机械自动化专业毕业设计方法概论.ppt

中 国 矿 业 大 学机自设计专业毕业指导概论（采煤机械）机电学院 黄嘉兴,一、毕业设计的目的：,毕业设计是一个重要的教学环节，是系统总结和巩固大学阶段学习的有效途径。它不同于以往的任何一门课程。它是在学习了那些课程的基础上，通过学生自己独立地完成指定的任务的设计。提高理论联系实际分析问题解决问题的能力。学会搜集资料，查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强计算制图等基本技能的训练。为毕业后参加机械设计工作打好基础。所以毕业设计成果，也是对学生大学阶段整个学习成绩考核的重要依据。,二、毕业设计的基本内容和要求：,机器的设计一般分为三个阶段进行：（1）总体（方案）设计阶段；（2）技术设计阶段；（3）工作图设计阶段。其中，方案设计阶段要求完成机器总体（方案）的设计。在总体（方案）设计的基础上要求对指定部件（如机器的切割部和牵引部）进行技术设计。最后要求对指定的组件和零件进行工作图设计。但总体设计，部件设计，组件和零件的设计，均不可能截然分开，还需反复进行互为补充，不断完善。,（一）各阶段的设计内容和作业量,1、总体设计,（1）根据机器的使用条件选择电机及主要配套设备（如工作面输送机和支架）。（2）确定采煤机械的技术性能和基本参数（如：生产能力，牵引速度，滚筒径，液筒转速和截深等）。（3）拟定机械传动系统和液压传动系统，进行运动学计算。并按比例绘出机械传动系统图，按国标绘制出液压系统图（2号图纸各一张）,（4）按比例绘制机器总体（方案）图（1号图纸一张）。设计机器的外形，并表示出采煤机械在工作方面与其主要配套设备的相互位置关系，从而确定采煤机械的主要尺寸（如：机器的外形尺寸长，宽，高，过机高度，过煤高度，控顶距离，调高范围，卧底量等）。（5）说明采煤机械在工作面的布置情况及回采工作面工艺过程（并附简图）（6）方案比较，或与现有技术特征相近的采煤机进行比较。,2、部件设计,（1）根据总体设计确定尺寸和参数，按题目指定的任务进行设计。（2）选择定型产品或借用元件（如各类油泵，液压马达以及所需的各类液压元件），要求进行选型计算。（3）对指定传动件（如齿轮，轴，轴承，键等）进行强度寿命计算和齿轮或链轮的几何计算，指定的机器部位和机器零件的受力分析及强度、刚度计算。,（4）对液压系统进行效率分析，损失计算和散热计算。（5）绘图设计指定的部件（采煤机械的截割部或牵引部等）的装配结构图（0号图纸一张）。要求表示出全部组件和零件，应满足总体提出的性能参数和尺寸要求，结构合理，基本上达到的技术设计的标准。,3、组件和零件的设计,对指定的组件和零件进行设计或改进设计（1）指定设计的组件可能是下述组件的任何一种：轴组件；液压油缸；阀。组件装配图应达到工作图的要求。（2）设计指定组件上的所有专用零件。零件图应到达工作图标准。（3）编制指定设计的专用零件中某典型零件的工艺卡片。,综上所述，每人必须完成设计图纸；采煤机械总体布置图（1号图纸）1张；机械传动系统图（1号或2号图纸）1张；液压传动系统图（2号图纸）1张；部件装配图（0号图纸）1张；组件装配图（1号或2号图纸）1张；零件图（3号或 4号图纸）46张。总共折合1号图纸57张。设计计算说明书一份（6080页）。,(二)对设计图纸的要求：,对各类设计图纸的要求原则是一律按国家标准绘制。要求纸型的选取，视图选择与配置适当，投影正确。尺寸完全，标题栏和明细表各项填写完整，提出技术要求，图面整洁和字体工整。,（1）对机器总体（方案）设计图的要求：按比例绘制；至少两个视图（正视图、侧视图）；表示出各部件的轮廓及其相互位置；表示出各操作手把的位置；表示出各注油孔，放油孔，观察孔的位置；表示出机器工作时的极限位置（如滚筒调高范围等）。,对各类图纸的要求明确如下：,用假想线绘出有关配套设备（如工作面刮板输送机，支架等）的外形；并绘制出顶，底板和煤壁位置，确定并标出采煤机的主要尺寸，如采煤机的长，宽，高，滚筒的调高范围，摇臂的摆动角度等，还要标出第一排支柱距煤壁的距离，过煤高度等；填写标题栏和部件明细表。,（2）对机器部件装配图的要求,对机器部件（如截割部减速箱或牵引部减速箱等）装配图的要求：按比例绘图；至少三个主要视图（正视图，俯视图，侧视图），可附加选取必要的局部视图将各组件和各零件都能示出；标准组件或借用组件（如油泵，液压马达，各类阀，过滤器，冷却器等），只需表示出其位置和外部轮廓。,规定的各类尺寸（外廓尺寸，配合尺 寸，连接尺寸，性能尺寸）标注齐全。注出技术要求，技术特征，液压系统的 调试方法。填写明细表，装配图中的所有各类组件和零件均应在明细表中表示出来。按组件、专用件、借用件和标准件的顺序编号。各类元件按上述顺序逐次可采用顺时针或反时针方向饶图样圈编号。借用件用原图号，标准件不编图号，但标准件要按类别集中在一起，并按尺寸大小依次排列，并在明细表中写出规格。,（3）对组件装配和零件图的要求,1）组件装配图 按比例绘制出指定组件的装配图；用若干个视图表示出所有零件的位置；注出外廓尺寸和配合尺寸；对所有零件编号，填写明细表的方法和部件装配图相同。,2）零件图,绘出指定组件内有专用零件工作图；零件工作图应当详细表明零件的全部结构形状，注出制造零件所需的全部尺寸，极限偏差值；形位公差以及表面应达到的粗糙度状况；并用文字说明其他各项技术要求；在标题栏内应填写零件的名称，材料，重量，比例及图号等。,尺寸注法；尺寸偏差注法；公差配合的选择；标注形位公差的标注方法，应按有关GB要求与规定进行。形状和位置公差未注公差，表面粗糙度代号及其注法也应按GB 规定进行。零件图上的尺寸标住要合理地选择基准，恰当地反映设计，工艺及检测的要求；尺寸的数量要不多不少，书写清楚，并配置在最清晰的视图上。,（三）毕业设计说明书的编制,第一章 XX型采煤机械的设计任务书1.1 产品设计的依据机械化采煤对于煤炭工业发展的重大意义。目前国内，外采煤机械化状况，我国采煤机械发展的方向。设计本产品的目的和意义（400600字）。,毕业设计说明书分为四章，它的内容和顺序如下：,12 产品的适用范围、工作原理和主要技术特征,1、产品的适用范围煤层厚度，倾角，媒质情况，围岩状况。,2、工作原理 采煤机械的组成，工作面的配套设备，工作面的布置情况，工作过程和工作方法（附简图说明）。,3、技术特征，以采煤机为例，应包括以下内容：,调高范围卧底量滚筒直径滚筒转速截深,牵引速度牵引力牵引机构的类型及尺寸电动机的功率，转速，电压，电缆型号机器的外型尺寸X宽X高机器总重（估计）,1-3机器性能及其基本结构的确定原则和依据,主要参数和主要尺寸确定的原则和依据:如：采煤机的电动机功率，滚筒直径，滚筒转速，牵引速度，牵引力等参数，以及机器高度，过煤高度，截深等决定性尺寸确定的原则和依据。,总体布置确定的原则和依据：确定采煤机的外形和轮廓尺寸，确定工作机构，减速器，电动机和其它部件的数量。它们在采煤机械中的布局和联系，并在所定决定性尺寸的基础上确定采煤机械和工作面输送机及液压支架之间结构联系的原则和依据。,部件（根据设计任务指定的截割部或牵引部等）的关键结构和主要技术特征的确定原则和依据。如：截割部减速箱的机械传动系统特点，减速箱机壳是否剖分，摇臂的结构特点，支承方式，传动齿轮的润滑方式，密封特点等等；再如：牵引部油泵，液压马达的类型，调速方法，过载保护方法等等，它们的确定原则和依据。,第二章部件（截割部减速箱或牵引部减速箱设计的计算）,2-1 截割部（或牵引部）齿轮传动的设计特点,1、圆柱齿轮的制造精度为887级，圆锥齿轮精度为8级。2、截割部减速箱的传动元件，齿轮，轴，轴承，键等的强度按电动机的额定功率计算。牵引部的传动元件强度按最大牵引力计算。3、采煤机传动元件的计算寿命为5000小时。4、根据传动元件的工作条件分析确定其设计特点。,22 传动系统方案设计,确定总传动比；确定各级传动比和各级齿轮模数；确定油泵，油马达的型号和尺寸；绘出传动系统图；确定各级传动效率和总效率；在牵引部液压传动系统中要进行损失计算，效率分析，散热计算等；确定各轴转矩；在牵引部还要确定牵引速度和牵引力。,23 齿轮强度验算（计算指定的两对齿轮副）,选择齿轮材料：牌号，热处理规范，齿面硬度，屈服极限a。，试验齿轮的接触疲劳极限应力a.确定齿轮参数：用类比法，根据结构要求初步确定齿轮分度圆直径a，模数m，中心距a,齿宽b，圆周速度v，齿轮精度等级。,疲劳强度校核(1)接触疲劳强度校核1)许用接触应力 求出：应力循环次数N，寿命系数Z，接触强度计算的安全系数S，润滑油膜系数Z1，尺寸系数Z2，工作硬化系数Z3。求出：许用接触应力,2)接触应力 求出名义圆周力F；求出各系数：附加动载荷与动何在系数K1，K2；载荷沿接触线分布不均匀与齿向载荷分布系数K；齿间载荷分配系数。求出计算圆周力F；求出齿轮材料弹性系数Z1，节点齿合系数Z2，齿数比u。求出接触应力a.,（2）弯曲疲劳强度校核1）许用弯曲应力a1确定试验齿轮的弯曲疲劳极限应力a2；确定各系数：试验齿轮的应力修正系数y1，寿命系数y2，安全系数y3，齿圆角敏感系数y4，表面状况系数y5，尺寸系数y6。求出：许用弯曲应力af12)齿根弯曲应力aF 求出节圆直径dw，齿形系数yf，齿根应力修正系数ys，重合度系数ye。,（3）短时过载强度校核 短时过载不超过正常工作载荷的2.5倍（截割部减速箱）。弯曲应力 aFmax=2.56F；求出许用弯曲应力aFPS.接触应力 Hmax=aH 1.7 求出许用接触应力 aHPS。,24 齿轮的几何计算(计算指定的两对齿轮副）,计算各参数：中心距a，分度圆直径d,齿顶高h1，齿高h2，齿根高h3，齿顶圆直径d1，齿根圆直径d2，基圆直径d3，固定弦齿厚s1，固定弦齿高hc，（分度圆弦齿厚S，分度圆弦齿高ha，公法线长度，跨越齿数）。,25 轴的强度计算（计算指定的二根轴）,1 画轴的受载简图，弯矩图，转矩图；1）画轴的结构尺寸图；2）画轴的受力简图；3）求作用在轴上的力；水平面受力；垂直平面受力 4）画弯矩图：水平面弯矩图；垂直平面弯矩图 5）合成弯矩图；6）转矩图,2 按疲劳强度计算轴的安全系数 3 按静强度计算轴的安全系数，取短时最大载荷为额定载荷的2.5倍。4 在必要时进行轴的弯曲刚度，轴的扭转刚度，轴的振动计算。,26 轴承的寿命计算(计算指定轴上的轴承）,1 根据结构确定轴承的型号，列出其技术性能。额定动载荷C1，额定静载荷C2。2 按额定动载荷计算滚动轴承。1）求出轴承所受的径向力Fr,轴向力Fa。2）计算当量动载荷P。3）计算轴承的寿命L。3 按额定静载荷计算滚动轴承。4 在必要时校核滚动轴承的板限转速。,27 键和花键的强度验算（计算指定轴上的键和花键）,28 其它元件和结构的分析计算（专题）,由指导教师指定（或由学生提出，经指导老师同意）在学生本人的毕业设计范围内选择深入研究分析的课题。如对某一元件或机构的运动学，动力学分析，对某一元件的强度，刚度和几何计算等。尽量运用现代的设计理论和计算机完成该部分内容。将该部分写成40006000字的论文。,第三章 零件工作图的设计,31 装配尺寸链的计算1 确定指定的组建上装配尺寸链内封闭环的 尺寸及偏差。2 计算组成环的尺寸及偏差。（绘组件简图及相应的尺寸链图）,32 制定典型零件的工艺卡片,第四章 机器的使用和维修,（只写指定设计的部件，截割部或牵引部）4-1 更换工作面方向的改装4-2 操作方法4-3 润滑 绘部件的润滑部位简图。并列表说明各部位的润滑方式润滑规程，润滑材料。4-4 部件（截割部或牵引部）的安装和拆卸1 只写组件和直属零件的组装顺序和装卸方法的特点。2 详细说明自己所涉及的组件拆，装过程和方法。,参考文献 参考书和文章资料按照编定的次序列在本说明书最后一页。对说明书的格式规定如下：一律采用十六开纸（学校发）。文字自左向右书写；每页四边要留边，下边和右边为15毫米宽。上边和左边25毫米宽，注意不要超越装订线。说明书中的文字用钢笔书写，插图可用铅笔绘制。页码、章节、图号、表格需按照顺序编写。每一部分需从新一页开始叙述，章节标题要清楚，文理要通顺，说明要清楚，字体要工整。公式内的符号要说明意义和单位，而且前后统一符合规定，公式和数据的采用需注明根据或者来源（参考书或者文章资料）。,三 设计方法指导,设计过程中基本上按照总体（方案）设计、部件设计、工作图设计三个阶段依次进行。但有时需按照交叉进行或者反复修改补充进行。,1 总体（方案）设计阶段,(1)研究所设计采煤机械的使用条件；(2)研究国内外同类型采煤机械的参数、结构特点和使用情况；(3)分析我国采煤机械设计、制造水平、使用维修能力。确定设计方向；(4)确定主要参数和决定性尺寸。可参考现有机器的数据和使用经验确定。亦同时参照其他国家标准或进行分析研究确定。如果工作机构的调高范围、卧底量、截深、机器高度、牵引速度、牵引力、电动功率等即属于主要参数和决定性尺寸。,(5)确定工作机构的形式、尺寸、数目以及转速和截割速度。(6)选择设备配套设备、支架、工作面输送机的型号、规格。(7)初步拟定传动系统。只拟定指定设计的部件（如截煤部或牵引牵引部）的传动系统。根据予选的齿轮模数、齿轮对数和齿数。按比例绘制传动系统图以大致估计部件的尺寸。（8）非指定涉及的部件，可选用现有的同类部件。（9）绘制采煤机械的总布置图，可初步用细实线按比例绘制采煤机的外形图，并配以主要配套设备（工作面刮板输送机和支架或支柱）的外形轮廓图，待部件设计以及组件和零件工作图设计结束后，在进行补充修改和加深。,2 部件技术设计阶段，以采煤机为例：,(1)截割部减速箱的设计可按照以下顺序进行 1、根据给定采煤机的生产率和工作条件可用计算方法结合类比方法确定采煤机的电动机总功率。2、截割部减速箱的主要传动系统齿轮的寿命按5000小时考虑，其传动功率可按电动机的全部额定 功率设计。3、根据电动机的转速和滚筒的转速确定减速器的总传送比。并初选齿轮对数、各级传动比，再根据电动机的功率初选各级齿轮的齿数，模数和齿宽。用类比法初步确定轴的直径。,4、根据采高、电动机功率以及外形尺寸拟定传动系统，为粗略的确定减速线改的外形尺寸，应按比例制定传动系统图（可与总体方案设计交叉进行）。5、根据电动机的外形尺寸、电动机功率、减速箱相对于其他部件的位置，精确地决定其外形和外形尺寸，在此过程中，以不使制造工艺复杂化和引起减速器工作时过热为前提，应力求提高减速器的装满程度，即使机器紧凑。6、在精确决定减速箱的外形和外形尺寸的过程中，减速箱与电动机联结的结构，离合器的结构，摇 臂的支撑结构，与滚筒的连接结构，减速箱的外壳结构，调高泵及管路系统和阀的布置等等，都要进行认真的设计。,7、根据设计要求，制造工艺要求，经济合理性的要求，以及安装、拆卸、调整、实验、润滑、密封、操作、维修等方面的要求进行各部细致的结构设计。8、计算各轴的转速、转矩、齿轮上的圆周力，以及各轴支撑处的反力，验算齿轴承等传动元件的强度寿命，如果强度不够或者过于富裕，要重新修改设计。9、标注尺寸、注出技术条件，填写明细表和标题栏。,（2）牵引部减速箱的设计步骤和方法,设计步骤和方法和截割部减速箱基本相同，其特点在于：1、首先确定行走（链）轮和位置和方向。2、选定高速方案还是最低速方案。3、根据牵引速度和牵引力（牵引功率）计算选择油泵的类型、压力、排量。,4、确定液压系统的类型（闭式系统或者开始系统），选择液压元件，拟定液压系统。5、根据设计要求，制造工艺要求、经济合理的要求，以及安装、拆卸、调整、实验、散热、冷却、保护、防爆、润滑、过滤、防尘、密封、操作、维修等方面的要求选择元件和进行细致地结构设计。6、按额定牵引力决定的荷载计算传动元件的疲劳强度；按最大牵引力决定的荷载进行传动元件的静强度验算。,1、要特别注意纸型的选择，视图的布置、尺寸的标注要特别认真考虑基准的确定；技术要求的合理性。2、尺寸链的计算一般采用极值法或者补偿法计算。3、最后整理毕业设计说明书。,（3）工作图设计阶段,四 各设计阶段时间分配 1 总体设计1.52周 2 部件设计 56周 3 组件及零件设计 1.52周 4 编制工艺规程 5 专题（说明书28节）3周 6 整理说明书 0.51周 7 准备答辩 1周 8 答辩 0.51周 共计 1316周,