1、机械设计课程设计辅导课第一讲,机械设计课程设计辅导课第二讲,机械设计课程设计辅导课第三讲,机械设计课程设计辅导课,机械设计课程设计辅导课第一讲,设计任务（题目1 ）：,皮带传动,电机,减速器,工作机,联轴器,皮带运输机的减速器（单级）,1. 滚筒轴功率2. 滚筒轴转速,原始数据,设计条件,1工作状况,2使用寿命：10年，每年按300天计算,3%,3传动比误差,设计任务（题目2）：,皮带运输机的圆锥齿轮减速器（单级）,原始数据,设计条件,1工作状况；,2使用寿命 ；,3%。,3传动比误差,1. 运输胶带线速度,/m；,2. 鼓轮直径D,mm；,3. 胶带的牵引力F，N。,1电动机； 2. 联轴器
2、； 3. 减速器； 4.链传动； 5.鼓轮； 6.胶带运输机,一、传动装置的整体设计,二、传动零件的设计计算,三、装配图第一阶段设计（做出装配草图的俯视图）,四、装配图第二阶段设计,五、装配图第三阶段设计,六、完成装配图,七、零件工作图设计,八、 编写计算说明书,设计步骤：,1. 拟定合理的传动方案,3. 初步确定减速器结构 和零部件类型,主要零部件类型：齿轮采用圆柱斜齿轮（锥齿轮为直齿轮）,皮带传动为V型带传动； 轴承为滚动轴承；联轴器选择：高速级用带弹性元件的挠性联轴器,一、传动装置的整体设计的内容（P5P28）,4. 选择电动机,5. 确定传动装置的总传动比和分配传动比,6. 确定传动装
3、置的动力和运动参数,减速器结构: 单级卧式，剖分式箱体结构,2 .了解减速器的主要类型及应用特点（P8，表2）,皮带传动,电机,减速器,工作机,联轴器,二、传动零件的设计计算,该阶段对主要零件只画轮廓，不画具体结构,对阶梯形轴的过渡圆角、倒角可暂不做要求,1. 减速器外传动零件的设计,（1）带传动(见教材有关例题）,（2）链传动(见教材有关例题）,（3）开式齿轮传动,2. 减速器内零件的设计,确定齿轮的主要参数：a, Z1 , Z2 ,d1 ,d2 ,，mn ，B1 ， B2 ，,三、装配图第一阶段设计（做出装配草图的俯视图）,结构草图,抽象力学模型,轴的强度计算,键的强度计算,轴承的寿命计算
4、,确定结构,六、完成装配图,七、零件工作图设计,八、 编写计算说明书,四、装配图第二阶段设计,五、装配图第三阶段设计,该阶段画主要零件的具体结构,减速器机体设计（指导书P6170）,减速器附件设计（指导书P7174）,2. 传动零件结构设计,1. 轴承端盖结构设计,3. 轴承的密封与润滑,窥视孔盖和窥视孔，放油螺塞，油标，通气器，启盖螺钉, 定位销，环首螺钉、吊环和吊钩,1. 标注尺寸； 2. 写出减速器的技术特性； 3. 编写技术要求4. 对所有零件进行编号； 5. 列出零件明细表及标题栏；6. 检查装配图。,选择电动机（P11）,1.选择电动机类型,电动机的两大类型,直流电机,交流电机,直
5、流电机的缺点： （1）需要直流电源；（2）结构复杂； （3）价格高； （4）维护不便。,交流电机的分类,异步电机,同步电机,由于上述缺点，直流电机应用没有交流电机广泛。,一、传动装置的整体设计的内容（P5P28）,异步电机,笼型,绕线型,异步电机,其中以普通笼型异步电机应用最为广泛,特别推荐使用：,我国自行研究设计的Y系列三相鼠笼异步电机,我国自行研究设计的Y系列三相鼠笼异步电机的优点：,使用条件要求：,1，结构简单； 2，工作可靠； 3，价格低廉；4，维护方便,在经常正反转、频繁起动、制动的场所应选用：,YZ笼型异步电机和YZR绕线型异步电机,2.选择电动机容量（功率） （指导书P11）,容
6、量过小： 无法驱动工作机正常工作，长期过载使电机 过早损坏。,容量过大： 电机价格高，电机的能力不能充分发挥，长期 在欠载状态下工作，效率和功率因数很低，增 加电能消耗，造成很大浪费。,电机运行状态分类,长期连续运行,短时运行,重复短时运行,变载下长期运行,静载下长期运行,电机容量选择,所选电机的额定功率,需要电机提供的工作功率,图a 所示带式运输机，其电机所需功率为：,工作机（带式运输机）功率,从电机到工作机的总效率,KW,KW,KW,工作机的工作阻力，N；,工作机卷筒的线速度，m/s；,工作机的阻力矩，Nm；,工作机卷筒的转速，r/min,工作机卷筒的角速度，rad/s,（见指导书P12）
7、,滚动轴承（每对） 0.980.995,滑动轴承（每对） 0.970.99,弹性联轴器 0.990.995,齿轮联轴器 0.99,万向联轴器 0.970.98,具有中间可动元件的联轴器 0.970.99,（见课程设计指导书P12）,以上总效率可按照即可单个零件计算，也可按照部件效率来计算,皮带传动 0.940.97,单级齿轮传动 0.960.99,二级齿轮传动 0.960.99（一对）,运输滚筒 0.96,计算效率时要注意的问题： （P12）,1）一般情况下，按资料中效率范围的中间值查取，当加工 精度低、脂润滑或维护不良时应取较低值，反之取高值；,2）轴承效率均指一对轴承的效率,3. 选择电动
8、机转速 （P13）,异步电机的同步转速（空载转速）,3000r/min （电机定子绕组的极对数为2）；,1500r/min （电机定子绕组的极对数为4）；,1000r/min （电机定子绕组的极对数为6）；,750r/min （电机定子绕组的极对数为8）；,低速电机的特点： 极对数多，转矩大，电机的外廓尺寸和和重量都较大，价格高, 可以使传动装置的总传动比减小，使传动装置体积、重量减小,高速电机的特点： 极对数少，转矩小，电机的外廓尺寸和和重量都较小，价格低, 使传动装置的总传动比增大，使传动装置体积、重量增加,选择电机要综合比较如下因素：,电机及传动装置的性能，尺寸，重量，价格,常选用的转速
9、为：,1000r/min,根据工作机主轴的转速nW，和各级传动副的合理传动比范围，可推算出电机转速的选择范围，即,r/min,电机可选转速范围,传动装置总传动比的合理范围,工作机主动轴转速,根据Pd 、 nd在电动机产品目录查出所选的型号。,Y系列电动机（JB3074-82）的型号表示方法,例如：Y100L2-4的电动机,按照工作要求和条件，选用Y型三相笼型异步电动机，封闭式结构。,（2）选择电动机容量,电动机所需工作功率,KW,（P12 公式（1）,（P12 公式（2）,由电动机至运输带的总效率为：,带传动效率;,轴承效率;,齿轮效率；,联轴器效率;,卷筒效率,（3）确定电动机转速,卷筒轴的
10、工作转速,参考表1（P7），确定各级的合理范传动比范围为：,V带的传动比的合理范围：,二级齿轮减速器传动比的合理范围：,由公式：,总传动比的合理范围：,电机转速的可选范围为：,符合这一范围的同步转速有：750、1000 和 1500r/min,电机的选择见周开勤机械零件设计手册第十七章P273,5.确定传动装置的总传动比和分配传动比,总传动比,总传动比为各级传动比的连乘积，即,分配传动比时应考虑的原则:,（1）各级传动比应在合理范围之内。不允许超过最大值，以符合各种传动形式的工作特点，并使结构比较紧凑；,（2） 应注意各级传动比尺寸协调，结构匀称合理,（2） 应注意各级传动比尺寸协调，结构匀称
11、合理,由带传动和单级圆柱齿轮减速器组成的传动装置中，一般应使带传动的传动比小于齿轮传动的传动比，否则有可能使大带轮的半径大于减速器的中心高，使带轮与底架相碰。,（3） 尽量使传动装置外廓尺寸 紧凑或重量较小。在二级 传动中，高速级传动比大 于低速级传动比，使低速 级大齿轮尺寸较小。,（4） 在多级传动中，应尽量使各大齿轮尺寸相近，以使 各级大齿轮浸油深度相近，为此，应 使高速级传动比 大于低速级传动比。（中间轴至少埋过一个齿深）,（5）要考虑传动零件之间 不会干涉相碰,图（a ）卷扬机开式齿轮的传动比比较合适，如果传动比过小，d2D时，小齿轮与卷筒产生干涉。,确定传动比的顺序,例2-2 数据同
12、例2-1 ，试计算传动装置的总传动比，并分配各级 传动比。,解：电动机型号为Y132M1-6， 满载转速nm=960r/min.,（1）总传动比,（2）分配传动装置的传动比,带传动的传动比,减速器的传动比,则减速器的传动比为：,分配减速器的传动比,根据图12 （P17）查得,算得：,二级减速器的传动比为,例3 条件同例2。计算传动装置的运动和动力参数,得到轴转速：,轴转速：,轴转速：,电机的满载转速,由带传动比：,n,n,n,nm,各轴输入功率,轴,轴,轴,卷筒轴,带传动效率;,轴承效率;,齿轮效率;,联轴器效率;,（3）各轴输入扭矩,注意：各轴的输出功率等于输入功率乘轴承效率。如：,轴的输出
13、功率：,电机轴输出扭矩,轴,轴,轴,卷筒轴输入扭矩,注意：各轴的输出扭矩等于输入扭矩乘轴承效率。如：,轴的输出扭矩：,运动和动力参数计算结果整理于下表,当每根轴的功率P 、扭矩T、转速n确定后，应着手设计传动件齿轮、带轮、传动链等。这部分工作12级同学12月1号前完成。,该阶段设计流程图,机械设计课程设计辅导课第二讲,该阶段对主要零件只画轮廓，不画具体结构,对阶梯形轴的过渡圆角、倒角可暂不做要求,五、装配图第一阶段设计 （P39）,1. 绘制装配图前的准备,（2）各类传动件的中心距、最大圆直径（如齿顶圆）和宽度 （齿轮的毂宽或轮缘宽）,（3）按工作情况和转矩选出联轴器类型和型号、两端轴孔直径
14、和孔宽、有关装配尺寸的要求；,（4）确定滚动轴承类型，如向心轴承或角接触轴承，具体尺寸 可暂不确定；,（5）确定机体的结构方案（剖分式、整体式等）；,（1）选出电机的类型和型号，并查出其轴径和伸出长度；,减速器结构,窥视孔和窥视孔盖,窥视孔的功用：, 检查齿面接触斑点和齿侧间隙，了解啮合情况。, 由此注入润滑油,窥视孔盖的功用,防止污物进入,防止润滑油溅出,绘图要求:,尽量选择1：1比例尺；,用0或1号图纸绘制三个试图,一级减速器,二级减速器,注：a 为传动中心距；二级传动时， a 为低速级中心距；,绘制装配图的三个阶段,第一阶段的设计内容和步骤,设计流程图,各轴段直径和长度的确定,确定轴各段
15、长度及直径的顺序,轴,轴,轴,确定轴各段长度及直径 应与轴所在的箱体整体结 构相结合，综合考虑,3,s,初步计算轴径,按纯扭初估直径：,轴所传递的功率,轴的转速,计算系数，其值可查教材 P362表15-3,对外伸端，取较小值；,对非外伸端，取较大值。,按照由外向内的原则定各段直径,首先，按纯扭初估外伸端最小直径dmin,空心轴：,3,d轴的直径(mm)；,d1空心轴的内径；, 轴上有单键，直径增大3 % ;有双键,直径增大7 %, 当d100mm，有一个键时，轴径增大5%7%，有两个键时， 应增大10%15%，然后圆整直径。,实心轴：,装配图第一阶段设计（做出装配草图的部分主视图、俯视图）,见
16、指导书P26、 P41,初定草图：,L（圆整）,e 值按结构设计定，请参考课程设计图册P75“圆柱圆锥齿轮结构”,t 值的确定请参考“课程设计图册”P85 “轴承端盖结构”,1、 2 、h等见指导书 P26、 P42,h = （1.5 1.8）e,例题某一化工设备中的输送装置运转平稳，工作转矩变化很小，以圆锥圆柱减速器作为减速装置，试设计该减速器的输出轴。减速器的装置简图如图示，输入轴与电动机相连，输出轴通过弹性柱销联轴器与工作机相连，输出轴为单向旋转（从装有半联轴器的一端看为顺时针方向）。已知电机功率P=10KW,转速 n =1450r/min,齿轮机构参数列于下表。,解：1.求轴上的功率P
17、转速n 和转矩T,取每级的齿轮传动和轴承效率=0.97,2. 求作用在齿轮上的力,3. 初估外伸端最小直径,3,3,必须根据联轴器的孔来决定外伸端最小直径。根据扭矩T4 选联轴器：,扭矩变化小，取K=1.3,查设计手册，按GB/T5014-2003,选HL4型弹性柱销联轴器，其半联轴器的孔径d1 =55mm，长度L=112mm ,半联轴器与轴配合的孔径长度L1 =84mm,取轴的外伸端直径为:,轴的外伸端长度为:,4. 轴的结构设计（草图阶段）,（1）拟定轴上零件的装配方案（见P369图15-22a）,（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段轴径,t、S等尺寸的确定参考机械设计课程设计指导书,轴从
18、箱体凸缘外伸出的长度S（L）与外接零件及轴承端盖的结构有关。,当轴端装有弹性圈柱销联轴器时，要求有装配尺寸A ;,当采用凸缘式端盖时，必须考虑拆卸端盖螺钉所需的足够长 度L，以便在不拆卸联轴器的情况下，可以打开减速器箱盖；,当外接零件的轮榖不影响螺钉的拆卸或采用嵌入式端盖 时，则L可取小些。,初选轴承型号30313型，其内经d=65mm,外径D=140mm,宽度T=36mm，,草图阶段可不作倒角过渡圆角、公差配合等详细内容。,确定键的类型和尺寸,62轴径的确定需查该处毡圈油封型号确定。,（1）确定各压力作用点,5. 求当量弯矩,A 点在轴段中点，C 点在齿宽中点。,B、D 点位置查设计手册确定
19、。,（2）建立力学模型,（3）求支反力,V 面：,H面：,（4）作弯矩图,H 面弯矩MH,V 面：,H 面：,扭矩T,V 面弯矩MV,当量弯矩Me,合成弯矩M,6. 按弯扭合成校核轴的强度,确定危险截面：最大弯矩作用的截面,取=0.6 （轴单向转动，扭转剪应力为脉动循环变化）,根据轴的材料和热处理，由表15-1 查得：,故轴的强度可靠。,7. 精确校核轴的疲劳强度,计算方法：安全系数法,（1）确定危险截面,AB段仅有扭矩作用，且最小直径 已按受扭矩估算，故可不校核；,eD 段不受扭矩作用，且轴径较大，故可不校核；,截面处应力虽然最大，但应力集中不是最大（主要为键槽）；,、 截面处应力集中最大（
20、既有键槽又有过盈影响），但 截面处不受扭距作用，故应校核截面左右两端。,（2）验算截面左侧,抗弯截面模量,抗扭截面模量,截面左侧弯矩,截面左侧扭矩,截面弯曲应力,截面扭转剪应力,对于即受弯曲应力又受剪应力作用的轴面应按如下公式验算：,（参考第三章P31有关内容）,（具体计算过程请看P377例题）,其中：,轴系计算应注意的问题,1. 轴的失效形式及设计准则,（1）轴最主要的失效为疲劳断裂，设计时应进行疲劳强度校核；,（2）有短时过载的轴可能发生静力失效，其失效形式为塑性变形， 应按最大载荷进行轴的静强度计算（P366）；,（3）对于有刚度要求的轴（如机床主轴、跨度大的蜗杆轴等）, 主要失效为过大
21、的弹性变形，应进行刚度计算（P367 P368）。,（4）对于高转速的轴，应进行振动稳定性计算（P369）。,注意：当采用两个键时，一般只能按用一个键的1.5倍计算,（2）平键联接的主要失效形式和强度计算,静联接（普通平键联接）挤压破坏,2. 键的计算应注意的问题,（1）键的类型选择（参考教材有关内容）,动联接（导向键、滑键）磨损,在同一轴段采用两个普通平键仍不能满足强度要求时，应该选花键联接。,3. 轴承寿命计算应注意的问题,1）轴承型号初选已在轴的结构草图时完成,初选轴承型号时，一般先初选深沟球轴承,当寿命计算结果不满足要求时常作如下处理：,（1）提高轴承的直径系列：如将原轻系列改为中系列
22、；,（2）当将直径系列改为重系列仍不能满足要求时，应该重选 轴承类型，其重选过程为：,圆锥滚子轴承,2）当轴承类型、型号改选后， 其支点位置改变，须重做轴的力学模型重新进行轴的强度计算直到 满足强度要求。,轴的结构草图的设计是一个需要不断反复的过程，同学们应对它复杂性、繁琐性有充分的思想准备 。有志者事竟成。,轴系计算的程序图,机械设计课程设计辅导课第三讲,七、装配图设计第三阶段（指导书P61）,1.减速器机体设计,减速器重量约为机器总重的30% 50%；,减速器机体可以是铸造的，也可以是焊接的。,设计机体应在三个基本视图上同时进行，要考虑以下问题：,（1）机体要有足够的刚度,在设计机体时，首
23、先应保证轴承座的刚度。,轴承座要有足够的厚度（约为箱体壁厚的22.5倍厚）；,在轴承座附近加支撑肋；,当轴承座为剖分式结构时，要保证其连结刚度。,见指导书P6162 。,轴承座要有足够的厚度；,在轴承座附近加支撑肋；,内肋刚度大，外表光滑美观。工艺复杂，内壁阻碍润滑油流动但目前采用该结构逐渐增多。,当轴承座为剖分式结构时，要保证其连结刚度。,a）,b）,轴承旁凸台结构尺寸的确定,（a）,（b）,（c）,主视图投影,左侧视图投影,俯视图投影,（2）机体内零件的润滑、密封及散热P62 P67,传动件圆周速度12m/s ，采用浸油润滑，齿顶到油池底面的 距离H 不应小于30 50mm;,多级传动采用
24、带油轮,当v 12 m/s时，采用油泵喷油润滑（注意喷油嘴位置）。,采用油池润滑时，若低速级大齿轮的浸油深度超过1/3分度圆半径时，可使搅油损失增大。,铸造的油沟,圆柱铣刀加工的油沟,盘铣刀加工的油沟,见指导书P 66,开设回油沟的目的是要让油流回箱体内。,盘铣刀加工的油沟,铸造的油沟,开设输油沟是为了向轴承输送润滑油。,滚动轴承采用脂润滑时需设置油杯（参考图册P30、P31 、P86）,轴承端盖和套杯的结构（图册P85）,在机体设计中要考虑机械加工的要求（见指导书P69）,以上结构不利于加工,（b）,（a）,加工面,轴承座凸缘加工面的设计,结构（a）设计不合理。,结构（b）设计合理。,减速器
25、机座底面结构设计,（a）,（c）,（b）,（d）,减速器机座底面结构设计（见指导书P70）,图（d）为较好结构。,在小型减速器中，常用图（b）结构。,（a）,（c）,（d）,（b）,当轴承座旁连结螺栓的凸台距离m太近时的设计措施,m太小时，应采用（b）、（c）、（d）结构。,接合面设计常见问题之一。,轴承座旁凸台连接螺栓常见错误,小齿轮处箱盖轮廓的确定,2. 减速器附件设计,（1）窥视孔盖和窥视孔,窥视孔的作用,注入润滑油。,检查传动件啮合情况、润滑情况，接触斑点及齿侧间隙；,窥视孔的大小应能允许人手伸入操作。,（b）,（a）,a）冲压薄钢板,c）铸铁（工艺性差）,d）铸铁（工艺性好）,b）钢
26、板,（2）放油螺塞,减速器底部设有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞堵住。,油塞的具体画法见指导书P72 或图册P86,左侧视图,主视图,攻丝工艺性差,（3）油标,油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量。,（4）通气器,减速器运转时，箱体内温度升高，导致润滑油从结合面缝隙向外渗漏。,通气器的作用是让箱体内的热胀气体自由溢出，达到机体内外平衡，以提高结合处密封性能。,通气器有时安装在窥视孔盖的中央,通气器的具体画法见指导书P73 设计图册P87,（5）起盖螺钉,（6）定位销,镗孔之前安装定位销，以保证轴承座孔的安装精度,具体结构设计见指导书和图册。,锥齿轮减速器的设计基准,三视图投影关系必须准确无误。,第三阶段设计完成后的装配图（俯视图）,该阶段的装配图中的剖分部分可不打剖面线；,不标注尺寸和公差；,轮廓线不做加深。,传动零件,轴系零件,联接零件,附件,机架,
