机械设计基础课程设计要点课件.ppt

机械设计课程设计,中国石油大学机电学院机械设计系,设计时间：三周,使用专业：机械制造及其自动化,布置任务,1、综合运用机械设计及其他先修课的知识，进行机械设计训练，使已学知识得以巩固、加深和扩展；,2、学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力、分析问题及解决问题的能力；,一、课程设计的目的,3、提高学生在计算、制图、运用设计资料（手册、图册）进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能和机械CAD技术。,题目：展开式两级齿轮减速器（含带设计）,二、设计任务,由指导教师布置传动方案,（6）键的选择及强度校核（高速轴上键的校核）；,（1）传动方案的分析和拟定；（见设计任务书）,（2）电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算；,（3）传动件的设计（带传动、齿轮传动（双级）；,（4）轴的设计（所有轴的结构设计，高速轴的弯、扭组合强度校核及安全系数校核）；,（5）轴承的设计（所有轴承的组合设计，高速轴上轴承的寿命计算）；,具体任务：,（7）联轴器的选择；（8）减速器的润滑与密封；（9）减速器装配图设计（箱体、箱盖、附件设计等）；（10）零件工作图设计；（11）编写设计计算说明书；（12）总结及答辩。,减速器装配草图：1号方格纸，M 1：2）减速器总装图一张：1#图纸 M 1：2（AUTOCAD图）传动零件工作图一张：2#图纸 M 1：1（AUTOCAD图）绘低速级大齿轮 轴的工作图一张：2#图纸 M 1：1（AUTOCAD图）绘输出轴图 设计计算说明书一份：60008000字(30P）,工作量：,（三周17天）,三、时间安排,四、设计环节,五、参考资料,1、机械设计课程指导书（路永明）；2、新编机械设计手册（路永明）；3、机械设计（教材）；4、机械设计手册；5、其他有关设计指导书。,1、图纸结构、投影、标注及数据是否正确，线条是否符合制 图标准，字迹是否工整等；（主要装配草图）2、设计计算说明书：设计计算是否正确、完整、字迹是否工整、整洁等；3、设计表现：是否遵守纪律、设计态度端正，能否按进度独立完成工作 量，是否迟到早退等；4、答辩成绩。,成绩评定,注意事项,1、作息时间：上午：7：3011：00 下午：2：305：30(冬季：2：005：00)迟到3次按不及格处理。2、按学号由班长安排入座3、严格要求，独立完成，不得抄袭4、保持教室安静、卫生清洁5、档案袋封面上贴上统一发的纸条，并按要求填写，图纸、设计说明书按展览的规范进行。,具体内容,传动装置的总体设计；计算传动装置的总传动比及分配各级传动比；传动零件的设计计算；,第一部分,1-1 传动装置的总体设计,传动方案（任务书中简图p123124）；项目分配按学号。,一、分析和拟定传动装置的运动简图（P4P8自学）,分析传动方案：,方案一：,方案二：,特点：结构长度方向加长，并且若电机方向不变时，工作机的运动方向与方案一运动方向相反。该方案的电机不会与箱体发生干涉。,方案三：,特点：结构长度方向缩短，宽度方向加长，并且若电机方向不变时，工作机的运动方向与方案一运动方向相反。该方案的电机不会与箱体发生干涉。,1、电动机类型：均用Y系列电动机,2、确定电动机功率：电动机所需输出功率：Pd=Pw/a,Pw工作机所需功率（取决于工作阻力及运行速度）a电动机至工作机之间传动装置的总效率,二、选择电动机类型及功率（P8P11）,Pw=FV/1000w(Kw)或 Pw=Tn/9550w(Kw)F 运输机的工作拉力（N）V运输机的传送速度（m/s）T运输机卷筒的有效扭矩（m）n运输机卷筒的转速（r/min）w 运输机卷筒的效率（工作装置效率）,a 电动机至工作机传动装置的总效率 a=1 2 3 n 传动装置中每一级传动副上每对轴承及每个联轴器的效率，见P9表23 注：轴承效率：一般指一对轴承而言 卷筒效率：卷=0.950.96,不计轴承效率,联轴器可用弹性套柱销联轴器或弹性柱销联轴器 电动机额定功率Pm:cdP d Pd 电动机所需输出功率 Pcd电动机额定功率 Pcd（11.5）Pd,功率相同的同类电机有不同的转速：电机转速高、转矩小外廓尺寸小、重量轻、价格便宜。但在总传动比相同条件下，传动装置传动比大尺寸及重量大、价格高，故二者应综合考虑。本设计一般用同步转速为1500及1000r/min两种电动机转速（用满载转速nm计算：1450及960r/min）。n m/n=i1i2i3 n 工作机转速 i1、i2、i3各级合理传动比,三、确定电动机转速,(1)双级圆柱齿轮减速器:优先选用1500 r/min 确定满载转速（参考手册）,四、选定电动机,设计计算传动装置各级转速时，按电动机满载转速 进行计算。不能按同步转速1000 r/min 或 1500 r/min,注：设计计算传动装置各级功率时，按电动机实际功 率Pd进行计算。Pd Pcd，Pcd为额定功率，Pd作为设计功率！,1-2 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比,i=nm/n=i带 i齿1 i齿2,原则：P11,一、总传动比,二、分配传动比,1、各级传动比应在推荐范围内（表21）；2、i带不能太大，以免大带轮半径超过减速器箱座中心 高，造成安装困难；i带 2可取偏小些的值（22.5）3、各传动件互不干涉，且有利润滑:双级圆柱齿轮减速器:i 高（1.31.5）i低注：传动件的参数确定后，验算传动比的误差，应满足 i(3 5)%,1-3 传动装置的运动和动力参数的计算,一、各轴转速,二、各轴输入功率,三、各轴输入转矩,列表:,1-4 传动零件的设计计算,传动装置包括各种类型的零、部件，其中决定其工作性能、结构布置和尺寸大小的主要是传动零件，如V带传动、链传动和开式齿轮传动等，再进行箱传动零件设计。,1、V带传动：要求计算出V带传动的型号、长度、根数、中心距、初拉力、对轴的作用力；确定带轮直径D1、D2，材料、张紧装置、带轮结构尺寸等。设计时应注意：,一、箱外传动零件设计,（1）带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系。如：装在电动机轴上的小带轮直径与电动机中心高应相称；大带轮不应过大以免与机架相碰等。一般应由电机轴定小带轮轴孔孔径，在带轮轴孔孔径与减速器输入轴协调；（2）D1、D2应标准化，由此造成实际带传动的传动比与分配的带传动的传动比之间有差异，应予以修正，从而得到减速器实际的传动比和输入转矩；（3）带轮的结构形式：主要由带轮直径大小而定，具体结构及尺寸可查手册。,1、圆柱齿轮传动：设计时应注意以下几点：（1）齿轮的材料：一般小齿轮45号钢调质，大齿轮45号钢 正火（HB170210）或小齿轮用合金钢，40MnB调质（HB240 285）或40Cr（HB240286）；或表面淬火 双圆柱：,二、箱内传动零件设计,（1）齿轮传动的几何参数和尺寸分别进行标准化、圆整或计算其精确值；（2）具体结构尺寸可参见（P31表3）；（3）几何尺寸、参数的计算结果应及时整理并列 表。,大齿轮用45号钢正火,特别提示：边设计边修改，最终装配图、零件 图、计算说明书的结果必须一致，尤 其对于轴、齿轮等。,减速器结构设计,了解减速器的各种附件、箱体传动件以及轴承的结构特点；初绘装配草图及验算轴与轴承；在初绘装配草图以及验算轴与轴承的基础上，完成装配图。掌握“边绘图，边计算，边修改”的交替工作法，复杂装配（工作）图设计程序。,第二部分,减速器的基本结构由传动零件（齿轮或蜗杆、蜗轮等）、轴和轴承、箱体、润滑和密封装置以及附件等组成。下面的附图为圆柱齿轮减速器的典型结构。P35表38为减速器铸造箱体主要结构尺寸关系。,2减速器的结构,基本程序：,22装配图设计,一、装配草图设计：装配图反映各个零件的相互关系，结构形状以及尺寸，是绘制零件工作图的依据。所以必须综合考虑对零件的材料、强度、刚度、加工、装拆、调整和润滑等要求，用足够的视图和剖面图表达清楚。草图设计（按比例、按投影关系绘制。但可简化与省略，如：不画剖面线，不标注配合及尺寸等）教师审阅装配工作图设计,装 配 草 图 设 计,装配草图设计阶段：1、草图第一阶段2、精算（交叉法特点）3、草图第二阶段4、草图第三阶段,装 配 草 图 设 计,装配草图设计草图设计第一阶段,二、草图设计第一阶段：设计内容：1、完成轴的结构设计：dmin：按扭矩初估而得的作为轴端直径。确定轴各段直径 确定轴各段长度（考虑零件宽度及零件间相互距离）轴承型号的确定,可初选中（3）窄系列。(中等Cr值),2、确定轴的支点距离和轴上零件力的作用点。设计过程：1、绘制前的准备：电机型号：查出其外伸轴径d和外伸长度l，中心高H；确定联轴器型号：两端轴孔直径和轴孔长；初选轴承类型（径向力和轴向力作用）；轴承润滑方式：（见P107108）：,装配草图设计草图设计第一阶段,齿轮润滑：（P104107）V12 m/s时可采用浸油润滑。注意油池深度与浸油。一般浸油深度：浸油齿轮一个齿高，但10 mm；锥齿轮：整齿宽（至少半齿）。齿顶圆至油池底面距离3050 mm。确定密封方式：（P109115）V轴5m/s时采用毡圈密封；封油环：（P113、图6-14）轴承盖结构：（P116）,装配草图设计草图设计第一阶段,2、草图设计过程：参图32（P17-19）1)比例 M1：2，1号方格纸；2)合理布置图面；估计减速器轮廓尺寸;3)画法：,装配草图设计草图设计第一阶段,由里向外，先画中心线和轮廓线，再画细部结构。,画出传动零件的中心线和轮廓线，机件内壁线和机体对称线，定出轴承和轴承座端面位置，设计轴的结构，由dmindi。,装配草图设计草图设计第一阶段,装配草图设计草图设计第一阶段,步骤及要点：机体内壁与小齿轮端面及大齿轮顶圆应有间隙。防止高速级大齿轮与低速级轴相碰4)确定轴上力作用点及支点跨距，计算轴承寿命。,装配草图设计草图设计第一阶段,三、精算：轴的安全系数校核，弯扭组合强度计算轴承寿命键,四、草图第二阶段：P20P32任务:轴系结构设计内容：设计传动零件、轴上其它零件及与轴承支点结构有关零件的具体结构。传动件结构设计：（P2024）,装配草图设计精算阶段,装配草图设计草图设计第二阶段,2.轴承组合设计：（P2428）轴系轴向固定与调整方法；轴系结构与画法；轴系润滑与密封；轴系盖结构；,轴结构细化 圆角、倒角 退刀槽 砂轮越程槽等,装配草图设计草图设计第二阶段,五、装配草图第三阶段：任务：完成装配草图内容：1、设计减速器机体和附件 机体形状、尺寸确定，P33P39；轴承旁凸台结构尺寸；加强筋；机体工艺结构（沉头座、凸台、铸造圆角等）；联接螺栓、螺钉的尺寸、位置；地脚座凸缘、机座、机盖联接凸缘的厚度及宽度。,装配草图设计草图设计第三阶段,2.完成减速器配件：七大配件的结构设计检查孔,盖 P39；通气器 P40；油标 P40；排油孔螺塞 P40；起盖螺钉 P41；定位销 P41；起吊装置 P119121。3.检查审核装配图（P4142）,装配草图设计草图设计第三阶段,装配草图设计草图设计第三阶段,六、完成减速器装配图参见图41（P44P45）。装配图内容包括各个视图、尺寸、技术要求、零件编号、明细表、标题栏等。1.标注尺寸：特性尺寸；配合尺寸；安装尺寸；外形尺寸。2.零件序号、明细表、标题栏。3.技术特性。4.技术要求。,装 配 工 作 图 设 计,装 配 工 作 图 设 计,装配图的检查1、装配图是否与传动方案一致；2、传动件、轴、轴承及轴上零件结构是否合理；定位、固定是否可靠；加工、装拆是否方便；润滑、密封如何考虑的；3、箱体的结构与工艺性是否合理；加工面与非加工面；附件的布置是否恰当、结构是否正确；4、设计计算的尺寸与实际尺寸是否一致；,5、视图表达是否符合机械制图规定；三个视图的投影关系是否正确；啮合轮齿、螺纹及滚动轴承等的画法；6、尺寸标注是否完整且不多余；零件序号是否按顺序编制完整，不遗 漏、重复；且与明细表一一对应，注意材料牌号与设计一致；标出技术特性、撰写技术要求。参看P128129附录三 设计正误对比。,课程设计过程中，除了作零件的强度设计外，还要作零部件的结构设计。结构设计的合理与否将直接影响到零部件的加工、装配及使用，因此必须予以重视。设计过程中经常出现一些设计不合理或错误的地方，现列出供参考。,（一）、铸造工艺性1、当轴承端盖较宽时，为减少加工量，可在端部铸出较小直径（D）。,2、当轴承端盖较厚时，考虑到铸造工艺性，应尽量使各个部分厚度均匀，因此按a）设计较好。,3、设计铸件时，不宜采用形成锐角的倾斜筋和壁，以免金属积聚形成缩孔。,4、在设计铸件时要考虑拔模的方便。,窥视孔的结构和轴承处凸台，设计有拔模斜度，则可顺利拔模。,5、箱体的加工面应凸出于非加工面。,放油孔位置偏高，箱内的油放不干净。,放油孔位置合理，箱内的油放能够全部放出。,（二）、加工工艺性,1、当安装滚动轴承处的轴颈需要精加工时，应设计砂轮越程槽，其尺寸可查设计手册。,同时注意轴承新的标注画法，该图为旧标准。,2、箱盖上各轴承端面应在同一平面上，可一次加工完成，以保证加工精度，并缩短加工时间。,3、箱盖上设有窥视孔及盖板时应设计出凸台，以便顺利加工出支承盖板的表面。,4、用油尺量油时，油尺座的倾斜位置，应考虑加工和装配的可能性。,插孔位置太高，测油杆不便插入和拔出，凸台无法加工。,5、螺纹联接中的盲孔加工深度与内螺纹深度。,6、轴承盖螺钉位置（不能设在结合面处）。,（三）、装配工艺性,1、当用轴肩或套筒固定滚动轴承时，轴肩高度（h）应小于轴承内圈厚度，套筒外径（D）应小于轴承内圈外径，以便拆卸轴承。,2、当决定轴颈与轮毂或定位套筒配合处的长度时，应考虑零件固定的可靠性，应使轴颈长度稍短于轮毂长度（）或套筒长度（）。,3、为便于装配过盈配合处，直径要用锥面过渡。（）。,、园锥滚子轴承内外圈是分离的，因此必须在安装过程中调整间隙。按a）设计无法调隙。增设了调节螺钉及压盖后可以在装配过程中调整间隙。,（四）、结构合理性,1、箱座底面凸缘的宽度B，应超过机体的内壁线。,2、放油螺塞的位置，应设计在油池最低处，即低于油池底面。,3、轴承座联接螺钉孔，应尽量靠近轴承，以不与端盖螺钉孔干涉为原则。,、各轴承座孔外端面应平齐，便于加工。,5、定位销孔位置应合适。,零件工作图设计和绘制编写设计计算说明书答辩准备及答辩,第三部分,3-1 零件工作图设计概述 零件工作图是零件制造、检验和制订工艺规程的基本技术文件。它既要反映出设计意图，又要考虑到制造的可能性、合理性和经济性。零件工作图应包括制造和检验零件所需全部内容。零件的基本结构及主要尺寸应与装配图一致，不应随意更改。如必须更改，应对装配图作相应的修改。,设计内容：1、低速级低速轴 2、低速级大齿轮零件工作图的要求：正确选择和合理布置视图合理标注尺寸标注公差及表面粗糙度编写技术要求画出零件工作图标题栏,3-2 轴类零件工作图的设计要点设计内容：低速级低速轴1、视图一般只需一个主视图；在有键槽和孔的地方增加必要的局部剖面图；细小结构（如退刀槽、中心孔）局部放大图。设计时用3号图纸，选用比例1:1。,2、标注尺寸对所有尺寸包括倒角、圆角都应标注无遗，或在技术要求中说明。不允许出现封闭的尺寸链。应根据加工工艺的要求选择基准面，进行标注；,l,为主基准为辅助基准,3、表面粗糙度 轴的所有表面都要加工。表面粗糙度可查P79或按表 5-1 选择。,4、标注尺寸公差凡有配合处的直径按装配图的配合性质标出尺寸的偏差。键槽的尺寸偏差及标注方法可查有关手册。(键槽深度标注d-t的尺寸偏差)在零件工作图上对尺寸及偏差相同的直径应逐一标注，不得省略；,5、形位公差 下表列出了在轴上应标注的形位公差项目，供设计时参考。轴的形位公差标注方法及公差值可参考P79表5-2。,6、技术要求 在图上不便表示而在制造时又必须遵循的要求和条件。主要内容：对材料的机械性能和化学成分的要求及允许代用的材料；对材料表面机械性能的要求，如热处理方法，对处理后的硬度、渗碳深度及淬火深度等；对机械加工的要求对未注明倒角、圆角半径的说明。,7、轴零件工作图示例,3-3 齿轮类零件工作图的设计要点 这类零件系指齿轮、蜗杆和蜗轮等。在零件工作图中除了零件图形和技术要求外，还应有啮合特性表。设计内容：低速级大齿轮1、视图 这类零件图一般用两个视图表示：主+侧 简化：侧视图只画轴孔和键槽。,注：角方向应在视图上清楚的画出。设计时用3号图纸，选用比例1：1。,2、标注尺寸a)径向尺寸：以轴的中心线为基准标出。注：齿根圆在图纸上不标出。b)齿宽方向的尺寸：以端面为基准标出。有关齿轮零件工作图的尺寸标注，参见P80或有关手册。,除啮合参数（齿顶圆、分度圆）为精确值外，其它尺寸（轮缘厚度、辐板厚度、轮毂及辐板开孔尺寸等）应圆整。,3、表面粗糙度 可参考手册P89表5-3。,4、尺寸公差和形位公差 尺寸公差a)齿顶圆直径的极限偏差。参见有关手册；b)轴孔或齿轮轴轴颈的公差。参见P89表5-4或有关手册；c)键槽宽度b的极限偏差和尺寸（d+t1）的极限偏差。参见有关手册；,形位公差d)齿顶圆的径向跳动公差。e)齿轮端面的端面跳动公差。f)齿轮轴孔的圆柱度公差。g)键槽的对称度公差。其值可取轮毂键槽宽度公差的1/2；键槽的平行度公差。一般可不注，精度高，可参见有关手册。,5、啮合特性表（P89）啮合特性表内容：齿轮的主要参数（不得省略）齿轮的测量项目,6、技术要求主要内容：对铸件、锻件或其他类型坯件的要求；对材料的机械性能和化学成分的要求及允许代用的材料；对材料表面机械性能的要求，如热处理方法，对处理后的硬度、渗碳深度及淬火深度等；对未注明倒角、圆角半径的说明；对大型或高速齿轮的平衡校验要求。,34 编写设计计算说明书计算说明书是设计计算的整理和总结，是图纸设计的理论根据，而且是审核设计的技术文件之一。说明书的内容和设计任务有关。对于本课程设计，其说明书的内容大致包括：1、内容（1）目录（标题及页次）；（2）设计任务书；（3）前言（题目分析，传动方案的拟定等）；（4）电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算；（5）传动零件的设计计算（确定带传动及齿轮传动的主要参数）；,（6）轴的设计计算及校核；（7）箱体设计及说明（8）键联接的选择和计算；（9）滚动轴承的选择和计算；（10）联轴器的选择；（11）润滑和密封的选择；（12）减速器附件的选择及说明；（13）设计小结；（14）参考资料（资料的编号【】及书名、作者、出版单位、出版年月）；,2、要求和注意事项 必须用钢笔工整的书写在规定格式的设计计算说明书上，要求计算正确，论述清楚、文字精炼、插图简明、书写整洁。本次课程设计说明书要求字数不少于6-8千字（或30页），要装订成册。3、书写格式标例,手册P100：,35 准备答辩事宜 完成设计后，应及时做好本课程设计的最后一个环节答辩的准备工作及答辩。在答辩前，应做好以下两方面的工作：1、整理工作：按要求完成规定的设计任务，把图纸叠好；说明书装订好，一同放在机械设计课程设计资料袋内；资料袋封面写上班级、姓名、学号、指导教师、题目等。,、做好总结认真回顾有关设计过程及设计内容，进一步把还不懂的、不甚懂的或尚未考虑到的问题弄懂、弄透，以便取得更大的收获。充分做好答辩前的准备工作。本次课程设计答辩采用学生单独答辩的形式进行。每位同学的答辩时间为1015分钟。具体答辩次序由指导教师确定。希望同学们按时进行答辩，并预祝同学们取得好成绩！,