機械設計課程設計(魏迎軍)

1、機械設計課程設計機械設計課程設計指導教師指導教師: :魏迎軍副教授副教授機械基礎工程訓練的目的機械基礎工程訓練的目的 綜合運用機械設計課程和其它相關先修課程的理綜合運用機械設計課程和其它相關先修課程的理論及生產實踐的知識，分析、解決機械設計問題。論及生產實踐的知識，分析、解決機械設計問題。 學習機械設計的一般方法，掌握機械零部件、機學習機械設計的一般方法，掌握機械零部件、機械傳動裝置的設計過程，培養(yǎng)總體設計和零部件械傳動裝置的設計過程，培養(yǎng)總體設計和零部件設計的能力。設計的能力。 通過計算和計算機繪圖，學習使用標準、規(guī)范、通過計算和計算機繪圖，學習使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊等技術資料，培養(yǎng)機械

2、設計的基本技手冊、圖冊等技術資料，培養(yǎng)機械設計的基本技能。能。參考資料參考資料 唐增寶，常建娥唐增寶，常建娥. 機械設計課程設計機械設計課程設計. 武漢：武漢：華中科技大學出版社，華中科技大學出版社，2006，第三版，第三版 張衛(wèi)國，饒芳張衛(wèi)國，饒芳. 機械設計機械設計基礎篇基礎篇. 武漢：武漢：華中科技大學出版社，華中科技大學出版社，2006，第一版，第一版設計內容設計內容機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)1.總體方案設計總體方案設計2.傳動零件的設計計算傳動零件的設計計算3.裝配圖設計：裝配圖設計：1張張A1（包括主視圖、俯視圖和左視圖，（包括主視圖、俯視圖和左視圖，零件明細表，技術特性表，技術要求

3、）零件明細表，技術特性表，技術要求）4.零件圖零件圖設計：設計：2張張 軸軸 齒輪齒輪5.編寫編寫設計計算說明書設計計算說明書1-1 確定傳動方案確定傳動方案方案方案1：雙級圓柱斜齒輪減速器：雙級圓柱斜齒輪減速器 + 開式齒輪開式齒輪方案方案2：雙級圓柱斜齒輪減速器：雙級圓柱斜齒輪減速器 + 鏈傳動鏈傳動方案方案3：帶傳動：帶傳動 +雙級圓柱斜齒輪減速器雙級圓柱斜齒輪減速器方案方案4：單級蝸桿減速器：單級蝸桿減速器 + 鏈傳動鏈傳動(或開式齒輪或開式齒輪) （注：根（注：根據(jù)總傳動比和箱內外傳動比的分配情況而定）據(jù)總傳動比和箱內外傳動比的分配情況而定）減速器是一種重要的通用性機械傳動裝置，類型

4、多樣用途廣泛。減速器是一種重要的通用性機械傳動裝置，類型多樣用途廣泛。功能：降低原動機的轉速；增大輸出轉矩；改變運動方向。功能：降低原動機的轉速；增大輸出轉矩；改變運動方向。帶式運輸機中的雙級圓柱齒輪減速器或蝸帶式運輸機中的雙級圓柱齒輪減速器或蝸桿減速器桿減速器雙級圓柱齒輪減速器雙級圓柱齒輪減速器 + 開式齒輪開式齒輪 為什么開式齒輪布置在低為什么開式齒輪布置在低速級？速級？ 減速器中，為什么輸入、減速器中，為什么輸入、輸出軸上的齒輪遠離轉矩輸出軸上的齒輪遠離轉矩輸入、輸出端？輸入、輸出端？ 為什么不把小開式齒輪直為什么不把小開式齒輪直接掛在減速器的輸出軸上？接掛在減速器的輸出軸上？雙級圓柱齒

5、輪減速器雙級圓柱齒輪減速器 + 鏈傳動鏈傳動 為什么鏈傳動為什么鏈傳動布置在低速級？布置在低速級？帶傳動帶傳動 +雙級圓柱齒輪減速器雙級圓柱齒輪減速器 為什么帶傳動為什么帶傳動布置在高速級？布置在高速級？單級蝸桿減速器單級蝸桿減速器 + 鏈傳動鏈傳動傳動方案傳動方案序序號號參數(shù)參數(shù)工工 作條作條 件件參考參考方案方案姓名姓名(學號學號)F（N）V（m/s）D（mm）工作工作環(huán)境環(huán)境工作工作年限年限生產生產規(guī)模規(guī)模載荷載荷性質性質130001.4450少塵少塵10年雙班年雙班單件單件平穩(wěn)平穩(wěn)方案方案1236001.5500多塵多塵10年雙班年雙班少批少批輕振輕振方案方案2333001.2350清

6、潔清潔10年雙班年雙班少批少批中振中振方案方案31-2 選擇電動機選擇電動機 類型：類型：Y系列三相交流異步電動機（系列三相交流異步電動機（P148） 轉速：轉速：1500或或1000 rpm 功率：功率：工作機所需功率工作機所需功率電動機所需功率電動機所需功率 = 系統(tǒng)總效率系統(tǒng)總效率 總效率總效率 = 12n（P6 表表2-2） 記錄電動機安裝及外形尺寸（記錄電動機安裝及外形尺寸（P149）1-3 計算總傳動比和分配傳動比計算總傳動比和分配傳動比 總傳動比：總傳動比：i = n電電 / n工工 傳動比分配原則傳動比分配原則 各種傳動的各級傳動比應在推薦值范圍內各種傳動的各級傳動比應在推薦值

7、范圍內（P7 表表2-3） 尺寸協(xié)調、結構勻稱、不發(fā)生干涉現(xiàn)象（尺寸協(xié)調、結構勻稱、不發(fā)生干涉現(xiàn)象（P7 圖圖2-2） 雙級圓柱齒輪減速器：高速級和低速級的齒輪強度接近雙級圓柱齒輪減速器：高速級和低速級的齒輪強度接近 油池浸油潤滑：各級大齒輪直徑相差不大油池浸油潤滑：各級大齒輪直徑相差不大i1 = (1.31.4) i2 總傳動比相對誤差：總傳動比相對誤差：i 51-4 計算各軸的轉速、功率和轉計算各軸的轉速、功率和轉矩矩軸號軸號轉速轉速n（rpm）功率功率P（Kw）轉矩轉矩T（Nm）傳動比傳動比i2-1 傳動零件的設計計算傳動零件的設計計算 先箱外再箱內先箱外再箱內減少傳動比累積誤差減少傳動

8、比累積誤差 箱外：箱外： 開式齒輪：齒數(shù)互質；大齒輪的材料選擇；齒寬系數(shù)開式齒輪：齒數(shù)互質；大齒輪的材料選擇；齒寬系數(shù) 鏈傳動：鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)；鏈輪齒數(shù)取奇數(shù)，并和鏈節(jié)數(shù)互質鏈傳動：鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)；鏈輪齒數(shù)取奇數(shù)，并和鏈節(jié)數(shù)互質 帶傳動：計算壓軸力，設計大帶輪轂孔直徑（帶傳動：計算壓軸力，設計大帶輪轂孔直徑（P181） 箱內：閉式齒輪傳動箱內：閉式齒輪傳動 軟齒面齒輪：按接觸疲勞強度設計，校核彎曲疲勞強度軟齒面齒輪：按接觸疲勞強度設計，校核彎曲疲勞強度 硬齒面齒輪：按彎曲疲勞強度設計，校核接觸疲勞強度；齒寬系數(shù)硬齒面齒輪：按彎曲疲勞強度設計，校核接觸疲勞強度；齒寬系數(shù) 中心距應圓整為中心距應圓整為

9、5的倍數(shù)（直齒輪需變位）的倍數(shù)（直齒輪需變位） 模數(shù)應向大取第一系列標準值模數(shù)應向大取第一系列標準值 齒寬應圓整齒寬應圓整 斜齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑應精確計算到小數(shù)斜齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑應精確計算到小數(shù)點后三位數(shù)點后三位數(shù) 斜齒輪的螺旋角應精確計算到斜齒輪的螺旋角應精確計算到“秒秒” 箱內：蝸桿傳動箱內：蝸桿傳動 模數(shù)和分度圓直徑應取標準值，且應與直徑系數(shù)符合標準的匹配關模數(shù)和分度圓直徑應取標準值，且應與直徑系數(shù)符合標準的匹配關系系 熱平衡驗算熱平衡驗算 小齒輪一般為齒輪軸，小齒輪一般為齒輪軸，P29圖圖5-9 大齒輪根據(jù)齒頂圓直徑選擇結構型大齒輪根據(jù)齒頂

10、圓直徑選擇結構型式，式，P189-190 硬齒面大齒輪，為保證鍵的強度，硬齒面大齒輪，為保證鍵的強度，可選用輪轂寬度可選用輪轂寬度l大于輪緣寬度大于輪緣寬度B的的結構型式，結構型式，P189圖圖19-112-2 齒輪結構設計齒輪結構設計2-3 選擇聯(lián)軸器，初算軸徑選擇聯(lián)軸器，初算軸徑 方案方案1、2、4：減速器：減速器高速軸高速軸外伸端用聯(lián)軸器與電動機相外伸端用聯(lián)軸器與電動機相聯(lián)，高速軸軸徑應與聯(lián)，高速軸軸徑應與電動機、電動機、聯(lián)軸器聯(lián)軸器相匹配。相匹配。 方案方案3：減速器：減速器高速軸高速軸外伸端外伸端與大帶輪相聯(lián)，高速軸軸徑與大帶輪相聯(lián)，高速軸軸徑應與應與大帶輪孔徑大帶輪孔徑匹配。匹配。

11、 減速器減速器低速軸低速軸外伸端用聯(lián)軸外伸端用聯(lián)軸器與其他軸相聯(lián)，低速軸軸器與其他軸相聯(lián)，低速軸軸徑應與徑應與聯(lián)軸器聯(lián)軸器相匹配。相匹配。 選擇聯(lián)軸器的類型（選擇聯(lián)軸器的類型（P13）與型號（）與型號（ P124第十三章）第十三章）任務安排任務安排周次周次 星期星期 節(jié)次節(jié)次任務任務地點地點18一一1-8布置設計任務，進行總布置設計任務，進行總體設計體設計D12-J24125-8看錄象看錄象D12-J2412二二1-4傳動零件（箱內）設計傳動零件（箱內）設計計算計算D12-J24125-8檢查傳動零件設計計算檢查傳動零件設計計算 D12-J2303三三1-4裝配草圖設計方法裝配草圖設計方法D1

12、2-J24125-8初步完成軸的結構設計初步完成軸的結構設計 D12-J2412注注:18周二周二9-10減速器拆裝實驗（分小班進行）減速器拆裝實驗（分小班進行） D1-204任務安排任務安排周次周次星期星期任務任務地點地點16五五六六上機繪制裝配草圖上機繪制裝配草圖軸的強度校核軸的強度校核滾動軸承的壽命驗算滾動軸承的壽命驗算鍵的強度校核鍵的強度校核計算中心計算中心17日日六六完成減速器裝配草圖設計完成減速器裝配草圖設計18日日檢查減速器裝配圖檢查減速器裝配圖二二四四零件圖零件圖三三四四編寫設計計算說明書編寫設計計算說明書五五課程設計答辯課程設計答辯D1-4083 減速器裝配圖設計減速器裝配圖

13、設計 軸系部件軸系部件 齒輪齒輪 軸軸 軸承軸承 套筒（擋油套筒（擋油環(huán)）環(huán)） 鍵鍵3 減速器裝配圖設計減速器裝配圖設計 箱體箱體 箱蓋箱蓋 箱座箱座 附件附件 窺視孔和視孔窺視孔和視孔蓋蓋 通氣器通氣器 軸承端蓋軸承端蓋 定位銷定位銷 聯(lián)接螺栓聯(lián)接螺栓 箱蓋與箱座箱蓋與箱座 軸承座軸承座 起蓋螺釘起蓋螺釘 油標與油塞油標與油塞 起吊裝置起吊裝置3-1 減速器裝配圖設計準備減速器裝配圖設計準備 齒輪（蝸桿）傳動的主要尺寸：中心距，齒齒輪（蝸桿）傳動的主要尺寸：中心距，齒輪（蝸桿、蝸輪）分度圓直徑，齒寬輪（蝸桿、蝸輪）分度圓直徑，齒寬 軸端直徑軸端直徑 輸入軸（方案輸入軸（方案1、2、4）：電動

14、機輸出軸徑）：電動機輸出軸徑聯(lián)軸器軸孔直徑和長度聯(lián)軸器軸孔直徑和長度軸端直徑軸端直徑 輸入軸（方案輸入軸（方案3）：帶輪軸孔直徑）：帶輪軸孔直徑軸端直徑軸端直徑 輸出軸：轉矩輸出軸：轉矩聯(lián)軸器軸孔直徑和長度聯(lián)軸器軸孔直徑和長度軸軸端直徑端直徑 滾動軸承的類型滾動軸承的類型3-2 齒輪傳動的潤滑方式齒輪傳動的潤滑方式根據(jù)浸油齒輪的圓周速度確定根據(jù)浸油齒輪的圓周速度確定 v12 m/s：油池浸油潤滑油池浸油潤滑 齒輪浸油深度：齒輪浸油深度：12個齒高個齒高（P17） 多級齒輪傳動：一般低速級大齒輪浸油；當高速級與低多級齒輪傳動：一般低速級大齒輪浸油；當高速級與低速級大齒輪直徑相差較大時，高速級大齒

15、輪采用速級大齒輪直徑相差較大時，高速級大齒輪采用濺油輪濺油輪來潤滑來潤滑 v 45 m/s上置式蝸桿：蝸輪浸油上置式蝸桿：蝸輪浸油12個齒高個齒高 v 45 m/s下置式蝸桿：蝸桿浸油下置式蝸桿：蝸桿浸油0.751個齒高個齒高；當油面達到軸承最低的滾動體中心而蝸桿尚未浸入油中當油面達到軸承最低的滾動體中心而蝸桿尚未浸入油中時，在蝸桿軸上安裝濺油環(huán)。時，在蝸桿軸上安裝濺油環(huán)。 齒輪齒輪v12 m/s或上置式蝸桿或上置式蝸桿v10 m/s ：壓力噴油潤壓力噴油潤滑滑油池潤滑油池潤滑采用濺油輪的油池潤滑采用濺油輪的油池潤滑上置式蝸桿上置式蝸桿下置式蝸桿下置式蝸桿當油面達到軸承最低當油面達到軸承最低的

16、滾動體中心而蝸桿的滾動體中心而蝸桿尚未浸入油中時，在尚未浸入油中時，在蝸桿軸上安裝蝸桿軸上安裝濺油環(huán)濺油環(huán)。噴油潤滑噴油潤滑3-3 滾動軸承的潤滑方式滾動軸承的潤滑方式 潤滑油潤滑潤滑油潤滑 浸油齒輪圓周速度浸油齒輪圓周速度v23 m/s：飛濺潤滑飛濺潤滑 刮板潤滑：下置式蝸桿傳動中蝸輪軸的軸承刮板潤滑：下置式蝸桿傳動中蝸輪軸的軸承 油池潤滑：下置式蝸桿軸的軸承油池潤滑：下置式蝸桿軸的軸承 潤滑脂潤滑潤滑脂潤滑 浸油齒輪圓周速度浸油齒輪圓周速度v30-50mm30-50mm齒輪減速器內壁線（俯視圖）齒輪減速器內壁線（俯視圖） 大齒輪齒頂圓到箱座內壁的距離大齒輪齒頂圓到箱座內壁的距離1 1 齒輪

17、端面與箱體內壁的距離齒輪端面與箱體內壁的距離2 2 中間軸兩齒輪端面間距中間軸兩齒輪端面間距8-15mm箱體內壁箱體內壁齒頂圓齒頂圓確定軸承座孔寬度確定軸承座孔寬度L L取決于軸取決于軸承旁聯(lián)接承旁聯(lián)接螺栓螺栓Md1所所需的扳手需的扳手空間尺寸空間尺寸c1和和c2C158C2箱體內壁線箱體內壁線軸承座外端面線軸承座外端面線定位軸肩，定位軸肩，3-5mm根據(jù)聯(lián)軸器或大帶輪確定直徑與寬度根據(jù)聯(lián)軸器或大帶輪確定直徑與寬度滾動軸承油潤滑滾動軸承油潤滑根據(jù)密封圈（根據(jù)密封圈（P143）確定直徑）確定直徑非定位軸肩，非定位軸肩，0.5-1.5mm安裝軸承處軸徑必須是安裝軸承處軸徑必須是5的倍數(shù)的倍數(shù)滾動軸

18、承的定位軸肩按標準確定（第十滾動軸承的定位軸肩按標準確定（第十二章）二章）滾動軸承脂潤滑滾動軸承脂潤滑擋油環(huán)的位置擋油環(huán)的位置P20軸段寬度小于齒輪寬度軸段寬度小于齒輪寬度軸的強度計算軸的強度計算方案方案3高速軸上作高速軸上作用有帶輪的壓軸力用有帶輪的壓軸力危險截面：危險截面：Me 最大的截面；最大的截面；1. 畫出空間受力圖（注意畫出空間受力圖（注意中間軸中間軸），求水），求水平面和垂直面支反力平面和垂直面支反力RH 、RV ；2. 分別作水平面和垂直面受力圖；分別作水平面和垂直面受力圖；3. 分別作水平面和垂直面彎矩圖分別作水平面和垂直面彎矩圖MH 、MV ；4. 求合成彎矩：求合成彎矩：

19、5. 求危險截面的當量彎矩：求危險截面的當量彎矩：靠近靠近Memax ，直徑較小的截面。，直徑較小的截面。6. 按彎扭合成強度條件校核：按彎扭合成強度條件校核：若強度不足，應若強度不足，應適當增大軸徑。適當增大軸徑。軸承的壽命計算軸承的壽命計算 求徑向載荷求徑向載荷R= sqrt(RH2+RV2) 求派生軸向力求派生軸向力S 求軸向載荷求軸向載荷A 根據(jù)正裝或反裝，確定派生軸向力的方向根據(jù)正裝或反裝，確定派生軸向力的方向 根據(jù)軸向合力的方向，判斷軸的運動趨勢根據(jù)軸向合力的方向，判斷軸的運動趨勢 根據(jù)正裝或反裝，判斷哪端軸承受壓，哪端軸承放松根據(jù)正裝或反裝，判斷哪端軸承受壓，哪端軸承放松 壓緊端

20、軸承的軸向載荷等于除開本身派生軸向力之外的壓緊端軸承的軸向載荷等于除開本身派生軸向力之外的軸向力的代數(shù)和軸向力的代數(shù)和 放松端軸承的軸向載荷等于本身的派生軸向力放松端軸承的軸向載荷等于本身的派生軸向力 求徑向和軸向動載系數(shù)求徑向和軸向動載系數(shù)X、Y 求當量動載荷求當量動載荷P 求軸承壽命求軸承壽命Lh（4）確定箱座高度）確定箱座高度H和油面（和油面（P30）；）；（2）軸承座旁連接螺栓的位置及凸臺高度的確定軸承座旁連接螺栓的位置及凸臺高度的確定；（1）箱體壁厚）箱體壁厚8mm（P24表表5-1）（7）箱體的加強肋（）箱體的加強肋（P24表表5-1）（3）箱蓋的圓弧以軸心畫圓弧求得箱蓋的圓弧以軸

21、心畫圓弧求得；減速器箱體結構設計減速器箱體結構設計（5）輸油溝的結構（）輸油溝的結構（P19），注意不要與聯(lián)接螺栓孔相干涉；），注意不要與聯(lián)接螺栓孔相干涉；（6）箱蓋、箱座凸緣及聯(lián)接螺栓的布置箱蓋、箱座凸緣及聯(lián)接螺栓的布置（考慮扳手空間）（考慮扳手空間）（P24表表5-1）（8 8）工藝性：鑄造圓角，拔模斜度，區(qū)分加工面和非加工面，）工藝性：鑄造圓角，拔模斜度，區(qū)分加工面和非加工面，螺栓支承面要加工出沉頭座（螺栓支承面要加工出沉頭座（P32P32）凸臺高度凸臺高度的確定應的確定應以以最大的最大的軸承座孔軸承座孔為準為準凸臺高度凸臺高度應向大圓應向大圓整為整為R20標準數(shù)列標準數(shù)列值（值（P73

22、表表9-7）減速器附件設計減速器附件設計 窺視孔和視孔蓋：要能夠觀察到齒輪嚙合狀況窺視孔和視孔蓋：要能夠觀察到齒輪嚙合狀況（P133） 通氣器：根據(jù)工作選用（通氣器：根據(jù)工作選用（P136-137） 起吊裝置（起吊裝置（P137-138） 油標：油標：注意油標的傾斜度注意油標的傾斜度 放油孔和螺塞（放油孔和螺塞（P139）：放油孔設置在箱座內底面）：放油孔設置在箱座內底面最低處；箱座內底面常做成最低處；箱座內底面常做成11.5的斜面；在的斜面；在油孔附近做成凹坑油孔附近做成凹坑 起蓋螺釘起蓋螺釘：螺釘端部應制成圓柱端，以免損壞螺紋：螺釘端部應制成圓柱端，以免損壞螺紋和剖分面和剖分面 定位銷：相

23、距盡量遠，距對稱線距離不等（定位銷：相距盡量遠，距對稱線距離不等（P109）油標尺插入、拔出時不油標尺插入、拔出時不能與箱體干涉能與箱體干涉最低油面最低油面最高油面最高油面油標尺油標尺起蓋螺釘起蓋螺釘3-5 完成減速器裝配圖完成減速器裝配圖 打剖面線：相鄰不同零件剖面線方向應不同；同一零件在各打剖面線：相鄰不同零件剖面線方向應不同；同一零件在各視圖上剖面線方向和間距應一致視圖上剖面線方向和間距應一致 標注主要尺寸與配合標注主要尺寸與配合 特性尺寸：齒輪中心距及其偏差（特性尺寸：齒輪中心距及其偏差（P167表表18-13） 外形尺寸：總長、總寬、總高外形尺寸：總長、總寬、總高 安裝尺寸：箱座底面

24、尺寸，地腳螺栓孔中心線的定位尺寸、地腳螺安裝尺寸：箱座底面尺寸，地腳螺栓孔中心線的定位尺寸、地腳螺栓的直徑和間距，減速器中心高，外伸軸端的配合長度和直徑栓的直徑和間距，減速器中心高，外伸軸端的配合長度和直徑 主要零件的配合尺寸（主要零件的配合尺寸（P41表表5-2）：傳動零件與軸，聯(lián)軸器與軸，）：傳動零件與軸，聯(lián)軸器與軸，軸承內圈與軸（基孔制），軸承外圈與箱體軸承座孔（基軸制）等軸承內圈與軸（基孔制），軸承外圈與箱體軸承座孔（基軸制）等 填寫技術特性表填寫技術特性表 編寫技術要求（編寫技術要求（P41） 零件編號，編制零件明細表零件編號，編制零件明細表 填寫標題欄填寫標題欄零件工作圖零件工作圖 零件工作圖是制造、檢驗零件及制定工藝規(guī)程的零件工作圖是制造、檢驗零件及制定工藝規(guī)程的重要技術資料，應包含制造、檢驗零件所需的全重要技術資料，應包含制造、檢驗零件所需的全部內容，包括：部內容，包括： 必要的視圖必要的視圖 正確的尺寸標注正確的尺寸標注 尺寸公差與形位公差尺寸公差與形位公差 表面粗糙度表面粗糙度 技術要求技術要求 先畫裝配圖，再拆畫零件圖先畫裝配圖，再拆畫零件圖軸類零件工