減速器課程設(shè)計中常見問題及分析

肖 文

（西安航空學(xué)院 機械學(xué)院，陜西 西安 710077）

“機械設(shè)計基礎(chǔ)”是機械類各專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程，通過學(xué)習(xí)初步了解機械原理機械零件等在生產(chǎn)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生具備一定的機械設(shè)計能力。課程設(shè)計是本課程最后一次重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是同學(xué)們在大學(xué)學(xué)習(xí)階段第一次較全面的設(shè)計訓(xùn)練。課程設(shè)計的題目，一般是以單級齒輪減速器為主體的機械傳動裝置設(shè)計，這類減速器設(shè)計不僅能充分反映機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的主要內(nèi)容，也能對學(xué)生以后可能面對的在技術(shù)工作中的新課題研究給予一定的指導(dǎo)意義。

在指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生習(xí)慣單純地按照課程設(shè)計指導(dǎo)書的步驟來完成，但設(shè)計指導(dǎo)書往往注重的是設(shè)計思路、設(shè)計方案、設(shè)計過程的闡述，并且一般授以實例來介紹，這就容易導(dǎo)致學(xué)生按部就班或者照單全收，設(shè)計出來的圖紙矛盾錯誤較多。但傳統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)書又對學(xué)生常見問題和易犯的錯誤沒有明確的提示。下面就筆者在課程設(shè)計指導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)的常見問題從減速器內(nèi)傳動零件設(shè)計、箱體設(shè)計和尺寸標(biāo)注三個方面加以分析，并給出改進(jìn)建議。

1 減速器內(nèi)傳動零件的設(shè)計計算

這部分內(nèi)容學(xué)生基本按照課程來進(jìn)行，也是對課本知識的一次計算實踐，所以錯誤較少，但有幾點仍需要注意。

1.1 材料的選擇

齒輪材料應(yīng)考慮毛坯制造方法和齒輪尺寸。齒輪直徑較大時，多用鑄造毛坯，應(yīng)選鑄鋼、鑄鐵材料；選擇材料時應(yīng)兼顧軸的要求；同時減速器中各級傳動的小齒輪或大齒輪的材料，沒有特殊情況應(yīng)選用相同牌號，以減少材料品種和工藝要求。看似一個小小的要求實際培養(yǎng)的是作為一個工程人員在設(shè)計過程中學(xué)會為加工實際過程考慮。

1.2 齒輪軸的選擇

什么情況選擇齒輪軸，是否該選用齒輪軸是有標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)的。當(dāng)圓柱齒輪的齒根圓至鍵槽底部的距離小于2～2.5m時，二者相差太小，傳動過程中由于結(jié)構(gòu)上的薄弱容易導(dǎo)致破壞，所以會考慮做成齒輪軸。即小齒輪分度圓直徑與軸的直徑相差很小時，可將齒輪與軸做成一體。

1.3 齒寬系數(shù)選擇

齒寬系數(shù)的選擇取決于齒輪在軸上的位置，齒輪在軸上相對于軸承對稱分布時，取大值；懸臂時取小值。但應(yīng)注意齒寬系數(shù)增大，齒輪寬度增大，可以提高承載能力，但同時載荷沿齒寬分布不均勻性也增大了。同時為保證安裝要求，小齒輪齒寬應(yīng)比大齒輪齒寬大，以保證裝配誤差。

1.4 單級減速器的齒數(shù)、模數(shù)選擇原則

減速器的齒數(shù)、模數(shù)選擇應(yīng)根據(jù)齒輪傳動的類型不同而有所區(qū)別，對于閉式軟齒面齒輪傳動易發(fā)生齒面點蝕，因此，在保持中心距最小時適當(dāng)增加齒數(shù)，減小模數(shù)，可增大重合度使傳動平穩(wěn)；而對于閉式硬齒面齒輪傳動則應(yīng)適當(dāng)減少齒數(shù)增大模數(shù)以保證其根部抗彎強度，并同時保證中心距最小。

2 減速器箱體設(shè)計

減速器箱體設(shè)計是邊計算邊畫圖邊修改來完成的，由于學(xué)生實踐經(jīng)驗少，考慮難免不夠周密，是設(shè)計過程中出現(xiàn)問題較多的部分。

在畫草圖之前，應(yīng)要求學(xué)生認(rèn)真讀懂一張典型減速器的裝配圖，觀看有關(guān)減速器錄像，參觀并裝拆實際減速器，以便深入了解減速器內(nèi)各零部件之間與箱體之間的關(guān)系。

2.1 軸承旁聯(lián)接螺栓凸臺高度h的確定

為盡量增大剖分式箱體軸承座的剛度，軸承旁聯(lián)接螺栓的位置在與軸承蓋聯(lián)接螺釘及軸承座孔不相干涉的前提下，兩螺栓距離S越小越好。在軸承旁螺栓中心線確定后，隨著軸承旁螺栓凸臺高度的增加，S值也在增加，當(dāng)滿足扳手空間和值時，凸臺高度h也就隨之確定。扳手空間和值由螺栓直徑確定。

2.2 箱體的工藝性

減速器箱體設(shè)計時應(yīng)盡量考慮到造型、拔模和澆注的方便，盡量使箱體形狀簡單，壁厚均勻，且應(yīng)設(shè)計結(jié)構(gòu)斜度以及造型斜度。

①減速器箱蓋、箱座接合面必須經(jīng)過精密加工，裝配時不得采用墊片，以免破壞滾動軸承在軸承座孔中的配合精度；②軸承座孔通常設(shè)計為通孔，且同一根軸的軸承座孔最好直徑、精度和表面粗糙度一致，以便在加工時一次鏜削出來；③同側(cè)軸承座的外端面應(yīng)位于同一平面內(nèi)，且兩側(cè)對箱體的中心線對稱，以方便加工和檢驗；④為減少加工面積，箱體上的加工面與非加工面應(yīng)嚴(yán)格分離開來，不應(yīng)使他們處于同一平面上。為此，可在箱體與軸承端蓋處、窺視孔板、油標(biāo)、油塞、地基等接合處設(shè)計出凸臺，螺栓頭和螺母支承面不做凸臺的地方，應(yīng)在加工時锪出淺魚眼坑或沉臺。

2.3 輸油溝的結(jié)構(gòu)形式和尺寸

設(shè)計手冊上有軸承如何選擇飛濺潤滑和油脂潤滑的計算原則。學(xué)生往往不理解飛濺潤滑的原理，不知道該將油導(dǎo)向何處，如何去潤滑軸承，導(dǎo)致設(shè)計的輸油溝不能正確使用。所以應(yīng)首先介紹飛濺潤滑的原理，并結(jié)合實物讓學(xué)生認(rèn)識到箱壁上的斜槽、箱座接合面的油槽、以及軸承端蓋上的缺口等在飛濺潤滑過程中所起的作用。

在采用油脂潤滑時，為防止箱體內(nèi)的潤滑油流入軸承而對潤滑脂造成稀釋，應(yīng)在靠近箱體內(nèi)側(cè)處安裝擋油環(huán)。這也是兩種潤滑方式設(shè)計過程中的區(qū)別之處。學(xué)生在確定內(nèi)壁線時往往忽略了軸承內(nèi)側(cè)與箱體之間的距離，造成無法安裝擋油環(huán)，或者安裝了擋油環(huán)又畫了油槽，或者在脂潤滑時又在軸承端蓋上開出了缺口等自相矛盾的問題。

2.4 箱體附件的設(shè)計

2.4.1 觀察孔蓋和通氣器的設(shè)計

箱體上的觀察孔是用作檢查箱內(nèi)傳動零件的嚙合情況和加注潤滑油用的。所以應(yīng)開在嚙合區(qū)的上方，其位置和尺寸以能看到傳動件的嚙合區(qū)為宜。由于箱體內(nèi)的潤滑油也由觀察孔注入，為防止?jié)櫥屯鉂B和雜質(zhì)進(jìn)入箱體內(nèi)，安裝時，應(yīng)在蓋板底部墊紙質(zhì)封油墊片，并用螺釘加以固定。

減速器工作時產(chǎn)生的熱量會使箱體內(nèi)部溫度升高，箱內(nèi)氣體膨脹，壓力增大。為防止?jié)櫥宛ざ入S溫度的升高而下降，同時也防止?jié)櫥驮诟邏合聫南潴w分界處和外伸軸密封處泄漏，應(yīng)在減速器的箱體頂部或觀察孔蓋板上安裝通氣器。應(yīng)注意的是，通氣器的孔不能直通頂端，以免雜質(zhì)掉入其內(nèi)。

2.4.2 油標(biāo)尺

減速器中的油標(biāo)和油標(biāo)尺是箱內(nèi)油面高低的指示器，一般應(yīng)將其設(shè)在便于觀測油面和油面穩(wěn)定的地方，最好放于低速級齒輪附近。確定油尺傾斜角度時（一般與水平面成45°或大于45°），尤其要注意的是，應(yīng)使加工斜孔的刀具以及取放油尺時不會與箱座的凸緣相碰。這個錯誤在學(xué)生設(shè)計中極為普遍。

2.4.3 起蓋螺釘和圓錐定位銷

為了在拆卸時易于把箱蓋和箱座分開，在箱蓋端部應(yīng)裝起蓋螺釘。為了起到把箱蓋頂起的作用，起蓋螺釘?shù)哪┒藶閳A柱端，以免反復(fù)擰動時將桿端螺紋破壞。起蓋螺釘?shù)闹睆揭话闩c箱體凸緣連接螺栓直徑相同。

定位銷用于保證箱蓋和箱座的裝配精度和軸承座孔的精度。定位銷應(yīng)成對使用，相對距離應(yīng)大些，并采用不對稱形式布置。確定銷孔位置時應(yīng)考慮加工箱座鉆孔、鉸孔的方便和不妨礙鄰近聯(lián)接螺栓的裝拆，并且銷釘長度應(yīng)稍大于箱蓋和箱座的厚度之和。

2.4.4 放油孔位置以及螺塞的墊片

減速器通常設(shè)置一個放油孔，放油孔應(yīng)設(shè)在箱體最低處，這點很多學(xué)生忽略了，導(dǎo)致放油不凈。為便于鉆孔和攻絲，箱座底面在放油孔處應(yīng)有一凹坑。不放油時該孔用螺塞堵住，螺塞一般選用圓柱細(xì)牙螺紋，該螺塞自身不能防止漏油，因此要在螺塞與箱體之間放置一個封油墊片，墊片用石棉橡膠紙板或皮革制成。

3 減速器裝配圖的標(biāo)注

減速器裝配圖應(yīng)嚴(yán)格按照制圖要求選擇合適的線寬進(jìn)行加深，粗細(xì)分明，紙面整潔。尺寸標(biāo)注這部分是學(xué)生常見的錯誤。有些學(xué)生將零件的定位尺寸，上下偏差等要求都標(biāo)注在裝配圖上。造成圖面十分凌亂。這里應(yīng)注意，裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸有：①特征尺寸：傳動零件中心距。② 配合尺寸：主要零件的配合處都應(yīng)標(biāo)出尺寸、配合性質(zhì)及公差等級。③安裝尺寸：機體底面尺寸（長寬厚），地腳螺栓孔中心的定位尺寸，地腳螺栓孔之間的中心距和直徑，減速器中心高，主動軸與從動軸外伸端的配合長度和直徑。④外形尺寸：減速器總長寬高。標(biāo)注時，應(yīng)使尺寸線及數(shù)字布置整齊清晰，多數(shù)尺寸應(yīng)布置在視圖外面，并盡量集中在反映主要結(jié)構(gòu)的視圖上。

4 結(jié)語

本文總結(jié)了學(xué)生在減速器課程設(shè)計中存在的部分常見問題，對減速器設(shè)計時能充分反映到的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的主要內(nèi)容加以強調(diào)，并對學(xué)生尚未學(xué)習(xí)到的有關(guān)機械制造方面的知識進(jìn)行了必要介紹。更為重要的是通過對一些設(shè)計數(shù)據(jù)的確定方法和思維讓學(xué)生初步樹立起了"設(shè)計"的概念，并培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計作風(fēng)，希冀能為學(xué)生以后可能面對的在技術(shù)工作中的新課題研究給予一定的指導(dǎo)。

［1］濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計［M］.7版.北京：高等教育出版社，2003.

［2］郭紅星，宋敏.機械設(shè)計基礎(chǔ)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

［3］柴鵬飛，王晨光.機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書［M］.2版.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［4］張春宜，郝廣平，劉敏.減速器設(shè)計實例精解［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［5］李旻.齒輪減速器設(shè)計常見問題剖析［J］.機械與電子，2010，7（1）：271－272.