1 機械設(shè)計課程設(shè)計 主講教師 徐林林 2 第一章緒論 1 1機械設(shè)計課程設(shè)計的目的 1 培養(yǎng)綜合運用所學 機械設(shè)計 課程及其它有關(guān)先修課程的基本理論和基礎(chǔ)知識 從整體出發(fā)全面考慮機械產(chǎn)品的設(shè)計 提高分析問題和解決問題的能力 2 學習和掌握機械設(shè)計的基本方法和步驟 產(chǎn)品規(guī)劃 方案設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 制造及試驗 為專業(yè)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ) 3 進行機械設(shè)計基本技能的訓練 其中包括 計算和繪圖技能 運用各種設(shè)計資料 標準 規(guī)范 手冊 圖冊等 使用經(jīng)驗公式估算及編寫設(shè)計計算說明書 3 1 2機械設(shè)計課程設(shè)計的內(nèi)容和任務(wù) 內(nèi)容 機械設(shè)計課程設(shè)計一般選擇由 機械設(shè)計 課程所學過的大部分零件所組成的機械傳動系統(tǒng)或簡單機械作為設(shè)計課題 目前較多采用的是以齒輪減速器或蝸桿減速器為主體的機械傳動系統(tǒng)或典型機械作為設(shè)計課題 任務(wù) 機械設(shè)計課程設(shè)計要求學生獨立完成以下工作 1 減速器裝配圖 草圖和機繪各一張 2 零件工作圖兩張 低速軸和低速齒輪 3 設(shè)計計算說明書一份 機械設(shè)計課程設(shè)計結(jié)束時進行課程設(shè)計總結(jié)和答辯 1 3機械設(shè)計課程設(shè)計的一般方法和步驟 方法 機械設(shè)計課程設(shè)計采用邊設(shè)計 邊畫圖 邊修改的三邊法交叉進行 以學生獨立工作為主 教師只對課程設(shè)計的原則問題負責指導 4 步驟 機械設(shè)計課程設(shè)計可參考下表分階段進行 1 傳動裝置的總體設(shè)計 0 5天 1 選擇電動機 2 計算傳動系統(tǒng)總傳動比和分配各級傳動比 3 計算傳動系統(tǒng)運動和動力參數(shù) 2 減速器傳動零件的設(shè)計 1天 設(shè)計計算帶傳動 鏈傳動 齒輪傳動和蝸桿傳動的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸 3 減速器傳動軸及軸承裝置的設(shè)計 畫草圖 2天 1 設(shè)計軸 2 選擇滾動軸承進行軸承組合設(shè)計 3 選擇鍵聯(lián)接和聯(lián)軸器 4 減速器箱體及附件的設(shè)計 在草圖上進行 2天 1 設(shè)計減速器箱體及附件 2 完成繪制減速器裝配草圖 5 減速器裝配圖的繪制 機繪 4天 6 減速器零件工作圖的繪制 機繪 1天 7 設(shè)計計算說明書的編寫 2天 8 課程設(shè)計總結(jié)和答辯 5 1 4機械設(shè)計課程設(shè)計的注意事項 1 提倡獨立思考 深入鉆研的學習精神 要按照機械設(shè)計課程設(shè)計的教學要求 認真閱讀有關(guān)參考資料 仔細分析有關(guān)參考圖例的結(jié)構(gòu) 創(chuàng)造性地進行設(shè)計 2 產(chǎn)品設(shè)計是一個 設(shè)計 評價 再設(shè)計 修改 漸進與優(yōu)化的過程 學生在機械設(shè)計課程設(shè)計中應(yīng)嚴肅認真 一絲不茍 精益求精 采用 三邊法 對不合理的結(jié)構(gòu)和尺寸必須及時加以修改 3 正確處理設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的關(guān)系 在確定零件尺寸時應(yīng)注意 由幾何條件導出的公式 其參數(shù)間為嚴格的等式關(guān)系 計算得到的尺寸一般不能隨意圓整或變動 由強度 剛度 耐磨性等條件導出的公式 其參數(shù)間常為不等式關(guān)系 計算得到的是零件必須滿足的最小尺寸 不一定就是最終所采用的結(jié)構(gòu)尺寸 6 經(jīng)驗公式常用于確定那些外形復(fù)雜 強度情況不明等零件的尺寸 這些尺寸關(guān)系是近似的 一般應(yīng)圓整 還有一些次要尺寸 可以考慮加工 使用等條件 參照類似結(jié)構(gòu)加以確定 4 正確運用設(shè)計標準和規(guī)范 以利于零件的互換性和加工工藝性 同時可節(jié)省設(shè)計時間 標準和規(guī)范是為了便于設(shè)計 制造和使用而制定的 當遇到與設(shè)計要求有矛盾時 也可突破標準和規(guī)范的規(guī)定而自行設(shè)計 5 保證機械設(shè)計課程設(shè)計圖紙和設(shè)計計算說明書的質(zhì)量 要求設(shè)計圖紙圖面整潔 制圖符合標準 設(shè)計計算說明書書寫工整 條理清晰 說明書中設(shè)計參數(shù)的選取要合理 并與圖紙所反映的相應(yīng)參數(shù)一致 7 第二章傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計 2 1傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計 機器通常是由動力機 傳動系統(tǒng)和工作機構(gòu)三部分組成 傳動系統(tǒng)用于將動力機的運動和動力傳給工作機構(gòu) 并協(xié)調(diào)二者的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計是機器總體設(shè)計的主要組成部分 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的優(yōu)劣 對機器的工作性能 工作可靠性 外廓尺寸 重量 制造成本 運轉(zhuǎn)費用等均有一定程度的影響 任何機械其傳動系統(tǒng)方案都不是唯一的 在相同設(shè)計條件下 可有不同的傳動系統(tǒng)設(shè)計方案 學生可選擇機械設(shè)計課程設(shè)計題目給出的傳動系統(tǒng)參考方案 也可依據(jù)所承擔的具體設(shè)計任務(wù) 采用設(shè)計任務(wù)中規(guī)定的傳動型式 合理布置傳動機構(gòu) 最后提出自己的傳動系統(tǒng)方案 以求得更廣泛意義上傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的知識 8 2 2傳動系統(tǒng)方案應(yīng)滿足的要求 合理的傳動系統(tǒng)方案 除了應(yīng)滿足工作機性能要求 適合工況條件及工作可靠外 還應(yīng)使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 尺寸緊湊 加工方便 成本低廉 效率高及便于使用和維護等 要同時滿足這許多要求常常是困難的 在進行傳動系統(tǒng)方案設(shè)計時應(yīng)統(tǒng)籌兼顧 保證重點 9 題目5設(shè)計用于帶式運輸機的展開式二級圓柱齒輪減速器 10 題目7設(shè)計用于帶式運輔機的同軸式二級圓柱齒輪減速器 11 題目9設(shè)計用于鏈式運輸機的圓錐 圓柱齒輪減速器 12 題目10設(shè)計用于帶式運輸機的蝸桿減速器 13 二級齒輪減速器的傳動方案 14 蝸桿減速器傳達方案 15 第三章傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 3 1電動機的選擇 電動機是通用機械中應(yīng)用極為廣泛的動力機 其中Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機具有效率高 性能好 振動小等優(yōu)點 適用于空氣中不含易燃 易爆或腐蝕性氣體的場所和無特殊要求的機械上 機械設(shè)計課程設(shè)計中的動力機一般均可選用這種類型的電動機 選擇電動機時 應(yīng)依據(jù)所選電動機的機械特性與工作機的負載特性相匹配的原則來確定電動機型號 16 1 電動機的功率 首先估算傳動系統(tǒng)的總效率 再根據(jù)工作機特征計算工作機所需電動機功率 最后選定電動機額定功率 且使電動機額定功率不小于工作機所需電動機功率 工作機所需電動機功率 工作機所需功率 w 應(yīng)由工作機的工作阻力和運動參數(shù) 線速度或轉(zhuǎn)速 計算術(shù)得 在課程設(shè)計中 可由設(shè)計任務(wù)書給定的工作機參數(shù)按下式計算 工作機所需工作功率 kw 由電動機至工作機主動端的總效率 或 工作機的工作阻力 N 工作機的線速度 如運輸機輸送帶的線速度 m s 工作機的工作阻力矩 N 工作機的轉(zhuǎn)速 如運輸機滾筒的轉(zhuǎn)速 r min 17 傳動裝置納總效率 應(yīng)為組成傳動裝置的各個運動副效率的乘積 即 v帶傳動效率 滾動油承傳動效率 一對 滾動油承傳動效率 一對 滾動油承傳動效率 一對 閉式齒輪傳動效率 閉式齒輪傳動效率 聯(lián)鈾器效率 4 傳動滾筒效率 5 滾動油承傳動效率 一對 18 19 2 電動機的轉(zhuǎn)速 功率相同的同類型電動機 有幾種不同的轉(zhuǎn)速可供設(shè)計考選用 如三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速 一般有3000r min 2極 1500r min 4極 1000r min 6極 及750r min 8極 四種 低轉(zhuǎn)速電動機的級對數(shù)多 轉(zhuǎn)矩也大 因此外廓尺寸及重量都較大 價格較高 但可以使傳動裝置總傳動比減小 使傳動裝置的體積重量較小 高轉(zhuǎn)速電動機則相反 因此確定電動機轉(zhuǎn)速時要綜合考慮 分析比較電動機及傳動裝置的性能 尺寸 重量和價格等因素 由機械設(shè)計手冊選擇電動機型號 如 Y132S 2 B3 XXX 20 21 22 設(shè)計計算傳動裝置時 通常用工作機所需電動機功率PW進行計算 而不用電動機的額定功率Pd 只有當有些通用設(shè)備為留有儲備能力以備發(fā)展 或為適應(yīng)不同工作的需要 要求傳動裝置具有較大的通用性和適應(yīng)性時才按額定功率Pd來設(shè)計傳動裝置 傳動裝置的輸入轉(zhuǎn)速可按電動機額定功率時的轉(zhuǎn)速 即滿載轉(zhuǎn)速計算 23 3 2傳動比的分配 由選定的電動機額定轉(zhuǎn)速nm和工作機主動軸轉(zhuǎn)速nw 可得傳動裝置總傳動比為 總傳動比為各級傳動比的乘積 即 傳動比的分配 目的 減小傳動裝置的外廓尺寸 重量 達到結(jié)構(gòu)緊湊 降低成本的目的 還可以得到較好的潤滑條件 24 分配原則 1 各級傳動的傳動比應(yīng)在合理范圍內(nèi) 不超出允許的最大值 以符合各種傳動形式的工作持點 并使結(jié)構(gòu)比較緊湊 按任意鍵繼續(xù) 25 2 應(yīng)注意使各級傳動件尺寸協(xié)調(diào) 結(jié)構(gòu)勻稱合理 26 3 盡量使傳動裝置外廓尺寸緊湊或重量較小 27 4 在臥式二級齒輪減速器中 各級齒輪都應(yīng)得到充分潤滑 28 對展開式二級圓柱齒輪減速器 按任意鍵繼續(xù) 在兩級齒輪配對材料 性能及齒寬系數(shù)大致相同的情況下 即齒面接觸強度大致相等時 兩級齒輪的傳動比可按下式分配 或 式中i1 i2 分別為高速級和低速級齒輪的傳動比 i 二級齒輪減速器的總傳動比 對同軸式二級圓柱齒輪減速器 可取圓錐齒輪傳動比為i1 0 25i 并盡量使i1 3 以使圓錐齒輪直徑較小 對圓錐 圓柱齒輪減速器 29 3 3傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計算 在選定電動機型號及分配傳動比后 應(yīng)計算傳動系統(tǒng)中各軸的轉(zhuǎn)速 功率及轉(zhuǎn)矩 為傳動零件的設(shè)計計算和軸的設(shè)計計算提供依據(jù) 各軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速nm及傳動比進行計算 傳動裝置各部分的功率和轉(zhuǎn)速通常是指各軸的輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩 計算各軸運動及動力參數(shù)時 應(yīng)先將傳動裝置中各軸從高速軸到低速抽依次編號 定為 軸 電動機軸 1軸 2軸 相鄰兩袖間的傳動比表示為i01 i12 i23 相鄰兩軸間的傳動效率為 01 12 23 各軸的輸入功率為 1 2 3 各軸的轉(zhuǎn)速為n1 n2 n3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩為 1 2 3 30 1 各軸轉(zhuǎn)速 按任意鍵繼續(xù) 31 2 各軸輸入功率 式中 l 2 3 4分別為帶傳動 軸承 齒輪傳動和聯(lián)抽器的傳動效率 按任意鍵繼續(xù) 32 計算得到的各軸運動和動力參數(shù)的數(shù)據(jù) 可以列表整理備用 參見例2 3表格 2 各軸輸入扭矩 按任意鍵繼續(xù) 33 第四章減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計 窺視孔和窺視孔蓋在減速器上部開窺視孔 以便檢查齒面嚙合情況 潤滑油但由此注入機體內(nèi) 窺視孔上有蓋板 以防止污物進入機體內(nèi)和潤滑泊飛滋出來 放油螺塞減速器底部沒有放油孔 用于排出污油 放油孔用螺塞堵住 油標油標用來檢查油面高度 以保證有正常的油量 油標有各種結(jié)構(gòu)類型 有的已定為國家標準件 通氣器減速器運轉(zhuǎn)時 由于摩擦發(fā)熱 使機體內(nèi)溫度升高 氣壓增大 導致潤滑油從縫除 如剖面 軸伸處間隙 向外滲漏 所以多在機蓋頂部或窺視孔益上安裝通氣器 使機體內(nèi)熱漲氣體自由逸出 達到機體內(nèi)外氣壓相等 提高機體有縫隙處的密封性能 啟蓋螺釘機蓋與機座接合面上常涂有水玻璃或密封膠 聯(lián)結(jié)后接合較緊 不易分開 為便于取下機蓋 在機蓋凸緣上常裝有一至二個啟蓋螺釘 在啟蓋時 可先擰動此螺釘頂起機蓋 定位銷為了保證軸承座孔的安裝精度 在機蓋和機座用螺栓聯(lián)接后 鏜孔之前裝上兩個定泣銷 銷孔位置盡量遠些 如機體結(jié)構(gòu)是對稱的 如蝸桿傳動機體 銷孔位置不應(yīng)對稱布置 吊環(huán)和吊鉤在機蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)或吊鉤 用以搬運或拆卸機蓋 在機座上鑄出吊鉤 用以搬運機座或整個減速器 吊環(huán)和吊鉤在機蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)或吊鉤 用以搬運或拆卸機蓋 在機座上鑄出吊鉤 用以搬運機座或整個減速器 34 第五章裝配圖設(shè)計 1 裝配圖繪制前的準備 在畫裝配圖之前 應(yīng)翻間有關(guān)資料 參觀或裝拆實際減速器 弄儲備零部件的功用 做到對設(shè)計內(nèi)容心中有數(shù) 此外 還要根據(jù)任務(wù)書上的技術(shù)數(shù)據(jù) 按前文所述的要求 選擇計算出有關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)和主要尺寸 具體內(nèi)容有 1 確定各類傳動零件的中心距 最大圓直徑和寬度 其它詳細結(jié)構(gòu)可暫不確定 2 確定機體的結(jié)構(gòu)方案 剖分式 整體式等 35 2 第一階段的設(shè)計內(nèi)容初步驟 這一階段的設(shè)計內(nèi)容是通過繪圖設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)尺寸及選出軸承型號 確定軸的支點距離和軸上零件力的作用點 計算軸的強度和軸承壽命 大致步驟如下頁框圖 畫出傳動零件的中心線和輪廓線 畫出機體內(nèi)壁線和機體對稱線 定出軸承和軸承座端面位置 定出軸的支點和力的作用點 進行軸的受力分析和繪制力