机械设计课程设计指导PPT演示课件

.,1,机械设计课程设计,课程设计设计过程:1 如进行传动方案的设计（已拟定完成）2 电动机功率及传动比分配，3 主要传动零件的参数设计(V带、V带轮2个、轴2个、齿轮2个）标准件的选用.4 减速器结构、箱体各部分尺寸确定，结构工艺性设计，5 装配图的设计要点及步骤等。6 设计和绘制零件工作图7 整理和编写设计说明书,基本目的：1 培养正确的设计思想，训练综合运用所学的理论知识解决工程实际问 题的能力；2 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置的设计过程 和进行方式。3 设计基本技能的训练。如计算、绘图、熟悉和运用设计资料、手册、图册、 标 准和规范等。,.,2,设计的工作量：1)装配图-张(1或0号图纸)； 减速器装配草图1张(1号坐标纸、手绘) 2)零件工作图若干张(传动零件、轴或机体等)装配图1张、零件图2张3)计算说明书一份，约6000一8000字,课程设计要求：1 研究分析设计题目和工作条件，明确设计要求和设计内容；2. 认真复习与设计有关的章节内容，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进设计；3. 设计态度严肃认真,一丝不苟，反对照抄照搬，抄袭他人设计，容忍错误等问题。4 通过设计在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练,.,3,一、选择电动机(参见课程设计10页）,1 选择电动机的类型、结构形式和转速，计算电动机的功率， 确定电动机的型号。,一对齿轮效率0.97；一对轴承效率0.99； 联轴器效率0.99； 带传动效率0.96,1）所需电动机输出的功率,Pd=Pw/(kw) Pw 工作机器的输出功率(kw) 由电动机到工作机的总效率,2) 若已知工作机器的阻力F(N)，圆周速度(m/s)，则,Pw=F*V/1000 (kW),课程设计过程步骤,3）由Pd查表选择电动机型号(查课程设计193页）,.,4,二、总传动比i 及其分配i1、i2,由电机转速n1和滚筒转速n3确定总传动比i =n1/n3分配：i1 为V带的传动比； （24） i2 为齿轮的传动比；（24）总传动比：i=i1* i2,三、V型带及带轮的设计计算,1 .V型带的设计（教材116131页）,1）传动比i1=2) 工作情况系数3）计算功率4）选V型带型号5）小带轮直径6）大带轮直径7）验算V带速度8）初定中心距9）初算V带长度,10）确定V带长度11）确定中心距12）计算小带轮包角13）查包角修正系数14）查带长修正系数15）单根传递功率P16）单根带传递功率增量17）计算V带根数 Z18）计算V带对轴的拉力F0,.,5,2. 计算两带轮的宽度B,.,6,四、齿轮传动的设计计算根据：传递功率P；传动比I； 小齿轮的转速n; 工作时间、闭式传动。1 选择材料、热处理、精度等级、决定齿面硬度、表面粗糙度。2 按齿面接触疲劳设计（教材7287页）确定Z1、Z2 和齿宽系数 算实际传动比 、传动比误差计算转矩T确定载荷系数K确定许用接触应力查表确定 两齿轮的极限应力 计算应力循环次数NL查表确定 两齿轮的接触疲劳寿命系数极限应力ZNT1、 ZNT2。查接触疲劳寿命的安全系数求出d1、确定标准模数m 3. 校核齿根弯曲疲劳强度A）两齿轮的分度圆直径B）两齿轮齿宽查表两轮的齿形系数和应力修正系数计算许用弯曲应力 （查极限弯曲应力、弯曲寿命系数、应力修正系数、弯曲疲劳安全系数）,.,7,E) 计算弯曲许用应力计算弯曲应力计算齿轮传动的中心距计算齿轮的圆周速度,4. 两齿轮的几何尺寸计算（教材页表3-3）齿顶圆直径齿根圆直径分度圆直径基圆直径齿顶高、齿根高、齿全高齿顶径向间隙齿厚、齿槽宽、齿距两齿轮的中心距（尽量满足课程设计 .齿顶圆的压力角计算重合度（教材65页3-13式）,.,8,五、轴的设计（参见课程设计2830页）,1.各轴的功率计算2.各轴的转速计算 （列表）3.各轴的转矩计算,4、轴的概略设计(参见课程设计6368页)1）高速轴的概略设计材料、热处理、按扭转计算最小直径装V带轮处长度、外伸端直径与长度、装两轴承和两轴承盖处的直径和长度（试选轴承与轴承盖）装齿轮处的直径和长度齿轮与箱体的距离轴的总长度,2）低速轴的概略设计(参见课程设计6368页)步骤与高速轴类同注意：变速箱等宽、高速轴轴承的中心与 低速轴轴承的中心要在同一条直线上，也就是要求两根轴轴承中心等宽度。设计到这里开始作草图（查表： 轴承及轴承盖各参数、套筒的结构尺寸、齿轮的按装、连轴器的结构尺寸等）,.,9,.,10,参见课程设计49页表6.1,.,11,5. 轴的结构设计（见教材231232页）1）轴上的键槽宽度和长度确定（参见教材243页）2）轴肩、轴环宽度与高度、各圆角半径和倒角大小3）轴上零件的固定方法和紧固件4）轴上各零件的润滑方法和密封件的尺寸安装5）作出轴的结构草图,6. 轴系零、部件的设计,1） 设计小带轮的轮槽及带轮结构（按教材73页进行）作出教材73页所示的结构图并标注,.,12,2） 设计大带轮的轮槽及带轮结构作出教材73页所示的结构图并标注,3） 齿轮的结构设计（教材157158页）A) 小齿轮的结构设计及标注（齿轮轴或实体齿轮）B) 大齿轮的结构设计及标注（孔板式齿轮）,六 、低速轴轴的强度较计算（参见教材237240页）求出齿轮的受力Ft、Fr、Fa作出低速轴的空间受力简图作出水平平面的受力图、求解水平面的约束力作出水平面的弯矩图、求出最大弯矩作出竖直平面的受力图、求解竖直平面的约束力作出竖直面的弯矩图、求出最大弯矩作出合成弯矩图作出扭矩图求出当量弯矩代入强度条件、核算危险截面强度,.,13,七、轴承寿命计算、联轴器与键的计算高速轴上轴承的寿命计算轴承型号：查表查出： 基本额定动载荷C；查出温度系数计算轴承受的径向载荷P;用工作小时数Lh表示轴承的寿命。,G) 能否满足使用要求,2. 低速轴上联轴器的计算计算名义转矩T查表教材12-2工作情况系数K得出：计算转矩Tc查出所使用联轴器的许用转矩和许用转速是否满足Tc=T n =n,.,14,3. 低速轴上键的强度计算1）查出键的结构尺寸b*h*L2) 校核键的挤压强度（参看教材242243页）,八、减速器润滑方式和润滑油的选择1.润滑方式选择（课程设计138144页）2.润滑剂的选择（课程设计143144页）,九、减速器结构装配的绘制减速器箱体结构及装配草图的绘制 （按课程设计42-47页 表6-1的计算箱体尺寸22个）2. 减速器箱体结构及装配图的绘制 （大体类同课程设计8384页的装配图）标注尺寸公差及配合、写出技术特性、零件按顺序编号编写技术要求、零件明细表和标题栏,.,15,十一、整理和编写设计说明书设计说明书内容14项（参见课程设计8283页）设计说明书格式（参见课程设计8283页）,十、设计和绘制零件工作图1.大齿轮的加工零件图（参考课程设计227页的图形）2.从动轴的加工零件作图（参考课程设计233页的图形）,.,16,课程设计题目一设计运输散粒粮食的运输装置。已知输送带的有效拉力F=2000N输送带速度v=1.3m/s，输送带带轮直径D=180mm,输送带带轮及轴传动总效率w=0.94,运输带单向运转，载荷平稳，工作寿命10年，两班制,课程设计题目二设计单极减速器。已知输送带所需拉力F=2040N，输送带速度v=0.7m/s，输送带带轮直径d=100mm,运输带单向运转，载荷平稳，工作寿命10年，两班制,工作期限为5年，全年按300个工作日计算。在室内长期工作，有轻微震动，单向运转，工作环境有灰尘。,.,17,课程设计题目三设计某车间喷弹装置中的蜗杆减速器。单班制工作，每日工作8小时，通风情况良好，载荷平稳，单向运转已知输送链牵引F=1960N，输送带速度v=0.9m/s，链轮分度园直径d=330mm,工作期限为5年，,课程设计题目四设计带式输送机的传动装置。已知输送带的拉力F=2000N输送带速度v=1.6m/s，输送带带轮直径D=300mm,输送带驱动滚筒效率w=0.97,运输带单向运转，连续工作，载荷平稳，减速器小批量生产。,.,18,.,19,.,20,计算项目,计 算 与 说 明,主要结果,1、传动方案的确定,根据用途选择单级圆柱齿轮减速器方案如图所示,一、传动装置的总体设计,.,21,计算项目,计 算 与 说 明,主要结果,1）选择电动机的类型,2、电动机的选择,计算电动机所需要的功率,根据用途选择Y系列三相异步电动机,2）选择电动机的功率,根据运输带的线速度计算运输带所需要的功率P228,查表P222/11-3计算传动系统效率P227/11-3,查表P234/11-1选取电动机的额定功率,一、传动装置的总体设计,.,22,计算项目,计 算 与 说 明,主要结果,总传动比的范围,3）确定电动机的转速,由P222表11-3查得带轮传动和齿轮传动的限定值,电动机速度的范围值为（根据手册P193查得电机型号）,.,23,计算项目,计 算 与 说 明,主要结果,1）总传动比,3、传动比的计算及分配,2）分配传动比,4、传动装置运动、动力参数的计算,1）各轴转速,根据教材P226公式11-1,.,24,计算项目,计 算 与 说 明,主要结果,2）各轴功率,3）各轴转矩,.,25,计算项目,计 算 与 说 明,主要结果,2、减速器内传动件设计计算,二、传动件的设计计算,1、减速器外传动件设计计算,带轮传动设计计算P130131（不计算）,齿轮传动设计计算P75-,.,26,例题3-6 设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动，已知传动功率P=4.5KW.n=328r/min,i=4.68双向运转，载荷有中等冲击。,参看资料,.,27,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,1选择材料、热处理方式、公差等级,考虑运输带为一般机械，大小齿轮选用45钢采用软齿面、小齿轮调质，大齿轮正火，采用公差等级8,采用闭式硬齿面传动，小齿轮采用45钢调质处理，齿面平均硬度217-255HBW 240HBW,大齿轮采用45正火，齿面硬度162-217HBW， 200HBW 闭式硬齿面传动，可以先按弯曲疲劳强度设计，再校核接触疲劳强度。,.,28,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,2.按齿面接触疲劳强度计算,(2)计算小齿轮分度圆直径,极限应力,安全系数,许用接触应力,(1)许用接触应力,小齿轮转矩,齿宽系数,载荷系数,单极减速器中齿轮相对轴承，由表3-7取,工作平稳，软齿面齿轮，取,.,29,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,节点区域系数,标准直齿圆柱齿轮传动，3-7取,弹性系数,由表3-5取,小齿轮直径由公式3-19,3确定几何尺寸,齿数,模数,取,分度园直径,.,30,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,中心距,齿 宽,4.按齿面接触疲劳强度计算,(1)许用齿根应力,安全系数,极限应力,许用齿根应力,(2)验算轮齿根应力,复合齿形系数,由表3-6，经过线性插值计算,.,31,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,齿根应力,弯曲疲劳强度足够,弯曲疲劳强度足够,.,32,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,4 其他几何尺寸,P62表3-3,.,33,计 算 与 说 明,主要结果,2、小齿轮1上的作用力,三、齿轮上作用力计算,1、已知条件,根据前面的计算已知,圆周力为：,3、大齿轮1上的作用力,从动轮2上的作用力与主动轮1上的力大小相等、方向相反,.,34,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,五、轴的设计计算,1、高速轴的设计计算,1）已知条件,根据前面的计算已知,2）选择轴材料、热处理方式,由P150表7-1查得45钢、调质处理,3）初算轴径,由于高速轴外伸端安装皮带轮，轴径按照P157公式7-2计算,C系数(参看P157表7-4或手册P18表3-1查得)C=120,.,35,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,考虑轴上有键槽，轴径需要增大3%.5%,3）初算轴径,4）轴结构设计,1）轴承部件的结构设计：减速器箱体采用剖分式，轴承两端固定，从轴上零件安装顺序来设计,2）轴段的结构设计,轴段安装皮带轮，直径按照计算d=25mm,带轮宽度（1.52.0）d=37.550mm;取48mm,.,36,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,3）轴段的轴径设计:,轴段的轴径设计要考虑两方面因素带轮的轴向定位和密封圈的尺寸（手册142P）,带轮的轴向定位，轴肩高度h=(0.07-0.1) = (0.07-0.1) 25=1.752.5mm,密封圈的尺寸由手册P142查得毡圈直径d=30mm,轴直径，轴肩高度d=28.530mm,.,37,.,38,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,4）轴段、的结构设计:轴段、安装轴承，因为齿轮只承受径向力所以和圆周力无轴向力，所以采用球轴承，轴的直径考虑轴承安装，符合轴承系列(参看教材P190表8-3;手册P130)现拟取6007，经过寿命计算不符合要求，重新选取6207查得内径d=35mm、外径D=72mm、B=17mm内圈定位d=42mm 外圈定位D=65mm；轴承采用润滑脂润滑，齿轮采用润滑油润滑，所以要用挡油环隔离；靠近箱体内壁的轴承端面至箱体内壁的距离=14mm;挡油环端面至箱体内壁距离B1=2mmL3=B+B1=17+14+2=33mm,.,39,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,P62表3-3,2）轴段的结构设计,5）轴段的长度设计,轴段 的的长度L2除了与轴上零件有关还与轴承座宽度B及轴承端盖有关，下箱体壁厚=0.025a1+3=0.025 130+3=6.25mm取=8mm上箱体壁厚=0.91=0.98=7.2mm取1=8mm轴承座连接螺栓取M12;C1=20mm;c2=16mm箱体凸缘连接螺栓取取M10踢脚固定螺栓M16轴承端盖固定螺栓M8轴承座宽度L=+c1+c2+(5-8)mm=49.52mm取L=50mm取轴承端盖垫片厚度为1=2mm,.,40,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,P62表3-3,6）轴段、的结构设计该段间接为轴承提供定位取d4=d6=45mm齿轮端面距箱体内壁距离1=10mm轴段长度L4=L6=1-B1=10-2=8mm,所以轴应该设计成齿轮轴L5=b1=65mm,7）轴段的结构设计轴段要按装齿轮；为了便于安装方便d5略大于d3初定d5=47mm确定齿轮键的尺寸14mm9mm轮毂键深t1=3.8mm,.,41,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,8）箱体内壁间距的设计BX=210+b1=85mm,9）力作用点间的距离轴承力作用点(轴承中心)距外圈距离a=B/2=17/2=8.5mml1=50/2+L2+a=25+59+8.5=92.5mmL2=L3+L4+L/2-a=33+8+65/2-8.5=65mm,10）绘制轴的结构及相应尺寸如图所示,.,42,.,43,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,5、键连接,根据P56表7-2联轴器和各轴段采用A型平键连接845 GB/T1096-1990,6、轴的受力分析,（1）绘制轴的受力简图,（2）求支反力 水平面：,垂直平面：,.,44,.,45,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,A支座总支反力,B支座总支反力,（3）弯矩计算并绘制弯矩图,水平平面弯矩A支座弯矩齿轮所在截面弯矩铅锤平面弯矩,.,46,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,7、校核轴的强度,支座A处所在截面弯矩大直径小，所以为危险截面,（3）弯矩计算并绘制弯矩图,合成弯矩,（4）绘制弯矩图,（5）绘制扭矩图,计算支座A处所在截面弯曲正应力,.,47,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,扭矩按照脉动循环处理=0.6,计算支座A处所在截面扭转剪应力,按照弯扭组合计算支座A处强度,7、校核轴的强度,.,48,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,8、校核带轮处键连接强度,P62表3-3,9、校核轴承寿命参看P186例题8-3计算过程相同,（1）计算轴承当量动荷载,减速器预期寿命,.,49,例8-3：轴上装有直齿圆柱齿轮。齿轮所受切向力Ft=5000N,径向力Fr=1820N,齿轮在两个轴承间对称布置，工作有中等冲击，转速n=960r/min,要求工作寿命Lh0=8000h,试问6307型滚动轴承是否可用。,主要结果,计 算 与 说 明,项 目,1.计算当量动载荷Fp,由于轴承动载荷只承受径向载荷，所以当量动载荷即为轴承所承受的径向载荷，此处两轴承支反力相等即有。,宽径比,轴承宽度,轴承基本额定寿命动载荷,2.求轴承的实际寿命,当量动载荷,由P176表8-3查得C=33400N,温度系数,载荷系数,寿命指数,轴承实际寿命,轴承预期寿命结论,由P183表8-7查得fp=1.5,由P183表8-6查得ft=1.0,.,50,.,51,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,五、轴的设计计算,2、低速轴的设计计算,1）已知条件,根据前面的计算已知,2）选择轴材料、热处理方式,由P150表7-1查得45钢、调质处理,3）初算轴径,由于低速轴外伸端安装联轴器与工作机连接，轴径按照P157公式7-2计算,C系数参看P157表7-4查得,45钢、调质处理,.,52,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,考虑联轴器与轴连接、轴上需要铣键槽，轴径需要增大3%.5%,3）初算轴径,4）轴结构设计,1）轴承部件的结构设计：减速器箱体采用剖分式，轴承两端固定，从轴上零件安装顺序来设计,2）轴段的结构设计,轴段直径要考虑两方面问题一是按照上步计算得到的直径，二是要安装联轴器，需要考虑联轴器的选择联轴器的选择计算（参看P200例题9-1）,为补偿联轴器安装误差和隔离震动，选择弹性柱销联轴器,.,53,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,P206表9-3查得GB/T5014-2003LX2符合要求,差得公称转矩M=560N.m 许用转速n=6300r/min;轴孔范围2035;结合计算的直径取d=35mm;轴孔长度60mm;J型轴孔A型键 联轴器代号LX2 3560 GB/T5014-2003 轴段直径d=35mm;长度略小于轮毂孔长度L1=58mm,3）轴段的轴径设计:,轴段的轴径设计要考虑两方面因素联轴器的轴向定位和密封圈的尺寸,联轴器的轴向定位，轴肩高度h=(0.070.1)d 1 = (0.070.1) 35=2.453.5mm,轴直径，轴经d=d1+2h=39.9.42mm,密封圈的尺寸由手册查得毡圈直径d=40mm,最后轴径d2=40mm,4）轴结构设计,.,54,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,3）轴段的轴径设计:,轴段的轴径设计要考虑两方面因素带轮的轴向定位和密封圈的尺寸,带轮的轴向定位，轴肩高度h=(0.07-0.1) = (0.07-0.1) 25=1.752.5mm,密封圈的尺寸由手册查得毡圈直径d=30mm,轴直径，轴肩高度d=28.530mm,4）轴结构设计,.,55,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,4）轴段、 的轴径结构设计:轴段、 安装轴承，因为齿轮只承受径向力所以和圆周力无轴向力，所以采用球轴承，轴的直径考虑轴承安装，符合轴承系列，参看教材P190表8-3现拟取6009，经过寿命计算符合要求，查得内径d=45mm、外径D=75mm、B=16mm内圈定位d=51mm 外圈定位D=69mm；选择d3=d6=45mm轴承采用润滑脂润滑，齿轮采用润滑油润滑，所以要用挡油环隔离；靠近箱体内壁的轴承端面至箱体内壁的距离=14mm;挡油环端面至箱体内壁距离B1=2mmL3=B+B1=17+14+2=33mm,4）轴结构设计,.,56,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,5）轴段的结构设计轴段要按装齿轮；为了便于安装方便d4略大于d3=45mm初定轴段4直径 d4=50mm确定齿轮2的轮毂宽度（1.2.1.5)d4=(6070)mm左侧为轴肩定位、右侧为轴套定位为了使套筒端面顶到齿轮端面；轴段4的长度略小于齿轮轮毂的长度;由于齿轮宽度b=60mm所以轴段4的长度为L4=58mm;,4）轴结构设计,.,57,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,P62表3-3,6）轴段的长度设计,轴段 的的长度L2除了与轴上零件有关还与轴承座宽度B及轴承端盖有关，轴承座宽度L、轴承端盖厚度e、轴承端盖连接螺栓、轴承靠近箱体内壁的端面距离箱体内壁距离t、轴承端盖与轴承座间调整间隙为了避免联轴器轮毂与轴承盖螺栓装拆发生干涉联轴器端面与端盖端面的距离取K=13mm,.,58,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,P62表3-3,7）轴段的结构设计该段间接为齿轮提供定位定位轴肩高度h=(0.070.1)d3=3/55mm 取5mm则有：d5=60mm齿轮端面至箱体内壁距离为,轴段5的长度为：,挡油环端面到箱体内壁距离为,.,59,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,P62表3-3,8）轴段、的长度结构设计轴段长度L6=B+4=16+14+2.5=32.5mm 取32mm轴段长度L3=b2-L4+3+B=60-48+12.5+14+16=44.5mm 取44mm,.,60,项 目,计 算 与 说 明,主要结果,9）力作用点间的距离轴承力作用点(轴承中心)距外圈距离a=B/2=17/2=8.5mml1=50/2+L2+a=25+59+8.5=92.5mmL2=L3+L4+L/2-a=32+10+60/2