机械设计课程设计（第4版）(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：唐增宝,常建娥

出版社：华中科技大学出版社

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机械设计课程设计（第4版）试读：

机械设计课程设计是机械设计课程或机械设计基础课程的最后一个教学环节，同时也是第一次对学生进行全面的机械设计训练，其基本目的如下。

(1) 综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决机械设计问题，并使学生所学知识得到进一步巩固和深化。

(2) 学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计过程和进行方式，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和零部件设计的能力。

(3) 通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机械设计的基本技能。2．课程设计的内容

课程设计的题目通常为一般机械装置(如结构简单的机械、机械传动装置和减速器等)的设计，其具体内容如下。

(1) 进行传动装置的总体方案设计，包括传动参数的设计计算及传动零件、轴、键和轴承等的设计计算等。

(2) 部件装配图(如减速器装配图)和零件工作图(如齿轮和轴等)的设计。

(3) 编写设计计算说明书。

要求每个学生完成：装配工作图1张，零件工作图1～2张，设计计算说明书1份。1.2 课程设计的方法和步骤1．课程设计的方法1）独立思考，继承与创新

任何设计都不可能是设计者独出心裁、凭空设想、不依靠任何资料所能实现的。设计时，要认真阅读参考资料，继承或借鉴前人的设计经验和成果，但不能盲目地全盘抄袭，应根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆地进行改进和创新。只有这样，才能做出高质量的设计。2）全面考虑机械零部件的强度、刚度、工艺性、经济性和维护等要求

任何机械零部件的结构和尺寸，除了考虑它的强度和刚度外，还应综合考虑零件本身及整个部件的工艺性要求(如加工和装配工艺性)、经济性要求(如制造成本低)、使用要求(如维护方便)等才能确定。3）采用“三边”设计方法

机械设计中，多数零件可以由计算(强度计算和刚度计算)确定其基本尺寸，再通过草图设计决定其具体结构和尺寸；而有些零件(如轴)则需先经初算和绘制草图，得出初步符合设计条件的基本结构尺寸，然后再进行必要的计算，根据计算的结果，再对结构和尺寸进行修改。因此，计算和画图互为依据，交叉进行。这种边计算、边画图、边修改的“三边”设计方法是机械设计的常用方法。4）采用标准和规范

设计时应尽量采用标准和规范，这有利于加强零件的互换性和工艺性，同时也可减少设计工作量、节省设计时间。对于国家标准或部门规范，一般设计都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少，是评价设计质量的一项指标。因此，课程设计中，凡有标准或规范的，应该尽量采用。2．课程设计的步骤

课程设计大致按如下步骤进行。1）设计准备

了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、设计内容和步骤；通过查阅有关设计资料，观看电教片和参观实物或模型等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准备好设计需要的资料、绘图工具；拟订设计计划等。2）传动装置的总体设计和传动件等的设计

拟定和确定传动方案；选择电动机；分配传动比；计算各轴上的转速、功率和转矩；设计传动件；初算轴径；初选联轴器和滚动轴承。3）减速器装配草图设计

绘制减速器装配草图；进行轴的结构设计和轴系部件设计；校核轴和键连接的强度以及滚动轴承的寿命；设计箱体和附件的结构。4）完成减速器装配工作图

加深减速器装配图；标注主要尺寸与配合、零件序号；编写标题栏、零件明细表、减速器特性表及技术要求等。5）绘制零件工作图

绘出零件的必要视图；标注尺寸、公差及表面粗糙度；编写技术要求和标题栏等。6）编写设计计算说明书

写出整个设计的主要计算内容和技术说明。第2章机械传动装置的总体方案设计

机械传动装置总体方案设计的内容为确定传动方案、选择原动机(电动机)、合理分配传动比以及计算传动装置的运动和动力参数，为设计各级传动件和转动件创造必要的条件。2.1 传动方案设计

机械传动装置位于原动机和工作机之间，用以传递运动和动力或改变运动方式，如图2-l所示。传动装置方案设计是否合理，对整个机械的工作性能、尺寸、质量和成本等影响很大，因此传动方案设计是整个机械设计中最关键的环节。图2-1 带式运输机传动装置及其简图l—电动机；2—联轴器；3—减速器；4—输送带1．对传动方案的要求

合理的传动方案，首先应满足工作机的功能要求，其次还应满足工作可靠、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、质量轻、成本低廉、工艺性好、使用和维护方便等要求。任何一个方案，要满足上述所有要求是十分困难的，设计时要统筹兼顾，满足最主要的和最基本的要求。2．拟订传动方案

满足同一工作机的功能要求，往往可采用不同的传动机构、不同的组合和布局，从而可得出不同的传动方案。拟订传动方案时，应充分了解各种传动机构的性能及适用条件，结合工作机所传递的载荷性质和大小、运动方式和速度以及工作条件等，对各种传动方案进行分析比较，合理地选择。减速器在传动装置中应用最广，如表2-1所示为几种常用减速器的类型、特点及应用，可供合理选择减速器的类型时参考。

通常原动机的转速与工作机的输出转速相差较大，在它们之间常采用多级传动机构来减速。为了便于在多级传动中正确而合理地选择有关的传动机构及其排列顺序，以充分发挥各自的优点，下面提出几点原则，以供拟订传动方案时参考。表2-1 常用减速器的类型、特点及应用

(1) 齿轮传动具有承载能力大、效率高、允许速度高、尺寸紧凑、寿命长等特点，因此在传动装置中一般应首先采用齿轮传动。由于斜齿圆柱齿轮传动的承载能力和平稳性比直齿圆柱齿轮传动好，故在高速级或要求传动平稳的场合，常采用斜齿圆柱齿轮传动。

(2) 带传动具有传动平稳、吸振等特点，且能起过载保护作用。但由于它是靠摩擦力来工作的，在传递同样功率的条件下，当带速较低时，传动结构尺寸较大。为了减小带传动的结构尺寸，应将其布置在高速级。

(3) 锥齿轮传动，当其尺寸太大时，加工困难，因此应将其布置在高速级，并限制其传动比，以控制其结构尺寸。

(4) 蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低，尤其在低速时，其效率更低，且蜗轮尺寸大、成本高。因此，它通常用于中小功率、间歇工作或要求自锁的场合。为了提高传动效率、减小蜗轮结构尺寸，通常将其布置在高速级。

(5) 链传动，由于工作时链速和瞬时传动比呈周期性变化，运动不均匀、冲击振动大，为了减小振动和冲击，故应将其布置在低速级。

(6) 开式齿轮传动，由于润滑条件较差和工作环境恶劣，磨损快、寿命短，故应将其布置在低速级。

根据各种传动机构的特点和上述选择原则及对传动方案的要求，结合本设计的工作条件，对初步拟订的方案进行分析比较，从中选择出合理的方案。此时选出的方案，并不是最后方案，最后方案还有待于各级传动比能得到合理分配后才能决定。当传动比不能合理分配时，还须修改原方案。2.2 选择电动机

选择电动机包括选择电动机类型、结构形式、功率、转速和型号。1．选择电动机的类型和结构形式

电动机的类型和结构形式应根据电源种类(如直流或交流)、工作条件(如环境、温度等)、工作时间的长短(如连续或间歇)及载荷的性质、大小、启动性能和过载情况等条件来选择。

工业上一般采用三相交流电动机。Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等优点，故其应用最广。当转动惯量和启动力矩较小时，可选用Y系列三相交流异步电动机。在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合(如起重机械和冶金设备等)，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，因此，应选用起重及冶金用的YZ和YZR系列三相异步电动机。电动机的结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等，可根据工作条件来选择。Y、YZ和YZR系列电动机的技术数据和外形尺寸参见第16章。2．确定电动机的转速

同一功率的异步电动机有同步转速3 000 r/min、1 500 r/min、1 000 r/min和750 r/min等几种。一般来说，电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低；反之，转速愈低，外廓尺寸愈大，价格愈高。当工作机转速高时，选用高速电动机较经济。但若工作机转速较低也选用高速电动机，则此时总传动比增大，会导致传动装置结构复杂，造价较高。所以，在确定电动机转速时，应全面分析。在一般机械中，用得最多的是同步转速为1 500 r/min或1 000 r/min的电动机。3．确定电动机的功率和型号

电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选得过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏；功率选得过大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，电动机效率和功率因数都较低，造成很大的浪费。

电动机功率的确定，主要与其载荷大小、工作时间长短、发热多少有关。对于长期连续工作、载荷较稳定的机械(如连续运输机、鼓d风机等)，可根据电动机所需的功率P来选择，而不必校验电动机的e发热和启动力矩。选择时，应使电动机的额定功率P稍大于电动机的deded所需功率P，即P≥P。对于间歇工作的机械，P可稍小于P。

电动机所需的功率按如下方法计算。

若已知工作机的阻力(例如运输带的最大拉力)为F (N)、工作速度(例如运输带的速度)为v(m/s)，则工作机所需的有效功率为

若已知工作机的转矩T (N·m)和转速n(r/min)时，则工作机所需的有效功率为电动机所需的功率为式中：η为传动装置的总效率。12n式中：η, η, …, η分别为传动装置中每对运动副或传动副(如联轴器、齿轮传动、带传动、链传动和轴承等)的效率。

表2-2给出了常用机械传动和轴承等的效率的概略值。表2-2 机械传动和轴承等效率的概略值

计算总效率时，要注意以下几点。

(1) 表2-2中所列数值是概略的范围，由于效率与工作条件、加工精度及润滑状况等因素有关，当工作条件差、加工精度低、维护不良时，应取低值；反之，可取高值；当情况不明时，一般取中间值。

(2) 动力每经过一对运动副或传动副，就有一次功率损耗，故计算效率时，都要计入。

(3) 表2-2中的传动效率是指一对传动啮合效率，未计轴承效率。表中轴承的效率均指一对轴承而言。

根据电动机的类型、同步转速和所需功率，参照第16章电动机e的技术参数确定电动机的型号和额定功率P，记下电动机的型号、额em定功率P、满载转速n、中心高、轴外伸轴径和轴外伸长度，供选择联轴器和计算传动件之用。2.3 计算总传动比和分配传动比1．计算总传动比m

传动装置的总传动比i，可根据电动机的满载转速n和工作机所w需转速n来计算，即总传动比i为各级传动比的连乘积，即2．传动比的分配

在设计多级传动的传动装置时，分配传动比是设计中的一个重要问题。传动比分配得不合理，会造成结构尺寸大、相关尺寸不协调、成本高、制造和安装不方便等问题。因此，分配传动比时，应考虑下列几项原则。

(1) 各种传动的每级传动比应在推荐值的范围内。表2-3列出各种传动的每级传动比的推荐值。

(2) 各级传动比应使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉a现象。例如，V形带的传动比选得过大，将使大带轮外圆半径r大于减速器中心高H(图2-2(a))，安装不便；又如，在双级圆柱齿轮减速器中，若高速级传动比选得过大，就可能使高速级大齿轮的顶圆与低速轴相干涉(图2-2(b))；再如，在运输机械装置中，若开式齿轮的传动比选得过小，也会造成滚筒与开式小齿轮轴相干涉(图2-2(c))。表2-3 各种传动中每级传动比的推荐值图2-2 结构尺寸不协调及干涉现象

(3) 设计双级圆柱齿轮减速器时，应尽量使高速级和低速级的齿轮强度接近相等，即按等强度原则分配传动比。

(4) 当减速器内的齿轮采用油池浸油润滑时，为使各级大齿轮浸油深度合理，各级大齿轮直径应相差不大，以避免低速级大齿轮浸油过深而增加搅油损失。3．减速器传动比分配的参考值

根据上述原则，提出一些减速器传动比分配的参考值如下。

(1) 展开式双级圆柱齿轮减速器，考虑各级齿轮传动的润滑合理，121应使两大齿轮直径相近，推荐取i= (1.3～1.4)i，或，其中i、2i分别为高速级和低速级的传动比，i为减速器的总传动比。对于同轴12式双级圆柱齿轮减速器，一般取i= i=。

(2) 圆锥-圆柱齿轮减速器，为了便于大锥齿轮加工，高速级锥齿11轮传动比取i= 0.25i，且使i≤3。

(3) 蜗杆-圆柱齿轮减速器，为使传动效率高，低速级圆柱齿轮传2动比可取i= (0.03～0.06)i。12

(4) 双级蜗杆减速器，为了结构紧凑，可取i= i=。2.4 传动装置的运动和动力参数的计算

为了进行传动件的设计计算，应计算出各轴上的转速、功率和转矩。计算时，可将各轴从高速级向低速级依次编号为0轴(电动机轴)、Ⅰ轴、Ⅱ轴等，并按此顺序进行计算。1．各轴的转速计算

各轴的转速可根据电动机的满载转速和各相邻轴间的传动比进行计算。各轴的转速为011223m式中：i、i、i等分别为相邻两轴间的传动比；n为电动机的满载转速。2．各轴的输入功率计算

计算各轴的功率时，有两种计算方法。d

(1) 按电动机的所需功率P计算。这种方法的优点是设计出的传动装置结构较紧凑。当所设计的传动装置用于某一专用机器时，常用此方法。e

(2) 按电动机的额定功率P计算。这种方法由于电动机的额定功率大于电动机的所需功率，故计算出各轴的功率比实际需要的要大一些，根据此功率设计出的传动零件，其结构尺寸也会较实际需要的大。设计通用机器时，可用此法。d

在课程设计中，一般按第一种方法，即按电动机的所需功率P计算。各轴的输入功率为011223式中：η、η、η等分别为相邻两轴间的传动效率。3．各轴的输入转矩计算

各轴的输入转矩为2.5 总体设计举例

图2-3所示的为带式运输机的传动装置。已知运输带的有效拉力F=6 500 N，带速v=0.45 m/s，滚筒直径D=350 mm，载荷平稳，连续单向运转，工作环境有灰尘，电源为三相交流电(220 V/380 V)。试对此传动装置进行总体方案设计。1．传动方案的拟订

为了确定传动方案，可根据已知条件计算出工作机滚筒的转速为w

n=60×1 000v/(πD)=[60×1000×0.45/(π×350)]r/min=24.57r/min

若选用同步转速为1 500 r/min或1 000 r/min的电动机，则可估算出传动装置的总传动比i约为60或40。根据这个传动比及工作条件可有图2-3所示的三种传动方案。对这三种传动方案进行分析比较可知：图2-3(a)所示的方案因用带传动使传动装置的外形尺寸大；图2-3(b)所示的方案因齿轮的转速高，减速器的尺寸小，链传动的尺寸也较紧凑；图2-3(c)所示的方案减速器的尺寸也较小，但若开式齿轮的传动比较小，中心距较短，可能会使滚筒与开式小齿轮轴相干涉。从尺寸紧凑来看，应选用图2-3(b)所示的方案；若对尺寸要求不高，则图2-3(a)所示的方案也可采用；若总传动比较大，则选图2-3(c)所示的方案为好。以下设计按图2-3(b)所示的方案进行计算。图2-3 带式运输机传动方案2．电动机的选择1）电动机类型的选择

电动机的类型根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。2）电动机功率的选择

工作机所需要的有效功率为w

P=Fv/1 000=(6 500×0.45/1 000)kW=2.925kWd

为了计算电动机的所需功率P，先要确定从电动机到工作机之间12345的总效率η。设η、η、η、η、η分别为弹性联轴器、闭式齿轮传动(设齿轮精度为8级)、滚动轴承、开式滚子链传动、滚筒的效率，由12345表2-2查得η=0.99, η=0.97, η=0.99, η=0.92, η=0.96，则传动装置的总效率为225

η==0.99×0.97×0.99×0.92×0.96=0.7745电动机所需功率为dw

P=P/η=(2.925/0.774 5)kW=3.776kW

由第16章表16-1选取电动机的额定功率为4 kW。3）电动机转速的选择

选择常用的同步转速为1 500 r/min和1 000 r/min两种电动机。4）电动机型号的确定

根据电动机所需功率和同步转速，查第16章表16-l可知，电动机m型号为Y112M-4和Y132M1-6。根据电动机的满载转速n和滚筒转速wn可算出总传动比。现将此两种电动机的数据和总传动比列于表2-4中。表2-4 电动机的数据及总传动比

由表2-4可知，方案1中，虽然电动机转速高、价格低，但总传动比大。为了能合理地分配传动比，使传动装置结构紧凑，决定选用方案2，即电动机型号为Y132M1-6。查第16章表16-2可知，该电动机的中心高H = 132mm，轴外伸轴径为38mm，轴外伸长度为80mm。3．传动比的分配3

根据表2-3，取链传动的传动比i= 3，则减速器的总传动比为

i=39.09/3=13.03双级圆柱齿轮减速器高速级的传动比为其低速级的传动比为21

i=i/i=13.03/4.116=3.1664．传动装置的运动和动力参数计算

(1) 各轴的转速计算：Ⅰm

n=n=960r/minⅡⅠ1

n=n/i=(960/4.116)r/min=233.24r/minⅢⅡ2

n=n/i=(233.24/3.166)r/min=73.67r/minⅣⅢ

n=n=73.67r/min

(2) 各轴的输入功率计算：Ⅰd1

P=Pη=(3.776×0.99)kW=3.738kWⅡⅠ23

P=Pηη=(3.738×0.97×0.99)kW=3.590kWⅢⅡ23

P=Pηη=(3.590×0.97×0.99)kW=3.447kWⅣⅢ31

P=Pηη=(3.447×0.99×0.99)kW=3.378kW

(3) 各轴的输入转矩计算：ⅠⅠⅠ

T=9 550P/n=(9 550×3.738/960)N·m=37.185N·mⅡⅡⅡ

T=9 550P/n=(9 550×3.590/233.24)N·m=146.992N·mⅢⅢⅢ

T=9 550P/n=(9 550×3.447/73.67)N·m=446.842N·mⅣⅣⅣ

T=9 550P/n=(9 550×3.378/73.67)N·m=437.897N·m

将上述计算结果列于表2-5中，以供查用。表2-5 各轴的运动及动力参数第3章传动零件的设计计算和轴系零部件的初步选择

传动装置主要包括传动零件、支承零部件和连接零件，其中决定其工作性能、结构和尺寸的主要是传动零件。支承零部件和连接零件都要根据传动零件的要求来设计。因此，一般应在传动方案选择妥当后先设计计算传动零件，确定其结构尺寸、参数和材料等，为设计减速器装配草图做好准备。

由传动装置计算得出的运动和动力参数及设计任务书给定的工作条件，即为传动零件设计的原始数据。

各传动零件的设计计算方法，均按《机械设计》或《机械设计基础》教材所述方法进行，本书不再重复。下面仅就传动零件设计计算的要求和应注意的问题作简要说明。3.1 减速器外部传动零件的设计计算要点

传动装置除减速器外，还有其他传动零件，如传动带、传动链和开式传动齿轮等。通常先设计计算这些零件，在这些传动零件的参数确定后，外部传动的实际传动比便可确定。然后修改减速器内部的传动比，再进行减速器内部传动零件的设计。这样，会使整个传动装置的传动比累积误差更小。

课程设计时，对减速器外部传动零件只需确定其主要参数和尺寸，而不必进行详细的结构设计。1．普通V形带传动

设计普通V形带传动须确定的内容有：带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径，中心距，初拉力及作用在轴上之力的大小和方向等。

在确定带轮轴孔直径时，应根据带轮的安装情况来考虑。当带轮直接装在电动机轴或减速器轴上时，应取带轮轴孔直径等于电动机轴或减速器轴的直径；当带轮装在其他轴(如滚筒轴等)上时，则应根据该轴直径来确定。带轮轮毂长度与带轮轮缘宽度不一定相等，一般轮毂长度按轴孔直径d来确定(参见第19章)，而轮缘宽度则由带的型号和根数来确定。

设计时，应检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系。例如，电动机轴上的小带轮半径是否小于电动机的中心高；小带轮轴孔直径、长度是否与电动机外伸轴径、长度相对应；大带轮外圆是否与其他零件(如机座)相碰。

带轮直径确定后，应根据该直径和滑动率计算带传动的实际传动比和从动轮的转速，并以此修正减速器所要求的传动比和输入转矩。2．链传动

设计链传动须确定的内容有：链的型号、节距、链节数和排数，链轮齿数、直径、轮毂宽度，中心距及作用在轴上之力的大小和方向等。

为了使磨损均匀，链轮齿数最好选为奇数或不能整除链节数的数。为了防止链条因磨损而易脱链，大链轮齿数不宜过多。为了使传动平稳，小链轮齿数也不宜太少。为避免使用过渡链节，链节数应取偶数。

当选用单排链使链的尺寸太大时，应改选双列链或多列链，以尽量减小节距。3．开式齿轮传动

设计开式齿轮传动须确定的内容有：齿轮材料和热处理方式，齿轮的齿数、模数、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿宽，中心距及作用在轴上之力的大小和方向等。

在计算和选择开式齿轮传动的参数时，应考虑开式齿轮传动的工作特点。由于开式齿轮的失效形式主要是轮齿弯曲折断和磨损，故设计时应按轮齿弯曲疲劳强度计算模数，考虑齿面磨损的影响，应将求出的模数加大10%～15%，并取标准值。然后计算其他几何尺寸，而不必验算齿面接触疲劳强度。

由于开式齿轮常用于低速传动，一般采用直齿。由于工作环境较差、灰尘较多、润滑不良，为了减轻磨损，选择齿轮材料时应注意材料的配对，使其具有减摩和耐磨性能。当大齿轮的顶圆直径大于400～500 mm时，应选用铸钢或铸铁来制造。

由于开式齿轮的支承刚性较差，齿宽系数应选小些，以减小载荷沿齿宽分布不均。

齿轮尺寸确定后，应检查传动中心距是否合适。例如，带式运输机的滚筒是否与小开式齿轮轴相干涉，若有干涉，则应将齿轮参数进行修改重新计算。3.2 减速器内部传动零件的设计计算要点

在减速器外部传动零件完成设计计算之后，应检查传动比及有关运动和动力参数是否需要调整。若需要，则应进行修改。待修改好后，再设计减速器内部的传动零件。1．齿轮传动

设计齿轮传动须确定的内容有：齿轮材料和热处理方式，齿轮的齿数、模数、变位系数、齿宽、分度圆螺旋角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、结构尺寸等；对圆柱齿轮传动还有中心距；对锥齿轮传动，还有锥距、节锥角、顶锥角和根锥角等。

齿轮材料及热处理方式的选择，应考虑齿轮的工作条件、传动尺寸的要求、制造设备条件等。若传递功率大，且要求尺寸紧凑，可选用合金钢或合金铸钢，并采用表面淬火或渗碳淬火等热处理方式；若一般要求，则可选用碳钢或铸钢或铸铁，采用正火或调质等热处理方a式。当齿轮顶圆直径d＜400～500 mm时，可采用锻造或铸造毛坯；a当d＞400～500 mm时，因受锻造设备能力的限制，应采用铸铁或铸钢铸造。当齿轮直径与轴径相差不大时，对于圆柱齿轮，若齿轮的齿nt根至键槽的距离x＜2.5m，对于锥齿轮，若x＜1.6m，则齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴(参见第19章图19-10和图19-15)。同一减速器中的各级小齿轮(或大齿轮)的材料尽可能相同，以减少材料牌号和简化工艺要求。

齿轮传动的计算准则和方法，应根据齿轮工作条件和齿面硬度来确定。对于软齿面齿轮传动，应按齿面接触疲劳强度计算齿轮直径或中心距，验算齿根弯曲疲劳强度；对于硬齿面齿轮传动，应按齿根弯曲疲劳强度计算模数，验算齿面接触疲劳强度。

对齿轮传动的参数和尺寸，有严格的要求。对于大批生产的减速器，其齿轮中心距应参考标准减速器的中心距；对于中、小批生产或专用减速器，为了制造、安装方便，其中心距应圆整，最好使中心距的尾数为0或5。模数应取标准值，齿宽应圆整；而分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径等不允许圆整，应精确计算到小数点后三位数；分度圆螺旋角、节锥角、顶锥角、根锥角应精确计算到“' ' ”；直齿锥齿轮的锥距R不必圆整，应计算到小数点后三位数。齿轮的结构尺寸，参考本书第19章给出的经验公式计算确定，但尽量圆整，以便于制造和测量。2．蜗杆传动

设计蜗杆传动须确定的内容有：蜗杆和蜗轮的材料，蜗杆的热处理方式，蜗杆的头数和模数，蜗轮的齿数和模数、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、导程角，蜗杆螺纹部分长度，蜗轮轮缘宽度和轮毂宽度及结构尺寸等。

由于蜗杆传动的滑动速度大，摩擦和发热剧烈，因此要求蜗杆蜗轮副材料具有较好的耐磨性和抗胶合能力。一般是根据初步估计的滑动速度来选择材料。当蜗杆传动尺寸确定后，要检验相对滑动速度和传动效率与估计值是否相符，并检查材料选择是否恰当。若与估计有较大出入，应修正重新计算。11

蜗杆模数m和分度圆直径d应取标准值，且m、d与直径系数q三者之间应符合标准的匹配关系。

连续工作的闭式蜗杆传动因发热大，易产生胶合，应进行热平衡计算，但应在蜗杆减速器装配草图完成后进行。3.3 初算轴的直径

联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度法进行估算，即式中：P为轴传递的功率(kW); n为轴的转速(r/min); C为由轴的材料和受载情况确定的系数。若轴的材料为45钢，通常取C = 106～117。C值应考虑轴上弯矩对轴强度的影响，当只受转矩影响或弯矩相对转矩较小时，C取小值；当弯矩相对转矩较大时，C取大值。在多级齿轮减速器中，高速轴的转矩较小，C取较大值；低速轴的转矩较大，C应取较小值；中间轴取中间值。对其他材料牌号的轴，其C值参阅有关教材。

初算轴径还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%；有两个键槽时，d增大10%。然后将轴径圆整为标准值。

上述计算出的轴径，一般作为输入、输出轴外伸端最小直径；对中间轴，可作为最小直径，即轴承处的轴径；若作为装齿轮处的轴径，则C应取大值。

若减速器高速轴外伸端用联轴器与电动机相连，则外伸端轴径应考虑电动机轴及联轴器毂孔的直径尺寸，外伸端轴径和电动机轴直径应相差不大，它们的直径应在所选联轴器毂孔最大、最小直径的允许范围内。若超出该范围，则应重选联轴器或改变轴径。此时推荐减速器高速轴外伸端轴径，用电动机轴直径D估算，d = (0.8～1.2)D。3.4 选择联轴器

选择联轴器包括选择联轴器的类型和型号。

联轴器的类型应根据传动装置的要求来选择。在选用电动机轴与减速器高速轴之间连接用的联轴器时，由于轴的转速较高，为减小启动载荷，缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，如弹性套柱销联轴器等。在选用减速器输出轴与工作机之间连接用的联轴器时，由于轴的转速较低，传递转矩较大，又因减速器与工作机常不在同一机座上，要求有较大的轴线偏移补偿，因此常选用承载能力较高的刚性可移式联轴器，如鼓形齿式联轴器等。若工作机有振动冲击，为了减小振动、缓和冲击，以免影响减速器内传动件的正常工作，则可选用弹性联轴器，如弹性柱销联轴器等。

联轴器的型号应根据计算转矩、轴的转速和轴径来选择，要求所选联轴器的许用转矩大于计算转矩，还应注意联轴器毂孔直径范围是否与所连接两轴的直径大小相适应。若不适应，则应重选联轴器的型号或改变轴径。3.5 初选滚动轴承

滚动轴承的类型应根据所受载荷的大小、性质、方向，轴的转速及其工作要求进行选择。若只承受径向载荷或主要是径向载荷而轴向载荷较小，轴的转速较高，则选择深沟球轴承。若轴承承受径向力和较大的轴向力或需要调整传动件(如锥齿轮、蜗杆蜗轮等)的轴向位置，则应选择角接触球轴承或圆锥滚子轴承。由于圆锥滚子轴承装拆调整方便、价格较低，故应用最多。

根据初算轴径，考虑轴上零件的轴向定位和固定，估计出装轴承处的轴径，再选用直径系列为轻系列或中系列的轴承，这样可初步定出滚动轴承型号。至于选择得是否合适，则有待于在减速器装配草图设计中进行寿命验算后再行确定。第4章减速器的结构与润滑

减速器一般由箱体、轴系部件和附件三大部分组成。图4-l中标出组成减速器的主要零部件名称、相互关系及箱体部分尺寸。4.1 箱体

箱体是减速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件的正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。箱体一般还兼作润滑油的油箱，具有充分润滑和很好密封箱内零件的作用。

为保证具有足够的强度和刚度，箱体要有一定的壁厚，并在轴承座孔处设置加强肋。加强肋做在箱体外的称为外肋，如图4-1所示，由于其铸造工艺性较好，故应用较广泛。加强肋做在箱体内的称为内肋，内肋刚度大，不影响外形的美观，但因它阻碍润滑油的流动而增加损耗，且铸造工艺也比较复杂，所以应用较少。

为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体大多做成剖分式，由箱座和箱盖组成，取轴的中心线所在平面为剖分面。箱座和箱盖采用普通螺栓连接，用圆锥销定位。在大型的立式圆柱齿轮减速器中，为便于制造和安装，也有采用两个剖分面的。对于小型的蜗杆减速器，可用整体式箱体。整体式箱体的结构紧凑、质量较轻，易于保证轴承与座孔的配合要求，但装拆和调整不如剖分式箱体方便。图4-1 单级圆柱齿轮减速器

箱体的材料、毛坯种类与减速器的应用场合及生产数量有关。铸造箱体通常采用灰铸铁铸造(图4-1)。承受振动和冲击载荷的箱体，可用铸钢或高强度铸铁铸造。铸造箱体的刚性较好，外形美观，易于切削加工，且能吸收振动和消除噪声，但质量较大，适合于成批生产。对于单件或小批生产的箱体，可采用钢板焊接而成(图4-2)。这种箱体箱壁薄、质量轻、材料省、生产周期短，但要求制造技术较高。图4-2 焊接箱体ii3iiii232H=D+(5～5.5)d, S≈H, B=S+2c, (i=1,2); d—轴承端盖螺钉直径；c—由表12125-1确定；K、K′、K″按相应的螺栓直径由表5-1中的c+c或l+l来确定；δ′=(0.7～0.8)δ; δ由表5-1来确定4.2 减速器的附件

为了保证减速器能正常工作和具备完善的性能，如方便检查传动件的啮合情况、注油、排油、通气和便于减速器的安装、吊运等，减速器箱体上常设置某些必要的装置和零件，这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附件(参见图4-1及第14章)。现将附件作如下分述。1．窥视孔和视孔盖

窥视孔用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，并可由该孔向箱内注入润滑油，平时由视孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，盖板底部垫有纸质封油垫片。2．通气器

减速器工作时，箱体内的温度和气压都很高，通气器能使热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡，以免润滑油沿箱体接合面、轴外伸处及其他缝隙渗漏出来。3．轴承端盖

轴承端盖(简称轴承盖)用于固定轴承外圈及调整轴承间隙，承受轴向力。轴承端盖有凸缘式和嵌入式两种。凸缘式端盖用螺钉固定在箱体上，调整轴承间隙比较方便，密封性能好，用得较多。嵌入式端盖结构简单，不需用螺钉，依靠凸起部分嵌入轴承座相应的槽中，但调整轴承间隙比较麻烦，需打开箱盖。根据轴是否穿过端盖，轴承端盖又分为透盖和闷盖两种。透盖中央有孔，轴的外伸端穿过此孔伸出箱体，穿过处需有密封装置。闷盖中央无孔，用在轴的非外伸端。4．定位销

为了保证箱体轴承座孔的镗削和装配精度，并保证减速器每次装拆后轴承座的上、下半孔始终保持加工时的位置精度，箱盖与箱座需用两个圆锥销定位。定位销孔是在减速器箱盖与箱座用螺栓连接紧固后，镗削轴承座孔之前加工的。5．油面指示装置

为指示减速器内油面的高度是否符合要求，以便保持箱内正常的油量，在减速器箱体上设置油面指示装置，其结构形式参见第14章。6．油塞

为了更换减速器箱体内的污油，应在箱体底部油池的最低处设置排油孔。平时，排油孔用油塞堵住，并用封油圈以加强密封。7．启盖螺钉

减速器在安装时，为了加强密封效果，防止润滑油从箱体剖分面处渗漏，通常在剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因黏结较紧而不易分开。为了便于开启箱盖，设置启盖螺钉，只要拧动此螺钉，就可顶起箱盖。8．起吊装置

起吊装置有吊环螺钉、吊耳、吊钩等，供搬运减速器之用。吊环螺钉(或吊耳)设在箱盖上，通常用于吊运箱盖，也用于吊运轻型减速器；吊钩铸在箱座两端的凸缘下面，用于吊运整台减速器。4.3 减速器的润滑

减速器的传动零件和轴承必须要有良好的润滑，以降低摩擦，减少磨损和发热，提高效率。1．齿轮和蜗杆传动的润滑1）润滑剂的选择

齿轮传动、蜗杆传动所用润滑油的黏度根据传动的工作条件、圆周速度或滑动速度、温度等分别按第15章表15-l、表15-2来选择。根据所需的黏度按表15-3选择润滑油的牌号。2）润滑方式

(1) 油池浸油润滑。

在减速器中，齿轮的润滑方式根据齿轮的圆周速度v而定。当v≤12 m/s时，多采用油池浸油润滑，齿轮浸入油池一定深度，齿轮运转时就把油带到啮合区，同时也甩到箱壁上，借以散热。

齿轮浸油深度以l～2个齿高为宜。当速度高时，浸油深度约为0.7个齿高，但不得小于10 mm。当速度较低(0.5～0.8 m/s)时，浸油深度可达1/6～1/3的齿轮半径(图4-3)。

在多级齿轮传动中，当高速级大齿轮浸入油池一个齿高时，低速级大齿轮浸油可能会超过最大深度。此时，高速级大齿轮可采用溅油轮来润滑，利用溅油轮将油溅入齿轮啮合处进行润滑(图4-4)。

采用锥齿轮传动时，宜把大锥齿轮整个齿宽浸入油池中(图4-5)，至少应浸入0.7个齿宽。图4-3 油池润滑图4-4 采用溅油轮的油池润滑图4-5 锥齿轮的油池润滑

采用上置式蜗杆减速器时，将蜗轮浸入油池中，其浸油深度与圆柱齿轮相同(图4-6(a))。采用下置式蜗杆减速器时，将蜗杆浸入油池中，其浸油深度为0.75～1个齿高，但油面不应超过滚动轴承最下面滚动体的中心线(图4-6(b))，否则轴承搅油发热大。当油面达到轴承最低的滚动体中心而蜗杆尚未浸入油中，或浸入深度不够时，或因蜗杆速度较高，为避免蜗杆直接浸入油中后增加搅油损失，一般常在蜗杆轴上安装带肋的溅油环，利用溅油环将油溅到蜗杆和蜗轮上进行润滑(图4-7)。图4-6 蜗杆传动油池润滑

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