精品课件-机械设计课程设计(周海)-第4章

第4章 机械结构设计 3．油标 油标用于检查箱体内油面高度，以保证传动零件的润滑。 一般油标应设置在箱体上便于观察且油面较稳定的部位。 4．放油孔与放油螺塞 为了便于排出污油，在减速器箱座底部设有放油孔，并用 放油螺塞和密封垫圈将其堵住。 5．定位销 为了保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔的安装精度， 需在箱盖与箱座的连接凸缘上配装两个定位销。
第4章 机械结构设计 4.3.1 传动零件的润滑
绝大多数减速器传动零件都采用油润滑，其润滑方式多为 浸油润滑。对高速传动，则采用压力喷油润滑方式。
1．浸油润滑 浸油润滑是将传动零件一部分浸入油中，如图4-3所示， 传动零件回转时，粘在其上的润滑油被带到啮合区进行润滑。 同时，油池中的油被甩到箱壁上，可以散热。这种润滑方式适 用于齿轮圆周速度v<12 m/s(蜗杆圆周速度v<10 m/s)的场合。
第4章 机械结构设计 4.2.3 减速器附件
为了使减速器具备较完善的性能，如注油、排油、通气、 吊运、检查油面高度、检查传动零件啮合情况和装拆方便等， 在减速器箱体上常需设置某些装置或零件。这些装置和零件及 箱体上相应的局部结构统称为减速器附属装置，简称为附件。 它们包括：窥视孔与窥视孔盖、通气器、油标、放油孔与放油 螺塞、定位销、启盖螺钉、吊运装置等。减速器各附件在箱体 上的相对位置如图4-1所示。
第4章 机械结构设计
制造工艺是结构设计的施工手段，工艺性表明施工的难易 程度。随着科学技术的发展，工艺技术在不断创新，设计工程 师必须了解各种工艺的特点及其最新进展，才能设计出高性能 的机械产品。
通常，机械零件的结构必须在其组合结构设计过程中确定， 而用于制造的机械零件工作图，则必须在其组合结构设计完成 后再绘制。在结构设计中，有一些零件为标准件，例如滚动轴 承、键、螺钉等，虽然它们只是选用，但是其尺寸的确定和必 要的校核计算还是需要在组合结构设计中完成。有一些零件为 非标准件，例如轴的直径，只能根据轴所承受的转矩大小初步 估计其最小直径，在初步估计中无法确定结构。齿轮的孔径、 轮毂宽度及其在轴上的位置，也必须在结构设计中确定。
第4章 机械结构设计 图4-8 刮板润滑的结构示例图
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第4章 机械结构设计
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第4章 机械结构结构设计
4.3.2 滚动轴承的润滑 对齿轮减速器，当浸油齿轮的圆周速度v<2 m/s时，滚动
轴承宜采用脂润滑；当齿轮圆周速度v≥2 m/s时，滚动轴承 则多采用油润滑。对蜗杆减速器，下置式蜗杆轴承多用浸油润 滑，蜗轮轴承多用脂润滑或刮板润滑。
1．脂润滑 脂润滑易于密封、结构简单、维护方便。采用脂润滑时， 滚动轴承的速度因素dn(d为滚动轴承内径，n为轴承转速)一 般不宜超过2×105 mm·r/min。为了防止箱内的润滑油进入轴 承而使润滑脂稀释流出，应在箱体内侧设挡油环，如图4-6所 示。
第4章 机械结构设计 4.2 减速器的结构 减速器的结构随其类型和要求的不同而异，但其基本结构 都是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。设计前应熟悉各 类减速器的结构特点，了解减速器中各个零件、部件的功用。 图4-1是单级圆柱齿轮减速器的轴测投影图。 图4-1中标出组成减速器的主要零件、部件名称，相互关 系及箱体的部分结构尺寸。下面对减速器的三大组成部分作简 要介绍。
第4章 机械结构设计 图4-6 脂润滑的结构示例图
第4章 机械结构设计 2．飞溅润滑 减速器内只要有一个传动零件的圆周速度v>2 m/s，即可 利用浸油传动零件旋转使润滑油飞溅润滑轴承。一般情况下， 在箱盖分箱面上制出坡面，在箱体剖分面上制出油沟，使溅到 箱盖内壁上的油流入油沟，从油沟再导入轴承，如图4-7所示。
第4章 机械结构设计 3．轴承组合 轴承组合包括轴承、轴承盖、密封装置以及调整垫片等。 (1) 轴承。轴承是支承轴的部件。由于滚动轴承摩擦系 数比普通滑动轴承小，而且运动精度高，在轴颈尺寸相同时， 滚动轴承宽度比滑动轴承小，可使减速器轴向结构紧凑，润滑、 维护简便等，所以减速器广泛采用滚动轴承。 (2) 轴承盖。轴承盖用来固定轴承，承受轴向力，调整 轴承间隙。轴承盖有嵌入式和凸缘式两种。凸缘式轴承盖调整 轴承间隙方便，密封性好；嵌入式轴承盖质量较轻。
第4章 机械结构设计 图4-3 浸油润滑及浸油深度
第4章 机械结构设计 浸油润滑时，箱体内应有足够的润滑油，以保证润滑及散 热的需要。为了避免油搅动时沉渣泛起，大齿轮齿顶到油池底 面的距离应大于30～50 mm。为保证传动零件充分润滑且避免 搅油损失过大，合适的浸油深度见表4-1。
第4章 机械结构设计
第4章 机械结构设计 图4-1 单级圆柱齿轮减速器的轴测投影图
第4章 机械结构设计 4.2.1 轴系部件
轴系部件包括传动件、轴和轴承组合。 1．传动件 减速器箱外传动件有链轮、带轮等；箱内传动件有圆柱齿 轮、圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮等。传动件决定减速器的技术特性。 通常是根据传动件的种类来命名减速器的。 2．轴 传动件装在轴上以实现回转运动和传递功率的功效。减速 器普遍采用阶梯轴。传动件和轴多以平键连接。
第4章 机械结构设计 4.2.2 箱体
箱体是减速器的一个重要零件，用来支承和固定轴系零件， 保证传动零件的正确啮合。
根据箱体毛坯制造方法的不同，箱体可分为铸造箱体(如 图4-1所示)和焊接箱体(如图4-2所示)。由于铸造箱体刚性好， 易切削，并可获得复杂外形，一般大多都采用铸造箱体。铸造 箱体常用材料是HT150或HT200；受冲击载荷的重型减速器可 采用铸钢箱体；在单件生产中，为了简化工艺和减轻整体重量， 降低成本，可采用钢板焊接箱体，焊接箱体的壁厚比铸造箱体 的壁厚小。
第4章 机械结构设计 图4-2 焊接箱体
第4章 机械结构设计 为便于轴系零件的安装和拆卸，箱体常制成剖分式，剖分 面一般取在轴线所在的水平面内，以利于加工。齿轮、轴、轴 承等可在箱体外装配成轴系部件后再装入箱体，使装拆较为方 便。箱盖和箱座由两个圆锥销精确定位，并用一定数量的螺栓 连成一体。减速器由地脚螺栓固定在机架或地基上。箱盖顶部 开设的检查孔用于检查齿轮啮合情况以及向箱内注油，平时用 盖板封住。
表 4-1 传动零件浸油深度推荐值
减速器类型
传动件浸油深度
单级圆柱齿轮减速器
当 m<20 mm 时，h 约为 1 个齿高，但不小于 10 mm
[图 4-3(a)]
当 m≥20 mm 时，h 约为 0.5 个齿高
两级或多级圆柱齿轮减速器 [图 4-3(b)]
圆锥齿轮减速器[图 4-3(c)]
高速级：hf 约为 0.7 个齿高，但不小于 10 mm 低速级：hs 按圆周速度而定，速度大者取小值 当 vs=0.8～12 m/s 时，hs 约为 1 个齿高(不小于 10 mm)～1/6 齿轮半径 当 vs≤0.5～0.8 m/s 时，hs≤(1/6～1/3)齿轮半径 整个齿宽浸入油中
蜗杆 蜗杆下置[图 4-3(d)] 减速器 蜗杆上置[图 4-3(e)]
h1? 1 个螺牙高，但油面不应高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心 h2 为同级速圆柱大齿轮的浸油深度 hs
第4章 机械结构设计 在传动零件的润滑设计中，还应验算油池中的油量V是否 大于传递功率所需的油量V0。对于单级减速器，每传递 1 kW的功率需油量为0.35～0.7 L。对多级传动，需油量应按 级数成倍地增加。若V<V0，则应适当增大减速器中心高H，以 增大箱体的容油率。 设计二级或多级齿轮减速器时，应选择适宜的传动比，使 各级大齿轮浸油深度适当。如果低速级大齿轮浸油过深，超过 表4-1所列的浸油深度范围，则可采用带油轮润滑，如图4-4 所示。
第4章 机械结构设计 图4-4 带油轮润滑
第4章 机械结构设计 2. 喷油润滑 如图4-5所示，当齿轮圆周速度v>12 m/s，或蜗杆圆周速 度v>10 m/s时，粘在传动零件上的油由于离心力作用易被甩 掉，啮合区得不到可靠供油，而且搅油使油温升高，此时宜采 用喷油润滑，即通过油泵以一定的压力供油，经喷嘴将润滑油 喷到轮齿的啮合面上。当v≤25 m/s时，喷嘴位于轮齿啮入边 或啮出边均可；当v>25 m/s时，喷嘴应位于轮齿啮出的一边， 以便借润滑油及时冷却刚啮合过的轮齿，同时亦对轮齿进行润 滑。喷油润滑也适用于速度不高，但工作条件繁重的重型或重 要减速器。
第4章 机械结构设计 结构设计的主要原则如下： (1) 能够实现总体方案的性能要求； (2) 受力状态合理，以利于提高系统刚度、减小变形、 实现运动副的理想组合，保证系统性能最佳； (3) 应力分布均匀，避免出现应力集中，以提高零件的 疲劳强度； (4) 工艺性好，包括制造、安装、调整、维修等方面； (5) 结构紧凑，以节约材料和空间； (6) 造型美观，以提高市场竞争力。
第4章 机械结构设计 (3) 密封。在输入轴和输出轴外伸处，为防止灰尘、水 气及其他杂质进入轴承，引起轴承急剧磨损和腐蚀，以及为了 防止润滑剂外漏，需在轴承盖孔中设置密封装置。 (4) 调整垫片。为了调整轴承间隙，有时也为了调整传 动件(如圆锥齿轮、蜗轮)的轴向位置，需放置调整垫片。调整 垫片由若干薄软钢片组成。
第4章 机械结构设计 图4-7 飞溅润滑的结构示例图
第4章 机械结构设计 3. 刮板润滑 当下置蜗杆的圆周速度v>2 m/s时，因蜗杆位置低，故飞 溅的油难以到达蜗轮轴承，此时轴承可采用刮板润滑方式，如 图4-8所示。 4. 浸油润滑 此方式适用于中、低速传动的下置蜗杆轴承的润滑。高速 传动时因搅油剧烈易造成严重的过热，故不常采用此类润滑方 式。
第4章 机械结构设计 6．启盖螺钉 为了保证减速器的密封性，常在箱体剖分面上涂有水玻璃 或密封胶，这样箱盖和箱座便黏附在一起，给箱体拆分造成困 难。为了便于拆卸箱盖，通常在箱盖凸缘上设置1～2个启盖螺 钉。当拆卸箱盖时，只要旋拧启盖螺钉，便可顶起箱盖。 7．吊运装置 为了便于搬运和装卸箱盖，在箱盖上装有吊环螺钉，或铸 出吊耳、吊钩；为了便于搬运箱座或整个减速器，在箱座两端 连接凸缘处铸出吊钩。
第4章 机械结构设计 1．窥视孔和窥视孔盖 为了便于检查箱体内传动零件的啮合情况以及便于将润滑 油注入箱体内，在减速器箱体的箱盖顶部设有窥视孔；为了防 止润滑油飞溅出来或污物进入箱体内，在窥视孔上应加设窥视 孔盖。 2．通气器 减速器工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱内气压增大。 为了避免由此引起密封部位的密封性能下降而造成润滑油向外 渗漏，应在减速器上部设置通气器，使箱体内的热膨胀气体能 自由逸出，保证箱体内外压力均衡，以提高其密封性能。
第4章 机械结构设计 第4章 机械结构设计
4.1 概述 4.2 减速器的结构 4.3 减速器的润滑
第4章 机械结构设计
4.1 概 述 机械结构设计是实施机械运动方案的重要步骤。机械的性 能不仅取决于运动方案设计的正确性，而且也取决于结构设计 的合理性。机器的工作能力与每个零部件的工作能力有关，更 与各个零部件的组合形式有关，因此，机械结构设计是保证机 械设计质量的重要环节。 机械零件的结构设计主要是指尺寸和形状的确定，在设计 过程中需要对材料及热处理方法进行选择。 机械部件的结构设计主要是指具有一定功能的零件的组合 结构设计，设计过程需要考虑安装、调整、润滑、密封及制造 工艺等因素。
第4章 机械结构设计 4.3 减速器的润滑 减速器传动零件和轴承都需要良好的润滑，其目的是为了 减少摩擦、减轻磨损、提高效率、防锈、冷却和散热。减速器 润滑对减速器的结构设计有直接影响，如油面高度和需油量的 确定关系到箱体高度的设计；轴承的润滑方式影响轴承的轴向 位置和阶梯轴的轴向尺寸等。因此，在确定减速器结构尺寸前， 应先解决减速器润滑的问题。