机械设计课程设计.ppt

机械设计课程设计,南京理工大学机械工程学院,二级展开式圆柱齿轮减速器,一、课程设计的目的,1）培养学生综合运用所学的机械系统课的知识去解决生产实际问题的能力,2）学习机械设计的一般方法和步骤,3）进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图，运用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验结算和处理数据的能力。,选择一般用途的通用机械的传动装置减速器作为设计的课题,设计题目：两级（直齿或斜齿）圆柱齿轮减速器,设计技术要求：见具体题目要求。,四种工作机的传动装置:,10：碾砂机传动装置 11：卷扬机传动装置 12：皮带运输机传动装置 13：螺旋运输机传动装置,10：碾砂机传动装置,立轴功率：p(kw) 立轴转速：n(r/m) 寿命10年，双班制， 有轻微振动，多灰尘。,11：卷扬机传动装置,绳索牵引力f（n）， 牵引速度v(m/s)， 卷筒直径d（mm）， 负荷持续率jc%（即jc=工作时间/一个工作周期） 寿命10年，单班制，有中等程度冲击，在室外工作。,12：皮带运输机传动装置,工作机皮带拉力为f(n) 皮带速度为v(m/s) 卷筒直径d(mm),寿命10年，单班制，轻微振动，在室外工作。,13：螺旋运输机传动装置,输送机轴功率：p(kw) 输送机轴转速：n(r/m) 寿命5年，双班制， 有轻微振动,工作量：1）减速器装配图一张（0#图纸） 2）零件工作图2张（中间轴、中间轴上的大齿轮） （3#或4#图纸） 3）设计计算说明书一份。（20页左右16开）,三、设计的具体步骤和内容,1）设计准备 0.5天,课程设计所需的设计参考书有： 教材 机械设计课程设计手册张龙主编 国防工业出版社 机械零件课程设计指导书或其它的课程设计指导书哈工大主编、高教出版社 机械零件课程设计图册或同类型其它图册 简明机械零件设计手册东北工学院编 机械设计手册可代替设计指导书蒋春源等编 辽宁科学技术出版社,准备两支铅笔：h（2h）细实线 hb（b）粗实线,（1天）2）传动装置的总体设计：确定传动方案，选择电动机，计算传动装置的总传动比和分配各级传动比，计算各轴的功率、转速和转矩。,（1天）3）传动件的设计计算：包括箱外传动件：联轴器选型和箱内传动件：两级齿轮几何参数和结构以及轴的结构尺寸的确定,（4天）4）减速器装配草图的设计。包括确定减速器箱体的结构形式，各部分结构尺寸，箱体上各附件位置和尺寸参数的设计,（1天）5）进行轴、轴承和键的强度和寿命的设计和校核计算。,(1.5天)6）加深完成减速器的装配图（标注尺寸，零件明细表，技术要求等）,（1天）7）绘制零件工作图（一个齿轮、一个轴）零部结构、标准尺寸和形位公差齿轮误差检验项目和表面粗糙度以及加工技术要求等,（1天）8）编写整理设计计算说明书。,9）准备设计答辩,四、课程设计注意事项和要求 注意事项：,1.要求培养独立思考的习惯，独立工作的能力。,2.在进行各个阶段设计以前，一定要首先认真阅读设计指导书，明确要求和注意事项，以避免不必要的修改和错误。,要求：,1）图纸：所绘图纸要求作图准确、结构合理、表达清晰、图面整洁、尺寸齐全、内容齐全、完全符号制图规定。,2）设计任务书要求：计算正确，所有计算公式和数据须标明出处，每一步计算结果要用表格方式列出，再在清晰位置说明。设计思想明确。设计计算内容步骤齐全，表达清楚，并附必要的示意图和表格形式进行说明，书写工整，并按一定的格式进行书写。,3）自己要按上课时间准时到教室设计，不得迟到早退，有事向指导老师请假。,4）每一步设计任务须按时完成。,一、传动装置的总体设计内容,（一）传动方案的确定在几种可行的传动方案中选择最佳方案。 现由设计任务书直接下达为两级展开式圆柱齿轮减速器（直齿或斜齿）,（二）选择电机,1类型按工作机载荷（大小，性质），工作条件来选择,通用机械结构简单、价格低廉、维护方便 y系列封闭式三相交流异步电动机,经常启动、制动和反转的场合 ，应选用起重及冶金用yzr和yz系列电动机如卷扬机。,2确定电机功率,3. 定电机的转速：,对于长期连续运转、载荷不变或很少变化，且在常温下工作的电动机可按电动机的额定功率pd等于或略大于所需的功率pw,在手册中选取相应的电动机型号即可。,同一额定功率的电机，一般有同步转速3000rpm,1500rpm,1000rpm,750rpm等，,同步转速,则电机尺寸重量,价格,由此选高速为佳,但当工作机转速nw一定时,电机转速越高,使传动系统结构庞大，成本反而提高,故应兼顾以上两点来选择同步转速,其中1500rpm、1000rpm两种电机供应较多，设计时应优先采用.,一般，考虑减速器传动比,（1020合适）,最后列出电机参数表。（参考指导书）,卷扬机工作机构所需的有效功率,f牵引力（n）,v卷筒圆周速度,工作机效率,工作机所需电动机的功率：,传动装置的总效率,一对齿轮效率,一对轴承效率,联轴器的效率,要求电机额定功率：,选定型号,定电机的转速,卷筒轴的工作转速为,列出电机参数表,（二）定减速器总传动比和分配各级传动比,（1）由电机至工作机之间总传动比ia,额定转速(满载转速),（2）传动装置的总传动比,i传动装置外的其它传动零件的传动比，必须先选定。,（3）分配传动装置的两级传动比,要求：,1）单级传动比按要求在合理范围内选择,2）各传动件间尺寸要协调、结构要匀称，要保证两级大齿轮浸油深度合理,i高=（1.21.4）i低,但高速级传动比又不能过大，否则高速级大齿轮直径过大，会与低速级从动轴相碰。,以上传动比的分配只是初步的，为理论传动比,而实际传动比只有等传动件参数确定以后才能定,实际传动比：,（四）计算传动装置的运动和动力参数,计算减速器中各轴的功率、转矩、转速,如图卷扬机所示,各轴的输入功率,从工作机到电动机（p偏小）,pv=pw,p=pv/23,p=p/12,p=p/12,pi（电机轴）=p/23,一对齿轮效率,一对轴承效率,联轴器的效率,一对齿轮效率,一对轴承效率,联轴器的效率,从电动机到工作机,pi=ped,p=pi23,p=p12,p=p12,p=p23,p偏大，尺寸偏大,偏安全。,计算各轴的转速,ni=n电,n=ni,n=n/i1,n=n/i2,nn,（3）计算各轴输入的工作扭矩,t=9550pi/ni,t=9550p/n,t=9550p/n,t=9550p/n,t=9550p/n,将上述计算的运动和动力参数列表,二、传动件的设计计算,原始数据：传动装置的运动及动力参数设计计算所得的数据及设计任务书所给定的工作条件。,1齿轮传动参数的设计计算参考教材,a) 选材料，定热处理方法和齿面硬度,一般用优质碳素钢：40，45#，50,热处理方法：正火调质软齿面齿轮（hb350） 表面淬火，渗碳淬火硬齿面（hb350）,如设计题目功率较大（p4kw），选硬齿面； 如 设计题目功率较小， 选软齿面。,b) 按弯曲和接触疲劳强度条件设计齿轮参数 参考教材,软齿面齿轮按轮齿接触强度设计齿轮参数，按轮齿弯曲强度条件进行校核。,硬齿面齿轮按轮齿弯曲强度条件进行设计，按接触强度条件进行校核。,设计的原始数据：各轴的扭矩、功率和工作条件、 工作情况,其中kkakvk取值见教材。,c)对齿轮几何参数的计算：,d1,d2 da1,da2 df1 ,df2 ha,hf b1,b2等,为保证全齿宽接触，使,d) 齿轮的结构设计,齿轮轴,实心齿轮,腹板式齿轮,轮辐式齿轮,参考教材或手册和图册,齿轮设计好后检查：,a：齿轮与轴的干涉：中间轴上高速级大齿轮不与低速轴相干涉,b：高、低速级大齿轮尺寸检查,若不满足，加一带油轮。,h太大，齿轮2和4相差太远，油飞溅润滑有问题。,c：润滑方式选择：,高速级大齿轮的圆周速度,d：总中心距,最好不要超过300mm，否则0号图纸画不开！,2轴径初估和联轴器的选择,a) 轴径的初步估算,轴径可按扭转剪应力估算,45# 钢取a=135106,计算输入、输出轴的轴端最小直径时，a取小值,计算中间轴的最小直径时， a取大值,轴径处有键槽时，d放大4%然后取整,高速轴与电机轴相联，则取轴端直径d=(10.8)d电,b)联轴器的选择输入、输出轴上用,输入轴（与电机联接）弹性联轴器,输出轴（与工作机联接）齿轮联轴器,联轴器按计算转矩tc进行选择,要求所选型号联轴器所允许的最大转矩tc,联轴器的孔径满足所联接的两轴径的尺寸要求,联轴器的类型按工作要求和条件定，一般选用刚性凸缘联轴器或弹性柱梢联轴器。,四、装配图设计第一阶段（总体结构设计）,1设计准备,比例1：1，0号图纸,图面布置,初步估算总装配图的长宽高的总体布置，使各视图间，视图与明细表及边框之间的间距比较合适。,主视图,左视图,俯视图,2确定齿轮的位置,画出传动零件的中心线。,3815mm,确定箱体内壁线,小齿轮端面与箱体的内壁间的距离2 ,大齿轮齿顶圆距内壁 11.21, 、1见表41,画出机体对称线,高速级小齿轮一侧内壁涉及箱体结构，暂不画出，其内壁的位置由绘主视图时根据轴承旁联接螺栓用凸台位置而定的箱体外壁位置而定。,确定箱体外壁的位置,箱体底部离低速级大齿轮顶圆的距离主要考虑有足够的油量，便于散热，并防止搅油时沉渣泛起，齿顶到油池底面距离应不小于15。,3进行轴的结构设计：,由初估的轴的直径dmin和轴上零件的安装定位要求确定轴的径向和轴向尺寸计算,由联轴器孔径定轴的最小基本尺寸,由标准轴承内径定中间轴的最小尺寸,由联轴器孔径定轴的最小基本尺寸,（2）轴的径向尺寸的确定,a) 输入、输出轴,轴肩定位处轴肩高度h3mm,d2处与密封圈相配，应取标准值（即密封圈的内径）见手册。,安装滚动轴承处轴直径d3应取标准值,过渡轴肩h=12mm,由d3选择轴承的类型和尺寸,d3,过渡轴肩h=12mm,d4,轴环尺寸：教材p451,h1=0.070.1d4,d5,b) 中间轴径向尺寸,dmin选中间轴上轴承型号尺寸,三根轴上的轴承的类型一般应相同,轴承的内径，d轴承id轴承d轴承,（3）轴向尺寸,由轴上零件的轴向尺寸和减速器箱体结构尺寸（支承宽度）传动零件间的间隙（齿轮端面与箱体端面、联轴器端面与箱体端面的间隙）定轴的轴向尺寸，即与箱体结构设计同时进行。,lab=半联轴器长度（35）mm,l2保证轴承盖螺钉的装拆要求，嵌入式轴承盖： l2510mm.,e值查手册：轴承盖结构尺寸。,m?,lm+t+4c1+c2+(38)mm, ，c1,c2见指导书表41，42,4?,4:箱体内壁至轴承端面的距离。轴承脂润滑时，取510mm；油润滑时取35mm,lm+t+4c1+c2+(38)mm,求出m,lbc=l2+e+m,lcd=t+ 4+ 2+ ,齿轮端面至箱体内壁距离，,23mm,滚动轴承若为脂润滑，加挡油环,lde=齿轮宽度,=23mm,lef=轴环宽度1.4h1,h1,lfg=(l-2blef)+ 4+t,（4）、确定轴上零件力的作用点及轴的支点,力的作用点取在齿轮（联轴器）宽度中点； 轴的支点取在轴承宽度中点。,4、进行轴的强度校核计算参考教材,受力图、应力图、弯扭合成图，第三、第四强度理论。,5、校核滚动轴承的寿命参考教材,直齿轮优先选深沟球轴承；,若为斜齿轮，轴承要用向心推力轴承。,6、校核键联接的强度。,装配草图的设计,设计原则 ：,1）先画大轮廓，再画零件结构，再画零件细部结构,2）先画中心线，后画结构,3）先画中间结构，再画向上、下和两边扩展,左视图可由主俯视图投影而得,设计时另外要注意：,1）箱体上轴承孔与孔之间能否安装螺栓，会不会干涉,2）第一级传动的大齿轮会不会碰到第三根轴，第二根大齿轮齿顶至第三轴孔径间至少有5mm间隙，以免干涉。,五、装配图设计第二阶段,任务：设计传动零件，或其它主要零件的结构、箱体的主要结构，轴承的润滑与密封形式,1齿轮的结构形式与尺寸,a) 齿轮尺寸较小时可与轴做成一体,b) 当,时做成实心齿轮，与轴分开制造,c) 当齿轮直径较大时可采用腹板式齿轮结构,齿轮具体轮缘，轮毂，腹板部分的结构尺寸见教材p414p417页和图册p82p83页。,2轴承端盖结构,通盖输入、输出轴外伸处，此处与轴接触处需要装密封圈,闷盖中间轴,端盖形式,嵌入式结构简单、尺寸紧凑，但密封性差，调整间隙不太方便。,凸缘式调整间隙比较方便，密封性能较好，较常用，尺寸稍大,注意：端盖脚顶住轴承外圈，端盖的厚度要小于轴承外圈的厚度，端盖的结构尺寸见手册,轴承的间隙调整通过端盖与机体端面间的调整垫片调整轴承间隙。,3轴承的润滑与密封,润滑方式,脂润滑：当齿轮圆周速度 v2m/s时宜用脂润滑,油润滑:当v2m/s时可用机体内油飞溅润滑,如用脂润滑，则在轴承孔靠近箱体内端面时应装挡油板,如用油润滑则机座剖分面上应开油沟，油沟尺寸见指导书34页，轴承端盖上应开有缺口，见指导书p94页。,密封输入、输出轴外伸处要在端盖轴孔内装密封件，以使得防止灰尘、水汽及其它杂质渗入和油的渗漏。,密封形式的选择，根据接触处的圆周速度v和轴承润滑方式而定,毡圈密封 v=37m/s,皮碗密封 v8m/s,迷宫密封 v10m/s,皮碗密封 v8m/s,4. 箱体的结构设计：主要结构尺寸见指导书,加强筋,轴承旁联接螺栓凸台结构,箱盖与箱座联接的凸缘 应有一定的厚度。,箱体的中心高由浸油深度确定,输油沟设计在箱座的剖分面上,注意箱体结构的工艺性,5. 附件设计：吊环，窥视孔（观察窗），油标，起盖螺钉。,为了便于搬运，在箱体设置起吊 装置，如在箱体上铸出吊耳或吊钩等。,为检查传动零件的啮合情况。并方便向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔。,油标 检查减速器内油池油面的高度,启盖螺钉 旋动启箱螺钉便可将上箱顶起。,减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大。保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸 密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。,为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在 精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。,对称箱体应呈非对称布置，以免错装。,换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部、油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住。,放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。,六、装配图的检查和完成,（一）检查内容 ：,1）轴的位置，轴上零件的位置是否