减速器输出轴的设计及加工.docx

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减速器输出轴的设计及加工

减速器输出轴的设计及加工

1减速器的领域

减速器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，减速机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。

按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥－圆柱齿引轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。

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、行星齿轮减速器及蜗杆减速器，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。

2轴的概述

传动件必须支承起来才能进行工作，用来支承传动件的零件称为轴。

轴本事又必须被支承起来，轴上被支承的部分称为轴颈，支承轴颈的支座称为轴承。

轴的结构和尺寸是由被支持的零件盒支承它的轴承的结构和尺寸决定的，是重要的非标准零件。

轴的主要作用是支承回转零件，并能传递运动和转矩。

轴是组成机器的重要零件之一，轴的工作情况好坏直接影响到整台机器的性能和质量。

根据承载性质的不同，轴可分为心轴、传动轴和转轴。

只承受弯矩而不承受转矩的是心轴。

心轴按其是否转动又分为转动心轴和固定心轴。

转动心轴是工作时随转动件一起转动，轴上承受的弯曲应力是按对称循环的规定变化的。

固定心轴是工作时轴不转动，轴上承受的弯曲应力是不变的，为静应力状态。

只承受转矩不承受弯矩或承受很小弯矩的事转动轴。

既承受弯矩又承受转矩为转轴，转轴是机器中最常见的轴。

根据轴线的形状不同，轴又可分为直轴、曲轴和挠性轴。

轴线为直线的轴称为直轴，直轴按其外形不同又可分光轴和阶梯轴。

光轴是各轴段直径相同的直轴。

光轴形状简单、加工容易、应力集中源少，主要用作传动轴。

阶梯轴是各轴段面的直径不同的直轴。

这中设计使各轴段的强度相近，而且便于轴上零件的装拆和固定，因此阶梯轴在机器中的应用最为广泛。

直轴一般都制成实心轴，但为了减轻质量或为了满足有些机器结构上的需要，也可以采用空心轴。

曲轴是轴线为曲线的轴。

常用于往复式机器和行星轮系中。

挠性轴是轴线可按使用要求变化的轴。

它可以将转矩和旋转运动绕过两个障碍传到所需位置，常用于建筑机器中的捣振器、汽车中的转速表等。

轴是由轴颈、轴头、轴身组成的。

轴颈是轴上与轴承配合的部分。

根据轴颈所在的位置又可分为端轴颈和中轴颈。

轴头是安装轮毂的部分。

轴身是连接轴颈和轴头的部分。

3轴的材料

主要承受弯矩和扭矩。

轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。

轴的材料从以下中选取。

3.1碳素钢

优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。

例如：

35、45、50等优质碳素钢。

一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理 。

轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。

3.2合金钢

合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。

多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。

例如：

汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。

滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。

3.3球墨铸铁

球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。

例如：

内燃机中的曲轴。

4

轴的尺寸

4.1最小轴径的计算

由于减速器重工作时要承受各种负荷和冲击载荷并且要具有较高的耐磨性能，因此该轴材料选用45钢即可满足其要求，所以选用45调质，硬度217~255HBS，根据文献表查得，c取107~118，n=70由式得：

考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将直径加大3%~5%，取d1=50mm。

4.2轴的各段直径和长度确定

轴的直径应满足强度和刚度要求。

此外，还要根据轴上零件的固定方法、拆装顺序等定出各轴段基本直径。

轴的最小直径确定：

开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点位置，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及强度、刚度等校核计算。

如轴上有一个键槽，为了弥补轴的强度降低，则应将算得的最小直径增加3%~5%；如有两个键槽可增加7%~10%。

如该处装有联轴器等标准件，还需符合联轴器或其他标准件的标准孔径。

其余各轴段直径的确定：

轴的其余各段直径可由最小直径依次加上轴肩高得到。

因此只需确定各轴肩的高度，就可确定各轴段直径。

轴段①：

为轴的最小直径，由上面计算可得到，d1=50mm。

L1=45mm。

轴段②：

d2=d1+2h1,h1是定位轴肩，由文献表得知：

h1=（0.07~0.1）d1=（0.07~0.1）×50=3.5~5.0mm，故d2=d1+2h1=58mm。

L2=a+s+轴承盖宽+lmm，取a=20mm,s=8mm，盖宽度无法确定，初定为15mm，取l=12,最后L2=55mm，

轴段③：

d3=d2+2h2，故d3=d2+2h2=67mm。

L3=

轴段④：

d4=d3+2h3，h3为非定位轴肩，由于轴承安装要求，由文献表得h取2mm,但考虑到加工，取h2=2.5mm。

故h4=d3+2h3=71mm。

轴段⑤：

d5=d4+2h4，故d5=d4+2h4=76mm。

轴段⑥：

d6=81mm。

选定轴的结构细节，如圆角、倒角及退刀槽等的尺寸。

按设计结果画出轴的结构草图。

5轴的结构工艺性

轴和轴上零件的结构、工艺及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响，应考虑以下几个方面。

5.1尽量制成阶梯轴

对于只受转矩的传动轴，为了使各轴段剖面上的切应力大小相等，常制成光轴或接近光轴的形状；对于受交变弯曲载荷的轴，考虑到中间处应力大且便于零件的装拆，一般制成中间大、两头小的阶梯轴。

所有键槽应沿轴的同一母线布置，以方便加工，降低加工成本。

5.2减少应力集中，提高轴的疲劳强度

在直径突变处应平缓过渡，制成的圆角半径尽可能取得大些。

还可采用减载槽、中间环或凹切圆角等结构来减少应力集中。

5.3考虑加工、安装工艺设计轴的结构

当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或砂轮越程槽；为了磨削轴的外圆，在轴的端部应制有定位中心孔；对于过盈联接，其轴头要制成引导装配的锥度。

5.4合理布置轴上零件

改变轴上零件的布置，有时可使轴上得载荷减小。

轴上作用的最大转矩为T1+T2，如果输入轮布置在两输出轮之间，则轴上所受的最大转矩将由（T1+T2）降低至T1。

5.5改进轴上零件的结构

改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。

卷筒的轮毂很长，轴的弯曲力矩较大，如把轮毂分成两段，则就减少了轴的弯矩，从而提高了轴的强度和刚度，同时还能得到更好的轴孔配合。

6选择减速箱输出轴的加工方法，制定工艺路线

定为基准的选择：

正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定为基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。

（1）粗基准的选择 

粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。

所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定为基准。

用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。

为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。

（2）精基准的选择 

根据减速箱输出轴的技术要求和装配要求，应选择轴右端面0.0250.00835和端面φ0.0410.02830为精基准。

零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。

可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。

两端的中心轴线是设计基准。

选用中心轴线为定为基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。

由于两轴面的精加工工序要求余量小且均匀，可利用其自身作为基准。

零件表面加工方法的确定根据零件图表各表面得加工要求，以及材料性质等各因素该轴为阶梯轴，以车削加工为主，由于ø48的左端面的粗糙度Ra为0.8µm，采用磨削加工。

加工阶段的划分，①划分的原因：

保证加工质量合理，划分加工阶段能合理地使用机床设备，便与热处理工序的安排，便于及时发现毛坯的缺陷，保护精加工过后的表面。

 ②阶段的划分：

减速箱输出轴的加工质量要求较高，其中表面粗糙度要求最高为Ra 0.8µm，另外几处圆跳动也有较高的位置精度要求。

精加工方案的确定，可将加工阶段分为粗加工，半精加工和精加工等几个阶段。

粗加工阶段主要是为了切除各加工表面上的大部分余量，提高生产量。

将右端ø30mm，左端ø35mm的精基准的粗加工完成。

是后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其它表面的精度要求，粗车左右端面。

在半精加工阶段，是为各主要表面的精加工做准备，完成φ0.0250.00835、φ0.050.03440、φ0.080.2435、φ0.0410.02830轴表面的加工。

在精加工阶段，对φ0.0250.00835以及中段φ0.0250.00835两处进行加工。

使其达到规定的质量要求。

车削加工完成后则对ø48左端面，12P9、8P6键槽进行铣削。

工序的集中与分散，该轴的生产类型为小批量生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。

采用通用机床和部分高生产率专用设备，配用专用夹具，与部分划线法达到精度，以减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。

采用工序集中原则，有利于保证各加工面之间的位置精度要求，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数，使生产计划、生产组织工作得到简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短。

加工顺序的安排，

（1）机械加工工序，①按先基准平面后其他的原则：

机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。

先加工精基准面，转中心孔及车表面的外圆。

②按先粗后精的原则：

先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。

③按先主后次的原则:

先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。

后加工次要表面，如铣键槽等。

④先外后内，先大后小原则：

先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的。

⑤次要表面的加工安排：

键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。

⑥对于轴左端ø35mm和中间ø35mm加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。

⑦先面后孔原则：

先加工端面，再铣键槽，钻螺孔。

（2）热处理工序的安排，在切削加工前宜安排正火处理，岂能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。

在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。

最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。

其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。

在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。

 （3）辅助工序的安排，在粗加工和热处理后，安排校直工序。

在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。

在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。

综上所述，该轴的工序安排顺序为：

基准加工——主要表面粗加工——热处理——主要表面半精加工——主要表面的精加工（磨削）——攻螺纹、铣键槽——去毛刺、淬火回火等。

总结

设计减速器输出轴的时候，需要非常的细心慎重。

计算好每个部位的受力情况，如何增大寿命，稳定输出，然后计算出最后的输出轴尺寸。

每个关节都是一步步地紧扣着，不能小看每一个步骤，每个步骤出了错，都可能引起非常严重的意外。