机械设计课程设计

机 械 设 计 课 程 设 计指 导 教 师 :张 均 富 课 程 设 计 训 练 的 目 的 综 合 运 用 机 械 设 计 课 程 和 其 它 相 关 先 修 课 程 的 理论 及 生 产 实 践 的 知 识 ， 分 析 、 解 决 机 械 设 计 问 题 。 学 习 机 械 设 计 的 一 般 方 法 ， 掌 握 机 械 零 部 件 、 机械 传 动 装 置 的 设 计 过 程 ， 培 养 总 体 设 计 和 零 部 件设 计 的 能 力 。 通 过 计 算 和 计 算 机 绘 图 ， 学 习 使 用 标 准 、 规 范 、手 册 、 图 册 等 技 术 资 料 ， 培 养 机 械 设 计 的 基 本 技能 。 设 计 内 容1. 总 体 方 案 设 计2. 传 动 零 件 的 设 计 计 算3. 装 配 图 设 计 ： 1张 A0（ 包 括 主 视 图 、 俯 视 图 和 左 视 图 ，零 件 明 细 表 ， 技 术 特 性 表 ， 技 术 要 求 ）4. 零 件 图 设 计 ： 2张 轴 齿 轮5. 编 写 设 计 计 算 说 明 书 分 析 任 务 书 :系 统 的 组 成 情 况 ：1-1 确 定 传 动 方 案一 、 总 体 方 案 设 计 电 动 机 传 动 部 分带 式 输 送 机原 动 机 传 动 部 分 从 动 机 想 想 可 能 的 方 案 ： 拟 定 可 能 的 方 案1.电 机 联 轴 器 减 速 器 联 轴 器 带 式 运 输 机2.电 机 带 传 动 减 速 器 联 轴 器 带 式 运 输 机3.电 机 带 传 动 减 速 器 链 传 动 带 式 运 输 机4.电 机 联 轴 器 减 速 器 链 传 动 带 式 运 输 机 从 减 少 占 地 空 间 ， 简 化 结 构 考 虑 ， 1或 2较 好 ； 我 们 选 择 的 方 案是 ： 1/2。 电 动 机减 速 器带 式 输 送 机 联 轴 器 联 轴 器 常 用 减 速 器 类 型 如 教 材 第 18章 和 指 导 书 P7-P9， 选 择适 合 我 们 任 务 书 的 减 速 器 类 型 ， 并 在 说 明 书 中 写 明 原 因 。 选 定 减 速 器 类 型 为 ： 电 动 机减 速 器带 式 输 送 机 联 轴 器 联 轴 器 电 动 机减 速 器联 轴 器 带 传 动带 式 输 送 机 1-2 选 择 电 动 机 类 型 ： Y系 列 三 相 交 流 异 步 电 动 机 转 速 ： 1500或 1000 rpm 功 率 ： 工 作 机 所 需 功 率电 动 机 所 需 功 率 = 系 统 总 效 率 总 效 率 = 1 2 n 记 录 电 动 机 安 装 及 外 形 尺 寸 aWd PP /工 作 机 所 需 的 工 作 功 率 kWFvPW 1000 效 率 。从 电 动 机 到 工 作 机 的 总 a (参 见 指 导 书 P.12) 不 考 虑 。工 作 机 的 工 作 效 率 ,W 电 动 机 工 作 功 率 为 所 选 电 动 机 额 定 功 率 Ped应 稍 大 于 所 需 电 动 机 的 工 作 功 率 Pd，即 Ped Pd 。1、 电 动 机 功 率 的 确 定 齿 轮 传 动滚 动 轴 承 43 2 联 轴 器 423321. a 2滚 动 轴 承 效 率 ； 3齿 轮 传 动 效 率 ； 4联 轴 器效 率 (参 见 指 导 书 P.12和 表 1)。轴 承 效 率 都 是 指 一 对 轴 承 的 效 率 2滚 动 轴 承 效 率 ； 3齿 轮 传 动 效 率 ； 4联 轴 器效 率 (参 见 指 导 书 P.12和 表 1)。 2、 电 动 机 转 速 的 选 择额 定 功 率 相 同 的 电 动 机 有 不 同 的 转 速 ， 指 导 书 P145附 录 中 ， 有 四 种 同 步 转 速 。 注 意 恰 当 选 择 。 确 定 原 则 ：/2/1/0/ iiiia min)/()( /2/1/0/ rniiinin WWad 所 需 电 动 机 转 速 ： /2/1/0/ iiiia 1iI轴 III轴II轴 IV轴 0轴nInIInIIInw=nIV 0i2i nm 一 般 选 择 同 步 转 速为 1500和 1000r/min电动 机 。 D vnW 100060 最 后 将 所 确 定 的 电 动 机 型 号 、 性 能 参 数 和 主 要 尺寸 记 录 下 来 备 用 如 P15所 示 。 参 考 ： 例 2-1 1-3 计 算 总 传 动 比 和 分 配 传 动 比 总 传 动 比 ： i = n电 / n工 传 动 比 分 配 原 则 各 种 传 动 的 各 级 传 动 比 应 在 推 荐 值 范 围 内 （ P7 表 1） 尺 寸 协 调 、 结 构 匀 称 、 不 发 生 干 涉 现 象 （ P7 -8） 双 级 圆 柱 齿 轮 减 速 器 ： 高 速 级 和 低 速 级 的 齿 轮 强 度 接 近 油 池 浸 油 润 滑 ： 各 级 大 齿 轮 直 径 相 差 不 大i1 = (1.31.4) i2 总 传 动 比 相 对 误 差 ： i 5 1.总 传 动 比 ：2.分 配减 速 器 ： 故 有 ：参 看 指 导 书 P.15 P.17页Wma nni / 212 /,)4.13.1/( iiiii aii 21 )4.13.1( ii 21 iii D vnW 100060 1-4 计 算 各 轴 的 转 速 、 功 率 和 转 矩轴 号 转 速 n（ rpm） 功 率 P（ K w） 转 矩 T（ Nm） 传 动 比 i 1iI轴III轴II轴 IV轴 0轴nInIInIIInIV 0i 各 轴 转 速 如 下 ： I轴 ： II轴 ： III轴 ： IV轴 ： 0inn mI 1inn III 2inn IIIII IIIIV nn 2i nm 4 3 2I轴 III轴II轴 IV轴 0轴PIPII PIIIPIV Pd1 功 率 传 递 过 程 中存 在 的 损 耗 ， 各 轴功 率 如 下 ： I轴 ： II轴 ： III轴 ： IV轴 ： 101 ddI PPP 3212 IIII PPP 3223 IIIIIII PPP 4234 IIIIIIIV PPP I轴 III轴II轴IV轴 0轴nInIInIIInIV 各 轴 输 入 转 矩 如 下 ：0轴 ：I轴 ： II轴 ： III轴 ： IV轴 ： mdd nPT 9550 III nPT 9550 IIIIII nPT 9550 IIIIIIIII nPT 9550 IVIVIV nPT 9550PIPIIPIIIPIV nmPdTITII TIIITIV Td 最 后 将 计 算 结 果 列 表 进 行 说 明 (写 入 说 明 书 )。参 考 指 导 书 P.17-19页 例 题 1-3。 2 传 动 零 件 的 设 计 计 算 先 箱 外 再 箱 内 减 少 传 动 比 累 积 误 差 箱 外 ： 开 式 齿 轮 ： 齿 数 互 质 ； 大 齿 轮 的 材 料 选 择 ； 齿 宽 系 数 链 传 动 ： 链 节 数 取 偶 数 ； 链 轮 齿 数 取 奇 数 ， 并 和 链 节 数 互 质 带 传 动 ： 计 算 压 轴 力 ， 设 计 大 带 轮 毂 孔 直 径 箱 内 ： 闭 式 齿 轮 传 动 软 齿 面 齿 轮 ： 按 接 触 疲 劳 强 度 设 计 ， 校 核 弯 曲 疲 劳 强 度 硬 齿 面 齿 轮 ： 按 弯 曲 疲 劳 强 度 设 计 ， 校 核 接 触 疲 劳 强 度 ； 齿 宽 系 数 中 心 距 应 圆 整 为 5的 倍 数 （ 直 齿 轮 需 变 位 ） 模 数 应 向 大 取 第 一 系 列 标 准 值 齿 宽 应 圆 整 斜 齿 轮 的 分 度 圆 直 径 、 齿 顶 圆 直 径 、 齿 根 圆 直 径 应 精 确 计 算 到 小 数点 后 三 位 数 斜 齿 轮 的 螺 旋 角 应 精 确 计 算 到 “ 秒 ” 箱 内 ： 蜗 杆 传 动 模 数 和 分 度 圆 直 径 应 取 标 准 值 ， 且 应 与 直 径 系 数 符 合 标 准 的 匹 配 关系 热 平 衡 验 算 1、 设 计 的 原 始 数 据 ： 按 电 机 所 需 的 功 率 计 算 ， 小 带 轮 转 速 为 电 机 的 满 载 转 速 （ 其 值 略 小 于 同 步转 速 ） ， 传 动 比 为 i0。 工 作 条 件 如 设 计 任 务 书 所 述 。2、 设 计 方 法 ： 其 设 计 计 算 方 法 按 教 材 有 关 内 容 进行 。 也 可 参 见 指 导 书 P20。3、 需 特 别 注 意 问 题 ： 1） 检 查 大 带 轮 尺 寸 与 传 动装 置 外 廓 尺 寸 的 相 互 关 系 。2） 画 带 轮 结 构 草 图 (大 带 轮 轴 孔 直 径 和 宽 度 )， 以便 于 轴 的 结 构 设 计 。3） 求 大 带 轮 作 用 在 轴 上 的 轴 力 ， 其 作 为 轴 上 的 外力 。 4） 带 轮 的 直 径 园 整 后 对 传 动 比 有 影 响 ， 应 即 时 调整 各 轴 上 的 运 动 和 动 力 参 数 进 行 后 面 的 设 计 计 算 。 aWd PP /2-1 带 传 动 设 计 计 算 方 法 和 过 程 参 考 教 材 ， 注 意 指 导 书 P.31-32有 关 说 明 。1.高 速 级 齿 轮 传 动2.低 速 级 齿 轮 传 动两 级 传 动 计 算 完 成 后 ， 将 计 算 结 果 报 老 师 审 查 。2-2 齿 轮 设 计 小 齿 轮 一 般 为 齿 轮 轴 ， P55 大 齿 轮 根 据 齿 顶 圆 直 径 选 择 结 构 型式 ， P55 硬 齿 面 大 齿 轮 ， 为 保 证 键 的 强 度 ，可 选 用 轮 毂 宽 度 l大 于 轮 缘 宽 度 B的结 构 型 式 。 齿 轮 结 构 设 计 2-3 选 择 联 轴 器 ， 初 算 轴 径 方 案 1： 减 速 器 高 速 轴 外 伸 端用 联 轴 器 与 电 动 机 相 联 ， 高速 轴 轴 径 应 与 电 动 机 、 联 轴器 相 匹 配 。 方 案 2： 减 速 器 高 速 轴 外 伸 端与 大 带 轮 相 联 ， 高 速 轴 轴 径应 与 大 带 轮 孔 径 匹 配 。 减 速 器 低 速 轴 外 伸 端 用 联 轴器 与 其 他 轴 相 联 ， 低 速 轴 轴径 应 与 联 轴 器 相 匹 配 。 选 择 联 轴 器 的 类 型 与 型 号 3 减 速 器 装 配 图 设 计 轴 系 部 件 齿 轮 轴 轴 承 套 筒 （ 挡 油环 ） 键 3 减 速 器 装 配 图 设 计 箱 体 箱 盖 箱 座 附 件 窥 视 孔 和 视 孔盖 通 气 器 轴 承 端 盖 定 位 销 联 接 螺 栓 箱 盖 与 箱 座 轴 承 座 起 盖 螺 钉 油 标 与 油 塞 起 吊 装 置 3-1 减 速 器 装 配 图 设 计 准 备 齿 轮 传 动 的 主 要 尺 寸 ： 中 心 距 ， 齿 轮 分 度 圆直 径 ， 齿 宽 轴 端 直 径 输 入 轴 （ 方 案 1） ： 电 动 机 输 出 轴 径 联 轴 器轴 孔 直 径 和 长 度 轴 端 直 径 输 入 轴 （ 方 案 2） ： 带 轮 轴 孔 直 径 轴 端 直 径 输 出 轴 ： 转 矩 联 轴 器 轴 孔 直 径 和 长 度 轴端 直 径 滚 动 轴 承 的 类 型 3-2 齿 轮 传 动 的 润 滑 方 式 根 据 浸 油 齿 轮 的 圆 周 速 度 确 定 v12 m/s： 油 池 浸 油 润 滑 齿 轮 浸 油 深 度 ： 12个 齿 高 多 级 齿 轮 传 动 ： 一 般 低 速 级 大 齿 轮 浸 油 ； 当 高 速 级 与 低速 级 大 齿 轮 直 径 相 差 较 大 时 ， 高 速 级 大 齿 轮 采 用 溅 油 轮来 润 滑 v 45 m/s上 置 式 蜗 杆 ： 蜗 轮 浸 油 12个 齿 高 v 45 m/s下 置 式 蜗 杆 ： 蜗 杆 浸 油 0.751个 齿 高 ；当 油 面 达 到 轴 承 最 低 的 滚 动 体 中 心 而 蜗 杆 尚 未 浸 入 油 中时 ， 在 蜗 杆 轴 上 安 装 溅 油 环 。 齿 轮 v12 m/s或 上 置 式 蜗 杆 v10 m/s ： 压 力 喷 油 润滑 油 池 润 滑 采 用 溅 油 轮 的 油 池 润 滑 上 置 式 蜗 杆 下 置 式 蜗 杆当 油 面 达 到 轴 承 最 低的 滚 动 体 中 心 而 蜗 杆尚 未 浸 入 油 中 时 ， 在蜗 杆 轴 上 安 装 溅 油 环 。 喷 油 润 滑 3-3 滚 动 轴 承 的 润 滑 方 式 润 滑 油 润 滑 浸 油 齿 轮 圆 周 速 度 v23 m/s： 飞 溅 润 滑 刮 板 润 滑 ： 下 置 式 蜗 杆 传 动 中 蜗 轮 轴 的 轴 承 油 池 润 滑 ： 下 置 式 蜗 杆 轴 的 轴 承 润 滑 脂 润 滑 浸 油 齿 轮 圆 周 速 度 v30-50mm 齿 轮 减 速 器 内 壁 线 （ 俯 视 图 ） 大 齿 轮 齿 顶 圆 到 箱 座 内 壁 的 距 离 1 齿 轮 端 面 与 箱 体 内 壁 的 距 离 2 中 间 轴 两 齿 轮 端 面 间 距 8-15mm 箱 体 内 壁 齿 顶 圆 12 32 1 1a 2a 1 图 中 的1,2,3, 及 1的含 义 和具 体 数值 参 见指 导 书P.26及表 3 确 定 轴 承 座 孔 宽 度 L L取 决 于 轴承 旁 联 接螺 栓 Md1所需 的 扳 手空 间 尺 寸 c1和 c2 C1 5 8C2 箱 体 内 壁 线轴 承 座 外 端 面 线 定 位 轴 肩 ， 3-5mm根 据 联 轴 器 或 大 带 轮 确 定 直 径 与 宽 度滚 动 轴 承 油 润 滑根 据 密 封 圈 （ P57， P130） 确 定 直 径非 定 位 轴 肩 ， 0.5-1.5mm安 装 轴 承 处 轴 径 必 须 是 5的 倍 数滚 动 轴 承 的 定 位 轴 肩 按 标 准 确 定 （ P120-P124） 滚 动 轴 承 脂 润 滑挡 油 环 的 位 置 P43轴 段 宽 度 小 于 齿 轮 宽 度 轴 的 强 度 计 算 方 案 3高 速 轴 上 作用 有 带 轮 的 压 轴 力危 险 截 面 ： M e 最 大 的 截 面 ； 1. 画 出 空 间 受 力 图 （ 注 意 中 间 轴 ） ， 求 水平 面 和 垂 直 面 支 反 力 RH 、 RV ；2. 分 别 作 水 平 面 和 垂 直 面 受 力 图 ；3. 分 别 作 水 平 面 和 垂 直 面 弯 矩 图 MH 、 MV ；4. 求 合 成 弯 矩 ：5. 求 危 险 截 面 的 当 量 弯 矩 ：靠 近 M emax ， 直 径 较 小 的 截 面 。6. 按 弯 扭 合 成 强 度 条 件 校 核 ：若 强 度 不 足 ， 应适 当 增 大 轴 径 。 轴 承 的 寿 命 计 算 求 径 向 载 荷 R= sqrt(RH 2+RV2) 求 派 生 轴 向 力 S 求 轴 向 载 荷 A 根 据 正 装 或 反 装 ， 确 定 派 生 轴 向 力 的 方 向 根 据 轴 向 合 力 的 方 向 ， 判 断 轴 的 运 动 趋 势 根 据 正 装 或 反 装 ， 判 断 哪 端 轴 承 受 压 ， 哪 端 轴 承 放 松 压 紧 端 轴 承 的 轴 向 载 荷 等 于 除 开 本 身 派 生 轴 向 力 之 外 的轴 向 力 的 代 数 和 放 松 端 轴 承 的 轴 向 载 荷 等 于 本 身 的 派 生 轴 向 力 求 径 向 和 轴 向 动 载 系 数 X、 Y 求 当 量 动 载 荷 P 求 轴 承 寿 命 L h （ 4） 确 定 箱 座 高 度 H 和 油 面 （ P65） ；（ 2） 轴 承 座 旁 连 接 螺 栓 的 位 置 及 凸 台 高 度 的 确 定 ；（ 1） 箱 体 壁 厚 8mm（ P26表 3）（ 7） 箱 体 的 加 强 肋 （ P26表 3）（ 3） 箱 盖 的 圆 弧 以 轴 心 画 圆 弧 求 得 ；减 速 器 箱 体 结 构 设 计（ 5） 输 油 沟 的 结 构 （ P66） ， 注 意 不 要 与 联 接 螺 栓 孔 相 干 涉 ；（ 6） 箱 盖 、 箱 座 凸 缘 及 联 接 螺 栓 的 布 置 （ 考 虑 扳 手 空 间 ） （ P26表 3）（ 8） 工 艺 性 ： 铸 造 圆 角 ， 拔 模 斜 度 ， 区 分 加 工 面 和 非 加 工 面 ，螺 栓 支 承 面 要 加 工 出 沉 头 座 （ P68,P70） 凸 台 高 度的 确 定 应以 最 大 的轴 承 座 孔为 准凸 台 高 度应 向 大 圆整 为 R 20标 准 数 列值 （ P73表 9-7） 减 速 器 附 件 设 计 窥 视 孔 和 视 孔 盖 ： 要 能 够 观 察 到 齿 轮 啮 合 状 况（ P71,图 106） 通 气 器 ： 根 据 工 作 选 用 （ P73， P135-136） 起 吊 装 置 （ P74） 油 标 ： 注 意 油 标 的 倾 斜 度 放 油 孔 和 螺 塞 （ P72） ： 放 油 孔 设 置 在 箱 座 内 底 面最 低 处 ； 箱 座 内 底 面 常 做 成 1 1.5 的 斜 面 ； 在油 孔 附 近 做 成 凹 坑 起 盖 螺 钉 ： 螺 钉 端 部 应 制 成 圆 柱 端 ， 以 免 损 坏 螺 纹和 剖 分 面 定 位 销 ： 相 距 尽 量 远 ， 距 对 称 线 距 离 不 等 （ P73） 油 标 尺 插 入 、 拔 出 时 不能 与 箱 体 干 涉最 低 油 面最 高 油 面油 标 尺 起 盖 螺 钉 3-5 完 成 减 速 器 装 配 图 打 剖 面 线 ： 相 邻 不 同 零 件 剖 面 线 方 向 应 不 同 ； 同 一 零 件 在 各视 图 上 剖 面 线 方 向 和 间 距 应 一 致 标 注 主 要 尺 寸 与 配 合 特 性 尺 寸 ： 齿 轮 中 心 距 及 其 偏 差 （ P） 外 形 尺 寸 ： 总 长 、 总 宽 、 总 高 安 装 尺 寸 ： 箱 座 底 面 尺 寸 ， 地 脚 螺 栓 孔 中 心 线 的 定 位 尺 寸 、 地 脚 螺栓 的 直 径 和 间 距 ， 减 速 器 中 心 高 ， 外 伸 轴 端 的 配 合 长 度 和 直 径 主 要 零 件 的 配 合 尺 寸 （ P81表 8） ： 传 动 零 件 与 轴 ， 联 轴 器 与 轴 ， 轴承 内 圈 与 轴 （ 基 孔 制 ） ， 轴 承 外 圈 与 箱 体 轴 承 座 孔 （ 基 轴 制 ） 等 填 写 技 术 特 性 表 编 写 技 术 要 求 （ P81） 零 件 编 号 ， 编 制 零 件 明 细 表 填 写 标 题 栏 (P86) 装 配 草 图 设 计 零 件 工 作 图 零 件 工 作 图 是 制 造 、 检 验 零 件 及 制 定 工 艺 规 程 的重 要 技 术 资 料 ， 应 包 含 制 造 、 检 验 零 件 所 需 的 全部 内 容 ， 包 括 ： 必 要 的 视 图 正 确 的 尺 寸 标 注 尺 寸 公 差 与 形 位 公 差 表 面 粗 糙 度 技 术 要 求 先 画 装 配 图 ， 再 拆 画 零 件 图 轴 类 零 件 工 作 图一 个 基 本 视 图断 面 图 局 部 放 大 图径 向 尺 寸 及 公 差 （ 有 配 合 要 求的 轴 段 ， P92）轴 向 尺 寸 （ P89）形 位 公 差 （ P92）表 面 粗 糙 度 （ P91） 技 术 要 求 （ P ） 齿 轮 类 零 件 工 作 图主 视 图 左 视 图形 位 公 差 （ P94）粗 糙 度（ P93） 啮 合 特 性 表（ P95）技 术 要 求（ P54） 设 计 计 算 说 明 书 的 内 容1. 目 录2. 设 计 任 务 书 （ 一 定 要 画 传 动 系 统 运 动 简 图 ）3. 传 动 方 案 的 分 析 与 拟 定4. 电 动 机 的 选 择 计 算5. 传 动 装 置 的 运 动 及 动 力 参 数 的 选 择 和 计 算 （ 包 括 分 配 各 级传 动 比 ， 计 算 各 轴 的 转 速 、 功 率 和 转 矩 ）6. 传 动 零 件 的 设 计 计 算7. 轴 的 设 计 计 算8. 键 联 接 的 选 择 及 计 算9. 滚 动 轴 承 的 选 择 及 计 算10. 联 轴 器 的 选 择11. 润 滑 和 密 封 方 式 的 选 择 ， 润 滑 油 和 牌 号 的 确 定12. 箱 体 及 附 件 的 结 构 设 计 和 选 择13. 设 计 小 结 （ 对 课 程 设 计 的 体 会 ， 设 计 的 优 缺 点 及 改 进 意 见等 ） 14. 参 考 资 料 （ 编 号 作 者 . 书 名 . 出 版 地 ： 出 版 社 ， 出 版 年 ，版 次 ） 提 交 资 料 装 配 图 1张 零 件 图 2张 设 计 计 算 说 明 书 1份 （ 手 写 ） 设 计 任 务 书 （ 双 面 打 印 ） 光 盘 （ 以 班 级 为 单 位 刻 盘 ） 中 间 轴 齿 轮 受 力 分 析