资源描述
Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,机械设计基础,课程设计,课件内容,第一部分,课程设计概述,第二部分,减速器的结构,第三部分,减速器设计计算的相关问题,第一部分,课程设计概述,1,、培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练使所学理论知识得以巩固和提高。,2,、学习和掌握一般机械设计的基本方法和程序，树立正确的工程设计思想，培养独立设计能力，为后续课的学习和实际工作打基础。,3,、进行机械设计基本技能的训练，包括设计计算、绘图、查阅和使用标准规范、手册、图册等相关技术资料等。,二、设计题目,常规题目为减速器，因为它包含齿轮、轴、箱体、螺栓、键、带、联轴器、轴承等多种零部件，且参考资料全面。,减速器是用于原动机和工作机之间用来起减速作用的独立部件，它由刚性箱体、齿轮等传动副及若干附件组成，属系列产品。,一、设计目的,课程设计的内容,减速器为主体的机械传动系统,1,） 传动方案的分析和拟定；,2,） 电动机的选择与传动系统,运动和动力参数的计算；,3,） 传动件的设计；,4,） 轴的设计；,5,） 轴承及其组合部件设计；,6,） 键联接和联轴器的选择与校核；,7,） 润滑设计；,8,） 箱体、机架及附件的设计；,课程设计要求完成工作,1,） 装配工作图,1,张（,A1,号或,A0,号图纸）；,2,） 零件工作图,1,3,张（传动件、轴和箱体等）；,3,） 设计计算说明书一份,（至少,30,页）,。,课程设计的步骤,1,）设计准备,2,）传动系统的总体设计,3,）传动零件的设计计算,4,）减速器装配草图设计,5,）装配工作图设计；零件工作图设计,6,）整理编写设计计算说明书，总结设计的收获和经验教训,序 号,设 计 内 容,占总设计工作量百分比,/,1,传动系统的总体设计,5,2,传动零件的设计计算,10,3,减速器装配草图设计,30,4,装配工作图设计,30,5,零件工作图设计,10,6,整理编写设计计算说明书,10,7,答 辩,5,减速器在机器中用来减速，也可以用来增速。,依据齿轮轴线相对于,机体的位置固定与否，减速器可分为定轴齿轮减速器和行星齿轮减速器。,1,定轴齿轮减速器,减速器,（,1,）单级圆柱齿轮减速器,特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，应用范围很广。,减速器,（,2,）两级圆柱齿轮减速器,展开式,同轴式,分流式,减速器,（,3,）圆锥齿轮及蜗杆减速器,单级圆锥齿轮减速器,圆锥,-,圆柱齿轮减速器,减速器,（,4,）蜗杆减速器,圆柱齿轮减速器,减速器,蜗杆减速器,减速器,蜗杆,锥齿轮减速器,减速器,二级展开式圆柱齿轮减速器,蜗杆减速器,齿轮蜗杆减速器,圆锥圆柱齿轮减速器,行星齿轮减速器,摆线针轮减速器,减速器,减速器,2,行星齿轮减速器,特点,是传动比大、结构紧凑、相对体积小等特点，但其结构复杂，制造精度要求较高。,（,1,）渐开线行星齿轮减速器,渐开线行星齿轮减速器是一种主要采用行星轮系或复合轮系作为传动机构的减速装置，其组成及传动比计算在前文中已作详细介绍。,传动优点：结构紧凑、体积小、重量轻、传动比范围大、传动效率高、传动平稳、噪声低。,缺点：结构较复杂、制造精度要求较高。,减速器,渐开线少齿差行星齿轮传动中内啮合齿数差（,z,1,z,2,）很小（一般为,1,4,）,其传动的基本原理如图。,（,2,）渐开线少齿差行星齿轮减速器,其传动比计算公式为：,上式表明，当齿数差很小时，传动比可以很大。,传动优点是：传动比大；结构紧凑、体积小、重量轻；效率高（单级为,0.80,0.94,）；承载能力较大；加工维修容易。,缺点是：转臂的轴承受力较大，因此寿命短；当内齿轮副齿数差少于,5,时，易产生干涉，需采用较大变位系数的变位齿轮，计算较复杂。,减速器,工作原理与渐开线少齿差行星齿轮传动基本相同，只是行星轮的齿廓曲线是短幅外摆线，中心轮（内齿轮）是由固定在机体上带有滚动针齿套的圆柱销（即针齿销）组成，称为针轮,。,（,3,）摆线针轮行星减速器,点击画面播放,摆线针轮减速器,减速器,摆线针轮行星轮系的行星轮,2,与中心轮,1,的齿数差为一，也属于一齿差行星轮系,。,其传动比为：,减速器,摆线针轮行星轮系的优点是：传动比大（单级为,9,87,，双级为,12l,7569,）；传动效率高（一般可达,0,9,0,94,）；同时啮合的齿数多，因此承载能力大；传动平稳；没有齿顶相碰和齿廓重叠干涉的问题；轮齿磨损小,(,因为高副滚动啮合,),，使用寿命长。,缺点是：针轮和摆线轮均需要较好的材料,GCrl5,钢；摆线齿需要专用刀具和专用设备加工，制造精度要求高；转臂轴承受力较大，轴承寿命短等,。,减速器,凸轮波发生器,1,相当于行星架；柔轮,2,可产生较大弹性变形，相当于行星轮；刚轮,3,相当于中心轮。波发生器的外缘尺寸大于柔轮内孔直径，所以将它装入柔轮内孔后，柔轮即变成椭圆形。椭圆长轴处的轮齿与刚轮相啮合，而椭圆短轴处的轮齿与之脱开，其他各点则处于啮入和啮出的过渡阶段。,（,4,）谐波齿轮减速器,谐波齿轮传动和渐开线少齿差行星齿轮传动的传动比公式一样：,在波发生器转动一周期间，柔轮上某点变形的循环次数与波发生器上的滚轮数相同，称为波数。常用的有双波和三波两种。,减速器,谐波齿轮传动的优点是：传动比大，一般单级谐波齿轮传动的传动比为,60,500,，双级可达,2500,250000,；由于同时啮合的齿数多，啮入、啮出的速度低，故承载能力大、传动平稳、运动误差小；传动效率高；齿侧间隙小，适用于反向转动；零件少、体积小、重量轻；具有良好的封闭性。,缺点是：柔轮和柔性轴承发生周期性变形，易于疲劳破坏，需采用高性能合金钢制造；为避免柔轮变形过大，齿数不能太少，当波发生器为主动时，传动比不能小于,50,；制造工艺比较复杂。,减速器,3,减速器的选用,选择减速器类型时应参照下列事项。,1,考虑动力机与工作机的相对轴线位置；,2,考虑传动比的大小；,3,考虑传递功率的大小；,4,考虑效率的高低。,设计注意事项及成绩评定,设计成绩,分为：优秀、良好、中等、及格、不及格,成绩评定主要依据,：图纸、答辩、平时、说明书,注意事项：,正确利用现有设计资料，勤于思考，敢于创新,正确使用标准和规范,设计是边计算、边画图、边修改的交叉过程，要养成有错必改，精益求精的科学态度。,第二部分,减速器的结构,油标尺,箱座,视孔盖,通气器,箱盖,放油塞,轴承盖,定位销,低速轴系,高速轴系,中间轴系,一、总体设计，拟定设计方案,二、选择电动机,类型选择,电动机容量的确定,无,特殊需要，选用,Y,系列三相交流异步电动机,所选,电动机的额定功率,P,ed,应,等于或稍大于电动机的实际输出功率,P,d,即,电动机的实际输出功率,若容量过小，不能保证工作机正常工作，电机过早损坏；若容量过大，成本增加，造成浪费,第三部分 减速器设计的有关问题,转速的选择,电动机的型号确定,常用同步转速有：,3000,、,1500,、,1000,、,750r/min,电动机的可选转速范围,同步转速低的电动机，级对数多，尺寸大，重量大，成本高，但总传动比小；同步转速高则正好相反。,根据容量和转速范围，从附表中查出适用的电动机型号。并记录下电动机的额定功率,P,ed,，,满载转速,n,m,，,外形尺寸，中心高，伸出端直径等主要参数和安装尺寸。,n,工作机转速，由已知条件求得,各,效率查表确定,三、传动比的分配,总,传动比,分配传动比时应注意以下几点：,1,）各级传动比都应在合理范围内,2,）应注意使各传动件尺寸协调，结构匀称，避免发生相互干涉。,3,）对于多级减速传动，可按照“前小后大”（即由高速级向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不要过大。,大带轮碰地面,高速级,大齿轮,碰低速轴,4,）在采用浸油润滑时，分配传动比时要考虑传动件的浸油条件。,展开式或分流式二级圆柱齿轮减速器，其高速级传动比,i,1,和低速级传动比,i,2,的关系通常取,分配圆锥圆柱齿轮减速器的传动比时，通常取锥齿轮传动比,i,1,3,。,两级同轴式圆柱齿轮减速器，两级传动比可取为,5,）尽量使传动装置外廓尺寸紧凑，或重量最小 。,四、运动和动力参数的计算,1.,计算各轴转速,2.,计算各轴输入功率,3.,计算各轴输入转矩,将上述参数列表,五、传动件的设计计算,1.,带传动,由前面的计算，已知：带传动的输入功率，小带轮的转速，传动比,i,带,需要设计：带的型号、根数,Z,、,基准长度,L,d,，,带轮基准直径,d,d,，,压轴力,F,Q,，,带传动的中心距,a,等。,取系列值,检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系。如装在电机轴上的小带轮直径与电机中心高是否适宜，其轴孔直径与电机轴径是否一致，大带轮是否过大与底板相碰等 。,根据情况，选择直齿轮或斜齿轮传动，软齿面或硬齿面。,要设计：模数,m,，,中心距,a,，,齿数,z,，,分度圆直径,d,，,齿顶圆直径,d,a,，,齿,根圆直径,d,f,齿宽,b,，,精度等级，螺旋角,，齿轮的结构形式,等。,2.,齿轮传动,（,1,）软齿面与硬齿面齿轮传动的设计程序不同,注意：,对闭式软齿面齿轮传动,(,配对齿轮之一的硬度,350HBS),最常出现：齿面疲劳点蚀,先按齿面接触强度进行设计，然后校核齿根弯曲强度,对闭式硬齿面齿轮传动（配对齿轮的硬度均,350HBS,），,最常出现：轮齿折断,先按齿根弯曲强度进行设计，然后校核齿面接触强度,齿宽,b,取整，,b,1,= b,2,+ (5,10) mm,；,直径,d,、,d,a,、,d,f,，,螺旋角,应为精确值,（,2,）数据处理,模数,m,标准系列值，不小于,1.5mm,；,中心距,a,0,或,5,结尾的整数,对于直齿轮，,a,应,严格等于,对于斜齿轮，,a,应,严格等于,六、最小轴径的估算,，估计各轴受扭段的最小轴径,2,）当此轴段上有键槽时，将,d,按单、双键分别加大,4%,或,7%,后，取整数。,1,）,C,为由轴的许用扭切应力所确定的系数，与材料有关，查表确定。,注意：若为齿轮轴（上图,),，,轴的材料即为齿轮的材料。,说明：,若最小轴径处装联轴器，最小轴径应与联轴器的孔径匹配。,固定式联轴器,可移式联轴器,（要求被联接两轴轴线严格对中）,（可补偿被联接两轴的相对位移）,刚性,可移式联轴器,弹性,可移式联轴器,（无,弹性元件）,（,有弹性元件）,齿式联轴器,凸缘联轴器,套筒联轴器,十字滑块联轴器,万向联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,轮胎式联轴器,.,七、联轴器的选择,联轴器的选择包括联轴器类型和型号的合理选择。,（一）、联轴器的类型,对中小型减速器，输入轴、输出轴均可采用弹性套柱销联轴器或弹性柱销联轴器,按计算转矩并兼顾所联接两轴的尺寸选定。要求所选联轴器允许的最大转矩不小于计算转矩，联轴器轴孔直径应与被联接两轴的直径匹配。,即,T,c,K,A,T, T,联轴器的极限转速,工作转速,且,保证,(,二,),、联轴器型号的确定,式中：,T,c,联轴器传递的名义转矩；,K,A,工作情况系数，查表；,T,联轴器许用转矩，查标准。,1.,确定箱体的结构,整体式或剖分式,铸造或焊接,2.,确定轴承的润滑方式,当齿轮的圆周速度,v, 2m/s,时，轴承采用,脂润滑。轴承端面与箱体内壁的距离为,812mm,，,此时要设有封油盘。,当齿轮的圆周速度,v,2m /s,时，轴承采用,油润滑。轴承端面与箱体内壁的距离为,23mm,。,2 3m/s,时，不必开设油沟,3.,确定轴承端盖的形式,凸缘式或嵌入式,除了原始数据和上述的计算数据外，轴的结构设计前还必须确定以下内容：,八、轴的结构设计,图例,4.,减速器结构尺寸的确定,绘制减速器装配图前，必须确定减速器的基本机体结构尺寸，计算出,表,-1,的所有尺寸，并理解其含义。,下面以铸造剖分式箱体、脂润滑轴承、凸缘式轴承端盖的二级展开式圆柱齿轮减速器为例，说明输出轴的结构设计过程。,1.,先画高速级齿轮,2.,两个大齿轮端面相距,3,，,画低速级齿轮,3.,画箱体内壁：小齿轮端面与内壁相距,2,，大齿轮顶圆与内壁相距,1,，,左侧暂不画,4.,画轴承端面位置：若为脂润滑，轴承端面与箱体内壁的距离为,8,12mm,5.,明确轴上主要零件的布置及定位方法，依据初估轴径，考虑定位轴肩和非定位轴肩逐一确定各轴段直径,画图过程,轴段直径：,从联轴器,d,1,处开始，,轴段长度：,轴径,确定后，初定轴承型号，从而查得轴承宽度,B,注意事项,齿轮轮毂的长度应满足,l=,（,1.21.5),d,，,至少,l,=,d,，,d,装齿轮处轴的直径,当齿宽系数取值较小时，尤其是硬齿面，会导致齿宽,b,较小，可能会出现齿轮轮毂长度,l,小于所在轴直径,d,，,此时应加长轮毂至满足上述要求。,此时，最初根据齿宽,b,确定的箱体内壁位置必须作相应的调整。,1.,键的选择及校核,轴的结构设计完成后，根据键所在的轴径查标准确定键的截面尺寸,b,、,h,。,兼顾轮毂长度确定标准键长,L,。,验算键的挤压强度。若强度不足，可采用相隔,180,的,双键，但按,1,.,5,个键计算,。,2.,轴承的寿命计算,类型的选择：若轴上的齿轮为斜齿轮，最好选用,7,类或,3,类轴承，以便承受较大的轴向载荷；若为直齿轮，优先选用,6,类轴承。,型号的确定：可从中系列初选。如轴颈直径,d,=40mm,若选深沟球轴承，则可初选,6308,。,求得各轴承所受的当量动载荷,P,，,从而计算轴承寿命,L,h,满足,校核计算,一般以大修期计算,轴的结构设计初步完成后，可精确确定：轴的支点位置及轴上所受载荷的大小、方向和作用点。轴的强度校核一般遵循下列步骤：,画出轴的空间受力简图,作出水平面的受力图和弯矩,M,H,图,作出垂直面的受力图和弯矩,M,V,图,作出转矩,T,图,确定危险截面，进行校核计算,作出合成弯矩,M,图 （ ）,3.,轴的强度校核,一般用途的轴，可按,当量弯矩法,进行强度校核 ；对重要轴，对轴进行,疲劳强度安全系数,校核。,九、图面布置,绘制装配图时，首先必须考虑图面布置问题，其布置形式如下：,十、装配图完成阶段的工作,装配图底图完成后，应进行尺寸标注，技术要求、减速器特性、零部件编号及零件明细表和标题栏的填写，检查无误后加深，完成装配图。,尺寸标注,：装配图上只标注以下四类尺寸,技术特性,：,在装配图上以表格形式列出,技术要求,：,（,1,）输入功率和转速（,2,）传动效率（,3,）总传动比及各级传动比等。,（,1,）,特性尺寸,。指减速器的中心距及偏差。,（,2,） 配合尺寸,。如齿轮、带轮、联轴器和轴的配合，轴承和轴、轴承座的配合等。,写明在视图上无法表示的关于装配、调整、检验、维护等方面的技术说明。,（,3,）,安装尺寸,。如底板尺寸、中心高、地脚螺栓孔及位置等。,（,4,）,外形尺寸,。指总长、总宽、总高,零部件编号,：,按要求对各个零件正确编号，既不能重复也不能遗漏。各视图中的编号均按顺时针或逆时针方向排列整齐。,零件明细表和标题栏,：,零件明细表和标题栏必须符合标准 。明细表中的内容应与零部件编号对应，由下向上填写，,十一、绘制零件工作图,应包括制造和检验零件所需的全部内容。包括：图形、尺寸及其公差、表面粗糙度、形位公差、材料和热处理说明、技术要求、标题栏等。,(,一,),、主要内容,目录（标题及页次）,设计任务书,传动方案的拟定（简要说明，附传动方案简图）,电动机的选择，传动系统的运动和动力参数计算,传动零件的设计计算,轴的设计计算,键联接的选择和计算,滚动轴承的选择和计算,联轴器的选择,主要参考文献,设计小结,润滑方法和密封形式，润滑油牌号的选择,十二、撰写设计计算说明书,(,二,),、封面要求,(,三,),、计算部分的格式要求,油、脂润滑的轴承所处位置,（,A,）,轴承为脂润滑,（,B,）,轴承为油润滑,注意：封油盘的位置与画法,注意：油沟,返回,常见轴承盖的类型,（,A,）凸缘式,轴承盖,（,B,）,嵌入式轴承盖,返回,减速器附件设计,二、起盖螺钉和定位销,起盖螺钉 圆锥定位销,减速器附件介绍,窥视孔位置及结构,(a),不正确；,(b),正确,窥视孔盖,(a),钢板式；,(b),铸铁式,一、窥视孔及通气器,减速器附件设计,三、油标,油标尺,减速器附件设计,四、放油孔和螺塞,放油孔的位置,(a),不正确（孔的位置稍高，油放不干净）；,(b),正确；,(c),正确（但有半边孔攻螺纹，工艺性较差）,Thank You !,结束,
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