減速機也稱減速器,是由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動或蝸桿傳動所組成的獨立部件,安裝在原動機和工作機之間,起降低轉速和增大轉矩的作用。
1926 年,德國科學家 L. Braren 在前人提出的少齒差行星傳動原理的基礎上研究出了擺線針輪傳動,并設計出采用擺線針輪傳動的減速器。20 世紀 30 年代末期,這項技術被日本住友株式會社引入,并投入生產。中國于1960年初開始研究擺線傳動裝置。日本于 1969 年研究出新型擺線針輪減速器,并投入生產使用。20世紀的80年代,為了滿足日益提高的精度需求,日本帝人(TEIJINSEIKICo.,Ltd)基于傳統擺線針輪傳動,實現了新的技術突破,研究出具有較高精度的擺線針輪減速器,稱為RV減速器。1990年,專用于汽車的2K-V型擺線針輪行星減速器在上海減速機廠成功研發。1999年,RV250AII減速器由大連交通大學和秦川機床合作研發2003年,顧燦春利用可靠性優化設計的方法重新設計了圓柱蝸桿減速器。2017年,王嘉寧等人為了完善嚙合力的計算公式,提高RV減速器的擬合剛度,分析了擺線輪修形對初始間隙以及嚙合齒數的影響。
減速機按傳動原理可分為普通減速機和行星減速機兩類,廣泛應用于冶金、礦山、起重、運輸、水泥、建筑、化工、紡織、印染、制藥、醫療、美容、保健按摩、辦公用品等行業。
發展歷程
20世紀20年代,德國科學家首次證明了圓弧和擺線齒廓可以實現共軛傳動,能夠滿足齒廓嚙合定傳動比條件,同時提出了以外擺線為齒廓的少齒差傳動。1926 年,德國科學家 L. Braren 在前人提出的少齒差行星傳動原理的基礎上研究出了擺線針輪傳動,并設計出采用擺線針輪傳動的減速器,稱之為擺線針輪行星傳動減速器。20 世紀 30 年代末期,這項技術被日本住友株式會社引入,并投入生產,當時所生產的減速器可以用于實際的傳動,但是精度還有很大的提升空間。20 世紀 50 年代,日本購買擺線針輪傳動專利。中國于1960年初開始研究擺線傳動裝置。日本于 1969 年研究出新型擺線針輪減速器,并投入生產使用。20世紀六十年代末,東北地區工學院和大連交通大學等高校陸續開展擺線傳動原理、受力及生產工藝等方面的研究。20世紀的80年代,為了滿足日益提高的精度需求,日本帝人基于傳統擺線針輪傳動,實現了新的技術突破,研究出具有較高精度的擺線針輪減速器,稱為RV減速器。1986年日本帝人公司取得了RV減速器方面的碩果,實現了減速器的商業化,占據全球 60%左右的市場。
1990年,專用于汽車的2K-V型擺線針輪行星減速器在上海減速機廠成功研發。1997年,何衛東”等學者在“機器人用新結構高精度擺線針輪傳動設計理論與方法研究”這一國家863項目的支持下,對RV減速器傳動做了十分詳盡的研究。1999年,RV250AII減速器由大連交通大學和秦川機床合作研發。2003年,顧燦春利用可靠性優化設計的方法重新設計了圓柱蝸桿減速器,不但減小了產品體積,傳動效率也大大提高。2013年,陳來利等人使用Pro/E 軟件對RV減速器實體建模,為了證明所建虛擬樣機模型的可行性,他們采用“先將模型導入ADAMS中進行仿真,再通過理論計算結果與仿真數據對比”的方法。2015年,顏利娟分析并計算了SEJIN減速器整機的傳動比以及傳動效率,成功將SEJIN減速器的回差限制在60arcsec左右。2017年,王嘉寧等人為了完善嚙合力的計算公式,提高RV減速器的擬合剛度,分析了擺線輪修形對初始間隙以及嚙合齒數的影響。
工作原理
原理主要在于將輸入軸上的齒數少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來實現速度的降低,傳動比即大小齒輪的齒數之比。這一過程本質上是通過速度與扭矩的轉換實現的“速度換力量”機制。
基本構造
減速機的主要部件組成有傳動零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體以及減速機附件等。其主要的結構有三大部分:
齒輪、軸及軸承組合
將小齒輪和軸組成在一起可稱為齒輪軸,一般來說,當軸直徑和齒輪齒根圓直徑的大小相差不是很大時,我們會選取齒輪軸的結構,將前者的直徑記為 d,后者記為 df,則當 df-d≤(6~7)mn 時,采取齒輪軸結構。而當 df-d>(6~7)mn 時,不能選取齒輪軸結構,而是將兩者分開成兩個零件。低速軸和大齒輪就不能是齒輪軸結構,其在軸與齒輪的固定上一般選擇平鍵連接,并且利用軸肩、軸套和軸承蓋來對軸上的零件進行軸向固定。
箱體
箱體作為減速機主要的構成部分之一,它需要承載所有零部件的壓力,所以必須具備一定的強度和剛度。對于需要承受重載或者強沖擊力的箱體,則其強度和剛度要求也會增加,其材料選擇至關重要,通常用灰鑄鐵制造。而在一般生產線中,為了減少步驟,節約成本,直接用鋼板焊接即可。箱體的上箱蓋和下箱體則使用螺栓進行聯接。軸承座的結構對于箱體的剛度的影響很大,為了保證其剛度,一般在軸承座上設計凸臺,并在軸承口附近添加支撐肋。箱體底座一般是不平整的,這樣可以減少加工面積,但是必須在保證平穩的前提下。
減速機附件
齒輪、軸、軸承的組合設計和箱體結構、剛度及硬度的設計對減速機的正常運行有很大影響,除此之外減速機的正常工作還應該考慮以下幾個方面:能加油、能排油、能檢查油面高度以及箱蓋與箱座能精確定位等。
(1)檢查孔。在減速機的箱體上設有檢查孔,通過檢查孔可以向減速機中注入潤滑油,并且可以檢查各部分零件的情況。
(2)通氣器。一般在減速機運行時,箱體內溫度會升高,從而導致氣體膨脹,壓力增大,若沒有設置通氣器,則會使箱內外壓力失衡,而使箱體內的潤滑油滲漏,導致不必要的損失。
(3)軸承蓋。軸承蓋的作用主要是固定軸系部件以及承載軸向載荷的作用力。軸承蓋含有兩種不同的結構,分別是凸緣式和嵌入式。嵌入式軸承蓋的優點是零件數目較少,結構簡單美觀,但和凸緣式軸承蓋相比,在拆裝檢查上較為繁瑣。
(4)定位銷。箱蓋與箱座的連接需要固定,以防止在拆裝過程中,人工的誤差使軸承座孔的加工精度下降。在精加工之前,都應該安裝定位銷保持固定,保證精度要求。
(5)油面指示器。油面指示器用于檢查內油池油面的高度,則為了保證指示高度的精度,一般要安裝在較為平整的部位。并且為了保證油面指示器的準確度,油池內不能沒有油。
(6)放油螺塞。油箱中一般設有放油螺塞,以便在放油時,可以排出油箱底部的油,并且在清洗油箱時,放油螺塞也可以方便排出污水,所以放油螺塞一般設置在底部,通常用螺塞將放油孔堵住,為了防止油箱滲漏,造成損失,還應該添加墊圈。
(7)啟箱螺釘。為了防止由于使用密封膠從而導致箱體難以開蓋,一般情況下可以在加工時在連接處開1~2個螺孔,則可以通過旋入起箱螺釘來打開箱蓋,避免因強制開蓋而對箱體咋熬成損害,增加了系統的簡便度。在使用起箱螺釘開蓋時旋動啟箱螺釘即可。
基本分類
減速機按傳動原理可分為普通減速機和行星減速機兩類。全部為齒輪系傳動的稱為普通減速機,主要是行星輪系傳動的稱為行星減速機。在沒特別說明的情況下,減速機指的都是普通減速機。
普通減速機
普通減速機的形式很多,分類方法也各不相同。
(1)按傳動的類型分為圓柱齒輪減速機、圓錐齒輪減速機、蝸桿減速機、圓錐-圓柱齒輪減速機和蝸桿-圓柱齒輪減速機等。過程設備上攪拌器的傳動裝置,在選用不到其他合適的減速機時,可直接或改裝后采用圓錐齒輪減速機。
(2)按傳動的級數分為一級、二級、三級和多級減速機。兩級和兩級以上的圓柱齒輪減速機的布置形式又有展開、分流式和同軸式等。盡管減速機有多種形式,但它們在結構上沒有本質的差別,都是由齒輪、蝸桿和蝸輪、軸、軸承、箱體等基本零件配置而成,都需要考慮潤滑、密封、調整等問題。
行星減速機
行星齒輪減速機的突出特點是傳動效率可以很高傳動比范圍廣,傳遞功率也可以從幾瓦到幾十萬千瓦,而體積和質量卻比普通齒輪、蝸桿減速機小得多。行星減速機有漸開線齒輪減速機、擺線針輪減速機和諧波齒輪減速機等。它們都具有傳動比大、結構緊湊、相對體積小等特點。但總的說,行星減速機結構比較復雜,對制造精度要求較高。但隨著制造工藝的改進,行星減速機在化工生產中得到日益廣泛的應用。行星減速機的類型很多,選擇時應考慮結構尺寸、傳動比范圍、傳遞的功率和效率等因素。一般來說,轉化機構傳動比為負的行星輪系總比轉化機構傳動比為正的行星輪系效率高,當傳遞功率較大時,需要優先考慮其效率。
應用領域
減速機廣泛應用于冶金、礦山、起重、運輸、水泥、建筑、化工、紡織、印染、制藥、醫療、美容、保健按摩、辦公用品等行業。
工業生產線:減速機在工業生產線中被廣泛用于各種機械設備的傳動,如輸送帶、攪拌器、包裝機、卷取機等。
交通運輸:在交通運輸領域,減速機被用于汽車的變速箱,將發動機高速低扭矩的動力轉換成車輪所需的低速高扭矩的動力。
電力傳輸:減速機在電力傳輸系統中用于風力發電機和太陽能發電機等可再生能源設備,將風輪或光伏板產生的高速運動轉換成發電機所需的低速高扭矩。
機械制造:減速機廣泛應用于各類機械設備,如鉆床、銑床、沖床、注塑機等,以適配不同加工要求。
印刷設備:印刷設備中的減速機通常用于傳動印刷、送料輥等部件,確保印刷過程的精準和穩定性。
化工工藝:化工設備中的減速機常用于攪拌器、攪拌桶、混合設備等,以實現不同反應和混合過程的控制。
礦山設備:礦山設備中常使用減速機,如輸送機、提升機、破碎機等,以適應不同礦石的處理和輸送要求。
紡織機械:紡織機械中的減速機用于驅動紡紗機、織布機等,確保紡織過程的穩定和均勻。
農業機械:農業機械中的減速機用于驅動收割機、植保機、拖拉機等,以提高農業生產效率。
建筑工程:在建筑工程中,減速機用于塔吊、攪拌車等設備,以滿足不同工地要求。
總的來說,減速機在工程和機械領域扮演著重要的角色,它們提高了機械設備的傳動效率和穩定性,同時適應了不同領域的動力需求。
發展趨勢
(1) 結構的簡約化,重量的輕量化。以往,中國減速機制造企業往往采用粗放式的生產制造方式。近年來,隨著技術的發展,原材料價格的上漲,減速機制造業已經致力于建設集約式生產模式。作為大型設備的軋機減速機由于要求高、體積大,在制造時相應的成本也不斷提高,因而設計研發結構簡約化、重量輕量化的減速機系列產品是發展趨勢,而且可以以此來迅速提高減速機銷售份額。降低生產成本,提高產品質量,優化售后服務已成為共識。
(2) 微型化、集成化發展。隨著減速機技術的不斷進步,工業制造技術的不斷跨越,設備零部件有向微型化發展。相對而言,減速機配套裝置,如電機,馬達的小型化,微型化的設計和應用,不但方便了微型化發展的各種機械裝置,如人型機器人等,而且為減速機的發展指明了方向。作為簡單、可靠、經濟的變速方式,必須做出與其主體設備相應的發展 ,否則將會有淘汰的危險。隨著各種設備的集成化的高速發展,電機與減速機的集成化已經日臻成熟,小型化,微型化減速電機的出現就充分證明了這一點。
(3) 結構形式的多樣化。減速機從最簡單的圓柱直齒減速機發展開始,經過不斷的發展和改進,現已經發展為齒輪式減速機、蝸桿式減速機和行星齒輪式減速機三大系列。隨著科學技術的發展,將會有更合理的結構和樣式出現,多樣化是必然趨勢。
參考資料 >
減速機工作原理搞不懂?3分鐘吃透動力傳遞邏輯,新手也能入門.搜狐網.2025-10-26
減速機的應用領域 .百家號.2023-11-24