机械设计课程设计

1机械设计课程设计

机械设计教研室侯明亮2006年12月102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，稳固提高所学的理论知识。2、学习和掌握一般机械设计的根本方法和程序。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根本技能训练，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。3二、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：①卷筒所需力矩；②卷筒直径；③运输带运行速度。42、完成的工作量①减速器装配图1张；〔1号或0号图纸〕；②零件图一张，在轴、齿轮、带轮、箱体、箱盖中任选一个。③设计计算说明书1份。5三、课程设计的步骤内容时间(天)1.设计准备（讲课，减速器的拆装实验，借资料等)12.传动装置的总体设计13.各级传动零件的设计计算1.54.绘制减速器装配草图25.绘制减速器装配图3.56.绘制零件图17.编写设计说明书18.设计总结和答辩准备0.59.答辩0.5总计：126四、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，到达设计目的的要求。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，那么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。78正确使用标准和标准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标准也是评价设计质量的一项指标，因此，要尽量采用标准。如果遇到标准与标准与设计要求矛盾时，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，那么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。9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。而有些零件那么学要先画草图，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。10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、本钱低廉、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。11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，但具有过载平安保护作用，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。12131415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。16二、电动机容量确实定选用原那么：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。假设为带式运输机可取。17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、精度上下、润滑情况选具体值。18三、电动机转速确实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，结构尺寸增大本钱提高；低转速的电动机那么相反。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。假设无特殊要求，通常选用同步转速为1500r/min的电动机。19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。电动机参数表电机类型电机结构额定功率(kW)满载转速(r/min)外形尺寸中心高轴伸尺寸(mm)键联接尺寸(mm)直径长度长度直径20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。21总传动比分配的一般原那么：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，如下图；223〕展开式二级圆柱齿轮减速器，应使上下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；如下图。7〕防止各传动零件在结构上的互相干预碰撞；232425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26一、各轴转速其余依此类推。27二、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Ⅰ轴间的传动效率。同理：其余依此类推。28三、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。29编号功率P/kW转矩T/（Nm）转速n/(r/min)传动比i效率电机轴Ⅰ轴Ⅱ

轴Ⅲ

轴工作机轴30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。31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〕假设采用单排链的节距太大，应采用小节距的多排链。32二、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。假设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。33轴齿数分度圆(mm)齿顶圆(mm)齿根圆(mm)齿宽(mm)高速级z1=d1=da1＝df1=b1＝z2=d2=da2＝df2=b2＝模数m=中心距a高速=低速级z3=d3=da3＝df3=b3＝z4=d4=da4＝df4=b4＝模数m=中心距a低速=高速轴和低速轴齿轮相关数据列表(单位:mm)342、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。35第四章减速器构造、润滑和装配图设计概述

36二、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，如下图。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。3738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。39一、传动件的润滑根据圆周速度的上下确定润滑方式。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〕假设高速级的大齿轮接触不了油面，可采用油轮润滑，如下图。404142二、滚动轴承的润滑根据转速因子dn值确定润滑方式。假设轴承采用脂润滑，通常在轴承内端面一侧设置封油盘，结构尺寸见图。假设轴承采用油润滑，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。假设小齿轮靠近轴承，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，以防止大量的润滑油进入轴承，如下图。4344

油沟及坡口45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=3~5mm46a)冲压挡油盘。b)车制挡油盘。4748第三节减速器装配图设计概论4950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。5152二、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、假设轴承采用脂润滑，一般要求轴承内端面距箱体内壁的距离为8~12mm；2、假设轴承采用油润滑，一般要求轴承内端面距箱体内壁的距离为3~8mm；以防止加工、制造误差，轴的温度升高引起的膨胀而出现悬空现象。5354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。5556第三节、轴承及键的设计计算设计方法见教材。57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；5859a)、b)为闷盖；c)为透盖凸缘式轴承盖60

a)、b)为闷盖；c)为透盖嵌入式轴承盖612〕采用加强筋，保证轴承座的刚度，如下图。3〕设置凸台提高轴承座刚度，如下图。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，假设S过大，联接刚度降低；假设距离过小，螺栓孔会与输油沟和螺钉孔干预。如下图。B〕凸台的高度是根据螺栓的扳手空间确定。6263凸台高度确实定过程644〕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。65三、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。假设轴承采用脂润滑，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。6667四、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〕为了防止金属积聚，两壁间不宜采用锐角联接，如下图。2〕为便于起模，铸件沿起模方向应有1：10~1：20的斜度。68692、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〕箱体结构设计时应防止不必要的机械加工，箱座底面的结构如下图。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，如下图。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，如下图。70箱座底面结构箱体轴承座端面结构7172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，如下图。视孔盖的结构有两种，一种是扎钢板式，另一种是铸造结构，如下图。视孔盖与箱盖间应加密封件。7374二、通气塞通气塞作用：保持箱体内外的气压一致，以防止由于箱体内的温度升高，内压增大，而引起润滑油的泄漏。通气塞位置：通常安装在视孔盖上，通过螺纹联接，如图。通气塞的结构如下图，以防止外界杂质的侵入。75三、油标油标的作用：指示油面的高度。油标的位置：位于低速级大齿轮处的箱体侧面。油标的结构主要有油尺和圆形油标。结构如图。油标尺为间接观察式，而圆形油标为直接观察式的结构。带隔离套的油标尺用于工作时检查油面高度。油标通常通过螺纹与箱体联接，但也可通过配合与箱体联接。带通气器的斜装式油标尺直装式油标尺76油标尺刻度带隔离套的油尺77油标尺安装位置：设计时应合理确定油标尺插孔的位置及倾斜角度。位置高度应防止工作时，箱体内的润滑油溢出，又不影响油标尺的插取和油标尺孔的加工。78四、放油塞放油塞的作用：排油。放油塞的位置：油池的最低位置。79五、起盖螺钉起盖螺钉的作用：别离箱盖与箱座。起盖螺钉的尺寸：直径等于箱盖与箱座连接螺钉的直径，长度应大于凸缘的厚度。起盖螺钉的头部结构采用圆形或半圆形，以防止损伤螺纹。80六、定位销定位销的作用：保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度。定位销的位置：一般布置在箱体凸缘的对角线位置，并做非对称布置，以保证定位精度。定位销的结构一般采用圆锥销，其直径

长度应大于箱盖、箱座联接凸缘的总厚度。

定位销的联接结构8182七、起吊装置箱盖上设置吊耳、吊钩或吊环螺钉，一般只能吊运箱盖，结构如图。而箱座上的吊钩用于吊运整个减速器。8384名称代号尺寸备注底座壁厚箱盖壁厚底座上部凸缘厚度箱盖凸缘厚度底座下部凸缘厚度轴承座连接螺栓凸缘厚度吊环螺钉座凸缘高度底座加强肋厚度箱底加强肋厚度地脚螺栓直径地脚螺栓数目轴承座连接螺栓直径底座与箱盖连接螺栓直径轴承盖固定螺钉直径视孔盖固定螺钉直径吊环螺钉直径轴承盖螺钉分布圆直径轴承座凸缘端面直径85螺栓孔凸缘的配置尺寸