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《减速机设计指导书》

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。

图1.2两级圆柱齿轮减速器

图1.3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

名称

用途

箱体

箱体由箱盖和箱座组成，起着支承轴及轴上零件的作用。

为装拆方便，常采用剖分式结构，箱盖和箱座用螺栓联成整体

轴

轴通过轴承和轴承盖固定在箱体上，用来支承传动零件传递扭炬

轴承盖

用来封闭轴承室和固定轴承

传动零件

如齿轮、蜗轮、带轮链轮及联轴器等，采用联接件进行轴向和周向固定，用来传递运动和动力

螺塞

设在箱座下部，为排除油污和清洗减速器内腔时放油之用

油标

用来检查箱内润滑油的油面高度

窥视孔

设在箱盖顶部，用来观察、检查齿轮的啮合和润滑情况，润滑油也由此注入

通气器

用来沟通减速器内外气流，使箱体内因发热而产生的油蒸气及时排出，从而保证箱体的密封不致被破坏

起盖螺钉

用来顶起箱盖，以利拆卸

吊钩

用来吊运整台减速器

吊环螺钉

用来起吊箱盖

地脚螺丝

将减速器固定在机架或地基上

定位销

在箱体剖分面的凸缘上设两个定位销，用来确定箱盖和箱座轴承孔的相互位置

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。

（2）焊接箱体

在单件特别是大型减速器的生产中，为了减轻重量或缩短生产周期，箱体也可用A2或A3钢板焊接而成（见图1.5）。

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

（1）剖分式箱体

减速器箱体通常制成剖分式，剖分面常通过轴的中心线（见图1.4）。

剖分式箱体的接合面有水平式（图1.4a,b,d）和倾斜式（图1.4c）两种。

前者易于加工，在减速器中被广泛采用；后者有利于多级齿轮传动的浸油润滑，但对剖分面的加工不利，故应用甚少。

一般减速器仅有一个剖分面，但在大型的立式圆柱齿轮减速器中，为了便于制造和安装，也有采用两个剖分面的，如图1.6。

虽然减速器的接合面多数通过各轴的中心线，但也有例外，如轻型减速器有时不通过轴线，如图1.7。

（2）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1.9a）和内筋（图1.9b）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。

（a）外筋式（b）内筋式

图1.9筋板结构

为了增强轴承装置部分的刚度，轴承座孔的两侧的联接螺栓应尽量靠近，为此，需要在轴承座两侧作出凸台。

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。

图15-11凸台处的螺栓联结结构

2、密封、润滑和贮油

为了保证箱盖与箱座联接处的密封可靠，应使联接处的凸缘有足够的宽度，并且联接表面要有较低的表面粗糙度（一般在以下），也可以在箱座凸缘上铣出回油沟，使渗入联接面上的油重新流回箱体腔内。

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

材料

小型铸件

（<200×200）

中型铸件

（200×200~500×500）

大型铸件

（>500×500）

灰口铸铁

球墨铸铁

铸钢

3~5

>6

>8

8~10

12

10~12

12~15

15~20

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。

五、轴和传动零件的结构

（一）轴的结构设计

轴的结构是由多方面因素决定的。

设计轴的结构时要考虑的主要因素有：

1轴上零件（如齿轮、带轮等）的类型、尺寸及配置。

2零件的定位和固定方式。

零件在轴上必须有确定的位置，不允许松动。

轴上零件的轴向固定方式及尺寸、可参阅表1.5《机械零件设计手册》P608及图3.13-3～图3.13-5。

为保证轴上零件与轴肩紧贴，要求轴上的过渡圆角小于零件的倒角。

轴端也应制出倒角。

过渡圆角与倒角的尺寸参考相应规定。

③载荷情况，轴的强度和刚度，

④轴的加工和装配工艺性。

轴上磨削的段，应留有砂轮的越程槽；车削螺纹的轴段，应留有退刀槽；为便于加工、装配和固定，轴多制成中间直径大、两头直径逐渐递减的阶梯轴结构，如图1.22。

（二）传动零件的结构

1、齿轮的结构设计

齿轮的结构设计包括毛坯类型的选择和结构形式设计等。

齿轮的结构及尺寸见《机械零件设计手册》P437表3.7-31、P461表3.8-5。

2、蜗杆的结构

蜗杆大多为钢制，并与轴做成一体（称为蜗杆轴），也可采用将蜗杆齿圈装配在轴上的套装式结构。

蜗杆的结构见《机械零件设计手册》P485图3.9-5

3、蜗轮结构

蜗轮结构有装配式和整体式两种。

为节省有色金属，青铜蜗轮大多做成装配式。

蜗轮的结构尺寸见《机械零件设计手册》P485表3.9-14

六、滚动轴承部件的结构

在中、小型减速器中，大多采用滚动轴承作为轴的支承。

这里，滚动轴承部件包括滚动轴承（内圈、外圈、滚动体等）、与滚动轴承相配的轴段（轴颈、轴肩、挡肩等）、轴承盖、轴承套杯等，

（一）滚动轴承的轴向固定

为了保证轴在工作中有正确的位置，防止轴的轴向窜动，通常要将轴承加以固定。

但是为了避免轴受热伸长时使轴承受到过大的附加载荷，甚至卡死，又必须允许轴承有一定的轴向游隙。

兼顾以上两点要求，滚动轴承的轴向定位有三种基本方式：

两端单向固定、一端双向固定一端游动、两端游动，其特点及结构形式见《机械零件设计手册》P565“滚动轴承的轴向定位”或参考教材。

（二）滚动轴承套圈的轴向固定

滚动轴承套圈的轴向固定方式与轴承类型、轴是否传递轴向载荷、支承结构是游动还是固定等有关。

轴承内、外圈的周向固定主要由配合性质来保证。

轴承内圈的轴向固定装置见《机械零件设计手册》P569表3.11-37、外圈的轴向固定方式见《机械零件设计手册》P570表3.11-38，

（三）滚动轴承的装拆及其对轴承部件结构设计的要求

1、轴承的安装

轴承的安装是指内圈与轴颈、外圈与座孔的装配，其安装方法正确与否对轴承的工作性能和使用寿命影响甚大。

安装前，应使轴承放在汽油或热矿物油中洗净，并在配合面上涂上一层薄薄的润滑油，再利用安装工具进行安装。

图1.12所示是用装配托杯进行安装。

也可用其他工具进行安装，但决不能用手锤直接敲击轴承的内圈和外圈。

对于过盈较大、大型轴承。

或为了安装方便，可采用预热法进行安装。

2、轴承的拆卸

拆卸轴承一般用专门工具，以保护轴颈、座孔及其它零件不受损伤，图1.13是一种常用的拆卸工具。

也可根据轴承类型、部件结构及实际生产条件自行设计装拆工具，但无论用什么方法拆卸轴承，只能把作用力作用在轴承内圈上。

3、轴承拆卸对轴承部件结构设计的要求

设计轴承部件结构时，应注意以下问题：

（1）轴颈端