机械设计课程设计超详细

第一章概述一、课程设计的目的1.了解机械设计的基本方法，熟悉并初步掌握简单机械的设计方法、步骤。2.综合运用已学过的先修课的有关理论和知识进行工程设计，培养设计能力、理论联系实际的能力以及独立工作的能力。3.进行机械设计基本技能的训练，熟悉与机械设计有关的标准、规范、资料、手册等。二、课程设计的内容一般的传动装置设计内容有：1.传动方案的拟订；2.电动机的选择及运动学参数的计算；3.传动件的设计；4.轴的设计；5.轴承的选择计算；6.键、联轴器的选择和校核；7.装配图设计；8.零件图设计；9.编写设计说明书。三、课程设计的任务1、设计工作量（1）减速器装配图1张（1号图纸），计算机绘图或手工绘图；（2）零件工作图2张（3号图纸），手工绘图，要求齿轮类零件和轴类零件图各1张；（3）设计计算说明书1份（A4纸，20页以上）。2、课程设计题目以教师指定为准。注意发给你们的资料。例如：题目1：垂直斗式提升机传动装置设计（C）题目2：机械厂装配车间输送带传动装置设计（D）题目3：悬挂式输送机传动装置设计（E）题目4：螺旋输送机传动装置设计（F）题目5：塔式起重机行走部减速装置设计（H）……题目1垂直斗式提升机传动装置设计（C）题目2：装配车间输送带传动装置设计（D）题目3：悬挂式输送机传动装置设计（E）题目4：螺旋输送机传动装置设计（F）题目6：塔式起重机行走部减速装置设计（H）系统方案参考图1-电动机；2-V带传动；3-展开式二级圆柱齿轮减速器；4-联轴器5-卷筒6-运输带654TT减速器系统方案参考图例减速器装配图参考图例减速器装配图参考图例1.传动装置总体设计(3天）2.装配草图设计（1周）3.装配工作图设计（3天）4.零件工作图设计（1天）5.编写设计计算说明书（2天）6.答辩（1天）四、课程设计计划（3周）五、成绩评定根据设计过程的表现、图纸质量、说明书及答辩四方面综合情况评定成绩，按优秀、良好、中等、及格、不及格评分，独立实践环节课程记载成绩。六、主要参考书包括《机械设计》、《机械设计课程上机与设计》主教材、机械设计（零件）课程设计指导书、机械（零件）设计手册和图册等。1.吴相宪,王正为,黄玉堂主编.实用机械设计手册.徐州:中国矿业大学出版社,19952.哈尔滨工业大学主编.机械设计课程设计图册.北京:高等教育出版社,19913.哈尔滨工业大学主编.机械零件课程设计指导书.北京:高等教育出版社,19874.陈淑连,张爱淑,徐桂云主编.机械设计基础课程设计指导书.徐州:中国矿业大学出版社,1995七、课程设计的要求1.明确学习目的，端正学习态度2.在教师的指导下,由学生独立完成3.正确处理理论计算与结构设计的关系4.正确处理继承与创新的关系5.正确使用标准和规范第2章传动装置总体设计一、选择电动机1.选择电动机类型(见指导书）常用：Y系列三相异步电动机同步转速：300015001000750级数：2468电动机安装型式和尺寸2.确定电动机的功率wdPPkWdP(1)工作机所需电动机功率1000vFPw9550wWnTP或wP工作机的功率传动装置总效率54234211-带传动；2-轴承；3-齿轮啮合；4-联轴器；5-工作机(2)确定电动机型号例：Pd=3.6kW611324112MYMYnm=960r/minnm=1440r/min查取电动机轴外伸端尺寸:D-直径E-长度等，电机额定功率为：4kW二、传动装置总传动比的确定和分配1.确定总传动比iawmanni2.分配各级传动比21iiiiiioa减速器外传动比减速器传动比0ii(1)各级传动比应在推荐范围内选取，不得超过最大值。(4)圆锥---圆柱齿轮减速器ii25.01iiii)4.1~3.1()4.1~3.1(121或(2)展开式二级圆柱齿轮减速器分配原则:(3)同轴式二级圆柱齿轮减速器i1i2=i注意：（1）尺寸协调、互不干涉（2）尺寸紧凑、便于润滑按工作机所需电动机功率Pd计算，也可按电动机额定功率Ped计算。见指导书。三、传动装置运动、动力参数计算计算各轴的功率P、转速n和转矩T列汇总表：第3章传动件设计计算一、减速器外传动零件设计1.普通V带传动已知：P、n、T、i2.链传动已知：P、n、T、i设计步骤：见教科书例题3.开式齿轮传动已知：P、n、T、i1.高速级齿轮传动已知：P、n、T、i设计步骤：见教科书例题2.低速级齿轮传动已知：P、n、T、i设计步骤：见教科书例题二、减速器内传动零件设计三、按转矩初步计算轴的最小直径mind注意：1.键槽单键：加3%~5%双键：加7%~10%2.圆整为标准直径3.或按联轴器圆整直径3nPC≥四、验算工作速度误差%5五、减速器箱体结构尺寸注意：1,12,161ddf6,832dd、理实理vvvv≤≥8，≥≥第4章传动装置的结构设计传动装置中包含已设计的传动零件(如齿轮、蜗轮)，将要设计的轴系和支承零件(如轴、轴承、箱体、箱盖)及附件等。本章将介绍其结构设计要求。结构设计时要考虑整体或局部结构的工作特点与材料的选择；零部件结构形状与强度；零部件及系统刚度与各零部件的位置关系及固定方式；系统运转精度和灵活性与各元件的加工装配精度和使用寿命；零部件生产周期与加工装配维护工艺性要求；设计结果的合理性与技术表达，包括正确的工程图样表达等。设计、计算和绘制图样一般应交叉进行，注意：“边计算，边设计，边修改，边完善”。第一节常用减速器结构分别给出了二级圆柱齿轮减速器、二级圆锥—圆柱齿轮减速器和各部分结构的推荐尺寸。图4-1图4-2表4-1图4-3图4-4第二节传动装置装配草图和零部件结构设计一、装配草图设计准备装配草图的设计主要包括：初绘装配草图；轴、轴承、键的设计和计算；轴系设计及箱体与附件设计。草图设计准备包括：(1)通过参观或装拆实际减速器，观看录相，阅读相关手册、图册和教材上的相关内容，了解各零部件的功用、结构及其相互关系，做到对设计内容心中有数；(2)根据设计计算确定传动零件的主要尺寸，如齿轮的分度圆和齿顶圆直径、宽度、轮毂长度、传动中心距、电动机型号及轴端的相关设计要求；(3)明确各个零部件的工作要求，如键、轴承、传动件、滚动轴承的润滑、密封方式等；(4)减速器箱体的结构形式(如剖分式或整体式等)，并计算其各部分尺寸以及附件设计等。二、绘制装配草图的步骤减速器中的传动零件、轴、轴承是减速器的主要零件，其他零件如箱体及附件的结构是为了满足主要零件工作条件而设计的，设计步骤如下：(1)确定各级轴及传动零件在装配图中的相对位置和布局；(2)初步估计轴径尺寸及箱体相关结构尺寸；(3)初步确定轴承型号和润滑方式，轴承盖、联轴器等的类型、型号等，确定轴系部件的轴向位置；(4)轴的受力分析及设计计算(见教科书例题)；(5)轴承的计算和型号的确定(见教科书例题)；(6)校核键和其他零件的强度(见教科书例题)；(7)完成减速器的总体设计。三、初绘装配草图传动零件、轴和轴承是减速器的主要零件，其他零件的结构尺寸应围绕其进行设计。绘制装配草图时应先绘制主要零件，后绘制次要零件；轴的长度确定由内向外，直径确定由外向内；由粗到细，逐步完成；绘图时，可以先以一个视图为主，兼顾其他视图。(1)布置图面时，应根据传动件的中心距、顶圆直径及轮宽等主要尺寸，估计出减速器的轮廓尺寸，合理布置图面，选用恰当的比例尺。(2)确定减速器各零件的相互位置时，参考图1-7，先在主、俯视图上画出箱体内传动零件的中心线、齿顶圆、分度圆、齿宽和轮毂长等轮廓尺寸；(3)确定轴承和外接零件位置为轴和轴承计算提供依据。图4-5图4-6二级圆柱齿轮减速器草图初步四、轴系结构设计一)箱体与轴系零件位置传动件、箱体、轴、轴承及轴承盖的结构布局和主要尺寸，可参考图4-1~4-4，然后初步绘出相关零部件的位置。图4-5~4-7分别根据二级圆柱齿轮、圆锥—圆柱齿轮传动方案绘制。图中c1、c2、δ的确定参见表4-1。确定轴系零件轴向位置时应注意：(1)不同轴上的旋转零件间，轴上旋转零件与箱体间，均要留有一定距离，以免发生碰撞，一般取8～15mm。(2)滚动轴承间距应使轴系具有较大的刚度，滚动轴承距箱体内机壁的距离Δ3，应根据滚动轴承的润滑和密封方式确定，当传动零件边缘圆周速度v大于2～3m／s时，可采用飞溅润滑方式润滑轴承，这时可取Δ3=3-5mm；当轴承dn值小于2×105mm·r／min或v小于2～3m／s时，可采用润滑脂润滑，取Δ3=8～12mm，见图4-8。图4-8（3）轴的外伸长度取决于外接零件及轴承盖的结构。如轴端装有联轴器，则应留有足够的装配距离，例安装弹性套柱销联轴器所要求的安装尺寸B见图4-9。图4-9(4)采用不同的轴承盖结构时，箱体宽度不同，轴的外伸长度也不同，当采用凸缘式轴承盖时(图4-10)，轴的外伸长度考虑预留拆装轴承盖螺钉长度L，则可在不拆下外接零件的情况下，拆装轴承盖螺钉，打开箱盖；采用嵌入式轴承盖时，L可取较小值。图4-10二)轴系结构根据轴上各零件和支承的位置，通过计算确定轴径尺寸和轴承后，在进行轴系结构的详细设计时应注意以下问题：(1)当外伸轴通过联轴器与其它零件联接时，根据扭矩计算的轴径应与联轴器孔径相匹配。图3-11轴承拆卸高度(2)轴和轴上零件要有准确的定位，便于装拆和调整，具有良好的制造工艺性，一般把轴做成阶梯形，见图4-10。当相邻轴段直径变化处的轴肩是为了固定轴上零件或承受轴向力时，其直径变化值要大些，轴肩根部圆角半径r应小于轴上零件的倒角C或圆角半径r，见图4-9中I、Ⅱ等处，定位轴肩的尺寸见表4-2。当用定位轴肩固定滚动轴承时，轴肩高度可参见轴承安装标准，以便于轴承拆卸，见图4-11；仅为装拆方便的轴肩其直径变化值可较小，一般直径变化量可取1～3mm。(3)当轴表面需要磨削加工或切削螺纹时，为便于加工和提高加工效率，轴径变化处应留有砂轮越程槽(图4-12)或退刀槽，具体结构尺寸参见标准。图4-12(4)轴上安装传动零件的轴段长度应根据所装零件的轮毂长度确定，由于存在制造误差，为了保证零件轴向定位可靠，应使轴的端面与轮毂端面间留有一定距离，见图4-13，一般取Δl=1～3mm。图4-13(5)安装键的轴段，便于装配时使轮毂上的键槽与键对准，键槽布置应靠近轴上零件装入端，见图4-14。键的长度可比轴毂配合长度短5～10mm，并按标准圆整。(6)对悬臂支承结构(如小锥齿轮轴)，为使轴系具有较大的刚度，两轴承支点跨距不宜太小，轴上零件尽量靠近支点，图4-15给出了支点跨距与悬臂零件间的推荐距离。Δl=1～3mm图4-15图4-14(7)装配时需要调整齿轮的轴向位置时(如为保证大小锥齿轮锥顶重合)，常将小锥齿轮轴系装在套杯内，构成一个独立组件，并可用调整垫片调整套杯轴向位置，从而使小锥齿轮调整到正确安装位置，见图4-16。套杯用于固定轴承的凸肩高度应按轴承安装尺寸要求确定。图4-16三)传动零件的结构设计(1)齿轮结构齿轮结构通常与其几何尺寸、材料及制造工艺有关，一般多采用锻造或铸造毛坯。由于锻造后的钢材力学性能好，当齿根圆直径与该处轴直径差值过小时，为避免由于键槽处轮毂过于薄弱而发生失效，应将齿轮与轴加工成一体。当齿顶圆直径较大时，可采用实心或辐板式结构齿轮。辐板式结构又分为模锻和自由锻两种，前者用于批量生产。辐板式结构重量轻，节省材料。齿顶圆直径da≤400～500mm时，通常采用锻造毛坯；当受锻造设备限制或齿顶圆直径da500mm时，常采用铸造齿轮，设计时要考虑铸造工艺性，如断面变化的要求，以降低应力集中或铸造缺陷。(2)结构设计参数选择在设计齿轮或蜗轮结构时，通常先按其直径选择适宜的结构形式，然后再根据推荐的经验公式计算相应的结构尺寸，见表4-3。表4-3齿轮结构锻造齿轮锻造齿轮铸造齿轮铸造齿轮五、箱体及轴承盖的结构一)箱体减速器箱体是支承轴系部件、保证传动零件正常啮合、良好润滑和密封的基础零件，应具有足够的强度和刚度。箱体结构复杂，多用灰铸铁铸造；重型传