机械设计课程设计课件

1、第五章 机械装配图设计,1 机械装配图设计第一阶段 如图5-1，机械装配图表达各零部件之间的相互位置，尺寸关系和各零件的结构形状，是绘制零件工作图，进行机械组装和调试的技术依据。 装配图设计是在总体方案，主要参数和尺寸等初步拟订的基础上设计具体的结构；这时要综合考虑工作要求，强度，刚度，寿命，加工，装拆，调整，润滑，检测，维修及经济等多方面的因素，采用“由主到次，由粗到细”，“边绘图，边计算，边修改“的方法逐步完成，才能得到较好的结构。由于装配图设计过程常较复杂，一般先用细线，轻线进行装配图草图设计，待检查修改完后再进行装配工作图总成设计,装配草图的设计和绘制,一、 装配草图设计的基本任务和准

2、备工作 装配草图设计的基本任务是通过绘图考察初拟的运动参数、各传动件的结构和尺寸是否协调、是否干涉；定出轴的结构、跨距和受力点的位置以计算轴和轴承；确定出所有部件和零件的结构与尺寸，为零件工作图设计和装配图总成设计提供必须的结构尺寸和依据。,步骤,装配草图设计的准备工作主要有两方面：,1.由运动简图划分部件，明确各部件运动、动力和主要参数及尺寸如图51所示运动简图可以划分为电动机、V带传动、减速器、联轴器、驱动卷筒轴系部件及机架等部件由总体设计、传动件设计可获得电动机的型号、额定功率、输出功率、满载转速，各轴的转速、输入功率和转矩，减速器两齿轮的模数、齿数、轮宽、中心距和圆周速度，v带传动的型

3、号、带长，根数、两V带轮的宽度，基准直径和中心距等主要参数和尺寸数据,2考虑选择结构方案,运动简图通常仅表示机械传动系统和布局大意，进行装配草图设计时应进一步考虑选择结构方案。如按图51所示胶带输送机的工作要求、运动简图及其主要参数和尺寸数据，可考虑为：V带传动用于键和电动机、齿轮减速器相联，并由电动机在轨上调整张紧力；减速器水平剖分式、干壁式、铸造箱体，齿轮浸油润滑，轴承脂润滑并设封油环，采用深沟球轴承、两端单向固定，螺钉联接式轴承盖并用调整垫片组调整轴系位置和间隙，轴伸出处采用毡圈密封，驱动卷筒轴系部件铸造卷筒用平键、紧定螺钉与轴固定剖分式滚动轴承座支承；机架槽钢焊接结构机架，用螺栓分别与

4、电动机滑轨、减速器、卷筒轴轴承座联接；联轴器滑块联轴器，用于键与减速器输出轴、驱动卷筒主轴联接,二、部件装配草图的设计和绘制,在组成机械的各部件中应选择对机械总体关联和影响最大的部件先行设计，胶带输送机中考虑为齿轮减速器。现以该直齿圆柱齿轮减速器为例，说明部件装配草图设计和绘制的大致步骤。,选择视图、图纸幅面、图样比例及布置图面位置,装配图所选视图应以能简明表达各零件的基本外形及其相互位置关系为原则。一般减速器选用正视图、俯视图和侧视图三个视图来表达，结构简单者也可选用两个视图；必要时应加剖视图和局部向视图来表达。 图纸幅面应符合标准规定(见设计手册)，课程设计中建议采用A1或Ao号图纸绘制装

5、配图。,图面布置,在选择图样比例和布置图面之前,应根据传动件的中心距、顶圆直径及轮宽等主要结构尺寸及参考相近似的装配图，估计出外廓尺寸，并考虑零件序号、尺寸标注、明细表、标题栏、技术特性表及技术要求的文字说明等所需田面空间，选择图样比例、合理布置田面通常将正视图和俯视图布置在图纸左侧，明细表、标题栏和技术特性布置在图纸右侧。图样比例须符合标准规定，为增强设计的真实感，应优先采用l：1的图样比例，若视图相对图纸尺寸过大或过小时，也可选用其他合适且常用的图样比例。视图、图纸幅面，图样比例的选择和图面位置的布置，彼此密切相关，绘图时应全盘考虑、统筹兼顾、合理选定。,2画传动件的中心线及轮廓线、箱体的

6、内壁线,传动件、轴和轴承是减速器的主要零件，其他零件的结构和尺寸通常均需随后设计才能确定绘图时先画主要零件，后画其他零件，由箱内零件画起，内外兼顾，逐步向外展开。为此，应先画传动零件的中心线(在图面上也起到基准定位的作用)、齿顶圆、节圆、齿根圆、轮缘及轮毂宽等轮廓线,按箱体内壁与小齿轮端面应留有一定间距 ( 为箱座壁厚)的关系画出沿箱体长度方向的两条内壁线，再按箱体内壁与大齿轮顶圆应留有一定间距112的关系画出沿箱体宽度方向的一条内壁线，画图时应以一个视图为主，兼顾几个视图。对于圆柱齿轮减速器，小齿轮顶圆与箱体内壁间的距离暂不确定，待进一步设计结构时，再由正视图上箱体结构的投影确定。,装配草图

7、,装配草图,这一阶段一些零部件的结构和尺寸的决定方法如下：,(1)初步计算轴径 当轴的支承距离未定时，无法由强度确定轴径，要用初步估算的办法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式为： 式中：P一轴所传递的功率，kw； n轴的转速，rmin； A一一由轴的许用切应力所确定的系数，其值可查有关教材。,(1)初步计算轴径,对外伸轴，初算轴径常作为轴的最小直径(轴端直径)，这时应取较小的A值；对非外伸轴,初算轴径常作为轴的最大直径，应取较大的A值。 当外伸轴通过联轴器与电动机联接时，则初算直径d必须与电动机轴和联轴器孔相匹配， 必要时应改变轴径d(或增或减)。 (2)确定机体内壁和轴承座

8、端面的位置 几种典型减速器在这一步骤中所绘制的具体内容分别为： a)一级圆柱齿轮减速器，如图所示。 b)二级圆柱齿轮减速器，如图30所示。 c)圆锥一圆柱齿轮减速器，如图31所示。 d)蜗杆减速器，如图32所示。,一级圆柱齿轮减速器,二级圆柱齿轮减速器,圆锥一圆柱齿轮减速器,蜗杆减速器,图中：,1、2。分别为大齿轮顶圆(蜗轮外圆)和齿轮端面与机体内壁之间应留有的间隙，以I 免铸造机体时的误差造成间隙过小甚至齿轮(蜗轮)与机体相碰。 1 、2 值由I 查表得；小齿轮与机体内壁距离暂不定。 L内壁距离，其值应圆整； I l 2内壁至轴承座端面距离，与考虑扳手空间的c1 、c 2 值有关，见图33；

9、 I B轴承座端面距离，其值应圆整； I 3轴承内侧至机体内壁之间的距离。如果轴承用机体内润滑油润滑， 3值见图a；如轴承采用油脂润滑，则需安装挡油板， 3 值见图b；,l 2内壁至轴承座端面距离,3轴承内侧至机体内壁之间的距离,对蜗杆减速器,为了提高蜗杆轴刚度，应尽量缩小其支点距离，因此，蜗杆轴承座常伸到机体内侧，为保证间隙1，常将轴承座内端面作成斜面，如图a、b所示。,蜗轮轴的支点距离P,一般由机体宽度-厂确定，而f=D2。也可采用图b、c、d的结构，其支点距离P小于前者.,对于整体式蜗杆减速器的机体,其机体内壁位置可参下图。S2m+(DW-da2)/2 DDW L 2B T=(1.2-1

10、.5) H=2.5,(3)轴的结构设计,设计轴的结构时，既要满足强度的要求，也要保证轴上零件的定位、固定和装配方便，并有良好的加工工艺性，所以轴的结构一般都做成阶梯形。,轴的结构设计，是以上述初步计算轴径为基础进行的。,阶梯轴的径向尺寸(直径)的变化是根据轴上零件受力情况、安装、固定及对轴表面粗糙 度、加工精度等要求而定的。阶梯轴的轴向尺寸。(各段长度)则根据轴上零件的位置、配合长 度及支承结构确定。轴结构和具体尺寸可按下述方法确定：,a)轴的径向尺寸,当直径变化处的端面是为一固定轴上零件或承受轴向力时，则直径变化值要大些，一般可取(68)mm。如图中直径d和d1、d2和d3、d4和d5的变化

11、，都是为了轴上零件的定位，所以变化大些。这时过渡圆角半径r(图c)应小于轴孔的倒角c和轴肩高h。当用凸肩固定滚动轴承时(图39a)，过渡圆角半径r(图39c)应小于轴承孔的圆角半径,rg值可查轴承手册。而且轴肩(或套筒)直径D应小于轴承内圈的外径(图a、6)，以便于拆卸轴承。D的允许值D1可由轴承手册中查得。图39d、e的结构不正确,滚动轴承固定方式,当轴径变化仅为了装配方便或区别加工表面,不承受轴向力也不固定轴上零件时，则相邻 直径变化较小，稍有差别甚至是公差即可，其变化量可取13mm。如图中d1和d2 、 d2和d3。的变化是为了使轴承和齿轮装配方便。如d2段长，可在d2和d3之间增加轴段

12、d2，则d2段的表面粗糙度和精度都可以低于轴段d2 ，改善了轴的工性。这些轴径变化处的端面都不与其他零件接触。在图中，如取d=22mm，则其他直径可取为d1=28mm， d2=30mm， d3 =32mm， d4=40mm， d5 =30mm。当轴上装有滚动轴承、密封等标准件时，轴径应取相应的标准值。,6)轴的轴向尺寸,轴表面需要精加工、磨削或切螺纹时，轴径变化处应留有退刀槽，如图40所示。退刀槽尺 寸可查手册 轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的，而轮毂宽度一般都是和轴的直径有关，确定了直径，即可确定轮毂宽度，但在确定这些长度时，必须注意直径变化的位置.,装配草图设计,如图

13、所示, 。轴的端面与零件的端面应留有距离L,以保证零件端面与套筒接触起到舟向固定作用. 一般可取 L=13mm。 图b是不正确 的结构，因 制造有误差 时，将不能保 证零轴向定位.,装配草图设计,在装键的轴段，应使键槽靠近直径变化处，如图所示，以便在安装时，使零件1键槽与轴上的键容易对准。图c是不正确的结构。采用过盈配合(s以上)固定轴上零件 为了便于装配，直径变化可用锥面过渡，锥面大端应在键槽直线部分，如图44所示，这时可不 用增加轴向固定的套筒。如一根轴上有多个键，在轴径相差不大时，可取同一尺寸的键，以便 用一把刀具加工。,装配草图设计,轴承的型号根据轴的直径可初步选出，一根轴上宜取同一规

14、格的轴承，使轴承孔可一次镗出，保证加工精度。轴承在轴承座中的位置见图34.轴的外伸长度与外接零件及轴承端盖的结构有关。,装配草图设计,如轴端装有联轴器，则必须留有足够的装配尺寸例如弹性圈柱销联轴器(图45a)就要求有装配尺寸A。采用不同的轴承端盖结构，将影响轴外伸的长度。当用凸缘式端盖(图45b)时，轴外伸长度必须考虑拆卸端盖螺钉所需的足够的长度L，以便在不拆卸联轴器的情况下，可以打开减速器机盖。如外接零件的轮毂不影响螺钉的拆卸L 可小些.,装配草图设计,圆锥齿轮的高速轴多作成悬臂结构(图46)，轴承支承距离l1=2l2,或 l1=2.5d.d为轴承处直径。为保证刚度，l1。不宜太小，并尽量减

15、小l2.。,为保证圆锥齿轮传动的啮合精度，装配时需要调整大小圆锥齿轮的轴向位置，使两轮锥顶重合。因此小圆锥齿轮轴和轴承通常放在套杯内，用套杯凸缘内端面与轴承座外端面之间的一组垫片 调整小圆锥齿轮的轴向位置(图47a)。套杯右端 的凸肩用以固定轴承。套杯厚度。如图所示，凸肩高度应D不应小于轴承外圈的内径，以免造成拆卸轴承外圈的困难.,小圆锥齿轮轴采用角接触轴承时，轴承有两种布置方案，如图48所示，。a图为轴承面对面，b图为轴承背靠背。两种方案的轴结构、刚度和轴承固定方法不同，方案b的轴刚度较大。 对方案a，轴承固定方法视小圆锥齿轮与轴的结构关系而异。图4 7a是齿轮轴结构的 轴承固定方法，两个轴

16、承的内圈各端面都需要固定而外圈各固定一个端面。这种结构当齿轮顶圆d。D时，轴承是在套杯内进行安装，很不方便。 ,图49是齿轮与轴分开的结构，其轴承只在内、外圈固定一个端面。这种结构，安装轴承方便。上述两种结构的轴承间隙都是通过调片以调整轴承端盖位置来保证的。,对方案b，轴承固定和调整方法也和轴与齿轮的结构有关。图50为齿轮轴结构；图51 轮与轴分开的结构。两种结构的轴承安装都要在套杯内进行，很不方便，而且轴承间隙靠母调整也很麻烦，所以轴的刚度虽大，但用得较少。,当承受较大径向载荷时，可采用短圆柱滚子轴承承受径向力和用向心球轴承承受轴向力，后者外圈不应与孔接触，以避免承受径向力。具体结构见图52

17、。,图53为短套杯结构，轴承一端固定、一端游动，结构简单，装配方便。,图54是将套杯做成独立部件，这种结构可以减小机体长度，简化机体结构。这时，应注意套杯刚度，可取轴承座厚度215，为机体壁厚，并增加支承肋。,轴的支点距离和力作用点的确定,根据轴上零件的位置，可以定出轴的支点距离和轴上零件的力作用点位置(图61、62 、63l 。当采用角接触轴承时，支点位置应取离轴承外圈端面的a处，如图60 所示， a值可查轴承标准.,六、装配图设计第二阶段,这一阶段的主要工作内容是设计传动零件、轴上其他零件及与轴承支点结构有关零件的具体结构。其步骤大致如下： 1传动零件结构设计 齿轮结构形状与尺寸和所采用的

18、材料、毛坯大小及制造方法有关。 尺寸较小的齿轮可与轴做成一体，如图65所示。当齿顶圆或齿根圆直径小于轴径d(图65b)时，必须用滚齿法加工轮齿。,当齿轮根圆直径大小轴径d，并且z25m。(见图66，m为模数)时，齿轮可与轴分开制造，这时轮齿可用滚齿或插齿加工。,对直径较大的齿轮，常用腹板结构，并在腹板上加工孔(钻孔或铸造孔)，以便于加工时装夹，还可减轻重量，如图67所示，图a为锻造结构，图b为铸造结构。齿宽较大时，宜加肋以提高刚度。 大型齿轮多用铸造或焊接的带有轮辐的结构，轮辐断面有各种形状，可参阅有关资料。 齿轮轮毂宽度与轴直径有关，可大于或等于轮缘宽度，一般常等于轮缘宽度(图67中L=B)

19、。,2轴承端盖结构,轴承端盖用以固定轴承及调整轴承间隙并承受轴向力。 轴承端盖有嵌入式(图68)和凸缘式(图69、70)两种。,嵌入式轴承端盖结构简单，但密封性能差(可用图68b所示结构来弥补)，调整轴承间隙较麻烦，需要打开机盖，放置调整垫片，只宜用于向心球轴承(不调间隙)，如图68b,用嵌入式端盖固定角接触轴承时，应在端盖上增加调整螺钉，以便于调整，如图68c所示。 l 凸缘式轴承端盖调整轴承间隙比较方便，密封性能也好，所以用得较多。这种端盖多用铸铁铸造,所以要很好考虑铸造工艺。例如在设计穿通式轴承盖(图69)时，由于装置密封件需要较大的端盖厚(69a)，这时应考虑铸造工艺，尽量使整个端盖均

20、匀，如图69b、c所示是较好的结构。 l,当轴承端盖的宽度L较大时(图70n)，为减少加工量，可在端部铸出一段较小的直D 但必须保留有足够的长度 L(图70b)，否则拧紧螺钉时容易使端盖倾斜，以致轴承受力不均匀 取L=015D。图中端面凹进值，也是为了减少加工面。 为了调整轴承间隙，在端盖与机体之间放置由若干薄片组成的调整垫片，如图69所但有的垫片只起密封作用，见图50、51中最左端的垫片。,3轴承的润滑与密封,根据轴颈的速度，轴承可以用润滑脂或润滑油润滑。当浸油齿轮圆周速度小于2mS。时，宜 用润滑脂润滑；当浸油齿轮圆周速度大于2ms时，可以靠机体内油的飞溅直接润滑轴承，或引 导飞溅在机体内

21、壁上的油经机体剖分面上的油沟流到轴承进行润滑，这时必须在端盖上开槽 (图71)。为防止装配时端盖上的槽没有对准油沟而将油路堵塞，可将端盖的端部直径取小些，使 端盖在任何位置油都可以流入轴承(图71)。如采用润滑脂润滑轴承时，应在轴承旁加挡油板,当轴承旁是斜齿轮，而且斜齿轮直径小于轴承外径时，由于斜齿有沿齿轮轴向排油作用，使 过多的润滑油冲向轴承，尤其在高速时更为严重，增加轴承阻力，所以应在轴承旁装置挡油板，如图72所示。挡油板可用薄钢板冲压或用元钢车制，也可以铸造成型。蜗杆在下的蜗杆传动。 其蜗杆轴承旁也应装置这种挡油板，见图57、58。,在输入轴和输出轴的外伸处，都必须在端盖轴孔内安装密封件

22、，以防止润滑油外漏及灰尘、 水汽和其他杂质进入机体内。 密封形式很多，相应的密封效果也不一样，常见的如图73所示。橡胶油封(图73。)效果较好所以得到广泛应用。这种密封件装配方向不同，其密封效果也有差别，图73。的装配方法对左边密封效果较好。如采用两个橡胶油封相对放置，则效果更好。橡胶油封有两种结构，,一种是油封内带有金属骨架(图73n)，与孔配合安装，不需再有轴向固定；另一种是没有金属骨架，这时需要有轴向固定装置。图73b为毡封油圈，其密封效果较差，但结构简单，对润滑脂 润滑也能可靠工作。上述两种密封均为接触式密封，要求轴表面的粗糙度数值不能太大。图73c、 d为油沟和迷宫式密封结构，是非接

23、触式密封，其优点是可用于高速，如果与其它密封形式配合使用,效果更好.,密封形式的选择，主要是根据密封处轴表面的圆周速度、润滑剂的种类、工作温度、 环境等决定的。各种密封适用的参考圆周速度为： 密封形式 适用的圆周速度， ms 粗羊毛毡封油圈 3以下 半粗羊毛毡封油圈 5以下 航空用毡封油圈 7以下 橡胶油封 8以下 迷宫 10以下,3初估轴的外伸端直径；,通过绘图进行轴和轴承部件结构的初步设计及轴上零件作用力的位置。 4轴、轴承及键联接的校核计算 根据以上初绘草图阶段所定的轴的结构、支点和轴上零件的力作用点，分析轴所受的力，按适当比例绘制弯矩图、扭矩图及当量弯矩图，并在其上标出特征点的数值；同

24、时在结构图上判定并标出轴的若干危险剖面参照教材对各危险剖面校核轴的强度校核时若发现轴的强度不够，则应加大轴径，或修改轴的结构参数(如加大圆角半径等)，以降低应力及应力集中程度。若轴的强度富裕，且其计算应力或安全系数与许用值相差不大，则以轴结构设计时确定的轴径为准，一般不再修改对于强度裕量过大的情况，也应在综合考虑刚度，结构要求以及轴承和键联接等的工作能力后决定是否修改，以防顾此失彼,滚动轴承的寿命,滚动轴承的寿命最好与减速器的使用寿命或减速器的检修期(23年)大致相符若计算结果表明轴承的寿命达不到上述要求，可不改变原选轴承而改用50001 0000小时作为设计寿命，而在使用过程中需定时更换轴承

25、。在轴承寿命达不到规定要求时，宜先考虑选用另一种直径系列的轴承，其次再考虑改换轴承类型，提高轴承基本筋定动载荷。 平键联接主要校核挤压强度，计算时需注意许用挤压应力应按键、轴、轮彀三者材料最弱的选取，并注意正确计算键长。若强度不够，则可通过加大键的长度，改用双键、花键，加大轴径等措施来满足强度要求。,5进一步绘图,，进行传动件、固定装置、密封装置，箱体及附件的结构设计 上述设计的具体结构和尺寸关系可参阅本书32、42和 43的阐述与分析，学生应在融汇贯通的基础上发挥创造性，独立进行本阶段的设计工作，并注意绘图时应先主件后附件，先主体后局部，先轮廓后细部，同时在三个视图上交替进行,6装配草图的检

26、查和修正,上述工作完成之后，应对装配草图仔细检查，认真修正，检查次序亦如绘制装配草图“由主到次”进行检查的主要内容如下： (1)装配草图是否与传动方案(运动简图)一致。如轴伸出端的位置，电动机的布置及外接零件(带轮和联轴器等)的匹配是否符合传动方案的要求。 (2)传动件、轴、轴承及轴上其他零件的结构是否合理，定位、固定、加工、装拆及密封是否可靠和方便。,(3)箱体的结构与工艺性是否合理，附件的布置是否恰当，结构是否正确。 (4) 重要零件是否满足强度、刚度、耐磨等要求，其计算是否正确，计算出的尺寸是否与设计计算相符。 (5)图纸幅面、图样比例、图面布置等是否合适。视图表达是否符合机械制图标准的

27、规定，投影是否正确，可重点检查三个视图的投影关系是否协调一致，啮合轮齿、螺孔及滚动轴承等的规定画法和简化画法是否正确，为帮助学生自己检查和修正装配草图。,以上较详细地阐述了单级圆柱齿轮减速器装配草图的设计和绘制，读者可以由此得到启迪，从而自己进行两级圆柱齿轮、圆锥-圆柱齿轮以及蜗杆等减速器装配草图的设计与绘制；设计与绘制装配草图的步骤和方法基本相同，现仅就其中若干特点作些说明和提示。,5-3装配工作图的绘制和总成设计,在完成装配草图的基础上，应进一步将总成绘制成为可供生产用的、正式的、完整的装配工作图。其上应包括必要的结构视图与尺寸、零部件序号、明细表、标题栏以及技术特性和技术 要求等内容。现

28、仍以减速器为例，对以上内容分别提示如下。,一、按机械制图标准绘制结构视图,装配工作图各视图都应完整、清晰，避免采用虚线表示零件的结构形状，对必须表达的内部结构或细部结构，可以用局部剖视或向视图表示。装配图上某些结构可用机械制图标准规定的简化画法，例如螺栓、螺母、滚动轴承可以采用简化画法；对于类型、尺寸、规格、材料均相同的螺栓联接，可以只画一个，其它则用中心线表示 装配工作图也应先用轻线绘制待零件工作图设计完成、进行某些必要的修改后再于加浓。如果装配草图质量良好，无需作较多的或重大的改动也可以在原装配草图上继续进行装配工作图的绘制与总成设计工作,二、标注主要尺寸和配合,1特性尺寸 反映技术性能、

29、规格或特征的尺寸。 2.外形尺寸 表明占有的空间尺寸；如减速器的总长、总宽和总高等，可供包装、运输和布置安装场所作参考。 3安装尺寸 为设计支承件(如机架、电动机座)，外接零件提供联系的尺寸：如减速器箱体底面的尺寸脚螺栓孔的直径与中心距，地脚螺栓孔的定位尺寸，轴外伸端的配合直径、配合长度、中心高及端面定位尺寸等。 4配合尺寸 表明各配合零件之间装配关系的尺寸，如传动件与轴头，轴承内孔与轴颈，轴承外围与轴承座孔的配合尺寸在标注这些尺寸的同时，应认真考虑并注明选用何种基准制、配合性质及精度等级。,三、编制零件序号、明细表和标题栏,装配工作图上所有零件均应标出序号，但对形状、尺寸及材料完全相同的零件只需标一个序号。各独立部件，如滚动轴承，通气器和油标等，虽然是由几个零件所组成，也只编一个序号。对于装配关系清楚的零件组(如螺栓、螺母