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东北大学机械工程与自动化学院 机械设计课程设计 2 联轴器 滚动轴承 皮带运输机 双级圆柱齿轮减速器 电机 滑动轴承 带 3 4 5 6 7 8 9 一 概述 1 培养综合运用机械系统课程知识解决机械工程问题的能力 2 学习机械设计的一般方法 3 掌握简单机械传动装置的设计步骤 4 机械设计基本技能的训练 计算 绘图 设计使用的标准 规范 手册等 1 课程设计的目的 10 2任务 完成任务书中传动系统的设计 包括 选择电机 传动装置中运动和动力参数计算 主要零件的设计 带 链 齿轮 减速器的装配图 0号 1 1 部分零件的工作图 箱体 齿轮 轴等 设计计算说明书 11 最终上交材料 手绘装配草图1张 A2坐标纸 1 1画 机绘减速器装配图1张 A2号图纸机绘零件工作图3张 A3号或A4号图纸减速器箱盖或箱座工作图1张大齿轮零件工作图1张减速器低速轴工作图1张设计计算说明书一份 手写或打印 12 3 课程设计的步骤 设计准备 传动装置的总体设计 传动零件的总体设计 减速器装配草图设计 工作图设计 编写设计计算说明书 答辩 13 4 课程设计的方法和要求 4 1方法方案设计 必要的计算和结构设计 设计结果用图纸表达 设计依据为设计计算说明书 三边 设计法 边画图 边计算 边修改 误解 先将所有的计算都作完 再画图 实际这是不可能的 14 4 2设计要求 1 设计工作要认真 仔细 独立完成 2 正确使用设计规范和标准 3 正确处理设计计算和结构设计的关系 尺寸确定的几种情况 几何公式确定的尺寸如齿轮传动中心距 不得圆整 设计要求 a取Ra40系列值 不是靠圆整得到的 而是靠调整参数实现的 15 由强度公式确定的尺寸 按接触强度设计齿轮中心距 轴的最小直径的确定 考虑结构需要最后确定 经验公式确定的尺寸如箱体结构尺寸 一般都需要圆整 自己设计的尺寸 强度不是主要问题 又无经验公式 通常用类比法设计 轴套 4 作图正确 表达清晰 计算准确 书写工整 16 1 电动机的选择 选择依据 工作机的特性 工作环境 工作载荷的大小和性质 所需选定 电动机的种类 类型和结构形式 功率 转速 1 1种类 类型和结构形式的选择Y系列三相异步电动机 一 设计步骤 17 1 电动机的选择 1 2电动机功率的选择 选择条件 18 工作机功率 考虑功率损失 19 1 电动机的选择 1 3电动机转速的确定三相异步电动机的同步转速有3000 1500 1000 750r min四种 建议使用同步转速为1000或1500r min的电机 至少选择两种同步转速的电机进行方案比较 以选择最优方案 具体见参考教材P11例2 1 20 2 传动比的分配 初步 2 1各级传动比的分配根据表17 9合理选择推荐值 原则各级传动的传动比在推荐值范围内 3 5 4 6 圆柱齿轮 21 保证各级传动不干涉ex 大带轮太大 22 允许实际传动比与理论传动比有误差 要求 23 0轴 1轴 2轴 3轴 4轴 2 2传动装置运动和动力参数计算 P n T i 24 第三讲传动零件的设计计算 1 减速器外传动零件的设计计算 1 1普通V带传动带的型号 带轮直径和宽度 带的长度 中心距 带的根数 作用在轴上力的大小和方向 带轮尺寸确定 考虑设计的尺寸在传动装置中是否合适 带轮直径确定后 验算带传动的实际传动比 确定带轮毂孔直径 根据带轮的安装情况具体考虑 25 1 减速器外传动零件的设计计算 1 2链传动确定链节距 齿数 链轮直径 轮毂宽度 中心距 作用在轴上力的大小和方向 要求 链轮齿数应为奇数或不能整除链节数的数 链节数应为偶数 避免使用过度链节 26 1 3选择联轴器根据各种联轴器的应用特点 按标准选择 公称转矩和许用转速 27 2 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 设计完减速器以外的传动零件后 要验算原始计算的运动和动力参数 如有变动应进行相应的修改 然后 再进行减速器内传动零件的设计计算 2 1齿轮材料及热处理方法的选择 第三讲传动零件的设计计算 28 2 2齿轮的结构 2 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 齿轮轴的结构 第三讲传动零件的设计计算 29 2 3齿轮传动的中心距 2 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 第三讲传动零件的设计计算 30 2 4齿轮参数 2 减速器内传动零件的设计计算 齿轮传动 第三讲传动零件的设计计算 31 油润滑3 5 初估轴径d1 按联轴器选标准直径 长度 需定位 直径比d1大3 10 按密封件取标准值 长度按结构 无定位 直径大1 3 但须按轴承取标准值 轴承定位轴肩 齿轮定位轴肩 无定位 直径大1 3 长度比齿轮短2 3 加轴套定位 上端按轴承定位要求 下端按齿轮定位要求 长度按结构定 1 用坐标纸按1 1绘图2 标注中心矩 各段轴径 图示结构尺寸3 键联接段的轴长 键长 32 第四讲减速器的构造 减速器包括 齿轮传动 轴 轴承 箱体及其附件 4 1齿轮 轴及轴承组合 33 4 2箱体 第四讲减速器的构造 34 4 3减速器的附件 1 检查孔及其盖板 第四讲减速器的构造 35 4 3减速器的附件 2 通气器 第四讲减速器的构造 36 4 3减速器的附件 3 轴承盖和密封装置 第四讲减速器的构造 37 4 3减速器的附件 4 轴承挡油盘 第四讲减速器的构造 38 4 3减速器的附件 5 定位销 第四讲减速器的构造 39 4 3减速器的附件 6 启箱螺钉 第四讲减速器的构造 40 4 3减速器的附件 7 油面指示器 第四讲减速器的构造 41 4 3减速器的附件 第四讲减速器的构造 8 放油螺塞 42 4 3减速器的附件 9 油杯 轴承采用脂润滑时 补充润滑脂 10 起吊装置 当减速器的质量超过25kg时 为了搬运用 第四讲减速器的构造 43 第五讲减速器装配草图设计 原则 一般 设计总是从装配图的设计开始的 大部分零件的结构和尺寸是在装配草图设计阶段决定的 在这个阶段的过程中 要综合考虑零件的强度 刚度 制造工艺 装配 调整和润滑等各个方面 目的 是观察最初确定的运动参数 各传动件的结构和尺寸是否干涉 同时 在绘图工程中定出轴的结构 跨距及受力点的位置 以便验算轴的强度 滚动轴承的寿命 最后 确定出所有零部件的结构和尺寸 为工作图的设计打下基础 逐步学会并掌握 三边 设计法 44 5 1初绘减速器装配草图 1 准备工作确定传动齿轮的主要尺寸 电动机的安装尺寸 选择联轴器的类型 初选滚动轴承类型 确定滚动轴承的润滑和密封方式 确定减速器箱体的结构尺寸 箱体结构复杂 强度和刚度的计算比较困难 按经验公式计算出尺寸后要圆整 具体见表5 1 第五讲减速器装配草图设计 45 5 1初绘减速器装配草图 2 俯视图草图初绘 步骤 选择比例尺 一般按1 1 用A0号图纸绘制 布局 画出中心线 齿轮轮廓尺寸绘制 画出箱体的内壁线 初定外伸段轴径 高速端与电机联d 0 8 1 0 d电机 按公式计算圆整 设计轴的结构 径向尺寸确定和轴向尺寸确定 确定轴承安装具体位置见图5 8 确定轴承座孔的宽度和箱缘宽度 轴承盖 螺钉 调整垫片的绘制 确定外伸轴段的长度 确定轴和轴上零件的受力点 第五讲减速器装配草图设计 46 5 1初绘减速器装配草图 第五讲减速器装配草图设计 47 1 2 油润滑3 5 初估轴径d1 联轴器需选标准值 长度按带 链轮 联轴器定 需定位 直径比d1大5 9 按密封件取标准值 长度按结构 无定位 直径大1 3 但须按轴承取标准值 轴环定位 上端按轴承定位要求 下端按齿轮定位要求 长度按结构确定 无定位 直径大1 3 长度比齿轮短1 3 轴套定位 原则与轴环相同 48 5 2轴强度 轴承寿命 键联接强度的校核计算 1 轴的强度校核计算根据俯视草图确定的轴的结构和支点及轴上零件力的作用点 进行轴的受力分析 绘制弯矩图和当量弯矩图 判定危险截面进行强度校核 参见教材第8章 要求 只进行输出轴的强度校核 如果强度不够可通过加大轴径提高其强度 第五讲减速器装配草图设计 49 5 2轴强度 轴承寿命 键联接强度的校核计算 2 滚动轴承寿命的校核计算滚动轴承的寿命最好与减速器的寿命相同 或与减速器的检修期相符 检修期一般为2 3年 若轴承寿命不够 先考虑选用另一种直径系列的轴承 其次考虑改变轴承的类型 提高基本额定动载荷 参见教材第9章 要求 只进行输出轴上的一对滚动轴承进行校核计算 第五讲减速器装配草图设计 50 5 2轴强度 轴承寿命 键联接强度的校核计算 3 键联接强度的校核计算键联接的强度校核计算主要是验算其挤压应力 许用挤压应力按键 轴 轮毂三者材料最弱的选取 一般情况下 轮毂的材料最弱 参见教材第3章 要求 只进行输出轴上键的强度校核 若计算应力大于许用应力 可通过改变键长 改用双键 采用花键 加大轴径 改选较大剖面的键等来满足强度要求 第五讲减速器装配草图设计 51 5 3完成减速器装配草图 主要工作 设计轴系部件 箱内传动零件 轴上其他零件 与轴承组合有关的零件 箱体及减速器的具体结构 步骤如下 1 轴系部件的结构设计 2 减速器箱体的结构设计 3 减速器附件的设计 第五讲减速器装配草图设计 52 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 箱内齿轮的结构设计若小齿轮做成齿轮轴 俯视图中的大齿轮采用全剖 小齿轮根据轴的规定画法采用局部剖 表面两齿轮的啮合情况 若为斜齿轮 应在小齿轮的未剖外形图上用三条细实线画出齿斜方向 第五讲减速器装配草图设计 53 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 滚动轴承的润滑和密封装置的设计脂润滑 浸于油中的齿轮圆周速度v 2m s时采用 充填量为轴承空间的1 2 1 3 箱体外部轴承座上适当位置安装油脂杯 轴承面向箱体内的一侧安装挡油盘 第五讲减速器装配草图设计 54 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 滚动轴承的润滑和密封装置的设计油润滑 浸于油中的齿轮圆周速度v 2m s时采用 第五讲减速器装配草图设计 55 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 箱缘输油沟的结构形式和尺寸构造有机械加工油沟和铸造油沟 常用机械加工油沟 若齿轮为斜齿轮而小齿轮的直径又小于轴承孔径 则应在小齿轮轴承滚动轴承面向箱体内的一侧安装挡油盘 当齿轮圆周速度v 3m s时 分箱面上可以不开输油沟 转速高 飞溅的润滑油雾可直接进入滚动轴承进行润滑 第五讲减速器装配草图设计 56 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 轴承透盖和闷盖的详细结构当轴承透盖或闷盖直径较小时 端面可不必减少加工面 第五讲减速器装配草图设计 57 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 轴承透盖处轴承密封件的结构目的 防止外界的灰尘 水气 杂质等进入轴承及防止轴承内的润滑剂外泄 在外伸轴端轴承孔内设置密封件 密封件有接触式密封和非接触式密封 常用接触式密封 毡圈油封和橡胶油封 毡圈油封 多用于脂润滑且外界灰尘较小处 适用于轴的圆周速度v 3 5m s的工作场合 第五讲减速器装配草图设计 58 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 轴承透盖处轴承密封件的结构橡胶油封 内包骨架旋转轴唇型密封圈 可用于润滑脂和润滑油 轴的圆周速度v 7m s 油封唇向外 防止外界灰尘 杂质为主 油封唇向内 防止漏油为主 两个相背放置 既防灰尘又防漏油 第五讲减速器装配草图设计 59 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 轴承透盖处轴承密封件的结构常用非接触式密封 油沟式密封和迷宫式密封 油沟式密封 用润滑脂填满油沟和与轴的间隙进行密封 适用于脂润滑及环境清洁的场合 若用于油润滑 要防止润滑油沿轴外泄 需要与甩油环配合使用形成组合密封 迷宫式密封 将旋转的和固定的密封零件间的间隙制成迷宫形式 缝隙间填入润滑脂 常用于环境比较脏的环境 第五讲减速器装配草图设计 60 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 挡油盘的结构设计挡油盘有铸铁铸造和钢板冲压两种 冲压成型的挡油盘钢板厚度1 2mm 第五讲减速器装配草图设计 61 5 3完成减速器装配草图 1 轴系部件的结构设计 轴套 轴端挡圈的结构设计轴套根据齿轮和滚动轴承的轴向定位和拆卸要求确定 第五讲减速器装配草图设计 62 5 3完成减速器装配草图 2 减速器箱体的结构设计 轴承旁联接螺栓凸台高度h的确定 通常螺栓的中心线与轴承盖相切 根据螺栓直径确定扳手空间c1和c2 在满足c1的条件下 用作图法确定凸台的高度 然后将该值向增大方向圆整 若各轴承盖的外径不一致 则确定的凸台高度也不相等 一般凸台高度均按较大的D2值确定取齐 第五讲减速器装配草图设计 63 5 3完成减速器装配草图 2 减速器箱体的结构设计 主视图上小齿轮端箱盖结构尺寸的确定大齿轮一侧箱盖外表面圆弧半径R da2 2 1 1 按有关尺寸画出即可 小齿轮一侧箱盖外表面圆弧半径一般无法用公式计算 根据箱体的对称原则确定 主视图上的小齿轮端箱盖结构确定以后 再投影到俯视图上 便可以确定出箱体的内壁 外壁和箱缘等结构 第五讲减速器装配草图设计 64 5 3完成减速器装配草图 2 减速器箱体的结构设计 俯视图上箱缘上零件的布置箱缘联接螺栓间距 小型减速器为100 150mm 大型减速器为150 200mm 布置上均匀对称 避免与吊耳 吊钩和定位销等发生干涉 第五讲减速器装配草图设计 65 5 3完成减速器装配草图 2 减速器箱体的结构设计 主视图上箱座高度的确定大齿轮齿顶圆到油池底面的距离不小于30 50mm 箱座高度H da2 2 30 50 3 5 mm 并圆整 圆柱齿轮应浸入油中一个齿高 但不应小于10mm 第五讲减速器装配草图设计 66 5 3完成减速器装配草图 2 减速器箱体的结构设计 在左视图上确定地脚凸缘的尺寸确定地脚螺栓孔径 地脚凸缘尺寸 地脚螺栓底脚的厚度 在左视图上画出地脚凸缘和地脚螺栓孔 第五讲减速器装配草图设计 67 5 3完成减速器装配草图 2 减速器箱体的结构设计 箱体结构的工艺性铸造工艺性 外形简单 壁厚均匀 过度平缓 壁厚不可太薄 HT150及HT200的最小允许壁厚为6 8mm 铸造圆角半径R 5mm 沿拔模方向的拔模斜度为1 20或1 10 机械加工工艺性 同一轴心线上的轴承座孔直径 精度及表面粗糙度应一致 轴承座的端面尽可能位于同一平面上 箱体两侧轴承座端面应与箱体中心平面对称 以便于加工和检验 加工表面与为加工表面严格分开 不能处于同一表面上 或凸出或凹入 箱体表面在轴承座端面和放油螺塞处凸起5 8mm 检查孔处凸起3 5mm 上下箱联接螺栓的头部及螺母与箱缘相接处的表面也需机加工 一般采用沉头座方式 用锪刀锪平 深度2 3mm 第五讲减速器装配草图设计 68 5 3完成减速器装配草图 3 减速器附件的设计 强调注意事项 检查孔及其盖板和密封垫片检查孔位置 传动件啮合区上方 大小 手伸入检查 检查孔盖板 盖板下加防渗漏垫片 箱盖上安放盖板的表面需要刨削或铣削 凸台高度3 5mm 第五讲减速器装配草图设计 69 5 3完成减速器装配草图 3 减速器附件的设计 强调注意事项 通气器常用通气器有两种 通气螺塞和网式通气器 通气螺塞