机械设计基础课程设计课件

1机械设计基础课程设计(CourseDesignofMechanicalDesignFoundation)郑州大学材料科学与工程学院辛荣生何素芹谭伟逯晓勤，张晓黎，孙玉福，张春香

2教材《机械设计课程设计》（第二版）唐增宝等主编华中科技大学出版社3

《机械设计基础课程设计》是《机械设计基础》课程的一个重要环节，是工科专业学生首次进行的真实设计，对于学生理论联系实际能力、综合创新能力的培养和训练均是一个重要的实践环节。4

《机械设计基础课程设计》以机械中最为常用的重要部分——传动装置即减速器为对象，以课程教学中的设计理论和方法为基础，进行总体方案设计、部件方案设计、零部件设计计算、零部件结构设计、装配图和零件图设计等，特别是零部件设计计算几乎涵盖了《机械设计基础》课程中的所有内容。

567齿轮设计带传动设计滚动轴承设计轴的设计螺栓联接设计键联接设计联轴器设计润滑密封设计等8总体时间安排第一周：布置任务，进行设计计算，并划出结构草图，装配草图；第二周：总体装配图设计；零件工作图设计和编写设计计算说明书；答辩。9

任务要求

减速器总体装配图（1#图1张）

减速器零件图2张齿轮工作图（3#图1张）轴工作图（3#图1张）

减速器设计计算说明书1份（约2万字）10设计任务书

带式输送机工作情况；

带式输送机工作参数；（多种参数）

带速；带的张力；滚筒直径；带式输送机传动方案。

建议采用方案1作为传动方案1112设计计算步骤一、总体方案设计

根据给定的数据进行设计，发放的设计任务书装订在设计说明书最前面。

设计方案选择的主要依据

传动的功率与效率传动速度外廓尺寸、重量和传动比要求

13设计方案选择要求考虑的主要因素

使用性（有效性、可靠性）经济性安全性工艺性先进性特殊性等设计计算步骤

建议采用方案1作为传动方案14二、电动机选择及传动比分配1.电动机选择

工业上一般采用三相交流电动机，Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单，价格低廉，维护方便等优点，得到最广应用。

一般选择Y系列三相电动机设计计算步骤当带式输送机总体方案确定后，就可进行其参数设计。15（1）功率选择①工作机功率Pw=Fv/1000（kW）②带式输送机总效率

带式输送机总效率为每一个传动副效率的乘积，即设计计算步骤

依据带式输送机总体方案，分析功率流传递路线，在考虑效率的前提下，计算所需电动机的功率。16带式输送机总效率

vF设计计算步骤17带式输送机总效率

vF设计计算步骤

不必考虑滚筒的效率、滚筒上轴承的效率。

各种传动副的效率见指导书。18③电动机功率

电动机所需功率：

查标准选取电动机额定功率Pm。设计计算步骤19（2）转速选择

参考指导书选择Y系列电机，最为常用的Y系列电动机的同步转速为3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm四种。

同步转速过低：减速器传动比减小，但是电动机尺寸变大，成本上升；

同步转速过高：电动机较轻，成本下降，但传动比变大，外形尺寸变大。设计计算步骤20①输出轴（滚筒）转速②带式输送机总传动比

nm

—电动机满载转速设计计算步骤21

控制总传动比在一定范围内（根据传动方案来定，各种类型传动的传动比范围见指导书)，对于带传动－－单级圆柱齿轮传动系统，应控制在20以内。这样一来，电动机的具体参数就可以确定下来。设计计算步骤22

2.传动比分配

当电动机选择确定后，减速器的总传动比就可计算出来。对于带传动－－单级圆柱齿轮传动的减速器，要考虑传动比的分配问题。设计计算步骤23

参考指导书。对带传动－－单级圆柱齿轮传动减速器，建议带传动的传动比小于齿轮传动的传动比，主要避免整个传动系统的尺寸过大。圆柱齿轮传动的传动比：带传动的传动比：设计计算步骤24三、传动件的设计计算

根据电动机的计算功率、满载转速、传动比的分配，计算出各级传动的输入功率、输入转速、传动比，由此进行各级传动的传动件设计。（参考指导书P.9～10）传动件的设计计算参考《机械设计基础》教材的内容。（带传动、齿轮传动、轴径初算等）设计计算步骤25★注意事项

传动功率计算采用电动机所需功率Pd

；

圆柱齿轮传动中，大齿轮的直径尽量不超过250mm；

圆柱齿轮传动中中心距、齿宽为整数，分度圆、齿顶圆直径和螺旋角必须求出精确值，尺寸应准确到小数点后两位，角度应准确到秒。设计计算步骤26四、联轴器的选择

输出轴类型：刚性可移式联轴器；型号：由计算转矩、转速和轴径选择。设计计算步骤27五、滚动轴承的预选输入轴输出轴轻系列从转速考虑！设计计算步骤大功率圆锥滚子轴承中小功率深沟球或角接触球轴承

根据初算的轴径，考虑轴上零件的轴向定位和固定，估计出装轴承处的轴径，初步定出滚动轴承的型号。待在减速器装配草图设计中进行寿命验算后再行确定。281.初绘减速器装配草图六、减速器装配草图的设计画传动零件的中心线画齿轮的轮廓画箱体的内壁线确定轴承座孔的宽度，画轴承座外端线轴的结构设计画轴、滚动轴承和轴承盖的外廓确定轴的径向尺寸确定轴的轴向尺寸292.轴、滚动轴承及键联接的校核计算

轴的强度校核滚动轴承寿命的校核计算键联接强度校核根据初绘装配草图中轴的结构，确定作用在轴上的力的作用点，绘出轴的受力计算简图，绘制弯矩图、转矩图及当量弯矩图，对危险剖面进行强度校核。3.完成减速器装配草图

30Δ1Δ2轴承座端面调整垫片(1～2mm）轴承盖毛毡密封间隙(0.5～1mm）ΦdIΦdIIΦdIIIΦdⅣΦdIII内机壁Δ3油润滑：3～5mm脂润滑：8～12mm(加挡油板)内壁到轴承座端面距离:δ+c1+c231★

注意问题1.采用“边算、边画、边改”的“三边”设计方法；2.按时按质按量完成，平时成绩记入总成绩；3.总成绩包括平时成绩、装配图成绩、零件图成绩、说明书成绩、答辩成绩；4.图板、丁字尺、图纸、设计计算说明书、设计室等问题。切记抓紧时间，不要拖后！每个专业分为8个组，每组采用同一种数据。32已知卷筒直径D=260mm，运输带工作拉力F=2700N，运输带工作速度v=1.4m/s。方案1:33选择合适的电动机；计算传动装置的总传动比,并分配各级传动比；计算传动装置中各轴的运动和动力参数。一、带式运输机传动系统齿轮减速器的运动和动力参数计算341.选择电动机（1）一般选用Y系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。35（2）电机容量

传动装置所需功率Pw为：

Pw=Fv/1000=2700×1.4/1000=3.78kW

从电动机至卷筒联轴器之间的传动总效率η为：

η=η带×η轴承2×η齿轮×η联轴器

=0.94×0.992×0.98×0.99=0.894

电动机所需功率为：Pd=Pw/η=3.78/0.894=4.23kW

选取电动机额定功率为Pm，按Pm=（1~1.3）Pd，查手册（电动机的技术参数），取Pm=5.5kW36

（3）确定电动机转速

传动装置卷筒轴的转速nw

为：

按手册推荐传动比合理范围，取V带传动比i1=2~4，单级圆柱齿轮传动比i2=3~6，则总传动比的合理范围i=6~24，故电动机转速nm（nm为电动机满载转速）的可选范围为：nm=in=（6~24）×102.89=617.34~2469.36r/min37

符合这一转速范围的电机同步转速有750、1000和1500r/min三种，由标准查出三种使用的电机型号方案电动机型号额定功率Pm(kW)电动机转速(r/min)同步满载电机质量(kg)中心高(mm)外伸轴径(mm)外伸轴长度(mm)1Y132S-45.5150014406813238802Y132M2-65.510009608413238803Y160M2-85.575072011916042110

综合考虑电机和传动装置的尺寸、结构，选方案2，即选Y132M2-6型号的电动机，其尺寸参数见标准。382.计算传动装置的总传动比，并分配各级转动比①总传动比：i=nm/nw=960/102.89=9.33

（控制在20以内）②分配各级传动比：因i=i1×i2

初取i1=2.8

则i2=i减速器=9.33/2.8=3.33

符合：i1在2~4之间、i2在3~6之间。393.计算传动装置的运动参数和动力参数①各轴转速

Ⅰ轴nⅠ=nm/n1=960/2.8=342.9r/minⅡ轴nⅡ=nⅠ/i2=342.9/3.33=102.9r/min

卷筒轴nⅢ=nⅡ=102.9r/min40②各轴功率：Ⅰ轴PⅠ=Pd×η带×η轴承

=4.23×0.94×0.99=3.94kWⅡ轴PⅡ=PⅠ×η轴承×η齿轮

=3.94×0.99×0.98=3.82kW卷筒轴PⅢ=PⅡ×η联轴器

=3.82×0.99=3.78kW电动机所需功率41③各轴转矩：

Ⅰ轴：

TⅠ=9550PⅠ/nⅠ=9550×3.94/342.9=109.73NmⅡ轴：

TⅡ=9550PⅡ/nⅡ=9550×3.82/102.9=354.53Nm

卷筒轴：

TⅢ=9550PⅢ/nⅢ=9550×3.78/102.9=350.82Nm42各轴的运动和动力参数轴轴速nr/min功率PkW转矩TNm传动比电机轴9604.23Ⅰ342.93.94109.732.8Ⅱ102.93.82354.533.33卷筒轴102.93.78350.82143

直齿圆柱齿轮

按输入转速342.9r/min，传动比3.33，传递功率3.94kW，单向传动，载荷平稳等条件来计算。二、减速器内部传动零件的设计计算44①选择齿轮材料和热处理方式因载荷平稳，速度一般，小齿轮用40Cr钢，调质处理，齿面硬度为250HBS；大齿轮用45钢，调质处理，齿面硬度为220HBS。②选择齿数和齿宽系数初定齿数z1=30，z2=iz1=100，齿宽系数ψd=145③确定轮齿的许用应力根据两轮轮齿的齿面硬度，查手册得两轮的齿面接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限分别为：

σHlim1=700MPa，σHlim2=570MPaσFlim1=580MPa，σFlim2=450MPa46

安全系数分别取：SH=1,SF=1.25,可得许用应力为：

[σH1]=σHlim1/SH=700/1=700MPa[σH2]=σHlim2/SH=570/1=570MPa[σF1]=σFlim1/SF=580/1.25=464MPa[σF2]=σFlim2/SF=450/1.25=360MPa47④按齿面接触强度条件计算小齿轮直径小齿轮传递的转矩为109.73Nm＝109730Nmm，载荷平稳，且为软齿面齿轮，取载荷系数K=1.4。小齿轮直径为：48⑤确定模数和齿宽模数m=d1/z1=65.30/30=2.18mm

按标准圆整取m=2.5mm

小齿轮分度圆直径d1=mz1=2.5×30=75mm

齿宽b=75mm49⑥验算出根的弯曲强度查手册得两齿轮的齿形系数和应力修正系数YFa1=2.53，YSa1=1.625；YFa2=2.19，YSa2=1.80则小齿轮齿根弯曲应力：两轮轮齿的弯曲强度足够。50⑦尺寸计算分度圆直径：

d1=75mm，d2=mz2=2.5×100=250mm

齿顶圆直径：

da1=d1＋2ha*m=75＋2×1×2.5=80mmda2=d2＋2ha*m=250＋2×1×2.5=255mm51齿根圆直径：

df1=d1－2（ha*＋c）m=75－2×（1＋0.25）×2.5=68.75mmdf2=d2－2（ha*＋c）m=250－2×（1＋0.25）×2.5=243.75mm中心距：a=0.5m（z1＋z2）

=0.5×2.5×（30＋100）=162.5mm其他尺寸按结构参数确定。522.小齿轮轴如图小齿轮轴：a=100mm，b=90mm，c=80mm，轴的材料用35钢，正火，σb=500MPa。53①按转矩初步计算该轴径

圆整至30mm54②按当量弯矩校核此轴