第6章 圆柱齿轮减速器箱体和附件的设计.docx
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第6章圆柱齿轮减速器箱体和附件的设计
第6章圆柱齿轮减速器箱体和附件的设计
——装配图设计第二阶段
装配图设计第二阶段的设计内容有两个方面：
一是减速器箱体的结构设计。
二是减速器箱体上的附属零件的设计。
设计方法是：
设计中应按先箱体、后附件；先主体、后局部；先轮廓、后细节的结构设计顺序。
并应注意视图的选择、表达及视图的关系。
6.1减速器箱体的结构设计
箱体设计应在三个基本视图上同时进行。
现以水平剖分式箱体为例，说明箱体结构设计的步骤和要点。
6.1.1箱体轴承座的结构设计
为了避免箱体在加工和工作过程中产生不允许的变形，从而引起轴承座中心线歪斜，使齿轮产生偏载，影响减速器正常工作，在设计箱体时，首先应保证轴承座的刚度。
为此应使轴承座有足够的壁厚，并加设支撑肋板或在轴承座处采用凸壁式箱体结构，当轴承座是剖分式结构时，还要保证箱体的联接刚度。
1．轴承座应有足够的壁厚当轴承座孔采用凸缘式轴承端盖时，由于安装轴承端盖螺钉的需要，所确定的轴承座壁厚已具有足够的刚度。
轴承座的壁厚常取为2.5d3，d3为轴承端盖联接螺钉的直径。
使用嵌人式轴承端盖的轴承座时，一般应取与使用凸缘式轴承端盖时相同的壁厚，见图6-1。
2．加支撑肋板或采用凸壁式箱体提高轴承座刚度为提高轴承座刚度，一般减速器采用平壁式箱体加外肋结构，见图6-2a）。
大型减速器也可以采用凸壁式箱体结构，见图6-2b），其刚度大，外表整齐、光滑，但箱体制造工艺复杂。
3．为提高剖分式轴承座刚度设置凸台为提高剖分式轴承座的联接刚度，轴承座孔两侧的联接螺栓要适当靠近，相应在孔两旁设置凸台。
（1）轴承座孔两侧螺栓的距离s值的确定s值不宜过大也不宜过小，一般取s=D2，D2为凸缘式轴承端盖的外圆直径。
s过大（图6-3），不设凸台，轴承座刚度差。
s过小（图6-4），螺栓孔可能与轴承端盖螺孔干涉，还可能与输油沟干涉，为保证扳手空间将会不必要地加大凸台高度。
（2）凸台高度h值的确定凸台高度h由联接螺栓中心线位置（s值）和保证装配时有足够的扳手空间（c1值）来确定。
其确定过程见图6-5。
为制造加工方便，各轴承座凸台高度应当一致，并且按最大轴承座凸台高度确定。
a）b）
图6-2提高轴承座刚度的箱体结构
a）平壁式箱体加外肋b）凸壁式箱体
图6-3s值过大图6-4s值过小
a）b）c）d）
图6-5凸台高度的确定过程
凸台结构三视图关系如图6-6所示。
位于高速级一侧箱盖凸台与箱壁结构的视图关系如图6-7（凸台位置在箱壁外侧）所示。
6.1.2箱体的结构设计
箱体的结构设计，除了上述轴承座部分外，还有以下方面需要说明：
1．在大齿轮一端处箱盖的外轮廓半径R的确定
如图5-5所示，外轮廓半径为：
R＝大齿轮齿顶圆半径＋Δ1＋δ1。
式中：
Δ1为大齿轮齿顶圆至箱体内壁的距离，一般取Δ1＝1.2δ1＝（10～15）mm，δ1为箱盖的壁厚，由表4-l中所给经验公式确定。
所取轮廓半径R在数值上应适当圆整。
2．箱盖小齿轮一端的外轮廓半径的确定
这一端的外轮廓圆弧半径不能像大齿轮一端那样用公式计算确定。
因为小齿轮直径较小，按上述公式计算会使箱座的内壁不能超出轴承座孔。
一般这个圆弧半径的选取应使得外轮廓圆弧线在轴承旁凸台边缘的附近，圆弧中心可以在。
这个圆弧线可以超出轴承旁凸台，如图4-2所示，箱座体径向尺寸显得大一些，但结构简单。
这个圆弧线也可以不超出轴承旁凸台，如图4-1和图6-7所示，箱体结构可以紧凑些，但轴承旁凸台的形状较复杂。
3．箱体的联接凸缘及箱座底座凸缘的设计
为了保证箱盖与箱座的联接刚度，箱盖与箱座联接的凸缘应有一定厚度，其厚度b应较箱壁δ厚些，约为1.5δ，见图6-8a）。
为了保证箱座底座的刚度，取底座凸缘厚度b2为2.5δ，底面宽度B应超过内壁位置，一般B=c1＋c2＋2δ。
c1、c2为地脚螺栓扳手空间的尺寸。
图6-8b）为正确结构，图6-8c）所示结构是不正确的。
为了增加地脚螺栓的联接刚度，地脚螺栓孔的间隔距离不应太大，一般距离为150～200mm。
地脚螺栓的数量通常取4～8个。
6.1.3箱体的密封
为了保证箱盖与箱座接合面的密封，对接合面的几何精度和表面粗糙度应有一定要求，
一般要精刨到表面粗糙度值小于Ra1.6μm，重要的需刮研。
箱盖与箱座接合面凸缘联接螺栓的间距不宜过大，小型减速器应小于100～150mm。
在螺栓的布置上应尽量做到均匀，对称。
并注意不要与吊耳、吊钩和定位销等相干涉。
为了提高接合面的密封性，在箱座联接凸缘上面可铣出回油沟，使渗向接合面的润滑油流回油池，见图6-9，回油沟尺寸见图5-22。
6.1.4箱体结构的工艺性
设计箱体结构，必须对其制造工艺要求和过程有清楚的了解，才能使设计的箱体有良好的工艺性。
箱体结构工艺性对箱体制造质量、成本、检修维护等有直接影响，因此设计时应十分重视。
1．铸造工艺性 在设计铸造箱体时，应力求壁厚均匀，过渡平缓，金属不要局部积聚，易于起模等。
（1）为保证液态金属流动通畅，铸件壁厚不可过薄，最小壁厚见表13-21。
（2）为了避免因冷却不均而造成的内应力裂纹或缩孔，箱盖与箱体各部分壁厚应均匀。
当由较厚部分过渡到较薄部分时，应采用平缓的过渡结构。
具体尺寸见表13-23。
（3）为避免金属积聚，两壁间不宜采用锐角联接，图6-10a）为正确结构，图6-10b）为不正确结构。
（4）设计铸件应考虑起模方便。
为便于起模，铸件沿起模方向应有1:
10～1:
20的斜度。
铸造箱体沿起模方向有凸起结构时，将需在模型上设置活块，使造型中起模复杂，见图6-11，故应尽量减少凸起结构。
当有多个凸起部分时，应尽量将其连成一体，见图6-12b），以便起模。
（5）箱盖与箱座上还应尽量避免出现狭缝，否则砂型强度不够，在造型和浇注时易形成废品。
如图6-13a）中两凸台距离m太小，应将凸台连成一起，如图6-13b）、c）、d）的结构，在造型浇注时就不会出现废品。
2．机械加工工艺性 在设计箱体时，要注意机械加工工艺性要求，尽可能减少机械加工面积和刀具的调整次数，加工面和非加工面必须严格区分开等。
（1）箱体结构设计要避免不必要的机械加工。
图6-14为箱座底面结构。
支承地脚底面宽度B（B=c1＋c2＋2δ，见图6-8b））已具有足够的刚度。
这一宽度值也能满足减速器安装时对支承面宽度的要求，若再增大宽度从而增大机械加工面积是不经济的。
图6-14a）中全部进行机械加工的底面结构是不正确的。
中、小型箱座多采用图6-14b）的结构形式，大型箱座则采用图6-14c）的结构形式。
（2）为了保证加工精度并缩短加工工时，应尽量减少在机械加工时工件和刀具的调整次数。
例如，同一轴线上的两轴承座孔直径宜取相同值，以便于镗削和保证镗孔精度；又如各
轴承座孔外端面应在同一平面上，见图6-15b），图6-15a）不正确。
（3）设计铸造箱体时，箱体上的加工面与非加工面应严格分开，且不应在同一平面内，例如箱盖的轴承座端面需要进行加工，因而应当凸出，图6-16a）为不合理结构，图6-16b）为合理结构。
（4）螺栓联接的支承面应当进行机械加工。
经常采用圆柱铣刀惚平成沉头座结构。
图6-17所示为其结构及加工方法。
图6-17b）为圆柱铣刀不能从下方进行加工时的方法。
6.2减速器的附件设计
为了保证减速器的正常工作，还应考虑到怎样便于观察、检查箱内传动件的工作情况；怎样便于润滑油的注入和污油的排放及箱内油面高度的检查；怎样才能便于箱座、箱盖的开启和精确的定位；怎样便于吊装、搬运减速器等问题。
因此在减速器上还要设计一系列辅助零部件，称为减速器附件。
现将这些附件的作用、结构形式、合理布局等设计问题阐述如下。
6.2.1检查孔及检查孔盖
检查孔用于检查传动件的啮合情况、润滑状态、接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油。
为了便于观察传动件啮合区的位置，检查孔应设在箱盖的上部，其尺寸应足够大，以便于检查和手能伸人箱内操作。
检查孔盖可用轧制钢板或铸铁制成，它和箱盖之间应加纸质密封垫片，以防止漏油。
轧制钢板制检查孔盖，见图6-18a），其结构轻便，上下面无需机械加工，无论单件或成批生产均常采用；铸铁制检查孔盖，见图6-18b），需制木模，且有较多部位需进行机械加工，故应用较少。
具体尺寸见表19-9。
6.2.2通气器
减速器运转时，由于摩擦生热使箱体内温度升高，若箱体密闭，则箱体内气压会增大，导致润滑油从缝隙及密封处向外渗漏，使密封失灵。
所以多在箱盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使箱体内的热涨气体自由逸出，达到箱体内外气压平衡，可提高密封的性能。
常用通气器有通气螺塞和网式通气器两种结构型式。
清洁环境可选用结构简单的通气螺塞。
多尘环境应选用带有过滤网式的通气器。
通气器的尺寸规格有多种，应视减速器的大小选定。
有关通气器的结构形式和尺寸见表19-10～19-11。
6.2.3油面指示器
油面指示器用来显示油面的高度，一般它设置在箱座便于观察、油面较稳定的部位。
油面指示器有各种结构类型，有的已定为国家标准。
常见型式有油标尺、圆形油标、长形油标和管状油标等。
1．油标尺（又称杆式油标）
由于结构简单，在减速器中应用较多。
为便于加工和节省材料，油标尺的手柄和尺杆常由两个元件铆接或焊接在一起，见表18-10。
油标尺在减速器上安装，可采用螺纹联接，也可采用H9/h8配合装入。
检查油面高度时拔出油标尺，以杆上油痕判断油面高度。
油标尺上两条刻线的位置，分别对应最高和最低油面，见图6-19。
长期连续工作的减速器可选用外面装有隔离套的油标尺，如图见图6-20所示，以便能在不停车的情况下随时检查油面。
间断工作或允许停车检查油面的减速器可不设油标尺套，见图6-19。
油标尺多安装在箱座侧面，设计时应合理确定油标尺插孔的位置及倾斜角度。
在不与箱座凸缘相干涉，并保证顺利拆装和加工的前提下，油标尺的设置位置应尽可能高一些。
油标尺可以垂直插入油面，也可倾斜插入油面，与水平面的夹角不得小于45°。
2．圆形、长形油标及管状油标
在减速器离地面较高便于观察或箱体较低无法安装油标尺的情况下，可采用圆形油标、长形油标或管状油标。
这些形式的油面指示器为直接观察式油标，可随时观察油面高度，其结构尺寸见表18-7～表18-9。
6.2.4放油孔和螺塞
更换油时，应把污油全部排出，并进行箱内清洗。
因此，应在箱座底部油池最低位置开设放油孔，如图6-21。
平时，放油孔用放油螺塞和防漏垫圈堵严。
为了便于加工，放油孔处的箱座外壁应有加工凸台，经机械加工成为放油螺塞头部的支承面，并加封油圈以免漏油，封油垫圈可用石棉橡胶板或皮革制成。
放油螺塞带有细牙螺纹。
放油螺塞具体尺寸见表18-11。
a）b）c）
图6-21放油孔的位置
a）正确b）正确（有半边孔攻螺纹工艺性较差）c）不正确
6.2.5吊环螺钉、吊耳和吊钩
为了装拆和搬运，应在箱盖上设置吊环螺钉或吊耳，在箱座上设置吊钩。
当减速器的重量较大时，搬运整台减速器，只能用箱座上的吊钩，而不允许用箱盖上的吊环螺钉或吊耳，以免损坏箱盖和箱座联接凸缘结合面的密封性。
吊环螺钉是标准件，其公称直径的大小按起重量由表15-11选取。
各种减速器的参考重量可由该表之下近似估计。
采用A型吊环螺钉时，箱座螺纹孔口处要有局部扩大的圆柱孔，见表15-11。
在箱盖上直接铸出吊耳或吊耳环，可避免采用吊环螺钉时在箱盖上进行机械加工，但吊耳或吊耳环的铸造工艺较螺孔座复杂些。
箱座吊钩在两端凸缘的下部，其宽度K一般与箱座凸缘宽度相等。
吊耳、吊耳环和吊钩的结构尺寸见表19-15。
表中所给的尺寸作为设计时参考，设计时可根据具体情况加以适当修改。
6.2.6定位销
在剖分式机体中，为了保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度，镗孔前需要用螺栓联接将箱盖与箱座连为一体，并在箱体联接凸缘上安置两个定位销。
定位销可保证在每次拆装减速器时，都能使轴承座孔始终保持制造加工时的位置精度。
经常采用圆锥销作定位销。
两个定位销相距应尽量远些，常布置在箱体纵向两侧的联接凸缘上，并呈非对称布置，以提高定位精度。
定位销的直径一般取d=（0.7～0.8）d2，式中d2为箱盖和箱座联接螺栓之直径。
其长度应大于箱盖和箱座联接凸缘的总厚度，以利于装拆。
图6-22为定位销联接结构图。
图中b）、c）为不能从小端拆卸时的圆锥销结构及其拆卸方法。
圆锥销、螺尾锥销和内螺纹圆锥销是标准件。
设计时，可按表15-22～表15-24所给标准选用。
圆锥销孔的加工分两道工序，先用钻头钻出圆柱孔，再用1:
50锥度的铰刀铰配出圆锥孔。
6.2.7启盖螺钉
箱盖和箱座联接凸缘的结合面上，为了提高密封性能，常涂有水玻璃或密封胶。
因此，联接结合较紧，不易分开。
为了便于拆下机盖，在箱盖的凸缘上常装有一至二个启盖螺钉。
在启盖时，拧动此螺钉可将箱盖顶起，图6-23为启盖螺钉安装结构图。
螺钉上的螺纹长度应大于箱盖凸缘的厚度。
螺杆端部要做成圆柱形，或大倒角，或半圆形，以免启盖时顶坏螺纹。
启盖螺钉的直径和长度可以与箱盖和箱座联接螺栓取同一规格。
减速器附件设计工作完成，装配草图的设计工作也就基本完成。
a）b）c）图6-23启盖螺钉
图6-22定位销联接
图6-24为一级圆柱齿轮减速器装配草图的完成情况。
图6-25为二级圆柱齿轮减速器装配草图的完成情况
图6-24一级圆柱齿轮减速器装配草图
第6章装配图设计第二阶段——圆柱齿轮减速器箱体和附件的设计
6.1减速器箱体的结构设计
6.1.1箱体轴承座的结构设计
6.1.2箱体的结构设计
6.1.3箱体的密封
6.1.4箱体结构的工艺性
6.2减速器的附件设计
6.2.1检查孔及检查孔盖
6.2.2通气器
6.2.3油面指示器
6.2.4放油孔和螺塞
6.2.5吊环螺钉、吊耳和吊钩
6.2.6定位销
6.2.7启盖螺钉
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