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东北大学机械工程与自动化学院 2 联轴器 滚动轴承 皮带运输机 双级圆柱齿 轮减速器 电机 滑动轴承 带 3 4 5 6 7 8 9 一、概述 （ 1）培养综合运用机械系统课程知识解决 机械工程问题的能力； （ 2）学习机械设计的一般方法； （ 3）掌握简单机械传动装置的设计步骤； （ 4）机械设计基本技能的训练 计算、 绘图、设计使用的标准、规范、手册等。 1. 课程设计的目的 10 2 任务： 完成任务书中传动系统的设计。 包括： 选择电机； 传动装置中运动和动力参数计算； 主要零件的设计（带、链、齿轮、 ）； 减速器的装配图（ 0号， 1： 1）； 部分零件的工作图（箱体、齿轮、轴等）； 设计计算说明书。 11 最终上交材料： 手绘装配草图 1张（ A2坐标纸， 1:1画） 机绘减速器装配图 1张 A2号图纸 机绘零件工作图 3张： A3号或 A4号图纸 减速器箱盖或箱座工作图 1张 大齿轮零件工作图 1张 减速器低速轴工作图 1张 设计计算说明书一份（手写或打印） 12 3. 课程设计的步骤 设 计 准 备 传 动 装 置 的 总 体 设 计 传 动 零 件 的 总 体 设 计 减 速 器 装 配 草 图 设 计 工 作 图 设 计 编 写 设 计 计 算 说 明 书 答 辩 13 4. 课程设计的方法和要求 4.1 方法 方案设计 必要的计算和结构设计 设计结果用图纸表达 设计依据为设计 计算说明书。 “ 三边 ” 设计法 边画图、边计算、边修改。 误解，先将所有的计算都作完，再画图， 实际这是不可能的。 14 4.2 设计要求 (1) 设计工作要认真、仔细、独立完成。 (2) 正确使用设计规范和标准。 (3) 正确处理设计计算和结构设计的关系。 尺寸确定的几种情况： 几何公式确定的尺寸 如齿轮传动中心距 不得圆整。设计要求， a取 Ra40系列值，不是靠圆整得到 的，而是靠调整参数实现的。 15 由强度公式确定的尺寸： 按接触强度设计齿轮中心距 3 2 1 2 2)1( H EH a ZZZZ u KTua 3 / npAd 轴的最小直径的确定， , 考虑结构需要最后确定。 经验公式确定的尺寸 如箱体结构尺寸，一般都需要圆整。 自己设计的尺寸： 强度不是主要问题，又无经验公式，通常用类比法设计（轴套）。 (4) 作图正确，表达清晰；计算准确，书写工整。 16 1. 电动机的选择 选择依据 :工作机的特性、工作环境、工作载荷 的大小和性质。 所需选定 :电动机的种类、类型和结构形式、功 率、转速。 1.1 种类、类型和结构形式的选择 Y系列三相异步电动机 一、设计步骤 17 1. 电动机的选择 1.2 电动机功率的选择 rPP 0 ;kW ;kW0 ，工作机所需电动机功率 电动机额定功率， rP P 选择条件： 18 1000/FVP W 总/Wr PP 工作机滑动轴承联轴器齿轮轴承带总 23 工作机功率 考虑功率损失 19 1. 电动机的选择 1.3 电动机转速的确定 三相异步电动机的同步转速有 3000， 1500， 1000， 750r/min四种。 建议使用同步转速为 1000或 1500r/min的电机。 至少选择两种同步转速的电机进行方案比较， 以选择最优方案。 具体见参考教材 P11 例 2-1。 20 2. 传动比的分配 初步 2.1 各级传动比的分配 根据表 17-9合理选择推荐值。 带齿低齿高带减总 iiiiinni W /0 闭i 开i 42 i带或链： *原则 各级传动的传动比在推荐值范围内 =35 =46 圆柱齿轮 21 32带带 不过大， ii *保证各级传动不干涉 ex. 大带轮太大 22 齿低齿高带总减 带取： iiiii i / 32 齿高减齿低 iii / )%53(%100 理 理实 i ii *允许实际传动比与理论传动比 有误差， 要求： 减齿高 齿低齿高取： ii ii )4.13.1( )4.13.1( 23 0轴 1轴 2轴 3轴 4轴 2.2 传动装置运动和动力参数计算 P,n,T,i, 24 第三讲 传动零件的设计计算 1. 减速器外传动零件的设计计算 1.1 普通 V带传动 带的型号、带轮直径和宽度、带的长度、中心距、带的 根数、作用在轴上力的大小和方向。 。带速： 一般取带的根数： 小带轮直径：要求： 2 5 m / s5 6;310, ;m i n1 v zz dd 带轮尺寸确定：考虑设计的尺寸在传动装置中是否合适。 带轮直径确定后，验算带传动的实际传动比。 确定带轮毂孔直径：根据带轮的安装情况具体考虑。 25 1. 减速器外传动零件的设计计算 1.2 链传动 确定链节距、齿数、链轮直径、轮毂宽度、中心距、 作用在轴上力的大小和方向。 要求：链轮齿数应为奇数或不能整除链节数的数。 链节数应为偶数，避免使用过度链节。 26 1.3 选择联轴器 根据各种联轴器的应用特点，按标准选择（公称转矩 和许用转速）。 nn TT nc 27 2. 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 设计完减速器以外的传动零件后，要验算原始计算 的运动和动力参数，如有变动应进行相应的修改，然 后，再进行减速器内传动零件的设计计算。 2.1 齿轮材料及热处理方法的选择 。大、小齿轮硬度差；硬度硬齿面 ；硬度软齿面 5 0 H B S30 3 5 0 H B S 3 5 0 H B S 第三讲 传动零件的设计计算 28 2.2 齿轮的结构 2. 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 齿轮轴的结构 。离小于两倍齿轮模数，或齿轮齿根距键槽的距 齿轮轴当 mX dd a 2 2 第三讲 传动零件的设计计算 29 2.3 齿轮传动的中心距 2. 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 角或采取变位。改变齿数、模数、螺旋斜齿圆柱齿轮 变位。改变齿数、模数或采取直齿圆柱齿轮 要求中心距为整数。 : : m m ,160130)( 2c os 1 21 zzma 第三讲 传动零件的设计计算 30 2.4 齿轮参数 2. 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 精确到小数点后三位。、齿顶圆直径分度圆直径 ；秒精确到螺旋角 add 第三讲 传动零件的设计计算 31 8 15 1.2 + c 1+c 2 +c3+c4 5 8 油润滑 35 脂润滑 1015 初估轴径 d1,按 联轴器选标准 直径、长度 需定位 ,直径比 d1大 310，按 密封件取标准值； 长度按结构 无定位，直径 大 13，但须按 轴承取标准值 轴承定位轴肩 齿轮定位轴肩 无定位，直径 大 13；长度 比齿轮短 23 加轴套定位，上端按轴承 定位要求，下端按齿轮定 位要求；长度按结构定 1、用坐标纸按 1:1绘图 2、标注中心矩、各段轴径、图示结构尺寸 3、键联接段的轴长、键长 10 815 32 第四讲 减速器的构造 减速器包括：齿轮传动、轴、轴承、箱体及其附件。 4.1 齿轮、轴及轴承组合 33 4.2 箱体 第四讲 减速器的构造 34 4.3 减速器的附件 （ 1）检查孔 及其盖板 第四讲 减速器的构造 35 4.3 减速器的附件 （ 2）通气器 第四讲 减速器的构造 36 4.3 减速器的附件 （ 3）轴承盖 和密封装置 第四讲 减速器的构造 37 4.3 减速器的附件 （ 4）轴承挡油盘 第四讲 减速器的构造 38 4.3 减速器的附件 （ 5）定位销 第四讲 减速器的构造 39 4.3 减速器的附件 （ 6）启箱螺钉 第四讲 减速器的构造 40 4.3 减速器的附件 （ 7）油面 指示器 第四讲 减速器的构造 41 4.3 减速器的附件 第四讲 减速器的构造 （ 8）放油螺塞 42 4.3 减速器的附件 （ 9）油杯 轴承采用脂润滑时，补充润滑脂 （ 10）起吊装置 当减速器的质量超过 25kg时，为了搬运用 第四讲 减速器的构造 43 第五讲 减速器装配草图设计 原则： 一般，设计总是从装配图的设计开始的。大部分零 件的结构和尺寸是在装配草图设计阶段决定的，在这个 阶段的过程中，要综合考虑零件的强度、刚度、制造工 艺、装配、调整和润滑等各个方面。 目的： 是观察最初确定的运动参数、各传动件的结构和尺 寸是否干涉，同时，在绘图工程中定出轴的结构、跨距 及受力点的位置，以便验算轴的强度、滚动轴承的寿命。 最后，确定出所有零部件的结构和尺寸，为工作图 的设计打下基础。 逐步学会并掌握 “三边” 设计法。 44 5.1 初绘减速器装配草图 （ 1） 准备工作 确定传动齿轮的主要尺寸；电动机的安装尺寸； 选择联轴器的类型；初选滚动轴承类型；确定滚动 轴承的润滑和密封方式；确定减速器箱体的结构尺 寸（箱体结构复杂，强度和刚度的计算比较困难， 按经验公式计算出尺寸后要圆整，具体见表 5-1）。 第五讲 减速器装配草图设计 45 5.1 初绘减速器装配草图 （ 2）俯视图草图初绘（步骤） 选择比例尺 一般按 1： 1，用 A0号图纸绘制， 布局，画出中心线；齿轮轮廓尺寸绘制；画出箱体 的内壁线；初定外伸段轴径 ， 高速端与电机联 d=(0.81.0)d电机 ； （按公式计算圆整） ；设计轴的结构 （径向尺寸确定和轴向尺寸确定） ；确定轴承安装 具体位置 见图 5-8；确定轴承座孔的宽度和箱缘宽 度；轴承盖、螺钉、调整垫片的绘制；确定外伸轴 段的长度；确定轴和轴上零件的受力点。 3 n PAd 第五讲 减速器装配草图设计 46 5.1 初绘减速器装配草图 第五讲 减速器装配草图设计 47 1.2 油润滑 35 初估轴径 d1,联轴器 需选标准值 ;长度按带、 链轮、联轴器定 需定位 ,直径比 d1大 59，按密封件取标 准值；长度按结构 无定位，直 径大 13， 但须按轴 承取标准值 轴环定位，上端按轴承定 位要求，下端按齿轮定位 要求；长度按结构确定 无定位，直径 大 13；长度比 齿轮短 13 轴套定位，原则与轴环相同 58 +c3+c4 脂润滑 1015 1015 +L 1+L 2 48 5.2 轴强度、轴承寿命、键联接强度的校核计算 （ 1） 轴的强度校核计算 根据俯视草图确定的轴的结构和支点及轴上零 件力的作用点，进行轴的受力分析、绘制弯矩图和 当量弯矩图，判定危险截面进行强度校核 （参见教 材第 8章 ） 。 要求：只进行输出轴的强度校核，如果强度不 够可通过加大轴径提高其强度。 第五讲 减速器装配草图设计 49 5.2 轴强度、轴承寿命、键联接强度的校核计算 （ 2）滚动 轴承寿命的校核计算 滚动轴承的寿命最好与减速器的寿命相同，或 与减速器的检修期相符（检修期一般为 23年）。 若轴承寿命不够，先考虑选用另一种直径系列 的轴承，其次考虑改变轴承的类型，提高基本额定 动载荷 （参见教材第 9章） 。 要求：只进行输出轴上的一对滚动轴承进行校 核计算。 第五讲 减速器装配草图设计 50 5.2 轴强度、轴承寿命、键联接强度的校核计算 （ 3）键联接强度 的校核计算 键联接的强度校核计算主要是验算其挤压应 力，许用挤压应力按键、轴、轮毂三者材料最弱 的选取，一般情况下，轮毂的材料最弱 （参见教材第 3 章） 。 要求：只进行输出轴上键的强度校核。若计 算应力大于许用应力，可通过改变键长、改用双 键、采用花键、加大轴径、改选较大剖面的键等 来满足强度要求。 第五讲 减速器装配草图设计 51 5.3 完成减速器装配草图 主要工作：设计轴系部件（箱内传动零件、轴 上其他零件、与轴承组合有关的零件）、箱体及减 速器的具体结构。步骤如下： （ 1）轴系部件的结构设计 （ 2）减速器箱体的结构设计 （ 3）减速器附件的设计 第五讲 减速器装配草图设计 52 5.3 完成减速器装配草图 （ 1）轴系部件的结构设计 箱内齿轮的结构设计 若小齿轮做成齿轮轴，俯 视图中的大齿轮采用全剖， 小齿轮根据轴的规定画法 采用局部剖，表面两齿轮 的啮合情况。若为斜齿轮， 应在小齿轮的未剖外形图 上用三条细实线画出齿斜 方向。 第五讲 减速器装配草图设计 53 5.3 完成减速器装配草图 （ 1）轴系部件的结构设计 滚动轴承的润滑和密 封装置的设计 脂润滑：浸于油中的 齿轮圆周速度 v=2m/s时采 用。 第五讲 减速器装配草图设计 55 5.3 完成减速器装配草图 （ 1）轴系部件的结构设计 箱缘输油沟的结构形式和尺寸 构造有机械加工油沟和铸造油 沟。常用机械加工油沟。若齿轮 为斜齿轮而小齿轮的直径又小于 轴承孔径，则应在小齿轮轴承滚 动轴承面向箱体内的一侧安装挡 油盘。 当齿轮圆周速度 v3m/s时， 分箱面上可以不开输油沟，转速 高，飞溅的润滑油雾可直接进入 滚动轴承进行润滑。 第五讲 减速器装配草图设计 56 5.3 完成减速器装配草图 （ 1）轴系部件的结构设计 轴承透盖和闷盖的详细结构 当轴承透盖或闷盖直径较小 时，端面可不必减少加工面。 第五讲 减速器装配草图设计 57 5.3 完成减速器装配草图 （ 1）轴系部件的结构设计 轴承透盖处轴承密封件的结构 目的： 防止外界的灰尘、水气、杂质等 进入轴承及防止轴承内的润滑剂外泄，在外 伸轴端轴承孔内设置密封件。 密封件有接触式密封和非接触式密封。 常用接触式密封： 毡圈油封和橡胶油封。 毡圈油封：多用于脂润滑且外界灰尘较小处， 适用于轴的圆周速度 v35m/s的工作场合。 第五讲 减速器装配草图设计 58 5.3 完成减速器装配草图 （ 1）轴系部件的结构设计 轴承透盖处轴承密封件的结构 橡胶油封：内包骨架旋转轴唇型密封圈。可用于润滑脂 和润滑油，轴的圆周速度 v=(da2/2)+(3050)+(35)mm ， 并圆整。 圆柱齿轮应浸入油中一个齿 高，但不应小于 10mm。 第五讲 减速器装配草图设计 66 5.3 完成减速器装配草图 （ 2）减速器箱体的结构设计 在左 视图上确定地脚凸缘的尺寸 确定地脚螺栓孔径、地脚凸缘尺寸、地脚螺栓底脚的厚度。 在左视图上画出地脚凸缘和地脚螺栓孔。 第五讲 减速器装配草图设计 67 5.3 完成减速器装配草图 （ 2）减速器箱体的结构设计 箱体结构 的工艺性 铸造工艺性： 外形简单，壁厚均匀，过度平缓，壁厚不可 太薄。 HT150及 HT200的最小允许壁厚为 68mm。铸造圆角半 径 R=5mm。沿拔模方向的拔模斜度为 1： 20或 1： 10。 机械加工工艺性： 同一轴心线上的轴承座孔直径、精度 及表面粗糙度应一致。轴承座的端面尽可能位于同一平面上， 箱体两侧轴承座端面应与箱体中心平面对称，以便于加工和检 验。加工表面与为加工表面严格分开，不能处于同一表面上， 或凸出或凹入 箱体表面在轴承座端面和放油螺塞处凸起 58mm，检查孔处凸起 35mm。 上下箱联接螺栓的头部及螺母与箱缘相接处的表面也 需 机加工，一般采用沉头座方式，用锪刀锪平，深度 23mm。 第五讲 减速器装配草图设计 68 5.3 完成减速器装配草图 （ 3）减速器附件的设计（强调注意事项） 检查孔及其盖板和密封垫片 检查孔位置： 传动件啮合区上方，大小 手伸入检查。 检查孔盖板： 盖板下加防渗漏垫片。箱盖上安放盖板的表 面需要 刨削或铣削，凸台高度 35mm。 第五讲 减速器装配草图设计 69 5.3 完成减速器装配草图 （ 3）减速器附件的 设计（强调注意事项） 通气器 常用通气器有两 种：通气螺塞和网式 通气器。 通气螺塞 用于清 洁环境。 网式通气器 用于 多尘环境。 第五讲 减速器装配草图设计 70 5.3 完成减速器装配草图 （ 3）减速器附件的设计（强调注意事项） 油面指示器 常用油面指示器有：油标尺、圆形油标、长形油标、管 状油标。 减速器中常用结构简单的油标尺，上面刻有最高和最低 油面的标线。 为避免与齿轮干涉，油标尺最好安装在小齿轮一侧。若 采用上置式油标尺，其孔是箱盖和箱座合箱后进行加工。 第五讲 减速器装配草图设计 71 5.3 完成减速器装配草图 （ 3）减速器附件的设计（强调注意事项） 放油孔及其螺塞和密封垫片 减速器通常设置一个或两个放油孔，并在螺塞下面放置 一个封油垫片（石棉橡胶纸、皮革）。 第五讲 减速器装配草图设计 72 5.3 完成减速器装配草图 （ 3）减速器附件的设计（强调注意事项） 起吊装置 吊耳和吊钩。 起箱螺钉 起箱螺钉的直径与上下箱联接螺栓直径相同，长度大于箱盖凸 缘厚度，材料为 35优质碳素结构钢，硬度为 2838HRC。 定位销 为提高定位精度，两定位销的距离应尽量远。为避免箱盖装反， 两定位销的位置应明显不对称。同时要考虑装拆方便，避免与其它 零件干涉。 螺钉和螺栓 一组螺钉或螺栓只画出其中一个三视图，其余用中心线表示。 油杯 滚动轴承采用脂润滑时，轴承盖或轴承座上装配油杯。 第五讲 减速器装配草图设计 73 1.2 油润滑 35 初估轴径 d1,联轴器 需选标准值 ;长度按带、 链轮、联轴器定 需定位 ,直径比 d1大 310，按密封件取 标准值；长度按结构 无定位，直 径大 13， 但须按轴 承取标准值 轴环定位，上端按轴承定 位要求，下端按齿轮定位 要求；长度按结构定 无定位，直径 大 13；长度 比齿轮短 13 轴套定位，原则与轴环相同 58 +c3+c4 脂润滑 1015 10 +L 1+L 2 74 端盖 闷盖 79