95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①轴②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1000rpm•功率：工作机所需功率电动机所需功率=—————————系统总效率•总效率=η1×η2×…×ηn•记录电动机安装及外形尺寸aWdPP/工作机所需的工作功率kWFvPW1000效率。从电动机到工作机的总a传动部分总效率分析(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PedPd。1、电动机功率的确定齿轮传动滚动轴承432联轴器423321.aη2滚动轴承效率；η3齿轮传动效率；η4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η2滚动轴承效率；η3齿轮传动效率；η4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//rniiininWWad所需电动机转速：/2/1/0/iiiia1iI轴III轴II轴IV轴0轴nInIInIIInw=nIV0i2inm一般选择同步转速为1500和1000r/min电动机。DvnW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2-11-3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=(1.3~1.4)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Wmanni/212/,)4.1~3.1/(iiiiiaii21)4.1~3.1(ii21iiiDvnW1000601-4计算各轴的转速、功率和转矩轴号转速n（rpm）功率P（Kw）转矩T（N∙m）传动比iⅠⅡⅢⅣ1iI轴III轴II轴IV轴0轴nInIInIIInIV0i各轴转速如下：I轴：II轴：III轴：IV轴：0innmI1innIII2innIIIIIIIIIVnn2inm432I轴III轴II轴IV轴0轴PIPIIPIIIPIVPd1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ddIPPP3212IIIIPPP3223IIIIIIIPPP4234IIIIIIIVPPPI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：mddnPT9550IIInPT9550IIIIIInPT9550IIIIIIIIInPT9550IVIVIVnPT9550PIPIIPIIIPIVnmPdTITIITIIITIVTd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。aWdPP/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•v≤12m/s：油池浸油润滑–齿轮浸油深度：1~2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≥4~5m/s——上置式蜗杆：蜗轮浸油1~2个齿高–v＜4~5m/s——下置式蜗杆：蜗杆浸油0.75~1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v12m/s或上置式蜗杆v10m/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v2~3m/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v2~3m/s–下置式蜗杆传动中蜗轮轴的轴承–上置式蜗杆传动中蜗杆轴的轴承飞溅润滑输油沟结构尺寸铸造挡油盘钢板挡油环•滚动轴承采用油润滑时，若轴上小斜齿轮直径小于轴承座孔直径，为防止齿轮啮合过程中挤出的润滑油大量冲入轴承，在轴承靠箱体内壁一侧安装钢板挡油盘。草图设计①比例1：1，0号图纸；②合理布置图画，估计减速器轮廓尺寸：③画法：由里向外，先画中心线和轮廓线，再画内部结构。画出传动零件的中心线和轮廓线，机件内壁线和机体对称线，定出轴承和轴承座端面位置。3-4装配草图布局3-5减速器装配草图设计内容•轴的结构设计•确定轴承型号、轴的支点距离、作用在轴上零件的力的作用点•轴的强度计算•轴承的寿命计算•键的强度计算•轴系零件（齿轮、轴承、套筒、挡油环、端盖、密封圈等）的结构设计•减速器箱体的结构设计•减速器附件设计设计方法：边画图、边计算、边修改•画出齿轮的轮廓和箱体内壁线•确定轴承座孔宽度L，画出轴承座的外端线。•确定轴承的位置•轴的结构设计——由端部开始，逐段确定轴径和宽度–定位轴肩：3~5mm；滚动轴承的定位轴肩：查轴承手册。–非定位轴肩：0.5~1.5mm–安装滚动轴承、传动件、密封件等处的轴段直径应取标准值。–滚动轴承端面距箱体内壁的距离：油润滑3~5mm；脂润滑10~15mm–外伸长度与轴上零件和轴承盖的结构有关齿轮减速器内壁线（主视图）•P26表3•箱盖内壁到大齿轮齿顶圆的距离Δ1•箱盖壁厚δ1•大齿轮齿顶圆到油池底面的距离30-50mm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Δ1•齿轮端面与箱体内壁的距离Δ2•中间轴两齿轮端面间距8-15mm△1△2△28~15箱体内壁齿顶圆123211a2a1图中的Δ1,Δ2,Δ3,δ及δ1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c2δC15～8C2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：Me最大的截面；22VHMMM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：22)(TMMe5.求危险截面的当量弯矩：靠近Memax，直径较小的截面。6.按弯扭合成强度条件校核：beedM131.0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(RH2+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Lh（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R20标准数列值（P73表9-7）减速器