机械设计基础课程设计.pptx

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1、1机械设计基础课程设计(Course Design of Mechanical Design Foundation)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机械设计课程设计（第二版）（第二版）唐增宝等唐增宝等 主编主编 华中科技大学出版社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减速器为对象，以课程教学中的设计理论和方法为基础，

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

3、器总体装配图（减速器总体装配图（1#图图 1 张）张）v 减速器零件图减速器零件图 2 张张 齿轮工作图（齿轮工作图（3#图图1张张）轴轴 工工 作作 图（图（3#图图1张张）v 减速器设计计算说明书减速器设计计算说明书1份（约份（约2万字）万字）10设计任务书q 带式输送机工作情况；带式输送机工作情况；q 带式输送机工作参数；带式输送机工作参数；（多种参数多种参数）带速带速 ；带的张力；带的张力；滚筒直径；滚筒直径；q带式输送机传动方案。带式输送机传动方案。建议采用方案建议采用方案1 1作为传动方案作为传动方案1112设计计算步骤一、总体方案设计一、总体方案设计 根据给定的数据根据给定的数据

4、进行设计进行设计，发放的设计任务书，发放的设计任务书装订在设计说明书最前面装订在设计说明书最前面。设计方案选择的主要依据设计方案选择的主要依据 传动的功率与效率传动的功率与效率 传动速度传动速度 外廓尺寸、重量和传动比要求外廓尺寸、重量和传动比要求 13设计方案选择要求考虑的主要因素设计方案选择要求考虑的主要因素 使用性（有效性、可靠性）使用性（有效性、可靠性）经济性经济性 安全性安全性 工艺性工艺性 先进性先进性 特殊性特殊性 等等设计计算步骤 建议采用方案建议采用方案1 1作为传动方案作为传动方案14二、电动机选择及传动比分配二、电动机选择及传动比分配 1.电动机选择电动机选择 工业上一般

5、采用三相交流电动机，工业上一般采用三相交流电动机，Y Y系列三相系列三相交流异步电动机由于具有结构简单，价格低廉，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。维护方便等优点，得到最广应用。一般选择一般选择Y Y系列三相电动机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。当带式输送机总体方案确定后，就可进行其参数设计。15（1 1）功率选择）功率选择 工作机功率工作机功率Pw=Fv/1000（kW）带式输送机总效率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

6、输送机总体方案，分析功率流传递路线，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。在考虑效率的前提下，计算所需电动机的功率。16带式输送机总效率带式输送机总效率vF设计计算步骤17带式输送机总效率带式输送机总效率vF设计计算步骤 不必考虑滚筒的效率、不必考虑滚筒的效率、滚筒上轴承的效率。滚筒上轴承的效率。各种传动副的效率见指导书。各种传动副的效率见指导书。18 电动机功率电动机功率电动机所需功率：电动机所需功率：查标准选取电动机额定功率查标准选取电动机额定功率Pm。设计计算步骤19（2 2）转速选择）转速选择 参考指导书选择参考指导书选择Y系列电机，系列

7、电机，最为常用的最为常用的Y系列系列电动机的同步转速为电动机的同步转速为3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm四种四种。同步转速过低：减速器传动比减小，但是电动机同步转速过低：减速器传动比减小，但是电动机 尺寸变大，成本上升；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，外形尺寸变大变大，外形尺寸变大。设计计算步骤20 输出轴（滚筒）转速输出轴（滚筒）转速 带式输送机总传动比带式输送机总传动比nm 电动机满载转速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（根据传动方控制总传动比在一定范围内（

8、根据传动方案来定，各种类型传动的传动比范围见指导案来定，各种类型传动的传动比范围见指导书书)，对于带传动单级圆柱齿轮传动系统，对于带传动单级圆柱齿轮传动系统，应控制在应控制在 20 以内。这样一来，以内。这样一来，电动机的具电动机的具体参数就可以确定下来。体参数就可以确定下来。设计计算步骤222.传动比分配传动比分配 当电动机选择确定后，减速器的总传动比就可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。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。参考指导书。对带传动单级圆柱齿

9、轮传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。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圆柱齿轮传动的传动比：带传动的传动比：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、传动比的根据电动机的计算功率、满载转速、传动比的分配，计算出各分配，计算出各级传动的输入功率、输入转速、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。传动比，由此进行各级传动的传动件设计。（参（参考指导书考指导书P.9P.91

10、010）传动件的设计计算参考传动件的设计计算参考机械设计基础机械设计基础教材教材的内容。的内容。（带传动、齿轮传动、轴径初算等）（带传动、齿轮传动、轴径初算等）设计计算步骤25 注意事项注意事项 传动功率计算采用电动机所需功率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。两位，角度应准确到秒。设计计算

11、步骤26四、联轴器的选择四、联轴器的选择 输出轴输出轴类型：刚性可移式联轴器；类型：刚性可移式联轴器；型号：由计算转矩、转速和轴径选择。型号：由计算转矩、转速和轴径选择。设计计算步骤27五、滚动轴承的预选五、滚动轴承的预选 输入轴输入轴输出轴输出轴轻系列轻系列从转速考虑！从转速考虑！设计计算步骤大功率大功率圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承中小功率中小功率深沟球或角接触球轴承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，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

12、计中进行寿命验算后再行确定。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初绘减速器装配草图六、减速器装配草图的设计六、减速器装配草图的设计 画传动零件的中心线画传动零件的中心线画齿轮的轮廓画齿轮的轮廓画箱体的内壁线画箱体的内壁线确定轴承座孔的宽度，画轴承座外端线确定轴承座孔的宽度，画轴承座外端线轴的结构设计轴的结构设计画轴、滚动轴承和轴承盖的外廓画轴、滚动轴承和轴承盖的外廓确定轴的径向尺寸确定轴的径向尺寸确定轴的轴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、滚动轴承及键联接的校核计算轴的强度校核轴的强度校核滚动轴承寿命的校核计算滚动轴承寿命的校核计算

13、键联接强度校核键联接强度校核根根据据初初绘绘装装配配草草图图中中轴轴的的结结构构，确确定定作作用用在在轴轴上上的的力力的的作作用用点点，绘绘出出轴轴的的受受力力计计算算简简图图，绘绘制制弯弯矩矩图图、转转矩矩图图及及当当量量弯弯矩矩图图，对对危危险险剖剖面面进行强度校核。进行强度校核。3.完成减速器装配草图完成减速器装配草图3012轴承座端面轴承座端面调整垫片调整垫片(12mm）轴承盖轴承盖毛毡密封毛毡密封间隙间隙(0.51mm）dIdIIdIIIddIII内机壁内机壁3油润滑：油润滑：35mm脂润滑：脂润滑：812mm(加加挡油板挡油板)内壁到轴承座端面距内壁到轴承座端面距离离:+c1+c2

14、31 注意问题注意问题1.采用采用“边算、边画、边改边算、边画、边改”的的“三边三边”设计方设计方法；法；2.按时按质按量完成，平时成绩记入总成绩；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、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；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。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！切记抓紧时间，不要拖后！每个专业分为每个专业分为8个组，每组采用同一种数据。个组，每组采用同一种数据。32已已知知卷卷筒筒直直径径D=260mm，运运

15、输输带带工工作作拉拉力力F=2700 N，运输带工作速度，运输带工作速度v=1.4 m/s。方案方案1:33选择合适的电动机；选择合适的电动机；计算传动装置的总传动比计算传动装置的总传动比,并分配各级传动比；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。计算传动装置中各轴的运动和动力参数。一一、带带式式运运输输机机传传动动系系统统齿齿轮轮减减速速器器的的运动和动力参数计算运动和动力参数计算341.选择电动机选择电动机（1）一般选用）一般选用Y系列三相异步电动机，系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。为卧式封闭结构。35（2）电机容量）电机容量 传动装置所需功率传动装置所需功率Pw为：为：

16、Pw=Fv/1000=27001.4/1000=3.78 kW 从电动机至卷筒联轴器之间的传动总效率从电动机至卷筒联轴器之间的传动总效率为：为：=带带轴承轴承2齿轮齿轮联轴器联轴器 =0.940.992 0.98 0.99=0.894 电动机所需功率为：电动机所需功率为：Pd=Pw/=3.78/0.894=4.23 kW 选选取取电电动动机机额额定定功功率率为为Pm，按按Pm=（11.3）Pd，查查手手册册（电动机的技术参数），取（电动机的技术参数），取Pm=5.5 kW36（3）确定电动机转速）确定电动机转速 传动装置卷筒轴的转速传动装置卷筒轴的转速n w 为：为：按按手手册册推推荐荐传传动

17、动比比合合理理范范围围，取取V带带传传动动比比i1=24，单单级级圆圆柱柱齿齿轮轮传传动动比比i2=36，则则总总传传动动比比的的合合理理范范围围 i=624，故故电电动动机机转转速速nm（nm为为电电动动机机满满载载转转速速）的的可可选选范范围围为为：nm=i n=（624）102.89=617.342469.36 r/min37符符合合这这一一转转速速范范围围的的电电机机同同步步转转速速有有750、1000和和1500 r/min三种，由标准查出三种使用的电机型号三种，由标准查出三种使用的电机型号方方案案电动机电动机型号型号额定功额定功率率Pm(kW)电动机转电动机转速速(r/min)同步

18、同步 满载满载电机电机质量质量(kg)中心中心高高(mm)外伸外伸轴径轴径(mm)外伸轴外伸轴长度长度(mm)1Y132S-45.51500 14406813238802Y132M2-65.51000 9608413238803Y160M2-85.5750 72011916042110综综合合考考虑虑电电机机和和传传动动装装置置的的尺尺寸寸、结结构构，选选方方案案2，即选即选Y132M2-6型号的电动机，其尺寸参数见标准。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，并分配计算传动装置的总传动比，并分配 各级转动比各级转动比 总传动比：总传动比：i=nm/nw=960/102

19、.89=9.33 （控制在（控制在20以内）以内）分配各级传动比：分配各级传动比：因因i=i1i2 初取初取 i1=2.8 则则 i2=i 减速器减速器=9.33/2.8=3.33 符合：符合：i1在在 24之间之间、i2 在在36 之间。之间。393.计算传动装置的运动参数和动力参数计算传动装置的运动参数和动力参数 各轴转速各轴转速 轴轴 n=n=nm m/n/n1 1=960/2.8=342.9=960/2.8=342.9 r/min 轴轴 n n=n/i/i2 2=342.9/3.33=102.9=342.9/3.33=102.9 r/min 卷筒轴卷筒轴 n n=n=n=102.9=1

20、02.9 r/min40 各轴功率：各轴功率：轴轴 P =P=Pd d带带轴承轴承 =4.230.940.99=3.94 kW轴轴 P P =P轴承轴承齿轮齿轮 =3.940.990.98=3.82 kW卷筒轴卷筒轴 P P =P=P联轴器联轴器 =3.820.99=3.78 kW电动机所需功率41 各轴转矩：各轴转矩：轴：轴：T=9550P/n=95503.94/342.9=109.73 Nm 轴：轴：T=9550P/n=95503.82/102.9=354.53 Nm 卷筒轴：卷筒轴：T=9550P/n=95503.78/102.9=350.82 Nm42各轴的运动和动力参数各轴的运动和动

21、力参数轴轴轴速轴速nr/min功率功率PkW转矩转矩TNm传动比传动比电机轴电机轴9604.23342.93.94109.732.8102.93.82354.533.33卷筒轴卷筒轴102.93.78350.821431.直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮 按按输输入入转转速速342.9r/min，传传动动比比3.33，传传递递功功率率 3.94 kW，单向传动，载荷平稳等条件来计算。，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二、减速器内部传动零件的设计计算44 选择齿轮材料和热处理方式选择齿轮材料和热处理方式 因因载载荷荷平平稳稳，速速度度一一般般，小小齿齿轮轮用用40Cr钢钢

22、，调调质质处处理理，齿齿面面硬硬度度为为 250 HBS；大大齿齿轮轮用用45钢钢，调质处理，齿面硬度为调质处理，齿面硬度为 220 HBS。选择齿数和齿宽系数选择齿数和齿宽系数初定齿数初定齿数z z1 1=30=30，z z2 2=iz=iz1 1=100=100，齿宽系数，齿宽系数d d=1=145 确定轮齿的许用应力确定轮齿的许用应力 根根据据两两轮轮轮轮齿齿的的齿齿面面硬硬度度，查查手手册册得得两两轮轮的的齿齿面接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限分别为：面接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限分别为：Hlim1=700 MPa，Hlim2=570 MPa Flim1=580 MPa，Flim2=4

23、50 MPa46安安全全系系数数分分别别取取：SH=1,SF=1.25,可可得得许许用用应力为：应力为：H1=Hlim1/SH=700/1=700 MPa H2=Hlim2/SH=570/1=570 MPa F1=Flim1/SF=580/1.25=464 MPa F2=Flim2/SF=450/1.25=360 MPa47 按齿面接触强度条件计算小齿轮直径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小齿轮传递的转矩为109.73Nm 109730 Nmm，载荷平稳，且为软齿面齿轮，取载荷系数载荷平稳，且为软齿面齿轮，取载荷系数K=1.4。小齿轮直径为：小齿轮直径为：48 确定模数和齿

24、宽确定模数和齿宽 模数模数 m=d1/z1=65.30/30=2.18 mm 按标准圆整取按标准圆整取 m=2.5 mm 小齿轮分度圆直径小齿轮分度圆直径 d1=mz1=2.530=75mm 齿宽齿宽 b=75 mm49 验算出根的弯曲强度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：则小齿轮齿根弯曲应力：两轮轮齿的弯曲强度足够。两轮轮齿的弯曲强度足够。50 尺寸计算尺寸计算 分度圆直径：分度圆直径：d1=75 mm，d2=mz2=2.5100

25、=250 mm 齿顶圆直径：齿顶圆直径：da1=d12ha*m=75212.5=80 mm da2=d22ha*m=250212.5=255 mm51齿根圆直径：齿根圆直径：df1=d1 12（ha*c）m =752 2（1 10.25）2.5=68.75 mm df2=d2 22（ha*c）m =2502 2（1 10.25）2.5=243.75 mm中心距：中心距：a=0.5 m（z1z2）=0.52.5（30100）=162.5 mm其他尺寸按结构参数确定。其他尺寸按结构参数确定。522.小齿轮轴小齿轮轴如如图图小小齿齿轮轮轴轴：a=100mm，b=90mm，c=80mm，轴的材料用轴的

26、材料用35钢，正火，钢，正火，b=500MPa。53 按转矩初步计算该轴径按转矩初步计算该轴径 圆整至圆整至30mm54 按当量弯矩校核此轴按当量弯矩校核此轴 作用在轴上的载荷作用在轴上的载荷圆周力：圆周力：Ft=2TI/d1=2109730/75=2948.53 N径向力：径向力：Fr=Fttan=2948.53 tan20=1073.18 N55决定支点反作用力决定支点反作用力 及弯矩及弯矩.水平平面中的计算水平平面中的计算简图（图简图（图a）56支承反力支承反力 剖面剖面I-II-I的弯矩的弯矩 57.垂直平面中计算简图（图垂直平面中计算简图（图b b）支承反力支承反力 剖面剖面I-II

27、-I的弯矩的弯矩 58.合成弯矩（图合成弯矩（图c c）.轴上传递的转矩（图轴上传递的转矩（图d）59.带作用在轴上的力带作用在轴上的力根根据据单单根根带带的的传传动动功功率率和和小小带带轮轮转转速速，按按小小带带轮轮直直径径100mm，传传递递4.23kW的的功功率率需需选选5根根A型型带带，查查手手册册得得此此单单根根A型型带带的的初初拉拉力力F0为为100N,大大带带轮轮直直径径d带带大大=2.8d带带小小=280mm，中中心心距距按按0.72倍倍的的大大小小带带轮轮直直径径和范围，按结构紧凑取为和范围，按结构紧凑取为300mm，故小带轮包角为：，故小带轮包角为：60带作用在轴上的力：带

28、作用在轴上的力：该力产生的弯矩图（见图该力产生的弯矩图（见图e）在在B轴承处的弯矩为：轴承处的弯矩为：61.总的合成弯矩（图总的合成弯矩（图f）考考虑虑到到带带传传动动最最不不利利的的布布置置情情况况,与与前前面面的的合合成成弯弯矩矩直直接接相相加加,可可得得总总的的合合成成弯弯矩矩。在在I-I剖剖面处产生的总合成弯矩为：面处产生的总合成弯矩为：62 .计算几个剖面处的当量弯矩计算几个剖面处的当量弯矩 若若轴轴的的扭扭剪剪应应力力是是脉脉动动循循环环变变应应力力，取取折折算算系数系数=0.6，则，则I-I剖面当量弯矩剖面当量弯矩:63 -剖面当量弯矩剖面当量弯矩:-剖面当量弯矩剖面当量弯矩:64计算计算、三个剖面的直径三个剖面的直径由已知材料查表得，由已知材料查表得，-1b-1b=45=45MPaPa-处直径处直径65-处直径处直径-处直径处直径设设 计计 该该 齿齿 轮轮 轴轴 直直 径径 尺尺 寸寸 为为:d=68.75mm，d=35mm，d=45mm，其余部位根据需要确定。，其余部位根据需要确定。