4.4.1　通用减速器的结构认识与拆装

【知识目标】

1.了解减速器的结构,各种零件的名称、形状用途以及各零件之间的装配关系。

2.了解齿轮的定位方式和装配顺序。

3.了解轴及轴上零件的作用、位置和装配关系。

【技能目标】

1.掌握各种减速器的拆卸、装配和调整的方法与步骤。

2.能使用正确的量具测量减速器的主要零件尺寸和主要参数。

3.能正确绘制减速器的轴系装配草图。

(1)实验设备

①Ⅰ级、Ⅱ级圆柱齿轮传动减速器。

②Ⅰ级蜗杆传动减速器。

③活动扳手、螺丝刀、橡皮锤、塞尺、钢尺、公法线千分尺等工具。

(2)实验内容

①观察减速器外形,确定减速器名称、类型和传动比。

②判定减速器的输入轴和输出轴。

③分析减速器箱体的结构特点。

④分析轴系结构的特点。

⑤了解减速器附件的功能。

⑥绘制减速器的传动简图、轴系的装配草图。

(3)实验原理

减速器是原动机和工作机之间的独立封闭传动装置,用来降低转速和增大转矩,以满足各种工作机械的要求。按照传动形式的不同,可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器;按照传动级数,可分为单级传动和多级传动;按照传动的布置,可分为展开式、分流式和同轴式减速器。

1)各种减速器简介

①齿轮减速器

齿轮减速器主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆柱-圆锥齿轮减速器。齿轮减速器的特点是传动效率高、工作寿命长、维护简便,因此,应用范围非常广。齿轮减速器的级数通常为单级、两级、三级及多级。按轴线在空间的布置,又可分为立式和卧式。各种渐开线齿轮减速器类型见表4.4。

表4.4　各种渐开线齿轮减速器类型

②蜗杆减速器

蜗杆减速器的特点是轴交角为90°,外廓尺寸小,传动比大,工作平稳,噪声小,可自锁,但是效率较低,单级蜗杆减速器应用最广。各种蜗杆减速器类型见表4.5。

表4.5　各种蜗杆减速器类型

2)减速器的主要附件与功能

现以圆柱齿轮二级减速器为例,详细讲述各部件的结构与功能。

①箱体

减速器的箱体是支承和固定轴和轴上零件并保证传动精度的重要零件,是减速器中非常重要的一个零件。减速器的箱体一般采用剖分式结构。卧式减速器一般只有一个剖分面,沿轴线平面剖开,分为箱盖和箱座两部分。箱体一般采用灰铸铁HT150 或HT200 铸造,对重型减速器也可采用球墨铸铁和铸钢铸造。在单件生产中,特别是对大型减速器,可采用焊接结构以减轻质量。为了保证箱体在轴承座附件有足够的刚度,通常在上下箱体要设置加强筋和凸台。为了便于箱体运输,一般在箱体上要设置吊耳或吊钩,如图4.20 所示。

图4.20　减速器内部结构

②窥视口

为检查传动零件的啮合情况以及将润滑油注入箱体内,通常在减速器上箱体的适当位置设置窥视口。为防止润滑油飞溅出来和污物进入箱体内,在窥视口上应加设孔盖。平时,窥视口的孔盖用螺钉固定在箱体上,需要检查时才打开,如图4.21 所示。

③通气器

减速器工作时,箱体内温度升高,空气膨胀,压力增大,为使箱内的空气能自由排出,保持内外压力相等,不至于使润滑油沿分箱面或端盖处密封件等其他缝隙溢出。通常在上箱体顶部设置通气器,如图4.22 所示。

图4.21　减速器窥视口

图4.22　通气器

④轴承端盖

轴承端盖的作用为限定轴承在轴上的轴向位置并承受轴承的轴向载荷,轴承座孔两端用轴承端盖密封,如图4.23 所示。

⑤定位销

为保证在箱体拆装时仍能保持轴承座孔加工制造时的精度,应在精加工轴承座孔以前在上箱体和下箱体的联接凸缘上配装定位销,其相对位置越远越好。定位销通常为圆锥形或圆柱形,如图4.24 所示。

⑥油面指示器

为检查减速器内油池油面的高度,保持油池内有适量的润滑油,一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位设置油面指示器。油面指示器可以是带透明玻璃的油孔或油标尺,如图4.25所示。

图4.23　减速器端盖

图4.24　减速器定位销

⑦排油螺塞

减速器工作一定时间后需要更换润滑油和清洗,为排放污油和清洗剂,在下箱体底部油池最低的位置开设排油孔,平时用螺塞将排油孔堵住,如图4.26 所示。

图4.25　油面指示器

图4.26　排油螺塞

⑧启箱螺钉

为加强密封效果,通常在装配时在箱体的分箱面上涂抹水玻璃或密封胶,当拆卸箱体时往往因胶结紧密难以开启。为此,在上箱体联接凸缘适当的位置加工出一两个螺孔,旋入启箱用的平端螺钉,靠螺钉拧紧产生的反力把上箱体顶起,如图4.27 所示。

⑨起吊装置

为便于减速器搬运,应在箱体上设置起吊装置。起吊装置可以为吊耳或吊钩,箱体较小时可用吊环螺钉,如图4.27 所示。

⑩挡油环

当滚动轴承采用油脂润滑时,为避免油池中飞溅起来的热润滑油进入滚动轴承内稀释润滑油脂,降低润滑效果,故在轴承内侧加一挡油环,如图4.28 所示。

图4.27　启箱螺钉与吊耳、吊钩

图4.28　挡油环

3)减速器各轴系的构成

这里同样以圆柱齿轮二级减速器为例,详细讲述各轴系的组成与结构。

①高速轴系的构成

如图4.29 所示,高速轴系由一对角接触轴承、挡油环和高速齿轮轴组成。它是整个减速器的输入部件,输入电机的转速与功率。

图4.29　高速轴系的构成

1—高速齿轮轴;2—挡油环;3—角接触轴承

②中间轴系的构成

如图4.30 所示,中间轴系由一对角接触轴承、挡油环和中间轴齿轮及斜齿轮以及键组成,承受高速级齿轮传递过来的转速与转矩,并将其传递给低速级齿轮。

③低速轴系的构成

图4.30　中间轴系的构成

1—角接触轴承;2—挡油环;3—斜齿轮;4—键;5—中间轴齿轮

图4.31　低速轴系的构成

1—深沟球轴承;2—挡油环;3—低速级圆柱直齿轮;4—键;5—低速轴

低速轴系由一对深沟球轴承、挡油环和低速级圆柱直齿轮以及键和低速轴组成。它是整个减速器的输出部件,将变换过后的转速与转矩输出,如图4.31 所示。

④轴系在箱体上的定位

轴系通过轴承端盖和垫片将轴系在减速器上定位,并通过垫片的厚薄来调整轴承的游隙。轴系定位后,注意齿轮端面和齿顶圆距离箱体内壁间的距离(L2 和L3、L5 和L6)以及轴承端面距离箱体间的距离(L1),如图4.32 所示。

图4.32　轴系在箱体上的定位

4)蜗轮蜗杆减速器的结构与组成

蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90°,但彼此既不平行又不相交的情况下,通常在蜗轮传动中,蜗杆是主动件,而蜗轮是被动件。而蜗轮蜗杆减速器是一种动力传达机构,应用十分广泛,尤其是两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合中。

蜗轮蜗杆减速机基本结构主要由传动零件蜗轮蜗杆、轴、轴承、箱体及其附件所构成。它可分为有三大基本结构部:箱体、蜗轮蜗杆、轴承与轴组合。箱体是蜗轮蜗杆减速机中所有配件的基座,是支承固定轴系部件、保证传动配件正确相对位置并支承作用在减速机上荷载的重要配件;蜗轮蜗杆的主要作用是传递两交错轴之间的运动和动力;轴承与轴组合的主要作用是动力传递、运转并提高效率。下面以常见的单级蜗轮蜗杆减速器为例,对减速器各个部件及结构作相应的介绍,如图4.33 所示。

①蜗杆输入轴系结构

蜗杆输入轴系由蜗杆、密封件、轴承套杯、深沟球轴承、成对角接触球轴承及端盖组成,如图4.34 所示。

②蜗轮输出轴系组成与结构

蜗轮输出轴系由输出轴、端盖、圆锥滚子轴承、套筒、蜗轮及联接键组成,如图4.35 所示。

图4.33　蜗轮蜗杆减速器

图4.34　蜗杆输入轴系

1—蜗杆;2—密封件;3,6—轴承套杯;4—深沟球轴承;5—成对角接触球轴承;7—端盖

图4.35　蜗轮输出轴系结构

1—输出轴;2,7—端盖;3—圆锥滚子轴承;4—套筒;5—蜗轮;6—联接键

③蜗轮蜗杆减速器总体结构剖视图

蜗轮蜗杆减速器总体结构剖视图如图4.36 所示。

5)滚动轴承式支承的结构形式

为保证滚动轴承和轴系能正常传递轴向力而不发生轴向窜动,需合理地设计轴系轴向固定结构。常用的形式如下:

①两端单向固定式支承

普通工作温度下的短轴(跨距mm),支点常采用两端单向固定方式,每个轴承分别承受一个方向的轴向力。为允许轴工作时有少量热膨胀,轴承安装时应留有0.25~0.4 mm的轴向间隙(间隙很小,结构图上不必画出),间隙量常用垫片或调整螺钉调节。如图4.37 所示,用左右两个轴承端盖各限制轴在一个方向的移动,合起来就限制了轴的双向移动。这种形式适用于工作温度不大的短轴。

图4.36　蜗轮蜗杆减速器总体结构剖视图

图4.37　两端单向固定式支承

②一端固定,一端游动支承(www.daowen.com)

当轴较长或工作温度较高时,轴的热膨胀收缩量较大,宜采用一端双向固定、一端游动的支点结构,如图4.38 所示。固定端由单个轴承或轴承组承受双向轴向力,而游动端则保证轴伸缩时能自由游动。为避免松脱,游动轴承内圈应与轴作轴向固定(常采用弹性挡圈)。用圆柱滚子轴承作游动支点时,轴承外圈要与机座作轴向固定,靠滚子与套圈间的游动来保证轴的自由伸缩。

③二端游动支承

这种支承形式常用在人字齿轮轴上,由于主动和从动人字齿轮的左右螺旋角很难做成完全一致,若两轴都做成轴向固定式,则齿轮极可能卡死或两侧受力不均。因此,一般是将比较轻便的高速轴做成能左右游动的形式,如图4.39 所示。在双向轴向力的作用下自行定位,达到平衡位置。轴承内圈的轴向固定应根据轴向载荷的大小选用轴端挡圈、圆螺母、轴用弹性挡圈等结构。外圈则采用机座孔端面、孔用弹性挡圈、压板、端盖等形式固定。

图4.38　一端固定,一端游动支承

图4.39　两端游动支承

6)齿轮模数的测量

齿轮各部分的几何尺寸都是以模数、齿数和压力角3 个基本参数为依据计算得到的。模数是齿轮几何尺寸计算中的一个重要参数,通常在生产现场需要精确、快速地测量出模数,从而准确计算出齿轮各部分的几何尺寸,以便及时对损坏齿轮进行配制。如图4.40 所示为标准齿轮,WK 为跨测齿数K 的公法线长度,WK+1为跨测齿数为K +1 的公法线长度,r 为分度圆半径,rb 为基圆半径,pb 为基圆齿距,sb 为基圆齿厚。标准直齿轮的公法线长度计算式为

则WK+1-WK=πm cos α,故

同理,斜齿轮与变位齿轮计算模数的公式与式(4. 11)相同,当压力角α=20°时,式(4.11)可改写为

(4)实验步骤

①拔除减速器箱体上的定位销。

图4.40　齿轮公法线测量

②拧下轴承端盖上的螺栓,取下轴承端盖和垫片。

③拧下上下箱体的联接螺栓。

④取下上箱体。

⑤观察轴的支承结构、测量齿轮齿面间的啮合间隙、齿轮与箱体内壁间的距离、轴承与箱体内壁间的距离。

⑥逐级拆卸轴上的轴承、齿轮等部件,观察轴的结构,了解轴的安装、拆卸和固定方法。

⑦观察齿轮在轴上的定位方法。

⑧测量齿轮公法线长度,计算齿轮模数。

⑨拆卸、测量完毕,复原减速器。

⑩绘制减速器的传动简图、轴系的装配草图。

(5)注意事项

①在实验过程中,注意安全,防止被零件砸伤、碰伤。

②爱护实验设备,请勿用扳手等工具敲打零件。

③拧紧螺母时用力切勿过大,防止螺栓、螺母被拧滑丝。

④实验结束后,经指导教师检验后,方可离开实验室。

(6)思考题

①减速器主要有哪些类型?它们各用于哪些场合?

②箱盖上为什么要设置铭牌?其目的是什么?铭牌中有哪些内容?

③减速器的齿轮传动和轴承采用什么润滑方式、润滑装置和密封装置?

④箱体、箱盖上为什么要设计筋板?筋板的作用是什么?如何布置?

⑤铸造成型的箱体最小壁厚是多少?如何减轻其质量及表面加工面积?

⑥如果在箱体、箱盖上不设计定位销钉将会产生什么样的严重后果?

⑦各级传动轴为什么要设计成阶梯轴,不设计成光轴?设计阶梯轴时,应考虑什么问题?

⑧采用直齿圆柱齿轮或斜齿圆柱齿传动时,各有什么特点?选择轴承时,应考虑什么问题?

4.4.2　RV 减速器的结构认识与拆装

【知识目标】

1.RV 减速器的机构原理。

2.RV 减速器的结构及各零件之间的装配关系。

【技能目标】

1.掌握RV 减速器的内部结构,以及拆卸、装配的方法与步骤。

2.能使用正确的量具测量RV 减速器的主要零件尺寸和主要参数。

3.能正确绘制RV 减速器的装配草图。

(1)实验设备

①RV-E 型减速器。

②扳手、拉马、螺丝刀、橡皮锤、弹簧卡钳等拆装工具。

(2)实验内容

①拆装RV 减速器,分析减速器的结构。

②计算RV 减速器的传动比。

③测量RV 减速器主要零部件,绘制装配草图。

(3)实验原理

RV 传动是新兴起的一种传动,是在传统的针轮摆线行星传动的基础上发展出来的。它不仅克服了一般针轮摆线传动的缺点,而且因为具有体积小、质量小、传动比范围大、寿命长、抗冲击力强、精度保持稳定、效率高及传动平稳等特点,被广泛应用于工业机器人、机床、医疗检测设备、卫星接收系统等领域。RV 减速器结构紧凑、传动效率较高(0.85~0.92),同时具有高疲劳强度、高刚度和高寿命,而且回差精度稳定。目前,RV 减速器的回转精度可做到0.3 弧分,故大多数高精度机器人传动多采用RV 减速器。

图4.41　RV 减速器传动机构简图

1—输入轴齿轮;2—行星轮;3—曲柄轴;4—摆线轮;5—针齿;6—输出法兰;7—针齿壳

1)传动比计算

按照封闭差动轮系计算传动比,则RV 减速器的传动比为

式中　z1——太阳轮的齿数;

z2——行星轮齿数;

z5——针齿齿数;

z4——摆线轮齿数。

如图4.41 所示为RV 减速器传动机构简图。

2)第一级减速机构

第一级减速机构为行星轮减速机构,如图4.42 所示。运动由输入轴齿轮输入,与行星轮啮合,使行星轮自转时,也绕着轴齿轮公转。曲柄轴轴系结构如图4.43 所示。

图4.42　第一级行星减速机构

1—行星轮;2—曲柄轴;3—输入轴齿轮

图4.43　曲柄轴轴系分解图

1—圆锥滚子轴承;2—套筒;3—滚针轴承;4—偏心轴套;5—花键轴;6—行星齿轮;7—弹性挡圈

3)第二级减速机构

第二级减速机构为摆线针轮减速机构,如图4.44 所示。在花键轴上安装有偏心轴套,两者组成曲柄轴,偏心轴套上安装有滚针轴承,滚针轴承安装了两个摆线齿轮,随着花键轴旋转,偏心轴套上的两个摆线齿轮也跟着作偏心运动。

图4.44　第二级摆线针轮减速机构

1—针齿壳;2—针齿;3—摆线齿轮A;4—摆线齿轮B;5—花键轴

在针齿壳体内侧的针齿槽里,针齿槽的齿数比摆线齿轮的齿数要多一个,并且针齿槽等距排列。花键轴旋转一周,摆线齿轮与针齿槽接触的同时作一次偏心运动,摆线齿轮沿着与花键轴旋转方向相反的方向旋转一个齿距。

4)RV 减速器总体分解图

RV 减速器各零部件之间的装配关系如图4.45 所示。

图4.45　RV 减速器总体分解图

1—输入轴齿轮;2—圆锥滚子轴承;3—轴套;4—内六角螺栓;5—支承法兰;6—角接触球轴承;7—滚针轴承;8—花键轴;9—偏心轴套;10—摆线轮A;11—摆线轮B;12—针齿;13—针齿套;14—输出法兰;15—行星齿轮;16—弹性挡圈

(4)实验步骤

①取下输入轴齿轮,数出轴齿轮齿数z1。

②拆除弹簧卡圈,然后取下行星齿轮,数出行星齿轮齿数z2。

③松开两端紧定螺钉,取下输出法兰和支承法兰。

④拆除角接触主轴承。

⑤拆除摆线齿轮,数出摆线齿轮齿数z4。

⑥取下曲柄轴,并拆除轴上轴承。

⑦观察针齿壳结构,并数出针齿齿数z5。

⑧根据式(4.13)计算RV 减速器传动比。

⑨测量行星齿轮公法线长度,计算齿轮模数。

⑩测量各零部件,并复原RV 减速器。

⑪绘制RV 减速器传动简图和装配草图。

(5)注意事项

①在实验过程中,注意安全,防止被零件砸伤、碰伤。

②爱护实验设备,请勿用扳手等工具敲打零件。

③拧紧螺母时,用力切勿过大,防止螺栓、螺母被拧坏。

④实验结束后,经指导教师检查后,方可离开实验室。

(6)思考题

①齿轮背隙对减速器的运动精度有何影响?

②轴承游隙对减速器的运动精度有何影响?