二級減速器機械設計論文

　　減速器是將工作機作用在原動機上，使機械降低本身的轉動速度，達到控制的目的。下文是小編為大家整理的關於的範文，歡迎大家閱讀參考!

　　篇1

　　減速器設計中虛擬樣機技術的應用探討

　　摘 要：減速器設計是眾多機械工業中必不可少的程式流程，而虛擬樣機技術恰恰可以為減速器設計提供幫助，讓減速器的設計更加容易，更加高效。本文重點分析如何應用虛擬樣機技術設計減速器，以期對眾多機械工業設計部門有所幫助。

　　關鍵詞：減速器設計;虛擬樣機技術;應用

　　減速器的原理是將工作機作用在原動機上，使機械降低本身的轉動速度，達到控制的目的，目前，在眾多機械工業中使用減速器，大到航空航天，小到我們的自行車，都離不開減速器的作用。在傳統的減速器設計中，往往技術人員需要事先製作需要試驗的減速器，然後再將這些減速器用作設計研究，在這過程中，會浪費很多製作原件的時間，讓設計過程放慢腳步，這不利於企業的發展。所以，採用虛擬樣機技術就成為了必然，它能減少設計研發的時間，增加設計的效率，為企業創造更多的價值，還能降低設計成本，對企業來說是非常值得推廣的技術。

　　1 虛擬樣機技術

　　虛擬樣機技術，最早誕生於上世紀80年代，它是一種以計算機技術為基礎的設計手段，在產品設計研發的過程中，它能把零散的、甚至是不存在的零件組合成一個設計人員想要的完成品，在計算機中建立一個模型，以方便設計人員的分析、整理，還能將這個虛擬的完成品進行試驗，以此檢驗它的效能，為以後的改進設計打下基礎。虛擬樣機技術採用專業的設計軟體進行工作，這些專業的軟體非常適合設計人員的需求，上面有數不盡的零件資訊，想要什麼零件，都能在上面找到，如果實在找不到，還可以自己進行設計，用引數和幾何模型就能實現。設計人員通過在軟體上，建立產品的模型、虛擬調配以及後期的模擬試驗，就能對產品的設計有一個完整的認識，不需要再浪費時間製作原件，只需要動動手指，就能把設計搞定，這是多麼高效率的工作方法。

　　目前，我國也設計出了自主智慧財產權的虛擬設計軟體，名字叫做CAXA。它的功能非常多，包括多角度的模型設計、虛擬模型材料庫、虛擬原件庫等多種功能，在設計好之後，還能對完成品進行測試，根據測試結果，指出產品的不足，設計人員就能根據這些提示，改進自己的設計，以使效果達到最好。

　　2 虛擬樣機技術在減速器設計中的應用

　　2.1 對零件進行數字化建模

　　在這裡，我們主要介紹CAXA軟體在減速器設計中的應用情況。在確定好減速器的設計方案之後，我們使用CAXA軟體進行數字化建模，就是需要的零件的三維模型，這些模型可能在零件庫中不能找到，就需要設計人員自己進行設計，根據引數的調整，零件模型能夠展現出來，想要什麼樣的零件，就輸入什麼數值，軟體會自動調整，使結果達到設計人員的需求。例如，設計人員需要軸承的模型，而此時零件庫中有一個模型和設計人員的需求有所出入，那就需要對這個零件進行調整，這時，設計人員就可以把這個零件拖到引數改值的專案中，改變引數的數值，因為是非常高階的軟體，數值可以精確到小數點後四位，軟體就會根據數值的變化，進行調整，使零件的樣式達到數值的要求，同時，也使設計人員滿意。這對設計人員來說非常方便，有時在現實中往往花費大量的時間來製作原件，現在只需要改變數值就可以，大大提高了他們的工作效率。

　　2.2 減速器零件模型的虛擬組合

　　在得到設計人員想要的零件模型之後，就需要對零件進行虛擬組合。此時，設計人員已經獲得了很多零件，這些零件有的是現成的，有的是根據自己的要求改的，一個減速器中需要多種多樣的零件，光有零件也不能完成設計的任務，此時，就需要對這些零件進行組合，軟體可以根據設計人員的指示，將零件模型調到適合的位置，例如軸承在哪、齒輪在哪、箱體在哪等等，設計人員可以把這些零件模型編上號碼，在零件模型進行虛擬組合的時候，不至於產生混亂，而且讓設計人員能夠一目瞭然，哪個零件在哪，能夠清楚地看到，不需要再重新分解開來查詢，為設計人員節省了不少時間，同時也提高了效率。

　　3 減速器虛擬樣機的模擬測試

　　在這裡，設計人員應經得到了一個完整的設計模型，也就是減速器虛擬樣機。這時候的減速器已經有了非常好的設計方案，就需要對方案進行檢驗了。在CAXA軟體中的減速器虛擬樣機，要放到ADAMS軟體中進行模擬測試，ADAMS軟體能夠記錄減速器虛擬樣機的引數值和屬性，並把模擬測試的環境記錄下來，包括環境中的虛擬時間、虛擬溫度、虛擬溼度等等，同時，它還能為設計人員提供非常精確地測試條件，例如，在1秒之內，可以使轉速在0至1420之間隨意調節，它都能滿足設計人員的要求，還可以對虛擬溫度、虛擬溼度進行調節，以達到充分測試的目的。

　　4 減速器虛擬樣機的分析

　　此時，減速器虛擬樣機已經完成了測試，這時候就該進行測試分析了。我們都知道，分析往往是一個非常繁瑣的過程，要分析大量的資料，得出各個階段的結論，然後再對這些結論進行歸納整理，得出最後總的結論，一個分析往往要用掉很長的時間，這對設計成本來說，又是一個挑戰。虛擬樣機技術就能很好地解決這個問題，它能指出哪裡的設計存在問題，在測試中，會對零件進行評分，哪個零件測試結果不佳，就會得很少的分，並且得出各個零件的分數，以便設計人員後期分析時使用。

　　5 減速器虛擬設計的優化

　　優化是設計中必不可少的環節，設計人員在運用虛擬樣機技術進行測試之後，往往不會得出最完美的設計，這時，就需要對原來的設計進行優化，在前面的幾個環節中，設計人員已經達到了設計的建模、組合、測試等目的，接下來，就要根據上述環節進行改進，改進過程中，要充分結合以上的幾個環節，不能貿然做出改變，哪個零件的得分不高，就該哪個零件，然後把改過的零件進行組合，再做出虛擬樣機，然後在進行測試，測試結束之後在進行分析，如此重複，以達到最佳的設計效果。

　　6 總結

　　通過虛擬樣機技術，設計人員能夠更好地完成設計任務。在傳統的減速器設計中，往往技術人員需要事先製作需要試驗的減速器，然後再將這些減速器用作設計研究，在這過程中，會浪費很多製作原件的時間，讓設計過程放慢腳步，這不利於企業的發展。所以，採用虛擬樣機技術就成為了必然，它能減少設計研發的時間，增加設計的效率，為企業創造更多的價值，還能降低設計成本，對企業來說是非常值得推廣的技術。

　　參考文獻：

　　[1]張鳴，任建平，毛鴻偉.基於虛擬樣機的機械設計方法[J].機械設計，200611.

　　[2]萬加桔，李D.工程機械設計中虛擬樣機技術的應用[J].江西建材，200604.

　　篇2

　　掘進機二級行星減速器噪聲淺析

　　摘要： 本文從掘進機二級行星圓柱齒輪減速器的設計、製造、裝配及維護方面分析噪聲產生的原因，並提出了減小噪聲的相應措施。

　　關鍵詞： 行星圓柱齒輪減速器;噪聲分析;噪聲控制

　　0 引言

　　隨著掘進機產業的規範化，產品質量是衡量產品好壞的主要效能指標。在現代掘進機產品行業竟爭越來越激烈的情況下，開機率越來越受到人們的重視，而截割減速器作為工作機構的傳動件是影響其效率的重要因素之一。減速器噪聲的大小直接影響工人對機組的正確判斷，本文將從縱軸式掘進機用二級行星圓柱齒輪減速器的結構設計、加工製造、車間裝配及井下維護方面加以分析減速器產生噪聲的原因，提出能降低其噪聲的一些措施，以保證減速器的使用效能，進而改善工人工作環境，降低工人勞動強度。

　　1 掘進機二級行星圓柱齒輪減速器的主要噪聲來源

　　1.1 設計

　　設計包括結構設計及引數設計兩方面。其中引數設計主要指標為重合度，其代表著同時參與齧合的齒輪對數。減速器工作時，參與齧合的齒輪平均對數越多，表明其重合度係數越大，此時齒輪受力合理，傳動就比較平穩，產生的噪音就越小。結構設計指內部軸系和孔系配合要求合理，間隙不能過大或過小。間隙太大，起不到配合的效果，容易發生偏移，產生不必要的摩擦，增加噪聲等級;間隙過小容易造成軸承之類的零件轉動不靈活，也容易增加噪聲等級。

　　1.2 精度

　　齒輪的製造精度決定著二級行星圓柱齒輪減速器的噪聲值。齒輪精度越高，則齒面越光滑，相互齧合的齒面接觸區域就越均勻密集，如果整個齧合齒面上的接觸區域越多越密集，其產生噪聲就越低。反之如果齒輪精度越低，則齧合齒面就越粗糙，相互齧合的齒面接觸區域就越小且分佈不均，導致齒輪在其寬度方向上齧合不充分，在工作過程中則會運轉不穩定，嚴重時會產生劇烈的衝擊，提高其噪聲等級。

　　1.3 齒麵點蝕

　　目前硬齒面齒輪在掘進機中被廣泛應用，主要是由於其具有傳動質量好、承載能力高、重量輕、體積小等優點，能滿足掘進機的惡劣工況。掘進機二級行星圓柱齒輪減速器在井下運轉一定時間後，由於環境因素的影響，在齒輪齧合面經常會出現麻點即點蝕。雖然選用的是硬齒面齒輪，表面硬度比較高，點蝕現象不容易發生，但是一旦有點蝕發生，就很不容易跑合，由於井下檢修減速器非常困難，所以不容易被發現，於是隨著時間的推移，工作時間的累積，被點蝕的齒面會不斷受到衝擊，點蝕區域也就隨著不斷擴大，最終使得整個齒面受到破壞，增大了齒輪齧合時產生衝擊，使得噪聲等級增加。而點蝕產生的金屬碎屑在箱體內隨著潤滑油不斷的衝擊齒輪，加快了齒面的磨損，進而導致整個減速器產生更大的噪聲。

　　1.4 加工誤差

　　加工誤差主要有齒距累積誤差及齒形誤差兩種。齒距累積誤差是指在加工齒輪時，毛坯在機床上的旋轉軸線和成品齒輪在減速器內工作時的旋轉軸線相互不重合，從而造成齒輪各個齒的厚度不均勻。齒形誤差主要是指加工齒輪的刀具在製造、磨刃和裝卡中存在的誤差導致成品齒輪齒面出現齒形不對稱，以及在根切後續加工中校正不充分，使得齒輪在工作過程中出現不平穩以及脈動、根切及打齒現象從而產生噪聲。

　　行星架在加工製造過程中，機床選擇不合理，不能一次裝卡完成所有孔系的加工，會對行星輪軸位置度產生偏差，直接導致齒輪副的側隙發生變化，如果側隙過大，在傳動件正反轉換向時將會產生巨大的衝擊，從而產生噪聲。內齒圈加工過程中，由於機床和裝卡誤差會導致齒面產生徑向跳動誤差，而這直接影響到二級行星減速器內浮動件的浮動量，過大的偏差會使得浮動件產生振動現象，進而引發噪聲;在熱處理工序中，如果選擇的工藝不當，熱處理後會造成內齒圈齒向、齒形以及齒距等一系列引數都發生變化，這也能導致使用過程中產生噪聲。

　　1.5 齒面彈性變型

　　現有大型掘進機均使用在巖巷，所以截割用的二級行星減速器均需承受過載，因此齒輪在設計時都是硬齒面，表面均做過熱處理，這樣導致齒輪齒面的彈性變形會很大，而由於其極差的跑合性，導致齒輪在受過載齧合時較大的變形會引起衝擊，進而產生噪聲。

　　1.6 裝配誤差

　　裝配時由於齒側間隙未調整到設計值以及零件清洗不乾淨，都會導致齒輪齧合時出現振動產生噪聲，或者在裝配時由於個別零部件未安裝到位，產生鬆動，導致齒輪定位不準，處於非正常齧合位置，也會因為軸向移動而產生振動和噪聲。

　　1.7 維護不當

　　掘進機減速器在長期使用過程中，由於井下環境惡劣，工作強度大，齒輪工作時必然磨損齒面，如果此時潤滑油不能及時充分供給，以及冷卻系統不能正常工作，潤滑油不能及時更換，這些都將導致受損齒面的加速磨損，當磨損達到一定的嚴重程度時，齒面精度發生變化，齧合區域也發生變化，減速器噪聲就會增大。

　　2 降低減速器噪聲的措施

　　針對以上這些噪聲的產生都原由，我們應從以下幾個方面加以控制：

　　2.1 齒輪引數設計的改進

　　在設計時在保證強度要求的前提下增大齒輪重合度，選用合理的配合等級，保證浮動件以及軸承的遊隙，這些都能提高齒輪傳動的平穩性。由於重合度與齒輪齒數以及齒形角有關，因此我們可通過齒輪齒數的增加、齒輪變位係數的加大及將相互齧合齒輪的齒形角都調小，以此來減小輪齒齧合時產生的衝擊，從而提高重合度，進而減小齒輪傳動時產生的噪聲。

　　2.2 齒輪修形

　　對中、低速級以及承受過載的齒輪採取齒向修形見圖1和齒頂齒廓修形見圖2的措施，這樣可以使齒輪在齒工作面的中部承載，且區域分佈均勻，避免了由於齒輪齒端承受過載現象的發生，不容易斷齒，使其能夠平穩齧合，提高傳動穩定性，降低了噪聲。

　　A：齒向修形量按下式計算：

　　△s1=4fHβ

　　2.2mn+5≥△b1≤0.1b2+5

　　式中：△s1-齒端修形量;fHβ-齒向線角度誤差;△b1-齒向端部修形長度;b1-小齒輪齒寬;b2-大齒輪齒寬，齒向修形只需修一對齒輪的小齒輪。

　　B：齒頂齒廓修形即漸開線的齒頂部分修去△Sa。

　　△Sa一般按模數取經驗數，參考資料見表1，修形高度△h=0.3至0.5mn。修形角αk=0.25°至0.5°，小模數取較大值，大模數取較小值。

　　2.3 控制減速器內部關鍵件

　　齒圈和行星架是行星減速器內部最為重要的兩個部件，也是體積和質量最大的兩個零件。二級行星圓柱齒輪減速器內齒圈最常用的材料為42CrMo，熱處理方式為調質處理後氮化處理。對於模數較大的內齒圈合理的加工工藝應採用採用粗插齒→調質→半精車→精插齒以消除插齒後的應力的方式，這樣可為後續熱處理變形的控制打好基礎，最終宜採用氮化處理，即可將其變形量控制在最小，亦可提高齒圈的承載能力。為了保證齒輪軸的位置度以及各行星軸孔與行星架基準軸線的平行度，對於行星架的加工應採用統一基準，關鍵部位最好通過一次裝卡完成。

　　合理應採用硬齒面來提高齒輪機械效能，為了齒輪保證精度等級，二級行星圓柱齒輪在加工製造過程中基準應該統一，且精加工完成後應磨齒。

　　2.4 提高裝配質量

　　裝配質量直接影響減速器噪聲等級的大小，因此在減速器裝配過程中應注意以下事項：

　　①裝配前仔細檢查各零部件，認真清洗乾淨，不允許留有毛刺等。組裝時各級齒輪應能正常轉動，保證各級齒輪齧合齒面良好以及齧合側隙準確無誤，保證定位零件如軸套的固定可靠，避免齒輪端面在運轉過程中發生振擺等現象。對於採用浮動均載機構的行星傳動，為了降低噪聲以及減少發熱，得到較好的浮動和均載效果，對於每一件浮動構件與相鄰的兩端零件之間應留有δ=0.5-1.0mm軸向間隙。

　　②軸承在運輸、裝配過程中要避免碰撞以及劃傷，安裝時內圈必須緊貼軸肩或定距環，安裝過程中避免施加不當的敲擊，軸向間隙需要安裝時給定、調整。

　　③按出廠檢驗標準對減速器進行試執行跑合，待結束後更換潤滑油。

　　2.5 日常維護與保養

　　減速器組裝完成後，其噪聲等級即已產生。為了使減速器噪聲保持在較低的噪聲等級範圍內，我們需要對減速器進行定期維護和保養，雖然這種做法不能直接降低減速器固有噪聲等級，但是可以使減速器抵抗噪聲等級劣化的能力得以提高，使其壽命得到合理的利用。因此定期檢查和更換齒輪潤滑油，可以使齒輪及軸承一直處在良好的潤滑環境下，不但表面能光滑接觸，還可以及時散熱，使減速器達到平穩傳遞運動的效果。

　　3 結語

　　縱軸式掘進機用二級行星圓柱齒輪減速器產生噪聲主要來源於零部件的設計的合理性、製造工藝的合理性、裝配質量的好壞及維護保養是否到位，因此優化齒輪結構及合理的引數設計、提高製造精度及製造工藝的合理性、提高裝配質量及及時的維護保養是降低減速器噪聲的有效途徑，也是產品在行業競爭之本。

　　參考文獻：

　　[1]成大先.機械設計手冊第四版[M].北京：化學工業出版社，2002：1-3.

　　[2]楊玉致.機械噪聲控制技術[M].北京：中國農業機械出版社，1983：5-6.

　　[3]周新祥.噪聲控制技術及其新進展[M].北京：冶金工業出版社，2007，4：2-5.