1.齿轮的结构设计

齿轮结构按毛坯制造方法不同，分锻造、铸造和焊接毛坯三类。铸造、焊接毛坯用于大直径齿轮（da＞400mm）。课程设计中大多为中、小直径（da≤500mm）锻造毛坯齿轮，根据尺寸不同，有以下三种结构形式：

1）齿轮轴　当齿根圆直径与轴径相差不大，齿根圆与轮毂键槽顶面距离e≤2.5mn（图16-6a）时，应将齿轮与轴制成一体，称为齿轮轴，如图16-7所示，这时轮齿可用滚齿或插齿加工。当齿根圆直径df小于两端相邻的轴径d时，如图16-7b所示，则只能用滚齿方法加工齿轮。对于直径稍大的小齿轮，应尽量把齿轮与轴分开，以便于齿轮的制造和装配。

图16-6　实心式齿轮结构

（a）da≤100；（b）100＜da≤200

图16-7　齿轮轴结构

（a）df＞d；（b）df＜d

2）实心式齿轮　当齿顶圆直径da≤200mm时，除用锻造毛坯外，也可以用轧制圆钢毛坯，可制成实心式齿轮结构，图16-6a、b分别给出了两种齿轮结构形式。

3）腹板式齿轮　当齿顶圆直径位于200mm＜da≤500mm时，为了减轻重量、节约材料，常采用腹板式齿轮。锻造齿轮的腹板式结构又分为自由锻和模锻两种形式，后者用于批量较大时生产。

因此，齿轮结构设计时，首先根据直径的大小选定合适的结构形式，然后按图16-6和图16-8中给出的齿轮结构尺寸的经验公式计算尺寸，经圆整后进行齿轮的结构设计。

图16-8　腹板式齿轮结构

（a）自由锻，批量较小时采用；（b）模锻，批量较大时采用

2.滚动轴承的组合设计

1）轴的支承结构形式和轴系的轴向固定　一般齿轮减速器，其轴的支承跨距较小（l≤350mm），常采用双支点各单向固定的方式。轴承内圈在轴上可用轴肩或套筒作轴向定位，轴承外圈用轴承盖作轴向固定。

设计双支点各单向固定的方式时，要留出少量的轴向间隙，以补偿工作时轴的热伸长量。对于固定游隙的轴承，如深沟球轴承，可在凸缘式轴承盖与箱体轴承座端面之间（图16-4a、b）或在嵌入式轴承盖与轴承外圈之间（图16-9a）设置调整垫片，在装配时通过调整来控制轴向间隙。对于可调游隙的轴承，如角接触球轴承或圆锥滚子轴承，则可利用调整垫片或调整螺钉来调整轴承的游隙，以保证轴系的游动和轴承的正常运转。图16-9b所示为采用嵌入式轴承盖时利用调整螺钉来调整轴承的游隙。

2）轴承盖的结构及其调整垫片组　轴承盖用于固定轴承、承受轴向载荷及调整轴承间隙，一般用灰铸铁HT150或普通碳素钢Q251、Q235制造。它的结构形式有凸缘式和嵌入式两种，每种形式按是否有通孔又分透盖和闷盖。凸缘式轴承盖安装拆卸、调整轴承间隙较为方便，易密封，故应用广泛，但外缘尺寸较大，还需要一组螺钉来连接；嵌入式轴承盖无需螺钉、结构简单，机体外表比较平整，但利用垫片调整轴向间隙需要开启箱盖、密封性能差、座孔上还需要加工环形槽。轴承盖的结构和尺寸可见表8-1和表8-2，设计时应注意以下两点：

（1）凸缘式轴承盖与座孔配合处较长，为了减小接触面，应在端部铸造或车出一段较小的直径，使配合长度为L，为避免拧紧螺钉时端盖歪斜，一般取L=（0.1～0.15）D，D为轴承的外径。为减小加工面，可使轴承盖的外端面凹进δ深度，如图16-10a所示。若轴承盖直径较小时，外端面可不必减小加工面。

图16-9　嵌入式轴承盖(www.daowen.com)

（a）用调整垫片控制轴向间隙；（b）用调整螺钉调整轴承的游隙

图16-10　凸缘式轴承盖油润滑时的结构

（a）轴承端盖剖面图；（b）轴承端盖轴测图

（2）当轴承采用箱体内的润滑油润滑时，为使润滑油由油沟流入轴承，应在轴承盖的端部加工出四个缺口，如图16-10b所示。装配时该缺口不一定能对准油沟，故应在其端部车出一段较小的直径，以便让油先流入环状间隙，再经缺口进入轴承腔内。

调整垫片组可用来调整轴承间隙及轴的轴向位置。垫片组由多片厚度不同的垫片组成，可根据需要组成不同的厚度。垫片采用08F软钢片或薄铜片制成。

3.滚动轴承的润滑与密封

1）滚动轴承的润滑　减速器滚动轴承的润滑方式可参阅第15章的减速器的润滑部分。

2）滚动轴承内侧的封油环和挡油环　封油环用于脂润滑轴承的密封，作用是使轴承室与箱体内部隔开，防止箱内的稀油飞溅到轴承室内，使润滑脂变稀而流失。图16-11a所示为旋转式封油环，利用离心力可以甩掉从箱壁流下的油以及飞溅起来的油和杂质，封油效果好。当滚动轴承采用油润滑时，若轴承旁的小齿轮的齿顶圆直径小于轴承座孔直径，为防止齿轮啮合（特别是斜齿轮）过程中挤出的润滑油大量进入轴承而增加轴承的阻力，常在小齿轮与轴承之间装设挡油环。图16-11b所示的挡油环为冲压件，适用于成批生产；图16-11c所示的挡油环由车削加工而成，适用于单件或小批生产。

3）轴外伸处的密封　在减速器输入轴和输出轴的外伸端，应在轴承盖的轴孔内设置密封件。密封装置分为接触式和非接触式两种，接触式密封常用的有：

（1）毡圈密封。如图16-12a所示，将矩形截面的浸油毡圈嵌入轴承盖的梯形中，对轴产生压紧作用，从而实现密封。毡圈密封结构简单、价廉，但磨损快，密封效果差，多用于脂润滑和轴的圆周速度v＜5m/s的场合。

图16-11　封油环与挡油环

（a）用于脂润滑的封油环；（b）用于油润滑的冲压挡油环；（c）用于油润滑的车削挡油环

（2）橡胶圈密封。如图16-12b、c所示为常用的内包骨架橡胶圈密封，当装入轴承盖后可形成过盈配合，无需轴向定位。橡胶圈密封是利用其唇形结构部分的弹性和弹簧圈的箍紧作用而实现的密封。这种密封工作可靠，寿命较长，可用于脂润滑或油润滑和轴的圆周速度v＜7m/s的场合。当唇向内侧安装时（图16-12b），以防止漏油为主；当唇向外侧安装时（图16-10c），以防止外界灰尘污物侵入为主。

若轴的转速较高或其表面较粗糙，则需采用非接触式密封，非接触式密封常用的有：

（1）油沟密封。如图16-12d所示，利用轴与轴承盖孔之间的油沟和微小间隙填满润滑脂而实现的密封。这种密封结构简单，但密封效果差，适用于脂润滑及环境清洁的场合。

（2）迷宫密封。如图16-12e所示，利用固定在轴上的转动零件与轴承盖间构成的曲折而狭窄的缝隙中填满润滑脂而实现的密封。这种密封效果好，密封件不磨损，可用于脂润滑或油润滑。

图16-12　轴承的密封

（a）毡圈密封；（b）唇向内的橡胶圈密封；（c）唇向外的橡胶圈密封；（d）油沟密封；（e）迷宫密封