《机械设计基础实践》 课件 第3章 减速器装配图设计

机械设计基础实践机械设计基础实践第一章概述第二章机械传动装置总体设计第三章减速器装配图设计第四章减速器零件图设计第五章设计计算说明书、总结和答辩机械设计常用标准和规范机械设计实例机械设计基础实践减速器装配图设计机械设计基础实验导读32024/12/20

在传动装置整体方案设计、传动零件设计计算等工作完成后，即可进行减速器装配图的设计工作。装配图表达了机器总体结构的设计思想、部件的工作原理和装配关系，也表达出各零件间的相互位置、尺寸及结构形状。设计通常是从绘制装配图着手，确定所有零件的位置、结构和尺寸，并以此为依据绘制零件工作图。装配图也是机器组装、调试、维护等的技术依据，所以绘制装配图是设计过程中的重要环节，设计时必须综合考虑零件的材料、强度、刚度、加工工艺、装配和润滑等要求，使用足够的视图和剖面图将其表达清楚。机械设计基础实践学习目标

学会减速箱以及相似机械结构的装配图设计方法；

掌握自上而下的机械设计方法；

掌握通过查阅手册的方式进行机械零件设计的方法；

掌握通过查阅理论公式或经验公式进行零件校核的方法。第3章减速器装配图设计机械设计基础实践3.1概述3.2减速器装配图草图绘制及设计3.3轴的结构设计3.4轴、轴系及键的校核计算3.5轴系部件的结构设计3.6减速箱部件的结构设计3.7减速器的附件3.8装配图图面要求装配图内容52024/12/20装配图工作应该包括以下四方面内容：

完整、清晰、准确地表达减速器全貌的一组视图；

必要的尺寸标注，包括特性尺寸、外形尺寸、安装尺寸和配合尺寸；

技术要求及装配、调试和检修说明；

零件编号、零件明细表和标题栏。3.1概述设计装配图步骤装配图的设计过程中，涉及到的内容较多，既包含结构设计，又有校核计算，过程较为复杂，往往需要采用“边计算、边绘图、边修改”的方法逐步完成，在不同的设计步骤内又需要反复计算、反复修改，直到符合设计要求。因此，为了减少工作量和避免重复劳动，更为了获得结构合理、表达规范的图样，在装配图的设计中往往需要先进行草图绘制，最后再完成装配图。装配图设计内容62024/12/20装配图设计，主要是轴系部件的设计和箱体的设计，设计内容如下：通过装配图的草图绘制，检验设计中传动比分配的合理性及传动相关零件尺寸的合理性；选定箱体的结构形式，确定传动零件的结构与箱体之间的位置关系；通过轴的结构设计初选轴承型号，并且进行寿命计算；确定轴的尺寸、键的尺寸并对其进行结构计算；根据轴系的尺寸设计减速器箱体及箱体附件的尺寸；补全尺寸标注、公差标注、零件标号及零件明细栏和技术要求。3.1概述确定机座内壁和轴承端面的位置72024/12/20在初步确定轴径后可以考虑将轴安装到减速箱箱体中。大体来说，减速箱箱体分为内壁和外壁。内壁用于固定、支撑减速箱内部的轴类结构，因此当轴类的基本轴径确定后就可以大致确定机体内壁和轴承端面的位置。设计草图时，各种尺寸数据需要圆整成常用值3.1减速器装配图草图绘制及设计初选轴承型号82024/12/20滚动轴承的类型由载荷、转速和工作条件等要求确定。对于固定端，一般直齿圆柱齿轮传动的轴可选择深沟球轴承，斜齿圆柱齿轮传动的轴可根据轴向力的大小选用深沟球轴承角接触球轴承或圆锥滚子轴承。对于游动端，可选用深沟球轴承或圆柱滚子轴承。滚动轴承的内径尺寸在轴的径向尺寸设计中确定：宽度和外径尺寸的选择，由于没有进行受力分析，通常按照从高速轴到低速轴尺寸逐渐加大的原则进行，比如高速轴轴承初选特轻或轻系列，中间轴初选轻系列或中系列，低速轴初选中系列或重系列。此时选择的轴承型号只是初选，随后需根据寿命计算结果再进行必要的调整。对于两端各单向固定的支承方式，一根轴上的两个支点宜采用同一型号和尺寸的轴承这样，轴承座孔可以一次镗出，以保证加工精度。初选轴承型号可以参考本书后面章节的相关内容3.1减速器装配图草图绘制及设计轴的初步结构设计92024/12/20在轴的支撑尚未确定的情况下，无法利用强度确定轴径。此时就需要先行估算轴径，估算的方法就是按传递功率和轴的转速初步确定轴径d。

此外，对外伸轴，初算轴径常作为轴的最小直径（即轴端直径），这时应取较小的C值；对非外伸轴，初算轴径常作为轴的最大直径，应取较大的C值。由于轴要与联轴器配合，因此在计算得到最小轴径值后，需要尽量将其圆整为标准值。。轴的材料Q235、20354540Cr、35SiMn、42SiMn、38SiMnMo、200CrMnTi160~135135~118118~107107~98常用材料的承载情况确定常数3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计102024/12/20轴的结构设计应使轴的各部分具有合理的形状和尺寸，既要满足受力合理、强度足够的要求，又要保证轴有良好的使用性能，使轴上的零件定位准确、固定可靠、装拆方便，并有良好的加工工艺性。按照这些要求设计出的轴通常为阶梯轴。以一级圆柱齿轮减速器的输入轴为例，说明轴的结构和设计方法。3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计112024/12/20轴各段直径确定首先需要确定轴上各段的直径。在考虑直径的时候，不仅要考虑轴的安装和固定，还需要考虑轴上的受力情况，同时还应该考虑定位、固定、加工精度和表面粗糙度等其他方面的要求。通常来说，为了保证轴便于安装，轴的直径从轴端面位置向中间逐渐增大，轴径到达最大后又逐渐减小，形成阶梯轴的结构。轴的设计以初步计算的轴径d为基础进行。不承受轴向力也不固定轴上的零件时，相邻直径变化较小，通常变化值仅取1~3mm。但是如果轴上需要安装标准零件，如轴承等，则需要轴径与轴承内圈相匹配。通常来说，轴径应该取较为标准的数值，一般是以0、5结尾的数值3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计122024/12/20

3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计132024/12/20直径确定方法及说明为轴中最小直径。同时需要圆整到联轴器的安装直径。为齿轮安装轴，也有可能设计为齿轮轴。需要考虑齿轮的内径。3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计142024/12/20当轴的各段直径确定后，就可以确定轴的轴向尺寸了。在确定阶梯轴轴向尺寸，也就是阶梯轴各段的长度时，要充分考虑每段轴中排布的零件及该零件的结构、零件安装后的位置、配合长度等条件，如果不充分考虑则可能出现所有轴上零件安装完后轴总长度不够或者超出太多等情况。

对于安装齿轮、带轮或链轮的轴段，要考虑轮毂宽度。轮毂宽度一般取为轴直径d的1.25~2倍，即l=(1.25~2)d。为了保证这类零件的端面与轴向固定件（套筒、挡圈等）可靠接触与固定，该轴段的长度又应该略短于相配轮毂的宽度，一般取L=2~3mm。正确错误3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计152024/12/20

凸缘式端盖装有弹性套柱销联轴器3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计162024/12/20对于没有外伸段的轴段。当轴承内圈不需要固定时，轴的端面与轴承的外侧通常对齐；若轴承内圈需要用弹簧挡圈或止动垫片和圆螺母固定，则轴的端面比轴承的外侧长5~8mm，若轴承内圈需要用轴端挡圈固定，则轴的端面比轴承的外侧短Δl=2~3mm。轴承内圈不需固定用弹簧挡圈固定用螺母固定用轴端挡圈固定3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计172024/12/20

安装滚动轴承的轴段不论是否为外伸端，轴承在轴承座中的位置与轴承的润滑方式均有关，这也决定了安装滚动轴承轴段的长度。若轴承采用脂润滑，轴承到箱体内壁的距离Δ5=8~12mm，轴上要加装挡油盘；若轴承采用油润滑则Δ5=3~5mm。脂润滑油润滑3.3轴的结构设计阶梯轴各段的结构设计182024/12/20轴的形状，从满足强度和节省材料角度考虑，最好是纺锤状的抛物线回转体。但是这种形状的轴既不便于加工，也不便于轴上零件的固定；从加工考虑，设计结果往往是直径不变的光轴，但光轴不利于零件的拆装和定位。由于阶梯轴接近于等强度，而且便于加工和轴上零件的定位和拆装，所以实际上的轴多为阶梯形。为了能选用合适的圆钢和减少切削用量，阶梯轴各轴段的直径不宜相差过大，一般取为5~10mm。为了便于切削加工，一根轴上的圆角应尽可能取相同的半径，退刀槽取相同的宽度，倒角尺寸相同；一根轴上各键槽应开在同一母线上，若开有键槽的轴段直径相差不大时，应尽可能采用相同宽度的键槽，以减少加工时的换刀次数。需要磨削的轴段，应该留有砂轮越程槽，以便磨削时砂轮可以磨削到轴肩的端部；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽，以保证螺纹牙均能达到预期的高度。为了便于装配，轴端应加工出倒角（一般为45º），以免装配时把轴上零件的孔壁擦伤；过盈配合零件的装入端应加工出导向锥面，以便零件能顺利地压入。3.3轴的结构设计轴上键槽的位置和尺寸确定192024/12/20普通平键应该小于所在轴段的长度，并且需要留有一定的间隙，间隙Δ=1~3mm。为了便于安装，键槽要靠近装入零件的一侧，也就是靠近轴径减小的一侧，以便零件轮毂上的键槽与键容易对准。当轴上有多个键槽时，各个键槽应该布置在同一条母线上。如果轴径尺寸相差不大，各键槽端面可以按照直径较小轴段取相同尺寸，这样可以在加工时使用同一把刀具，提高零件的工艺性。左图中的键槽位置分布不合理，轴的工艺性较差。正确错误如果轴的设计中出现了两个及以上键槽，则轴的粗估直径应该扩大7~10%3.3轴的结构设计轴的支点距离和力作用点的确定202024/12/20根据轴上零件的位置、轴的外伸长度，可以定出轴的支点距离和轴上零件的力作用点位置，进一步可以绘制装配图草图。对于轴上力的作用点来说，带轮和齿轮的力作用线的位置可取在轮缘中部，滚动轴承支反力作用点可近似认为在轴承宽度的中部。

I轴两支点距离为A1+B1，II轴两支点距离为A2+B2装配图草图绘制完成后，就可以对装配图进行整体布局了。3.3轴的结构设计轴的强度校核212024/12/20在轴长度及结构形式未知的情况下，往往是无法求出支撑反力和弯矩图的。所以无法对轴进行疲劳强度计算。此时通常按照抗扭强度计算公式来进行轴径的初步估算，并采用降低许用切应力的方法来考虑弯曲的影响，以求出等直径的钢轴。然后以该光轴为基准，按轴上零件及工艺要求进行轴的结构设计，得出轴的结构草图，从而确定各轴段的直径和长度、载荷作用点和支承位置等，然后进行轴的强度校核计算。经过校核计算，判断轴的强度是否满足需要，结构、尺寸是否需要修改。确定支点距离及零件的力作用点后，即可进行受力分析和画出力矩图。根据轴的结构尺寸、应力集中的大小和力矩图判定一个或几个危险截面，按弯扭合成的受力状态对轴进行强度校核。如果强度不够，则必须对轴的一些参数，如轴径、圆角半径、断面变化尺寸等进行修改；如果强度富余过多，可待轴承寿命及键连接的强度校核后，再综合考虑是否修改和如何修改轴的结构。3.3轴的结构设计轴的强度校核222024/12/20当主要考虑扭转作用时，根据力学知识可知：扭转切应力为：

轴的抗扭截面模量计算方法为：对于一般转轴，强度校核的基本公式为：对于实心轴，危险截面的抗弯截面模量

安全系数的计算为：

轴径粗估轴草图设计轴扭转切应力校核轴抗扭截面校核轴强度校核轴危险截面抗弯模量校核3.4轴、轴系及键的校核计算传动零件及其附件结构设计232024/12/20齿轮结构形状与尺寸可采用的材料、毛坯大小及制造方法有关。在一级圆柱齿轮减速器设计中，齿轮选用多为中、小型的锻造齿轮。在进行齿轮设计时，需要考虑该齿轮的结构及加工工艺。齿轮根据尺寸大小可设计为齿轮轴、实心式齿轮、腹板式齿轮和轮辐式齿轮。各种齿轮结构及尺寸设计可以参考下表。序号结构形式结构说明1齿轮轴3.5轴系部件的结构设计242024/12/20山西工程技术学院机械工程系序号结构形式结构说明2实心齿轮3腹板式结构的齿轮3.5轴系部件的结构设计252024/12/20序号结构形式结构说明4轮辐式结构的齿轮3.5轴系部件的结构设计传动零件及其附件结构设计262024/12/20轴承端盖的作用为固定轴承以及调整轴承间隙并且承受轴向力。轴承端盖分为嵌入式和凸缘式两种。嵌入式端盖可以卡进减速箱箱体，不需要用螺钉连接在减速箱箱体上；但凸缘式轴承端盖需要使用螺纹或者其他方法与减速箱箱体结合。绘图示例嵌入式轴承端盖的结构及尺寸（材料为Q235-A或HT150）3.5轴系部件的结构设计272024/12/20螺钉数45~696470~10984110~149106150~23012~166凸缘式轴承端盖的结构及尺寸（材料为Q235-A或HT150）3.5轴系部件的结构设计润滑与密封282024/12/20

油润滑轴承脂润滑轴承3.5轴系部件的结构设计润滑与密封292024/12/20

在这部分的装配图设计时，需要根据轴的转速选择轴承的润滑方式，并且根据不同的润滑方式修改装配图中的轴承端盖及机座的结构。3.5轴系部件的结构设计润滑与密封302024/12/20

3.5轴系部件的结构设计润滑与密封312024/12/20

在减速器输入轴或输出轴外伸处，为防止润滑剂向外泄漏及外界灰尘、水分和其他杂质渗入，导致轴承磨损或腐蚀，应该设置密封装置。密封类型很多，密封效果也不相同。常见密封形式及其性能说明参见下表。密封类型密封形式图示适用场合说明接触式密封毡圈密封脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周速度不大于4~5m/s工作温度不超过90℃矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内，它对轴产生一定的压力从而起到密封作用3.5轴系部件的结构设计322024/12/20密封类型密封形式图示适用场合说明接触式密封唇形密封圈唇形密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有骨架，皮碗是标准件。图a密封唇朝里，目的防漏油；图b密封唇朝外，目的防灰尘、杂质进入。3.5轴系部件的结构设计332024/12/20密封类型密封形式图示适用场合说明非接触式密封油沟密封脂润滑，干清洁环境燥靠轴与盖间的细小环形油沟密封间隙取0.1~0.3mm。在轴承盖上车出沟槽，在槽中填充润滑脂，可提高密封效果曲路密封脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂的滴点，这种密封效果可靠将旋转件与静止件之间间隙做成迷宫形式，在间隙中充填润滑脂以加强密封效果3.5轴系部件的结构设计减速器结构设计342024/12/20名称符号尺寸关系基座壁厚机盖壁厚机座凸缘厚度机盖凸缘厚度机座底凸缘厚度地脚螺钉直径地脚螺钉数目轴承旁连接螺栓直径机盖与机座连接螺栓直径3.6减速器箱体的结构设计减速器结构设计352024/12/20名称符号尺寸关系轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径定位销直径见下张表见下张表轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径3.6减速器箱体的结构设计减速器结构设计362024/12/20名称符号尺寸关系轴承旁凸台半径凸台高度便于扳手操作即可外机壁至轴承座端面距离大齿轮齿顶圆与内机壁距离齿轮端面与内机壁距离机盖、机座肋厚轴承端盖外径轴承端盖凸缘厚度轴承旁连接螺栓距离做到尽量靠近但是不干涉3.6减速器箱体的结构设计减速器结构设计372024/12/20螺栓直径M8M10M12(M14)M16(M18)M20(M22)M24(M27)M3013161820222426303436401114161820222426283234沉头座直径1822263033364043485361

减速器箱体整体设计可以参考本节表格中的内容。相关计算和设计参数可以参考经验公式给出。

减速器箱体是本章中设计最复杂的部分，需要读者认真比对每一组经验数据。3.6减速器箱体的结构设计减速器机体设计382024/12/20

基座高度对于传动件采用的浸油润滑减速器，机座高度除了应满足齿顶圆到油池底面的距离不小于30~50mm外，还应该保证能够容纳一定的润滑油，保证润滑和散热达到要求。在进行设计时，应该在离开大齿轮齿顶圆30~50mm处，画出机体油池的底面线，并且初步确定为机座高度

然后根据传动件的浸油深度确定油面高度，就可以估算出润滑油的贮油量。如果计算出的贮油量不够，则机体设计时应将底部适当下移，增加机座高度。3.6减速器箱体的结构设计减速器机体设计392024/12/20

具体数据还需要参考减速器结构设计中表格的内容3.6减速器箱体的结构设计减速器机体设计402024/12/20机盖外轮廓机盖顶部的外缘轮廓通常由弧线和直线组成。圆弧部分的目的是包围齿轮，直线的排布是为了机盖顶部具有更好的工艺性。大齿轮一侧通常为圆弧，而大齿轮与小齿轮通过直线连接。大齿轮一侧圆弧半径为：

3.6减速器箱体的结构设计减速器机体设计412024/12/20

3.6减速器箱体的结构设计减速器机体设计422024/12/20油沟的形式输油沟布置圆柱端铣刀加工成的输油沟油沟尺寸铸造油沟圆柱端铣刀铣削油沟盘形铣刀铣削油沟3.6减速器箱体的结构设计窥视孔和窥视孔盖432024/12/20窥视孔应设在机盖的上部，以便于观察传动件啮合区的位置，其尺寸应足够大，以便于检查和手能伸入机体内操作。减速器内的润滑油也由窥视孔注入，为了减少油的杂质，可在窥视孔口安装过滤网。窥视孔要有盖板，机体上开窥视孔处应凸起一块，以便机械加工出支撑盖板的表面并用垫片加强密封。盖板常用钢板或铸铁制成，用M6~M10螺钉紧固。钢板制铸铁制窥视孔和窥视孔盖的材料为Q235-A或HT150，其结构及尺寸可以参考下页PPT中的表格进行设计和绘制。3.7减速器附件窥视孔和窥视孔盖442024/12/20机械设计基础实践减速器装配图设计减速器的附件100120150180200箱体宽-(15~20)M6~M8，螺钉数4~6个5~103~5窥视孔和窥视孔盖的结构及尺寸（材料为Q235-A或HT150）通气器452024/12/20通气器的作用是排放内部空气和水分，排除热量，从而保持减速器的正常运行，通气孔不直接通向顶端，以免灰尘落入。用于较清洁的场合还可以使用带过滤网式通气器。当减速器停止工作后，过滤网可阻止灰尘随空气进人机体内。通气器多安装在窥视孔盖上或机盖上。安装在钢板制的窥视孔盖上时，用一个扁螺母固定。有时为防止螺母松脱落到机体内，将螺母焊在窥视孔盖上，这种形式结构简单，应用广泛。安装铸铁制窥视孔盖或机盖上时，要在铸件上加工螺纹孔和端部平面。

通气器的结构可以参考后页PPT中的表格。3.7减速器附件462024/12/20简易通气器的结构及尺寸M12×1.251816.514191024M16×1.52219.617231225M20×1.53025.422281546M22×1.53225.422291547M27×1.53831.227341848M30×24236.932361848M33×24536.932382048M36×25041.636462558钢板制铸铁制3.7减速器附件472024/12/20带过滤网的通气器的结构及尺寸M18×1.5M33×1.58916404012716184025.422622M27×1.5M48×1.5124.5246054151022246036.932722M36×1.5M64×1.5166308070201328328053.14110333.7减速器附件油标482024/12/20常见的油标有油标尺、圆形油标、长形油标等，这些油标都有螺纹方便安装。M1241262810642016M1641663512852622M20620842151063226

3.7减速器附件放油孔和放油螺塞492024/12/20放油孔是为了方便排出已经不能继续使用的润滑油。放油孔、螺塞及封油垫的结构及尺寸M14×1.5M16×1.5M20×1.522263019222512121533419.621.925.417192215172223.7减速器附件启盖螺钉和定位销502024/12/20

启盖螺钉定位销3.7减速器附件吊环、吊耳512024/12/20为拆卸及搬运，应在机盖上装配吊环螺钉或铸出吊钩、吊耳，并在机座上铸出吊钩。吊耳（在箱盖上铸出）吊耳环（在箱盖上铸出）吊钩（在箱盖上铸出）3.7减速器附件装配图草图522024/12/20根据装配图绘制第一阶段要求将一级圆柱齿轮减速器各核心传动部件选型和计算后，先绘制到草图上；之后根据装配图绘制第二阶段要求按照核心转动部件的选型选择传动附件，从而形成减速器中最核心的部分；最后根据装配图绘制第三阶段要求绘制减速器机体和其他结构，最终完成减速器绘制的草图部分。草图部分完成后就需要对草图进行标注完成最终装配图。3.8装配图图面要求标注尺寸532024/12/20特性尺寸：传动零件的中心距及其偏差。本次课程设计主要标注一级齿轮传动的中心距；外形尺寸：总长、总宽和总髙等，它们是表示减速器大小的尺寸，以便考虑所需空间大小及工作范围，供车间布置及装箱运输时参考。安装尺寸：包括机体底座尺寸（包括长、宽、高），地脚螺栓孔中心的定位尺寸，地脚螺栓孔的中心距和直径，减速器的中心高，输人轴与输出轴外伸端的配合长度和直径，以及轴外伸端端面与减速器某基准轴线的距离。配合尺寸：包括轴与带轮、齿轮、联轴器、轴承的配合尺寸，轴承与轴承座孔的配合尺寸等。主要零件的配合处都应标出尺寸、配合性质和精度等级。配合性质和精度的选择对减速器的工作性能、加工工艺及制造成本等有很大影响，应根据相关资料认真确定。尺寸标注不可缺失，也不可重复，公差配合应当标注完整3.8装配图图面要求编写技术特性和技术要求542024/12/20在装配图的适当位置写出减速器的技术特性，包括减速器的输入功率和输人轴的转速、减速器传动比等。在装配图上还需要写出一些