机械设计课程设计1PPT课件.ppt

1 第一章 概论 一 课程设计的目的机械设计课程设计是机械设计课程的最后一个教学环节 也是机械类专业的一次较为全面的机械设计训练 设计的目的主要有 1 培养学生综合运用机械设计课程及其他先修课程的理论知识和生产实际知识解决工程实际问题的能力 并通过设计训练 巩固提高所学的理论知识 2 学习和掌握一般机械设计的基本方法和程序 培养正确的设计思想 如方案分析 比较与选择的思想 理论联系实际的思想 力求设计合理 实用 经济 标准化的思想 3 进行机械设计方面的基本技能训练 包括计算 绘图 结构设计能力及熟悉和运用设计资料的能力以及使用经验数据 进行经验估算和处理数据等 2 二 课程设计的任务书 1 课程设计的内容题目 带式运输机的传动装置铸造车间一造型用的砂型运输带 由电动机驱动传动装置带动之 运输带每日两班制工作 每班8小时 预定工作8年 每年工作300天 运输带作连续的单向运转 载荷平稳 空载启动 运输带运行速度允许误差为 5 设计此传动装置 原始数据 卷筒所需力矩 卷筒直径 运输带运行速度 3 2 完成的工作量 减速器装配图1张 1号或0号图纸 零件图两张 在轴 齿轮 带轮 箱体 箱盖中任选两个 设计计算说明书1份 4 三 课程设计的步骤 5 四 设计中应注意的问题 明确学习目的 端正学习态度学习的目的在于提高 而不是敷衍了事 获得成绩 设计完成后应检查一下 自己是否提高 达到设计目的的要求 在教师的指导下 由学生独立完成正确处理理论计算与结构设计的关系不能把设计片面理解为就是理论计算 如强度计算 或把这些计算结果看成是不可更改的 而应认为这种计算只是为确定零件的尺寸提供了一个方面的依据 在设计中还可以根据结构和工艺性要求确定尺寸 然后校核强度 而在有些场合 则利用经验公式确定零件的尺寸 而这种经验公式是综合考虑了结构 工艺 强度 刚度等诸多方面的因素 由经验得出的 如减速器机体的壁厚 齿轮 带轮的轮缘与轮毂的尺寸等 经验公式不是严格的等式 只是在一定条件下的近似关系 由此得到的数值 有时应该根据具体情况作适当的圆整 总之 确定零件的尺寸 应全面考虑强度 结构和工艺的要求 6 正确处理继承与创新的关系机械设计是一项复杂 细致的创造性劳动 任何设计都不可能由设计者脱离前人长期经验的积累而凭空想象出来 同时 任何一项新的设计都有其特定的要求和工作条件 没有现成的方案供照抄照搬 因此 既要克服 闭门造车 的设计思想 又要防止盲目地 笔架分析地全盘抄袭现有的设计资料的做法 应从给定的设计任务出发 充分利用已有技术资料 认真分析现有设计方案的特点 以开拓自己的设计思想 充实和完善自己的设计 另外 正确地利用已有的资料 既可以避免许多重复工作 加快设计进程 同时也是创新的基础和提高设计质量的重要保证 善于继承和发扬前人的设计经验和长处 合理地使用各种技术资料也是设计能力的体现 要养成情欲观察和思索的习惯 敢于提出问题 勇于创新 逐步培养和提高设计能力 7 正确使用标准和规范设计中正确地运用标准 有利于零件的互换性和加工工艺性 可以减轻设计工作量 节省设计时间 收到良好的经济效果 在设计中是否使用标准和规范也是评价设计质量的一项指标 因此 要尽量采用标准 如果遇到标准与规范与设计要求矛盾时 经过必要的手续也可放弃标准而服从设计要求 为了制造 测量和安装的方便 许多非标准件的一些尺寸 也要尽量圆整成标准数列或选用优先数列 如减速器的箱体的长宽高等 都应适当圆整成优先数列 一般为0或5mm的尾数 而对于一些有严格几何关系的尺寸 如齿轮传动的啮合尺寸参数 则必须保证其正确的几何关系 而不能随意圆整 如模数 齿数 的斜齿圆柱齿轮 其分度圆直径 不能圆整成 8 正确处理计算与画图的关系有些零件可以由计算得到尺寸后 画草图决定结构 如带轮 齿轮等 而有些零件则学要先画草图 以取得计算所需的条件 如轴 常由草图决定支撑点及力的作用点的位置 才能作弯矩图 然后进行强度计算 又有计算结果 对草图进行修改 因此 计算和画图并非截然分开 而是相互依赖 相互补充 交叉进行的 这种边计算 边画图 边修改是设计的正常过程 9 第二章 传动装置的总体设计 第一节拟定传动方案机械传动方案是机械系统型的综合 一般用运动简图表示 它直观反映了工作机 传动装置和原动机三者之间的运动和动力之间的关系 传动方案除应满足工作机的性能要求 适应工作条件 工作可靠外 还应使结构简单 尺寸紧凑 加工方便 成本低廉 传动效率高和使用维护方便等 在拟定传动方案时 应根据设计任务 设计多种传动方案 从上述几个方面比较选优 10 多级传动在布置传动形式时 应注意 1 带传动的承载能力较低 但具有过载安全保护作用 传动平稳 具有吸振缓冲作用 因此宜布置在高速级 功率相同 转速越高 转矩越小 2 链传动运动不平稳 有冲击 宜布置在低速级 3 蜗杆传动效率低 传动平稳 当与齿轮传动同时应用时 宜布置在高速级 4 当传动中 有圆柱齿轮和圆锥齿轮传动时 圆锥齿轮传动布置在高速级 以减小圆锥齿轮传动的尺寸 因为大模数的圆锥齿轮加工困难 5 当传动中 有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮传动时 斜齿圆柱齿轮传动宜布置在高速级 6 当在传动中具有改变运动形式的机构 如连杆机构 间歇运动机构等 通常布置在低速机 11 12 13 14 第二节选择电动机 一 电动机的类型和结构形式的选择类型 Y系列三相异步电动机 Y系列三相异步电动机为一般用途的全封闭自扇冷式电动机 适用于无特殊要求的各种机械设备 如机床 鼓风机 运输机 农业机械 食品机械等 同一系列的电动机有不同的安装及防护形式 可根据具体要求选用 15 二 电动机容量的确定 选用原则 要求电动机的额定功率等于或稍大于电动机实际输出功率 工作机所需功率为 工作机的输出力矩 工作机的转速 工作机的效率 根据工作机的类型确定 若为带式运输机可取 16 电动机的输出功率为 传动装置的总效率 分别为传动装置中每一传动副 每一对轴承及每一个联轴器的效率 计算总效率时 应注意如下几个问题 1 同类型的几对传动副 轴承或联轴器应分别计算效率 2 蜗杆传动的啮合效率与蜗杆参数 材料等因素有关 设计时可先初估蜗杆头数 初选其效率值 待蜗杆传动参数确定后再精确地计算效率 并校核传动功率 3 轴承的效率一般指一对轴承的效率 4 资料推荐的效率一般有一个范围 可根据工作条件 精度高低 润滑情况选具体值 17 三 电动机转速的确定 三相异步电动机通常有四种同步转速 即3000 1500 1000 750r min 电动机的转速高 极对数少 尺寸和质量小 价格低 但传动装置的传动比大 结构尺寸增大成本提高 低转速的电动机则相反 因此 应对电动机及传动装置作整体考虑 综合分析比较 以确定合理的电动机转速 若无特殊要求 通常选用同步转速为1500r min的电动机 18 电动机的类型 结构 输出功率和转速确定后 可由标准查出电动机的型号 额定功率 满载转速 外形尺寸 电动机中心高 轴伸尺寸 键联接尺寸等 并将这些参数列表备用 电动机参数表 19 第三节确定传动装置总传动比及其分配 1 确定总传动比2 分配各级传动比 减速器外传动比 减速器传动比 高速级齿轮传动的传动比 20 总传动比分配的一般原则 1 各级传动比应在推荐范围内选取 不得超过最大值 2 使各级传动获得较小的外廓尺寸和较小的质量 便于润滑 如图所示 21 3 展开式二级圆柱齿轮减速器 应使高低速级大齿轮的浸油深度大致相近 且低速级大齿轮的直径略大 传动比按下式分配4 圆锥 圆柱齿轮减速器 5 蜗杆 齿轮减速器 齿轮传动比为5 使所有零件安装方便 6 分配各传动形式传动比时 应使传动件尺寸协调 结构匀称合理 如图所示 7 避免各传动零件在结构上的互相干涉碰撞 22 23 24 第四节计算传动装置的运动及动力参数 计算时应注意 1 按工作机所需电动机功率计算 而不按电动机额定功率计算 2 设计轴时应按其输入功率计算 设计传动零件时应按主动轴的输出功率计算 25 一 各轴转速其余依此类推 26 二 各轴输入功率各轴的输入功率 电动机的实际输出功率 电机轴与 轴间的传动效率 同理 其余依此类推 27 三 各轴输入转矩电动机的输出转矩 各轴的输入转矩 其余依此类推 28 29 第三章传动零件的设计计算 一 减速器外传动零件的设计要点1 普通V带传动设计方法见机械设计教材 1 普通V带传动设计的主要内容是确定V带的型号 长度 根数 带轮的材料 结构形式 基准直径和宽度 带传动的中心距 作用在轴上力的大小和方向 2 设计时应注意尺寸的协调关系 如小带轮的直径与电机中心高的关系 小带轮的轮毂尺寸是否与电机轴匹配 大带轮的直径是否过大 而与机架相碰等 3 记录大带轮轮毂的直径和宽度 作用在轴上力的大小和方向 以备进行轴的设计用 4 由带轮的直径及滑动率计算实际传动比和大带轮转速 并以此修正减速器传动比和输入转矩 30 链传动设计方法见机械设计教材 1 链传动设计的主要内容是确定链节距 链节数和排数 链轮的材料 齿数 轮毂尺寸 链传动的中心距 作用在轴上的力的大小和方向 2 设计时应注意链轮的直径 轮毂尺寸等是否与工作机 减速器的零件协调 3 若采用单排链的节距太大 应采用小节距的多排链 31 二 减速器内传动零件的设计要点1 圆柱齿轮传动1 选择齿轮材料时 应与毛坯的制造方法协调 小尺寸的齿轮 一般 可采用锻造或铸造毛坯 大尺寸的齿轮多采用铸造毛坯 2 在进行齿轮传动的强度计算时 无论齿形系数 许用应力采用的是哪一个齿轮的 公式中的转矩均为主动轮的输出转矩 齿数和齿轮的分度圆直径均为主动轮的 3 在齿宽系数中 为主动轮的分度圆直径 为一对齿轮的工作齿宽 即大齿轮的齿宽 小齿轮的宽度 4 齿轮传动的几何尺寸数据应分情况分别进行标准化 圆整和求出精确数值 如模数必须标准化 中心距 齿轮宽度应圆整 若圆整后的中心距不满足齿轮传动的啮合条件 可改变模数和齿数 或采用角变位 齿轮的啮合尺寸如节圆 分度圆 齿顶圆直径和螺旋角等 必须求出准确值 5 齿轮的结构尺寸 如轮缘内经 轮辐的厚度 轮毂的直径和长度等应尽量圆整 以便于制造和测量 32 高速轴和低速轴齿轮相关数据列表 单位 mm 33 2 圆锥齿轮传动设计圆锥齿轮传动时 除参考上述圆柱齿轮传动应注意的各点外 还应注意 1 圆锥齿轮是以大端模数作为标准值 计算几何尺寸时要用大端模数 2 两轴交角为时 由传动比确定齿数后 分度圆锥角 即由齿数比确定 应精确计算 不能圆整 3 由强度计算求出小圆锥齿轮的大端直径后 选定齿数 求大端模数并取标准值 即可求得锥距分度圆直径 这些数据应精确计算 不能圆整 齿宽应按齿宽系数求得并圆整 大小齿轮的齿宽应相同 34 第四章减速器构造 润滑和装配图设计概述 第一节减速器的构造圆柱齿轮减速器主要由轴系部件 箱体和附件三大部分组成 一 轴系部件轴系部件包括传动件 轴和轴承的组合 传动件包括箱体外部传动件 如带轮 链轮等 箱体内部传动件有圆柱齿轮 圆锥齿轮 蜗轮蜗杆等 传动件决定了减速器的技术特性 通常根据传动件的种类命名减速器 轴是支撑作回转运动的传动件 传动件与轴一般采用平键联接 轴承部件主要包括轴承 轴承端盖 密封装置和调整垫片 35 二 箱体箱体按毛坯制造工艺和材料不同可分为铸造箱体和焊接箱体 铸造箱体的材料为铸铁 多采用HT150 HT200 铸造箱体较易获得合理和复杂的结构形状 刚度好 易进行切削加工 但制造周期长 质量大 多用于批量生产 而焊接箱体 重量轻 生产周期短 多用于单件 小批量生产 箱体按结构不同可分为整体式和剖分式两种 剖分式箱体的剖分面多为水平面 通常与传动件的轴心线重合 如图所示 一般减速器只有一个剖分面 对于一些大型 复杂的减速器也可采用两个剖分面 箱体的有关尺寸可根据手册或指导书上的经验公式来确定 三 附件在减速器的箱体上设置某些装置和零件 将这些装置 零件及箱体上的相应的局部结构统称为附件 主要包括视孔与视孔盖 通气塞 油标 放油螺塞 定位销 起盖螺钉 吊运装置 油杯等 36 37 第二节减速器的润滑 减速器的润滑对减速器的结构设计有直接影响 如油面的高度及需油量的多少决定了减速器的高度设计 轴承的润滑方式影响轴承的轴向位置和轴的轴向尺寸 因此 设计减速器结构前 先应确定减速器与润滑有关方面的问题 38 一 传动件的润滑根据圆周速度的高低确定润滑方式 采用浸油润滑 应注意 1 浸油深度 圆柱齿轮传动的浸油深度一般为一个齿高但不应小于10mm 对于多级齿轮传动 一般要求高速级的大齿轮的浸油深度为0 6个齿高 但不小于10mm 低速级的大齿轮浸油深度为1个齿高 1 6个齿轮半径 2 油量多少 根据传递的功率确定 每传递1kW 的功率需油量为350 700cm3 对多级齿轮传动按级数成倍增加 3 油面的高度 齿顶距箱底距离应大于30 50mm 4 若高速级的大齿轮接触不了油面 可采用油轮润滑 如图所示 39 40 41 二 滚动轴承的润滑根据转速因子dn值确定润滑方式 若轴承采用脂润滑 通常在轴承内端面一侧设置封油盘 结构尺寸见图 若轴承采用油润滑 为了使润滑油流进轴承 要在箱盖上制作坡口 在箱座剖分面上制作输油沟 在轴承座上加工缺口和环形通路 结构如图 若小齿轮靠近轴承 且齿轮的直径小于轴承座孔的直径时 应在小齿轮与轴承内端面间设置挡油盘 以避免大量的润滑油进入轴承 如图所示 42 43 油沟及坡口 44 输油沟的结构和尺寸圆柱铣刀 圆盘铣刀和铸造油沟a 4 6 mm b 6 8 mm c 3 5mm 45 a 冲压挡油盘 b 车制挡油盘 46 47 第三节减速器装配图设计概论 一 装配图设计内容1 完整 清晰地表达减速器装配关系的一组视图 2 必要的尺寸标注 3 技术要求及调试 装配 检验说明 4 零件编号 标题栏 明细表 二 装配图设计前的准备工作1 确定结构设计方案1 减速器的结构形式 与附件配置的部分结构形式2 各零件的结构形式 通过手册 图册 指导书 减速器的拆装实验 了解结构形式 形成感性认识 2 准备原始数据1 各传动件的主要尺寸参数 如齿轮传动的中心距 齿宽 分度圆 齿顶圆直径 带轮的结合参数 2 初算轴的直径 3 联轴器的型号 轮毂孔的直径及长度 装拆尺寸等 48 三 装配图设计注意事项绘图原则 1 按照由内向外 由主到次的原则绘图 即先画内部传动件 再画外部箱体 附件等 先画主要零件 再画次要零件 先画俯视图 再画主视图 2 三个视图 特别是主视图和俯视图要穿插进行 不能抱住一个视图画到底 3 装配图上的某些结构 如螺栓 螺母 滚动轴承可采用简化画法 对同类型 尺寸 规格的螺栓联接可只画一组 但所画的这一组在各视图上表达要完整 其他要用中心线表示 装配图设计的三个阶段 1 轴系部件设计 主要包括轴 传动件 和轴承组合的结构设计 2 箱体和附件的结构设计 3 总成设计 包括零件编号 尺寸标注 编写技术特性 技术要求 填写标题栏 明细表等 49 第五章圆柱齿轮减速器轴系部件设计 第一节 确定齿轮及箱体 轴承座的位置一 确定齿轮的位置1 确定齿轮中心线的位置 先画俯视图三根轴的中心线位置 2 确定各根轴上齿轮的位置 主要画齿轮的轮廓曲线 细节以后再画 应注意 1 小齿轮的宽度应比大齿轮宽5 10mm 大齿轮的宽度为齿轮传动的工作宽度 2 两相邻齿轮的端面距离应为8 15mm 3 输入与输出轴的齿轮最好布置在远离外伸轴端的位置 以使齿面接触比较均匀 4 俯视图的齿轮位置确定后 再画主视图上画出齿轮的节圆和齿顶圆 50 51 二 确定箱体轴承座的位置1 画箱体内壁线 先根据齿轮的齿顶和端面距箱体内壁的距离确定俯视图上箱体内壁线的位置 一般要求大于箱体的壁厚 但不应小于8mm 再确定主视图上箱体内壁线的位置 2 确定轴承座的位置轴承座的内端面为箱体内壁 外端面取决于如下几个因素 1 箱体的壁厚 2 轴承旁联接螺栓的直径及所需的扳手空间C1 C2 3 区分加工面与非加工面所留出的尺寸 5 8 mm 三 轴承在轴承座孔中的位置1 若轴承采用脂润滑 一般要求轴承内端面距箱体内壁的距离为8 12mm 2 若轴承采用油润滑 一般要求轴承内端面距箱体内壁的距离为3 8mm 以避免加工 制造误差 轴的温度升高引起的膨胀而出现悬空现象 52 53 第二节 轴的结构设计 设计方法见教材 要求对三根轴进行结构设计 至少对一根轴进行强度计算和精确疲劳强度校核 54 55 第三节 轴承及键的设计计算 设计方法见教材 56 第六章圆柱齿轮减速器箱体及附件设计 第一节 箱体的结构设计一 箱体的刚度为了保证箱体的刚度 设计时应注意 1 轴承座应具有足够的壁厚 轴承座的外径为凸缘式的轴承盖 嵌入式的轴承盖 D 轴承的外径 d3 轴承端盖螺钉直径 57 58 a b 为闷盖 c 为透盖凸缘式轴承盖 59 a b 为闷盖 c 为透盖嵌入式轴承盖 60 2 采用加强筋 保证轴承座的刚度 如图所示 3 设置凸台提高轴承座刚度 如图所示 A 为了提高轴承座的刚度 轴承座孔两侧的连接螺栓的距离要适当 通常 若S过大 联接刚度降低 若距离过小 螺栓孔会与输油沟和螺钉孔干涉 如图所示 B 凸台的高度是根据螺栓的扳手空间确定 61 62 凸台高度的确定过程 63 4 凸缘的厚度 为保证联接刚度 箱盖 箱座联接凸缘的厚度约为 凸缘的宽度根据扳手空间来确定 而箱座底部的凸缘的厚度为 5 为了保证箱体底座的刚度 地面宽度应超过内壁的位置 一般 64 三 箱体的密封1 为了提高接合面的密封性 联接螺栓的间距应小于100 150mm 若轴承采用脂润滑 应在箱座联接凸缘上面可铣出回油沟 以使渗向接合面的润滑油流回油池 结构见图 应注意回油沟的画法 2 不与轴承室相通 3 要有流向油池的油沟或油槽 4 画法应与加工刀具一致 5 为了保证加工工艺 各处的油槽宽度应相同 65 66 四 箱体的结构工艺性1 铸造工艺性设计铸造箱体时 应力求壁厚均匀 过渡平稳 金属无局部积聚 起模容易等 1 为了避免金属积聚 两壁间不宜采用锐角联接 如图所示 2 为便于起模 铸件沿起模方向应有1 10 1 20的斜度 67 68 2 机械加工工艺性考虑机械加工工艺性 在设计箱体时 应尽可能减少加工面积和刀具的调整次数 严格地区分加工面与非加工面等 1 箱体结构设计时应避免不必要的机械加工 箱座底面的结构如图所示 2 为了保证加工精度和缩短加工时间 应尽量减少机械加工过程中刀具的调整次数 如同一根轴的两个轴承座孔的尺寸尽可能相同 轴承座的端面应位于同一平面上 如图所示 3 设计铸造箱体时 应严格区分箱体的加工面与非加工面 主要包括箱体面与轴承端盖的接合面 窥视盖 油标尺 和放油塞与箱体接合处 螺栓与螺母的接触处等 如图所示 69 箱座底面结构 箱体轴承座端面结构 70 71 第二节 附件的功用及结构设计 一 窥视孔与窥视孔盖窥视孔的作用 观察箱体内齿轮的啮合情况 还可注入润滑油 窥视孔的位置 箱盖的顶部 窥视孔的大小 以观察到各对啮合齿轮的啮合情况 如图所示 视孔盖的结构有两种 一种是扎钢板式 另一种是铸造结构 如图所示 视孔盖与箱盖间应加密封件