机械设计基础课程设计指南机械设计基础复习题

北京机械工业学院机 械 设 计 基 础 课 程 设 计 指 南滕 启 米 洁 王科社机械设计基础复习题王科社北京机械工业学院二一年十月前 言 机械设计基础课程设计是机械专业大三同学，在基本学完基础课和技术基础课之后，对常用的机械部件减速器，进行独立设计的一门实践性较强的设计类型课程。 本课程要求学生运用已学过的机械制图、物理、力学、金属材料、金属工艺学、金工实习、公差与技术测量、机械原理和机械设计等课程的知识和技能，在教师指导下参阅有关指导书、手册、画册等，每人独立完成的一项设计任务。以此为毕业设计及以后的工作，打下一个初步的设计基础。因此，本课程对培养学生的实践能力和综合素质是很重要的。 正是由于上述原因，多年以来本课程除有简明的指导书外，没有较为详细具体的教材。只是在设计进行到不同阶段时，教师作一定的讲解。由于讲课的内容，学生往往记不下来，效果相对不够理想。现将我们多年来的讲解内容，经过整理，印发成册。渴望对学生和教师在设计过程有所指导，以期设计质量有所提高。因初次编印，难免有不妥之处，恳望有关教师同学提出宝贵的意见和建议。 目 录5第一章 绪 论 一、 指导思想及方法 二、 准备工作 三、 检查设计 四、 答辩 第二章 课程设计概述 一、 要求 二、 目的和进行方式 三、 一般过程和进度计划 四、 设计的一般知识 五、 写计算稿的注意事项 第三章 草图设计（上）一、 草图的画法二、 草图的作用三、 画草图的步骤四、 确定轴的跨度第四章 草图设计（下）一、 轴系的机构设计二、 壳体设计三、 附件设计四、 画草图的注意事项第五章 画正式装配图底图的注意事项 一、检查的问题 二、画底图的要求第六章 画装配图的要求 一、加粗前的准备和检查 二、加粗后的注意事项 三、装配图上的序号和序号引出线 四、明细表的填写 五、装配图上标注尺寸及技术要求 六、明细表及标题栏格式第七章 零件图和说明书的要求一、 零件图二、 说明书第八章 思考题及要点一、 齿轮传动设计 二、 轴的计算 三、轴承的选择 四、键联接 五、减速器 六、带转动 附录A： 课程设计概念题 一、总体设计与主要零件计算内容二、减速器轴系机构设计内容 三、减速器箱体和其它有关零件设计 附录B： 答辩准备题 第九章 机械设计基础课程设计设计结果的自查第十章 计算机辅助设计第一章 绪 论一、 指导思想及方法 根据课程设计的目的进行指导，使学生在完成课程设计中，学会设计减速器，更主要的是学会设计思想及设计方法,能根据具体问题去进行分析、学会搜集、使用资料,并正确地进行设计。 同时还须使学生知道设计是为社会创造财富，为人类谋福利。故在设计过程中，应处处为他人（制造者、使用者、维修者等）着想，虚心向别人学习，勇于克服困难，精益求精。把自己认为不好之处都改去从而达到应有的水平，不可只求“行不行”的低标准设计。 教师在集中讲解时，只能讲一些共性的，原则性的问题及解决问题的方法，讲解后不是让学生只会代公式、计算、画图,而是让学生根据所讲的内容，独立思考，放手去做。根据学生提出的和出现的问题，引导他根据自己所设计的内容进行分析，应怎样去考虑问题，该如何去找资料，如何去解决，并让他自己根据所设计的内容去解决。还要经常强调在考虑问题、解决问题时要联系设计要求及条件。 在个别答疑中，更要经常联系所学过的各门课程,帮助学生加深理解和巩固所学的知识。当指出错误时，应告知学生如何运用已有的基本知识去判断正确与否。 总之，课程设计时是综合运用各种知识的课程，也是学生第一次系统性较强及时间很长的一个大作业，所以对学生的班学习方法、学习态度以至运算技巧等要进行全面指导。至于设计思想、设计方法，则要在整个设计进行中，经常联系，反复贯彻，才能使学生掌握。二、 准备工作要指导自如，事先要有准备，做到心中有数。除具备一般的设计、工艺知识及了解该班所用的机械设计讲课教材外，还须做下述的工作。1 研究题目及熟悉资料设计题目的内容及条件是设计的依据，必须了解很透彻，记得很清楚，以求在设计中得到满足。例如题目中的传动简图、运动速度和方向是装配图及零件受力分析的依据；机构的工作情况则对零件的计算载荷系数、寿命及许用应力有关；工作环境则影响机器润滑、密封及选择材料的性质；批量大小需要考虑零件的制造方法等。 收集资料（包括数据、参考图和手册等）、熟悉资料，对如何准确选取数据，对如何熟练使用手册均很重要。另对于参考图的工作条件、构造、特点、装拆、调整、润滑、密封，零件的形状、材料的选取及参考图的投影等都要了解得很清楚，才能较好得指导学生去用。2 试做 试做对于新题目，尤其是第一次指导课设者是必须进行的工作。 通过计算：可以得知各零件的受力大小，该用什么材料，许用应力多大，各种数据如何选取，计算时什么地方易出错；计算几种方案，掌握设计的合理尺寸及尺寸的变化范围；深入了解各参数的变化规律。当要调整或改变尺寸时应调整哪些参数才有效。这样在指导中能即时防止出错，检查计算时，再运用一些速算技巧，很快就能指出错误出在何处（如参数不合适、单位弄错、计算有误等），该如何去改正。 通过画图，不仅掌握具体的构造和尺寸，更主要的是了解到那些地方易画错，各处的结构有多少方案，应参考那些图纸，怎样取用。同时，加深了对参考图的了解和对手册内容的熟悉和运用。 通过试做，对设计方法、设计步骤，对题目的关键问题等，均可掌握得清清楚楚，使在指导时才不致出错或无法应付，以致影响指导质量。三、 检查设计 因为在今后的工作中，自己交出去的设计再无人检查，结果是由自己负责的。因此，对各阶段的设计，必须进行检查，以免因前阶段结果的错误而引起大返工。 在计算阶段，应检查主要的数据，受力分析，所用的公式、公式中各符号所代表的数值和单位等是否正确。再与自己的计算相比较，以判断计算结果有无错误。 在画图时，主要检查结构是否正确及画图有无错误。当检查细线图（底图）时，应当集中精力检查必须擦图才能改正的一切错误。至于不擦图也能改正的如缺线等应放在次要地位，或以后再指出改正也可。这样看图的精力集中，易把错误指出，学生也容易获得正确和清洁的画面。 对于在设计中（计算及图纸）的错误，指导教师应全部指出。因为学生是在学习，有错就表示这些地方不懂，指导教师不指出，他就不知道错在哪儿，更谈不上学会去检查或判断错误的方法。四、 答辩 答辩最好不是指导教师，但指导教师要参加。五、 课堂讲课主要有下述内容：第一章 绪论第二章： 课程设计概述第三章：第四章：在画草图开始时讲草图设计(上)(下)第五章： 在画正式装配图底图开始时讲画装配图的要求第六章： 装配图加粗前讲对画装配图的要求第七章： 零件图设计，写说明书的要求及答辩的准备。除这几次以外，根据进行情况及发现的共同问题，在适当的时候，进行一些讲解说明。第二章 课程设计概述 机械设计课是讲每个零件如何设计。机械设计基础课程设计课是运用所学知识，具体设计一个部件，即减速器。一、 要求1 设计要求（1）选出电动机型号；（2）选出电动机轴及运输机轴与减速器伸出轴联接的各一个联轴器；（3）计算带传动或开式齿轮传动；（4）设计此减速器。2 具体作业（1） 减速器装配图一张；（2） 零件图二张（一张画输出轴，另一张画输出轴上的大齿轮或蜗轮）。 最后是进行答辩，五级评分。二、 目的和进行方式1 目的 课程设计是一次比较全面的设计训练，也是机械设计课最后的一个重要教学环节。基本目的是：（1） 培养理论联系实际的正确设计思想，培养综合运用已经学过的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。（2） 学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用的机械零件、机械传动装置和简单机械的设计过程和进行方式。（3） 进行基本技能训练，例如计算，绘图，运用设计资料、手册、标准和规范，以及使用经验数据，进行经验估算及处理数据等。2 进行方式 本课除几次有关课程设计问题的讲解外，不讲新内容。其是在教师指导下，以设计者身分，独立工作来完成这个大作业。 在课程设计进行中，提倡独立思考，深入钻研的学习精神和严肃认真，一丝不苟，精益求精的学习态度。反对不求甚解、照抄照搬、只求可用、容忍错误、敷衍塞责的作法。 有问题，除向本课教师请教外，还可以相互讨论或问其他课程老师，问实验室、研究室、工厂的工程技术人员及工人等。主要是要把问题弄懂。至于采用什么形式和构造，尺寸的大小等则要根据自己的设计，全面考虑问题。否则会前后矛盾，得不到好的设计。三、 一般过程和进度计划1 一般过程（1） 设计准备；（2） 传动装置的总体设计；（3） 装配图设计（分草图设计（在坐标纸上绘图）和正式装配图设计）；（4） 零件工作图设计；（5） 编写说明书；（6） 设计总结和答辩。2 课程设计指导书 此书是完全按此进程编写的，所以在进行每一阶段开始前，应再看看指导书，并把它看懂再做。这样看起来似乎慢，其实因指导书上有进行的步骤、方法，有问题的分析，正误对比及注意点。看懂后再做就避免了不必要的弯路。3 进度计划 此计划是提供掌握课程设计进程的参考。表1 课程设计的大概过程，内容与具体进度表(仅供参考)。序号 过程及阶段主要内容与要求学 时日程1方案选择 题目分析、各种方案的比较与分析、方案拟定32传动系统的计算 选择电动机的类型；确定电动机功率和转速；计算总传动比及其分配；计算各轴功率、转速和转矩43传动件设计及计算带传动；齿轮传动；蜗杆传动54轴的计算 初算轴径；画小草图确定轴的跨度；按弯扭合成计算各危险截面的直径65轴承设计积及计算初估型号；计算寿命46画装配草图轴系结构设计 齿轮或蜗轮结构；零件在轴上的周向固定；强度校核；零件在轴向固定；挡油环，封油环，甩油环；轴的结构工艺性；润滑密封；轴承端盖107箱体设计及附属件的设计 密封贮油和用油；刚性；工艺性；窥视孔位置及尺寸盖；通气器；定位销；启盖螺钉尺寸；油标；放油螺塞168总成 标注尺寸；编写零件序号；编制零件明细表和标题栏；表写减速器的技术特性；编写技术要求；检查与改修159画零件工作图 正确选择和合理布置视图；合理标注尺寸标注公差及表面粗糙度；编写技术要求；零件工作图标题栏1510 整理编写设计计算说明书 封面；目录；前言(题目分析；传动方案的拟定等)；电动机的选择；传动系运动学和动力学的计算；传动零件的设计计算；轴的设计与校核；轴承的选择与计算；键联接的选择与校核；联轴器的选择；箱体的设计；(主要结构尺寸的设计计算及必要的说明)；润滑与密封的选择，润滑剂牌号及容量的确定；减速器附件设计及选用说明；设计小结(体会；设计的优缺点及改进意见)；参考资料1011设计总结与答辩 总结设计的收获和经验教训；作好答辩前的准备工作，准备答辩提纲。所有设计图样及计算说明书完成后，交指导老师初审合格后，才允许进行答辩12注：日程根据教学安排填写具体月日。（具体由指导教师根据实际情况给出）。 进度计划上的重叠是考虑了各人的情况及进度不同。超前可做得再细些，落后须想法赶上去。最后一天答辩。答辩前必须把全部设计交给指导教师，在指导教师认可后才能参加答辩。设计未完是不能参加答辩的，不答辩即没有成绩。4 答辩成绩评定的依据（1） 平时情况；（2） 设计质量（图 、 说明书）；（3） 答辩情况。四、 设计的一般知识 设计是为社会创造财富，为人类谋福利，所以必须把设计做好。1 好的设计标准（1） 性能好：生产率高，产品质量好; 效率高; 精度高、寿命长; 体积小，重量轻、噪音小（2） 好使用、操作简单、舒适：体力消耗小;精神负担小;检修简单;搬运方便，日常的维护方便（3） 安全可靠：人身的安全:操作人员; 附近的其他人员. 机器的安全:本机; 其它机器（4）经济性好：制造成本低;使用中的维持费低;电、燃料; 润滑油;维修（5）美观：造型简单大方; 颜色淡雅2 为他人考虑问题为了做好设计，所以在设计中，处处都要精心考虑。设计者还应设身处地，为以下人员考虑问题：（1） 经济核算者：制造成本怎样？使用者经济否；（2） 制造者：零件加工、装配、检查的繁简难易；（3） 使用者：机器的配套问题，操作、检修、维护方便否等；（4） 搬运者：方便否、安全否。 要善于向有关人学习，认真负责的解决这些问题。还要不怕麻烦，把自己认为不好之处都改去，这样才能达到精益求精的好设计。3 仔细研究设计任务 在设计中对设计任务、内容及技术等，必须理解得很透彻，记得很清楚。它是设计的出发点，在设计的进行中必须一一得到满足。 例如题目中机器的工作环境不清洁，对电机的防护形式及减速器的密封就要多加考虑。 又如机器的工作情况（连续或间断、平稳或冲击等）对电动机的功率和起动力矩及强度均有影响。 再如机器的工作年限，就要考虑零件的工作是属于长期还是有限寿命，这对零件的许用应力有着密切关系。 批量要考虑零件毛坯来源（锻、铸、焊）及零件加工方法（机加、冲压等）。4 参阅和分析现有的参考资料（图纸及实物） 其是前人经验的结晶，把它弄清楚，并在此基础上，再根据设计条件，进行比较、取舍和改进。这样才能做好自己的设计。 对参考图和实物的分析，可以从下述几方面来考虑：（1） 零件： 性状、特点如何； 在该处有何作用；与相邻零件的关系（松、紧，有无相对运动）怎样 装、卸，周向及轴向的固定，位置或间隙的调整怎样零件在机器中：受力否 ；受什么力、力从何处来，经过那些零件传到什么地方去 ； 是那种失效形式零件：标准件，如何选 ；非标准件，如何设计；零件：该用什么材料（硬、韧）；主要制造方法（锻、铸、焊、冲压等）（2） 对整机：工作环境； 载荷情况； 运动件的润滑方式； 密封； 装拆及维护； 搬运（3） 使用资料要注意资料上的数据、公式等，应注意它们的使用条件与使用范围。如有注解，不管多长，都必须看完、看懂，方可选用以防用错。（4） 计算结果的调整与处理在设计中所得出的各个零件的尺寸及形状，不是唯一的方案，而是多种多样的。好的设计是经过多次计算、比较才能得到的。所以在计算时得出的结果，不是简单地取大值，能满足强度就行了，而要进行分析与调整。例如计算V带传动中求所需V带的根数Z时，通常计算结果不是整数，若把小数入为整数则又富余。最好的办法是调整带轮直径。即：当先选的带轮D1是最小尺寸时，则适当用稍大的D1（D2=i D1）以增加带的速度v,进而可提高带传递的功率，于是可去掉Z的小数。若选的D1不是最小值时，则可减小D1（D2=i D1），致使带速v变小，于是可将Z计算的小数去掉。 另外，如计算出的Z，即根数过多，则可更换带的型号再算。五、 写计算稿的注意事项要使计算稿写得有条理，并做到一目了然，可采用下述办法：（1） 计算前画出传动简图，对传动件、轴作统一编号，同时用做计算中所称符号的脚注；（2） 全部计算中，不但应与图上一致，而且要保持前后一致；（3） 进行每一独立内容之前，应加一明显标题以突出计算的目的；（4） 计算错了或调整数据重算，只需把不要的内容划去，切勿涂黑或撕去，以留作此后的参考和比较之用；（5） 每计算一个阶段，均要进行检查，以免大返工。最好把有用的计算结果作出记号或列成表，以便查用；（6） 草稿行间不要太紧，好在其间涂改添加；（7） 草稿要保存好，切勿丢失，因为它是写说明书的依据。六、其他1 需要准备的教材和资料（1） 机械设计（刚学过的教材）；（2） 机械设计基础课程设计是本课的主要教材；（3） 机械制图；（4） 手册及图册等。2 用品（1） 草稿本；（2） A1坐标纸一张，第一周即用；（3） A0白图纸一张半；（4） 计算工具及绘图工具。3 开始设计时的工作（1） 看懂题目；（2） 看指导书，先看一遍大小题目以了解指导书有哪些内容，进行的步骤如何。之后从第1页开始仔细看（注意：指导书是通用的，与自己题目无关的可不必看），边看边做。（3） 参观实物及看减速器录像片；（4） 进行计算。 第三章 草图设计（上）确定轴的跨度应考虑的问题按指导书的步骤现在该进行装配图设计阶段。为了解除同学们初次做设计，怕画错不敢下手的顾虑，以加快设计进度和提高设计及图面质量，我们安排了一个草图设计阶段。草图设计的步骤与指导书介绍的装配图设计完全一样。一、 草图的画法 草图设计的草图画法与机械制图课的草图概念（徒手画，比例尺是估计的相对比例）不同。这里的草图是按比例尺画，是将来画正式装配图的基础。与正式装配图不同之处是线型不标准，剖面线可徒手画，相同形状的图形可不画，即完全把它当草稿用。二、 草图的作用1 检查传动件的计算结果是否合适，如否须重算；2 决定一些零件的尺寸，这样才能进行该零件的强度计算。如轴的计算，必须先知道力及支点的位置与尺寸，这些只有在草图画出后方可量出；3 决定零件的形状及零件间关系和位置；4 为正式装配图打基础，以作进一步的改进。三、 画草图的步骤1 计算出齿轮的直径、宽度及传动中心距；2 按比例画出齿轮的中心线、轮廓线及减速箱体的内壁线。由此即可看出减速器的长宽及大小。如不合适则可调整i、d及等重算；3 初定轴的外伸段直径及长度 输入轴如与电动机用联轴器联接时，可根据联轴器的孔径定；如不是与电动机直接用联轴器联接的输入轴及输出轴的轴颈，均可用受纯扭求直径d的方法计算；另取长度L=(1.21.8) d，并须满足键的强度。4初定轴承内径及宽度根据伸出段直径d及考虑装配关系而定出轴颈处的直径，此直径即为初定的轴承内径，进而查得轴承型号，于是即可得到轴承宽度；5 确定轴的跨度及作用力的位置轴的支反力一般取在轴承宽度的中点处，两轴承中点距即为轴的跨度； 6 计算轴的强度、验算轴承的寿命；7 进行轴系的结构设计；8 进行壳体及附件等的设计。四、 介绍草图设计第一阶段，即确定轴的跨度应考虑的问题1 润滑（1） 齿轮的润滑方式齿轮的润滑方式取决于齿轮的圆周速度。在普通减速器中，一般采用油池浸油润滑；（2） 轴承的润滑轴承既可采用脂润滑也可采用油润滑，具体如何是按轴颈的圆周速度所决定的。脂润滑和油润滑轴承的优缺点：脂：优点：油清洁对轴承的寿命有利；易密封； 箱体上不需开输油沟。缺点：阻力大，散热不好；须增加挡油环进行内面密封。 油：优点：油的阻力小，散热好； 不需要内面密封装置。 缺点：油易脏，轴承易磨损； 油易向外渗出，尤其是用嵌入盖时；有时要在箱体上开输油沟。2 轴承的选择多用滚动轴承。因为好润滑、好密封，功率损失小。（1） 球轴承和滚子轴承的主要特点比较：球滚子点接触线接触对轴挠度不敏感敏感怕震可减震转速极限高低承载能力小大（2） 价格：径向球轴承价最低，最好买；次之是径向止推圆锥滚子轴承；径向止推球轴承及特轻型轴承的价格最贵，故不宜选用。怎样选择呢？是否有轴向力都要选用径向止推轴承？答：不一定。此处主要根据结构需要和载荷大小及方向来决定，然后再考虑成本。3 轴承端盖型式的选择（1） 嵌入盖构造简单，减速器外形平整。但镗孔时需多镗一沟槽，且易漏油。漏油常选用O型圈密封来解决。（2） 螺钉式端盖须多件螺钉及防松垫圈，箱体上还须进行攻丝工作。其优点是垫片调整公差容易，同时密封也较好。4 经验数据的处理（1） 壁厚最小壁厚：最小壁厚与铸铁的牌号和铸件尺寸有关。取厚了减速器太重，太薄了不好铸造，甚至铸不出来。（2） 螺栓尺寸不一定都向大的方向圆整。因螺栓尺寸大了，减速器的连接凸缘也大，因而增加了减速器的重量。同时螺栓尺寸也不能过小，否则，工艺困难，成本增加。（3） 大齿轮侧面到箱体内壁的距离是考虑到箱体内壁有拔模斜度，齿轮不能与它相摩擦，减速器大，这个距离也应取大值。（4） 尺寸应圆整化 尺寸的圆整化，不是每个尺寸都要圆整，而需要进行具体分析。如齿轮侧到箱内壁的距离就不一定是整数，而应使箱内壁间或两外壁间的距离是圆整数。又如计算轴时跨度应取整数，以便使计算简化。五、阶段进度第一阶段第二阶段(A)第二阶段(B)第三阶段第四阶段六、 减速器装配图设计的四个阶段及注意事项减速器装配图的设计过程，基本可包含在以下的四个阶段中。通过这四个阶段设计的练习，使学生进一步了解和掌握一般机械部件的设计方法和步骤。 第一阶段1.主要任务 画出减速器的主要外廓，以便检查所设计的传动尺寸、齿轮浸油深度、减速器的大致外形以及中心线在图幅上的布置等是否合适，否则应及时修改传动件的计算数据或对整个图面布局重新进行调整。2.注意事项 （1）根据已计算好的传动主要尺寸（中心距及齿宽等），估算的出机体和其它有关部分尺寸。 （2）根据估算的尺寸，初步确定减速器的长、宽、高，并初定各视图在图幅中所占的面积，以便确定图幅的大小和布置中心线。 （3）绘图的大致顺序如下：中心线 传动件的外廓线（这部分已用黑线绘好） 机体的内壁线 机体的外廓线。 （4）以下尺寸的取法和考虑的问题：L1机体外壁至联接螺栓中心线距离，主要考虑拧螺母时扳手转动的空间要求，可由螺栓直径查取；L1机体外壁至联接螺栓中心线距离，为机座的壁厚；L2联接螺栓中心线至机体端面的距离，主要考虑便于拧紧螺母（例如，沉头座尺寸等），可由螺栓直径查取。 第二阶段 1.主要任务确定轴上载荷作用点及其支点的位置，为验算轴和键联接的强度以及为计算轴承的寿命创造条件。本阶段的设计主要集中在俯视图上。2.注意事项（1）轴伸出端的尺寸应与该处要装的零件（如联轴器、齿轮、链轮、带轮等）相适应。（2）确定轴承端盖的结构形式（嵌入式或凸缘式端盖）。（3）确定轴承的位置。它取决于：轴承采用油润滑还是脂润滑；轴承供油方式。 （4）初步确定轴承的类型、直径和宽度。在确定轴承支点的位置时应注意，向心轴承取在宽度的中心点，向心推力轴承则应考虑轴承接触角所引起支点位置的改变。（5）轴上各作用力之间的距离最好圆整成尾数为0或5的数值，以便于计算。（6）绘图步骤有以下两种方法，可供参考： A法 根据轴的初估直径，按轴上零件的位置和轴向尺寸，并考虑零件的装拆以及轴的加工等工艺因素，画出阶梯轴的各段直径和长度；初步选出轴承的型号；确定轴承的润滑方式和轴端盖的结构形式，并根据推荐的经验数值画出轴承的外形；定出轴的支点及载荷作用点的位置，并量出其距离（如图中心的A、B、C和、），校核轴和键的强度，计算轴承的寿命等。如不合适，可在下阶段按需要尺寸进行修改。 B法 根据初估直径，初步选择轴承的类型，查出轴承的宽度，确定轴承的润滑方式和轴承端盖的结构型式；确定轴承的位置时，轴承端面至机体内壁的距离b1，可根据润滑方式的要求确定；外伸轴安装零件的位置，要考虑外接零件及轴承端盖的结构要求，如和，此为端盖外端面至外接零件的距离，必须考虑拆装端盖螺钉的长度要求，然后大致定出轴的支点及载荷作用点的位置；按许用弯曲应力计算阶梯轴的危险断面处所需要的键联接强度，以便在下阶段中进行轴的结构设计时，能作合理的安排。 第三阶段1.主要任务确定轴系零件的形状、尺寸及其在轴上的固定和调整等问题。2.注意事项（1）在画轴结构时应充分考虑：要保证轴和键联接的强度并满足轴承的寿命；装拆方便； 轴上零件的轴向和周向固定可靠； 在考虑轴向定位的同时，还要使轴承便于调整； 轴的加工工艺性好。2.画图时，不论在第二阶段中采用那种方法确定轴的跨距，都应按最合理的情况来考虑轴的直径及轴上零件的尺寸和位置，必要时，还需进行验算，使装配图上的尺寸尽量符合计算数值，以确保安全。画图时应注意遵循从加速器中心（实际上就是加速器壳体内的传动零件）开始向轴的两端逐渐延伸这一原则。第四阶段1.主要任务完成减速体箱体和附件的设计。2.注意事项 (1)应根据视孔盖、油塞、油标通气器的作用来确定它们的结构和位置。 (2)有关润滑、密封、通气器等结构，在同一减速器种三者要相互协调。 (3)安装螺栓、螺钉处用留有足够的扳手空间。螺栓（螺钉）头以及螺母的职称面应该加工（如做成沉头座孔等），并应考虑防松问题。 (4)机体的铸造工艺（如圆角、拔模斜度）、加工工艺（如加工面于不加工面）等都应考虑(5)在绘制上述结构的俯视图时，应同时绘制各零件的其它各个视图第四章 草图设计（下）轴系、壳体及附件等的结构设计一、 轴系的结构设计（以输入轴或输出轴为例，边看边画）1 轴尺寸的确定（1）轴径的确定 外伸段根据： 轴的强度；键的强度； 联轴器的要求 装轴承处：满足轴的强度 ；满足轴承的寿命 装齿轮处 ： 满足轴的强度； 满足键的强度这三处直径，已经进行了计算。在进行轴系的结构设计时必须满足这三处的直径要求。不但能进行装配，还须易于装拆及零件在轴上能轴向定位。(2)轴肩的确定轴肩有两种，一种是用做零件轴向定位；另一种只是用做改变轴的直径，其要求是不同的。 做定位用的轴肩 做定位用的轴肩，轴上的圆角半径必须小于孔的倒角或圆角半径。轴肩与孔的端面接触后还应有一个接触环，环宽不小于1毫米。轴肩的尺寸，也可参照相关轴上所装轴承的尺寸而定。 只改变轴径而出现的轴肩用做按需要即可。最小时轴径可取相同的公称尺寸，不同轴段可用公差来区分。轴上的圆角半径也应尽量用最大值以减小应力集中。（3） 轴各段长度的确定 轴上装有零件，一端紧靠轴肩定位，另一端靠轴上其它零件如套筒等来定位时，则轴上所装零件的端面，必须互相紧靠，因此轴上这方向的各轴肩就不能再与这些零件的端面相接触，必须缩入自己轴头上零件的毂孔内。 如轴上所装零件还须传递扭矩时，其轴头的长度一般L 1.2d ,（d为轴头直径）。以确保零件在轴上的稳定和满足键的强度要求。 不装零件段的长度按需要而定。2 密封轴通过轴承端盖处，必须进行密封。密封须考虑的问题：油的种类; 轴径的速度V; 环境情况; 对密封的要求; 轴径应是标准尺寸3 轴的定位转轴是要支撑零件和传递扭矩的。因此要求轴在转动时有固定的位置（即不能左右窜动）。又轴的定位是通过轴承的安装方式所获得的。安装轴承的方式应考虑：（1） 左右两方向轴向力的传递；（2） 考虑轴受热伸长及消除加工误差，以保证轴承的间隙，从而能使运转自如和达到运转精度；（3） 轴上零件的装拆与调整。采用双支点单向固定，还是单支点双向固定，要根据具体情况而定（此次设计多采用前者）。二、 壳体的设计 在剖分式减速器中，壳体设计对零件装配没有问题。主要应考虑壳体轻、刚度好、好铸造、好加工等。另需注意在螺栓头及螺母处加工有沉头座。螺纹紧固件应有防松装置。三、 附件的设计主要注意它们的作用、位置和构造。四、 画草图的注意事项1.由内往外；即从内部往外部画；2.先粗后细：先画零件的主要轮廓,后画零件的细节； 3.几个视图同时画； 4.规定:在俯视图上不用全剖型，即在两轴的外侧保留箱盖的局部外形；在主视图上，螺栓、定位销、观察孔、通气器、油标及油塞等要用局部剖以表达它们的构造。螺栓、定位销剖一个即可；箱体外形的铸造斜度和各圆角都要画出；草图不用画得太规矩（尤其是剖面线），否则费时间，且不必要。五、减速器的创新设计61 减速器的设计程序及设计要点1)设计减速器应具备的原始资料a.原动机的种类（如电动机、内燃机等）、特性、功率、转速等；b.工作机械的载荷特性和大小，包括启动特性、启动频率、制动特性、输入功率或输出扭矩的载荷变化图、载荷持续率、振动和冲击程度以及工作机械的转速等；c.原动机和减速器的联接形式，如采用联轴器、带传动或链传动等；若用带、链传动，还要考虑减速器输入端轴伸的悬臂径向力及输入轴的转速等因素；d.减速器与工作机械的联接型式，如采用联轴器、齿轮驱动等；应考虑减速器输出端轴伸上有无悬臂径向力，并确定减速器输出的转速及扭矩；e.减速器的传动比f.设备布置要求、位置大小、布置方式，如底座安装式、墙壁安装式、天花板安装式、法兰安装式、悬臂式等；输入轴和输出轴的相对位置如平行式或垂直式；输出轴的位置在水平方向还是竖直方向；g.工作机械的旋转方向，单向旋转和双向可逆旋转；h.工作环境要求，室内或是室外工作环境的温度、湿度、腐蚀程度和灰尘浓度等，工作环境对减速器有无特殊要求，如噪声、振动、可靠性等；i.预期寿命，一般为10年左右；j.经济性要求；k.制造厂的制造能力及工艺性要求。2)选择传动型式。根据所提供的原始资料，考虑选用何种结构型式的减速器。选型时应尽量考虑选用通用减速器，否则要设计专用减速器。在大传动比的情况下，可选用各种新型蜗杆减速器（如圆弧圆柱蜗杆传动）、摆线针轮减速器等。3)定传动比和齿型。在选定减速器结构型式后，可根据总传动比确定传动级数和各级的传动比，然后根据减速器的载荷、速度以及制造条件，合理选择直齿、斜齿或人字齿。采用斜齿轮时，在轮齿旋向安排上，应使用轴向力尽可能相互抵消。4)首先按简化的强度计算，初步确定各级中心距和模数，根据已知条件、载荷情况、传动比等数值，并针这类齿轮失效条件和制造条件，合理地选择齿轮材料和热处理方法、齿轮硬度、齿轮心部硬度及齿宽系数等进行强度计算。应根据齿面接触强度来确定各级出动的中心距，按齿根弯曲强度确定各级传动的齿轮级数，并将中心距和模数圆整数到标准系列参数。5)几何计算。按减速器的工作特点、传动比的大小和最可能发生的破坏形式（为防止根切，提高接触强度、弯曲强度、抗胶合能力、耐磨损性能以及凑中心距等），合理地选择变位系数、齿数和螺旋角。然后进行齿轮计的几何计算，求得减速器齿轮的各级几何尺寸，并根据载荷性质、传动要求、齿轮圆周线速度等因素来合理选取出论精度等级。必要时还要核算齿轮的其他啮合参数，如重合度、滑动比、强度比等参数。6)齿轮强度的校核。按GB348080渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法进行齿面接触强度和齿根弯曲强度的校核计算。必要时还应按渐开线圆柱齿轮胶合承载能力计算方法进行胶合能力校核计算。7)结构设计。确定齿轮的结构型式，大齿轮选用何种毛坯，如锻造齿坯、铸造齿坯、锻造齿圈、热装式或焊接齿坯。确定轴、轴承和箱体的结构型式以及轴上零件的固定方式。校核轴的强度及刚度，轴承的使用寿命。对蜗轮减速器还必须进行效率、发热及散热的计算。对淬硬齿面的齿轮减速器有时齿面也需要作散热功率计算，并根据散热及润滑油的温升情况和减速器的工作要求，选用合适的冷却方式、润滑方式、润滑油牌号和粘度以及密封方式等。8)减速器的附件，如油标（或油标尺）、透气塞或通风罩、排油孔和螺塞和视孔盖等。9)绘制设计图纸10)设计中必须贯彻标准化。对模数、齿形角、齿高系数、中心距齿宽系数、传动比、中心高等，一般均应选择标准系列数据。在系列减速器的设计中，还应该考虑到通用化的原则，减少零件品种，便于生产管理。同时在设计过成中还要考虑到优化设计的原则，以使减速器的各级传动之间等强度或使减速器的中心距和重量为最小，提高减速器的技术经济指标。 在设计中还应该考虑到制造厂的制造能力，铸、锻及机械加工的工艺水平，材料来源，以使设计切实可行，先进可靠。6 3 通用标准减速器的发展趋势1)通用标准圆柱齿轮减速器正由调质齿轮向淬硬齿轮方向发展（如ZD、ZL、ZS、ZDH、ZLH、ZSH等系列减速器）。这类新型淬硬齿轮减速器具有承载能力大、结构紧凑的优点，因而相同功率的新型减速器的重量和体积大大减小，但箱体的散热面积也相应的减少，一般在选用时应进行散热功率的计算，以便确定该减速器是否需要采用冷却措施。 桥式起重机用标准减速器也正调质正火齿轮向高硬度调质齿轮（HB350左右，即中硬齿面）方向发展（如ZQ、ZQH等系列减速器），以提高其承载能力，延长使用寿命。 除了传统的展开式圆柱齿轮减速器以外，还发展了通用标准同轴线式圆柱齿轮减速器。这中减速器结构紧凑，布置方便。而且有的减速器还可以将法兰式电动机装在减速器箱体上，直接与减速器联接，省去了联轴器等元件，使用更为方便。 2)增添了标准圆锥圆柱齿轮减速器新品种。这类减速器也采用淬硬齿轮，体积小，重量轻其输入轴和输出轴呈垂直位置，可满足皮带运输机等行业需要。 3)蜗杆减速器除了传统的阿基米德蜗杆减速器（如WS、WD等系列减速器）外，还增加了直廓环面蜗杆减速器、平面二次包络环面蜗杆减速器和圆弧圆柱蜗杆减速器等新品种。这些新型蜗杆减速器的特点为承载能力大，传动效率高，重量和体积相应减小。 4)行星齿轮减速器正在带劲均栽机构，提高制造工艺，设计新型行星齿轮减速器。 5)齿轮减速器电动机是将电动机和减速器合为一体的结构。它具有结构紧凑、使用方便的优点。目前也向淬硬齿轮方向发展，结构上改为同轴线式，由二级传动改为三级传动，扩大了传动比范围，输出轴转速范围也相应扩大。 此外，电动机制动器减速器三者合为一体的齿轮减速器电动机，电磁调速电动机与减速器组合，机械无级变速器与减速器组合等也正在发展，以满足多方面发需要。 6)通用标准减速器也正在摆脱过去单一的底座安装式的结构型式，向多工位方向发展。既减速器不仅可做成底座安装式，也可做成天花板底座安装式，在侧面墙壁上底座安装式。输出轴可以在水平位置，也可以在垂直位置，甚至倾斜位置。也可以采用法兰联接式，将减速器直接固定在工作机械上。另外，还有悬挂式减速器，将减速器的输出轴（空心轴）直接安装在工作机械输入轴上。这样就使减速器安装简便，适合于各种不同的场合。64 结构创新设计方法变元法结构设计是机械设计中的最主要的环节，是将机械的工作原理变成技术图纸的过程。变元法源于德国，是用于机械产品结构设计的一种富有创造性内涵的新方法。在应用变元法进行产品结构设计时，必须首先确定该产品的一种基本结构方案。然后在此基础上开发出多种新的结构方案。变元法的内涵有两个；第一是定义机械结构的变元，这些变元有数量、形状、材料、位置、联接、尺寸和工艺共7个；第二是通过改变这些变元创造性地构造出多个结构方案。下面对7个变元逐一介绍。数量变元机械产品结构中零件的轮廓线、轮廓面、工作面、加工面以至整个零件均可视为基本元素，可通过改变产品结构中基本元素的数量以实现产品结构的改变。形状变元改变结构零件的轮廓形状、表面形状、整体形状以及改变零件的类型和规格都可以得到不同的结构方案。材料变元零件选用不同的工程材料往往导致该零件的尺寸结构随之改变，因而加工工艺也发生变化，从而影响整个产品的结构；因此通过改变材料变元可以构造出不同的结构方案。位置变元通过改变产品结构中基本元素之间的布置位置可得到不同的结构方案。联接变元联接变元有两层含义：一是联接方式，有螺纹联接、焊接、铆接、胶接及过盈联接等；二是对于每一种联接方式都有多种联接结构。通过改变联接方式和联接结构可得带不同的结构方案。尺寸变元包括长度、距离和角度等，通过改变零件部件及构件的尺寸可改变产品的结构。工艺变元结构设计与工艺是紧密相关的。由于零件的制造工艺不同，零件和产品的制造成本、质量以及性能也不同，从而影响产品的结构。根据所设计机械产品的特点，灵活的运用上述个变元，同时设计者依据所具备的知识、经验，运用创造性思想方法，如类比、推理、归纳、模拟、想象、直觉及灵感等，可构思出很多种结构方案。为保证产品结构方案设计的正确与可靠，在结构设计时应遵循力学准则、工艺准则、材料准则、装配准则、防腐蚀准则、公差配合准则、支承准则和安全与外观准则等项准则。65 设计中应注意的技术要求 1.外购材料与零部件应具有JB/ZQ4000.1-86中规定的检验报告与合格证。 2.用于紧固机架，机座和压力容器压紧法兰的紧固件，在紧固后，螺钉或螺母的端面与被紧固零件间的倾斜不得大于1。 3.螺栓与螺母拧紧后，螺栓应露出螺母2-4扣，不许露出过长或过短。 4.各种密封毡圈、毡垫、石棉绳、皮碗等密封件装配前必须浸透油。钢纸板用热水泡软，紫铜垫作退火处理(加热至600-650后在水中冷却)。 5.d4mm圆锥销与孔应进行着色检查，其接触率不得低于50%。带螺尾圆锥销打入后，大端须沉入相关件2-3扣。 6.钩头键与楔键装配后，工作面上的接触率应在70%以上，其不接触部分不得集中于一段。装配后外露尺寸应为斜面长度的10-15%(不包括钩头)。 7.花键或齿形离合器的装配，单齿分度加工的矩形花键或齿形离合器的工作面研合后，同时接触的齿数不得少于2/3；接触率在齿长和齿高方向上均不得低于50%，研合时可用0.05mm的塞尺检查齿侧隙，塞尺不得插入全齿长。 8.锥轴伸与轴孔配合表面接触应均匀，着色研合检验时其接触率不得低于70%。 9.各类联轴器技术要求及轴向(X)、径向(Y)与角向()的许用补偿量，应符合有关联轴器标准的规定。 10.轴承外圈与开式箱体或轴承座的各半圆孔间不准有夹帮现象。 11.采用润滑脂的轴承，装配后在轴承空腔内注入相当空腔容积65-80%的清洁润滑脂。 12.轴承装在轴上后应靠紧轴肩，轴承内圈在常温状态经打击没有串动现象的情况下，圆锥滚子轴承和向心推力球轴承与轴肩的间隙不得大于0.05mm。其它轴承不得大于0.10mm。 13.装配滚动轴承允许采用机油加热进行热装，油的温度不得超过100。 14.在轴两端采用了径向间隙不可调的向心轴承(或滚针轴承、螺旋滚子轴承等)，而且轴的轴向位移又是以两端端盖限定时，必须留出间隙C。如果没规定C的数值，通常可按C=0.2-0.4mm规定，当温差变化较大或两轴承中心距较大时，间隙C的数值可按下式计算:C=Lt+0.15式中:C轴承外座圈与端盖间的间隙，mm。L两轴承中心距，mm。轴材料的线膨胀系数(取=1210-6)t轴工作时温度与环境温度之差，。0.15轴膨胀后剩余的间隙，mm。 15.单列圆锥滚子轴承、向心推力球轴承、双向推力球轴承、双列和四列圆锥滚子轴承在装配时均应检查其轴向游隙，并应符合的要求。 16.滑动轴承上、下轴瓦的接合面要接触良好，无螺钉把紧的轴瓦接合面，用0.05mm和塞尺从外侧检查，在各处的塞入深度，都不得大于接合面的1/3。17.上、下轴瓦装配后其外圆应与相关轴承孔良好接触，如果图样或相关设计文件对接触率未作具体规定时，应作到：1）上下轴瓦外圆与相关轴承孔的接触要求: 接触角:稀油润滑130-150；油脂润滑120-140，角内接触率60%-70%。2）瓦侧间隙：D200时，0.05mm塞尺不准塞入D200时，0.10mm塞尺不准塞入。18.轴瓦内孔刮研后，应与相关轴颈接触良好。19.上、下轴瓦接触角以外的部分均需刮出油楔，楔形从瓦口开始由最大逐步过渡到零，楔形最大值按下表中规定。上、下轴瓦经刮研达要求并组装后，轴瓦内径与轴顶部处的间隙值C应达到图样配合公差的中间值或接近上限值。20.轴瓦中装固定销用的通孔，应在瓦口面与相关轴承孔的开合面保持平齐的情况下，与其配钻铰。固定销打入后，应与销孔紧密配合，不得有松动现象，销子的端面应低于轴瓦内孔2-3mm。21.过盈配合零件在装配前必须对配合部位进行复检，并做好记录。过盈量应符合图样或工艺文件的规定；与轴肩相靠的相头轮或环的端面，以及作为装配基准的轮缘端面，与孔的垂直度偏差应在图样规定的范围内。22.压装的轴和套允许在引入端制作导锥，导锥的长度不准超过配合部位长度的15%，锥度各工厂自定。23.采用压力机压装时，应做好压力变化的记录，压力变化应当平稳，出现异常时就进行分析，不准有压坏零件配合表面的现象。图样有最大压入力的要求时，应达到规定数值，不准过大或过小。24.压装完成后，在轴肩处必须靠紧，间隙不得大于0.10mm。25.热装薄环或轮缘时，在端面处应设置可靠的定位基准。热装后轴与环或轮毂与轮缘之间的中心不准出现互相偏斜现象。26.除铸铁轮毂与钢制轮缘在热装后可向轮毂内壁均匀浇冷水外，其余热装零件均应自然冷却，不准急冷。27.零件热装时，必须靠紧轴肩或其它相关端面。零件经过冷缩后，零件与轴肩或其它相关端面的间隙在图样未做规定时，不得大于配合长度尺寸的1/1000。28.主动链轮和被动链轮齿的中心线应当重合。其偏移误码差不得大于两链轮中心距2/1000。29.链条非工作边的下垂度，在图样没有具体规定时，按两链轮中心距的1-4.5%的规定。30.相关的两个平面需要互研时，只能在两个平面各自按平板或平尺刮研接近合格后，方准两件互研。31.下列回转零件必须做静平衡试验:1).图样已给出不平衡力矩限值的零件；2).对于没有注明静平衡试验的回转零件，当Q.nmax25时均需进行静平衡试验.式中Q为回转零件的质量，t；nmax为回转零件的最大转速，r/min.当nmax20r/min的以及锻造的全加工、全对称的回转零件不作静平衡试验。32.对于需要作平衡试验，但未规定平衡精度时，按JB/ZZ4-86规定的平衡精度G18执行.33.所有铸造液压缸体等容器，如试压工序是安排在粗加工后进行的，而在精加工后表面又出现了气孔、裂纹、夹渣等缺陷时，则必须重新进行试压。34.所有钢板焊接的液压罐等容器，焊后应进行试压，焊缝处经过切削加工时，则要重新试压。35.锻造或锻焊结构的液压缸等，要采用外观、超声波探伤、液压试验等方法，对承压的可靠性进行检验。36.探伤表面粗糙度应达到Ra3.2m.37.承压母体试压与装配后的密封试压，如无特殊规定试验压力，一般为工作压力的1.5倍。38.零件母体承压可靠性的试压，保压15min(允许补压)，母体各部不准有渗漏现象。39.装配件密封性试压，保压2min，不降压，且各密封处不准有渗漏现象。40.固定在机体上的管路，应按照JB/ZQ4000.8-86管道与容器焊接防锈通用技术要求的规定，进行清洗与防锈处理。 41.装配齿轮时，齿轮孔现轴的配合必须符合设计要求；齿轮基准端面与轴肩(或定位套端面)应贴合，并应保证齿轮基准端面与轴线的垂直度要求。 42.相啮合的圆柱齿轮副的轴向错位应符合如下规定 a.当齿宽B100mm时，错位B0.05B； b.当齿宽B100mm，错位B5mm 。 43.齿轮装配后，齿面的接触斑点和侧隙，应符合GB10095和GB11365的规定.齿轮齿条副和蜗轮蜗杆副装配后的接触斑点与侧隙应分别符合GB10096和GB10089的规定. 44.装配圆锥齿轮时，应按加工配对编号装配。 45.齿轮箱的变速机构换挡应灵活自如，且不应有脱挡或松动现象。 46.齿轮箱体与盖的结合面应接触良好.在自由状态下，用0.15mm塞尺检查不应塞入.在紧固后用0.05mm 的塞尺检查。一般不应塞入，局部塞入不应超过结合面宽的三分之一。 47.齿轮箱装配后，用手转动时应灵活平稳。 48.齿轮箱装配后的清洁度应符合GB11368的规定。49.齿轮箱装配后应设计和工艺规定进行空载试验。试验时不应有冲击，噪声。温升和渗漏不得超过有关标准规定。 50.装配密封件时，对石棉绳和毡垫应先浸透油，对油封和密封圈，装配前应先将油封唇部和密封圈表面常委会上润滑脂(需干装配的除外)。 51.油封的装配方向应使介质工作压力把密封唇部压紧在轴上(如图4所示)，不得装反，如油封用于防尘时，则应使唇部背向轴承。 52.若轴端有键槽.螺钉孔.台阶等时，为防止轴封或密封圈损坏，装配时可采用装配导向套(如图5所示)。 53.装配密封件时必须其与轴或孔壁贴紧，预防渗漏。54.装配端面密封件时必须使动静环具有一定的浮动性。但动，静环与相配零件间不得发生连续的相对转动，以防渗漏。55.产品装配必须做到三按 三按即按设计图样和技术条件，按装配工艺规程，按本标准和与装配的产品有关的标准.即按设计要求的配合精度和零部件间的相互位置精度装调，所有产品都具有正确.完整的装配工