机械设计课程设计

课件内容第一部分课程设计概述第二部分减速器的结构第三部分减速器设计计算的相关问题

第一部分课程设计概述1、培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练使所学理论知识得以巩固和提高。2、学习和掌握一般机械设计的基本方法和程序，树立正确的工程设计思想，培养独立设计能力，为后续课的学习和实际工作打基础。3、进行机械设计基本技能的训练，包括设计计算、绘图、查阅和使用标准规范、手册、图册等相关技术资料等。

二、设计题目

常规题目为减速器，因为它包含齿轮、轴、箱体、螺栓、键、带、联轴器、轴承等多种零部件，且参考资料全面。

减速器是用于原动机和工作机之间用来起减速作用的独立部件，它由刚性箱体、齿轮等传动副及若干附件组成，属系列产品。一、设计目的

类型传动简图传动比特点及应用圆柱齿轮减速器单

级图1

直齿轮：i4

斜齿轮：i6

应用广泛、结构简单。齿轮可用直齿、斜齿或人字齿。可用于低速轻载，也可用于高速重载两级展开式图2

i=8~40

应用广泛、结构简单，高速级常用斜齿。齿轮相对轴承不对称，齿向载荷分布不均，故要求高速级小齿轮远离输入端，轴应有较大刚性两级同轴式图3

i=8~40

箱体长度较小，但轴向尺寸较大。输入输出轴同轴线，布置较合理。中间轴较长，刚性差，齿向载荷分布不均，且高速级齿轮承载能力难于充分利用两级分流式图4

i=8~40

高速级常用斜齿，一侧左旋，一侧右旋。齿轮对称布置，齿向载荷分布均匀，两轴承受载均匀。结构复杂，常用于大功率变载荷场合类型传动简图传动比特点及应用锥齿轮减速器图5

直齿：i≤3

斜齿、曲线齿：i≤5

用于输出轴和输入轴两轴线垂直相交的场合。为保证两齿轮有准确的相对位置，应有进行调整的结构。齿轮难于精加工，仅在传动布置需要时采用圆锥圆柱齿轮减速器图6

i=8~15

应用场合与单级圆锥齿轮减速器相同。锥齿轮在高速级，可减小锥齿轮尺寸，避免加工困难；小锥齿轮轴常悬臂布置，在高速级可减小其受力蜗杆减速器图7

i=10~40

大传动比时结构紧凑，外廓尺寸小，效率较低。下置蜗杆时润滑条件好，应优先采用，但当蜗杆速度太高时（v5m/s），搅油损失大。上置蜗杆式轴承润滑不便蜗杆—齿轮减速器

图8

i=60~90

有蜗杆传动在高速级和齿轮传动在高速级两种形式。前者效率较高，后者应用较少

类型传动简图传动比特点及应用行星齿轮减速器

i=2.8~12.5

传动型式有多种，NGW型体积小，重量轻，承载能力大，效率高（单级可达0.97～0.99），工作平稳。比普通圆柱齿轮减速器体积和重量减少50%，效率提高30%。但制造精度要求高，结构复杂摆线针轮行星减速器图6

直齿：

单级：i=11~87

传动比大，效率较高（0.9～0.95），运转平稳，噪声低，体积小，重量轻。过载和抗冲击能力强，寿命长。加工难度大，工艺复杂谐波减速器图7

单级：i=50~500

传动比大，同时参与啮合齿数多，承载能力高。体积小，重量轻，效率0.65～0.9，传动平稳，噪音小。制造工艺复杂

三、设计工作量以附录B题目3二级展开式圆柱齿轮减速器为例。工作量：1、减速器装配图0#一张

2、箱体或箱盖零件图1#一张

3、轴、齿轮或皮带轮零件图任选两张（3#或2#）

4、设计说明书一份四、设计主要步骤1、总体设计2、传动件的设计计算分析和拟定传动方案电动机的选择运动和动力参数计算V带传动齿轮传动等4、零件工作图设计5、撰写整理设计计算说明书6、设计总结及答辩3、装配图的设计绘制装配草图，进行轴和传动件的结构设计，选择键和轴承进行键、轴承的校核，轴的强度验算进行机体结构及其附件的设计

标注尺寸，填写减速器特性、技术要求、标题栏和明细表，检查、修改、线条加深五、设计注意事项及成绩评定设计成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格成绩评定主要依据：图纸、答辩、平时、说明书注意事项：

正确利用现有设计资料，勤于思考，敢于创新

正确使用标准和规范

设计是边计算、边画图、边修改的交叉过程，要养成有错必改，精益求精的科学态度。

第二部分减速器的结构油标尺箱座视孔盖通气器箱盖放油塞轴承盖定位销低速轴系高速轴系中间轴系一、总体设计，拟定设计方案二、选择电动机类型选择

电动机容量的确定

无特殊需要，选用Y系列三相交流异步电动机所选电动机的额定功率Ped应等于或稍大于电动机的实际输出功率Pd即电动机的实际输出功率若容量过小，不能保证工作机正常工作，电机过早损坏；若容量过大，成本增加，造成浪费第三部分减速器设计的有关问题转速的选择

电动机的型号确定

常用同步转速有：3000、1500、1000、750r/min电动机的可选转速范围同步转速低的电动机，级对数多，尺寸大，重量大，成本高，但总传动比小；同步转速高则正好相反。

根据容量和转速范围，从表19-1中查出适用的电动机型号。并记录下电动机的额定功率Ped，满载转速nm，外形尺寸，中心高，伸出端直径等主要参数和安装尺寸。n—工作机转速，由已知条件求得各效率查表12-8确定三、传动比的分配总传动比

分配传动比时应注意以下几点：

1）各级传动比都应在合理范围内

2）应注意使各传动件尺寸协调，结构匀称，避免发生相互干涉。3）对于多级减速传动，可按照“前小后大”（即由高速级向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不要过大。大带轮碰地面高速级大齿轮碰低速轴4）在采用浸油润滑时，分配传动比时要考虑传动件的浸油条件。展开式或分流式二级圆柱齿轮减速器，其高速级传动比i1和低速级传动比i2的关系通常取

分配圆锥－圆柱齿轮减速器的传动比时，通常取锥齿轮传动比i1≤3。两级同轴式圆柱齿轮减速器，两级传动比可取为5）尽量使传动装置外廓尺寸紧凑，或重量最小。四、运动和动力参数的计算

1.计算各轴转速

2.计算各轴输入功率3.计算各轴输入转矩将上述参数列成表2-3ⅠⅡⅢ五、传动件的设计计算

1.带传动

由前面的计算，已知：带传动的输入功率，小带轮的转速，传动比i带

需要设计：带的型号、根数Z、基准长度Ld，带轮基准直径dd，压轴力FQ，带传动的中心距a等。取系列值

检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系。如装在电机轴上的小带轮直径与电机中心高是否适宜，其轴孔直径与电机轴径是否一致，大带轮是否过大与底板相碰等。

根据情况，选择直齿轮或斜齿轮传动，软齿面或硬齿面。

要设计：模数m，中心距a，齿数z，分度圆直径d，齿顶圆直径da，齿根圆直径df,齿宽b，精度等级，螺旋角，齿轮的结构形式等。2.齿轮传动（1）软齿面与硬齿面齿轮传动的设计程序不同

注意：

对闭式软齿面齿轮传动(配对齿轮之一的硬度≤350HBS),

最常出现：齿面疲劳点蚀

先按齿面接触强度进行设计，然后校核齿根弯曲强度

对闭式硬齿面齿轮传动（配对齿轮的硬度均>350HBS），最常出现：轮齿折断

先按齿根弯曲强度进行设计，然后校核齿面接触强度

齿宽b——取整，b1=b2+(5～10)mm；直径d

、da

、df

，螺旋角——应为精确值（2）数据处理模数m——标准系列值，不小于1.5mm；

中心距a——0或5结尾的整数对于直齿轮，a应严格等于对于斜齿轮，a应严格等于六、最小轴径的估算，估计各轴受扭段的最小轴径2）当此轴段上有键槽时，将d按单、双键分别加大4%或7%后，取整数。1）C为由轴的许用扭切应力所确定的系数，与材料有关，查表确定。注意：若为齿轮轴（上图)，轴的材料即为齿轮的材料。说明：若最小轴径处装联轴器，最小轴径应与联轴器的孔径匹配。固定式联轴器可移式联轴器（要求被联接两轴轴线严格对中）（可补偿被联接两轴的相对位移）刚性可移式联轴器弹性可移式联轴器（无弹性元件）（有弹性元件）齿式联轴器凸缘联轴器套筒联轴器十字滑块联轴器万向联轴器

弹性套柱销联轴器

弹性柱销联轴器

轮胎式联轴器…….…………七、联轴器的选择联轴器的选择包括联轴器类型和型号的合理选择。（一）、联轴器的类型

对中小型减速器，输入轴、输出轴均可采用弹性套柱销联轴器或弹性柱销联轴器

按计算转矩并兼顾所联接两轴的尺寸选定。要求所选联轴器允许的最大转矩不小于计算转矩，联轴器轴孔直径应与被联接两轴的直径匹配。

即

Tc＝KAT

[T]联轴器的极限转速工作转速且保证(二)、联轴器型号的确定式中：Tc—联轴器传递的名义转矩；KA—工作情况系数，查表；[T]—联轴器许用转矩，查标准。1.确定箱体的结构整体式或剖分式铸造或焊接2.确定轴承的润滑方式

当齿轮的圆周速度v2m/s时，轴承采用脂润滑。轴承端面与箱体内壁的距离为8~12mm，此时要设有封油盘。

当齿轮的圆周速度v>2m/s时，轴承采用油润滑。轴承端面与箱体内壁的距离为2~3mm。2<v

3m/s时，在结合面上开设油沟v

>3m/s时，不必开设油沟3.确定轴承端盖的形式凸缘式或嵌入式

除了原始数据和上述的计算数据外，轴的结构设计前还必须确定以下内容：八、轴的结构设计图例4.减速器结构尺寸的确定

绘制减速器装配图前，必须确定减速器的基本机体结构尺寸，计算出表4-1的所有尺寸，并理解其含义。

下面以铸造剖分式箱体、脂润滑轴承、凸缘式轴承端盖的二级展开式圆柱齿轮减速器为例，说明输出轴的结构设计过程。1.先画高速级齿轮2.两个大齿轮端面相距3，画低速级齿轮3.画箱体内壁：小齿轮端面与内壁相距2

，大齿轮顶圆与内壁相距1，左侧暂不画4.画轴承端面位置：若为脂润滑，轴承端面与箱体内壁的距离为8~12mm5.明确轴上主要零件的布置及定位方法，依据初估轴径，考虑定位轴肩和非定位轴肩逐一确定各轴段直径画图过程轴段直径：

从联轴器d1处开始，轴段长度：轴径确定后，初定轴承型号，从而查得轴承宽度B注意事项齿轮轮毂的长度应满足l=（1.2~1.5)d，至少l=d，

d—装齿轮处轴的直径

当齿宽系数取值较小时，尤其是硬齿面，会导致齿宽b较小，可能会出现齿轮轮毂长度l小于所在轴直径d，此时应加长轮毂至满足上述要求。此时，最初根据齿宽b确定的箱体内壁位置必须作相应的调整。

1.键的选择及校核

轴的结构设计完成后，根据键所在的轴径查标准确定键的截面尺寸b、h。兼顾轮毂长度确定标准键长L

。

验算键的挤压强度。若强度不足，可采用相隔180的双键，但按1.5个键计算。2.轴承的寿命计算

类型的选择：若轴上的齿轮为斜齿轮，最好选用7类或3类轴承，以便承受较大的轴向载荷；若为直齿轮，优先选用6类轴承。

型号的确定：可从中系列初选。如轴颈直径d=40mm,若选深沟球轴承，则可初选6308。

求得各轴承所受的当量动载荷P，从而计算轴承寿命Lh,满足校核计算一般以大修期计算

轴的结构设计初步完成后，可精确确定：轴的支点位置及轴上所受载荷的大小、方向和作用点。轴的强度校核一般遵循下列步骤：

画出轴的空间受力简图作出水平面的受力图和弯矩MH图作出垂直面的受力图和弯矩MV图作出转矩T图确定危险截面，进行校核计算作出合成弯矩M

图（）3.轴的强度校核

一般用途的轴，可按当量弯矩法进行强度校核；对重要轴，对轴进行疲劳强度安全系数校核。

九、图面布置

绘制装配图时，首先必须考虑图面布置问题，其布置形式如下：十、装配图完成阶段的工作

装配图底图完成后，应进行尺寸标注，技术要求、减速器特性、零部件编号及零件明细表和标题栏的填写，检查无误后加深，完成装配图。尺寸标注：装配图上只标注以下四类尺寸技术特性：在装配图上以表格形式列出技术要求：

（1）输入功率和转速（2）传动效率（3）总传动比及各级传动比等。

（1）特性尺寸。指减速器的中心距及偏差。

（2）配合尺寸。如齿轮、带轮、联轴器和轴的配合，轴承和轴、轴承座的配合等。

写明在视图上无法表示的关于装配、调整、检验、维护等方面的技术说明。

（3）安装尺寸。如底板尺寸、中心高、地脚螺栓孔及位置等。

（4）外形尺寸。指总长、总宽、总高零部件编号：按要求对各个零件正确编号，既不能重复也不能遗