二级减速器机械设计论文
减速器是将工作机作用在原动机上，使机械降低本身的转动速度，达到控制的目的。下文是小编为大家整理的关于二级减速器机械设计论文的范文，欢迎大家阅读参考!
二级减速器机械设计论文篇1
减速器设计中虚拟样机技术的应用探讨
摘 要：减速器设计是众多机械工业中必不可少的程序流程，而虚拟样机技术恰恰可以为减速器设计提供帮助，让减速器的设计更加容易，更加高效。本文重点分析如何应用虚拟样机技术设计减速器，以期对众多机械工业设计部门有所帮助。
关键词：减速器设计;虚拟样机技术;应用
减速器的原理是将工作机作用在原动机上，使机械降低本身的转动速度，达到控制的目的，目前，在众多机械工业中使用减速器，大到航空航天，小到我们的自行车，都离不开减速器的作用。在传统的减速器设计中，往往技术人员需要事先制作需要试验的减速器，然后再将这些减速器用作设计研究，在这过程中，会浪费很多制作原件的时间，让设计过程放慢脚步，这不利于企业的发展。所以，采用虚拟样机技术就成为了必然，它能减少设计研发的时间，增加设计的效率，为企业创造更多的价值，还能降低设计成本，对企业来说是非常值得推广的技术。
1 虚拟样机技术
虚拟样机技术，最早诞生于上世纪80年代，它是一种以计算机技术为基础的设计手段，在产品设计研发的过程中，它能把零散的、甚至是不存在的零件组合成一个设计人员想要的完成品，在计算机中建立一个模型，以方便设计人员的分析、整理，还能将这个虚拟的完成品进行试验，以此检验它的性能，为以后的改进设计打下基础。虚拟样机技术采用专业的设计软件进行工作，这些专业的软件非常适合设计人员的需求，上面有数不尽的零件信息，想要什么零件，都能在上面找到，如果实在找不到，还可以自己进行设计，用参数和几何模型就能实现。设计人员通过在软件上，建立产品的模型、虚拟调配以及后期的仿真试验，就能对产品的设计有一个完整的认识，不需要再浪费时间制作原件，只需要动动手指，就能把设计搞定，这是多么高效率的工作方法。
目前，我国也设计出了自主知识产权的虚拟设计软件，名字叫做CAXA。它的功能非常多，包括多角度的模型设计、虚拟模型材料库、虚拟原件库等多种功能，在设计好之后，还能对完成品进行测试，根据测试结果，指出产品的不足，设计人员就能根据这些提示，改进自己的设计，以使效果达到最好。
2 虚拟样机技术在减速器设计中的应用
2.1 对零件进行数字化建模
在这里，我们主要介绍CAXA软件在减速器设计中的应用情况。在确定好减速器的设计方案之后，我们使用CAXA软件进行数字化建模，就是需要的零件的三维模型，这些模型可能在零件库中不能找到，就需要设计人员自己进行设计，根据参数的调整，零件模型能够展现出来，想要什么样的零件，就输入什么数值，软件会自动调整，使结果达到设计人员的需求。例如，设计人员需要轴承的模型，而此时零件库中有一个模型和设计人员的需求有所出入，那就需要对这个零件进行调整，这时，设计人员就可以把这个零件拖到参数改值的项目中，改变参数的数值，因为是非常高级的软件，数值可以精确到小数点后四位，软件就会根据数值的变化，进行调整，使零件的样式达到数值的要求，同时，也使设计人员满意。这对设计人员来说非常方便，有时在现实中往往花费大量的时间来制作原件，现在只需要改变数值就可以，大大提高了他们的工作效率。
2.2 减速器零件模型的虚拟组合
在得到设计人员想要的零件模型之后，就需要对零件进行虚拟组合。此时，设计人员已经获得了很多零件，这些零件有的是现成的，有的是根据自己的要求改的，一个减速器中需要多种多样的零件，光有零件也不能完成设计的任务，此时，就需要对这些零件进行组合，软件可以根据设计人员的指示，将零件模型调到适合的位置，例如轴承在哪、齿轮在哪、箱体在哪等等，设计人员可以把这些零件模型编上号码，在零件模型进行虚拟组合的时候，不至于产生混乱，而且让设计人员能够一目了然，哪个零件在哪，能够清楚地看到，不需要再重新分解开来查找，为设计人员节省了不少时间，同时也提高了效率。
3 减速器虚拟样机的仿真测试
在这里，设计人员应经得到了一个完整的设计模型，也就是减速器虚拟样机。这时候的减速器已经有了非常好的设计方案，就需要对方案进行检验了。在CAXA软件中的减速器虚拟样机，要放到ADAMS软件中进行仿真测试，ADAMS软件能够记录减速器虚拟样机的参数值和属性，并把仿真测试的环境记录下来，包括环境中的虚拟时间、虚拟温度、虚拟湿度等等，同时，它还能为设计人员提供非常精确地测试条件，例如，在1秒之内，可以使转速在0至1420之间随意调节，它都能满足设计人员的要求，还可以对虚拟温度、虚拟湿度进行调节，以达到充分测试的目的。
4 减速器虚拟样机的分析
此时，减速器虚拟样机已经完成了测试，这时候就该进行测试分析了。我们都知道，分析往往是一个非常繁琐的过程，要分析大量的数据，得出各个阶段的结论，然后再对这些结论进行归纳整理，得出最后总的结论，一个分析往往要用掉很长的时间，这对设计成本来说，又是一个挑战。虚拟样机技术就能很好地解决这个问题，它能指出哪里的设计存在问题，在测试中，会对零件进行评分，哪个零件测试结果不佳，就会得很少的分，并且得出各个零件的分数，以便设计人员后期分析时使用。
5 减速器虚拟设计的优化
优化是设计中必不可少的环节，设计人员在运用虚拟样机技术进行测试之后，往往不会得出最完美的设计，这时，就需要对原来的设计进行优化，在前面的几个环节中，设计人员已经达到了设计的建模、组合、测试等目的，接下来，就要根据上述环节进行改进，改进过程中，要充分结合以上的几个环节，不能贸然做出改变，哪个零件的得分不高，就该哪个零件，然后把改过的零件进行组合，再做出虚拟样机，然后在进行测试，测试结束之后在进行分析，如此重复，以达到最佳的设计效果。
6 总结
通过虚拟样机技术，设计人员能够更好地完成设计任务。在传统的减速器设计中，往往技术人员需要事先制作需要试验的减速器，然后再将这些减速器用作设计研究，在这过程中，会浪费很多制作原件的时间，让设计过程放慢脚步，这不利于企业的发展。所以，采用虚拟样机技术就成为了必然，它能减少设计研发的时间，增加设计的效率，为企业创造更多的价值，还能降低设计成本，对企业来说是非常值得推广的技术。
参考文献：
[1]张鸣，任建平，毛鸿伟.基于虚拟样机的机械设计方法[J].机械设计，2006(11).
[2]万加桔，李D.工程机械设计中虚拟样机技术的应用[J].江西建材，2006(04).
二级减速器机械设计论文篇2
掘进机二级行星减速器噪声浅析
摘要： 本文从掘进机二级行星圆柱齿轮减速器的设计、制造、装配及维护方面分析噪声产生的原因，并提出了减小噪声的相应措施。
关键词： 行星圆柱齿轮减速器;噪声分析;噪声控制
0 引言
随着掘进机产业的规范化，产品质量是衡量产品好坏的主要性能指标。在现代掘进机产品行业竟争越来越激烈的情况下，开机率越来越受到人们的重视，而截割减速器作为工作机构的传动件是影响其效率的重要因素之一。减速器噪声的大小直接影响工人对机组的正确判断，本文将从纵轴式掘进机用二级行星圆柱齿轮减速器的结构设计、加工制造、车间装配及井下维护方面加以分析减速器产生噪声的原因，提出能降低其噪声的一些措施，以保证减速器的使用性能，进而改善工人工作环境，降低工人劳动强度。
1 掘进机二级行星圆柱齿轮减速器的主要噪声来源
1.1 设计
设计包括结构设计及参数设计两方面。其中参数设计主要指标为重合度，其代表着同时参与啮合的齿轮对数。减速器工作时，参与啮合的齿轮平均对数越多，表明其重合度系数越大，此时齿轮受力合理，传动就比较平稳，产生的噪音就越小。结构设计指内部轴系和孔系配合要求合理，间隙不能过大或过小。间隙太大，起不到配合的效果，容易发生偏移，产生不必要的摩擦，增加噪声等级;间隙过小容易造成轴承之类的零件转动不灵活，也容易增加噪声等级。
1.2 精度
齿轮的制造精度决定着二级行星圆柱齿轮减速器的噪声值。齿轮精度越高，则齿面越光滑，相互啮合的齿面接触区域就越均匀密集，如果整个啮合齿面上的接触区域越多越密集，其产生噪声就越低。反之如果齿轮精度越低，则啮合齿面就越粗糙，相互啮合的齿面接触区域就越小且分布不均，导致齿轮在其宽度方向上啮合不充分，在工作过程中则会运转不稳定，严重时会产生剧烈的冲击，提高其噪声等级。
1.3 齿面点蚀
目前硬齿面齿轮在掘进机中被广泛应用，主要是由于其具有传动质量好、承载能力高、重量轻、体积小等优点，能满足掘进机的恶劣工况。掘进机二级行星圆柱齿轮减速器在井下运转一定时间后，由于环境因素的影响，在齿轮啮合面经常会出现麻点即点蚀。虽然选用的是硬齿面齿轮，表面硬度比较高，点蚀现象不容易发生，但是一旦有点蚀发生，就很不容易跑合，由于井下检修减速器非常困难，所以不容易被发现，于是随着时间的推移，工作时间的累积，被点蚀的齿面会不断受到冲击，点蚀区域也就随着不断扩大，最终使得整个齿面受到破坏，增大了齿轮啮合时产生冲击，使得噪声等级增加。而点蚀产生的金属碎屑在箱体内随着润滑油不断的冲击齿轮，加快了齿面的磨损，进而导致整个减速器产生更大的噪声。
1.4 加工误差
加工误差主要有齿距累积误差及齿形误差两种。齿距累积误差是指在加工齿轮时，毛坯在机床上的旋转轴线和成品齿轮在减速器内工作时的旋转轴线相互不重合，从而造成齿轮各个齿的厚度不均匀。齿形误差主要是指加工齿轮的刀具在制造、磨刃和装卡中存在的误差导致成品齿轮齿面出现齿形不对称，以及在根切后续加工中校正不充分，使得齿轮在工作过程中出现不平稳以及脉动、根切及打齿现象从而产生噪声。
行星架在加工制造过程中，机床选择不合理，不能一次装卡完成所有孔系的加工，会对行星轮轴位置度产生偏差，直接导致齿轮副的侧隙发生变化，如果侧隙过大，在传动件正反转换向时将会产生巨大的冲击，从而产生噪声。内齿圈加工过程中，由于机床和装卡误差会导致齿面产生径向跳动误差，而这直接影响到二级行星减速器内浮动件的浮动量，过大的偏差会使得浮动件产生振动现象，进而引发噪声;在热处理工序中，如果选择的工艺不当，热处理后会造成内齿圈齿向、齿形以及齿距等一系列参数都发生变化，这也能导致使用过程中产生噪声。
1.5 齿面弹性变型
现有大型掘进机均使用在岩巷，所以截割用的二级行星减速器均需承受重载，因此齿轮在设计时都是硬齿面，表面均做过热处理，这样导致齿轮齿面的弹性变形会很大，而由于其极差的跑合性，导致齿轮在受重载啮合时较大的变形会引起冲击，进而产生噪声。
1.6 装配误差
装配时由于齿侧间隙未调整到设计值以及零件清洗不干净，都会导致齿轮啮合时出现振动产生噪声，或者在装配时由于个别零部件未安装到位，产生松动，导致齿轮定位不准，处于非正常啮合位置，也会因为轴向移动而产生振动和噪声。
1.7 维护不当
掘进机减速器在长期使用过程中，由于井下环境恶劣，工作强度大，齿轮工作时必然磨损齿面，如果此时润滑油不能及时充分供给，以及冷却系统不能正常工作，润滑油不能及时更换，这些都将导致受损齿面的加速磨损，当磨损达到一定的严重程度时，齿面精度发生变化，啮合区域也发生变化，减速器噪声就会增大。
2 降低减速器噪声的措施
针对以上这些噪声的产生都原由，我们应从以下几个方面加以控制：
2.1 齿轮参数设计的改进
在设计时在保证强度要求的前提下增大齿轮重合度，选用合理的配合等级，保证浮动件以及轴承的游隙，这些都能提高齿轮传动的平稳性。由于重合度与齿轮齿数以及齿形角有关，因此我们可通过齿轮齿数的增加、齿轮变位系数的加大及将相互啮合齿轮的齿形角都调小，以此来减小轮齿啮合时产生的冲击，从而提高重合度，进而减小齿轮传动时产生的噪声。
2.2 齿轮修形
对中、低速级以及承受重载的齿轮采取齿向修形(见图1)和齿顶齿廓修形(见图2)的措施，这样可以使齿轮在齿工作面的中部承载，且区域分布均匀，避免了由于齿轮齿端承受重载现象的发生，不容易断齿，使其能够平稳啮合，提高传动稳定性，降低了噪声。
A：齿向修形量按下式计算：
△s1=4fHβ
2.2mn+5≥△b1≤0.1b2+5
式中：△s1-齿端修形量;fHβ-齿向线角度误差;△b1-齿向端部修形长度;b1-小齿轮齿宽;b2-大齿轮齿宽，齿向修形只需修一对齿轮的小齿轮。
B：齿顶齿廓修形即渐开线的齿顶部分修去△Sa。
△Sa一般按模数取经验数，参考数据见表1，修形高度△h=(0.3至0.5)mn。修形角αk=0.25°至0.5°，小模数取较大值，大模数取较小值。
2.3 控制减速器内部关键件
齿圈和行星架是行星减速器内部最为重要的两个部件，也是体积和质量最大的两个零件。二级行星圆柱齿轮减速器内齿圈最常用的材料为42CrMo，热处理方式为调质处理后氮化处理。对于模数较大的内齿圈合理的加工工艺应采用采用粗插齿→调质→半精车→精插齿以消除插齿后的应力的方式，这样可为后续热处理变形的控制打好基础，最终宜采用氮化处理，即可将其变形量控制在最小，亦可提高齿圈的承载能力。为了保证齿轮轴的位置度以及各行星轴孔与行星架基准轴线的平行度，对于行星架的加工应采用统一基准，关键部位最好通过一次装卡完成。
合理应采用硬齿面来提高齿轮机械性能，为了齿轮保证精度等级，二级行星圆柱齿轮在加工制造过程中基准应该统一，且精加工完成后应磨齿。
2.4 提高装配质量
装配质量直接影响减速器噪声等级的大小，因此在减速器装配过程中应注意以下事项：
①装配前仔细检查各零部件，认真清洗干净，不允许留有毛刺等。组装时各级齿轮应能正常转动，保证各级齿轮啮合齿面良好以及啮合侧隙准确无误，保证定位零件(如轴套)的固定可靠，避免齿轮端面在运转过程中发生振摆等现象。对于采用浮动均载机构的行星传动，为了降低噪声以及减少发热，得到较好的浮动和均载效果，对于每一件浮动构件与相邻的两端零件之间应留有δ=0.5-1.0mm轴向间隙。
②轴承在运输、装配过程中要避免碰撞以及划伤，安装时内圈必须紧贴轴肩或定距环，安装过程中避免施加不当的敲击，轴向间隙需要安装时给定、调整。
③按出厂检验标准对减速器进行试运行跑合，待结束后更换润滑油。
2.5 日常维护与保养
减速器组装完成后，其噪声等级即已产生。为了使减速器噪声保持在较低的噪声等级范围内，我们需要对减速器进行定期维护和保养，虽然这种做法不能直接降低减速器固有噪声等级，但是可以使减速器抵抗噪声等级劣化的能力得以提高，使其寿命得到合理的利用。因此定期检查和更换齿轮润滑油，可以使齿轮及轴承一直处在良好的润滑环境下，不但表面能光滑接触，还可以及时散热，使减速器达到平稳传递运动的效果。
3 结语
纵轴式掘进机用二级行星圆柱齿轮减速器产生噪声主要来源于零部件的设计的合理性、制造工艺的合理性、装配质量的好坏及维护保养是否到位，因此优化齿轮结构及合理的参数设计、提高制造精度及制造工艺的合理性、提高装配质量及及时的维护保养是降低减速器噪声的有效途径，也是产品在行业竞争之本。
参考文献：
[1]成大先.机械设计手册第四版[M].北京：化学工业出版社，2002：1-3.
[2]杨玉致.机械噪声控制技术[M].北京：中国农业机械出版社，1983：5-6.
[3]周新祥.噪声控制技术及其新进展[M].北京：冶金工业出版社，2007，4：2-5.