摘要：齿轮减速器作为一种闭式传动装置在原动机和工作机之间不停歇地工作，其目的是使转速降低，转矩增大，在各个领域上起到了不可小觑的作用。长久以来，我们设计圆柱齿轮减速器通常都是根据传统，古板的方式进行的。设计者简单的制定出一套方案，不断的对此套方案进行验算分析，方案如果验算成功，就说明此套方案可行。很明显，这套方案是可以被用来进行设计的，但是这套方案所设计出来的圆柱齿轮减速器会变得笨重。因此对圆柱齿轮减速器进行优化是非常关键的。
关键词：优化设计；圆柱齿轮减速器
引言：齿轮减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置,能够降低原动机转速或增大扭矩,是一种被广泛应用在工矿企业及运输、建筑等部门中的机械部件。长期以来,圆柱齿轮减速器的设计是按传统方法进行的。设计人员按照各种资料、文献提供的数据,结合自己的设计经验,并对已有减速器作一番类比,初步订出一个设计方案,然后对这个方案进行一些验算,如果验算通过了,方案便被肯定了。显然,这个方案是可采用的,但这往往使设计出的减速器有很大的尺寸富余量,造成财力、物力和人力的极大浪费。因此,优化设计圆柱齿轮减速器势在必行。
一、圆柱齿轮减速器相关内容简析
（一）概念
圆柱齿轮减速机，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。圆柱齿轮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。
（二）种类分析
首先，ZQD型圆柱齿轮减速机。ZQD型减速机是在尽量不改变ZQ型减速机的输入输出轴的位置和安装尺寸的前提下，增加一高速级称为三级传动，增加的高速级在上方。ZQD型大传动比圆柱齿轮减速机共有ZQD350+100、ZQD400+100、ZQD650+150、ZQD850+250和ZQD1000+250六种规格；其次，ZQA型圆柱齿轮减速机。ZQA型减速机是在ZQ型减速机的基础上改进设计的，为提高齿轮承载能力，又便于替代ZA型减速机，在外形、轴端和安装尺寸不变的情况下，改变齿轮齿轴材质，齿轮轴为42CrMo，大齿轮为ZG35CrMo，调质硬度齿轮轴为291～323HB，大齿轮为255～286HB。ZQA型减速机主要用于起重、矿山、通用化工、纺织、轻工等行业；再次，ZSC型圆柱齿轮减速机。ZSC减速机在吸取了国内、国外同类产品的设计、制造经验的基础上，经过完善优化而形成的系列产品，广泛适用于冶金、机械、石油、化工、建筑、轻纺、轻工等行业。除此之外，ZQA型圆柱齿轮减速机的性能特点：第一，中心距，公称传动比等主要参数均经优化设计，主要零、部件互换性好；第二，一般采用油池润滑，自然冷却，当热功率不能满足时，可采用循环油润滑或风扇.冷却盘管冷却。
二、圆柱齿轮减速器的故障分析以及分类
（一）故障模式
为了提高圆柱齿轮减速器的可靠性，应该理清造成减速器功能失效的故障模式，以便对可能产生的故障采取预防措施。按照故障发生的界域分类，首先，自身故障。此类故障出自减速器的内部，主要原因在设计、制造、装配。另外，外部故障。此类故障主要来自使用维修以及工程环境变故，例如：润滑冷却系统堵塞，工作机械过载，安装技术损坏等。
（二）故障树分析法
首先，故障树的构造。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在故障树的分析中，首先把需要分析的系统发生故障的事件称为顶事件，然后在它的下边排列出引起顶事件发生的直接原因，称为二次事件或中间事件，根据它们的逻辑关系将顶事件和二次事件连接起来，接着再把造成第二排事件的直接原因列在第三排，这些原因同样称为二次事件，两排第二次事件之间也用逻辑门连接起来，如此连续，知道不能再分解或不必再分解的事件（称为基本事件）为止。另外，圆柱齿轮减速器的故障树。为了对减速器整机失效的因素（事件）进行系列分析，有必要建立圆柱齿轮减速器的故障树，把减速器的失效作为故障树的顶事件，跟踪寻求导致顶事件的中间事件及基本事件，再通过实验与现场应用事件的数据统计，概率分析，从而对产品的可靠性进行预测和评价。
三、减速器优化设计的类型
减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外,通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低的费用等三大类目标。第三类目标的实现,将涉及相当多的因素,除减速器设计方案的合理性外,还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言,该目标最终还是归结为第一类或第二类目标,即减小减速器的体积或增大其承载能力。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾,即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下,减速器的承载能力是有限的;在承载能力一定时,减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来,这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件,把体积(重量)作为优化目标；后一类反之,把一定的体积(重量)作为设计条件,把承载能力作为优化目标。减速器优化设计通常用中心距作为体积(重量)的表征参数。因此,减速器优化设计有两类问题,第一类优化问题:从给定的承载能力出发,以减速器总中心距最小为优化设计的目标；第二类优化问题:从给定的总中心距出发,以减速器的承载能力最大为优化设计的目标。
四、单级减速器的齿数、模数选择原则及其目标函数
单级减速器的齿数、模数选择原则，首先对于软齿面的闭式齿轮传动，易发生齿面点蚀，在满足弯曲强度条件下，在保持中心距最小时，适当增加齿数，减少模数，可增大重合度，传使动平稳，减少轮环直径和齿高，减少加工工时和提高加工精度。另外，对于硬齿面的闭式齿轮传动，容易断齿，应适当减少齿数，增大模数，并同时保证中心距最小，为避免根切。
（一）软齿面单级减速器的优化设计
软齿面单级齿轮减速器的两个齿轮的体积之和的最小值在选择了齿轮的材料和热处理方法后$取决于如何分配小齿轮的齿数、模数以及选择齿宽系数。
（二）硬齿面单级减速器的优化设计
硬齿面单级齿轮减速器的两齿轮的体积之和的最小值在选择了齿轮的材料和热处理方法后，取决于如何选择小齿轮的齿数、模数以及齿宽系数。
五、两级圆柱齿轮减速器的优化设计
两级圆柱齿轮减速器的优化设计首先要考虑总传动比分配的优化设计，再考虑每一级的优化设计，以达到整体结构优化的目标。首先，传动比的分配原则及其目标函。传动比分配的基本原则是：第一，使各级传动的承载能力相等；第二，使各级大齿轮浸入油中的深度大致相等；第三，使减速器获得最小的外形尺寸。
结论：
采用优化设计方法后,在满足强度要求的前提下,减速器的尺寸大大地降低,减少了用材及成本,提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切相关,优化设计是以传统设计为基础,沿用了传统设计中积累的大量资料,同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足,但该设计法仍有其局限性,因此可在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术,形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法,使工程设计技术得以稳定发展。
参考文献：
[1]梁晓华.优化设计方法在齿轮减速器设计上的应用[J].山西机械，2013（3）.
[2]胡新华.单级圆柱齿轮减速器的优化设计[J].组合机床与自动化加工技术，2016（7）.
论文作者:曹翔翔
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/21
标签：减速器论文; 优化设计论文; 齿轮论文; 事件论文; 故障论文; 目标论文; 圆柱齿轮论文; 《防护工程》2018年第21期论文;