东北大学机械设计课程设计课件市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

东北大学机械工程与自动化学院

机械设计课程设计东北大学机械设计课程设计课件第1页第1页联轴器滚动轴承皮带运输机双级圆柱齿轮减速器电机滑动轴承带2东北大学机械设计课程设计课件第2页第2页3东北大学机械设计课程设计课件第3页第3页4东北大学机械设计课程设计课件第4页第4页5东北大学机械设计课程设计课件第5页第5页6东北大学机械设计课程设计课件第6页第6页7东北大学机械设计课程设计课件第7页第7页8东北大学机械设计课程设计课件第8页第8页一、概述（1）培养综合利用机械系统课程知识处理机械工程问题能力；（2）学习机械设计普通方法；（3）掌握简单机械传动装置设计步骤；（4）机械设计基本技能训练——计算、绘图、设计使用标准、规范、手册等。1.课程设计目标9东北大学机械设计课程设计课件第9页第9页2任务：完成任务书中传动系统设计。包含：①选择电机；②传动装置中运动和动力参数计算；③主要零件设计（带、链、齿轮、……）；④减速器装配图（0号，1：1）；⑤部分零件工作图（箱体、齿轮、轴等）；⑥设计计算说明书。10东北大学机械设计课程设计课件第10页第10页最终上交材料：手绘装配草图1张（A2坐标纸，1:1画）机绘减速器装配图1张——A2号图纸机绘零件工作图3张：——A3号或A4号图纸减速器箱盖或箱座工作图1张大齿轮零件工作图1张减速器低速轴工作图1张设计计算说明书一份（手写或打印）11东北大学机械设计课程设计课件第11页第11页3.课程设计步骤设计准备传动装置总体设计传动零件总体设计减速器装配草图设计工作图设计编写设计计算说明书答辩12东北大学机械设计课程设计课件第12页第12页4.课程设计方法和要求4.1方法

方案设计——必要计算和结构设计——设计结果用图纸表示——设计依据为设计计算说明书。

“三边”设计法——边画图、边计算、边修改。误解，先将全部计算都作完，再画图，实际这是不可能。13东北大学机械设计课程设计课件第13页第13页4.2设计要求(1)设计工作要认真、仔细、独立完成。(2)正确使用设计规范和标准。(3)正确处理设计计算和结构设计关系。尺寸确定几个情况：①几何公式确定尺寸如齿轮传动中心距不得圆整。设计要求，a取Ra40系列值，不是靠圆整得到，而是靠调整参数实现。14东北大学机械设计课程设计课件第14页第14页

②由强度公式确定尺寸：按接触强度设计齿轮中心距轴最小直径确实定，,考虑结构需要最终确定。③经验公式确定尺寸如箱体结构尺寸，普通都需要圆整。④自己设计尺寸：强度不是主要问题，又无经验公式，通惯用类比法设计（轴套）。

(4)作图正确，表示清楚；计算准确，书写工整。15东北大学机械设计课程设计课件第15页第15页1.电动机选择选择依据:工作机特征、工作环境、工作载荷大小和性质。所需选定:电动机种类、类型和结构形式、功率、转速。1.1种类、类型和结构形式选择Y系列三相异步电动机一、设计步骤

16东北大学机械设计课程设计课件第16页第16页1.电动机选择1.2电动机功率选择选择条件：17东北大学机械设计课程设计课件第17页第17页

工作机功率考虑功率损失

18东北大学机械设计课程设计课件第18页第18页1.电动机选择1.3电动机转速确实定

三相异步电动机同时转速有3000，1500，1000，750r/min四种。提议使用同时转速为1000或1500r/min电机。最少选择两种同时转速电机进行方案比较，以选择最优方案。

详细见参考教材P11例2-1。

19东北大学机械设计课程设计课件第19页第19页2.传动比分配——初步2.1各级传动比分配依据表17-9合理选择推荐值。

*标准各级传动传动比在推荐值范围内=3~5=4~6

圆柱齿轮20东北大学机械设计课程设计课件第20页第20页*确保各级传动不干涉ex.大带轮太大——21东北大学机械设计课程设计课件第21页第21页*允许实际传动比与理论传动比有误差，要求：22东北大学机械设计课程设计课件第22页第22页0轴1轴2轴3轴4轴2.2传动装置运动和动力参数计算—P,n,T,i,η23东北大学机械设计课程设计课件第23页第23页第三讲传动零件设计计算1.减速器外传动零件设计计算1.1普通V带传动带型号、带轮直径和宽度、带长度、中心距、带根数、作用在轴上力大小和方向。

带轮尺寸确定：考虑设计尺寸在传动装置中是否适当。带轮直径确定后，验算带传动实际传动比。确定带轮毂孔直径：依据带轮安装情况详细考虑。24东北大学机械设计课程设计课件第24页第24页1.减速器外传动零件设计计算1.2链传动

确定链节距、齿数、链轮直径、轮毂宽度、中心距、作用在轴上力大小和方向。

要求：链轮齿数应为奇数或不能整除链节数数。链节数应为偶数，预防使用过分链节。

25东北大学机械设计课程设计课件第25页第25页1.3选择联轴器

依据各种联轴器应用特点，按标准选择（公称转矩和许用转速）。

26东北大学机械设计课程设计课件第26页第26页2.减速器内传动零件设计计算—齿轮传动设计完减速器以外传动零件后，要验算原始计算运动和动力参数，如有变动应进行对应修改，然后，再进行减速器内传动零件设计计算。2.1齿轮材料及热处理方法选择第三讲传动零件设计计算27东北大学机械设计课程设计课件第27页第27页2.2齿轮结构2.减速器内传动零件设计计算—齿轮传动齿轮轴结构第三讲传动零件设计计算28东北大学机械设计课程设计课件第28页第28页2.3齿轮传动中心距2.减速器内传动零件设计计算—齿轮传动第三讲传动零件设计计算29东北大学机械设计课程设计课件第29页第29页2.4齿轮参数2.减速器内传动零件设计计算—齿轮传动第三讲传动零件设计计算30东北大学机械设计课程设计课件第30页第30页8~15≥δ≥1.2δδ+c1+c2δ+c3+c45~8油润滑3~5脂润滑10~15初估轴径d1,按联轴器选标准直径、长度需定位,直径比d1大3~10，按密封件取标准值；长度按结构无定位，直径大1~3，但须按轴承取标准值轴承定位轴肩齿轮定位轴肩无定位，直径大1~3；长度比齿轮短2~3加轴套定位，上端按轴承定位要求，下端按齿轮定位要求；长度按结构定1、用坐标纸按1:1绘图2、标注中心矩、各段轴径、图示结构尺寸3、键联接段轴长、键长~108~1531东北大学机械设计课程设计课件第31页第31页第四讲减速器结构减速器包含：齿轮传动、轴、轴承、箱体及其附件。4.1齿轮、轴及轴承组合

32东北大学机械设计课程设计课件第32页第32页4.2箱体第四讲减速器结构33东北大学机械设计课程设计课件第33页第33页4.3减速器附件（1）检验孔及其盖板第四讲减速器结构34东北大学机械设计课程设计课件第34页第34页4.3减速器附件（2）通气器第四讲减速器结构35东北大学机械设计课程设计课件第35页第35页4.3减速器附件（3）轴承盖和密封装置第四讲减速器结构36东北大学机械设计课程设计课件第36页第36页4.3减速器附件（4）轴承挡油盘第四讲减速器结构37东北大学机械设计课程设计课件第37页第37页4.3减速器附件（5）定位销第四讲减速器结构38东北大学机械设计课程设计课件第38页第38页4.3减速器附件（6）启箱螺钉第四讲减速器结构39东北大学机械设计课程设计课件第39页第39页4.3减速器附件（7）油面指示器第四讲减速器结构40东北大学机械设计课程设计课件第40页第40页4.3减速器附件第四讲减速器结构（8）放油螺塞41东北大学机械设计课程设计课件第41页第41页4.3减速器附件（9）油杯轴承采取脂润滑时，补充润滑脂（10）起吊装置当减速器质量超出25kg时，为了搬利用第四讲减速器结构42东北大学机械设计课程设计课件第42页第42页第五讲减速器装配草图设计标准：普通，设计总是从装配图设计开始。大部分零件结构和尺寸是在装配草图设计阶段决定，在这个阶段过程中，要综合考虑零件强度、刚度、制造工艺、装配、调整和润滑等各个方面。目标：

是观察最初确定运动参数、各传动件结构和尺寸是否干涉，同时，在绘图工程中定出轴结构、跨距及受力点位置，方便验算轴强度、滚动轴承寿命。最终，确定出全部零部件结构和尺寸，为工作图设计打下基础。

逐步学会并掌握“三边”设计法。43东北大学机械设计课程设计课件第43页第43页5.1初绘减速器装配草图（1）准备工作确定传动齿轮主要尺寸；电动机安装尺寸；选择联轴器类型；初选滚动轴承类型；确定滚动轴承润滑和密封方式；确定减速器箱体结构尺寸（箱体结构复杂，强度和刚度计算比较困难，按经验公式计算出尺寸后要圆整，详细见表5-1）。第五讲减速器装配草图设计44东北大学机械设计课程设计课件第44页第44页5.1初绘减速器装配草图（2）俯视图草图初绘（步骤）选择百分比尺—普通按1：1，用A0号图纸绘制，布局，画出中心线；齿轮轮廓尺寸绘制；画出箱体内壁线；初定外伸段轴径，高速端与电机联d=(0.8~1.0)d电机；（按公式计算圆整）；设计轴结构（径向尺寸确定和轴向尺寸确定）；确定轴承安装详细位置见图5-8；确定轴承座孔宽度和箱缘宽度；轴承盖、螺钉、调整垫片绘制；确定外伸轴段长度；确定轴和轴上零件受力点。第五讲减速器装配草图设计45东北大学机械设计课程设计课件第45页第45页5.1初绘减速器装配草图第五讲减速器装配草图设计46东北大学机械设计课程设计课件第46页第46页≥1.2δ油润滑3~5初估轴径d1,联轴器需选标准值;长度按带、链轮、联轴器定需定位,直径比d1大5~9，按密封件取标准值；长度按结构无定位，直径大1~3，但须按轴承取标准值轴环定位，上端按轴承定位要求，下端按齿轮定位要求；长度按结构确定无定位，直径大1~3；长度比齿轮短1~3轴套定位，标准与轴环相同δ+c1+c25~8δ+c3+c4脂润滑10~1510~15δ+L1+L2≥δ47东北大学机械设计课程设计课件第47页第47页5.2轴强度、轴承寿命、键联接强度校核计算（1）轴强度校核计算依据俯视草图确定轴结构和支点及轴上零件力作用点，进行轴受力分析、绘制弯矩图和当量弯矩图，判定危险截面进行强度校核（参见教材第8章）。

要求：只进行输出轴强度校核，假如强度不够可经过加大轴径提升其强度。第五讲减速器装配草图设计48东北大学机械设计课程设计课件第48页第48页5.2轴强度、轴承寿命、键联接强度校核计算（2）滚动轴承寿命校核计算滚动轴承寿命最好与减速器寿命相同，或与减速器检修期相符（检修期普通为2~3年）。若轴承寿命不够，先考虑选取另一个直径系列轴承，其次考虑改变轴承类型，提升基本额定动载荷（参见教材第9章）

。

要求：只进行输出轴上一对滚动轴承进行校核计算。第五讲减速器装配草图设计49东北大学机械设计课程设计课件第49页第49页5.2轴强度、轴承寿命、键联接强度校核计算（3）键联接强度校核计算键联接强度校核计算主要是验算其挤压应力，许用挤压应力按键、轴、轮毂三者材料最弱选取，普通情况下，轮毂材料最弱（参见教材第3章）

。要求：只进行输出轴上键强度校核。若计算应力大于许用应力，可经过改变键长、改用双键、采取花键、加大轴径、改选较大剖面键等来满足强度要求。第五讲减速器装配草图设计50东北大学机械设计课程设计课件第50页第50页5.3完成减速器装配草图

主要工作：设计轴系部件（箱内传动零件、轴上其它零件、与轴承组合相关零件）、箱体及减速器详细结构。步骤以下：（1）轴系部件结构设计（2）减速器箱体结构设计（3）减速器附件设计第五讲减速器装配草图设计51东北大学机械设计课程设计课件第51页第51页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计

①箱内齿轮结构设计若小齿轮做成齿轮轴，俯视图中大齿轮采取全剖，小齿轮依据轴要求画法采取局部剖，表面两齿轮啮合情况。若为斜齿轮，应在小齿轮未剖外形图上用三条细实线画出齿斜方向。第五讲减速器装配草图设计52东北大学机械设计课程设计课件第52页第52页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计

②滚动轴承润滑和密封装置设计脂润滑：浸于油中齿轮圆周速度v<2m/s时采取，充填量为轴承空间1/2~1/3，箱体外部轴承座上适当位置安装油脂杯。轴承面向箱体内一侧安装挡油盘。第五讲减速器装配草图设计53东北大学机械设计课程设计课件第53页第53页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计

②滚动轴承润滑和密封装置设计油润滑：浸于油中齿轮圆周速度v>=2m/s时采取。第五讲减速器装配草图设计54东北大学机械设计课程设计课件第54页第54页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计③箱缘输油沟结构形式和尺寸结构有机械加工油沟和铸造油沟。惯用机械加工油沟。若齿轮为斜齿轮而小齿轮直径又小于轴承孔径，则应在小齿轮轴承滚动轴承面向箱体内一侧安装挡油盘。当齿轮圆周速度v>3m/s时，分箱面上能够不开输油沟，转速高，飞溅润滑油雾可直接进入滚动轴承进行润滑。第五讲减速器装配草图设计55东北大学机械设计课程设计课件第55页第55页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计④轴承透盖和闷盖详细结构当轴承透盖或闷盖直径较小时，端面可无须降低加工面。第五讲减速器装配草图设计56东北大学机械设计课程设计课件第56页第56页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计⑤轴承透盖处轴承密封件结构

目标：预防外界灰尘、水气、杂质等进入轴承及预防轴承内润滑剂外泄，在外伸轴端轴承孔内设置密封件。密封件有接触式密封和非接触式密封。

惯用接触式密封：毡圈油封和橡胶油封。毡圈油封：多用于脂润滑且外界灰尘较小处，适适用于轴圆周速度v<3~5m/s工作场所。第五讲减速器装配草图设计57东北大学机械设计课程设计课件第57页第57页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计⑤轴承透盖处轴承密封件结构

橡胶油封：内包骨架旋转轴唇型密封圈。可用于润滑脂和润滑油，轴圆周速度v<7m/s

。油封唇向外——预防外界灰尘、杂质为主；油封唇向内——预防漏油为主；两个相背放置——既防灰尘又防漏油。第五讲减速器装配草图设计58东北大学机械设计课程设计课件第58页第58页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计⑤轴承透盖处轴承密封件结构

惯用非接触式密封：油沟式密封和迷宫式密封。油沟式密封：用润滑脂填满油沟和与轴间隙进行密封。适适用于脂润滑及环境清洁场所。若用于油润滑，要预防润滑油沿轴外泄，需要与甩油环配合使用形成组合密封。迷宫式密封：将旋转和固定密封零件间间隙制成迷宫形式，缝隙间填入润滑脂，惯用于环境比较脏环境。第五讲减速器装配草图设计59东北大学机械设计课程设计课件第59页第59页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计⑥挡油盘结构设计挡油盘有铸铁铸造和钢板冲压两种。冲压成型挡油盘钢板厚度1~2mm。第五讲减速器装配草图设计60东北大学机械设计课程设计课件第60页第60页5.3完成减速器装配草图（1）轴系部件结构设计⑦轴套、轴端挡圈结构设计轴套依据齿轮和滚动轴承轴向定位和拆卸要求确定。第五讲减速器装配草图设计61东北大学机械设计课程设计课件第61页第61页5.3完成减速器装配草图（2）减速器箱体结构设计①轴承旁联接螺栓凸台高度h确实定通常螺栓中心线与轴承盖相切，依据螺栓直径确定扳手空间c1和c2

，在满足c1条件下，用作图法确定凸台高度，然后将该值向增大方向圆整，若各轴承盖外径不一致，则确定凸台高度也不相等，普通凸台高度均按较大D2值确定取齐。第五讲减速器装配草图设计62东北大学机械设计课程设计课件第62页第62页5.3完成减速器装配草图（2）减速器箱体结构设计②主视图上小齿轮端箱盖结构尺寸确实定大齿轮一侧箱盖外表面圆弧半径R=(da2/2)+Δ1+δ1，按相关尺寸画出即可。小齿轮一侧箱盖外表面圆弧半径普通无法用公式计算，依据箱体对称标准确定。主视图上小齿轮端箱盖结构确定以后，再投影到俯视图上，便能够确定出箱体内壁、外壁和箱缘等结构。第五讲减速器装配草图设计63东北大学机械设计课程设计课件第63页第63页5.3完成减速器装配草图（2）减速器箱体结构设计

③俯视图上箱缘上零件布置箱缘联接螺栓间距：小型减速器为100~150mm，大型减速器为150~200mm

。布置上均匀对称，预防与吊耳、吊钩和定位销等发生干涉。第五讲减速器装配草图设计64东北大学机械设计课程设计课件第64页第64页5.3完成减速器装配草图（2）减速器箱体结构设计④主视图上箱座高度确实定大齿轮齿顶圆到油池底面距离大于30~50mm。箱座高度H>=(da2/2)+(30~50)+δ+(3~5)mm，并圆整。

圆柱齿轮应浸入油中一个齿高，但不应小于10mm。第五讲减速器装配草图设计65东北大学机械设计课程设计课件第65页第65页5.3完成减速器装配草图（2）减速器箱体结构设计

⑤在左视图上确定地脚凸缘尺寸确定地脚螺栓孔径、地脚凸缘尺寸、地脚螺栓底脚厚度。在左视图上画出地脚凸缘和地脚螺栓孔。第五讲减速器装配草图设计66东北大学机械设计课程设计课件第66页第66页5.3完成减速器装配草图（2）减速器箱体结构设计

⑥箱体结构工艺性

铸造工艺性：外形简单，壁厚均匀，过分平缓，壁厚不可太薄。HT150及HT200最小允许壁厚为6~8mm。铸造圆角半径R>=5mm。沿拔模方向拔模斜度为1：20或1：10。

机械加工工艺性：同一轴心线上轴承座孔直径、精度及表面粗糙度应一致。轴承座端面尽可能位于同一平面上，箱体两侧轴承座端面应与箱体中心平面对称，方便于加工和检验。加工表面与为加工表面严格分开，不能处于同一表面上，或凸出或凹入——箱体表面在轴承座端面和放油螺塞处凸起5~8mm，检验孔处凸起3~5mm。上下箱联接螺栓头部及螺母与箱缘相接处表面也需机加工，普通采取沉头座方式，用锪刀锪平，深度2~3mm。第五讲减速器装配草图设计67东北大学机械设计课程设计课件第67页第67页5.3完成减速器装配草图（3）减速器附件设计（强调注意事项）

①检验孔及其盖板和密封垫片

检验孔位置：传动件啮合区上方，大小——手伸入检验。

检验孔盖板：盖板下加防渗漏垫片。箱盖上安放盖板表面需要刨削或铣削，凸台高度3~5mm。第五讲减速器装配草图设计68东北大学机械设计课程设计课件第68页第68页5.3完成减速器装配草图（3）减速器附件设计（强调注意事项）②通气器惯用通气器有两种：通气螺塞和网式通气器。通气螺塞——用于清洁环境。网式通气器——用于多尘环境。第五讲减速器装配草图设计69东北大学机械设计课程设计课件第69页第69页5.3完成减速器装配草图（3）减速器附件设计（强调注意事项）

③油面指示器惯用油面指示器有：油标尺、圆形油标、长形油