机械设计基础程设计指导书.doc

.可编辑修改，可打印别找了你想要的都有！ 精品教育资料全册教案，试卷，教学课件，教学设计等一站式服务全力满足教学需求，真实规划教学环节最新全面教学资源，打造完美教学模式机械设计基础课程设计指导书前言本书是根据工科院校机械类专业机械设计基础教学大纲编写的。可作为工科院校机械类、机电结合类专业机械设计基础课程设计课程的教学用书，也可供有关专业师生和工程技术人员参考。本书以齿轮减速器及以齿轮减速器为主体的一般机械传动装置的设计过程为例，按照课程设计的一般步骤，对课程设计从准备到编写设计计算说明书与准备答辩的全过程，逐一作了具体、扼要的阐述，并注意讲清楚设计中各个阶段的设计思想及设计方法，注意设计思路和方法的引导，启迪学生在融汇贯通的基础上进行设计。针对目前课程教学中的薄弱环节及设计中易出现的错误，除加强了结构设计方面的内容外，还用大量的图例，采用正误对照的形式，表达设计中常见的错误结构，使学生在设计中少走弯路。学生使用本书经教师适当指导就能独立完成课程设计。本书将设计指导书、参考图例、有关标准规范和设计资料及设计题目等有机地结合起来编成一本书，使本书内容更加完整、系统、适用，既便于教学使用，又能减轻学校和学生的负担。本书采用了最新国家标准、规范和设计资料。为了缩减篇幅和便于使用，书中摘录的标准和规范都根据常用的参数范围进行了精心压缩和编排。245.目录前言2目录3第一章 概 述5第一节 机械设计基础课程设计的目的5第二节 机械设计基础课程设计的内容5第三节 机械设计基础课程设计的一般步骤5第四节 机械设计基础课程设计的要求和注意事项6第二章设计题目8第一节机械设计基础课程设计任务书8第二节 设计工作量和进度安排13第三章 机械传动装置的总体设计14第一节 分析和拟定传动方案14第二节 选择电动机15第三节 总传动比的计算与分配17第四节 传动装置的运动和动力参数计算19第五节 传动装置的总体设计示例21第四章 传动零件的设计计算25第一节减速器外传动零件的设计25第二节 减速器内传动零件的设计25第五章 减速器的结构与润滑27第一节减速器的结构27第二节 减速器的箱体结构28第三节 滚动轴承组件的结构设计41第四节 减速器的润滑与密封46第五节 减速器附件的结构设计61第六章 装配图的设计及绘制70第一节 装配图设计的准备70第二节 装配草图的设计及绘制88第三节 装配草图的检查和修改110第四节 完成减速器装配图116第七章 零件工作图的设计与绘制124第一节 轴类零件工作图的设计及绘制124第二节 齿轮类零件工作图的设计与绘制131第三节 铸造箱体工作图的设计及绘制140第八章 编制设计计算说明书与准备答辩149第一节设计计算说明书的要求149第二节 设计计算说明书内容与格式150第三节 准 备 答 辩151第九章 计算机辅助课程设计155第十章 机械设计常用数据、标准和规范156第一节 常用数据和一般标准156第二节 材料166第三节 联接与紧固172第四节 键、销联接192第五节 滚动轴承194第六节 联 轴 器208第七节 润滑与密封217第八节 公差配合与表面粗糙度225第九节 渐开线圆柱齿轮精度(摘自GBl009588)235第十节 锥齿轮和准双曲面齿轮精度242第十一节圆柱蜗杆、蜗轮精度246第十二节电动机251主要参考书目255第一章 概 述第一节 机械设计基础课程设计的目的机械设计基础课程设计是学生学习机械设计基础课程后进行的一项综合训练。其主要目的是：通过课程设计，可以巩固、加深机拭设计基础及有关课程的知识，提高学生综合运用这些知识去分析和解决问题的能力；学习和掌握通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法与步骤，为今后学习专业技术知识打下必要的基础；提高学生运用设计资料、国家标准、规范去解决设计问题的能力；提高学生在机械设计中运用计算机的能力。第二节 机械设计基础课程设计的内容机械设计基础课程设计一般选择由本课程所学过的大部分通用机械零件所组成的机械传动装置或简单机械作为设计题目。而减速器包含齿轮、铀、轴承、键、联轴器、及箱体等零件，包括了本课程的主要内容，选择减速器进行设计可以使学生得到较全面的基本训练。故目前主要采用以减速器为主体的机械传动装置作为设计内容。设计的主要内容包括：拟定和分析传动方案；选择原动机、计算总传动比及分配各级传动比、计算传动装置运动、动力参数；传动件的设计；轴的设计及键联接的选择与校核；轴承及其组合部件的设计、联轴器的选择；箱体及附件的设计；润滑和密封的设计；装配图和零件图的设计与绘制；设计说明书的编写。第三节 机械设计基础课程设计的一般步骤机械设计基础课程设计与其他机械设计样，从传动方案的分析开始，通过设计计算和结构的设计，最后以图纸和设计说明书表达设计结果。在设计过程中，由于在拟订传动方案和设计计算及结构设计时，有些初选参数或初估尺寸、经验数据等，因此，随着设计的深入，一些开始时没有出现的问题逐渐暴露出来，这就需要设计时“边计算、边绘图、边修改”，设计计算与结构设计绘图交替进行。机械设计基础课程设计大体按以下几个阶段进行。1设计准备研究设计任务书，明确设计任务和要求，了解原始数据和工作条件；通过参观模型、实物、观看录象片、参阅设计资料等来了解设计对象；拟订设计进度。2传动装置的总体设计分析或拟定传动方案及传动装置的运动简图；选择电动机；计算传动装置的总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、功率、转矩。3各级传动的主体设计设计计算带传动、齿轮传动、蜗杆传动、链传动等的主要参数和尺寸。装配草图的设计和绘制初绘装配草图；选择联轴器进行轴的结构设计；校核铀、键强度及轴承寿命；完成装配草图，并进行检查和修正。5装配工作图的绘制和总成绘制装配图；标注尺寸、配合及零件序号；编写零件明细表、标题栏、技术特性及技术要求。6零件工作图绘制7设计说明书的编写8设计总结和答辩第四节 机械设计基础课程设计的要求和注意事项机械设计基础课程设计是学生第一次进行比较全面的综合训练。在设计过程中必须严肃认真、刻苦钻研、一丝不苟、精益求精，还要积极思考，主动提问，及时向指导教师汇报情况。并注意处理好以下几个问题，才能在设计思想、设计方法和技能上都获得比较大的锻炼和提高：参考和创新的关系。设计是一项复杂、细致的工作，任何设计都不可能是设计者脱离前人长期经验积累的资料而凭空想象出来。熟悉和利用已有的资料，既可避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的重要保证。善于掌握和使用各种资料正是设计工作能力的重要体现。然而，任何新的设计任务总是有其特定的设计要求和具体的工作条件，因而在设计时不可盲目、机械地抄袭资料，而应具体地分析，吸收新的技术成果创造性地进行设计。课程设计应是在教师指导下由学生独立完成。教师的主导作用在于指明设计思路、启发学生独立思考，解答疑难问题，并按设计进度进行阶段审查。学生必须发挥自己的主观能动性，积极主动地思考问题、分析问题、解决问题，而不应过分地依赖教师的作用，避免“知其然，不知其所以然”。标准和规范的采用。设计中采用标准和规范，有利于零件的互换性和加工工艺，可以收到良好的经济效益；也可减轻设计工作量，节省没计时间，也是评价设计质量的指标之一。因此，设计时要严格遵守和执行国家标难。如带轮的直径和长度、齿轮的模数、轴承的尺寸等应取标准值。为了制造、测量和安装的方便，些非标准件的尺寸应尽量圆整成标准数列或选用优先数列，如轴的各段直径的选取。计算和结构要求的关系。设计时的设计计算只是提供一个零件的最小尺寸或提供一个方面的依据，还应根据结构和工艺的要求确定尺寸，然后再校核强度，或者直接根据经验公式计算尺寸。学生应在教师的指导下制订好设订的进度，并按计划保质保量地完成任务。避免“前松后紧”以至后来时间太紧而无法完成任务。第二章设计题目第一节机械设计基础课程设计任务书一、设计任务书格式课程设计的题目应以设计任务书的形式下达给学生。课程设计的任务书应主要包括：设计题目、原始数据、工作条件和设计工作量等，其格式见样本；二、设计题目选列题目(一)设计带式输送机中的传动装置中的一级直齿圆柱齿轮减速器运动简图原始数据已知条件题号1112131415输送带拉力F/N50006000700080008000输送带速度V/（m/s）1.31.351.51.41.45滚筒直径D/mm280270300260290工作条件：输送机连续工作，单向提升，载荷平稳，两班制工作，使用年限10年，输送带速度允许误差为土5。题目(二)设计带式输送机中的传动装置一级直齿圆柱齿轮减速器。运动简图原始数据已知条件题号21222324输送带拉力F/N3200300028002000输送带速度V/（m/s）1.71.71.71.2滚筒直径D/mm600600400400工作条件：传动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的25倍，输送带速度允许误差为土5。两班制工作，工作年限10年。 题目(三)设计皮带式输送机传动装置中的一级斜齿圆柱齿轮减速器。 运动简图原始数据已知条件题号31323334输送带拉力F/N3000340040004200滚筒直径D/mm350300400380卷筒转速n/（r/min）60604040工作条件：单向转动，轻微振动，连续工作，两班制，使用期限5年，卷筒转速允许误差为土5。题目(四)设计链式输送机传动装置中的一级圆锥齿轮减速器。运动筒图原始数据已知条件题号41424344输送带拉力F/N2100240027003200输送带速度V/（m/s）0.70.80.90.9滚筒直径D/mm100125150140工作条件：单向运转，载荷平稳，工作时定期停车，每天工作16小时，减速器工作寿命不低于年，输送链速度允许误差为土5。 题目(五)设计带式输送机传动装置中的一级蜗杆减速器。运动简图原始数据已知条件题号51525354输送带拉力F/N2000220025004100输送带速度V/（m/s）0.80.91.00.85滚筒直径D/mm350320300380工作条件：单向运转，连续工作，空载起动，载荷平稳，三班制工作，减速器工作寿命不低于10年，输送带速度允许误差土。第二节 设计工作量和进度安排要求每个学生应完成以下工作量：1装配图一张。用A2图纸绘制，用三个视图来表示；2零件图一张（主动轮）；3设计说明书一份 (提交电子文档及纸质文档各一份，电子文档的命名：题号_学号_姓名)。4课程设计完成后，进行总结和答辩（每个小组安排1个同学汇报设计工作，时长15分钟，答辩时间9月25号）。设计进度的安排应在教师的指导下进行。序号内容时间（天）1拟定和分析传动方案0.52传动方案的总体设计0.53传动件的设计14轴的设计及键的选择校核15轴承及组合部件的设计、联轴器的选择16箱体及附件的设计0.257润滑和密封的设计0.258装配图和零件图的设计与绘制49设计说明书的编写0.510答辩1第三章 机械传动装置的总体设计传动装置的总体设计，主要是分析和拟定传动方案，选择电动机型号，计算总传动比和分配各级传动比，计算传动装置的运动和动力参数，为设计传动件和装配草图提供依据。 第一节 分析和拟定传动方案机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。传动装置用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置的传功方案是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。满足工作装置的需要是拟定传动方案的最基本要求同一种运动可以由几种不同的传动方案来实现，这就需要把几种传动方案的优缺点加以分析比较，从而选择出最符合实际情况的一种方案。合理的传动方案除了满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。如图31所示为皮带输送机的四种传动方案。现分析比较如下：方案(c)的结构紧凑，但在长期连续运转的条件下，由于蜗杆的传功效率低，其功率损失较大，方案(d)的宽度尺寸较方案(b)小、但锥齿轮的加工比圆柱齿轮困难，方案(a)的宽度和长度尺寸都比较大，且带传动不适应繁重的工作条件和恶劣的环境，但带传动有过载保护的优点，还可以缓和冲击和振动，因此这种方案也得到广泛应用。拟定一个合理的传动方案，除了应综合考虑工作装置的载荷、运动及机器的其他要求外，还应熟悉各种传动机构的特点，以便选择一个合适的传动机构。下面几点内容供选择传动机构时参考。带传动承载能力较低在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但传动平稳，能缓冲吸振，宜布置在传动系统的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。链传动传动平稳性差，宣布置在低速级。斜齿轮传动较直齿轮传动平稳，相对应用于高速级。锥齿轮的加工比较困难，一般宜置于高速级，以减小其直径和模数。蜗杆传动大多用于传动比人而功率不大的情况下，其承载能力较齿轮传动低，宜布置在传动的高速级，以获得较小的结构尺寸。开式传动因工作条件差，润滑不良，一般应布置在低速级。在一般情况下，总是将改变运动形式的机构(如连杆机构、凸轮机构等)布置在传动系统的末端。第二节 选择电动机 电动机是最常用的原动机，具有结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构型式、容量(功率)和转速、确定具体型号。一、类型和结构的选探电动机已经系列化、标准化，在设计时应根据工作载荷(大小、持性和变化情况)、工作要求(转速高低、调速要求、起动和反转的频繁程度)、工作环境(尘上、油、高温及爆炸气体等)、安装要求及尺寸重量的持殊限制等条件进行选择。工业上广泛应用三相交流电动机，尤以三相鼠笼型异步电动机应用最多，其中Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型异步电动机广泛应用于输送机、搅拌机等。煤矿井下及其他有易燃易爆气体的场合应选用防爆电功机，如YB系列电动机。Y系列、YB系列电动机的技术数据见表10110表10113。4、设计链式输送机传动装置中的一级圆锥齿轮减速器设计链式输送机传动装置中的一级圆锥齿轮减速器的运动简图（图4）。图4 设计链式输送机传动装置中的一级圆锥齿轮减速器的运动简图表4 设计链式输送机传动装置中的一级圆锥齿轮减速器的原始数据已知条件题号4-14-24-34-44-54-64-74-8输送带拉力F/N22002600280031002400290028002300输送带速度V/（m/s）0.750.850.9510.850.750.80.95滚筒直径D/mm135130155165155140135145工作条件：单向运转，载荷平稳，工作时定期停车，每天工作16小时，减速器工作寿命不低于10年，输送链速度允许误差为5。二、确定电动机的功率电动机的功率主要根据工作装置的功率来确定。工作装置的功率根据工作阻力和速度确定，即： 或 工作装置的阻力，N，一工作装置的线速度，m 工作装置的效率； 工作装置的转矩，Nm。工作装置的转速，rmin。电动机所需的输出功率：其中为出电动机到工作装置的传动装置总效率，可按下式汁算式中为传动装置中各零部件的效率。机械传动装置的效率见表101。计算传动装置的效率时要注意以下几点：轴承效率通常指一对轴承而言；推荐的效率一般有个范围，当工作条件差、加工精度低、维护不良时应取较低值，反之应取较高值。电动机的额定功率应等于或略大于电动机所需的输出功率，以使电动机工作时不会过热。通常按m(113)Po来确定。三、电动机转速的确定额定功率相同的电动机有四种同步转速可供选用。电动机的转速越高，则磁极越少，尺寸及重量越小，价格也越低；但电动机的转速较高，也引起传动装置的尺寸和重量增大，使成本增加。因此，一般情况下，宜选用rmin、l 500 rmin较合适。选择出电动机后将其主要参数和尺寸填入表31中。表电动机数据电动机型号额定功率同步转速满载转速电动机总重外伸轴径轴中心高传动装置的设计功率，对于专用装置，通常按电动机的实际输出功率来计算；对于通用传动装置，则按电动机的额定功率来计算。而转速则按电动机额定功率时满载转速来计算。第三节 总传动比的计算与分配一、总传动比的计算电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速，就可十算传动装置的总传动比，即，对于起重绞车相信式输送机，。传动比较大时通常采用多级传动，若传动装置由多级串联而成，则必须使各级传动比的乘积和总传动比相等。二、总传动比的分配总传动比的分配是个比较重要的问题。它将影响到传动装置的外廓尺寸、重量、润滑等许多问题。具体分配时应考虑下面的问题：各级传动的传动比最好在其范围内选取，各种传动装置的传动比范围见表32所示；应使各级传动的结构尺寸协调、匀称及利于安装，防止相互干涉，在有带传动的传动装置中，为防止大带轮和底架相碰，通常的办法是使带传动的传动比小于齿轮传动的传动比，即；应使传动装置的外廓尺寸尽可能紧凑；在卧式齿轮减速器中，应使各级大齿轮的直径相近，便于齿轮浸油润滑，由于低速级的圆周速度较低，大齿轮直径可稍大些；注：行星齿轮机构未列入本表，需要时可查阅机械设计手册。传递连续回转运动，还可采用双曲柄机构（一般为不等角速度）和万向联轴器（传递相交轴运动）。传动级数较多时，按“前小后大”的原则，即从高速轴到低速轴的传动比依次增大，这样可使中间轴具有较高的转速和较小的转矩，从而可以减小其尺寸和重量；传动装置的精确传动比在传动件的参数(齿轮、带轮的直径)确定后计算出来，这时应验算工作装置的转速是否在允许的误差范围内，如误差较大，则应重新调整所分配的传动比。此外，对非标准减速器，在分配各级传功比时可参考下面的内容：对于带传动一单级齿轮传动系统，总传动比，一般应使。否则大带轮直径过大，整个传动系统结构不紧凑，不便于安装。对于展开式二级齿轮减速器，欲使高速级和低速级的大齿轮的浸油深度大致相等，应使两个大齿轮的直径相近，一般 (和分别是低速级和高速级的中心距)，故必须使(和分别是高速级和低速级的传动比)，通常取(12一3) 。传动装置的精确传动比与传动件参数(如齿轮、带轮直径等)有关，故传动件参数确定后，应验算工作装置主动铀的实际转速是否在允许范围内，对于转速要求不太严格的工作机构，其转速误差允许在土3一5的范围内。否则应更新分配传动比。第四节 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数是指各轴的转速、功率和转矩，这些参数是设计传动零件(齿轮和带轮)和轴时所必需的已知条件。计算这些参数时，可以按从高速轴到低速轴的顺序进行。下面以图32所示的二级圆柱减速器为例说明计算的方法。设一、各轴的转速二、各轴的功率三、各轴的转矩需要指出的是，设汁通用减速器时，设计功率取电动机的额定功率P，如设计专用减速器时，应将式个的换为。最后，将计算的结果填入下表，供设计传动零件时用。第五节 传动装置的总体设计示例图21为带式输送机的传动装置的运动简图，已知输送带的有效拉力F3000 N，输送带速度 ms，滚筒直径400 mm，连续工作，载荷平稳，单向运转，按所给运动简图和条件，试求：选择合适的电动机；计算传动装置的总传动比，并分配各级传动比；计算传动装置的运动参数和动力参数。解1选择电动机(1)选择电动机类型按工作要求和条件选取Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。(2)选择电动机容量工作机所需的功率其中，带式输送机的效率(查表101)电动机的输出功率其中为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率，包括V带传动、一对齿轮传动、两对滚动轴承及联轴器等的效率，值计算如下：由表1查得v带传动效率，一对齿轮传动效率，一对滚动球轴承效率，联轴器效率，因此所以：根据Po选取电动机的额定功率P使P(113)Po056565kW，并由表查得电动机的额定功率为P55kw。(3)选择电动机的转速先计算工作装置主轴的转速，也就是滚筒的转速，根据表3l确定传动比的范围，取V带传动比，单级圆柱齿轮传动比，则总传动比的范围为电动机的转速范围应为在这个范围内的电动机的同步转速有750 rmln和1000 rmln两种，综合考虑电动机和传动装置的情况再确定最后的转速，为降低电动机的重量和成本，可选择同步转速为1000 rmin。根据同步转速查表1110确定电动机的型号为Y132M26，其满载转速rmin。此外，电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查表得出。2计算总传动比并分配各级传动比(1)计算总传动比(2)分配各级传动比为使带传动的尺寸不至过大，满足，可取3，则齿轮的传动比计算传动装置的运动和动力参数（1)各轴的转速（）各轴的功率（）各轴的转矩最后，将所计算的结果填入下表；第四章 传动零件的设计计算传动零件的设计计算方法、计算步骤和计算公式见机械设计基础教材，此处不再赘述。这里只简述设计时应注意的几个问题。设计时，一般先作减速器箱外传动零件的设计计算，以便确定减速器内的传动比及各轴转速、转矩的精确数值，从而使所设计的减速器原始条件比较难确。第一节减速器外传动零件的设计一、带传动设计(1)带传动常用V带传动，V带已经标准化、系列化，设计的主要内容是确定V带型号和根数，带轮的材料、直径和轮缘宽度，中心距等；(2)注意带轮大小与其他机件的配装或协调关系，如小带轮直径与电动机中心高是否相称，其轴孔直径与电动机轴径是否一致，大带轮直径是否过大导致与机架相碰等。大小带轮直径及带长均应符合标难系列，如果有必要应重新修改前面的设计方案；(3)应计算出v带对轴的压力，因为在分析轴的受力时还要使用。二、链传动设计(1)链传动设计的内容是确定链的节距、排数和规格，链轮材料、直径和轮缘宽度、链轮中心距等；(2)对于较高速的滚于链传动，应尽量选取较少的链节距，当单列链不能满足传动能力时，应改用双列链或多列链；(3)应选用润滑方式和润滑剂牌号。第二节 减速器内传动零件的设计 一、圆柱齿轮传动设计(1)齿轮传动设计需要确定齿轮的材料、模数、齿数、分度圆螺旋角、旋向、变位系数、分度圆、顶圆和根圆、齿宽和中心距等。(2)选择材料时，应注意毛坯的制造方法。当齿轮直径500 mm时，多采用锻造毛坯；当d500 mm时，多采用铸造毛坯。小齿轮根圆直径与轴颈接近时，多做成齿轮轴，材料应兼顾轴的要求。同一减速器各级小齿轮的材料应尽可能统一，以减少材料牌号和工艺要求； (3)齿轮设计时，应注意在确定齿数()、模数()和分度圆螺旋角时，不能孤立地一个一个决定，而应综合考虑。当齿轮传动中心距一定时，齿数多，模数小，既能增加重合度，改善传动平稳性，又能降低齿高减小滑动系数，减轻磨损和胶合。但齿数多，模数小，又会降低轮齿的弯曲强度。对于闭式齿轮传动，一般取l20一40；对于动力齿轮传动，齿轮模数m一般不宜小于2m；对于高速齿轮传动，大、小齿轮的齿数应互为质数。对于斜齿轮，分度因螺旋角不能太大或太小，一般取8一25；(4)要正确处理设计计算的尺少数据，应分别不同情况进行标准化、圆整或求出精确数值。例如，模数必须为标难值，中心距、齿宽应圆整；啮合几何尺寸(节圆、根圆、顶圆和螺旋角等)必须取精确的计算数值，一般精确到小数点后面两位；螺旋角应精确到秒。中心距与大、小齿轮节圆半径之和应相符；(5)齿轮的孔径和轮毅尺寸因与轴的结构尺寸有关，而暂不能确定，另一方面，轮辐、圆角和工艺斜度等结构尺寸可以在零件工作图的设计过程中在确定。二、圆锥齿轮传动设计(1)圆锥齿轮以大端模数为标准值，几何尺寸按大端模数计算。当两轴交角为90时，和由齿轮的齿数比确定，其值要精确，不能圆整；(2)由强度计算求出小圆锥齿轮的大端直径后，选定齿数，求出大端模数并圆整成标准值，即可求出锥距、分度圆直径，这些值应精确计算，不能圆整；(3)齿宽按齿宽系数求得并进行圆整。大、小轮的宽度应相等。三、蜗杆传动设计(1)蜗杆副材料要求有较好的跑合和耐磨性能。不同的蜗杆副材料，适用的相对滑动速度范围不同，因此，选择材料时要初估相对滑动速度；(2)螺旋线方向应尽量采用右旋，以便制造。这时蜗轮的齿向也应为有旋。蜗杆转动方向由工作装置转动方向及蜗杆螺旋线方向来确定；(3)如果进行蜗杆轴强度及刚度验算或蜗杆传动发热计算时，都要先画装配草图，确定蜗杆支点距离和箱体轮廓尺寸以后才能进行； (4)应由蜗秆的圆周速度来决定蜗杆位置是在蜗轮上面还是下面。当蜗杆分度圆圆周速度45ms时，可将蜗轮放置在蜗杆下面； (5)蜗杆蜗轮的结构尺寸，除啮合尺寸外，均应适当圆整。第五章 减速器的结构与润滑第一节减速器的结构减速器已有系列标准，即标准减速器，并由专业厂生产。一般情况下应尽量选用标准减速器，但在生产实际中，标准减速器不能完全满足机器的功能要求，有时还需设计非标准减速器。非标准减速器有通用和专用两种，这里主要介绍通用减速器的结构及设计。通用减速器的结构随其类型和要求不同而异，其基本结构见图51，主要由传动零件(齿轮或蜗杆、蜗轮)、轴和轴承，联接零件(螺钉、销钉、键)，箱体和附属零件，润滑和密封装置等部分组成。箱体为剖分式结构，由箱座和箱盖组成，其剖分面通过齿轮传动的轴线；箱盖与箱座用螺栓联成一体；这样，齿轮、轴、滚动轴承等可在箱体外装配成铀系部件后再装入箱体，使装拆方便；为了确保箱盖和箱座在加工轴承孔及装配时的相互位置，在剖分处的凸缘上设有两个圆锥销用于精确定位；起盖螺钉是便于由箱座上揭开箱盖，以便拆卸；箱盖顶部开有窥视孔(图中未画出，参看图61)，用于检查齿轮啮合情况及润滑情况，并用于加注润滑油，窥视孔平时用垫有密封垫片的盖板封住；通气器(参看图67)用来及时排放箱体内发热温升而膨胀的空气，以防止高压气冲破各隙缝处的封密而造成漏油等；油标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放油螺塞，其头部支承面上垫有封油垫片；吊环螺栓是用于提升箱盖，而整台减速器的提升应使用与箱座铸成一体的吊钩；减速器用地脚螺栓固定在机架或地基上。第二节 减速器的箱体结构箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的啮合精度，使箱内零件具有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占整台减速器总重的半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、重量及成本等有很大影响，因此，对箱体设计必须给予足够重视。一、箱体结构形式减速器箱体根据其毛坯制造方法和箱体剖分与否分为：铸造箱体和焊接箱体、剖分式箱体和整体式箱体。1铸造箱体和焊接箱体减速器箱体多用HTl50或HT200灰铸铁铸造而成。对重型减速器，为了提高承受振动和冲击的能力，也可采用球墨铸铁(QT400-17或QT420-10或铸钢ZG270-500、2G3l0-570)制造。常见铸造箱体的结构形式见图52。其中，图(a)为直壁式，图(b)、(c)和(d)为曲壁式。前者结构简单，但较重；后者结构复杂，但较轻。图(d)减速器的重心下移，提高了箱体刚性，同时使减速器伸出轴的中心高与外接机器(如电动机)一致，便于安装和基座制造。 铸造箱体刚性好，易获得合理和复杂的外形，用灰铸铁制造的箱体易切削加工，但工艺复杂、制造周期长、重量大，适合于成批生产。 在单件生产中，特别是大型减速器，为了减轻重量和缩短生产周期，箱体也可用Q215或Q235钢板焊接而成(图53)。此时，轴承座部分可用圆钢、锻钢或铸钢制造。焊接箱体的壁厚可以比铸造箱体减薄20一30，但焊接箱体易产生热变形，要求有较高的焊接技术且焊后要进行退火处理。2剖分式箱体和整体式箱体为便于箱体内零件装拆，箱体多采用剖分式，其剖分面常与轴线平面重合，有水平式图52(a)、(b)、(d)和倾斜式图52(c)两种，前者加工方便，在减速器中被广泛采用；后者有利于多级齿轮传动的等油面浸油润滑，但剖分处接合面加工困难，应用较少。对于小型圆锥齿轮或蜗杆减速器，为使结构紧凑，重量较轻，常采用整体式箱体(图5-4)。它属无接合面螺栓联接，易于保证轴承与座孔的配合要求，但装拆及调整往往不如剖分式箱体方便。二、箱体的结构尺寸箱体结构与受力均较复杂，目前尚无成熟的计算方法。所以，箱体各部分尺寸一般按经验设计公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。齿轮、蜗杆铸造减速器箱体的结构尺寸见表51和图55、图5。三、箱体结构设计应满足的基本要求1.箱体要有足够的刚度箱体刚度不足，会在加工和工作过程中产生过大的变形，引起轴承座孔中心线歪斜，使齿轮在传动中产生偏斜，破坏减速器的正常工作。提高箱体刚度的有效办法是增加轴承座处的壁厚和在轴承座外设加强筋，加强筋厚度通常取壁厚的0.85倍。箱体的加强筋结构见图5-7，其中外筋结构采用较多。对于剖分式箱体，还要保证箱盖、箱座的联接刚度。为此，轴承座两侧的螺拴应尽量靠近。为使联接螺栓紧靠座孔，应在轴承座旁设置凸台结构(图58)。 凸台螺栓联接有三种形式(图59)。其中，图(a)使用最普遍，图(b)需在箱座上制出螺孔，常用于箱体结构不便采用贯穿的螺栓联接场合；图(c)为内六角头螺钉联接，它也需在箱座上制出螺孔，且多次装拆后螺孔容易损坏，但其外表光滑、美观，尺寸紧凑，在近代减速器中使用较多。凸台高度h应以保证足够的螺母板手空间为原则，具体可由S和凸台联接螺栓的c1绘图确定(图5-10)。图中c1、c2尺寸根据螺栓直径d1查表51。画凸台结构时，应在三个视图上同时进行，其投影关系见图511和图512。为了便于加工，各轴承座的凸台高度最好一样，为此，可先确定最大的轴承座的凸台尺寸，而后定出其他凸台的高度。图510中两旁螺栓距离S应尽量靠近，但对有输油沟的箱体(见图51)，应注意螺栓孔不能与油沟相通，以免漏油和油沟失去供油作用，常取(D为轴承座外径，其尺寸按图5-5和图5-6确定)；对于无输油沟的箱体，则应注意凸台联接螺栓不要与轴承端盖螺钉发生干涉，此时通常取SD。箱盖和箱座的联接凸缘及箱座凸缘部应有足够的厚度(见图55、图56)，因为它们是承载传力的重要部分，要求较高的强度和刚度。为确保箱座刚性，底部凸缘的接触宽度应超过箱座内壁位置，即，（图5-13）。2箱体接合面的结构要求剖分式箱体要求结合面有良好的密封性。为此接合面要有足够的宽度L，其尺寸确定见第六章表6-8。接合面应精刨，重要的还须刮研。为提高密封性，还可在接合面上制出回油沟图5-14(a)，以使渗入接合面的油经回油沟重新流回到箱体内部。此时，箱盖内壁与接合面衔接处不应制倒棱如图5-14(a)中的AA、B一B剖视图。另外，接合面凸缘上联接螺栓的间距中小型减速器不大于100一150 mm，大型减速器可取150一200 mm，并应尽量采用对称布置。 当减速器中滚动轴承采用飞溅润滑或刮板润滑时，常在箱座结合面上制出输油沟图514(b)，使飞溅的润滑油沿箱盖内壁汇入油沟流入轴承室。 回油沟和输油沟的制造方法和结构尺寸见图514(b)、(c)。3箱体结构要有良好的工艺性箱体结构工艺性的好坏对于提高加工精度和装配质量，提高劳动生产率和经济效益，以及便于检修维护等方面均有直接影响，故应特别注意。箱体的结构工艺性主要注意以下两方面。铸造工艺性在设计铸造箱体时，应考虑铸造工艺特点，力求形状简单、壁厚均匀、过渡平缓、金属不要有局部积聚。考虑到液态金属的流动性，般砂型铸件有最小壁厚的限制(见表5-2)，壁厚太薄可能出现铸件充填不满的严重缺陷。为了避免因冷却不均匀而产生内应力、裂纹或缩孔等缺陷，箱体各部分的壁厚应力求均匀(图515)。在结构要求各处厚薄不等时，应由厚到薄采用平缓过渡结构，铸件过渡部分的尺寸见表53。为了避免金属积聚，不能采用锐角相交的筋和壁(图5-16)。为便于铸件造型，铸件结构形状应力求简单。为了造型时取模方便，铸件表面沿拔模方向应有1：10一1：20的拔模斜度。若相邻轴承座间两凸台相距太近图5-17(a)，形成狭缝结构，因而铸造砂型易碎裂，浇注时铁水难以流进，以采用连成一体结构为宜图5-17(b)。机加工工艺性箱体结构应尽可能减少机械加工面积，以提高生产率和减少刀具的磨损。图5-18为箱座底面的些结构形式，图(a)加工面积太大，且难以支承平整；图(c)是较合理的结构，当底面较短时，也可采用图(b)或图(d)的结构。在机加工时要尽量减少工件和刀具的调整次数，以缩短加工时间和提高加工精度。例如同一轴心线的两个轴承座孔直径应尽量相等，以便一次镗孔和保证镗孔精度。箱体同侧外表的被加工面(如轴承座端面)应尽量位于同一平面上以便一次加工(图5-19)。箱体任何一处加工面与非加工面必须严格分开，例如图519(b)所示箱盖上的窥视孔处需要加工，就应在孔周作凸出35mm的凸台，将加工面与非加工面分开。为保证接合面处螺栓联接可靠和减少作用于螺栓上的附加弯曲应力，螺栓头部或螺母接触的支承面应进行机械加工，制出小凸台或线型鱼眼坑。其结构和加工方法见(图520)。图(c)、(d)所示为不能从下方进刀时的加工方法。第三节 滚动轴承组件的结构设计滚动轴承组件的结构设计应考虑轴承的支承刚度、同轴度以及轴承的固定、调整、安装拆卸、密封和润滑等问题。一、轴承的支承刚度和座孔的同轴度滚动轴承支座必须具有足够的刚度。为了提高轴承支座的刚度，应尽量采用整体支座，并增加轴承支座处支座壁厚或设置加强筋。另外，滚子轴承比球轴承刚度大，同一支座上安装两个向心角接触轴承时，反排列安装的支座刚度大于正排列安装(图521)，对6000型、7000型轴承进行预紧，也可以提高轴承的刚度。保证座孔同轴度的有效办法是采用整体铸造支座，并使座孔直径相同，以便一次定位同时镗出两孔；当两端轴承外径不同时，为使座孔直径仍保持致，可采用套杯结构；当两端轴承孔的同轴度难以保证或轴的中心线与轴承孔的中心线不能准确重合时，应采用调心轴承。二、滚动轴承配合的选择滚动轴求的内圈与轴颈、外圈与座孔均需合适的配合，配合的松紧应根据载荷的大小、方向与性质、转速高低、旋转精度以及使用条件等来选择。转动的套圈一般采用较紧配合(常为过盈配合)固定的套圈一般采用较松的配合(常为较松的过渡配合或较紧的间隙配合)。转速越高、载荷和振动精度越高，应采用紧些的配合；游动的套圈和经常拆卸的轴承，则要采取松一些的配合。具体可按表1039和表1040选择。三、滚动轴承的轴向固定、游隙的调整、轴向位置的调整、轴受热膨胀的补偿方法、安装和拆卸。有关内容见表5-7及教材滚动轴承一章。四、轴承盖、套杯、调整垫片组1轴承盖轴承盖的作用是用来固定轴承、承受轴向力和调整轴承间隙。轴承盖的结构型式可分为凸缘式(螺钉联接式)(图62)和嵌入式(图61)两类。每一类又有透盖(有通孔，供轴穿出)和闷盖(无通孔)之分。其材料一般为铸铁(HTl50)或钢（Q215、Q 235)。凸缘式轴承盖装拆、调整轴承间隙较为方便，密封性好，故应用普遍。但外缘尺寸大，需用一组螺钉固定。凸缘式轴承盖的结构尺寸见表54。嵌入式轴承盖结构简单、紧凑，无需固定螺钉，重量轻及外伸轴的伸出长度短，有利于提高轴的强度和刚度。但装拆端盖和调整轴承游隙或间隙较麻烦(见图61)，密封性较差，座孔上需开环形槽，加工费时。常用于要求重量轻及尺寸紧凑的场合。 嵌入式轴承盖与轴承座孔接合处有带O形橡胶密封圈和不带O形橡胶密封圈两种结构型式。后者密封性较差，用于脂润滑轴承；前者密封性好，用于油润滑轴承。嵌入式轴承盖结构尺寸见表55。轴承盖的结构型式繁多，应根据轴承类型、固定方式、润滑和密封装置等并参照经验公式进行设计。轴承盖结构设计时应注意如下几点：当轴承盖与孔配合处较长时，为减少配合和加工表面，应在端部铸出(或车出)一段较小的直径 (见表54中图)。但必须保留足够的配合长度e，以免拧紧螺钉时轴承盖歪斜。当轴承采用输油沟飞溅润滑时(图522)，轴承盖的端部应车出段小直径D(表54中图)和铣出尺寸为bxh的径向对称缺口图5-22（b），以便让油能顺利进入轴承室。端盖伸出端的结构决定于密封形式，详见第四节。铸造轴承盖应满足铸造工艺。2轴承套杯套杯的主要作用是：避免因轴承座孔的铸造或机械加工缺陷而造成整个箱体报废；当同一轴线上两端轴承外径不相等时，可利用套杯使轴承座孔直径保持一致，以便于镗孔及保证加工精度：固定轴承轴向位置，特别是当几个轴承组合在一起时，采用套杯结构将使轴承固定和装拆更为方便；调整支承(包括整个轴系)的轴向位置。普遍用于高速级圆锥齿轮轴的支承结构中。套杯的结构及尺寸可根据抽承部件的要求自行设计。图5-23可供设计时参考。3.调整垫片组调整垫片组的作用是调整轴承游隙及支承(包括整个轴系)的轴向位置。垫片组由若干种厚度不同的垫片组成，使用时可根据调整需要组成不同的厚度。其材料为冲压铜片或08F钢抛光。调整垫片组的片数及厚度可参见表56，也可自行设计。五、减速器中典型的滚动轴承组件结构滚动轴承组件典型结构示例见表57。第四节 减速器的润滑与密封一、减速器的润滑减速器的润滑方式很多，如油脂润滑、浸油润滑、压力润滑、飞溅润滑等。下面分别介绍各种润滑方式。1齿轮和蜗杆传动的润滑除少数低速(v0.5ms)、小型减速器采用脂润滑外，绝大多数减速器的齿轮和蜗杆传动都采用油润滑，其主要润滑方式如下。(1)浸油润滑当齿轮圆周速度v12ms、蜗杆圆周速度v10 ms时，常采用浸油润滑。即将齿轮、蜗杆或蜗轮浸入箱内油液中，当传动件回转时粘在其上的油液被带到啮合区进行润滑，同时油池的油被甩上箱壁，有助散热。为避免浸油润滑的搅油功耗太大及保证轮齿啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，合适的浸油深度见表58及图524。对蜗杆减速器，当蜗杆圆周速度v45ms，建议采用下置式蜗杆传动图524(d)；当v5ms时，为不使搅油损失太大，建议采用上置式蜗杆传动图524(e)；当v10ms时，则必须采用压力喷油润滑，以保证充分的润滑和散热。下置式蜗杆传动的油面高度约为浸入蜗杆螺纹的牙高，但一般不应超过支承蜗杆的滚动轴承最低滚珠(柱)中心，以免增加功耗。但如果满足后者而使蜗杆未能浸入油中(或浸油深度不足)时，则可在蜗杆轴两侧分别装上溅油轮，使其浸入油中，旋转时将油甩到蜗轮端面上，而后沉入啮合区进行润滑。浸油润滑的油池应保持一定的深度和贮油量。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损。也不易散热。一般齿顶圆至油池底面的距离h不应小于30一50mm(图524)。箱座内底高度Hdda2十(30一50)mm，式中da为浸油最深的齿轮或蜗轮的外圆直径。箱座高度HHd十十(38)mm，式中为箱底壁厚，约10 mm图524(f)换油时间一般为半年左右，主要取决于油中杂质多少及油被氧化、污染的程度。(2)喷油润滑当齿轮圆周速度v12ms或蜗杆圆周速度vl0 ms时，则不宜采用浸油润滑，因为粘在齿轮上的油会被离心力甩出而送不到啮合区，而且搅动太大会使油温升高、油起泡沫和氧化等降低润滑性能。此时宜用喷油润滑，即利用油泵(压力约0.05一0.3MPa)借助管子将润滑油从喷嘴直接喷到啮合面上(图525)，喷油孔的距离应沿齿轮宽度均匀分布。喷油润滑也常用于速度不高但工作条件繁重、或需借大量润滑油进行冷却的重要减速器中(例如矿井大型提升机减速器)。喷油润滑效果好，润滑油可以不断冷却和过滤。但需专门的管路、滤油器、冷却及油量调节装置，因而费用较贵。2滚动轴承的润滑滚动轴承通常采用油润滑或脂润滑。减速器中的滚动轴承常用减速器内用于润滑齿轮(或蜗轮)的油来润滑，其常用的润滑方法有以下几种。(1)飞溅润滑减速器中只要有一个浸油齿轮的圆周速度v152ms，就可采用飞溅润滑。当圆周速度v3ms时，飞溅的油可形成油雾并能直接溅入轴承室。有时由于圆周速度尚不够大或油的粘度较大，不易形成油雾，此时为使润滑可靠，常在箱座接合面上制出输油沟，让溅到箱盖内壁上的油汇集在油沟内，而后流入轴承室进行润滑(图526)。图中，在箱盖内壁与其接合面相接触处须制出倒棱，以便于油液流入油沟。有关油沟及倒棱的尺寸可参见图514。采用飞溅润滑时，如果为斜齿圆柱齿轮传动，而小齿轮直径又小于轴承座孔直径时，则应在小齿轮轴滚动轴承面向箱内的一侧装设挡油环，以防止斜齿轮啮合时，将油池中不清洁的热油挤入轴承内(图527)。(2)刮板润滑当浸入油中齿轮的圆周速度v1.52ms时，油飞溅不起来；下置式蜗杆的圆周速度即使大于2ms，但因蜗杆的位置太低，且与蜗轮轴线成空间垂直方向安置故飞溅的油难以进入蜗轮轴轴承。此时可采用刮板润滑(图528)。图中则把刮下的油直接送入轴承。刮板润滑装置中，刮油板与轮缘之间应保持一定的间隙(约0.5mm)，轮缘的端面跳动和轴的轴向窜动也应加以限制。 (3)浸油润滑下置式蜗杆的轴承常浸在油中润滑。此时，油面一般不应高于轴承最下面滚动体的中心，以免油搅动的功率损耗太大。(4)润滑脂润滑当减速器中浸油齿轮圆周速度太低(v1.52ms)时，难以飞溅形成油雾，或难以导入轴承，或难以使轴承浸油润滑时，这时可采用润滑脂润滑。脂润滑方式较简单，密封和维护方便，只需在初装配时和每隔一定时期(通常每年12次)将润滑脂填充到轴承室即可(添加周期见表59)。但润滑脂粘性大，高速时摩擦损失大，散热效果较羌，且润滑脂在较高温度时易变稀而流失。所以，脂润滑只用于轴颈转速低、温度不高的场合。填入轴承室中的润滑脂应当适量，过多易发热，过少则达不到预期的润滑效果。通常以填满轴承室空间1312为宜。填入量与转速有关，转速较高(n1500一3000 rmin)时，一般不应超过13；转速较低(n300 rmin)或润滑脂易于流失时，填充量可适当多些，但不应超过轴承室空间的23。添脂时，可拆去轴承盖、也可采用添加润滑脂的装置，如旋盖式油杯图529(a)，压注油杯图529(b)等。脂润滑装置结构见表1048及表1049。采用润滑脂润滑时，为防止箱内的润滑油飞溅到轴承室内使润滑脂稀释或变质，并防止润滑油带入金属屑或其他污物，应在轴承向着箱体内壁一侧安装密封装置，最常见的密封装置参见图5-35。选择滚动轴承润滑方式时，dn值(d为轴承内径,n为转速)是个重要参数。表510列出各种润滑方式许用的dn值的大致范围，供选择润滑方式时作参考。二、润滑剂的选择润滑剂的选择与传动类型、载荷性质、工作条件、转动速度等多种因素有关，一般按下述原则选择。1润滑油的选择减速器中齿轮、蜗杆、蜗轮和轴承大都依靠箱体中的油进行润滑，这时润滑油的选择主要考虑箱内传动零件的工作条件，适当考虑轴承的工作情况。对于闭式齿轮传动，润滑油粘度推荐值见表511。常见润滑油的牌号、性质及用途见表10-56，在确定了润滑油的粘度值后，再查表1056选取润滑油的牌号。在多级传动中，由于高、低速级传动对润滑油粘度要求不同，选用时可取平均值。应予指出，尽管润滑油品种繁多，性能不一，但单品种油仍难完全满足近代减速器的全部使用要求。为此，常采用几种不同的油按一定比例组成混合油，或在润滑油中加入各种添加剂，以改善或获得润滑油的某些持殊要求，如抗高温或抗低温性、抗高压性、抗乳化性和抗泡沫性等等。有关混合油和添加剂的知识，需要时可参阅有关文献或专著。2润滑脂的选择润滑脂主要用于减速器中滚动轴承的润滑，也用于开式齿轮传动和开式蜗杆传动的润滑。润滑脂主要根据工作温度和工作环境选择。球轴承用润滑脂的选择见表513。滚子轴承用润滑脂的选择见表514。常用润滑脂的牌号及主要性质和用途见表1055。三、减速器的密封减速器需要密封的部位很多，一般有轴伸出处、轴承室内侧、箱体接合