机械设计课程设计王三民.ppt

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1、机械设计课程设计,机械设计课程设计,第一章 概述第二章 设计题目第三章 传动装置的总体设计第四章 传动零件设计第五章 减速器的构造与尺寸第六章 减速器装配图设计第七章 减速器润滑第八章 课程设计说明书,第一章 概述,机械设计课程设计是为机械类专业和近机械类专业的学生在学完机械设计及同类课程以后所设置的一个重要的实践教学环节，也是学生第一次较全面、规范地进行设计训练，其主要目的是：（1）培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展学生有关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传

2、动或简单机械的设计，使学生掌握一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力。（3）在课程设计的实践中对学生进行设计基本技能的训练，培养学生查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理等方面的能力。,第一节 机械设计课程设计的目的,第一章 概述,根据设计任务书确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件及轴的设计计算；轴承、连接件、润滑密封和联轴器的选择及计算；减速器箱体结构及其附件的设计；绘制装配图和零件工作图；编写设计计算说明书；进行总结和答辩。每个学生都应完成以下工作：（1）减速器装配

3、图1张(A0图纸或A1图纸)（2）零件工作图23张。（3）设计计算说明书1份。,第二节 机械设计课程设计的内容,机械设计课程设计通常从分析或确定传动方案开始，进行必要的计算和结构设计，最后以图纸表达设计结果，以设计计算说明书说明设计的依据。由于影响设计结果的因素很多，机械零件的结构尺寸不可能完全由计算确定，还需借助画图、初选参数或初估尺寸等手段，通过边画图、边计算、边修改的过程逐步完成设计，亦即通过计算与画图交叉进行来逐步完成设计。课程设计大致按以下步骤进行。1设计准备 2传动装置的总体设计 3传动零件的设计计算 4装配图设计 5零件工作图设计 6编写设计计算说明书 7设计总结和答辩,第一章

4、概述,第三节 机械设计课程设计的方法与步骤,第二章 设计题目,第 l 题 设计一带式输送机传动装置 工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载起动，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差为5。带式输送机的传动效率为0.96。带式输送机的设计参数,第 2 题 设计一链板式输送机传动装置 工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，两班制工作，输送机工作轴转速允许误差为5。链板式输送机的传动效率为0.95。链板式输送机的设计参数,第二章 设计题目,第 3 题 设计加热炉推料机传动装置 工作条件：连续单向运转，工

5、作时有轻微振动，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，一班制工作，输送机工作轴转速允许误差为5。加热炉推料机的设计参数,第二章 设计题目,第一节 传动简图的拟定,第三章 传动装置的总体设计,1电动机轴；2高速轴；3中间轴；4低速轴；5工作机轴；6电动机；7带传动；8高速齿轮传动；9低速齿轮传动；10联轴器；11工作机,一、类型和结构型式的选择 三相交流异步电动机的结构简单、价格低廉、维护方便，可直接接于三相交流电网中，因此，在工业上应用最为广泛，设计时应优先选用。Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪音低、振动小等优点，适用于不易燃、不易爆、无腐

6、蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械和食品机械等。,第二节 电动机的选择,第三章 传动装置的总体设计,二、功率的确定 电动机容量主要由电动机运行时的发热条件决定，而发热又与其工作情况有关。对于长期连续运转、载荷不变或变化很小、常温下工作的机械，选择电动机时，只要使电动机的负载不超过其额定值，电动机便不会过热。也就是可按电动机的额定功率Pm等于或略大于所需电动机的功率Pd，在手册中选取相应的电动机型号。,第三章 传动装置的总体设计,1工作机所需功率Pw Pw=Fwvw/(1000w)或 Pw=Twnw/(9550w)式中，Fw为工作机的阻力(N)；vw为工

7、作机的线速度(m/s)；Tw为工作机的阻力矩(Nm)；nw为工作机轴的转速(r/min)；w为工作机的效率，带式输送机可取w=0.96，链板式输送机可取w=0.95。2电动机至工作机的总效率（串联时）123n式中,l，2，3，n为传动系统中各级传动机构、轴承以及联轴器的效率。,第三章 传动装置的总体设计,3所需电动机的功率Pd 所需电动机的功率由工作机所需功率和传动装置的总效率按下式计算 Pd=Pw/4电动机额定功率Pm 按PmPd来选取电动机型号。电动机功率裕度的大小应视工作机构的负载变化状况而定。,第三章 传动装置的总体设计,机械传动效率概略值,第三章 传动装置的总体设计,三、转速的确定

8、额定功率相同的同类型电动机，有几种不同的同步转速。例如三相异步电动机有四种常用的同步转速，即3000、1500、1000和750r/min。同步转速低的电动机磁极多，外廓尺寸大、重量大，价格高，但可使传动系统的传动比和结构尺寸减小，从而降低了传动装置的制造成本。一般最常用的是同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。设计时应优先选用。根据选定的电动机类型、结构、功率和转速，从标准中查出电动机型号后，应将其型号、额定功率Pm、满载转速nm、以及电动机的安装尺寸、外形尺寸和轴伸连接尺寸等记下以备后用。常以电动机的额定功率Pm作为计算功率，以电动机的满载转速nm作为计算转速。,第三章

9、 传动装置的总体设计,电动机选定后，根据电动机的满载转速nm和工作机的转速nw即可确定传动系统的总传动比i，即 inm/nw 传动系统的总传动比i是各串联机构传动比的连乘积，即 ii1i2i3in 式中，i1,i2,i3,in为传动系统中各级传动机构的传动比。合理地分配传动比，是传动系统设计中的一个重要问题。它将直接影响到传动系统的外廓尺寸、重量、润滑及传动机构的中心距等很多方面，因此必须认真对待。,第三节 传动比的分配,第三章 传动装置的总体设计,一、传动比分配的一般原则（1）各级传动比可在各自荐用值的范围内选取。,各类机械传动的传动比,第三章 传动装置的总体设计,（2）分配传动比应注意使各

10、传动件的尺寸协调、结构匀称及利于安装。例如带传动的传动比不宜过大，以免大带轮的半径大于减速器箱体的中心高，使带轮与底座平面相碰，造成安装不便。（3）传动零件之间不应造成互相干涉。如图所示，由于高速级传动比过大，造成高速级大齿轮的齿顶圆与低速级大齿轮的轴发生干涉。,传动件尺寸不协调 传动件结构干涉,第三章 传动装置的总体设计,（4）使减速器各级大齿轮直径相近，以便浸油深度大致相等，以利实现油池润滑。（5）使所设计的传动系统具有紧凑的外廓尺寸。,a）方案一 b）方案二,第三章 传动装置的总体设计,二、传动比分配的参考数据（1）带传动与一级齿轮减速器 设带传动的传动比为id，一级齿轮减速器的传动比为

11、i，应使idi，以便使整个传动系统的尺寸较小，结构紧凑。（2）二级圆柱齿轮减速器 为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应使两级的大齿轮具有相近的直径（低速级大齿轮的直径应略大一些，使高速级大齿轮的齿顶圆与低速轴之间有适量的间隙）。设高速级的传动比为i1，低速级的传动比为i2，减速器的传动比为i，传动比可按下式分配,对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配,第三章 传动装置的总体设计,机器传动系统的传动参数主要是指各轴的转速、功率和转矩，它是进行传动零件设计计算的重要依据。现以二级圆柱齿轮减速器为例，说明机器传动系统各轴的转速、功率及转矩的计算。,二级圆柱齿轮减速器简图,第四节 传动参数的计

12、算,第三章 传动装置的总体设计,根据以上计算数据，列出下表，供以后设计计算使用。,传动参数的数据表,第三章 传动装置的总体设计,1 V带传动 设计V带传动需确定的主要内容是：带的型号、根数、长度，中心距，带轮直径和宽度等，以及作用在轴上力的大小和方向。设计时应注意相关尺寸的协调，例如小带轮孔径是否与电动机轴一致，小带轮外圆半径是否小于电动机的中心高，大带轮直径是否过大而与减速器底架相碰等。2链传动 设计滚子链传动需确定的主要内容是：链节距、排数和链节数，中心距，链轮材料、齿数、轮毂宽度等，以及作用在轴上力的大小和方向。当用单排链而链传动尺寸过大时，应改用双排或多排链，以减小链节距从而减小链传动

13、的尺寸。当链传动的速度较高时，应采用小节距多排链。设计时应注意链轮直径尺寸、轴孔尺寸、轮毂尺寸等，是否与工作机、减速器等的相关尺寸协调。,第一节 传动件设计,第四章 传动零件设计,3圆柱齿轮传动 斜齿轮传动具有传动平稳、承载能力大的优点，所以在减速器中多采用斜齿轮。齿轮传动的几何参数和尺寸有严格的要求，应分别进行标准化、圆整或计算其精确值。例如模数必须标准化；齿宽应圆整成整数；啮合尺寸（节圆、分度圆、齿顶圆及齿根圆直径，螺旋角等）必须计算精确值，长度尺寸应精确到小数点后3位（单位为mm），角度应精确到秒（）。在减速器中，齿轮传动的中心距应尽量圆整成尾数为0或5的整数，以便于箱体的制造和检测。直

14、齿轮传动的中心距a可以通过模数m、齿数z、齿宽系数d、以及变位系数x等来调整；斜齿轮传动的中心距a可以通过模数mn、齿数z、齿宽系数d、以及螺旋角等来调整。,第四章 传动零件设计,对于动力传动中的齿轮，为安全可靠，一般齿轮的模数不应小于2mm。强度计算和几何计算的关系是，强度计算所得尺寸是几何计算的依据和基础。几何计算尺寸要大于强度计算尺寸，使其既满足强度要求又符合啮合几何关系。开式齿轮传动一般只需计算轮齿弯曲强度，考虑到因齿面磨损而引起的轮齿强度的削弱，应将计算求得的模数加大1015。开式齿轮传动精度低，多安装在输出轴外伸端，悬臂结构刚度较差，故齿宽系数宜取小些。设计时应注意齿轮结构尺寸是否

15、与工作机等协调。,第四章 传动零件设计,4锥齿轮传动 锥齿轮大端模数取标准值，计算锥距R和分度圆直径d时，都要用大端模数。分度圆锥角1、2的计算应精确到秒（）、锥距R以及分度圆直径d应精确到小数点后3位（单位为mm）。小锥齿轮齿数一般取z1=1725。齿宽系数R=bR03，求得齿宽后应圆整，大、小锥齿轮齿宽应相等。,第四章 传动零件设计,5蜗杆传动 模数m和蜗杆风度圆直径d1要取标准值。中心距a应尽量圆整成尾数为0或5的整数。为保证a、m、d1、z2的几何关系，常需对蜗杆传动进行变位。在变位蜗杆传动中，蜗轮的几何尺寸将产生变位修正，蜗杆几何尺寸不变。蜗杆上置或下置取决于蜗杆分度圆的圆周速度v1

16、，当v145ms时，一般将蜗杆下置；当v145ms时，为了减少蜗杆的搅油损耗，应将蜗杆上置。蜗杆传动尺寸确定后，要校验其滑动速度和传动效率，并考虑其影响，检查材料选择是否合适，是否需要修正有关计算数据。蜗杆的强度、刚度验算以及蜗杆传动的热平衡计算，在装配图设计确定了蜗杆支点距离和箱体轮廓尺寸后进行。,第四章 传动零件设计,第五章 减速器的构造,第一节 减速器的构造,单级圆柱齿轮减速器,第五章 减速器的构造,单级圆锥齿轮减速器,第五章 减速器的构造,蜗杆减速器,第二节 箱体 减速器箱体按毛坯制造方式的不同可以分为铸造箱体和焊接箱体。从结构形式上可以分为剖分式和整体式。,剖分式铸造箱体的结构尺寸以

17、及相关零件尺寸关系的经验值见表5-1表5-3。,第五章 减速器的构造,铸造箱体的结构,铸造箱体的结构,表5-1 铸铁减速器箱体结构尺寸之一(mm),第五章 减速器的构造,表5-2 铸铁减速器箱体结构尺寸之二(mm),第五章 减速器的构造,表5-3 螺栓的扳手空间尺寸c1、c2和沉头座坑直径D0(mm),第五章 减速器的构造,第三节 附件 为了使减速器具备较完善的性能，如注油、排油、通气、吊运、检查油面高度、检查传动件啮合情况、保证加工精度和装拆方便等，在减速器箱体上常需设置一些附加装置或零件，简称为附件。它们包括：视孔与视孔盖、通气器、油标、放油螺塞、定位销、启盖螺钉、吊运装置、油杯等。,第五

18、章 减速器的构造,一、必要的技术数据 1传动零件的主要尺寸数据 绘制主要视图时，所需传动零件的尺寸数据为；中心距、分度圆直径、齿顶圆直径、齿轮宽度、锥齿轮的分度圆锥角等。2传动零件的位置尺寸 传动零件之间的位置尺寸以及它们距箱体内壁的尺寸均属位置尺寸。减速器各传动零件之间以及传动零件与箱体之间的位置尺寸的推荐数据见表5-2。,第六章 减速器装配图设计,第一节 装配图的绘制准备工作,二、单级圆柱齿轮减速器,第六章 减速器装配图设计,单级圆柱齿轮减速器零件的位置尺寸,根据润滑要求，大齿轮顶圆距箱座内底面的距离应大于3050mm。箱座底板厚度为，在主视图中进一步画出箱体内、外壁线，箱体壁厚和1。,第

19、六章 减速器装配图设计,分箱面凸缘的宽度尺寸：A=c1c2，此处的c1和c2是分箱面连接螺栓d2的扳手空间尺寸。轴承座的宽度尺寸：B=c1c2（58）mm，此处的c1和c2是轴承旁连接螺栓d1的扳手空间尺寸。58mm为箱体侧加工面与非加工面间的距离。,第六章 减速器装配图设计,在主视图中画出右侧分箱面凸缘结构，凸缘厚度b和b1。在俯视图中画出分箱面三个侧面的外边线，图中的e为轴承盖凸缘的厚度。根据主视图的高度和俯视图的宽度便可确定侧视图的尺寸。,第六章 减速器装配图设计,三、单级锥齿轮减速器,第六章 减速器装配图设计,单级圆锥齿轮减速器零件的位置尺寸,第六章 减速器装配图设计,按所确定的中心线

20、位置，首先画出锥齿轮的轮廓尺寸。取大锥齿轮轮毂长度l=(1.11.2)d，d为锥齿轮轴孔直径。取大锥齿轮轮毂端面与箱体轴承座内端面间轴向距离4=(0.61.0)，为箱座壁厚。,第六章 减速器装配图设计,靠近大锥齿轮一侧的箱体轴承座内端面确定后，在俯视图中以小锥齿轮中心线作为箱体宽度方向的中线，便可确定箱体另一侧轴承座内端面位置，箱体宽度方向关于小锥齿轮轴线是对称的。箱体采用对称结构，便于设计和制造，也美观。,第六章 减速器装配图设计,小锥齿轮背锥面距箱盖内壁的距离为1。大锥齿轮距箱座内底面的距离应大于3050mm。画出箱盖及箱座内壁的位置。箱座底板厚度为，在主视图中进一步画出箱体内、外壁线，箱

21、体壁厚和1。,第六章 减速器装配图设计,分箱面凸缘的宽度尺寸：A=c1c2，此处的c1和c2是分箱面连接螺栓d2的扳手空间尺寸。轴承座的宽度尺寸：B=c1c2（58）mm，此处的c1和c2是轴承旁连接螺栓d1的扳手空间尺寸。58mm为箱体侧加工面与非加工面间的距离。,第六章 减速器装配图设计,在主视图中画出右侧分箱面凸缘结构，凸缘厚度b和b1。在俯视图中画出分箱面三个侧面的外边线，图中的e为轴承盖凸缘的厚度。根据主视图的高度和俯视图的宽度便可确定侧视图的尺寸。,第六章 减速器装配图设计,小锥齿轮轴承座外端面位置及结构暂不考虑，待设计小锥齿轮轴系部件时确定。,第二节 初步绘制装配底图,第六章 减

22、速器装配图设计,a)绘制传动零件,b)轴结构设计,第六章 减速器装配图设计,c)支承结构设计,第六章 减速器装配图设计,第三节 轴系部件与齿轮设计,一、圆柱齿轮 轴系部件设计,第六章 减速器装配图设计,二、圆锥齿轮轴系结构设计,第六章 减速器装配图设计,三、齿轮、蜗轮、蜗杆的结构设计 一般情况下，对于圆柱齿轮，当齿根圆与键槽底部的距离e2.5mn时，应将齿轮与轴制成一体。图示为圆柱齿轮的结构和尺寸。,第六章 减速器装配图设计,对于锥齿轮，当小锥齿轮小端齿根圆与键槽底面的距离e1.6m时，应将齿轮与轴制成一体。图示为锥齿轮的结构和尺寸。,第六章 减速器装配图设计,四、轴、轴承、键的校核计算 1确

23、定轴上力作用点及支点跨距 当采用角接触轴承时，轴承支点取在距轴承端面距离为a处，a值可由轴承标准中查出。传动零件的力作用点可取在轮缘宽度的中部。带轮、齿轮和轴承位置确定之后，即可从装配图上确定轴上受力点和支点的位置。根据轴、键、轴承的尺寸，便可进行轴、键、轴承的校核计算。,角接触轴承支点位置,第六章 减速器装配图设计,2轴的强度校核计算 对一般机器的轴，如果校核不通过，应适当增大轴的直径或修改轴的结构；如果强度裕度较大，不必马上修改轴的结构尺寸，待轴承寿命以及键连接强度校核之后，再综合考虑是否修改或如何修改的问题。实际上，许多机械零件的尺寸是由结构确定的，强度会有较大的富裕。3轴承寿命校核计算

24、 滚动轴承的预期寿命可取为减速器的寿命或减速器的检修周期的期限。校核结果若寿命太长或太短，可以改用其他尺寸系列的轴承，必要时可改变轴承类型或轴承内径。4键连接强度校核计算 若经校核键连接强度不够，当相差较小时，可适当增加键长；当相差较大时，可采用双键，其承载能力按单键的1.5倍计算。,第六章 减速器装配图设计,在装配图上应标注以下四方面的尺寸：（1）特性尺寸 传动零件的中心距及其极限偏差等。（2）安装尺寸 输入和输出轴外伸端直径、长度，减速器中心高，地脚螺栓孔的直径和位置，箱座底面尺寸等。（3）外形尺寸 减速器总长、总宽、总高等。（4）配合尺寸 减速器装配图中主要零件的配合处都应标出基准尺寸、

25、配合性质和公差等级。,第四节 装配图尺寸标注,一、技术特性 在装配图明细表附近适当位置应写出减速器的技术特性，也可列表表示。,第五节 技术特性与技术要求,表8-2 减速器技术特性,二、技术要求 装配图上应写明在视图上无法表示的关于装配、调整、检验、维护等方面的技术要求，主要内容有：（1）对零件的要求（2）对润滑剂的要求（3）对密封的要求（4）传动副的侧隙与接触斑点（5）滚动轴承轴向游隙的要求（6）试验要求（7）外观、包装及运输要求,一、零部件编号 装配图中所有零部件包括标准件在内统一编号。编号时，相同的零件通常只有一个序号，不得重复，也不可遗漏。对各独立组件，如轴承、通气器以及焊接件等，可作为

26、一个零件编号。二、明细表及标题栏 明细表是减速器所有零件的详细目录。明细表由下向上填写。标准件应按照规定的标记完整地写出零件名称、材料、主要尺寸及标准代号。传动零件应写出主要参数，如齿轮的模数、齿数、螺旋角等，材料应注明牌号。,第六节 零部件编号、明细表和标题栏,减速器传动零件和轴承都需要良好的润滑，其目的是为减少摩擦、磨损，提高效率，防锈，冷却和散热。减速器润滑对减速器的结构设计有直接影响，例如油面高度和所需油量的确定，关系到箱体高度的设计；轴承的润滑方式影响轴承的轴向位置和阶梯轴的轴段尺寸等。因此，在设计减速器结构前，应先考虑与减速器润滑有关的问题。一、传动零件的润滑 绝大多数减速器传动零

27、件都采用油润滑，其润滑方式多采用浸油润滑。对于高速传动，则采用压力喷油润滑。,第七章 减速器的润滑,1浸油润滑 浸油润滑是将传动零件一部分浸入油中，传动零件回转时，粘在其上的润滑油被带到啮合区进行润滑。同时，传动零件将油池中的油甩到箱壁上，可以使润滑油加速散热。这种润滑方式适用于齿轮圆周速度v12 m/s、蜗杆圆周速度vl0 m/s的场合。箱体内应有足够的润滑油，以保证润滑及散热的需要。为了避免大齿轮回转时将油池底部的沉积物搅起，大齿轮齿顶圆到油池底面的距离应大于3050mm(图5-6)。为保证传动零件充分润滑且避免搅油损失过大，传动零件应有合适的浸油深度，传动零件浸油深度的推荐值见表5-4。

28、,第七章 减速器的润滑,一、齿轮的润滑,图5-6 浸油润滑,第七章 减速器的润滑,二、滚动轴承的润滑 减速器中的滚动轴承可以采用油润滑或脂润滑。当浸油齿轮的圆周速度v2m/s时，齿轮不能有效地把油飞溅到箱壁上，因此，滚动轴承通常采用脂润滑；当浸油齿轮的圆周速度v2m/s时，齿轮能将较多的油飞溅到箱壁上，此时滚动轴承通常采用油润滑，也可以采用脂润滑。,第七章 减速器的润滑,图5-9 采用脂润滑的轴承结构 图5-10 采用油润滑的轴承结构,第八章 课程设计说明书,一、设计计算说明书的内容设计计算说明书的主要内容包括以下内容：1.目录 目录应列出说明书中的各项标题内容及页次，包括设计任务书和附录。3

29、.正文 说明书正文主要为设计依据和过程，主要由以下几部分组成：(1)设计任务书。一般包含设计要求、使用条件和主要设计参数等。(2)机械运动方案设计。主要有：拟定机械的工作原理和工艺动作，确定执行构件的数目和其运动及动力要求，选择执行机构类型，通过机构组合形成机械系统运动方案，以及对运动方案的分析比较。(3)机械运动和动力设计。主要有：原动机类型及参数选择，执行机构运动尺寸综合，机构运动分析，机构动态静力分析，调速飞轮设计，执行机构驱动功率确定。(4)机械传动系统设计。主要有：传动系统类型选择及布置方式确定，总传动比及其分配，各传动轴动力参数的计算。(5)主要零部件的设计计算。主要有：传动零件(

30、如带传动、齿轮传动、蜗杆传动)等的设计计算；轴的设计及校核计算；滚动轴承的选择及寿命计算；联轴器及其他标准件的选择计算等。(6)执行机构和传动部件的结构设计。主要有：执行机构各运动副和构件的结构设计，重要传动部件（如齿轮减速器、蜗杆减速器、齿轮变速箱等）的结构设计。(7)机械总体结构设计。主要有：原动部分、传动部分、执行部分的总体布局，支承箱体结构与造型设计，传动系统润滑设计等。(8)其他需要说明的内容，包括运输、安装和使用维修要求，本设计的优缺点和改进建议和课程设计小结等。4.参考资料 将设计过程中所用到的参考书、手册、样本等资料，按序号、作者、书名、出版单位和出版时间顺序列出。5.附录 在设计过程中使用到的非通用设计资料、图表、计算程序等。,第八章 课程设计说明书,二、设计计算说明书的要求和注意事项,设计内容,设计计算过程,结果结论,