机械设计基础第17章

17.3.1 减速器箱体的结构
减速器箱体是支撑和固定轴系零件的重要零件， 它的设计合理与否，将直接影响减速器的工作性 能，如传动件的啮合精度、润滑与密封等。另外， 其重量较大，加工也比较复杂，所以在设计箱体 结构时必须综合考虑传动质量和加工工艺等问题。 减速器箱体按毛坯制造方法可分为铸造和焊接 两种形式。铸造箱体一般采用HT150或HT200制 成，尽管铸造箱体重量较大，但其具有良好的吸 振性，且具有易于机械加工等优点，在批量生产 中应用广泛。在重型减速器中，也有用铸钢铸造 的。
17.4.3 联轴器选择
一般传动装置中有两个联轴器，一个联接电动机轴与 减速器高速轴的联轴器，另一个是联接减速器低速轴与工 作机的联轴器。对于中、小型减速器的输入轴、输出轴， 为了减小启动转矩，应具有较小的转动惯量和良好的减振 性能，多采用弹性联轴器，如弹性套柱销联轴器和尼龙柱 销联轴器等。它加工制造容易，装拆方便、成本低，能缓 冲减震。与减速器低速轴和工作机轴相连的联轴器，由于 转速较低，传递转矩较大，如果安装同心度能保证（如有 公共的底座），可采用刚性固定式联轴器，如凸缘联轴器。 如果安装同心度不能保证，就应采用有良好补偿位移偏差 性能的刚性可移式联轴器，如金属滑块联轴器等。
17.2.1 拟定传动方案
机器通常由原动机、传动装置和工作机3部分 组成。传动装置将原动机的动力和运动传递给工 作机，合理拟定传动方案是保证传动装置设计质 量的基础。在课程设计中，学生应根据设计任务 书拟定传动方案，分析传动方案的优缺点。现有 以下几种传动方案,如图17.1所示。 传动方案应满足工作机的性能要求，适应工作 条件，工作可靠，而且要求结构简单，尺寸紧凑， 成本低，传动效率高，操作维护方便。
17.3.2 减速器附件设计
1.窥视孔及盖板 窥视孔是用来检查传动件的啮合情况、齿側间隙、接 触斑点及润滑情况等。箱体内的润滑油也由此孔注入，但 为了减少油内的杂质进入箱内，可在窥视孔口处安装一过 滤网。 窥视孔通常开在箱体的顶部，且要能看到啮合区的位 置。其大小可视减速器的大小而定，但至少可将手伸入箱 内进行检查操作。 窥视孔要有盖板，盖板可用钢板或铸铁制成，用 M6~M10的螺钉紧固。一般中小型窥视孔及盖板的结构尺 寸如图17.3所示。也可以参照减速器有关结构自行设计。
2.通气器 减速器工作时，箱体内的温度和压力都会升高， 热涨的气体可以通过通气器及时排出，使箱体内、 外压力平衡，使得密封件不受高压气体的损坏。 通气器多装在箱盖的顶部或窥视孔盖上,简易 , 的通气器常用带孔螺钉制成，但通气孔不要直通 顶端，以免灰尘进入，如图17.4所示，常用于比 较清洁的场合。图17.5所示为通孔为曲路并有金 属网，可以减少停车后灰尘随空气吸入机体。其 他通气器的结构见有关手册、图册。
17.5 减速器装配图设计
装配图是表达各零件结构形状及相互尺 寸关系的技术文件。它既是表达设计者设 计机器总体结构意图的图样，也是机器组 装、调试、维护的主要依据。所以，一般 机械设计图纸总是从装配图设计开始。从 装配图上确定所有零件的位置、结构和尺 寸，以此为依据分别绘制加工零件的工作 图。因此装配图的设计是整个设计工作的 重要阶段。
17.3.3 减速器的润滑及密封
1.减速器的润滑 2.滚动轴承的润滑 3.减速器的密封
17.4 传动零件的设计
17.4.1 减速箱外传动零件——带传动设计
（1） 带传动设计的主要内容：选择合理的传动参数，确定 带的型号、长度、根数、传动中心距、安装要求、对轴的 作用力及带的材料、结构和尺寸等。 （2） 设计依据：传动的用途及工作情况；对外廓尺寸及传 动位置的要求；原动机种类和所需的传动功率，主动轮和 从动轮的转速等。 （3） 注意问题：带传动中各有关尺寸的协调，如小带轮直 径选定后要检查它与电动机中心高是否协调，大带轮直径 选定后，要检查与箱体尺寸是否协调，小带轮孔径要与所 选电动机轴径一致，大带轮的孔径应注意与带轮直径尺寸 相协调，以保证其装配稳定性，同时还应注意此孔径就是 减速器小齿轮轴外伸段的最小轴径。
17.1.2 课程设计的内容和任务
1.课程设计的内容 课程设计通常选择一般用途的机械传动装置或简单机 械为设计题目。本章以单级圆柱齿轮减速器为例，说明课 程设计的主要内容。 （1） 拟定传动装置的运动方案。 （2） 选择电动机。 （3） 计算传动装置的运动和动力参数。 （4） 进行传动件和轴系零部件的设计计算。 （5） 绘制减速器装配图及典型零件图。 （6） 减速器的润滑与密封的选择。 （7） 编写设计计算说明书。
6.油标 为了检查油面高度，以保证箱体内有适当的油面高度， 常在低速级附近油面较稳定处安置油标。 常用的油标有油尺、圆形油标、长形油标、油面指示螺钉 等。但一般采用带有螺纹部分的油尺，如图17.10所示。 但应注意，油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座 孔而溢出。 7.放油螺塞 为了换油和清洗箱体时排出油污，应在油池最低处设 置排油孔。平时排油孔加油封圈并用螺塞堵住，如图 17.11所示。
3. 吊环螺钉、吊环及吊钩 为了拆卸及搬运，应在箱盖上安装吊环 螺钉（图17.6(a)）或铸出吊耳（图 17.6(b)）、吊耳环（图17.6（c））。 吊环螺钉为标准件，可按起重量查手册 选取。为了减少机加工工序，可在箱盖上 铸出吊耳来代替吊环螺钉。箱座两端凸缘 下部的吊钩是用来吊运整台减速器或箱座 零件的,其结构如图17.7所示。
17.2.2 选择原动机
1.选择电动机类型和结构形式 电动机有交、直流之分，一般工厂都采用三相 交流电，因而选用交流电动机。交流电动机分异 步、同步电动机，异步电动机又分为笼型和绕线 型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多， 目前应用较广的Y系列自扇冷式笼型三相异步电 动机，结构简单、起动性能好，工作可靠、价格 低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐 蚀性气体、无特殊要求的场合，如运输机、机床、 农机、风机、轻工机械等。
第17章 课程设计指导
17.1 概述
17.1.1 课程设计的目的
机械设计课程设计是《机械设计基础》课程教学中一 个重要的实践性教学环节，也是机电类专业的学生第一次 较为全面的机械设计训练，其目的如下： （1） 通过课程设计培养学生综合运用《机械设计基础》课 程及其他选修课程的理论知识解决工程实际问题的能力， 并通过设计训练，使理论知识得以巩固和提高。 （2） 通过课程设计使学生掌握一般传动装置的设计方法和 步骤，为后续专业课程及毕业设计打好基础、做好准备。 （3） 进行机械设计工作基本技能的训练，包括计算能力、 绘图能力、计算机辅助设计能力及熟悉和运用设计资料 （手册、图册、标准、规范等）的能力。
17.2.4 计算传动装置的运动和动力参数
为了进行传动件的设计计算，应首先推 算出各轴的转速、功率和转矩，一般根据 电动机至工作机之间运动传递的路线推算 各轴的运动和动力参数。
17.3 减速器结构
减速器分为标准减速器和非标准减速器，标准 减速器是按国家有关标准设计和制造的， 一般应 当优先选用标准减速器,不必自行设计。 在实际生产中，标准减速器不可能完全满足机 械设备的各种功能要求，故常常还要自行设计非 标准减速器。而非标准减速器又有通用和专用两 种。通用减速器的结构已基本定型，其主要由箱 体、轴、轴上零件、轴承部件、润滑和密封装置 及减速器附件等部分组成。图17.2所示为一级圆 柱减速器的典型结构。
（4） 确定滚动轴承的类型，具体型号暂不定。 （5） 根据轴上零件受力情况、固定和定位方式等 初步确定轴的阶梯段，具体尺寸暂不定。 （6） 确定机体的结构方案（铸造、焊接；剖分式、 整体式）。 （7） 按表174确定机体结构和有关尺寸，列表备用。 （8） 用1∶1比例尺，在A0或A1图纸上按比例要求 画减速器的三视图,绘图开始时，首先估计减速器 的轮廓尺寸大小，一般减速器总长L≈3a（a为齿轮 传动的中心距），总宽B≈5b（b为小齿轮的宽 度），总高H≈13da（da为大齿轮齿顶圆直径）， 如图1712所示。
2.确定电动机的功率 电动机功率的选择直接影响到电动机工作性能和经济 性能的好坏；若所选电动机的功率小于工作要求，则不能 保证工作机正常工作；若功率过大，则电动机不能满载运 行，功率因素和效率较低，从而增加电能消耗，造成浪费。 3.确定电动机的转速 同一类型、相同额定功率的电动机低速的级数多，外 部尺寸及重量较大，价格较高，但可使传动装置的总传动 比及尺寸减少；高速电动机则与其相反，设计时应综合考 虑各方面的因素，选取适当的电动机转速。
4.定位销 为保证剖分式箱体轴承座孔加工和装配 的精度，可先在箱盖和箱座联接凸缘的长 度方向两端（也可是对角线方向）各安置 一个圆锥定位销，如图17.8所示。注意两销 间距离应尽量远些，并用联接螺栓紧固， 然后再加工轴承座孔。在今后的安装中， 也用此圆锥销定位。
5.起盖螺钉 在箱盖与箱座联接凸缘处的结合面上， 通常涂有密封胶，拆卸较困难，故设置起 17.9 盖螺钉，如图17.9所示。其规格可与减速器 箱体两端凸缘处的联接螺栓相同，但起盖 螺钉的螺纹长Biblioteka Baidu要大于箱盖的凸缘厚度， 且下端应做成圆柱头，以免顶坏箱座凸缘。
17.2.3 传动装置总传动比的确定及 各级传动比的分配
由选定电动机的满载转速nm和工作机主动轴的 转速nwW可得传动装置的总传动比i=nm/nw，对于 多级传动，在利用i=i1·i2……in计算出总传动比后， 应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速 度以减少动载荷，分配各级传动比时应注意以下 几点。 （1） 各级传动的传动比应在推荐的范围之内选取。 （2） 应使传动装置结构尺寸较小，重量较轻。 （3） 应使各传动件的尺寸协调，结构匀称合理， 避免相互干涉碰撞。一般应使带的传动比小于齿 轮传动的传动比。
2.课程设计的任务 本课程设计要求在两周时间内完成以下 任务。 （1） 绘制减速器装配图1张（1号或零号图 纸）。 （2） 绘制零件工作图若干张（齿轮、轴、 箱体等）。 （3） 设计计算说明书1份，约6000字左右。
3.课程设计的步骤 课程设计是一次较全面、较系统的机械设计训练，因 此应遵循机械设计过程的一般规律，大体上按以下步骤进 行。 （1） 设计准备：认真研究设计任务书，明确设计要求和条 件，认真阅读减速器参考图，拆装减速器，熟悉设计对象。 （2） 传动装置的总体设计：根据设计要求拟定传动总体布 置方案，选择原动机，计算传动装置的运动和动力参数。 （3） 传动件的设计计算：在设计装配图前，先计算各级传 动件的参数确定其尺寸，并选好联轴器的类型和规格。一 般先计算外传动件，后计算内传动件。 （4） 装配图设计：计算和选择支承零件，绘制装配草图， 完成装配工作图。 （5） 零件工作图设计：零件工作图应包括制造和检验零件 所需的全部内容。 （6） 编写设计说明书：设计说明书包括所有的计算并附简 图，并写出设计总结。
17.5.1 装配图绘制前的准备
在绘制减速器装配图前，应翻阅有关资料，参观或装 拆实际的减速器，弄懂各零部件的功用，此外还应根据设 计任务书上的技术数据的要求，选择计算出有关传动零部 件的结构和主要几何尺寸，具体内容如下： （1）确定齿轮传动的中心距、齿轮分度圆直径和齿顶圆直 径、齿轮（轮毂和轮缘）宽度，其他详细结构暂不定。 （2）选出电动机型号，查出其安装尺寸。如电动机伸出轴 直径D、轴伸出长度E、中心高度H等主要尺寸。 （3）按工作情况、转速高低、转矩大小及两轴对中情况选 定联轴器的类型和型号，确定两端轴孔的直径和长度。
17.4.2 减速器内传动零件——一级 圆柱齿轮传动设计
圆柱齿轮设计计算及结构设计的方法、步骤均可依照 第6章的有关内容进行，其注意事项如下。 （1） 齿轮材料的选择要注意毛坯制造方法：选择材料前应 先估计大齿轮的直径，如果大齿轮直径较大，应选用铸造 毛坯，材料一般可选铸钢或铸铁；如果小齿轮的齿根圆直 径与轴径接近，可制成齿轮轴，选用的材料应兼顾轴的要 求，同一减速器的各小齿轮（或大齿轮）的材料应尽可能 一致，以减少材料的牌号，降低加工的工艺要求。 （2） 计算齿轮的啮合几何尺寸时应精确到小数点后2~3位， 角度应精确到秒，而中心距、宽度和结构尺寸应尽量圆整 为整数。 （3） 参数的合理选择，通常取Z1=20~40，在保证齿根弯曲 强度的前提下，Z1可取大些；传递动力的齿轮的模数应大 于15~2mm。