《减速机设计指导书》
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减速机设计指导书
主要内容:
减速器的类型及应用范围;减速器的组成;减速器的箱体结构;轴和传动零件的结构;滚动轴承部件的结构;减速器的润滑与密封;减速器附件。
一、概述
1.机器的组成
机器是由若干部件组成的系统。机器的组成部件按所实现的功能来分主要有:原动机即动力源、传动装置、执行机构,控制系统。
原动机是将其它形式的能源如化学能、电能、液能等转变为机械能的动力机械如内燃机、电动机、液压马达等,其功能提供机器工作的动力,它输出的运动通常为转动。
传动装置是将动力源输出的动力和运动传递给执行机构的中间装置,其功能是传递动力、进行增速或减速和变速、改变运动形式等。传动装置又分为机械传动装置、液压传动装置等种类。
执行机构是直接与工作对象接触的机构,其功能是利用机械能通过机械运动来改变工作对象的形状、位置等。
控制系统的功能是对整个机器起控制作用,以便使动力源、传动系统和执行机构彼此协调运行而完成机器的工作。
机器各组成部件的关系大致如图1.1所示:
图1.1 机器的组成
2.减速器
减速器是一种机械传动装置,由图1.1可见它位于原动机和执行机构之间。
减速器有外廓尺寸紧凑、润滑条件良好、效率和运转精度较高、使用寿命较长、噪音小及安全可靠等优点,因此应用很广。
减速器已成为一种专门部件,并由专业厂家设计和制造。常用的减速器已经标准化、规格化和系列化,用户可根据各自的工作条件进行选择。
课程设计中所要求设计的减速器是非标准减速器,其设计通常是根据给定的任务参考标准系列产品资料来进行的。
二、减速器的类型和应用范围
减速器的类型很多,可以满足各种机器的不同要求。
减速器一般根据以下几种方法分类:
①按传动条件的不同可分为齿轮减速器、蜗杆减速器、蜗杆—齿轮减速器和行星齿轮减速器。
②按传动的级数,可分为单级减速器、双级减速器和多级减速器。
③按轴在空间的相对位置,可分为卧式减速器和立式减速器。
常见减速器的型式、特点及应用见《机械零件设计手册》P.685表4.1-1。
三、减速器的组成
减速器的结构虽随其类型和要求不同而异,但它一般由箱体、轴和轴上零件、轴承部件、润滑密封装置及减速器附件等组成。
例如:图1.2所示为两级圆柱齿轮减速器;图1.3所示为圆锥—圆柱齿轮减速器。
减速器上各零件的功用,见表1.1。
表1.1 减速器上各零件的功用
四、减速器的箱体结构
减速器箱体设计应选择合理的结构并考虑具有足够的强度、刚度和良好的工艺性。
(一)、箱体的结构型式
减速器箱体可按其毛坯制造方式、剖分与否以及外形等分成各种型式。
1.铸造和焊接箱体
(1)铸造箱体
箱体一般用灰铸铁HT150或HT200铸造。
铸造箱体(见图1.4)的优点是:适于成批生产,刚性较好,可以有复杂的外形以使结构合理等。缺点是重量较大。
铸钢制造。
焊接箱体的壁厚可比铸造箱体减少20-30%,但要求较高的制造技术。
2、剖分式和整体式箱体
整体式箱体的结构尺寸紧凑,重量较轻,易于保证轴承与座孔的配合性质,
但装拆不如剖分式箱体方便,常用于小型圆锥齿轮和蜗杆减速器,如图1.8。
(二)减速器箱体设计中应考虑的几个问题
对于一般减速器,其箱体设计要考虑刚度、密封、润滑以及工艺性等因素。
1、刚度
箱体必须有足够的刚度,不允许在工作过程中产生过大的变形而影响传动精度。这是因为变形会导致两轴承孔不平行,从而引起传动中的偏载,直接影响传动效果。
为了保证箱体刚度,箱体应有足够的壁厚(见第四章表4-5),并在轴承座附近加筋板。
筋板有外筋(图1.9 a )和内筋(图1.9 b )两种结构形式。内筋刚度大、外形美观,但它阻碍润滑油的流动,铸造工艺也比较复杂,所以大多采用外筋结构。
图15-8 轻型齿轮减速器箱体
H=(2~2.5)b;
端盖内侧无加强筋时
b1=1.2b;
端盖内侧设加强筋时
b1≈b;
S≥0.5(Dw-da2)
凸台处螺栓联接的最普遍型式见图1.10,凸台的具体结构尺寸见图1.11,凸台高度h应根据安装时有足够的扳手空间来确定。
并且联接表面要有较低的表面粗糙度(箱体内需要存贮足够的润滑油,一来用于润滑传动零件,二来起散热作用。所以,在设计箱座高度时要考虑所需油量。
当滚动轴承采用飞溅润滑或刮板润滑时,须在剖分面联接凸缘上开出输油沟,使飞溅的油经油沟进入轴承。
3、铸造工艺性
铸造箱体必须考虑良好的铸造工艺性,因此需考虑以下几个方面:
(1)为便于造型时取模,铸件表面沿拔模方向应有斜度,如图1.12所示。长度小于25mm 的钢和铸铁件的拔模斜度为1:5,长度为25-50mm 的钢和铸铁件的拔模斜度为1:10 ~ 1:20。
(2)力求形状简单、壁厚均匀、过渡平缓。为了避免出现因冷却不均匀而造成的内应力裂纹或缩孔,箱体各部分的壁厚应尽可能均匀。当铸件由较厚部分过渡到较薄部分时,应采用平缓的过渡结构,铸件过渡部分具体尺寸见《机械零件设计手册》P.752表4.1-14~表4.1-16。
(3)考虑到液态金属流动的畅通性,铸件壁厚不可太薄,其最小值见表1.2(供参考)。
表1.2砂型铸件的最小壁厚
4、机械加工工艺性
箱体设计还需考虑其加工工艺性,主要有以下几点:
(1)在结构设计中,应尽量减少加工面积;对螺栓头部或螺母支承面,可采用局部加工的方法(即凸台或沉头孔)。
(2)严格区分加工面和非加工面,对必须加工的表面(如轴承座面、窥视孔端面等),应使加工部位高出非加工表面一些。另外,各轴承座外端面应位于同一平面上,以利于一次调整加工。
(3)结构设计中还应注意加工时走刀不要互相干扰。
(三)箱体结构尺寸的确定
箱体的结构和受力比较复杂,目前箱体结构尺寸的确定尚无完整的理论设计方法,主要按经验进行设计并考虑上述结构设计的要求。
由于箱体结构与减速器内的传动零件和轴承部件等密切相关,故箱体与这些零、部件的结构设计应互相穿插进行,具体设计过程参见第四章。