机械设计基础课程设计

第五讲 减速器装配草图设计
算例——轴的强度校核
已知单级圆柱齿轮减速器输出轴的结构如图所示。轴的材 料为45钢，调质处理。齿轮的分度圆直径d = 177.43 mm，作用 在齿轮上的圆周力Ft = 3845N，径向力Fr = 1427N，轴向力 Fa= 767N，单向工作。试校核该轴强度。
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主要工作：设计轴系部件（箱内传动零件、轴 上其他零件、与轴承组合有关的零件）、箱体及减 速器的具体结构。步骤如下： （1）轴系部件的结构设计 （2）减速器箱体的结构设计 （3）减速器附件的设计
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5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ① 箱内齿轮的结构设计 若小齿轮做成齿轮轴，俯 视图中的大齿轮采用全剖， 小齿轮根据轴的规定画法 采用局部剖，表明两齿轮 的啮合情况。若为斜齿轮， 应在小齿轮的未剖外形图 上用三条细实线画出齿斜 方向。
逐步学会并掌握“三边”设计法。
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5.1 初绘减速器装配草图 （1）准备工作
确定传动齿轮的主要尺寸；电动机的安装尺寸； 选择联轴器的类型；初选滚动轴承类型；确定滚动 轴承的润滑和密封方式；确定减速器箱体的结构尺 寸（箱体结构复杂，强度和刚度的计算比较困难， 按经验公式计算出尺寸后要圆整，具体见表1.5-1）。
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5.3 完成减速器装配草图
（3）减速器附件的设计（强调） ①检查孔及其盖板和密封垫片 检查孔位置：传动件啮合区上方，大小——手伸入检查。 检查孔盖板：盖板下加防渗漏垫片。箱盖上安放盖板的表 面需要 刨削或铣削，凸台高度3~5mm。
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5.3 完成减速器装配草图
则c点轴径
M bc db 0.1 b 1
3
3
246214 34.49 mm 0.1 60
有一个键槽，轴径增大5%，则db=34.49× (1+0.05)=36.26mm<52mm
两处结构设计轴径均大于强度校核所需轴径值，所以均满足强度条件。
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5.3 完成减速器装配草图
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5.3 完成减速器装配草图
（2）减速器箱体的结构设计 ⑥箱体结构的工艺性 铸造工艺性：外形简单，壁厚均匀，过度平缓，壁厚不可 太薄。HT150及HT200的最小允许壁厚为6~8mm。铸造圆角半 径R>=5mm。沿拔模方向的拔模斜度为1:20或1:10。 机械加工工艺性：同一轴心线上的轴承座孔直径、精度 及表面粗糙度应一致。轴承座的端面尽可能位于同一平面上， 箱体两侧轴承座端面应与箱体中心平面对称，以便于加工和检 验。加工表面与未加工表面严格分开，不能处于同一表面上， 或凸出或凹入——箱体表面在轴承座端面和放油螺塞处凸起 5~8mm，检查孔处凸起3~5mm。 上下箱联接螺栓的头部及螺母与箱缘相接处的表面也需机 加工，一般采用沉头座方式，用锪刀锪平，深度2~3mm。
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5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ④轴承透盖和闷盖的详细结构 当轴承透盖或闷盖直径较小 时，端面可不必减少加工面。
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5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ⑤轴承透盖处轴承密封件的结构 目的：防止外界的灰尘、水气、杂质等 进入轴承及防止轴承内的润滑剂外泄，在外 伸轴端轴承孔内设置密封件。 密封件有接触式密封和非接触式密封。 常用接触式密封：毡圈油封和橡胶油封。 毡圈油封：多用于脂润滑且外界灰尘较小处， 适用于轴的圆周速度v<3~5m/s的工作场合。
算例——轴的强度校核
解：(1)作轴的受力简图，求支座反力，如图(b) (c) (e)
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算例——轴的强度校核
(2)作弯矩图
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算例——轴的强度校核
(3)作转矩图，如图(h)
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算例——轴的强度校核
(4)作计算弯矩图，如图(i)
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5.3 完成减速器装配草图
（3）减速器附件的设计（强调） ④放油孔及其螺塞和密封垫片 减速器通常设置一个或两个放油孔，并在螺塞下面放置 一个封油垫片（石棉橡胶纸、皮革）。
（2）减速器箱体的结构设计 ④主视图上箱座高度的确定 大齿轮齿顶圆到油池底面的 距离不小于30~50mm。箱座高度 H>=(da2/2)+(30~50)+δ+(3~5)mm ， 并圆整。 圆柱齿轮应浸入油中一个齿 高，但不应小于10mm。
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（2）减速器箱体的结构设计 ⑤在左视图上确定地脚凸缘的尺寸 确定地脚螺栓孔径、地脚凸缘尺寸、地脚螺栓底脚的厚度。 在左视图上画出地脚凸缘和地脚螺栓孔。
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5.2 轴强度、轴承寿命、键联接强度的校核计算
（2）滚动轴承寿命的校核计算 滚动轴承的寿命最好与减速器的寿命相同，或 与减速器的检修期相符（检修期一般为2~3年）。 若轴承寿命不够，先考虑选用另一种直径系列 的轴承，其次考虑改变轴承的类型，提高基本额定 动载荷。
要求：只对输出轴上的一对滚动轴承进行寿命 校核计算。
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5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ② 滚动轴承的润滑和密 封装置的设计 脂润滑：浸于油中的 齿轮圆周速度 v<2m/s时采 用，充填量为轴承空间的 1/2~1/3，箱体外部轴承座 上适当位置安装油脂杯 。 轴承面向箱体内的一 侧安装挡油盘。
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（3）减速器附件的 设计（强调） ②通气器 常用通气器有两 种：通气螺塞和网式 通气器。 通气螺塞——用于清 洁环境。 网式通气器——用于 多尘环境。
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（3）减速器附件的设计（强调） ③油面指示器 常用油面指示器有：油标尺、圆形油标、长形油标、管 状油标。 减速器中常用结构简单的油标尺，上面刻有最高和最低 油面的标线。 为避免与齿轮干涉，油标尺最好安装在小齿轮一侧。若 采用上置式油标尺，其孔是箱盖和箱座合箱后进行加工。
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5.1 初绘减速器装配草图
(2) 俯视图草图初绘(步骤)
选择比例尺—— 一般按 1:1，用A0号图纸绘制， 布局，画出中心线；齿轮轮 廓尺寸绘制；画出箱体的内 壁线；初定外伸段轴 P 径 d A n ，高速端与电 机相联d=(0.8~1.0)d电机；
3
主 俯
左
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原则：
设计总是从装配图的设计开始的。大部分零件的结 构和尺寸是在装配草图设计阶段决定的，在这个阶段的 过程中，要综合考虑零件的强度、刚度、制造工艺、装 配、调整和润滑等各个方面。
目的：
观察最初确定的运动参数、各传动件的结构和尺寸 是否干涉；在绘图过程中定出轴的结构、跨距及受力点 的位置，以便验算轴的强度、滚动轴承的寿命；确定所 有零部件的结构和尺寸，为工作图的设计打下基础。
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5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ⑤轴承透盖处轴承密封件的结构 橡胶油封：内包骨架旋转轴唇型密封圈。可用于润滑脂 和润滑油，轴的圆周速度v<7m/s 。油封唇向外——防止外界 灰尘、杂质为主；油封唇向内——防止漏油为主；两个相背 放置——既防灰尘又防漏油。
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（1）轴系部件的结构设计 ⑤轴承透盖处轴承密封件的结构 常用非接触式密封：油沟式密封和迷宫式密封。 油沟式密封：用润滑脂填满油沟和与轴的间隙进行密封。适用 于脂润滑及环境清洁的场合。若用于油润滑，要防止润滑油沿轴外 泄，需要与甩油环配合使用形成组合密封。
算例——轴的强度校核
(5)校核轴的强度
a点轴径最小，b点弯矩值最大。 所以该轴的危险断面为a、b两点。 查表得[σb]-1=60N/mm2。 则a点轴径
M ac 197820 da 32.07 mm 0.1 b 1 0.1 60
3 3
有一个键槽，轴径增大5%，则da=32.07× (1+0.05)=33.67mm<40mm
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（2）减速器箱体的结构设计 ②主视图上小齿轮端箱盖 结构尺寸的确定 大齿轮一侧箱盖外表面圆 弧半径R=(da2/2)+Δ1+δ1，按 有关尺寸画出即可。小齿轮一 侧箱盖外表面圆弧半径一般无 法用公式计算，根据箱体的对 称原则确定。 主视图上的小齿轮端箱盖结构确定以后，再投影到俯视 图上，便可以确定出箱体的内壁、外壁和箱缘等结构。
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（2）减速器箱体的结构设计 ③俯视图上箱缘上零件的布置 箱缘联接螺栓间距：小型 减速器为100~150mm，大型减 速器为150~200mm 。 布置上均匀对称，避免与 吊耳、吊钩和定位销等发生干 涉。
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5~8
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5.2 轴强度、轴承寿命、键联接强度的校核计算
（1）轴的强度校核计算 根据俯视草图确定的轴的结构和支点及轴上零 件力的作用点，进行轴的受力分析、绘制弯矩图和 当量弯矩图，判定危险截面进行强度校核。 要求：只进行输出轴的强度校核，如果强度不 够可通过加大轴径提高其强度。
5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ② 滚动轴承的润滑和密 封装置的设计 油润滑：浸于油中的 齿轮圆周速度 v>=2m/s时采 用。
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5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ③箱缘输油沟的结构形式和尺寸 有机械加工油沟和铸造油沟。 常用机械加工油沟。若齿轮为斜 齿轮而小齿轮的直径又小于轴承 孔径，则应在小齿轮轴承滚动轴 承面向箱体内的一侧安装挡油盘。 当齿轮圆周速度 v>3m/s时， 分箱面上可以不开输油沟，转速 高，飞溅的润滑油雾可直接进入 滚动轴承进行润滑。
迷宫式密封：将旋转的和固定的密封零件间的间隙制成迷宫形式， 缝隙间填入润滑脂，常用于环境比较脏的环境。
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5.3 完成减速器装配草图
（1）轴系部件的结构设计 ⑥挡油盘的结构设计 挡油盘有铸铁铸造和钢板冲压两种。冲压成型的挡油盘钢 板厚度1~2mm。
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（1）轴系部件的结构设计 ⑦轴套、轴端挡圈的结构设计 轴套根据齿轮和滚动轴承的轴向定位和拆卸要求确定。
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（2）减速器箱体的结构设计 ①轴承旁联接螺栓凸台高度h的确定 通常螺栓的中心线与轴承 盖相切，根据螺栓直径确定扳 手空间c1和c2 ，在满足c1的条件 下，用作图法确定凸台的高度， 然后将该值向增大方向圆整， 若各轴承盖的外径不一致，则 确定的凸台高度也不相等，一 般凸台高度均按较大的D2值确 定取齐。
5.1 初绘减速器装配草图
设计轴的结构（确定径向尺寸和 轴向尺寸）图1.5-3；确定轴承安 装具体位置见图1.5-4；确定轴承 座孔的宽度和箱缘宽度；轴承盖、 螺钉、调整垫片的绘制；确定外 伸轴段的长度；确定轴和轴上零 件的受力点。
轴环定位，上端按轴承定 位要求，下端按齿轮定位 要求；长度按结构确定
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5.2 轴强度、轴承寿命、键联接强度的校核计算 （3）键联接强度的校核计算
键联接的强度校核计算主要是验算其挤压应 力，许用挤压应力按键、轴、轮毂三者材料最弱 的选取。 要求：只进行输出轴上键的强度校核。 若计算应力大于许用应力，可通过改变键长、改 用双键、采用花键、加大轴径、改选较大剖面的 键等来满足强度要求。
脂润滑 10~15
油润滑 3~5
≥δ
无定位，直径 大1~3；长度比 齿轮短1~3
≥1.2δ
轴套定位，原 则与轴环相同
δ+c3+c4
δ+L1+L2
10~15
初估轴径d1,联轴器 需选标准值;长度按带、 链轮、联轴器定 需定位,直径比d1大 5~9，按密封件取标 准值；长度按结构 无定位，直 径大1~3， 但须按轴 承取标准值