治平，馬洛剛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，2002. [6]馬曉蕓.混凝土攪拌車減速器制造專家[J].商用汽車雜志(CommercialVehicleMagazine)，2007，(8)：84-85. 【摘要】減速器是各類機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)裝置。減速器設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)性能。本文通過對兩種減速器主要優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的分 4