机械设计基础课程设计课件.ppt

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1、一、概述二、传动装置的总体设计三、传动零件设计计算四、箱体及附件设计计算五、装配工作图设计六、零件图设计七、说明书的编写,一、概述,1.1课程设计的目的机械设计基础课程是一门技术基础课，目的在于培养学生机械设计能力.课程设计是机械设计基础课程最后一个重要的实践性教学环节，也是学生第一次较为全面的机械设计训练，其目的为：（1）通过课程设计培养学生综合运用机械设计基础课程及其它先修课程的理论知识，解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练，使理论知识得以巩固和提高。（2）通过课程设计的实践使学生掌握一般机械设计的基本方法和程序，培养独立设计能力。（3）进行机械设计工作基本技能的训练，包括训练、计算

2、、绘图能力、计算机辅助设计能力，熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准、规范等）。,1.2 课程设计的内容和任务1.2.1 课程设计的内容 本课程设计选择齿轮减速器为设计课题，设计的主要内容包括以下几方面：（1）拟定、分析传动装置的运动和动力参数；（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；（3）进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、联轴器、键等；（4）绘制减速器装配图及典型零件图；（5）编写设计计算说明书。,一、概述,1.2.2 课程设计的任务本课程设计要求在2周时间内完成以下的任务：（1）绘制减速器装配图1张（A1图纸）；（2）零件工作图2张（齿轮、轴、箱体等任选2个，A3图纸）；（3）设

3、计计算说明书1份，约6000字左右。,一、概述,1.3课程设计的步骤 课程设计是一次较全面较系统的机械设计训练，因此应遵循机械设计过程的一般规律，大体上按以下步骤进行：（1）设计准备 认真研究设计任务书，明确设计要求和条件，认真阅读减速器参考图，拆装减速器，熟悉设计对象。（2）传动装置的总体设计 根据设计要求拟定传动总体布置方案，选择原动机，计算传动装置的运动和动力参数。（3）传动件设计计算 设计装配图前，先计算各级传动件的参数确定其尺寸，并选好联轴器的类型和规格。一般先计算外传动件、后计算内传动件。,一、概述,（4）装配图设计 计算和选择支承零件，绘制装配草图，完成装配工作图。（5）零件工作

4、图设计 零件工作图应包括制造和检验零件所需的全部内容。（6）编写设计说明书 设计说明书包括所有的计算并附简图。,一、概述,1.4 时间分配,一、概述,二、传动装置的总体设计,一、拟定传动方案,2.1 传动方案设计,二、传动装置的总体设计,二、传动装置的总体设计,二、传动装置的总体设计,2.2 选择原动机电动机,电动机为标准化、系列化产品，设计中应根据工作机的工作情况和运动、动力参数，根据选择的传动方案，合理选择电动机的类型、结构型式、容量和转速，提出具体的电动机型号。2.2.1 选择电动机类型和结构型式电动机有交、直流之分，一般工厂都采用三相交流电，因而选用交流电动机。交流电动机分异步、同步电

5、动机，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多，目前应用较广的Y系列自冷式笼型三相异步电动机，结构简单、起动性能好，工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合，如运输机、机床、农机、风机、轻工机械等。,2.2.2 确定电动机的功率电动机功率选择直接影响到电动机工作性能和经济性能的好坏：若所选电动机的功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作；若功率过大，则电动机不能满载运行，功率因素和效率较低，从而增加电能消耗，造成浪费。本课程设计的题目为长期连续运转、载荷平稳的机械，确定电动机功率的原则是：Ped kPd Pd=Pw/wPw=

6、FV/1000w=Tnw/9550w Ped电动机的额定功率 Pd电动机的输出功率Pw工作机的输入功率电动机至工作机间的总效率=123n,二、传动装置的总体设计,二、传动装置的总体设计,123各传动副、轴承、联轴器的效率，见表1-7,机械传动和轴承效率的概略值,2.2.3 确定电动机的转速 同一类型、相同额定功率的电动机低速的级数多，外部尺寸及重量较大，价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减少；高速电动机则与其相反，设计时应综合考虑各方面因素，选取适当的电动机转速。三相异步电动机常用的同步转速有3000r/min,1500r/min,1000r/min,750r/min,常选用1500r/

7、min或1000r/min的电动机。,二、传动装置的总体设计,设计时可由工作机的转速要求和传动结构的合理传动比范围，推算出电动机转速的可选范围，即nd=(i1i2i3in)nWnd电动机可选转速范围i1,i2in各级传动机构的合理传动比范围 由选定的电动机类型、结构、容量和转速查手册，查出电动机型号，并记录其型号、额定功率、满载转速、中心高、轴伸尺寸、键联接尺寸等。,二、传动装置的总体设计,例如：已知卷筒直径D=500mm，运输带的有效拉力F=1500N,运输带速度 v=2m/s,卷筒效率为0.96，长期连续工作。试选择合适的电动机。,二、传动装置的总体设计,工作机时所需电动机输出功率为：pd

8、=p w/wp w=Fv/（1000w）所以 pd=Fv/（1000w）电动机至工作机间的总效率（包括工作机效率）为w=122345w12345w分别为带传动、齿轮传动的轴承，齿轮传动、联轴器、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。,二、传动装置的总体设计,取1=0.96 2=0.99 3=0.97 4=0.97 5=0.98 w=0.96所以w=122345w=0.960.9920.970.990.980.96=0.83,所以pd=Fv/（1000w）=15002/（10000.83）KW=3.61KW,二、传动装置的总体设计,确定电动机转速卷筒轴的工作转速为：nw=601000V/（D）=601000

9、2/（3.14500）r/min=76.4r/min按推荐的合理传动比范围取V带传动的传动比i1=24,单级齿轮传动比i2=35则合理总传动比的范围为：i=620，故电动机转速的可选范围为nd=i nw=(620)76.4r/min=4581528 r/min符合这一范围的同步转速有750 r/min，1000 r/min，1500 r/min。再根据计算出的容量查有关手册选择电动机型号，,综合考虑选Y132M16电动机，查手册求出其它尺寸(中心高、外型尺寸、安装尺寸、轴伸尺寸、键联接尺寸等)。,二、传动装置的总体设计,2.3 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配,由选定电动机的满载转速n

10、m和工作机主动轴的转速nw 可得传动装置的总传动比i总=nm/nw,对于多级传动i=i1 i2 in 计算出总传动比后，应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减少动载荷，分配各级传动比时应注意以下几点：（1）各级传动的传动比应在推荐的范围之内选取。（2）应使传动装置结构尺寸较小，重量较轻。（3）应使各传动件的尺寸协调，结构匀称合理，避免相互干涉碰撞。一般应使带的传动比小于齿轮传动的传动比。i带 i链 i齿轮,二、传动装置的总体设计,2.4计算传动装置的运动和动力参数,（1）各轴的转速（r/min）：n1=nm/i0 n2=n1/i1=nm/i0i1 n3=n2/i2=nm/i0i1i2

11、 式中的nm为电动机的满载速度 n1、n2、n3分别为1、2、3轴的转速 i0电动机至1轴的传动比 i11轴至2轴的传动比 i22轴至3轴的传动比,二、传动装置的总体设计,（2）各轴的输入功率p1=pd01p2=p112=pd0112 p3=p2011223pd为电动机的输出功率，p1、p2、p3分别为 1、2、3轴的输入功率，01、12、23分别为电动机轴与1轴，1轴与2轴，2轴与3轴间的传动效率。,二、传动装置的总体设计,（3）各轴转矩 T1=Td i001 T2=T1 i112 T3=T2 i223 T1、T2、T3分别为1、2、3 轴的输入转矩 Td为电动机轴的输出转矩 Td=9550

12、pd/nm,二、传动装置的总体设计,3.1 减速箱外传动零件,三、传动零件设计计算,3.3.1 带传动（1）带传动设计的主要内容 选择合理的传动参数；确定带的型号、长度、根数、传动中心距、安装要求、对轴的作用力及带的材料、结构和尺寸等。（2）设计依据 传动的用途及工作情况；对外廓尺寸及传动位置的要求；原动机种类和所需的传动功率；主动轮和从动轮的转速等。（3）注意问题 带传动中各有关尺寸的协调，如小带轮直径选定后要检查它与电动机中心高是否协调；大带轮直径选定后，要检查与箱体尺寸是否协调。小带轮孔径要与所选电动机轴径一致；大带轮的孔径应注意与带轮直径尺寸相协调，以保证其装配稳定性；同时还应注意此孔

13、径就是减速器小齿轮轴外伸段的最小轴径。,3.3.2 链传动设计计算 见教材,三、传动零件设计计算,3.2 减速箱内3.2.1 齿轮传动设计计算 圆柱齿轮设计计算及结构设计的方法、步骤均可依教材的有关内容进行，其注意事项如下：（1）齿轮材料的选择要注意毛坯制造方法：选择材料前应先估计大齿轮的直径，如果大齿轮直径较大，应选用铸造毛坯，材料一般可选铸钢或铸铁；如果小齿轮的齿根圆直径与轴径接近，可制成齿轮轴，选用的材料应兼顾轴的要求，同一减速器的各小齿轮（或大齿轮）的材料应尽可能一致，以减少材料的牌号，降低加工的工艺要求。,（2）计算齿轮的啮合几何尺寸时应精确到小数点后23位，角度应精确到秒，而中心距

14、、宽度和结构尺寸应尽量圆整为整数。（3）参数的合理选择，通常取Z1=2040，在保证齿根弯曲强度的前提下，Z1可取大些；传递动力的齿轮，其模数应大于1.52mm。,三、传动零件设计计算,齿轮采用闭式软齿面；小齿轮用45钢调质、大齿轮用45钢正火；8级精度；齿顶圆直径小于分度圆直径的2倍时（dad)，可以做成齿轮轴。,3.2.2 轴（1）初选轴径 轴的结构设计要在初步估算出一段轴径的基础上进行。轴径可按扭转强度初算，计算式为：式中P轴所传递的功率(Kw)n-轴的转速(r/min)c-由轴的许用切应力所确定的系数（查表见教材）初估的轴径为轴上受扭段的最小直径，此处如有键槽，还要考虑键槽对轴强度削弱

15、的影响。有一个键槽时，直径增大3%5%并圆整，若外伸轴用联轴器与电动机轴相联，则应综合考虑电动机轴径及联轴器孔径尺寸，对初算轴径尺寸适当调整。,三、传动零件设计计算,三、传动零件设计计算,(2)每一段轴径和长度的选择,第一段：与联轴器或带轮相连。与联轴器相连的轴经查联轴器的型号有标准值；长度比联轴器长度短2-3mm。与带轮相连的轴端长度，直径与带轮轮毂直径相同，长度比带轮轮毂短2-3mm。见指导书209 与带轮相连的轴端的长度与直径的设计还可以参考指导书17。,第二段：与轴承端盖直径比前一高(0.07d+3)-(0.1d+5)见教材243；,三、传动零件设计计算,长度为轴承端盖的宽度+15-2

16、0mm。第三段：装滚动轴承轴直径为5的倍数，长度为轴承的宽度加余量。第四段：装齿轮直径在第三段的基础上2-4mm,与齿轮的孔径相同。长度为齿轮轮毂短2-3mm第五段：过渡段直径比前一段高h=(0.07d+3)-(0.1d+5)，宽度为1.4h。第六段：装滚动轴承直径与前面装轴承端相等，长度比轴承宽度短2-3mm。,三、传动零件设计计算,轴按照弯扭强度进行校核,只校核输出轴。,三、传动零件设计计算,3.3 其它零件的选择3.3.1 联轴器选择 一般传动装置中有两个联轴器，一个联接电动机轴与减速器高速轴的联轴器，另一个是联接减速器低速轴与工作机的联轴器。对中、小型减速器的输入轴、输出轴均可采用弹性

17、柱销联轴器，它加工制造容易，装拆方便、成本低，能缓冲减震。本方案联轴器联接低速轴与工作机，选弹性柱销联轴器。,3.3.2 滚动轴承的选择减速器中常用的轴承是滚动轴承，滚动轴承类型可参照如下原则进行选择：（1）考虑轴承所承受载荷的方向和大小。原则上，当轴承仅承受纯径向载荷时，一般选用深沟球轴承；当轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承：但如果轴向载荷不大时，应选用深沟球轴承。（2）转速较高，旋转精度要求较高，而载荷较小时和般选用球轴承。（3）载荷较大且有冲击振动时，宜选用滚子轴承（相同外形尺寸下，滚子轴承一般比球轴承承载能力大，但当轴承内径d20mm时，这种优点不

18、显著，由于球轴承价格低廉，应选球轴承）。（4）轴的刚度较差、支承间距较大，轴承孔同轴度较差或多点支承时，一般选用自动调心轴承；而不能自动调心的滚子轴承仅能用在轴的刚度较大、支承间距不大、轴承孔同轴度能严格保证的场合。（5）同一轴上各支承应尽可能选用同类型号的轴承。本方案建议采用一对深沟球轴承62*,三、传动零件设计计算,轴承的润滑和密封润滑 v2时，采用脂润滑时，为防止箱内润滑油进入轴承，通常在箱体轴承座内端面一侧装设封油盘。v2采用油润滑时，要在上箱盖分箱面处制出坡口，在箱座分箱面上制出油沟，在轴承盖上制出缺口和环形通路。密封：内密封采用封油盘和挡油盘；外密封如采用接触式可用毡圈或橡胶圈密封

19、，如采用非接触式可用油沟密封或迷宫密封。3.3.3 轴承盖的结构和尺寸 轴承盖结构形式分凸缘式和嵌入式两种，前者调整轴承间隙方便，密封性好；后者不用螺钉联接，结构简单，但座孔加工麻烦。,三、传动零件设计计算,3.3.4 键的选择依据轴径选择键，校核。,三、传动零件设计计算,四、箱体及附件设计计算,见指导书,5.1绘制装配底图1、确定箱体内传动件的轮廓及相对位置（指导书204）（1）确定箱体内壁及各主要零件的相关位置 在主视图中根据前面计算内容定出各齿轮中心线位置，画分度圆，在俯视图中定出各齿轮的对称中心线，画出齿轮的轮廓。小齿轮宽度应略大于大齿轮宽度510，以免因安装误差影响齿轮接触宽度。1大

20、齿轮齿顶圆和机体内壁之间的距离。2小齿轮端面和机体内壁之间的距离。机体内壁的宽度，应圆整。1机盖壁厚。机盖顶面与水面的倾角。应注意不能太大，否则会与高速轴上的齿轮运动干涉并影响视孔盖上通气塞的安装；也不能太小，否则会使机体结构增大。大小应根据具体结构而定。,五、装配图绘制,五、装配图绘制,五、装配图绘制,（2）轴承及轴承座位置的确定B内壁与轴承座端面的距离，取决于壁厚、轴承旁联接螺栓d1及其所需的扳手空间C1、C2的尺寸。因此B=+C1+C2+(58)mm，(58)mm为区分加工面与毛坯面所留出的尺寸即轴承座端面凸出箱体外表面的距离,其目的是为了便于进行轴承座端面的加工。两轴承座端面间的距离应

21、进行圆整。3轴承内侧与机体内壁之间的距离。如果轴承用箱体内润滑油润滑，3值见表，如轴承采用油脂润滑,则需要装挡油环，3值见表。,五、装配图绘制,5.2 绘制各零件与箱体及附件1、箱体结构设计 设计箱体结构，要保证箱体有足够的刚度、可靠的密封性和良好的工艺性。如果是剖分式箱体结构还要保证它的联接刚度。为保证刚度要求，应使轴承座有足够的壁厚，并在轴承座上加支承肋，箱体加肋的形式有两种，即外肋和内肋，内肋具有刚度大、外表光滑美观等优点，但内壁阻碍润滑油流动、工艺复杂；当轴承座伸到箱体内部时常加内肋。箱体结构应便于润滑和密封。为保证其密封性且便于传动件的润滑和散热，箱体剖分面处几何精度和粗糙度应有一定

22、要求，重要的表面要刮研，箱座凸缘上表面需要铣出回油沟。,五、装配图绘制,2、附件设计（1）窥视孔用来检查传动件的啮合情况，齿侧间隙接触斑点及润滑情况等。箱体内的润滑油也由此孔注入，为减少油内的杂质注入箱内，可在窥视孔口处装一过滤网。窥视孔通常开在箱体顶部，且要能看到啮合位置。其大小视减速器的大小而定，但至少应能将手伸入箱内进行检查操作。孔上要有盖板，用钢板或铸铁制成，用M8M12螺钉坚固。（2）通气器 通气器多装在箱盖顶部或窥视孔盖上，其作用是将工作时箱内热涨气体及时排出。,五、装配图绘制,（3）吊环螺钉、吊耳及吊钩（4）启盖螺钉启盖螺钉的直径一般等于凸缘联接螺栓的直径，螺纹有效长度大于凸缘厚

23、度。（5）定位销定位销有圆柱形和圆锥形两种结构，一般取圆锥销。（6）油标油标用来指示油面高度，常见的有油尺、圆形油标、长形油标等。油尺安装位置不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出，不能太高以免与吊耳相干涉，箱座油尺座孔的倾斜位置应便于加工和使用。（7）放油孔及螺塞在油池最低位置设置放油孔。,五、装配图绘制,零件图注意标注,六、零件图设计,设计说明书内容1、目录2、设计任务书3、传动方案分析4、电动机的选择5、传动装置运动及动力参数的计算6、传动零件的设计计算7、轴的计算8、滚动轴承的选择和计算9、键联接的选择和计算10、联轴器的选择11、润滑方式、润滑油牌号及密封装置的选择12、参考资料（资料编号、书名、主编、出版单位、出版年）,六、设计说明书,