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山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)生姓名
：
馬坤
專業(yè)
：
機(jī)械電子工程
學(xué)號(hào)
：
180533025
指導(dǎo)教師
：
郭曉紅
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程系
二〇二〇年五月
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（指導(dǎo)教師）評(píng)閱書
題目：
卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
機(jī)械電子工程 系 機(jī)械電子工程專業(yè) 姓名 馬坤
設(shè)計(jì)時(shí)間： 年 月 日~ 年 月 日
評(píng)閱意見：
成績(jī)：
指導(dǎo)教師： ?。ê炞郑?
職 務(wù)：
2020年 月 日
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（同行教師）評(píng)閱書
題目：
卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
機(jī)械電子工程 系 機(jī)械電子工程 專業(yè) 姓名 馬坤
設(shè)計(jì)時(shí)間： 年 月 日~ 年 月 日
評(píng)閱意見：
評(píng)分內(nèi)容
具體要求
分值
得分
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字?jǐn)?shù)2.5萬字以上得20分；2萬字以上，不足2.5萬字得15分；2萬字以下的10分。
20
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20
說明書質(zhì)量
內(nèi)容完整，裝訂順序正確，結(jié)構(gòu)合理，文字通順；目錄、字體、字號(hào)、行距等符合要求，公式、插圖、表格使用合理；文獻(xiàn)翻譯質(zhì)量、篇幅符合規(guī)定要求。存在0—2處錯(cuò)誤得30分；3—5處錯(cuò)誤得20分；5處以上得15分。
30
圖紙質(zhì)量
圖紙組成元素完整，表達(dá)方式合理，圖框、標(biāo)題欄、線型、線寬及字體字號(hào)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。存在0—2處錯(cuò)誤得30分；3—5處錯(cuò)誤得20分；5處以上得15分。
30
總分（百分制）
100
成績(jī)：
評(píng)閱教師： ?。ê炞郑?
職 務(wù)：
2020年 月 日
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定表
機(jī)械電子工程系 機(jī)械電子工程 專業(yè) 姓名 馬坤
答 辯 內(nèi) 容
問題摘要
答辯情況
記錄員： （簽名）
成 績(jī) 評(píng) 定
指導(dǎo)教師成績(jī)
評(píng)閱教師成績(jī)
答辯組評(píng)定成績(jī)
綜合成績(jī)
注：評(píng)定成績(jī)?yōu)?00分制，指導(dǎo)教師為20%，評(píng)閱教師為30%，答辯組為50%。
專業(yè)答辯組組長(zhǎng)： （簽名）
2020年 月 日
卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
摘 要
本文課題是卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),主要是對(duì)卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括齒輪的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)、箱體的設(shè)計(jì)及一些附件的設(shè)計(jì)等，并同過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，如CAD，建立減速器的裝配圖。論文內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)部分：
（1）傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)。主要包括擬定傳動(dòng)方案，選擇電動(dòng)機(jī)，確定總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比以及計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。
（2）傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)。傳動(dòng)零件（齒輪及軸）的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括確定傳動(dòng)零件的材料、熱處理方法、參數(shù)、尺寸和主要結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行校核。
（3）減速器裝配圖的設(shè)計(jì)。包括機(jī)箱及一些相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過CAD軟件。
關(guān)鍵詞：卷揚(yáng)機(jī)；減速器；設(shè)計(jì)；
II
Design of hoist transmission device
Abstract
The subject of this paper is the design of hoist transmission device, include the design of gear, shaft, box and a number of accessories, And with the computer aided design, such as CAD, to establish the reducer assembly diagram.Thesis includes the following sections:
(1)Overall design of the gearing. Mainly include the development of transmission scheme, select motor to determine the transmission ratio and the distribution of the total transmission ratio at all levels and to calculate the transmission of motion and dynamic parameters.
(2)Design of transmission parts. Design and calculation of transmission parts (gear and shafts), including to determine the materials, heat treatment methods, parameters, size and main structure of transmission parts, and do some check.
(3)Design of assembly drawing of reducer. Including structural design of the box and some relevant parts, and complete the assembly drawings and the work plan of major parts by CAD software.
Keywords :hoist;reducer;design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 引言 1
1.1 國內(nèi)發(fā)展概況 1
1.2 國外卷揚(yáng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 1
2 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 3
2.1 擬定傳動(dòng)方案 3
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 3
2.2.1 選擇電動(dòng)的功率 4
2.2.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 5
2.2.3 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定 5
2.3 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比 5
2.3.1 總傳動(dòng)比 5
2.3.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比 6
2.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 6
2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速 7
2.4.2 各軸功率 7
2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 7
2.4.4 制作參數(shù)表 8
3 直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.1.1 選擇齒輪的類型、材料、精度和齒數(shù) 9
3.1.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 9
3.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 11
3.1.4 幾何尺寸計(jì)算 13
3.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
3.2.1 選擇齒輪的類型、材料、精度和齒數(shù) 13
3.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 13
3.2.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 16
3.2.4 幾何尺寸計(jì)算 17
4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.1 高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.1.1 初步確定軸的最小直徑 19
4.1.2 擬定軸上零件的裝配方案 20
4.1.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 20
4.1.4 軸上零件的周向定位 21
4.1.5 確定軸上圓角和倒角尺寸 21
4.2 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.2.1 初步確定軸的最小直徑 21
4.2.2 擬定軸上零件的裝配方案 22
4.2.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 22
4.2.4 軸上零件的周向定位 23
4.2.5 確定軸上圓角和倒角尺寸 23
4.3 低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
4.3.1 初步確定軸的最小直徑 23
4.3.2 擬定軸上零件的裝配方案 24
4.3.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 24
4.3.4 軸上零件的周向定位 25
4.3.5 確定軸上圓角和倒角尺寸 25
5 強(qiáng)度校核計(jì)算 26
5.1 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 26
5.1.1 高速軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 26
5.1.2 中間軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 27
5.1.3 低速軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 28
5.2 鍵的強(qiáng)度及軸承壽命校核 29
5.2.1 鍵的強(qiáng)度校核 29
5.2.2 軸承壽命校核 29
6 繪制裝配圖前的準(zhǔn)備 31
6.1 減速器的結(jié)構(gòu)介紹 31
6.2 箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸 32
6.3 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑、密封及相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)介紹及選用 34
6.3.1 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 34
6.3.2 滾動(dòng)軸承的密封 36
6.3.3 軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37
6.3.4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 38
6.3.5 減速器附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 41
7 完成減速器裝配圖 46
結(jié) 論 47
參 考 文 獻(xiàn) 48
外文文獻(xiàn) 50
中文翻譯 64
致 謝 72
山西工程技術(shù)學(xué)院――畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 引言
卷揚(yáng)機(jī)是一種常見的提升設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性高，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。通常情況下卷揚(yáng)機(jī)都是采用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)輸出地轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于卷揚(yáng)機(jī)中滾筒的轉(zhuǎn)速，所以必須設(shè)計(jì)減速的傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置的種類多種多樣，如皮帶減速器、鏈條減速器、齒輪減速器、渦輪蝸桿減速器、二級(jí)齒輪減速器等等[1]。通過合理的設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置，使得卷揚(yáng)機(jī)能夠在特定的工作環(huán)境下滿足正常的工作要求。同時(shí)通過本設(shè)計(jì)將所學(xué)過的理論知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，做到理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)一步掌握傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過程。
1.1 國內(nèi)發(fā)展概況
我國的卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)時(shí)從解放后才開始的。第一批生產(chǎn)的卷揚(yáng)機(jī)是仿制了日本的JIS8001型動(dòng)力卷揚(yáng)機(jī)及按蘇聯(lián)圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動(dòng)、電控慢速卷揚(yáng)機(jī)。這斷時(shí)期的生產(chǎn)主要是以仿制為主[1]。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，到60年代，我國開始自行設(shè)計(jì)和制造新型的卷揚(yáng)機(jī)，但由于生產(chǎn)力的不足而無法實(shí)現(xiàn)推廣。
80年代以后，各種競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入，科技是第一生產(chǎn)力的概念逐漸被人們所接受。這斷時(shí)期是我國卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期。國家也制定了有關(guān)卷揚(yáng)機(jī)的配套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。那時(shí)候的卷揚(yáng)機(jī)代表結(jié)構(gòu)為行星傳動(dòng)、參考國外圓柱齒輪一字型布置和變速箱傳動(dòng)[2]。
目前國內(nèi)外廣泛使用的卷揚(yáng)機(jī)一般均有電機(jī)、制動(dòng)器、獨(dú)立的減速箱、鋼繩卷筒、底架的組成。他們的減速箱通常采用笨重的齒輪減速箱或蝸桿減速箱。普遍存在體積大、過載能力差、噪音大、效率低、壽命短等不足。
1.2 國外卷揚(yáng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
1.大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了大型卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展。
2.采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的自動(dòng)控制和遙控，國外廣泛采用了先進(jìn)電子技術(shù)，對(duì)大型卷揚(yáng)機(jī)安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對(duì)安全可靠。
3.發(fā)展手提式卷揚(yáng)機(jī) 為了提高機(jī)械化水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚(yáng)機(jī)。
4.大力發(fā)展不帶動(dòng)力源裝置的卷揚(yáng)機(jī)。歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機(jī)動(dòng)力的卷揚(yáng)機(jī)。
2 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)
2.1 擬定傳動(dòng)方案
傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方案一般用運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表示。它直觀的反映了工作機(jī)、傳動(dòng)裝置和原動(dòng)機(jī)三者之間的運(yùn)動(dòng)和力的傳遞關(guān)系。
傳動(dòng)方案首先應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠。此外，還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸簡(jiǎn)湊、成本低，效率高和便于使用和維護(hù)等。要同時(shí)滿足上述要求，常常是困難的，因此，應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)側(cè)重地保證主要設(shè)計(jì)要求，選用比較合理的方案[2]。
本次設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)傳動(dòng)裝置沒有太多要求，只要其在一般工作條件和環(huán)境下能夠正常工作即可，因此本設(shè)計(jì)才用展開式二級(jí)圓柱直齒輪減速器，減速器與電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間有聯(lián)軸器聯(lián)接，傳動(dòng)方案運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2.1所示；
圖2.1 卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率高，適用的功率和速度范圍廣，使用壽命長(zhǎng)，是現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)構(gòu)之一。二級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比一般為8-40，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也最為廣泛，而展開式的主要特點(diǎn)是齒輪相對(duì)于軸承不對(duì)稱布置，因而沿齒向載荷分布不均，要求軸有較大的剛度[3-5]。
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
原動(dòng)機(jī)的種類，無特殊要求，均選用交流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)為系列化產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)中僅需根據(jù)工作機(jī)的工作情況，合理選擇電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，提出具體的電動(dòng)機(jī)型號(hào)[6]。
2.2.1 選擇電動(dòng)的功率
所需電動(dòng)機(jī)工作功率為：
式（2-1）
式中： —工作機(jī)所需功率，指輸入工作機(jī)軸的功率，kW。
—由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率。
工作機(jī)所需功率由工作的工作助力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得
式（2-2）
或
式（2-3）
式中：F—工作機(jī)的助力，N
V—工作機(jī)的線速度，m/s
T—工作機(jī)的助力矩，
—工作機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min
總效率按下式計(jì)算：
式（2-4）
其中分別為傳動(dòng)裝置中每一傳動(dòng)副（齒輪、蝸桿、帶或鏈）、每對(duì)軸承或每個(gè)聯(lián)軸器的效率。
通過查設(shè)計(jì)手冊(cè)得個(gè)部分效率為：聯(lián)軸器效率；滾動(dòng)軸承的效率（一對(duì)）；閉式圓柱齒輪傳動(dòng)效率；滾筒效率；代入公式（2-4）得：
計(jì)算輸入功率:
使電動(dòng)機(jī)的額定功率，查設(shè)計(jì)手冊(cè)得電動(dòng)機(jī)的額定功率。
2.2.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
為使傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)合理，可以根據(jù)工作機(jī)轉(zhuǎn)速要求和各傳動(dòng)副的合理傳動(dòng)比范圍推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，即
式（2-5）
式中 —電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍，r/min;
—傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的合理范圍；
—各級(jí)傳動(dòng)副傳動(dòng)比的合理范圍；
—工作機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。
計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速：
查設(shè)計(jì)手冊(cè)得二級(jí)齒輪傳動(dòng)比的范圍為8-40
則電動(dòng)機(jī)的可選轉(zhuǎn)速為：
2.2.3 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定
根據(jù)以上計(jì)算，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的情況，最終可確定轉(zhuǎn)速為723r/min，根據(jù)所需的額定功率及轉(zhuǎn)速查設(shè)計(jì)手冊(cè)最終確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y160L-8，額定功率為7.5kw，轉(zhuǎn)速為723r/min，額定轉(zhuǎn)矩為2.0 。
2.3 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比
2.3.1 總傳動(dòng)比
根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 和工作機(jī)轉(zhuǎn)速 ，可得傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為
2.3.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比
合理分配總傳動(dòng)比，可以使傳動(dòng)裝置得到較小的外輪廓尺寸或較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的；也可以使傳動(dòng)零件獲得較低的圓周速度以減小齒輪動(dòng)載和降低傳動(dòng)精度等級(jí)的要求；還可以使齒輪有較好的潤(rùn)滑條件。
展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器，考慮潤(rùn)滑條件，應(yīng)使兩個(gè)大齒輪直徑相近，低速級(jí)大齒輪略大些，按 ，這里取 則
式中： 為高速級(jí)傳動(dòng)比； 為低速級(jí)傳動(dòng)比。
2.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
為進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)將工作要求的功率或轉(zhuǎn)矩推算到各軸上，分別求出各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩。
設(shè) —為相連兩軸間的傳動(dòng)比；
—為相連兩軸間的傳動(dòng)效率；
—為各軸的輸入功率kw；
—為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩；
—為各軸的轉(zhuǎn)速r/min;
則可由電動(dòng)機(jī)軸至工作機(jī)軸反向依次推算，得各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。
2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速
式（2-6）
式中 —電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速r/min；—電動(dòng)機(jī)軸至1軸的傳動(dòng)比。
電動(dòng)機(jī)軸： r/min
1軸（高速軸）： r/min
2軸（中間軸）： r/min
3軸（低速軸）： r/min
4軸（滾筒軸）： r/min
2.4.2 各軸功率
式（2-7）
式中 —電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率kw；
—電動(dòng)機(jī)軸與1軸間的傳動(dòng)效率。
電動(dòng)機(jī)軸：
1軸（高速軸）：
2軸（中間軸）：
3軸（低速軸）：
4軸（滾筒軸）：
2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩
式（2-8）
其中電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩為
式（2-9）
電動(dòng)機(jī)軸：
1軸（高速軸）：
2軸（中間軸）：
3軸（低速軸）：
4軸（滾筒軸）：
2.4.4 制作參數(shù)表
將上述計(jì)算結(jié)果列入表中，供以后設(shè)計(jì)計(jì)算使用
表2.1 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表
軸
功率P（kw）
轉(zhuǎn)矩T()
轉(zhuǎn)速n(r/min)
電動(dòng)機(jī)軸
6.12
80.84
723
1軸（高速軸）
6.06
80.03
723
2軸（中間軸）
5.76
525.38
104.69
3軸（低速軸）
5.48
2463.67
21.22
4軸（滾筒軸）
5.32
2390.25
21.22
3 直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 選擇齒輪的類型、材料、精度和齒數(shù)
（1）按已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
（2）大小齒輪材料采用45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度差為40HBS可以提高大齒輪齒面的疲勞。
（3）精度選擇7級(jí)精度。
（4）選擇小齒輪齒數(shù)，則 取
3.1.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)以下設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算：
式（3-1）
（1）確定上式中的各參數(shù)
① 試選載荷系數(shù)；
② 小齒輪傳遞的扭矩為：
③ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選齒寬系數(shù)；
④ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得彈性影響系數(shù) ；
⑤ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，查得大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為
⑥ 重合度系數(shù)，端面重合度
⑦ 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
次
次
⑧ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得接觸疲勞壽命系數(shù)；
⑨ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)，則
（2）計(jì)算
① 將中的較小的值代入公式（3-1）得
② 計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度v
③ 計(jì)算齒寬b
④ 計(jì)算齒寬和齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，由，7級(jí)精度得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
⑥ 按實(shí)際載荷系數(shù)修正，
⑦ 計(jì)算模數(shù) m
3.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式為
式（3-2）
（1）確定設(shè)計(jì)公式中的參數(shù)
① 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
② 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得彎曲疲勞壽命系數(shù)；
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1.4則
④ 計(jì)算載荷系數(shù)K
⑤ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得齒形系數(shù)；
⑥ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得應(yīng)力校正系數(shù)；
⑦ 計(jì)算重合度系數(shù)；
⑧ 計(jì)算大、小齒輪的值
（2）計(jì)算齒輪模數(shù)
設(shè)計(jì)公式（3-2）中代人 中的較大值，得
由計(jì)算結(jié)果可看出，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，但由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，所以，可取由彎曲強(qiáng)度計(jì)算得的模數(shù)1.7，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2 mm。因按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，這時(shí)需要修正齒數(shù)
則
3.1.4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
取
3.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1 選擇齒輪的類型、材料、精度和齒數(shù)
（1）按已知條件，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
（2）大小齒輪材料采用45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度差為40HBS可以提高大齒輪齒面的疲勞。
（3）精度選擇7級(jí)精度。
（4）選擇小齒輪齒數(shù)，則 取
3.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)以下設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算：
式（3-3）
（1）確定上式中的各參數(shù)
① 試選載荷系數(shù)；
② 小齒輪傳遞的扭矩為：
③ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選齒寬系數(shù)；
④ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得彈性影響系數(shù) ；
⑤ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，查得大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為
⑥ 重合度系數(shù)，端面重合度
⑦ 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
次
次
⑧ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得接觸疲勞壽命系數(shù)；
⑨ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)，則
（2）計(jì)算
① 將中的較小的值代入公式（3-1）得
② 計(jì)算小齒輪分度圓圓周速度v
③ 計(jì)算齒寬b
④ 計(jì)算齒寬和齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，由，7級(jí)精度得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得
⑥ 按實(shí)際載荷系數(shù)修正，
⑦ 計(jì)算模數(shù) m
3.2.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式為
式（3-4）
（1）確定設(shè)計(jì)公式中的參數(shù)
① 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度[極
；
② 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得彎曲疲勞壽命系數(shù)；
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取安全系數(shù)S=1.4則
④ 計(jì)算載荷系數(shù)K
⑤ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得齒形系數(shù)；
⑥ 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，得應(yīng)力校正系數(shù)；
⑦ 計(jì)算重合度系數(shù)；
⑧ 計(jì)算大、小齒輪的值
（2）計(jì)算齒輪模數(shù)
設(shè)計(jì)公式（3-2）中代人 中的較大值，得
由計(jì)算結(jié)果可看出，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，但由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，所以，可取由彎曲強(qiáng)度計(jì)算得的模數(shù)2.19，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5 mm。因按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，這時(shí)需要修正齒數(shù)
則
3.2.4 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
取
建立齒輪幾何尺寸表
用上述計(jì)算所得的結(jié)果分別計(jì)算出各齒輪的其他幾何尺寸，并填入表格中。
表3.1 齒輪幾何尺寸表
名稱
代號(hào)
高速級(jí)小齒輪
高速級(jí)大齒輪
低速級(jí)小齒輪
低速級(jí)大齒輪
齒數(shù)
Z
26
180
34
168
模數(shù)
M
2
2.5
壓力角
200
分度圓直徑
D
52
360
85
420
齒頂高
2
2.5
齒根高
2.5
3.125
齒全高
H
4.5
5.625
齒頂圓直徑
56
364
90
425
齒根圓直徑
47
355
78.75
413.75
中心距
A
206
252.5
齒厚
B
52
47
81
76
4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是確定軸的結(jié)構(gòu)形狀、各部分的直徑長(zhǎng)度等全部尺寸。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足下列基本要求：保證軸及軸上零件有準(zhǔn)確的工作位置，固定可靠；軸上零件的拆裝和調(diào)整方便，軸具有良好的制造工藝性；軸的結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強(qiáng)度、減輕應(yīng)力集中等。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟如下：
1、初估軸的直徑
各軸可按承受純扭矩并降低許用應(yīng)力（考慮彎矩的影響）的辦法來初估各軸的直徑d，其分式寫為：
式（3-5）
式中：P—軸所傳遞的功率，kw；n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；A為軸的材料及承載情況確定的系數(shù)，可查有關(guān)教材。對(duì)于非外伸軸，初估直徑常作為與傳動(dòng)零件相配合的直徑（A取大值），并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值；對(duì)于外伸軸，初估直徑作為外伸軸端直徑（A取小值），并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，若外伸軸有外接零件（聯(lián)軸器等），d應(yīng)與外接零件孔徑一致（必要時(shí)作適當(dāng)調(diào)整），并滿足鍵的強(qiáng)度要求。
2、擬定軸上零件的轉(zhuǎn)配方案并選擇支承的結(jié)構(gòu)型式
軸上零件的裝配方案及軸支承結(jié)構(gòu)型式的不同，軸的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸也將不同，可通過分析比較選擇一個(gè)好的方案。
3、在上述1、2步驟的基礎(chǔ)上，考慮對(duì)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，確定軸各段直徑及長(zhǎng)度。
4.1 高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)公式（3-5）初步確定軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取A=110 則
輸入軸的最小直徑是用于安裝聯(lián)軸器。為使所選直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，考慮扭矩變化很小，取，則
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用LXZ1型彈性柱銷聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為560 。從動(dòng)端半聯(lián)軸器的孔徑，所以選取軸徑；與軸配合的得孔長(zhǎng)度為，為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，軸長(zhǎng)應(yīng)略短于L，取。
4.1.2 擬定軸上零件的裝配方案
圖4.1 高速軸擬定裝配方案
左側(cè)軸承與擋油環(huán)從左側(cè)裝入，右側(cè)軸承、擋油環(huán)及聯(lián)軸器從右側(cè)裝入，齒輪采用齒軸一體設(shè)計(jì)。
4.1.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
表4.1 確定高速軸各軸段的直徑和長(zhǎng)度
位置
直徑和長(zhǎng)度
(mm)
原因
1
段
與半聯(lián)軸器的孔徑相配合
為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上
2
段
滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求，制造出一個(gè)軸肩
考慮軸承端蓋寬度和半聯(lián)軸器的安裝要求
位
置
直徑和長(zhǎng)度
(mm)
原因
3
段
與滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑配合
考慮滾動(dòng)軸承寬度、擋油環(huán)的寬度及壁厚等因素
4
段
過度段
考慮整體長(zhǎng)度
5
段
齒軸一體設(shè)計(jì)以齒輪尺寸為準(zhǔn)
同上
6
段
過度段
考慮整體長(zhǎng)度
7
段
同第3段
同第3段
4.1.4 軸上零件的周向定位
半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取，鍵槽長(zhǎng)36mm，之間的配合為；滾動(dòng)軸承選用深溝球軸承6207，，與軸采用過渡配合實(shí)現(xiàn)周向定位，軸徑公差為m6。
4.1.5 確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角；各軸肩的圓角見零件圖。
4.2 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2.1 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)公式（3-5）初步確定軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取A=110 則
輸入軸的最小直徑是用于安裝滾動(dòng)軸承。為使所選直徑與滾動(dòng)軸承的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取滾動(dòng)軸承的型號(hào)。根據(jù)計(jì)算的最小直徑，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取深溝球軸承6309，，故取最小軸徑。
4.2.2 擬定軸上零件的裝配方案
圖4.2 中間軸擬定裝配方案
圓柱齒輪、套筒、擋油環(huán)和滾動(dòng)軸承從軸的左端裝入，右端滾動(dòng)軸承和擋油環(huán)從右端裝入。
4.2.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
表4.2 確定中間軸各軸段的直徑和長(zhǎng)度
位
置
直徑和長(zhǎng)度
(mm)
原因
1
段
與滾動(dòng)軸承的孔徑相配合
考慮滾動(dòng)軸承寬度、擋油環(huán)的寬度及壁厚等因素
2
段
過度段
考慮整體長(zhǎng)度及齒輪到內(nèi)壁的距離
位
置
直徑和長(zhǎng)度
(mm)
原因
3
段
齒軸一體設(shè)計(jì)以齒輪尺寸為準(zhǔn)
齒軸一體設(shè)計(jì)以齒輪尺寸為準(zhǔn)
4
段
齒輪右端采用軸肩定位，應(yīng)制作軸肩
考慮整體長(zhǎng)度及軸肩高
5
段
安裝齒輪，有鍵槽，取標(biāo)準(zhǔn)直徑
保證齒輪安裝的軸向定位，應(yīng)略短于齒寬
6
段
與滾動(dòng)軸承的孔徑相配合
考慮滾動(dòng)軸承、擋油環(huán)及壁厚等因素
4.2.4 軸上零件的周向定位
齒輪與軸的定位才有平鍵聯(lián)接，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取，鍵槽長(zhǎng)28mm，之間的配合為，滾動(dòng)軸承與軸采用過渡配合實(shí)現(xiàn)周向定位，軸徑公差為m6。
4.2.5 確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角；各軸肩的圓角見零件圖。、
4.3 低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.3.1 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)公式（3-5）初步確定軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取A=110 則
輸入軸的最小直徑是用于安裝聯(lián)軸器。為使所選直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，考慮扭矩變化很小，取，則
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用LXZ9型彈性柱銷聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為6300 。主動(dòng)端半聯(lián)軸器的孔徑，所以選取軸徑；與軸配合的得孔長(zhǎng)度為，為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，軸長(zhǎng)應(yīng)略短于L，取。
4.3.2 擬定軸上零件的裝配方案
圖4.3低速軸擬定裝配方案
左側(cè)軸承和擋油環(huán)從左側(cè)裝入，圓柱齒輪、套筒、擋油環(huán)、軸承和聯(lián)軸器從右側(cè)裝入
4.3.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
表4.3 確定低速軸各軸段的直徑和長(zhǎng)度
位
置
直徑和長(zhǎng)度
(mm)
原因
1
段
與半聯(lián)軸器的孔徑相配合
為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上
位
置
直徑和長(zhǎng)度
(mm)
原因
2
段
滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求，制造出一個(gè)軸肩
考慮軸承端蓋寬度和半聯(lián)軸器的安裝要求
3
段
與滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑配合
考慮滾動(dòng)軸承寬度、擋油環(huán)的寬度及壁厚等因素
4
段
安裝齒輪，有鍵槽，取標(biāo)準(zhǔn)直徑
保證齒輪安裝的軸向定位，應(yīng)略短于齒寬
5
段
齒輪左端采用軸肩定位，應(yīng)制作軸肩
考慮整體長(zhǎng)度及軸肩高
6
段
過度段
考慮整體長(zhǎng)度
7
段
同第3段
軸承加擋油環(huán)的長(zhǎng)度
4.3.4 軸上零件的周向定位
半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取，鍵槽長(zhǎng)100mm；齒輪與軸采用平鍵聯(lián)接，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取，鍵槽長(zhǎng)50mm之間的配合為；滾動(dòng)軸承選用深溝球軸承61817，，與軸采用過渡配合實(shí)現(xiàn)周向定位，軸徑公差為m6。
4.3.5 確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角；各軸肩的圓角見零件圖。
5 強(qiáng)度校核計(jì)算
5.1 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)選取許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅（或主要）用于傳遞扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于既傳遞扭矩又承受彎矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度。上述方法沒有考慮影響軸疲勞強(qiáng)度的各因素，所以只是粗略的校核計(jì)算，只用于一般的軸。對(duì)于重要的軸應(yīng)按軸的疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核（即安全系數(shù)校核）。另外對(duì)于瞬時(shí)過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按尖峰載荷校核軸的靜強(qiáng)度。
若驗(yàn)算結(jié)果軸的強(qiáng)度 不夠時(shí)，必須修改軸的尺寸或結(jié)構(gòu)，直到強(qiáng)度足夠?yàn)橹梗蝗暨^高，一般不急于修改軸的尺寸或結(jié)構(gòu)，待軸承壽命及鍵聯(lián)接強(qiáng)度校核后，再考慮軸結(jié)構(gòu)或尺寸修改的問題[7-12]。
5.1.1 高速軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
1. 求軸上的受力
分度圓直徑
2. 在水平面上
左側(cè)
右側(cè)
彎矩
3. 在垂直面上
左側(cè)
右側(cè)
彎矩
4. 總彎矩
5. 扭矩
6. 校核
軸的材料為45鋼，查表得 。因此， ，故安全。
5.1.2 中間軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
1. 求軸上的受力
分度圓直徑
2. 在水平面上
左側(cè)
右側(cè)
彎矩
3. 在垂直面上
左側(cè)
右側(cè)
彎矩
4. 總彎矩
5. 扭矩
6. 校核
軸的材料為45鋼，查表得 。因此， ，故安全。
5.1.3 低速軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
1. 求軸上的受力
分度圓直徑
2. 在水平面上
左側(cè)
右側(cè)
彎矩
3. 在垂直面上
左側(cè)
右側(cè)
彎矩
4. 總彎矩
5. 扭矩
6. 校核
軸的材料為45鋼，查表得 。因此， ，故安全。
5.2 鍵的強(qiáng)度及軸承壽命校核
5.2.1 鍵的強(qiáng)度校核
鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算
查設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ，因?yàn)?，故鍵的強(qiáng)度足夠。其他鍵的驗(yàn)算方法同上，經(jīng)計(jì)算均滿足強(qiáng)度要求。
5.2.2 軸承壽命校核
校核時(shí)，對(duì)軸承要求的壽命可按使用年限計(jì)算，也可參考有關(guān)各種設(shè)備的軸承使用壽命的推薦值。
軸承6207的校核：
1. 當(dāng)量動(dòng)載荷
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取載荷系數(shù) ，則基本動(dòng)載荷為：
2. 軸承的額定壽命
顯然軸承的額定壽命遠(yuǎn)大于減速器的工作時(shí)間。其他的軸承驗(yàn)算同上。
6 繪制裝配圖前的準(zhǔn)備
裝配圖是表達(dá)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)機(jī)器總體結(jié)構(gòu)意圖的圖樣，是繪制零件工作圖，進(jìn)行機(jī)器組裝、調(diào)試、維護(hù)等環(huán)節(jié)的技術(shù)依據(jù)。要求它能正確表達(dá)機(jī)器的工作原理和裝配關(guān)系，反映出各個(gè)零件的相互位置、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。因此機(jī)器的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作一般總是從裝配圖開始進(jìn)行。而裝配圖的設(shè)計(jì)，人們通常先設(shè)計(jì)裝配草圖，然后再逐步完成整個(gè)裝配工作圖的繪制。這樣，裝配草圖的設(shè)計(jì)就是首當(dāng)其沖的重要環(huán)節(jié)，絕大部分零件的結(jié)構(gòu)和尺寸均在此階段中確定，這就需要綜合考慮零件的強(qiáng)度、剛度、工藝、裝配、調(diào)整、潤(rùn)滑以及經(jīng)濟(jì)性等各方面的要求，并需要足夠的視圖和剖視來表達(dá)清楚。設(shè)計(jì)時(shí)，既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又有強(qiáng)度等的校核計(jì)算，因此設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，常常需采用邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改的“三邊”設(shè)計(jì)方法逐步完善之。
6.1 減速器的結(jié)構(gòu)介紹
圖6.1 為齒輪減速器的立體示意圖。減速器的機(jī)體由機(jī)座和機(jī)蓋組成（但輕型齒輪減速器、蝸桿減速器也采用整體式減速器）。它安裝方便，機(jī)座和機(jī)蓋的分界面通常與各軸中心線所在平面重合，這樣可將齒輪、軸承等軸上零件在機(jī)體外安裝在軸上，再放在機(jī)座的軸承孔內(nèi)，然后合上機(jī)蓋。機(jī)座與機(jī)蓋的相對(duì)位置由定位銷確定、并用螺栓聯(lián)接緊固。為了在拆卸時(shí)易于將機(jī)蓋與機(jī)座分開，在機(jī)蓋凸緣上兩端各制出一個(gè)螺紋孔，以便擰入啟蓋用的啟蓋螺釘。機(jī)體內(nèi)的齒輪常用機(jī)油潤(rùn)滑。為了加注潤(rùn)滑油和檢查齒輪嚙合情況，在機(jī)蓋上開有檢察孔，并用蓋板封上以防止不潔之物進(jìn)入機(jī)體。還在蓋板上或機(jī)蓋上裝有通氣器，使機(jī)體內(nèi)熱脹氣體自由逸出，以免氣壓升高而引起機(jī)體內(nèi)在縫隙外的漏油現(xiàn)象。為了檢查機(jī)體內(nèi)油面的高度，在機(jī)座制出一凸臺(tái)以安裝油面指示器（游標(biāo)或油尺）。為放出機(jī)體內(nèi)的污油，在機(jī)座底部裝有放油螺塞（油塞）。在機(jī)座的下部作出支承凸緣，以便用于地腳螺塞將機(jī)體固定在其安放的位置。為了拆卸和搬運(yùn)，在機(jī)體上還裝有環(huán)首螺釘、吊鉤。機(jī)械上的軸承蓋用于固定軸承、調(diào)整軸承游隙并承受軸向力。在輸入、輸出端的軸承蓋孔內(nèi)放有密封裝置，以防止雜物的滲入及潤(rùn)滑油的外漏。若軸承利用稀油飛濺潤(rùn)滑時(shí)，還常在機(jī)座的部分面上做出輸油溝，使由齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)飛濺到機(jī)蓋內(nèi)表面上的油沿機(jī)蓋內(nèi)壁流入此油溝導(dǎo)入軸承。
圖6.1 二級(jí)圓柱齒輪減速器
6.2 箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸
表6.1 箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸
名稱
符號(hào)
尺寸 mm
機(jī)座壁厚
12
機(jī)蓋壁厚
11
機(jī)座凸緣厚度
B
18
機(jī)蓋凸緣厚度
16
機(jī)座底凸緣厚度
30
地腳螺釘直徑
20
地腳螺釘數(shù)目
N
6
名稱
符號(hào)
尺寸 mm
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
12
蓋與座聯(lián)接螺栓直徑
10
聯(lián)接螺栓的間距
L
80
軸承端蓋螺釘直徑
10
窺視孔蓋螺釘直徑
97
定位銷直徑
D
7
至外機(jī)壁距離
22
至凸緣邊緣距離
20
軸承旁凸臺(tái)半徑
20
凸臺(tái)高度
H
44
外機(jī)壁至軸承座端面距離
50
大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離
14
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
17
機(jī)座筋厚
14
軸承端蓋外徑
130、170、210
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
S
160、210、265
6.3 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑、密封及相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)介紹及選用
6.3.1 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，其潤(rùn)滑方式取決于浸浴于油池中的齒輪的圓周速度。由于本設(shè)計(jì)的浸油齒輪的圓周速度不大，所以選用脂潤(rùn)滑。
1、稀油飛濺潤(rùn)滑
圖6.3 稀油飛濺潤(rùn)滑
當(dāng)浸油齒輪的圓周速度大于2m/s時(shí)就可采用稀油飛濺潤(rùn)滑，這是靠齒輪傳動(dòng)時(shí)將油池中的油飛濺到內(nèi)箱壁上，再順著箱壁流下沿上箱蓋分箱面處的坡口流進(jìn)下箱面上的油溝，經(jīng)軸承蓋上的導(dǎo)油槽流入軸承。飛濺潤(rùn)滑的油路，輸油溝的形式與尺寸如圖6.4所示。
圖6.4 飛濺潤(rùn)滑的油路及油溝的形式
采用飛濺潤(rùn)滑時(shí)，如果傳動(dòng)件為斜齒圓柱齒輪而小齒輪直徑又小于軸承座孔，則應(yīng)在軸承面向箱內(nèi)的一側(cè)裝上擋油板，以防止斜齒輪嚙合時(shí)從油池中帶上的不清潔熱油擠入軸承，如圖6.5所示。
圖6.5 擋油板結(jié)構(gòu)
2、脂潤(rùn)滑
當(dāng)浸油齒輪的圓周速度小于2m/s時(shí)應(yīng)該采用脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑的充填量為軸承空間的1/2~1/3，六個(gè)月左右補(bǔ)充或跟換一次。
圖6.6 擋油環(huán)
為防止箱體內(nèi)潤(rùn)滑油與軸承潤(rùn)滑脂兩種不同油性的油混雜，應(yīng)在軸承靠近箱體內(nèi)壁一側(cè)加密封裝置或擋油環(huán)。如圖6.6。
3、刮油潤(rùn)滑
當(dāng)傳動(dòng)件圓周速度很低，不采用飛濺潤(rùn)滑而又想用稀油潤(rùn)滑軸承時(shí)，可在箱體內(nèi)適當(dāng)位置加設(shè)刮油板，利用刮油板將傳動(dòng)件端面上的潤(rùn)滑油刮下，再通過油溝導(dǎo)入軸承。
6.3.2 滾動(dòng)軸承的密封
對(duì)于有軸穿出的軸承蓋，在軸承蓋孔與軸之間應(yīng)設(shè)置密封件，以防止?jié)櫥瑒┩饴┘巴饨绲幕覊m、水汽及其它雜質(zhì)滲入，保證軸承正常工作。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的毛氈式密封。常見的密封結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：
（1）毛氈式密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉，但與軸表面摩擦較大。容易磨損而降低密封效果，主要用于密封處速度的脂潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，也用于速度不大的油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式如圖6.7 。
圖6.7 毛氈式密封
（2）橡膠式密封適用于較高的工作速度，設(shè)計(jì)時(shí)密封唇方向應(yīng)朝向密封方向，為了分油時(shí)，密封唇朝向軸承一側(cè)，見圖6.8（a）；為防止外界灰塵、雜質(zhì)浸入時(shí)，應(yīng)使密封唇背向軸承，見圖6.8（b）；雙向密封時(shí)，可使用兩個(gè)橡膠油封方向安裝，見圖6.8（c）。橡膠油封分無內(nèi)包骨架和有內(nèi)包骨架兩種。
圖6.8 橡膠式密封
（3）間隙密封和曲路密封。間隙密封適用于脂潤(rùn)滑及工作環(huán)境清潔的軸承或高速密封，見圖6.9。應(yīng)用潤(rùn)滑脂填滿油溝間隙，以加強(qiáng)密封效果，圖6.9（b）是開有回油槽的結(jié)構(gòu)，有利于提高密封能力。這種密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦小，但密封不夠可靠。 曲路密封效果好，密封可靠，對(duì)油潤(rùn)滑及脂潤(rùn)滑都適用，若與接觸式密封件配合使用，效果更佳，見圖6.10
圖6.9 間隙密封
圖6.10 曲路密封
6.3.3 軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸承蓋用來密封、軸向固定軸承、承受軸向載荷和調(diào)整軸承間隙，軸承蓋有嵌入式和凸緣式兩種。嵌入式軸承蓋軸向結(jié)構(gòu)緊湊，與箱體間無需用螺絲聯(lián)接，與O型密封圈配合使用可提高其密封效果見圖6.11，但調(diào)整軸承間隙時(shí)，需要打開箱蓋增減調(diào)整墊片，比較麻煩；也可采用圖6.11（c） 所示的結(jié)構(gòu)，用調(diào)整螺釘調(diào)整軸承間隙。
圖6-11 嵌入式軸承蓋
凸緣式軸承蓋調(diào)整軸承間隙比較方便，密封性能好，應(yīng)用較多，但調(diào)整軸承間隙
和拆裝箱體時(shí)，需先將其與箱體間的聯(lián)接螺栓拆除，見圖6.12、圖6.13
圖6.12 調(diào)整墊片 圖6.13 凸緣式軸承蓋
軸承蓋多用鑄鐵制造，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使其厚度均勻，見圖6.13。軸承蓋長(zhǎng)度L較大時(shí)，在保留足夠的配合長(zhǎng)度的條件下，可采用圖6.13（b）的結(jié)構(gòu)，以減少加工面。
6.3.4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
減速器箱體是支承軸系部件、保證傳動(dòng)零件正常嚙合、良好潤(rùn)滑和密封的基礎(chǔ)零件，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。箱體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用灰鑄鐵鑄造；重型傳動(dòng)箱體，為提高強(qiáng)度，可用鑄鋼；單件生產(chǎn)也可采用鋼板焊接。
為便于軸系部件安裝，箱體多由箱座和箱蓋組成。剖分面多取軸的中心線所在的平面，箱座和箱蓋采用普通螺栓聯(lián)接，圓錐銷定位。剖分式鑄造箱體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
（1）為保證減速器支承剛度，箱體軸承座處應(yīng)有足夠的厚度，并設(shè)置加強(qiáng)筋。箱體加強(qiáng)筋有有外筋和內(nèi)筋兩種結(jié)構(gòu)型式，內(nèi)筋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，箱體外表平整，但會(huì)增加攪油損耗，制造工藝也比較復(fù)雜，外筋或凸壁式箱體結(jié)構(gòu)可增加散熱面積，采用較多，見圖6.14
圖6.14 加強(qiáng)筋
（2）軸承旁聯(lián)接螺栓凸臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有利于提高軸承座孔的聯(lián)接剛度，軸承座孔兩側(cè)聯(lián)接螺栓應(yīng)盡量靠近軸承，以不與箱體上固定軸承蓋的螺紋及箱體剖分面上油溝發(fā)生干涉為準(zhǔn)。通常取兩聯(lián)接螺栓中心距與軸承蓋外徑相近，凸臺(tái)的高度由聯(lián)接螺栓的扳手空間確定，見圖6.15
圖6.15軸承旁聯(lián)接螺栓
軸承座凸臺(tái)與聯(lián)接螺栓安裝凸臺(tái)的相互結(jié)構(gòu)關(guān)系應(yīng)根據(jù)作圖確定，當(dāng)凸臺(tái)位于箱壁內(nèi)側(cè)時(shí)，見圖6.15（a）；當(dāng)凸臺(tái)位置突出箱壁外側(cè)時(shí)，見圖6.15（b），軸承座凸臺(tái)高度應(yīng)設(shè)計(jì)一致，以便于加工，見圖6.16
圖6.16軸承座凸臺(tái)與聯(lián)接螺栓安裝凸臺(tái)的相互結(jié)構(gòu)關(guān)系
（3） 箱蓋與箱座聯(lián)接凸緣應(yīng)有一定的厚度，以保證箱蓋與箱座的聯(lián)接剛度；箱體
剖方面應(yīng)加工平整。
（4）箱座底面凸緣的寬度應(yīng)超過箱座內(nèi)壁，以利于支撐，使壁厚盡量均勻，并盡量減少加工面，見圖6.17、圖6.18
圖6.17 箱體底座凸緣 圖6.18 箱體底面結(jié)構(gòu)形狀
（5）設(shè)計(jì)鑄造箱體時(shí)應(yīng)考慮鑄造工藝性特點(diǎn)，力求形狀簡(jiǎn)單、便于拔模、避免出現(xiàn)狹縫，保證最小壁厚、壁厚均勻、過度平緩，如圖6.19所示。
圖6.19鑄造箱體工藝特點(diǎn)
（6）考慮機(jī)加工要求，應(yīng)盡可能減少機(jī)械加工面積，盡量減少加工時(shí)工件和刀具的調(diào)整次數(shù)，嚴(yán)格區(qū)分加工面與非加工面。
6.3.5 減速器附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了檢查傳動(dòng)件的嚙合情況、注油、排油、指示油面、通氣、拆裝、吊運(yùn)等，減速器需配備各種附件。
1、窺視孔和窺視孔蓋
減速器機(jī)蓋頂部要開窺視孔，以便檢查傳動(dòng)件的嚙合情況、潤(rùn)滑情況、接觸斑點(diǎn)及齒側(cè)間隙等。窺視孔應(yīng)設(shè)在能看到傳動(dòng)零件嚙合區(qū)的位置，并足夠的大小，以便手能伸入進(jìn)行操作，見圖6.20減速器內(nèi)的潤(rùn)滑油也由窺視孔注入，為了減少油的雜質(zhì)，可在窺視孔口裝一過濾網(wǎng)。在窺視孔上安裝附有密封墊片的觀察孔蓋，并用螺釘緊固于箱體上，以防潤(rùn)滑油滲漏。觀察孔蓋可用鋼板、鑄鐵等材料制造，其結(jié)構(gòu)形式可參考有關(guān)手冊(cè)或自行設(shè)計(jì)。
圖6.20 窺視孔
2、通氣孔
減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，箱內(nèi)會(huì)因摩擦發(fā)熱而升溫，造成氣體膨脹，箱體內(nèi)部壓力增大。停機(jī)時(shí)，箱體內(nèi)部溫度下降，壓力降低。設(shè)置通氣器，可使箱體內(nèi)外氣體自由交換，以保持箱體內(nèi)外氣壓相等，使?jié)櫥筒恢卵叵潴w接合面、軸伸出處及其他縫隙向外滲漏。
通氣器的結(jié)構(gòu)形式很多，圖6.21（a）所示為簡(jiǎn)單的通氣器，用于比較清潔的場(chǎng)合。圖6.21（b）所示為比較完善的通氣器，其內(nèi)部做成曲路，并設(shè)有濾網(wǎng)。通氣器通常安裝在箱蓋頂部或觀察孔蓋上。
圖6.21 通氣器
3、放油螺塞
為調(diào)整箱體內(nèi)油面高度，檢修時(shí)將污油排凈，需在油池的最低位置放油孔并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便于放油。放油孔用帶密封墊圈的螺塞堵住，見圖6.22。此油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊，經(jīng)機(jī)械加工成為螺塞頭部的支承面。放油孔等結(jié)構(gòu)尺寸可參看有關(guān)的手冊(cè)。密封墊圈材料為耐油橡膠、塑料或皮革等。螺塞直徑約為箱體壁厚的2-3倍。
圖6.22 放油螺塞
4、油面指示器
油面指示器常放置在便于觀測(cè)減速器油面及油面穩(wěn)定之處（如低速級(jí)傳動(dòng)件附近）。常用的油面指示器有油尺、圓形油標(biāo)、長(zhǎng)形油標(biāo)、油面指示螺釘?shù)?，一般多用帶有螺紋部分的油尺，見圖6.23、圖6.24。油面指示器上應(yīng)分別標(biāo)出暈眩最高油面和最低油面的位置。最低油面為傳動(dòng)零件正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的油面，其位置根據(jù)傳動(dòng)零件的浸油潤(rùn)滑要求確定，對(duì)于中小型減速器，最高油面與最低油面間的差值取5~10mm。
圖6.23 油面指示器 圖6.24 螺紋油尺
5、起吊裝置
為方便搬運(yùn)減速器或箱蓋，應(yīng)在箱座及箱蓋上分別設(shè)置起吊裝置。起吊裝置通常直接鑄造在箱體表面或采用標(biāo)準(zhǔn)件。
（1）吊環(huán)或吊鉤可直接鑄造在箱體或箱蓋上，結(jié)構(gòu)形式和尺寸見圖6.25，設(shè)計(jì)時(shí)需注意其布置應(yīng)與機(jī)器重心位置相協(xié)調(diào)，并避免與其他結(jié)構(gòu)相干涉，如桿形油標(biāo)座、箱座與箱蓋聯(lián)接螺栓等。
圖6.25 吊環(huán)及吊鉤的結(jié)構(gòu)和尺寸
（2）吊環(huán)螺釘是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)時(shí)按起吊重量選取。吊環(huán)螺釘通常用于吊運(yùn)箱蓋，也可用于吊運(yùn)小型減速器，吊環(huán)螺釘安裝在箱蓋凸臺(tái)經(jīng)加工的螺孔中，螺孔結(jié)構(gòu)應(yīng)按吊環(huán)螺釘標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，見圖6.26。
圖6.26 吊環(huán)螺釘
6、定位銷
對(duì)于對(duì)開或同軸不同體加工的軸承座，為保證軸承座孔加工與裝配的準(zhǔn)確性和一致性，使軸承座上下半孔或同軸的兩個(gè)軸承座孔在加工和裝配時(shí)都能保持其位置精度，應(yīng)在相關(guān)的兩零件間，如箱蓋和箱座間設(shè)計(jì)定位銷，在鏜孔和裝配擰