2025年机械设计项目作业伟创高效率设计方案解析

专业：机电一体化指导老师：温智灵完毕日期11月27日教师评语： 第1章机械设计基础规定及总论…第2章传动装置总体设计…2.1传动方案的确定及阐明…2.2电动机的选择…3.3传动件的设计计算…3.4齿轮减速器的箱体构造尺寸…3.7润滑与密封…第4章设计总结…课程设计是机械设计课程的重要的的教学环节，是培养学生机械设计能力的重要实践环节。课程设计的重要目的是：(1)通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识，起到顽固、深化、融会贯穿及扩展有关机械设计方面知识的作用，树立对的(2)通过课程设计的实践，培养学生分析和处理工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简朴机械设计的一般措施和环节。(3)提高学生的有关设计的能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计(CAD)能力等，使学生熟悉设计资料(手册、图册等)的使用，掌握经验估算等机械设计的基本技能。课程设计一般选择机械传动装置或某些简朴机械作为设计课题(比较成熟的题目使以齿轮减速器为主的机械传动装置),设计的重要内容一般包括如下几方1.设计准备工作(1)熟悉任务书，明确设计的内容和规定；(2)熟悉设计指导书有关资料图纸等；(3)观看录像、实物、模型，或进行减速器的装拆试验等，理解减速器的构造特点与(1)确定传动方案；(2)选择电动机；(3)计算传动装置的总传动比，分派各级传动比；(4)计算各级的转速、功率和转矩3.传动键的设计计算(1)计算齿轮传动的重要参数和几何尺寸；(2)计算各传动键上的作用力4.装配草图的绘制(1)确定减速器的构造方案；(2)绘制装配图草图(草图纸),进行轴，轴上零件和轴承组合的构造设计；(3)校核轴的强度，校核滚动轴承的寿命；(4)绘制减速器箱体构造；(5)绘制减速器附件5.装配图的绘制(1)画底线图，画剖面线；(2)选择配合，原则尺寸；(3)编写零件序号，列出明细栏；(4)加深线条，整顿面图；(5)书写技术条件，减速器特性等6.零件图的绘制(1)绘制齿轮类零件工作图；(2)绘制轴类零件工作图；(3)绘制其他零件工作图7.编写设计计算阐明书编写设计计算阐明书，内容所有计算，并附有必要简图；1.认真设计好草图是提高设计质量的关键草图也应当按正式的比例尺画，并且作图的次序要得当。画草图是应着重注意各零件之间的相对位置，有些细部构造可先以简化画法画出。2.设计过程中应及时检查、及时修正设计过程是一种边计算、边绘图、边修改的过程，应常常进行自查或互查，有错误时应及时修改，防止导致大量的修改。3.注意计算数据的记录和整顿数据是设计的根据，应及时记录与整顿计算数据，如有变动应及时修正，供下一步设计及编写设计阐明书是使用。4.要有整体观念设计时考虑问题周全整体观念强，就会少出差错，从而提高设计效率1.2理解和学习机械设计基础3、尽量选用原则化通用化的设计，简化设计过程从而减少成1.2.3机械设计的内容和环节1、产品规划2、方案设计3、技术设计1.2.3机械零件的失效形式和设计计算准则失效形式：原则化给机械带来的好处：2、简化设计工作、缩短产品生产周期课程设计是机械设计课程的重要的的教学环节，是培养学生机械设计能力的重要实践环节。1.3.2课程设计的重要目的深化、融会贯穿及扩展有关机械设计方面知识的作用2、通过课程设计的实践，培养学生分析和处理工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件、机械传动装置或简朴机械设计的一般措施和环节。3、提高学生的有关设计的能力，如计算能力、绘图能力以及计算机辅助设计(CAD)1.3.3课程设计的内容和任务课程设计一般选择机械传动装置或某些简朴机械作为设计课题(比较成熟的题目使以齿轮减速器为主的机械传动装置),设计的重要内容一般包括如下几方面：(7)初步确定分析传动装置的设计方案；(8)选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；(9)教学传动件的的设计计算，校核轴轴承联轴器键等；(10)绘制减速器装配图；(11)绘制零件装配图；(12)编写设计计算阐明书。1.3.4课程设计的有关事项间的相对位置，有些细部构造可先以简化画法画设计过程是一种边计算、边绘图、边修改的过程，应常常进行自查或互查，有错误时应数据是设计的根据，应及时记录与整顿计算数据，如有变动应及时修正，供下一步设计计算及阐明成果设计题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器3.使用折旧期；设计工作量分析和确定重要构成部分.①带传动平稳性好，能缓冲吸震，但承载能力较低，宜布置在高速级.二级斜齿圆传动方案的分析：(1)带传动平稳性好，能缓冲吸振，但承载能力小，宜布置在高速级；(2)链传动平稳性差，且有冲击、振动，宜布置在低速级；(3)蜗杆传动放在高速级时蜗轮材料应选用锡青铜，否则可选用铝铁青铜；(4)开式齿轮传动的润滑条件差，磨损严重，宜布置在低速级；(1)二级圆柱齿轮减速器：(4)二级圆柱齿轮减速器：应注意齿系列自散冷式笼型三相异步电动机7总=0.86滑，以及齿轮的分布状况，以便进行工作条件：滚筒直径260mm;运送带工作速度V=1.45m/s;运送带筒效率0.81,运送带速度容许误差为±5%。1、电动机类型的选择2、电动机功率选择：=n轴承³×n齿轮²×n联轴器²×n,xn=0.99³×0.97²×0.99²×(2)电机所需的工作功率：按推荐的合理传动比范围，取齿轮传动比i₁=3～5,又i₁=(1.3～1.5)i2,故合理总传动比的范围为i总=i₁·i₂=6～20,则：电动机转速的可选范围为：n电动机=i总×nw=(6～20)×92。3符合这一范围的同步转速有1500r/min、3000r/min,再根据计算出的容由附表8.1查出有两种合用的电动机型号，其技术参数及传动比比较状况见下方案电动机型号电动机转速(r/min)传动装置的总传动比同步转速总传动比带12案知：方案1电动机转速较高，但总传动比大，传动装置尺寸大；故方案2很因此选定电动机型号为Y112M-4,所选电动机额定功率为Ped=4kw,满载转速nm=1440r/min,总传动比适中，传动装置构造较紧凑。所选电动和安装尺寸如下图和表格所示：中心高外形尺寸轴伸尺寸EFD工KA工工=3.87×0.99×0.97=3.67=3.67×0.99×0.99=3.54各轴输入转矩由公式计算电动机轴的输入转矩Td运动和动力参数的计算成果列于下表：齿宽系数初选螺旋角轴名参数电动机轴I轴卷筒轴传动比i效率η高速级斜齿轮的设计选择齿轮材料及精度等级因传递功率小，选用软齿面齿轮组合。小齿轮用45钢调质，硬度为220～250HBS;大齿轮选用45钢正火，硬度为170～210HBS。由于是一般减速器，由常见机器中齿轮精度等级表选用8级精度，规定齿面粗糙度为Ra≤3.2～6.3um。按齿面接触疲劳强度设计按斜齿轮传动的设计公式可得：确定有关参数与系数：载荷系数查载荷系数表，知：取K=1.4齿数Z1、螺旋角β和齿宽系数ψd由于是软齿面传动，小齿轮齿数Z₁=20,则：Z₂=i₁×Z₂=7.8×20=156由齿宽系数表，知：ψd=1初选螺旋角β=13°。④许用接触应力[o]N₁=60njL=60×1440×1×(8×52×80)=2.87×10⁹N₂=N₁/i₁=2.87×10°/4.42=6.50×108由接触疲劳寿命系数坐标图，得：ZNT₁=1,ZNT₂=1.分度圆直径：许用弯曲疲劳强齿根弯曲疲劳强取b₂=40mm,则b₁=b₂+5=45mm,b=40mm.(4)按齿根弯曲疲劳强度校核①当量齿数Zv₁为：②齿形系数Y,由原则外齿轮齿形系数表，知：③应力修正系数Ys由原则外齿轮应力修正系数表，知：Y1=1.58Y2=1.7由以上计算成果，知：齿根弯曲强度校核合格。由常用精度等级齿轮的加工措施，可知：选用8级精度是合适的名称法面模数低速级小齿轮转N.mm法面压力角齿数：Z₃=21初选螺旋角螺旋角β分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径中心距齿宽低速级斜齿小齿轮转速为n₃=325r/min传递功率PI=3.61kw因传递功率小，选用软齿面齿轮组合。小齿轮用45钢调质，硬度为220~250HBS;大齿轮选用45钢正火，硬度为170～210HBS。由于是一般减速器，由常见机器中齿轮精度等级表选用8级精度，规定齿面粗糙度为Ra≤3.2～6.3um。确定有关参数与系数：小齿轮转矩：T₃=2.40×10⁴N.mm查载荷系数表，知：取K'=1.1由于是软齿面传动，小齿轮齿数Z₃=26,则：Z₄=i2×Z₃=26×3.16=83由齿宽系数表，知：中'=1.1初选螺旋角β'=9°④许用接触应力[oH]由齿轮接触疲劳极限图知：σHlim₁=560MPa,σHlim₂=530MPa.由安全系数表，查得：SH=1N₁=60njL=60×325×1×(8×52×80)=6.49×N₂'=N₁'/i₂=6.39×108/3.16=2.054由渐开线齿轮模数表，取原则模数m'=1.75mm.取b₄=37mm,则b₃=b₄+5=42mm,b'=42mm.(4)按齿根弯曲疲劳强度校核由公式得出σ',假如σ'≤[σ'],则校核合确定有关参数和系数：度:低速级齿轮圆周低速级齿轮精度为：8级③应力修正系数Ys④许用弯曲应力[o,I由以上计算成果，知：齿根弯曲强度校核合格。(5)验算齿轮圆周速度V选用8级精度是合适的。名称m法面压力角a螺旋角分度圆直径齿顶圆直径高速轴积极轮圆周力为1260N,径向力为468.8N,轴向力为267.8N轴的材料为45钢并经正火处理。其力为：齿根圆直径名称中心距齿宽名称符号二级斜齿轮减速器尺寸关系(mm)箱座壁厚△0.025a+3≥8,δ取8箱盖壁厚0.02a+3≥8,δ取8箱盖凸缘厚度箱座凸缘厚度B箱座底凸缘厚度地脚螺钉数目N盖与座连接螺栓直径8连接螺栓d₂的间距L定位销直径ddr、di、d₂至外箱壁距离df、d₂至凸缘边缘距离凸台高度h外箱壁至轴承座端面的距离C₁+C₂+(5～10),取l₁=50齿轮顶圆与内箱壁间的距离>1.2δ,取△₁=10齿轮端面与内箱壁间的距离>δ,取△₂=9箱盖、箱座肋厚D+(5~5.5)d₃,D一轴承外径(嵌入式轴承盖尺寸见表4.5)轴承旁连接螺栓距离S尽量靠近，以Md₁和Md₃互不干涉为准，一般取S=D₂1、高速轴的设计计算I轴传递功率PI=3.84kw,高速轴积极齿轮转速n₁=1440r/min,分度圆直径其中T₁=2.52×10⁴N·mm,d₁=40mm,αn即高速轴积极齿轮圆周力为1260N,径向力为468.8N,轴向力为267.8N.由已知条件，知：减速器高速轴传递的功率属于小功率，对材料无特殊规定，故选用45钢并经正火处理。由“轴的常用材料及其部分机械性能”表，查得强度3%~5%,取为19.36~21.95mm,由设计手则取原则直径d₁=35mm1)轴上零件的定位，固定方式和装配3.确定各轴段的长度σB=600MPa许2、中间④轴的设计计算(1)选择轴的材料，确定许用应力由已知条件，知：减速器低速轴传递的功率属于小功率，对材料无特殊规定，故选用45钢并经正火处理。由“轴的常用材料及其部分机械性能”表，查得强度极限σB=600MPa,再由“轴的许用弯曲应力”查得许用弯曲应力[σ-1b]=55MPa。(2)按扭转强度估算轴径根据“常用材料的[t]值和C值”表，查得：C=107～118.考虑该处轴径尺寸应不小于高速轴轴径，即取轴承内径(3)设计轴的构造并绘制构造草图将中间轴布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在一对齿轮两侧，即轴的最小直径处。先确定轴上零件的装配次序和固定方式。首先，轴的两端均安装轴承，均为最小直径。齿轮2从左端装入，左端用套筒固定，右端用轴肩定位，齿轮3则与轴制成一体。齿轮2的周向固定采用平键连接，轴承对由于轴的两端需安装轴承，直径最小，则轴段①、⑤取d₁=d₅=30mm。为了便于拆装轴承，初选圆锥滚子轴承型号为30306,其安装高度为3.5mm,则轴段②直径d₂=35mm,轴段③直径d₃=40mm,轴段④直径为d₄=28mm。齿轮2轮毂宽度为43mm,齿轮3轮毂宽度为60mm。为毂宽度，而同步又必须满足轴承内端面到箱体内壁的间距，则取为l₂=96mm;轴段④的长度为l₃=3mm;轴段⑤的长度为l₄=20.75mm;故轴段①的长度可确定为50mm。考虑到要在轴段②上加工出键槽，则键槽的长度应比齿轮2的轮毂宽度小约5～10mm,键槽宽按轴段直径查手册得键槽长L=36mm,键宽b=8mm,键高h=7m④选定轴的构造细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。(4)按弯扭合成强度校核轴径。①画出轴的受力图(图b)②作出水平面内的弯矩图。水平支反力(XY平面)(XY平面)(图c)由绕B点力矩和,得：FHA=[(57+60)F₁₂+60F₁₃]/(47.25+57+60)=640.由绕A点力矩,得：283.11482.3FHB=[47.25F₁₂+(47.25+57)F₁₃]/(47.25+57+60)=1022.③作垂直面的弯矩图(图d),求垂直面(XZ面)支水平面受力水平面受力\\转矩及转矩图(附图e)Ⅲ轴传递功率Pm=3.47kw,低速轴上低速轴从动轮转速n₄=103r/min,分其中T₄=2.30×10⁴N·mm,an=20°,β'=8.602°,参数：许用弯曲应力低速轴最小直径用实体式构造。d=d6=54mn(1)选择轴的材料，确定许用应力(2)按扭转强度估算轴径根据“常用材料的[t]值和C值”表，查得：C=107～118.考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存3%~5%,取为35.58~40.01mm。同步考虑到该处轴径尺寸应不小于中间轴轴径，取低速轴最小直径为d₁=36mmn。(3)设计轴的构造并绘制构造草图件为齿轮4,而齿轮4的齿顶圆直径da4=156mm<200mm,故齿轮4应采用实体式构齿轮4在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮4的周向固定采用平键连接。轴承安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈如图所示，轴段①(外伸端)直径最小，d₁=36mm;考虑