机械设计课程设计(魏迎军)

1、机械设计课程设计机械设计课程设计指导教师指导教师: :魏迎军副教授副教授机械基础工程训练的目的机械基础工程训练的目的 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。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。设计的能力。 通过计算和计算机绘图，学习使用标准、规范、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

2、设计的基本技手册、图册等技术资料，培养机械设计的基本技能。能。参考资料参考资料 唐增宝，常建娥唐增宝，常建娥. 机械设计课程设计机械设计课程设计. 武汉：武汉：华中科技大学出版社，华中科技大学出版社，2006，第三版，第三版 张卫国，饶芳张卫国，饶芳. 机械设计机械设计基础篇基础篇. 武汉：武汉：华中科技大学出版社，华中科技大学出版社，2006，第一版，第一版设计内容设计内容机械传动系统机械传动系统1.总体方案设计总体方案设计2.传动零件的设计计算传动零件的设计计算3.装配图设计：装配图设计：1张张A1（包括主视图、俯视图和左视图，（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

3、）零件明细表，技术特性表，技术要求）4.零件图零件图设计：设计：2张张 轴轴 齿轮齿轮5.编写编写设计计算说明书设计计算说明书1-1 确定传动方案确定传动方案方案方案1：双级圆柱斜齿轮减速器：双级圆柱斜齿轮减速器 + 开式齿轮开式齿轮方案方案2：双级圆柱斜齿轮减速器：双级圆柱斜齿轮减速器 + 链传动链传动方案方案3：带传动：带传动 +双级圆柱斜齿轮减速器双级圆柱斜齿轮减速器方案方案4：单级蜗杆减速器：单级蜗杆减速器 + 链传动链传动(或开式齿轮或开式齿轮) （注：根（注：根据总传动比和箱内外传动比的分配情况而定）据总传动比和箱内外传动比的分配情况而定）减速器是一种重要的通用性机械传动装置，类型

4、多样用途广泛。减速器是一种重要的通用性机械传动装置，类型多样用途广泛。功能：降低原动机的转速；增大输出转矩；改变运动方向。功能：降低原动机的转速；增大输出转矩；改变运动方向。带式运输机中的双级圆柱齿轮减速器或蜗带式运输机中的双级圆柱齿轮减速器或蜗杆减速器杆减速器双级圆柱齿轮减速器双级圆柱齿轮减速器 + 开式齿轮开式齿轮 为什么开式齿轮布置在低为什么开式齿轮布置在低速级？速级？ 减速器中，为什么输入、减速器中，为什么输入、输出轴上的齿轮远离转矩输出轴上的齿轮远离转矩输入、输出端？输入、输出端？ 为什么不把小开式齿轮直为什么不把小开式齿轮直接挂在减速器的输出轴上？接挂在减速器的输出轴上？双级圆柱齿

5、轮减速器双级圆柱齿轮减速器 + 链传动链传动 为什么链传动为什么链传动布置在低速级？布置在低速级？带传动带传动 +双级圆柱齿轮减速器双级圆柱齿轮减速器 为什么带传动为什么带传动布置在高速级？布置在高速级？单级蜗杆减速器单级蜗杆减速器 + 链传动链传动传动方案传动方案序序号号参数参数工工 作条作条 件件参考参考方案方案姓名姓名(学号学号)F（N）V（m/s）D（mm）工作工作环境环境工作工作年限年限生产生产规模规模载荷载荷性质性质130001.4450少尘少尘10年双班年双班单件单件平稳平稳方案方案1236001.5500多尘多尘10年双班年双班少批少批轻振轻振方案方案2333001.2350清

6、洁清洁10年双班年双班少批少批中振中振方案方案31-2 选择电动机选择电动机 类型：类型：Y系列三相交流异步电动机（系列三相交流异步电动机（P148） 转速：转速：1500或或1000 rpm 功率：功率：工作机所需功率工作机所需功率电动机所需功率电动机所需功率 = 系统总效率系统总效率 总效率总效率 = 12n（P6 表表2-2） 记录电动机安装及外形尺寸（记录电动机安装及外形尺寸（P149）1-3 计算总传动比和分配传动比计算总传动比和分配传动比 总传动比：总传动比：i = n电电 / n工工 传动比分配原则传动比分配原则 各种传动的各级传动比应在推荐值范围内各种传动的各级传动比应在推荐值

7、范围内（P7 表表2-3） 尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象（尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象（P7 图图2-2） 双级圆柱齿轮减速器：高速级和低速级的齿轮强度接近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油池浸油润滑：各级大齿轮直径相差不大i1 = (1.31.4) i2 总传动比相对误差：总传动比相对误差：i 51-4 计算各轴的转速、功率和转计算各轴的转速、功率和转矩矩轴号轴号转速转速n（rpm）功率功率P（Kw）转矩转矩T（Nm）传动比传动比i2-1 传动零件的设计计算传动零件的设计计算 先箱外再箱内先箱外再箱内减少传动比累积误差减少传动

8、比累积误差 箱外：箱外： 开式齿轮：齿数互质；大齿轮的材料选择；齿宽系数开式齿轮：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（带传动：计算压轴力，设计大带轮毂孔直径（P181） 箱内：闭式齿轮传动箱内：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 中心距应圆整为中心距应圆整为

9、5的倍数（直齿轮需变位）的倍数（直齿轮需变位） 模数应向大取第一系列标准值模数应向大取第一系列标准值 齿宽应圆整齿宽应圆整 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点后三位数 斜齿轮的螺旋角应精确计算到斜齿轮的螺旋角应精确计算到“秒秒” 箱内：蜗杆传动箱内：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系 热平衡验算热平衡验算 小齿轮一般为齿轮轴，小齿轮一般为齿轮轴，P29图图5-9 大齿轮根据齿顶圆直径选择结构型大齿轮根据齿顶

10、圆直径选择结构型式，式，P189-190 硬齿面大齿轮，为保证键的强度，硬齿面大齿轮，为保证键的强度，可选用轮毂宽度可选用轮毂宽度l大于轮缘宽度大于轮缘宽度B的的结构型式，结构型式，P189图图19-112-2 齿轮结构设计齿轮结构设计2-3 选择联轴器，初算轴径选择联轴器，初算轴径 方案方案1、2、4：减速器：减速器高速轴高速轴外伸端用联轴器与电动机相外伸端用联轴器与电动机相联，高速轴轴径应与联，高速轴轴径应与电动机、电动机、联轴器联轴器相匹配。相匹配。 方案方案3：减速器：减速器高速轴高速轴外伸端外伸端与大带轮相联，高速轴轴径与大带轮相联，高速轴轴径应与应与大带轮孔径大带轮孔径匹配。匹配。

11、 减速器减速器低速轴低速轴外伸端用联轴外伸端用联轴器与其他轴相联，低速轴轴器与其他轴相联，低速轴轴径应与径应与联轴器联轴器相匹配。相匹配。 选择联轴器的类型（选择联轴器的类型（P13）与型号（）与型号（ P124第十三章）第十三章）任务安排任务安排周次周次 星期星期 节次节次任务任务地点地点18一一1-8布置设计任务，进行总布置设计任务，进行总体设计体设计D12-J24125-8看录象看录象D12-J2412二二1-4传动零件（箱内）设计传动零件（箱内）设计计算计算D12-J24125-8检查传动零件设计计算检查传动零件设计计算 D12-J2303三三1-4装配草图设计方法装配草图设计方法D1

12、2-J24125-8初步完成轴的结构设计初步完成轴的结构设计 D12-J2412注注:18周二周二9-10减速器拆装实验（分小班进行）减速器拆装实验（分小班进行） D1-204任务安排任务安排周次周次星期星期任务任务地点地点16五五六六上机绘制装配草图上机绘制装配草图轴的强度校核轴的强度校核滚动轴承的寿命验算滚动轴承的寿命验算键的强度校核键的强度校核计算中心计算中心17日日六六完成减速器装配草图设计完成减速器装配草图设计18日日检查减速器装配图检查减速器装配图二二四四零件图零件图三三四四编写设计计算说明书编写设计计算说明书五五课程设计答辩课程设计答辩D1-4083 减速器装配图设计减速器装配图

13、设计 轴系部件轴系部件 齿轮齿轮 轴轴 轴承轴承 套筒（挡油套筒（挡油环）环） 键键3 减速器装配图设计减速器装配图设计 箱体箱体 箱盖箱盖 箱座箱座 附件附件 窥视孔和视孔窥视孔和视孔盖盖 通气器通气器 轴承端盖轴承端盖 定位销定位销 联接螺栓联接螺栓 箱盖与箱座箱盖与箱座 轴承座轴承座 起盖螺钉起盖螺钉 油标与油塞油标与油塞 起吊装置起吊装置3-1 减速器装配图设计准备减速器装配图设计准备 齿轮（蜗杆）传动的主要尺寸：中心距，齿齿轮（蜗杆）传动的主要尺寸：中心距，齿轮（蜗杆、蜗轮）分度圆直径，齿宽轮（蜗杆、蜗轮）分度圆直径，齿宽 轴端直径轴端直径 输入轴（方案输入轴（方案1、2、4）：电动

14、机输出轴径）：电动机输出轴径联轴器轴孔直径和长度联轴器轴孔直径和长度轴端直径轴端直径 输入轴（方案输入轴（方案3）：带轮轴孔直径）：带轮轴孔直径轴端直径轴端直径 输出轴：转矩输出轴：转矩联轴器轴孔直径和长度联轴器轴孔直径和长度轴轴端直径端直径 滚动轴承的类型滚动轴承的类型3-2 齿轮传动的润滑方式齿轮传动的润滑方式根据浸油齿轮的圆周速度确定根据浸油齿轮的圆周速度确定 v12 m/s：油池浸油润滑油池浸油润滑 齿轮浸油深度：齿轮浸油深度：12个齿高个齿高（P17） 多级齿轮传动：一般低速级大齿轮浸油；当高速级与低多级齿轮传动：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

15、轮采用速级大齿轮直径相差较大时，高速级大齿轮采用溅油轮溅油轮来润滑来润滑 v 45 m/s上置式蜗杆：蜗轮浸油上置式蜗杆：蜗轮浸油12个齿高个齿高 v 45 m/s下置式蜗杆：蜗杆浸油下置式蜗杆：蜗杆浸油0.751个齿高个齿高；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。时，在蜗杆轴上安装溅油环。 齿轮齿轮v12 m/s或上置式蜗杆或上置式蜗杆v10 m/s ：压力喷油润压力喷油润滑滑油池润滑油池润滑采用溅油轮的油池润滑采用溅油轮的油池润滑上置式蜗杆上置式蜗杆下置式蜗杆下置式蜗杆当油面达到轴承最低当油面达到轴承最低的

16、滚动体中心而蜗杆的滚动体中心而蜗杆尚未浸入油中时，在尚未浸入油中时，在蜗杆轴上安装蜗杆轴上安装溅油环溅油环。喷油润滑喷油润滑3-3 滚动轴承的润滑方式滚动轴承的润滑方式 润滑油润滑润滑油润滑 浸油齿轮圆周速度浸油齿轮圆周速度v23 m/s：飞溅润滑飞溅润滑 刮板润滑：下置式蜗杆传动中蜗轮轴的轴承刮板润滑：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油池润滑：下置式蜗杆轴的轴承 润滑脂润滑润滑脂润滑 浸油齿轮圆周速度浸油齿轮圆周速度v30-50mm30-50mm齿轮减速器内壁线（俯视图）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大齿轮齿顶圆到箱座内壁的距离1 1 齿轮

17、端面与箱体内壁的距离齿轮端面与箱体内壁的距离2 2 中间轴两齿轮端面间距中间轴两齿轮端面间距8-15mm箱体内壁箱体内壁齿顶圆齿顶圆确定轴承座孔宽度确定轴承座孔宽度L L取决于轴取决于轴承旁联接承旁联接螺栓螺栓Md1所所需的扳手需的扳手空间尺寸空间尺寸c1和和c2C158C2箱体内壁线箱体内壁线轴承座外端面线轴承座外端面线定位轴肩，定位轴肩，3-5mm根据联轴器或大带轮确定直径与宽度根据联轴器或大带轮确定直径与宽度滚动轴承油润滑滚动轴承油润滑根据密封圈（根据密封圈（P143）确定直径）确定直径非定位轴肩，非定位轴肩，0.5-1.5mm安装轴承处轴径必须是安装轴承处轴径必须是5的倍数的倍数滚动轴

18、承的定位轴肩按标准确定（第十滚动轴承的定位轴肩按标准确定（第十二章）二章）滚动轴承脂润滑滚动轴承脂润滑挡油环的位置挡油环的位置P20轴段宽度小于齿轮宽度轴段宽度小于齿轮宽度轴的强度计算轴的强度计算方案方案3高速轴上作高速轴上作用有带轮的压轴力用有带轮的压轴力危险截面：危险截面：Me 最大的截面；最大的截面；1. 画出空间受力图（注意画出空间受力图（注意中间轴中间轴），求水），求水平面和垂直面支反力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；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分别作水平面和垂直面弯矩图MH 、MV ；4. 求合成弯矩：求合成弯矩：

19、5. 求危险截面的当量弯矩：求危险截面的当量弯矩：靠近靠近Memax ，直径较小的截面。，直径较小的截面。6. 按弯扭合成强度条件校核：按弯扭合成强度条件校核：若强度不足，应若强度不足，应适当增大轴径。适当增大轴径。轴承的寿命计算轴承的寿命计算 求径向载荷求径向载荷R= sqrt(RH2+RV2) 求派生轴向力求派生轴向力S 求轴向载荷求轴向载荷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，哪端轴承放松根据正装或反装，判断哪端轴承受压，哪端轴承放松 压紧端

20、轴承的轴向载荷等于除开本身派生轴向力之外的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求径向和轴向动载系数X、Y 求当量动载荷求当量动载荷P 求轴承寿命求轴承寿命Lh（4）确定箱座高度）确定箱座高度H和油面（和油面（P30）；）；（2）轴承座旁连接螺栓的位置及凸台高度的确定轴承座旁连接螺栓的位置及凸台高度的确定；（1）箱体壁厚）箱体壁厚8mm（P24表表5-1）（7）箱体的加强肋（）箱体的加强肋（P24表表5-1）（3）箱盖的圆弧以轴心画圆弧求得箱盖的圆弧以轴

21、心画圆弧求得；减速器箱体结构设计减速器箱体结构设计（5）输油沟的结构（）输油沟的结构（P19），注意不要与联接螺栓孔相干涉；），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箱盖、箱座凸缘及联接螺栓的布置（考虑扳手空间）（考虑扳手空间）（P24表表5-1）（8 8）工艺性：铸造圆角，拔模斜度，区分加工面和非加工面，）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（螺栓支承面要加工出沉头座（P32P32）凸台高度凸台高度的确定应的确定应以以最大的最大的轴承座孔轴承座孔为准为准凸台高度凸台高度应向大圆应向大圆整为整为R20标准数列标准数列值（值（P73

22、表表9-7）减速器附件设计减速器附件设计 窥视孔和视孔盖：要能够观察到齿轮啮合状况窥视孔和视孔盖：要能够观察到齿轮啮合状况（P133） 通气器：根据工作选用（通气器：根据工作选用（P136-137） 起吊装置（起吊装置（P137-138） 油标：油标：注意油标的倾斜度注意油标的倾斜度 放油孔和螺塞（放油孔和螺塞（P139）：放油孔设置在箱座内底面）：放油孔设置在箱座内底面最低处；箱座内底面常做成最低处；箱座内底面常做成11.5的斜面；在的斜面；在油孔附近做成凹坑油孔附近做成凹坑 起盖螺钉起盖螺钉：螺钉端部应制成圆柱端，以免损坏螺纹：螺钉端部应制成圆柱端，以免损坏螺纹和剖分面和剖分面 定位销：相

23、距尽量远，距对称线距离不等（定位销：相距尽量远，距对称线距离不等（P109）油标尺插入、拔出时不油标尺插入、拔出时不能与箱体干涉能与箱体干涉最低油面最低油面最高油面最高油面油标尺油标尺起盖螺钉起盖螺钉3-5 完成减速器装配图完成减速器装配图 打剖面线：相邻不同零件剖面线方向应不同；同一零件在各打剖面线：相邻不同零件剖面线方向应不同；同一零件在各视图上剖面线方向和间距应一致视图上剖面线方向和间距应一致 标注主要尺寸与配合标注主要尺寸与配合 特性尺寸：齿轮中心距及其偏差（特性尺寸：齿轮中心距及其偏差（P167表表18-13） 外形尺寸：总长、总宽、总高外形尺寸：总长、总宽、总高 安装尺寸：箱座底面

24、尺寸，地脚螺栓孔中心线的定位尺寸、地脚螺安装尺寸：箱座底面尺寸，地脚螺栓孔中心线的定位尺寸、地脚螺栓的直径和间距，减速器中心高，外伸轴端的配合长度和直径栓的直径和间距，减速器中心高，外伸轴端的配合长度和直径 主要零件的配合尺寸（主要零件的配合尺寸（P41表表5-2）：传动零件与轴，联轴器与轴，）：传动零件与轴，联轴器与轴，轴承内圈与轴（基孔制），轴承外圈与箱体轴承座孔（基轴制）等轴承内圈与轴（基孔制），轴承外圈与箱体轴承座孔（基轴制）等 填写技术特性表填写技术特性表 编写技术要求（编写技术要求（P41） 零件编号，编制零件明细表零件编号，编制零件明细表 填写标题栏填写标题栏零件工作图零件工作图 零件工作图是制造、检验零件及制定工艺规程的零件工作图是制造、检验零件及制定工艺规程的重要技术资料，应包含制造、检验零件所需的全重要技术资料，应包含制造、检验零件所需的全部内容，包括：部内容，包括： 必要的视图必要的视图 正确的尺寸标注正确的尺寸标注 尺寸公差与形位公差尺寸公差与形位公差 表面粗糙度表面粗糙度 技术要求技术要求 先画装配图，再拆画零件图先画装配图，再拆画零件图轴类零件工