1 機械設計課程設計 主講教師 徐林林 2 第一章緒論 1 1機械設計課程設計的目的 1 培養綜合運用所學 機械設計 課程及其它有關先修課程的基本理論和基礎知識 從整體出發全面考慮機械產品的設計 提高分析問題和解決問題的能力 2 學習和掌握機械設計的基本方法和步驟 產品規劃 方案設計 技術設計 制造及試驗 為專業課程設計及畢業設計打好基礎 3 進行機械設計基本技能的訓練 其中包括 計算和繪圖技能 運用各種設計資料 標準 規范 手冊 圖冊等 使用經驗公式估算及編寫設計計算說明書 3 1 2機械設計課程設計的內容和任務 內容 機械設計課程設計一般選擇由 機械設計 課程所學過的大部分零件所組成的機械傳動系統或簡單機械作為設計課題 目前較多采用的是以齒輪減速器或蝸桿減速器為主體的機械傳動系統或典型機械作為設計課題 任務 機械設計課程設計要求學生獨立完成以下工作 1 減速器裝配圖 草圖和機繪各一張 2 零件工作圖兩張 低速軸和低速齒輪 3 設計計算說明書一份 機械設計課程設計結束時進行課程設計總結和答辯 1 3機械設計課程設計的一般方法和步驟 方法 機械設計課程設計采用邊設計 邊畫圖 邊修改的三邊法交叉進行 以學生獨立工作為主 教師只對課程設計的原則問題負責指導 4 步驟 機械設計課程設計可參考下表分階段進行 1 傳動裝置的總體設計 0 5天 1 選擇電動機 2 計算傳動系統總傳動比和分配各級傳動比 3 計算傳動系統運動和動力參數 2 減速器傳動零件的設計 1天 設計計算帶傳動 鏈傳動 齒輪傳動和蝸桿傳動的主要參數和結構尺寸 3 減速器傳動軸及軸承裝置的設計 畫草圖 2天 1 設計軸 2 選擇滾動軸承進行軸承組合設計 3 選擇鍵聯接和聯軸器 4 減速器箱體及附件的設計 在草圖上進行 2天 1 設計減速器箱體及附件 2 完成繪制減速器裝配草圖 5 減速器裝配圖的繪制 機繪 4天 6 減速器零件工作圖的繪制 機繪 1天 7 設計計算說明書的編寫 2天 8 課程設計總結和答辯 5 1 4機械設計課程設計的注意事項 1 提倡獨立思考 深入鉆研的學習精神 要按照機械設計課程設計的教學要求 認真閱讀有關參考資料 仔細分析有關參考圖例的結構 創造性地進行設計 2 產品設計是一個 設計 評價 再設計 修改 漸進與優化的過程 學生在機械設計課程設計中應嚴肅認真 一絲不茍 精益求精 采用 三邊法 對不合理的結構和尺寸必須及時加以修改 3 正確處理設計計算和結構設計之間的關系 在確定零件尺寸時應注意 由幾何條件導出的公式 其參數間為嚴格的等式關系 計算得到的尺寸一般不能隨意圓整或變動 由強度 剛度 耐磨性等條件導出的公式 其參數間常為不等式關系 計算得到的是零件必須滿足的最小尺寸 不一定就是最終所采用的結構尺寸 6 經驗公式常用于確定那些外形復雜 強度情況不明等零件的尺寸 這些尺寸關系是近似的 一般應圓整 還有一些次要尺寸 可以考慮加工 使用等條件 參照類似結構加以確定 4 正確運用設計標準和規范 以利于零件的互換性和加工工藝性 同時可節省設計時間 標準和規范是為了便于設計 制造和使用而制定的 當遇到與設計要求有矛盾時 也可突破標準和規范的規定而自行設計 5 保證機械設計課程設計圖紙和設計計算說明書的質量 要求設計圖紙圖面整潔 制圖符合標準 設計計算說明書書寫工整 條理清晰 說明書中設計參數的選取要合理 并與圖紙所反映的相應參數一致 7 第二章傳動系統的方案設計 2 1傳動系統的方案設計 機器通常是由動力機 傳動系統和工作機構三部分組成 傳動系統用于將動力機的運動和動力傳給工作機構 并協調二者的轉速和轉矩 傳動系統方案設計是機器總體設計的主要組成部分 傳動系統方案設計的優劣 對機器的工作性能 工作可靠性 外廓尺寸 重量 制造成本 運轉費用等均有一定程度的影響 任何機械其傳動系統方案都不是唯一的 在相同設計條件下 可有不同的傳動系統設計方案 學生可選擇機械設計課程設計題目給出的傳動系統參考方案 也可依據所承擔的具體設計任務 采用設計任務中規定的傳動型式 合理布置傳動機構 最后提出自己的傳動系統方案 以求得更廣泛意義上傳動系統方案設計的知識 8 2 2傳動系統方案應滿足的要求 合理的傳動系統方案 除了應滿足工作機性能要求 適合工況條件及工作可靠外 還應使傳動系統結構簡單 尺寸緊湊 加工方便 成本低廉 效率高及便于使用和維護等 要同時滿足這許多要求常常是困難的 在進行傳動系統方案設計時應統籌兼顧 保證重點 9 題目5設計用于帶式運輸機的展開式二級圓柱齒輪減速器 10 題目7設計用于帶式運輔機的同軸式二級圓柱齒輪減速器 11 題目9設計用于鏈式運輸機的圓錐 圓柱齒輪減速器 12 題目10設計用于帶式運輸機的蝸桿減速器 13 二級齒輪減速器的傳動方案 14 蝸桿減速器傳達方案 15 第三章傳動系統的總體設計 3 1電動機的選擇 電動機是通用機械中應用極為廣泛的動力機 其中Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機具有效率高 性能好 振動小等優點 適用于空氣中不含易燃 易爆或腐蝕性氣體的場所和無特殊要求的機械上 機械設計課程設計中的動力機一般均可選用這種類型的電動機 選擇電動機時 應依據所選電動機的機械特性與工作機的負載特性相匹配的原則來確定電動機型號 16 1 電動機的功率 首先估算傳動系統的總效率 再根據工作機特征計算工作機所需電動機功率 最后選定電動機額定功率 且使電動機額定功率不小于工作機所需電動機功率 工作機所需電動機功率 工作機所需功率 w 應由工作機的工作阻力和運動參數 線速度或轉速 計算術得 在課程設計中 可由設計任務書給定的工作機參數按下式計算 工作機所需工作功率 kw 由電動機至工作機主動端的總效率 或 工作機的工作阻力 N 工作機的線速度 如運輸機輸送帶的線速度 m s 工作機的工作阻力矩 N 工作機的轉速 如運輸機滾筒的轉速 r min 17 傳動裝置納總效率 應為組成傳動裝置的各個運動副效率的乘積 即 v帶傳動效率 滾動油承傳動效率 一對 滾動油承傳動效率 一對 滾動油承傳動效率 一對 閉式齒輪傳動效率 閉式齒輪傳動效率 聯鈾器效率 4 傳動滾筒效率 5 滾動油承傳動效率 一對 18 19 2 電動機的轉速 功率相同的同類型電動機 有幾種不同的轉速可供設計考選用 如三相異步電動機的同步轉速 一般有3000r min 2極 1500r min 4極 1000r min 6極 及750r min 8極 四種 低轉速電動機的級對數多 轉矩也大 因此外廓尺寸及重量都較大 價格較高 但可以使傳動裝置總傳動比減小 使傳動裝置的體積重量較小 高轉速電動機則相反 因此確定電動機轉速時要綜合考慮 分析比較電動機及傳動裝置的性能 尺寸 重量和價格等因素 由機械設計手冊選擇電動機型號 如 Y132S 2 B3 XXX 20 21 22 設計計算傳動裝置時 通常用工作機所需電動機功率PW進行計算 而不用電動機的額定功率Pd 只有當有些通用設備為留有儲備能力以備發展 或為適應不同工作的需要 要求傳動裝置具有較大的通用性和適應性時才按額定功率Pd來設計傳動裝置 傳動裝置的輸入轉速可按電動機額定功率時的轉速 即滿載轉速計算 23 3 2傳動比的分配 由選定的電動機額定轉速nm和工作機主動軸轉速nw 可得傳動裝置總傳動比為 總傳動比為各級傳動比的乘積 即 傳動比的分配 目的 減小傳動裝置的外廓尺寸 重量 達到結構緊湊 降低成本的目的 還可以得到較好的潤滑條件 24 分配原則 1 各級傳動的傳動比應在合理范圍內 不超出允許的最大值 以符合各種傳動形式的工作持點 并使結構比較緊湊 按任意鍵繼續 25 2 應注意使各級傳動件尺寸協調 結構勻稱合理 26 3 盡量使傳動裝置外廓尺寸緊湊或重量較小 27 4 在臥式二級齒輪減速器中 各級齒輪都應得到充分潤滑 28 對展開式二級圓柱齒輪減速器 按任意鍵繼續 在兩級齒輪配對材料 性能及齒寬系數大致相同的情況下 即齒面接觸強度大致相等時 兩級齒輪的傳動比可按下式分配 或 式中i1 i2 分別為高速級和低速級齒輪的傳動比 i 二級齒輪減速器的總傳動比 對同軸式二級圓柱齒輪減速器 可取圓錐齒輪傳動比為i1 0 25i 并盡量使i1 3 以使圓錐齒輪直徑較小 對圓錐 圓柱齒輪減速器 29 3 3傳動系統的運動和動力參數計算 在選定電動機型號及分配傳動比后 應計算傳動系統中各軸的轉速 功率及轉矩 為傳動零件的設計計算和軸的設計計算提供依據 各軸的轉速根據電動機的滿載轉速nm及傳動比進行計算 傳動裝置各部分的功率和轉速通常是指各軸的輸入功率和輸入轉矩 計算各軸運動及動力參數時 應先將傳動裝置中各軸從高速軸到低速抽依次編號 定為 軸 電動機軸 1軸 2軸 相鄰兩袖間的傳動比表示為i01 i12 i23 相鄰兩軸間的傳動效率為 01 12 23 各軸的輸入功率為 1 2 3 各軸的轉速為n1 n2 n3 各軸輸入轉矩為 1 2 3 30 1 各軸轉速 按任意鍵繼續 31 2 各軸輸入功率 式中 l 2 3 4分別為帶傳動 軸承 齒輪傳動和聯抽器的傳動效率 按任意鍵繼續 32 計算得到的各軸運動和動力參數的數據 可以列表整理備用 參見例2 3表格 2 各軸輸入扭矩 按任意鍵繼續 33 第四章減速器結構設計 窺視孔和窺視孔蓋在減速器上部開窺視孔 以便檢查齒面嚙合情況 潤滑油但由此注入機體內 窺視孔上有蓋板 以防止污物進入機體內和潤滑泊飛滋出來 放油螺塞減速器底部沒有放油孔 用于排出污油 放油孔用螺塞堵住 油標油標用來檢查油面高度 以保證有正常的油量 油標有各種結構類型 有的已定為國家標準件 通氣器減速器運轉時 由于摩擦發熱 使機體內溫度升高 氣壓增大 導致潤滑油從縫除 如剖面 軸伸處間隙 向外滲漏 所以多在機蓋頂部或窺視孔益上安裝通氣器 使機體內熱漲氣體自由逸出 達到機體內外氣壓相等 提高機體有縫隙處的密封性能 啟蓋螺釘機蓋與機座接合面上常涂有水玻璃或密封膠 聯結后接合較緊 不易分開 為便于取下機蓋 在機蓋凸緣上常裝有一至二個啟蓋螺釘 在啟蓋時 可先擰動此螺釘頂起機蓋 定位銷為了保證軸承座孔的安裝精度 在機蓋和機座用螺栓聯接后 鏜孔之前裝上兩個定泣銷 銷孔位置盡量遠些 如機體結構是對稱的 如蝸桿傳動機體 銷孔位置不應對稱布置 吊環和吊鉤在機蓋上裝有環首螺釘或鑄出吊環或吊鉤 用以搬運或拆卸機蓋 在機座上鑄出吊鉤 用以搬運機座或整個減速器 吊環和吊鉤在機蓋上裝有環首螺釘或鑄出吊環或吊鉤 用以搬運或拆卸機蓋 在機座上鑄出吊鉤 用以搬運機座或整個減速器 34 第五章裝配圖設計 1 裝配圖繪制前的準備 在畫裝配圖之前 應翻間有關資料 參觀或裝拆實際減速器 弄儲備零部件的功用 做到對設計內容心中有數 此外 還要根據任務書上的技術數據 按前文所述的要求 選擇計算出有關零部件的結構和主要尺寸 具體內容有 1 確定各類傳動零件的中心距 最大圓直徑和寬度 其它詳細結構可暫不確定 2 確定機體的結構方案 剖分式 整體式等 35 2 第一階段的設計內容初步驟 這一階段的設計內容是通過繪圖設計軸的結構尺寸及選出軸承型號 確定軸的支點距離和軸上零件力的作用點 計算軸的強度和軸承壽命 大致步驟如下頁框圖 畫出傳動零件的中心線和輪廓線 畫出機體內壁線和機體對稱線 定出軸承和軸承座端面位置 定出軸的支點和力的作用點 進行軸的受力分析和繪制力