理工机械设计步骤讲义

,机械设计课程设计,(第一次布置),一、设计目的,机械设计课程设计是高等工科院校机械类本科学生第一次较全面的机械设计训练，也是机械设计课程的一个重要的实践性教学环节。,目的：,1、综合运用先修课理论，培养分析和解决工程实际问题的能力。,2、学习简单机械传动装置的设计原理和过程。,3、进行机械设计基本技能训练。（设计计算、绘图、使用技术资料）,二、课程设计任务书,名称：带式输送机传动装置,要求：见任务书,传动系统简图,原始数据,三、设计任务量,1、画A0号草图、装配图各一张，,A3号零件图一张。,2、设计论文（说明书）一份，不少于25页。,三、设计任务量,1、画A0号草图、装配图各一张，A3号零件图一张。2、设计论文（说明书）一份，不少于25页。,四、参考资料,课程设计指导书 ；,课程设计图册；,机械零件设计手册（含齿轮、带、轴、轴承、键的内容）；,机械设计基础（教材）。,五、设计步骤,1、选择电动机,2、传动比分配,3、计算各轴的转速、功率、扭矩,4、V带传动设计计算,5、齿轮传动设计计算,6、验算系统误差,7、轴的设计计算,8、轴承寿命的校核计算,9、键的校核计算,10、联轴器的选择计算,11、润滑方式的选择计算,12、绘制装配图和零件图,1、选择电动机,选择电动机依据：功率P，转速n,1）电动机功率计算P,工作机功率：P,w,=FV/1000（kw）,其 中 已 知：F输送带拉力（N）,V_输送带速度（m/s）,电动机需要功率：P,d,=P,w,/(kw),总 效 率：=,1,.,2,.,3,n,1_,卷筒轴承效率 ,2_,卷筒效率,3_,低速级联轴器效率 ,4_,III轴轴承效率,5_,低速级齿轮啮合效率 ,6_,II轴轴承效率,7_,高速级齿轮啮合效率 ,8_,I轴轴承效率,9_,带传动效率 (效率值查设计手册),2)电动机转速计算n,工作机转速n,w,：,因：V=(,Dn)/60*1000(m/s),故：n,w,=(V*60*1000)/,D(rpm),其中：,V输送机带速,(m/s),D,卷筒直径 (mm),电动机转速:,n,d,=n,w,i,总,=(18144)n,w,（rpm）,其中：,i,总,=n,d,/n,w,=i,带,i,减,=(18144),i,总,总传动比,i,带,V带传动的传动比(24),i,减,减速器传动比(双级9 36),3）选定电动机,根据求出的P,d,、,n,d,查手册。,同步转速n：建议选用同步转速为1500（rpm）,额定功率P,额,：为使传动可靠，额定功率应大于计算功率即 P,额,P,d,=P,W,/,总,选定电动机：型号（Y系列）、,同步转速n、满载转速n,m,、,额定功率P,额,、轴的中心高、,电动机轴径、,起动转矩/额定转矩的比值。,记下备用,2、传动比分配,分配原则：各级传动尺寸协调，承载能力接近，两个大齿轮直径接近以便润滑。（浸油深度）,i,总,=,i,带,*,i,减,=,i,带,*,i,高,*i,低,=n,m,/n,w,i,带,V带传动的传动比(24),取i,带,=3,i,减,减速器传动比,i,高,减速器内高速级传动比,i,低,减速器内低速级传动比,n,w,工作机转速,n,m,电动机满载转速,i,高,=（1.11.5)i,低,取,i,高,=1.3i,低,i,减,=1.3 i,低,2,传动比精确到小数点后两位;,由此初步分配完传动比，但实际传动比确实定必须在各级零件的参数（如齿轮的齿数）确定下来之后才能最后确定。一般，实际确定的传动比与设计要求的传动比有3%,5%的误差是允许的。,3、计算各轴的n，P，T,1）电机轴（0轴）,输入功率:P,0,=P,w,/,总,=P,d,（计算值）,转速:n,0,=n,m,（电机满载转速）,输入扭矩:T,0,=9550*P,0,/n,0,（Nm）,2）高速轴（I轴）,输入功率:P,I,入,=P,0,带,（,带,V带传动效率）,输出功率:P,I,出,=P,I,入,轴承,转速:n,1,=n,0,/i,带,输入扭矩:T,I,入,=9550*P,I,入,/n,1,（Nm）,输出扭矩:T,I,出,=T,I,入,轴承,（Nm）,3）中间轴（II轴）,输入功率:P,I I,入,=P,I,出,齿轮,（,齿轮,齿轮传动效率）,输出功率:P,I I,出,=P,I I,入,轴承,转速:n,2,=n,1,/i,高,输入扭矩:T,I I,入,=9550*P,I I,入,/n,2,（Nm）,输出扭矩:T,I I,出,=T,I I,入,轴承,（Nm）,3）低速轴（III轴）,输入功率:P,I I I,入,=P,I I,出,齿轮,输出功率:P,I I I,出,=P,I I I,入,轴承,转速:n,3,=n,2,/,i,低,输入扭矩:T,I I I,入,=9550*P,I I I,入,/n,3,（Nm）,输出扭矩:T,I I I,出,=T,I I I,入,轴承,（Nm）,4）滚筒轴（IV轴）,输入功率:P,I V,入,=P,I I I,出,联轴器,输出功率:P,I V,出,=P,I V,入,轴承,转速:n,4,=n,3,输入扭矩:T,I V,入,=9550*P,I V,入,/n,4,（Nm）,输出扭矩:T,I V,出,=T,I V,入,轴承,（Nm）,计算出参数列表备用:,轴 号,功率 P,扭矩 T,转速 n,传动比i,电动机轴,P,0,T,0,n,0,i=3,i,12,=,i,23,=,i,34,=1,I 轴,P,I入,P,I出,T,I入,T,I出,n,1,II 轴,P,II入,P,II出,T,II入,T,II出,n,2,II I 轴,P,III入,P,III出,T,III入,T,III出,n,3,I V 轴,P,IV入,P,IV出,T,IV入,T,IV出,n,4,4、v带传动的设计计算,已知：主动轮的转速n,0,=n,m，,从动轮的转速,n,1,=，传递的功率P,d,=（计算值），工作条件（任务书中给出）；,求：d,1,=,d,2,=,带的型号，根数Z=,中心距a=，对轴的压力F,Q,=。,5、齿轮传动设计,1,）采用斜齿圆柱齿轮闭式软齿面传动；,2,）选用中碳钢，传动用模数m,1.5-2mm；,3)强度计算中的功率用输出功率；,4),角方向确定应使中间轴的轴向力有所抵消；,5）初选,=15，Z,1,=20-40，Z,2,=iZ,1,求出后圆整；,6）因圆整Z,2,时i变化了故须验算传动比误差：,i=（i-Z,2,/Z,1,）/i100%5%,7）为使图面匀称，中心距：a,高,约120-140左右，,a,低,约,140-160左右，,8）检查浸油深度，当高速级大齿轮浸油1个齿高 时，低速级大齿轮浸油深度小于其分度圆半径的六分之一到三分之一，以降低搅油功耗。,1）高速级：,已知：,T,I,出,=，,工作条件（任务书中给出）,n,1,=,i,高,=;,选材：小齿轮用40MnB调质，大齿轮用45钢调质,精度等级：8级,齿宽系数：,d,=0.8,初选,=15，,选取,Z,1,=,Z,2,=,i,高,Z,1,按闭式软齿面传动设计计算原则计算。,确定：,d,1,、,d,2,、,d,a1,、,d,a2,、,d,f1,、,d,f2,、,b,1,、,b,2,、,a,、,m,n,、,等参数。,2）低速级：,已知：,T,II,出,=，,工作条件（任务书中给出）,n,2,=,i,低,=；,选材：小齿轮用40MnB调质，大齿轮用45钢调质,精度等级：8级,齿宽系数：,d,=0.8,初选,=15，,选取,Z,3,=,Z,4,=,i,低,Z,3,按闭式软齿面传动设计计算原则计算。,确定：,d,3,、,d,4,、,d,a3,、,d,a4,、,d,f3,、,d,f4,、,b,3,、,b,4,a,、,m,n,、,等参数。,6、验算传动系统速度误差,输送带速实际V,w,在求解过程中与理论V发生了变化，故应验算系统误差。,（V-V,w,）/V100%,5%,假设不满足应重新计算。,齿轮几何参数精确到小数点后两位，,螺旋角精确到秒。,7、轴的设计计算,1）选材：45钢调质,2）初估I、II、III轴径（最小直径）,假设有键槽轴径加大5%，有配合要求的取标准直径。,3）轴的结构设计：（参考指导书）,布置轴上零件；确定各轴段的直径和长度；,预选轴承和联轴器；,提示：轴承的选择，同一根轴上的两个轴承,型号相同；,联轴器应满足传递扭矩和孔径要求；,高速轴直径中间轴直径低速轴直径,4）中间轴的强度计算：,根据轴上零件的布置情况和预选轴承型号，确定轴的支点距和齿轮2、齿轮3所受各力：,F,t2、,F,a2、,F,r2、,F,t3、,F,a3、,F,r3、;,确定轴的支反力：R,V1、,R,H1、,R,V2、,R,H2;,计算轴所受弯矩和扭矩，并画出弯矩图、扭矩图、合成弯矩图、当量弯矩图；计算出危险截面的直径，判断轴的强度是否满足强度要求。,8、轴承寿命的校核计算,中间轴的轴承所受径向力：,中间轴的轴承所受轴向力：F,a,=F,a2,和F,a3,的合力,计算寿命应大于预期寿命。,9、键的校核计算：,确定各键的材料、尺寸；并校核其强度。,10、联轴器的选择计算：,根据联轴器的计算扭矩,T,c,=1.5,T,III出,和,安装轴径选出适宜的弹性联轴器。,11、润滑方式的选择计算：,轴承的润滑方式根据速度因数dn选择;,齿轮的润滑方式根据分度圆周速度v选择.,设计要求,设计时间：1-14周，（15周辩论）0学时,答疑：每周答疑至少一次,总成绩=图纸+说明书+平时答疑+辩论,标准档案袋内装：设计图、零件图、说明书，说明书A4纸用塑料抽条夹装好。,说明书：封面、名录、任务书、正文、设计感想、参考书目。,机械设计课程设计,天津理工大学机械工程学院,第二次布置,第二阶段设计的主要内容:,1、草图设计（仪器图）,2、装配图（CAD）,3、撰写论文,草图是装配图设计的规划和准备阶段,装配图设计是对草图进一步细化和完善,特点：“算画结合”边画边算,草图设计,1、准备工作,（1）A0图纸一张，比例1:1，用仪器画,（2）主要传动件的参数计算完备（齿轮几何尺寸、轴径估算）,2、要求,（1）草图设计正确，迅速，主要结构要表达清楚。各零件尺寸可随时标注在图纸上。,（2）草图不要求线型，同样零件可只画一个，其它简画。,（3）所有零件尺寸随手画在草图上，以免再次查找。,3、任务（以设计手册为参考资料）,1）通过草图设计检查传动比分配是否合理，,低速轴与高速大齿轮是否干预，,两大齿轮浸油深度：高速大齿轮浸油深1个齿高时低速大轮浸油深度半径的1/31/6。,2）轴的结构设计和轴系零件设计（补充设计计算）定出支点距后对中间轴进行弯扭强度验算。,3）轴承的组合设计,确定轴承的型号和工作位置、润滑方式和密封装置，对中间轴上的轴承进行寿命计算。,4）确定箱体的结构及各局部尺寸。,5）减速器附件设计（吊钩、吊耳、观察窗、油标尺等）,6）确定联接件结构尺寸及位置。,7）验算,4.设计中应注意的问题,1）输入（出）轴外伸端长度、直径应与联轴器孔径匹配。,2）润滑剂和润滑方式的选择,减速器内齿轮的润滑剂和润滑方式按圆周速度V确定，,减速器内轴承的润滑剂和润滑方式按速度因数dn确定。由于齿轮和轴承可能分别采用润滑油和润滑脂，此时二者不能相混，否则轴承润滑脂被冲走，故应在轴承处采用密封装置“挡油盘”。注意，并不是每个轴承处都安挡油盘。,3）油底油面高度3050，以保证足够的油量。,4）轴承盖选嵌入式结构。,5）齿轮与轴的结合方式可设计成齿轮与轴别离，也可以成齿轮轴。,5.草图设计步骤,按中心距先画轴心线，再画轴及轴承，,先画箱内，后画箱外，,先粗画，后细画，,先画俯视图，再画主视图，,最后画侧视图。,布图上下左右要适当匀称。,设计计算中需要验算的内容,1、各级齿轮传动的强度验算；,2、中间轴的弯扭合成强度验算；,3、中间轴键的强度验算（只验算一处）；,4、中间轴上的滚动轴承寿命验算；,5、两级传动大齿轮浸油深度验算；,6、减速器内齿轮润滑方式验算V；,7、滚动轴承