东北大学机械设计基础课程设计

1、机械设计基础课程设计,机械设计基础课程设计指导,第一讲 概述,第二讲 传动装置的总体设计,第三讲 传动零件设计计算,第四讲 减速器构造,第五讲 减速器装配草图设计,第六讲 减速器装配工作图设计,第七讲 零件工作图设计,第八讲 编写设计计算说明书,第九讲 总结与答辩,第一讲 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,第一讲 概 述,2. 课程设计的内容和份量,2.1 题目选择通用机械的传动装置,胶带运输机,

2、第一讲 概 述,2. 课程设计的内容和份量,2.2 内容 总体设计； 主要零件的设计计算齿轮、轴承、轴等； 绘制减速器装配图； 绘制零件工作图； 编写设计计算说明书。 2.3 工作量 装配图1张A0号图纸或A1号图纸 输出轴和从动齿轮零件图各1张A3号图纸或A4 号图纸 设计说明书1份,第一讲 概 述,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,第一讲 概 述,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

3、 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。,第一讲 概 述,4. 课程设计的方法和要求,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。 如：严格的等式关系: 不等式关系:（由强度、刚度、磨损） 经验公式: 自行设计尺寸:定位轴套、档油盘 (4) 作图正确，表达清晰；计算准确，书写工整。,5. 课程设计进度,第一讲 概 述,6. 课程设计参考书及设计题目,第一讲 概 述,6.1 参考教材 孙德志，王春华，董美云，李庆忠 机械设计基础课程设计 东北大学出版社，20

4、00年,6. 课程设计参考书及设计题目,第一讲 概 述,6.2 设计题目,工作条件,单级圆柱齿轮减速器的一级链传动ZDL型,6. 课程设计参考书及设计题目,第一讲 概 述,技术数据,6. 课程设计参考书及设计题目,第一讲 概 述,工作条件,单级圆柱齿轮减速器的一级普通V传动ZDD型,6. 课程设计参考书及设计题目,第一讲 概 述,技术数据,第二讲 传动装置的总体设计,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,第二讲 传动装置的总体设计,1. 电

5、动机的选择,1.2 电动机功率的选择,选择条件：,1. 电动机的选择,1.2 电动机功率的选择,第二讲 传动装置的总体设计,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P5 例1.2-1。,第二讲 传动装置的总体设计,2. 传动比的分配初步,2.1 各级传动比的分配 根据表2.2-1合理选择推荐值。,注意：分配传动比要做到尺寸协调、结构匀称。一般带传动、链传动的传动比小于齿轮传动比。,第

6、二讲 传动装置的总体设计,2. 传动比的分配初步,2.2 传动装置运动和动力参数计算P,n,T,i,例题见例1.2-3，说明书中要列出表1.2-3的形式。,第二讲 传动装置的总体设计,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。,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

7、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。,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,1.3 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）。,第三讲 传动零件的设计计算,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,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

8、件的设计计算,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,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,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,4.2 箱体,第四讲 减速器的构造,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,4.3 减速器的附件,（2）通气器,第四讲 减速器的构造,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,4.3 减速器的附件,（4）轴承挡油盘,第四讲 减速器的构造,4.3 减

9、速器的附件,（5）定位销,第四讲 减速器的构造,4.3 减速器的附件,（6）启箱螺钉,第四讲 减速器的构造,4.3 减速器的附件,（7）油面 指示器,第四讲 减速器的构造,4.3 减速器的附件,（8）放油 螺塞,第四讲 减速器的构造,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,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

10、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。,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1.5-1）。,第五讲 减速器装配草图设计,5.1 初绘减速器装配草图,（2）俯视图草图初绘（步骤）

11、 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=(0.81.0)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1.5-4；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,5.1 初绘减速器装配草图,第五讲 减速器装配草图设计,5.1 初绘减速器装配草图,第五讲 减速器装配草图设计,1.2,油润滑 35,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

12、d1大59，按密封件取标准值；长度按结构,无定位，直径大13，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13；长度比齿轮短13,轴套定位，原则与轴环相同,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（参见教材例13-1 ） 。 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,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

13、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23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（参见教材例13-1 ，14-2） 。 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,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（参见教材例9-3） 。 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

14、双键、采用花键、加大轴径、改选较大剖面的键邓来满足强度要求。,第五讲 减速器装配草图设计,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,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

15、计,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。,第五讲 减速器装配草图设计,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 v3m/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,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

16、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,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=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

17、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58mm，检查孔处凸起35mm。 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23mm。,第五讲 减速器装配草图设计,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35mm。,第五讲 减速器装配草图设计,5.3 完成减速器装配草图,（3）减速器附件的设计

18、（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。 通气螺塞用于清洁环境。 网式通气器用于多尘环境。,第五讲 减速器装配草图设计,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） 油面指示器 常用油面指示器有：油标尺、圆形油标、长形油标、管状油标。 减速器中常用结构简单的油标尺，上面刻有最高和最低油面的标线。 为避免与齿轮干涉，油标尺最好安装在小齿轮一侧。若采用上置式油标尺，其孔是箱盖和箱座合箱后进行加工。,第五讲 减速器装配草图设计,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） 放油孔及其螺塞和密封垫片 减速器通常设置一个或两个放油孔，

19、并在螺塞下面放置一个封油垫片（石棉橡胶纸、皮革）。,第五讲 减速器装配草图设计,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） 起吊装置 吊耳和吊钩。 起箱螺钉 起箱螺钉的直径与上下箱联接螺栓直径相同，长度大于箱盖凸缘厚度，材料为35优质碳素结构钢，硬度为2838HRC。 定位销 为提高定位精度，两定位销的距离应尽量远。为避免箱盖装反，两定位销的位置应明显不对称。同时要考虑装拆方便，避免与其它零件干涉。 螺钉和螺栓 一组螺钉或螺栓只画出其中一个三视图，其余用中心线表示。 油杯 滚动轴承采用脂润滑时，轴承盖或轴承座上装配油杯。,第五讲 减速器装配草图设计,装配工作图是制造、安

20、装、使用和维护等环节的指导性技术文件，是技术人员熟悉和研究机构内部结构原理的重要资料，是零件工作图设计的依据。 装配工作图要准确地表示出机构的构造、所有零件的形状和尺寸、相关件间的联接性质，及 整个机械的工作原理；表示出机构中各零件的装配和拆卸的可能性及次序，调整和使用维护方法。 主要内容： 按国家机械制图标准规定画法绘制各视图； 标注必要的尺寸及配合关系； 编注零部件的序号； 绘制标题栏及明细表； 绘制减速器技术特性表； 编注技术条件。,第六讲 减速器装配工作图设计,6.1 按国家机械制图标准规定画法绘制各视图,（1）集中表达基本视图 减速器装配图为三个视图主视图、俯视图和左视图（必要时附加

21、剖视、剖面或局部视图）。齿轮减速器的俯视图为集中表达的基本视图。 （2）辅助说明的局部视图 装配图的各视图要完整、清晰，避免采用虚线表示零件的结构形状，必须表达的内部结构或细部结构，采用局部视图或面视图表示。 （3）剖视图 相邻接零件的剖面线方向或间距应不同，剖面尺寸较小的零件，剖面线采用涂黑表示 （如垫片）。同一零件在各视图上，其剖面线的方向和间距应取一致。,第六讲 减速器装配工作图设计,6.2 标注尺寸,主要包括：相关零件的定位尺寸、减速器的外廓尺寸、零件间的配合关系及配合尺寸。 （1）特性尺寸 表明减速器的性能、规格和特性的尺寸。如齿轮传动的中心距及其偏差。 （2）配合尺寸 表明各配合零

22、件之间的装配关系的尺寸。如齿轮与轴、轴与轴承、轴承与轴承座孔等配合尺寸。 （3）安装尺寸 减速器本身需要安装在基础上或机械设备的某部位上。如减速器箱体底面的尺寸；地脚螺栓孔的直径和中心距；地脚螺栓孔的定位尺寸；主动轴与从动轴外伸端直径及配合长度；伸出端的 中心高；伸出轴端面距箱体某基准面的外伸长度。 （4）外形尺寸 表明减速器占有的空间尺寸。如减速器的总长、总宽和总高的尺寸。为包装运输和布置安装场所参考。,第六讲 减速器装配工作图设计,6.3 减速器装配工作图的改错练习,目的 加强对结构分析和判断的能力，提高机械制图技能和结构设计能力，完成减速器装配图的最后设计，避免原则性、结构性错误。 改错

23、训练由学生根据课程设计要求和自己的设计进度，依据机械设计基础课程设计指导书3537页。,第六讲 减速器装配工作图设计,6.4 零件序号、标题栏和明细表,（1）零件序号的编注 将所有零件按顺序整齐排列；形状、尺寸及材料一致的零件编为一个序号；引线用细实线，不应相交，不要平行，不能与视图中的剖面线相平行。 （2）标题栏和明细表,第六讲 减速器装配工作图设计,6.5 减速器的技术特性,第六讲 减速器装配工作图设计,6.6 编写技术条件,（1）齿轮接触斑点 （2）滚动轴承的安装和调整 （3）箱盖和箱座接合面 （4）试验要求 （5）擦洗和涂漆 （6）起重和运输 （7）减速器的润滑管理,第七讲 零件工作图

24、设计,零件工作图是制造、检验和制定零件工艺规程的基本技术条件，是在装配工作图的基础上拆绘和设计而成的。包括制造和检验零件所需的全部详细内容，如视图、尺寸与公差、形位公差、表面粗糙度、材料及热处理要求。,（1）视图 一般只画一个视图：将轴线水平放置，键槽朝上，在键槽、圆孔等处加画辅助剖视图，退刀槽、砂轮越程槽、中心孔等处 可画局部放大图。 （2）尺寸标注 根据设计和工艺要求，确定主要基准和 辅助基准，标注各段直径尺寸、长度尺寸、键槽和细部结构尺寸。,7.1轴零件工作图设计,第七讲 零件工作图设计,（3）公差及表面粗糙度标注 尺寸公差安装齿轮、链轮及联轴器处轴的直径公差，依据装配图上选定的配合性质

25、查出公差值标注在零件图上；装轴承处轴的直径公差，根据轴承与轴的配合性质查出标注；键槽尺寸及公差，根据键联接标注。 形位公差圆柱度、键槽对称度、圆跳动公差、端面跳动公差等。 表面粗糙度根据精度要求，加工方法的不同，确定表面粗糙度。 （4）技术条件 （5）标题栏,7.1轴零件工作图设计,第七讲 零件工作图设计,7.1轴零件工作图设计,第七讲 零件工作图设计,（1）视图 主视图：将齿轮的轴线水平放置，用全剖或半剖视图表示孔、键槽、轮毂、轮辐及轮缘结构；右侧视图可采用全部画出，来表示齿轮的轮廓形状和轴孔、键槽、轮毂、轮辐、轮缘等整体结构。或采用局部视图只表示轴孔和键槽的形状和尺寸。 （2）尺寸标注 以

26、轴线为基准线，端面为齿宽方向的尺寸基准。齿顶圆直径、分度圆直径、轮毂直径、轮辐等尺寸及圆角、倒角、键槽尺寸等。 （,7.2 齿轮零件工作图设计,第七讲 零件工作图设计,（3）公差及表面粗糙度标注 尺寸公差齿轮轴孔是加工、检验和装配式的重要基准，根据装配图选定的配合性质和公差精度等级标注。 形位公差齿坯公差、齿坯基准面和端面跳动公差（表2.8-16）等。键槽的对称度公差。 表面粗糙度所有表面均要标注粗糙度值（表2.8-11）。 （4）啮合特性表 布置于图幅右上角，包括：齿轮的基本参数模数、齿数、齿形角、螺旋角螺旋方向；精度等级和相应的各检验项目的公差值。 （5）技术条件 （6）标题栏,7.2 齿

27、轮零件工作图设计,第七讲 零件工作图设计,7.2 齿轮零件工作图设计,第八讲 编写设计计算说明书,设计计算说明书是整个设计计算过程的整理总结，是图纸设计的理论依据，是审核设计能否满足生产和使用要求的技术文件之一。所以，设计计算说明书应能反映所设计的机械是否可靠和经济。,以计算内容为主，写明整个设计的主要计算及简要的说明。附有与计算有关的必要简图（轴的强度计算中的结构简图、受力图、弯矩图及转矩图等）。 要求：按照指导书的格式要求书写。以Word文档、PDF文档提交，也可以采用手写方式，通过邮寄提交。,8.1 设计计算说明书的内容和要求,第八讲 编写设计计算说明书,1 封面 2 目录（标题和页次）

28、 3 设计任务书 4 电动机的选则计算 5 传动装置的运动和动力参数的选择和计算 6 传动零件的设计计算 7 轴的设计计算 8 滚动轴承的选择和寿命验算 9 键联接的选择和验算 10 联轴器的选择 11 润滑与密封 12 参考文献,8.2 编写大纲,具体参考指导书47页的 8.2.2,第八讲 编写设计计算说明书,封面,书写示例,第八讲编写设计计算说明书,第九讲 课程设计的总结与答辩,提交的材料： 1 装配图参考教材106-107页（滚动轴承采用脂润滑） 参考教材108-109页（滚动轴承采用油润滑） 2 零件图输出轴：参考教材110页 大齿轮：参考教材111页 3设计说明书参考教材45-50页

29、,算例：普通V带传动设计,设计一带式输送机中的普通V带传动，装于电机与减速器之间。电机为鼠笼式异步交流电机，传递功率为P = 18.5 kW，转速n1=970 r/min，传动比i =3，两班制工作，传动水平布置。,解：(1) 确定计算功率Pc 查表3-4得工作情况系数 KA=1.2，故 Pc=KAP =1.2 18.5=22.2 kW,(2)选择带的型号 根据Pc，n1，由图3-12确定选用C型带。,(3)确定带轮的基准直径dd1和dd2 选取小轮直径dd1=212 mm 则大轮的直径为dd2=idd1=3212=636 mm，取dd2=630 mm,算例：普通V带传动设计,(5)确定带的基

30、准长度Ld和a 初定中心距a0 根据a0=(0.72)(dd1+dd2) =589.41684 mm，取a0=1000 mm,算例：普通V带传动设计,确定中心距a,算例：普通V带传动设计,算例：普通V带传动设计,算例：普通V带传动设计,算例：普通V带传动设计,(10)带轮的结构设计（从略）,算例：普通V带传动设计,算例：滚子链传动设计,设计一驱动鼓风机用滚子链传动。已知传递功率为P= kW，主动轮转速n1=960 r/min，从动轮转速n2=320 r/min，载荷平稳。要求中心距a0 = 500 mm，环境温度为25左右。,算例：滚子链传动设计,算例：滚子链传动设计,算例：滚子链传动设计,算例：滚子链传动设计,算例：圆柱齿轮传动设计,某二级直齿圆