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吴福中 夏雅兵 河南省新乡职业技术学院 新乡市高级技工学校 453000
【文章摘要】
本文先介绍了在箱体设计中常用的加工工艺和应用的一般设计原则， 再细述了本设计所涉及的工艺。从材料的选择、外形的设计和应注意的技术要求，到装配时的工艺规程，都一一给出了详细的说明。本设计为单件小批量生产的箱体，所以设计为剖分式的焊接结构，从轴承孔的中心线处剖分为上箱体和下箱体，之后用螺纹连接。设计的成果作为减速器的一部分，因工艺性和实用性都比较好，所以可以直接用于生产实践中。
【关键词】
行星齿轮；减速器；箱体加工工艺； 剖分式；焊接结构
1 传动装置的总体设计
传动装置的总体设计，主要包括拟定传动方案、选择电动机、确定总传动比和各级分传动比以及计算传动装置的传动和动力参数。
输送机分为四个部分：1、电动机，2、行星齿轮减速器，3. 链传动，4、平带传动。工作流程为：电动机输出动力，然后连接减速器，减速器再把动力输入给输送带，使输送带能够传递动力，在减速器和输送带之间用链传动连接。如图0—1 本设计的总体传动方案的结构简图：
2 减速器箱体的设计
2.1 概述
箱体零件是机器的基础零件之一， 它将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关的零件连接成一个整体，并使之保持正确的相对位置，按规定的传动关系协调地运动，因此，箱体零件的加工质量，不但直接影响箱体的装配精度，而且定会影响机器的工作精度，使用性能和使用寿命。
2.2 箱体的材料及毛坯
箱体材料常选用各种牌号的灰铸铁， 因为灰铸铁具有较好的耐磨性、铸造性和切削性，而且吸振性好，成本又低。坐标镗床的主轴箱用耐磨铸铁，有时某些负荷较大的箱体采用铸钢件。也有些简单箱体和单件、小批量生产的箱体为了缩短毛坯制造的周期，而采用钢板焊接结构。
铸铁毛坯余量视铸件精度和生产批量而定，在单件小批量生产时，一般采用木模手工造型，这种毛坯的精度低、余量大、其平面余量为7 ～ 12mm，孔在半径上的余量为8 ～ 14mm，大批量生产时， 通常采用金属模机器造型，毛坯的精度较高，加工余量可适当减小，铸铁毛坯平面余量为5 ～ 10mm，孔的半径上的余量为7 ～ 12mm。成批生产时，小于Ø30mm 的孔和单件小批量生产小于Ø50mm 的孔一般不在毛坯上预先铸出孔，反之则应预先铸出孔，以减少加工余量。
2.3 箱体的结构设计
减速器箱体起着支持和固定轴系零件，保持轴系运转精度、良好润滑及可靠密封等重要作用。
箱体多采用剖分式结构，剖分面一般通过轴心线。在重型立式减速器中，为了制造、安装和运输，也可采用多个剖面。箱体的设计一般有一下几个方面的设计。
①合理确定箱体的尺寸与形状
箱体的尺寸直接影响它的刚度，在相同壁厚情况下，增加箱体底面积及箱体轮廓尺寸，可以增大抗弯矩的惯性矩，这有利于提高箱体的整体刚性。
所有受载的接合面（箱体剖分面和轴承孔表面）都要限制其微观不平度（表面粗糙度Ra 值不应大于1.6 ～ 2.5 m）以保证实际接触面积，从而达到一定的接触刚度。对于联结螺栓的数量、间距、大小等都有一定要求，并要求结合面预压强不小于2MPa。
②合理设计肋板
在箱体的受载集中处设置肋板，可以明显提高局部刚度。例如在轴承座孔与箱底接合面处设置加强肋，就可以减小侧壁的弯曲变形。加强肋的布置应尽量使它受压应力，以起支撑作用。对于伸向箱体内部的轴承座孔，可以设置内肋。内肋较外肋可更好地提高局部刚度。
为保证密封，箱体剖分面联结凸缘应有足够宽度，并要经过精刨或刮研，联结螺栓间距也不应过大（小于150 ～ 200mm），以保证足够的压紧力。为了保证轴承孔的精度，剖分面间不得加垫片。为提高密封性，可在剖分面上制造出回油沟，使渗出的油可沿回油沟的斜槽流回箱体内，也允许在剖分面间涂以密封胶。
对于大多数减速器，由于其传动件的圆周速度小于12m/s, 常采用浸油润滑， 故箱体轮廓应足够大，以容纳一定量润滑油，保证润滑和散热。对于单级传动，每传递1kW 的功率需油量Q0=0.35 ～ 0.7dm3 （润滑油的粘度大时取大值）。对多级传动，应按级数成比例增加。传动件的浸油深度H1, 对于圆柱齿轮、涡轮、和蜗杆，最少应为1 个齿高，对于锥齿轮，则最少为（0.7 ～ 1）个齿宽，但都不得小于10mm。为避免搅油损失过大。传动件的浸油深度不应超过其分度圆的1/3。同时为避免油搅动时沉渣泛起，齿顶到油池底面的距离H1 不应小于30 ～ 50mm。
此外，减速器箱体还要有一些附件来使箱体的功能更加完整。通常有：检查孔和视孔盖、放油螺塞、油标、通气器、起吊装置、起盖螺钉，定位销。
2.4 行星齿轮减速器箱体的设计
本次设计的减速器是作为带传动输送机的一部分，把电动机输入的动力减速后输送给传动带，用于一般的传递物品生产中，所以对于箱体的强度和刚度要求比较高。此次设计为单件小批量生产，为了制造装配方便并节约成本，选用45 钢板作为箱体的材料，然后焊接成箱体，箱体设计为剖分式。因是行星齿轮减速器，行星齿轮传动的特点是输入轴和输出轴具
图0-1 输送机的总体方案设计019
实验研究
Experimental Research
电子制作
有同轴性，所以整个箱体只有一对同轴的轴承孔分布在前后板上。
箱体在加工和使用过程中，因受复杂的变载荷而引起相应的变形。若箱体的刚度不够，就会引起轴承孔中心线的过度偏斜，从而影响传动件的运转精度。所以首先要确定箱体板料的厚度。在确定厚度之前要分析几块板所受的载荷，因为所处的位置不同，各板承受的载荷也不同，所以板的厚度也不尽相同。经过分析，前、后板通过在其上的轴承孔支持输入、输出轴和固定轴系零件，所以承受载荷比较高；而底板不仅承受整个减速器的重量而且还要和角铁架相连接，在结合处要受到较大的集中载荷。所以，箱体主要承受重载荷的有前板、后板和底板。经过公式
T 为低速转矩N·M。
确定前、后、底板的厚度为15mm, 其余各板因承受载荷不是很大，所以厚度设计为10mm，已能满足要求。
在前、后板的轴承孔外用螺钉把轴承端盖连接在箱体上，用来限制轴承的轴向移动，轴承端盖为自己制造的简易端盖， 分为端盖和套筒两部分，用套筒顶住轴承，然后盖上端盖，最后再用螺钉把端盖连接在箱体上。箱体内的传动设计部分选用6005 轴承来与输入、输出轴配合。
上箱体和下箱体采用螺栓连接，因是钢板焊接的箱体，没有合适的位置放螺栓，所以还要焊接连接块来放置螺栓，设计为8 个连接块，上下箱体各4 个，尺寸为25×27×10mm，中间打Ø10mm 的孔， 然后用M8 的螺栓穿过连接上下箱体。连接块的位置设计为离上下箱体结合面3mm 处，给以后焊接留有一定的焊缝位置。因为轴承孔附近承受的载荷较大，如果连接块距轴承孔位置较远，则会产生连接强度不够的情况，这样轴承就会晃动和结合面漏油。所以，连接块的位置应离轴承孔尽可能的近。
①检查孔和视孔盖
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，还有可以用来注入润滑油，故检查孔应开在便于观察传动件啮合的位置。
设计的箱体上盖外形不是很大，把上盖设计为可装卸式工艺可行。因此设计为上盖用螺钉和上箱体连接，方便拆卸，所以是上盖就是视孔盖，卸掉上盖就可以检查箱体的内部情况。
②放油螺栓
放油孔应设在箱座底面的最低处，或设在箱底。在其附近应有足够的空间，以便放容器，油孔下也可以制出唇边，以利于引油流到容器内。箱体底面常向放油孔方向倾斜1°～ 1.5° , 并在其附近形成凹坑, 以便于污油的汇集和排放。放油螺塞常为六角头细牙螺纹，在六角头与放油孔的接触处，应加封油圈密封。也可用锥形螺纹的放油螺塞直接密封。
③通气器
通气器用于通气，使箱体内外气压一致，以避免由于运转时，箱体内油温升高， 内压增大，而引起减速器润滑油的渗漏。简易的通气器钻有丁字形孔，常设置在箱顶或检查孔上，用与较清洁的环境。较完善的通气器具有过滤网及通气曲路，可以减少灰尘进入。
因为此次设计的减速器工作转速不高，所以箱体内的压强不会很大，因此没有设计通气孔。
④ 起吊装置
起吊装置用于拆卸搬运减速器。它常由箱体上盖上的吊孔和箱座凸缘下面的吊耳构成。也可采用吊环螺钉拧入箱盖以起吊小型减速器。此次设计的减速器外形不大，重量也不是很大，一个人可以搬动，所以没有设计起吊装置。
⑤ 定位销
上盖板和上箱体用螺钉连接，因为箱体内要放油，密封性必须要好，所以上盖板与上箱体结合的表面质量要求非常高，使两者在配合之后不会产生缝隙。此外上盖板还兼有视孔盖的作用，所以要用螺钉连接，保证上盖板装卸方便。
上盖板上有四个通孔和一个螺纹孔， 通孔是用来旋入螺钉与上箱体相连接，螺纹孔是旋入螺钉紧固箱体内的支持轮的。
上盖板的设计尺寸为155×209×10mm， 毛坯尺寸为155×214×15mm, 通孔Ø10mm 的中心距两个侧面的分别为20mm 和7.5mm，M10 的螺纹孔位于盖板的正中心。
左右板是一模一样的两块板，就只把左面详细的介绍一下。因为设计的箱体前后板厚15mm，左右板厚10mm, 所以采用前后板夹着左右板的结构，这样的结构箱体能更加稳固，强度更高。因此，该板的左右两个侧面应该光滑一些，Ra=3.2µm， 这样焊接以后才不会出现缝隙，使箱体更加牢固并且不会漏油。又因为上侧面与上盖板配合，下侧面与地面配合，所以该板的四个侧面要求的精度都比较高，Ra 都为3.2µm。
前后板是一模一样的板，是减速器输入输出的方向轴承和轴承孔的配合为H7/r6，所以在前后板的正中央都有一个Ø47 mm 的轴承孔，如图3-6。如果这两个孔的同轴度误差较大，会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜，从而造成主轴的径向跳动和角间摆动，又加剧了轴承的磨损，故主轴轴承孔的同轴度为0.012mm。所以怎样解决精度误差是问题的关键。
按照设计原则，两个同轴孔如果位置距离较近，应一次在镗床上镗出，这样才能保证最高的精度。所以工艺顺序设计为，先把所有的钢板先加工到预先设计的尺寸后，就焊接成一个完整的箱体，然后再在镗床上一次镗出两个孔，再到线切割上从两轴承孔的中心线处把箱体切割为上下两部分，然后再把精度要求高的面在铣床上精加工到设计尺寸，这样箱体就完成了。
① 凸台的设计
凸台在车床上加工，毛坯为Ø90×100mm，凸台的外圆面表面质量要求不高，因此不必精加工，与端盖配和的面要求较高，所以Ra=3.2µm，另一个端面因为是与前板焊接，所以表面要求不是很高。因为端盖与凸台用螺钉连接，所以凸台上的4 个螺纹孔的位置。
② 端盖的设计
端盖用以限制箱体内轴承的轴向移动，并且起到一定的连接上下箱体的作用，因为输入输出轴分别都伸出箱体外，所以在端盖的正中心都有个Ø20mm 的孔，因与两轴之间没有接触，所以内孔表面质量要求不高。端盖是和凸台用螺钉连接，所以端盖的一个端面粗糙度为Ra=3.2µm, 另一个面粗车之后就可以使用。凸台与前板焊接以后，前板要用线切割切成两部分，所以端盖上的孔只能打在与结合面成45°的线上，又因凸台的外径Ø80mm，内径Ø47 mm，所以，孔的位置打在Ø65mm 处的圆周上，这样就确定了4 个螺纹孔的位置。然后用端盖做钻套， 在凸台上加工出4 个M8mm 的螺纹孔
底板的工艺比较简单，如图3-7。但前后板要焊接在底面上并且保证板上两个轴承孔有比较高的同轴度，所以作用很重要。前后板与底板焊接之前，要在底板上用Ø16mm 的铣刀铣出1×16mm 的两个通槽，让前后两板放进槽中保证两板有较高的平行度。底板需要与角铁架用螺栓装配，所以有4 个Ø10mm 通孔，孔中心距两侧面的距离为8mm 和20mm，因为Y 面需要与支持轮接触，所以Ra=3.2µm。
3 结论
该设计制作出了减速器的箱体，并经传动及其他零部件的装配，组装成了带式输送机，实现了输送机的输送功能。
【参考文献】
[1] 吴宗泽. 罗圣国主编. 机械设计课程设计手册. 高等教育出版社.1999 年6 月
[2] 郭宗连. 秦宝荣. 机械制造工艺学. 中国建材工业出版社.1999 年3 月020
