减速器/定轴轮系
失传技术研究所工作室
2018年03月26日 09:26

必须先讲轴系

轴系是由轴、轴承、安装于轴上的传动体、密封件及定位组件组成。其主要功能是支撑旋转零件,传递转矩和运动

轴、轴承和轴上零件的组合构成了轴系,它是机器的重要组成部分,对机器的运转正常与否有着重大的影响

轴系按其在传动链中所处的地位不同可分为传动轴系和主轴轴系,一般对传动轴的要求不高,而作为执行件的主轴对保证机械功能,完成机械主要运动有着直接的影响,因此对主轴有较高的要求。

轴的主要功能是支承旋转零件和传递转矩。它主要由3部分组成:安装传动零件轮毂的轴段称为轴头、与轴承配合的轴段称为轴颈、联接轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈和轴头表面都是配合表面,其余则是自由表面。配合表面的轴段直径通常应取标准值,并须确定相应的加工精度和表面粗糙度。 轴的设计,一方面要根据使用条件,合理地选择材料,确定主要尺寸,保证其具有足够的工作能力,满足强度、刚度和振动稳定性等要求。另一方面要综合考虑自身及轴上零件的装拆、定位、固定以及加工工艺、维修保养等要求。合理地确定轴的结构形状和尺寸,即从轴系结构的设计角度出发进行轴的结构设计,也称为轴的结构化。 通常轴的结构设计,应使轴系受力合理,有利于提高轴的强度、刚度和振动稳定性,有利于节约材料和减轻重量。轴及轴上零件应定位准确、固定可靠、便于装拆和调整。还应具有良好的加工和装配工艺性,并尽量避免应力集中轴承是支承轴等回转零件旋转、并降低支承摩擦的零部件。按相对运动表面的摩擦形式,轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。 常用的滚动轴承已标准化,由专门的工厂大批量生产,在机械设备中得到了广泛应用。设计时只需根据工作条件选择合适的类型,依据寿命计算确定规格尺寸,并进行滚动轴承的组合结构设计。 在分析和设计滚动轴承的组合结构时,主要应考虑:轴系的固定;轴承与轴、轴承座的配合;轴承的润滑和密封;提高轴系的刚度等方面问题。显然,此时考虑的也应是整个轴系,而不仅仅是轴承本身

轴系结构的设计要求,主要应从以下4个方面来考虑。

(1)轴系的固定 为保证轴系能承受轴向力而不发生轴向窜动,需要合理地设计轴系的轴向支承、固定结构,常用的轴系支承、固定形式有: ① 两端固定(又称双支点单向固定) 轴系两端由两个轴承支承,每个轴承分别承受一个方向的轴向力。这种结构较简单,适用于工作温度不高、支承跨距较小(跨距≤400mm)的轴系。为补偿轴的受热伸长,在装配时,轴承应留有约0.25 ~0.4mm的轴向间隙。间隙的大小常用轴承盖下的调整垫片或拧在轴承盖上的调节螺钉调整,调节十分方便。 ② 一端固定一端游动(又称单支点双向固定) 轴系由双向固定端的轴承承受轴向力并控制间隙,由轴向浮动的游动端轴承保证轴伸缩时支承能自由移动。为避免松动,游动端轴承内圈应与轴固定。这种结构适用于工作温度较高、支承跨距较大的轴系。 ③ 两端游动 轴系两端的支承轴承(采用圆柱滚子轴承)轴向均可游动,以适应人字齿轮传动工作时,主、从动轮须对正的要求。当然这种结构形式用的较少,仅用于类似的特殊场合。 上述的常见结构中,轴上零件和轴承在轴上的轴向位置多采用轴肩或套筒定位,定位端面应与轴线保持良好的垂直度;轴肩圆角半径必须小于相应的轴上零件或轴承的圆角半径或倒角宽度。对于滚动轴承的定位,轴肩高度应小于轴承内圈高度的3/4,以便于拆卸轴承。

(2)轴系轴向位置的调整 为方便地实现传动零件(如圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮等)在轴系中具有准确的工作位置,要考虑轴系轴向位置的调整。

(3)轴承的配合 由于轴承的配合关系到回转零件的回转精度和轴系支承的可靠性,因此在选择轴承配合时要注意: ① 滚动轴承是标准件,选择配合时,轴承内圈与轴的配合采用基孔制;轴承外圈与轴承座的配合采用基轴制。 ② 一般转速较高、负载较大、振动较严重或工作温度较高的场合,应采用较紧的配合。当载荷方向不变时,转动套圈的配合应比固定套圈的紧一些。经常拆卸的轴承以及游动支承的轴承外圈,应采用较松的配合。

(4)轴承的润滑和密封 润滑和密封对于轴承的使用寿命具有十分重要的影响。 ① 轴承的润滑 润滑的主要目的是为了减少轴承的摩擦和磨损,另外润滑还兼有冷却、吸振、防锈、密封等作用。具体可按速度因数dn值(d为轴承内径;n为轴的转速)来确定润滑剂的类型。当dn≤

 

 

mm·r/min 时,通常采用脂润滑,超出此范围时采用油润滑。 润滑油的粘度可根据轴承的速度因数和工作温度查手册确定。对于润滑方式,若采用浸油润滑,则油面高度不应超过轴承最低滚动体的中心,以免产生过大的搅油损耗和热量。高速轴承通常采用喷油或油雾润滑。 ②轴承的密封 密封的目的在于防止灰尘或水分的侵入,同时防止润滑剂流失。

装配顺序

右端:齿轮、套筒、右端轴承、轴承端盖、半联轴器、轴端挡圈依次从轴的右端向左安装。

轴系

左端:只装轴承及端盖。

拆卸顺序

右端:轴端挡圈、半联轴器、轴承端盖、右端轴承、套筒、齿轮依次从轴的右端向右拆卸。

左端:先拆掉端盖,然后拆轴承。

调整

因为采用双支点各单向固定,所以角接触球轴承在安装的时候,可以通过调整端盖端面与外壳之间的垫片的厚度,使轴承外圈与端盖之间留有很小的轴向间隙,以适当补偿轴受热伸长

减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件,常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛

减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备,把电动机、内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的,普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果,大小齿轮的齿数之比,就是传动比减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用,是一种相对精密的机械。使用它的目的是降低转速,增加转矩。它的种类繁多,型号各异,不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多,按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器;按照传动级数不同可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能,可以有较大的减

图1 减速机

速比,输入轴和输出轴不在同一轴线上,也不在同一平面上。但是一般体积较大,传动效率不高,精度不高。谐波减速机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的,体积不大、精度很高,但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击,刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。行星减速机其优点是结构比较紧凑,回程间隙小、精度较高,使用寿命很长,额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。齿轮减速机具有体积小,传递扭矩大的特点。齿轮减速机在模块组合体系基础上设计制造,有极多的电机组合、安装形式和结构方案,传动比分级细密,满足不同的使用工况,实现机电一体化。齿轮减速机传动效率高,耗能低,性能优越。摆线针轮减速机是一种采用摆线针齿啮合行星传动原理的传动机型,是一种理想的传动装置,具有许多优点,用途广泛,并可正反运转。

1、降速同时提高输出扭矩,扭矩输出比例按电机输出乘减速比,但要注意不能超出减速机额定扭矩;

2、减速同时降低了负载的惯量,惯量的减少为减速比的平方。

减速机是国民经济诸多领域的机械传动装置,行业涉及的产品类别包括了各类齿轮减速机、行星齿轮减速机及蜗杆减速机,也包括了各种专用传动装置,如增速装置、调速装置、以及包括柔性传动装置在内的各类复合传动装置等。产品服务领域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、电力、工程机械及石化等行业。

我国减速机行业发展历史已有近40年,在国民经济及国防工业的各个领域,减速机产品都有着广泛的应用。食品轻工、电力机械、建筑机械、冶金机械、水泥机械、环保机械、电子电器、筑路机械、水利机械、化工机械、矿山机械、输送机械、建材机械、橡胶机械、石油机械等行业领域对减速机产品都有旺盛的需求。

潜力巨大的市场催生了激烈的行业竞争,在残酷的市场争夺中,减速机行业企业必须加快淘汰落后产能,大力发展高效节能产品,充分利用国家节能产品惠民工程政策机遇,加大产品更新力度,调整产品结构,关注国家产业政策,以应对复杂多变的经济环境,保持良好发展势头

技巧

1、在运转200~300小时后,应进行第一次换油,在以后的使用中应定期检查油的质量,对于混入杂质或变质的油须及时更换。一般情况下,对于长期连续工作的减速机,按运行5000小时或每年一次更换新油,长期停用的减速机,在重新运转之前亦应更换新油。减速机应加入与原来牌号相同的油,不得与不同牌号的油相混用,牌号相同而粘度不同的油允许混合使用;

2、换油时要等待减速机冷却下来无燃烧危险为止,但仍应保持温热,因为完全冷却后,油的粘度增大,放油困难。注意:要切断传动装置电源,防止无意间通电;

3、工作中,当发现油温温升超过80℃或油池温度超过100℃及产生不正常的噪声等现象时应停止使用,检查原因,必须排除故障,更换润滑油后,方可继续运转;

4、用户应有合理的使用维护规章制度,对减速机的运转情况和检验中发现的问题应作认真记录,上述规定应严格执行。

定轴轮系

定轴轮系是指轮系运转时,其各个齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的。定轴轮系又可以分为平面定轴轮系和空间定轴轮系。

由一系列齿轮组成的齿轮传动系统称为轮系。根据轮系中各轴线是否平行,可将轮系分为两大类,即平面轮系和空间轮系。右图(a)为平面轮系,各轮的轴线都是互相平行的,即全部由

轮系分类

圆柱齿轮组成的轮系;右图(b)为空间轮系,轮系中至少有一个轮的轴线与其他轮的轴线不平行,即轮系中含有圆锥齿轮或蜗杆传动  。

根据轮系运转时,其各个齿轮的轴线相对于机架的位置是否都是固定的,将轮系分为定轴轮系和周转轮系两大类。

在轮系中,输入轴与输出轴的角速度(或转速)之比称为轮系的传动比。若轮系中首轮1的角速度为

 

 

(转速为

 

 

),末轮k的角速度为

 

 

(转速为

 

 

),轮系的传动比用

 

 

表示,则

另外,计算轮系的传动比时,不仅要计算它的大小,还要确定两轴的相对转动方向(即输入轮与输出轮的转向关系)。

  1. 传动比大小的计算

为了计算轮系的传动比,先来讨论一对圆柱齿轮的传动比。下图(a)所示为一对外啮合圆柱齿轮传动,下图(b)所示为一对内啮合圆柱齿轮传动。设轮1位主动轮,轮2为从动轮,

 

 

 

 

分别为主、从动轮的角速度(转速),

 

 

 

 

为主、从动轮的齿数,

 

 

表示主动轮1与从动轮2的传动比。则考虑方向的传动比公式为

上式中等号右边的“±”号表示两圆柱齿轮的相对转向。一对外啮合圆柱齿轮传动,两轮转向相反,取“-”号;一对内啮合圆柱齿轮传动,两轮转向相同,取“+”号。一对圆柱齿轮传动的相对转向也可用箭头在齿轮传动简图中直接标明。

以上结论可推广到平面定轴轮系的传动比计算。设轮1为主动轮,经过m次外啮合,传递到最末的从动轮k,则平面定轴轮系始末两轮传动比数值计算的一般公式为

一对齿轮传动的传动方向

式中,m表示在该轮系中外啮合齿轮的对数。

2.始末两轮转向关系的确定

(1)平面定轴轮系始末两轮转向关系可由上式中的正负号来确定,为正值时,表示始末两轮转向相同;为负值时,表示始末两轮转向相反。

(2)平面定轴轮系各轮的相对转向也可以通过逐对齿轮标注箭头的方法来确定

空间定轴轮系中包含圆锥齿轮传动或蜗杆蜗轮传动,如右图所示。

空间定轴轮系

空间定轴轮系传动比的大小仍可用平面定轴轮系传动比公式计算,但因各轴线并不能都相互平行,故不能用

 

 

来确定主、从动轮的相对转向,必须用画箭头的方法在图上标注出。

一对平行轴外啮合齿轮,其两轮转向相反,故用反向的箭头表示。一对平行轴内啮合齿轮,其两轮转向相同,故用同向的箭头表示。一对圆锥齿轮啮合传动时,在节点具有相同的速度,故表示转向的箭头或同时指向节点或同时背离节点。蜗杆的转向不仅与蜗杆的转向有关,而且与蜗杆的旋向有关

对于下图所示的圆锥齿轮传动,两个齿轮的锥顶相交于一点,其轴线之间的夹角为90°。在啮合节点处,两个齿轮具有相同的速度,表示齿轮转向的箭头同时指向啮合节点或同时背离啮合节点。对于下图所示的蜗轮蜗杆传动,蜗杆、蜗轮的轴线在空间垂直交错,其转向关系可用左、右手法则来判定。

空间定轴轮系方向