机械设计基础课程设计PPT课件.pptx

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教材机械机械设计课程程设计（第二版）（第二版）唐增宝等唐增宝等主主编华中科技大学出版社中科技大学出版社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，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齿轮设计带传动设计滚动轴承承设计轴的的设计螺栓螺栓联接接设计键联接接设计联轴器器设计润滑密封滑密封设计等等8总体时间安排第一周：第一周：布置任布置任务，进行行设计计算，并划出算，并划出结构草构草图，装配草装配草图；第二周：第二周：总体装配体装配图设计；零件工作零件工作图设计和和编写写设计计算算说明明书；答答辩。9 任务要求v 减速器减速器总体装配体装配图（1#图1 张）v 减速器零件减速器零件图 2 张齿轮工作工作图（3#图1张）轴 工工 作作 图（3#图1张）v 减速器减速器设计计算算说明明书1份（份（约2万字）万字）10设计任务书q 带式式输送机工作情况；送机工作情况；q 带式式输送机工作参数；送机工作参数；（多种参数）（多种参数）带速速；带的的张力；力；滚筒直径；筒直径；q带式式输送机送机传动方案。方案。建建议采用方案采用方案1作作为传动方案方案1112设计计算步骤一、一、总体方案体方案设计 根据根据给定的数据定的数据进行行设计，发放的放的设计任任务书装装订在在设计说明明书最前面。最前面。设计方案方案选择的主要依据的主要依据 传动的功率与效率的功率与效率 传动速度速度 外廓尺寸、重量和外廓尺寸、重量和传动比要求比要求 13设计方案方案选择要求考要求考虑的主要因素的主要因素 使用性（有效性、可靠性）使用性（有效性、可靠性）经济性性 安全性安全性 工工艺性性 先先进性性 特殊性特殊性 等等设计计算步骤 建建议采用方案采用方案1作作为传动方案方案14二、二、电动机机选择及及传动比分配比分配 1.电动机机选择 工工业上一般采用三相交流上一般采用三相交流电动机，机，Y系列三相交系列三相交流异步流异步电动机由于具有机由于具有结构构简单，价格低廉，价格低廉，维护方便等方便等优点，得到最广点，得到最广应用。用。一般一般选择Y系列三相系列三相电动机机设计计算步骤当当带式式输送机送机总体方案确定后，就可体方案确定后，就可进行其参数行其参数设计。15（1）功率）功率选择 工作机功率工作机功率Pw=Fv/1000（kW）带式式输送机送机总效率效率带式式输送机送机总效率效率为每一个每一个传动副效率的乘副效率的乘积，即，即 设计计算步骤 依据依据带式式输送机送机总体方案，分析功率流体方案，分析功率流传递路路线，在考在考虑效率的前提下，效率的前提下，计算所需算所需电动机的功率。机的功率。16带式式输送机送机总效率效率vF设计计算步骤17带式式输送机送机总效率效率vF设计计算步骤 不必考不必考虑滚筒的效率、筒的效率、滚筒上筒上轴承的效率。承的效率。各种各种传动副的效率副的效率见指指导书。18 电动机功率机功率电动机所需功率：机所需功率：查标准准选取取电动机机额定功率定功率Pm。设计计算步骤19（2）转速速选择 参考指参考指导书选择Y系列系列电机，机，最最为常用的常用的Y系系列列电动机的同步机的同步转速速为3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm四种四种。同步同步转速速过低：减速器低：减速器传动比减小，但是比减小，但是电动机机尺寸尺寸变大，成本上升；大，成本上升；同步同步转速速过高：高：电动机机较轻，成本下降，但，成本下降，但传动比比变大，外形尺寸大，外形尺寸变大大。设计计算步骤20 输出出轴（滚筒）筒）转速速 带式式输送机送机总传动比比nm 电动机机满载转速速设计计算步骤21 控制控制总传动比在一定范比在一定范围内（根据内（根据传动方方案来定，各种案来定，各种类型型传动的的传动比范比范围见指指导书)，对于于带传动单级圆柱柱齿轮传动系系统，应控制在控制在 20 以内。以内。这样一来，一来，电动机的具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22 2.传动比分配比分配 当当电动机机选择确定后，减速器的确定后，减速器的总传动比就可比就可计算出来。算出来。对于于带传动单级圆柱柱齿轮传动的的减速器，要考减速器，要考虑传动比的分配比的分配问题。设计计算步骤23 参考指参考指导书。对带传动单级圆柱柱齿轮传动减速器，建减速器，建议带传动的的传动比小于比小于齿轮传动的的传动比，主要避免整个比，主要避免整个传动系系统的尺寸的尺寸过大。大。圆柱柱齿轮传动的的传动比比：带传动的的传动比：比：设计计算步骤24三、三、传动件的件的设计计算算 根据根据电动机的机的计算功率、算功率、满载转速、速、传动比的比的分配，分配，计算出各算出各级传动的的输入功率、入功率、输入入转速、速、传动比，由此比，由此进行各行各级传动的的传动件件设计。（参（参考指考指导书P.910）传动件的件的设计计算参考算参考机械机械设计基基础教材教材的内容。的内容。（带传动、齿轮传动、轴径初算等）径初算等）设计计算步骤25 注意事注意事项 传动功率功率计算采用算采用电动机所需功率机所需功率Pd ；圆柱柱齿轮传动中，大中，大齿轮的直径尽量不超的直径尽量不超过250mm；圆柱柱齿轮传动中中心距、中中心距、齿宽为整数，分度整数，分度圆、齿顶圆直径和螺旋角必直径和螺旋角必须求出精确求出精确值，尺寸，尺寸应准确到小数点后准确到小数点后两位，角度两位，角度应准确到秒。准确到秒。设计计算步骤26四、四、联轴器的器的选择 输出出轴类型：型：刚性可移式性可移式联轴器；器；型号：由型号：由计算算转矩、矩、转速和速和轴径径选择。设计计算步骤27五、五、滚动轴承的承的预选 输入入轴输出出轴轻系列系列从从转速考速考虑！设计计算步骤大功率大功率圆锥滚子子轴承承中小功率中小功率深沟球或角接触球深沟球或角接触球轴承承 根据初算的根据初算的轴径，考径，考虑轴上零件的上零件的轴向定位和固定，向定位和固定，估估计出装出装轴承承处的的轴径，初步定出径，初步定出滚动轴承的型号。待在减承的型号。待在减速器装配草速器装配草图设计中中进行寿命行寿命验算后再行确定。算后再行确定。281.初初绘减速器装配草减速器装配草图六、减速器装配草六、减速器装配草图的的设计 画画传动零件的中心零件的中心线画画齿轮的的轮廓廓画箱体的内壁画箱体的内壁线确定确定轴承座孔的承座孔的宽度，画度，画轴承座外端承座外端线轴的的结构构设计画画轴、滚动轴承和承和轴承盖的外廓承盖的外廓确定确定轴的径向尺寸的径向尺寸确定确定轴的的轴向尺寸向尺寸292.轴、滚动轴承及承及键联接的校核接的校核计算算轴的的强度校核度校核滚动轴承寿命的校核承寿命的校核计算算键联接接强度校核度校核根根据据初初绘装装配配草草图中中轴的的结构构，确确定定作作用用在在轴上上的的力力的的作作用用点点，绘出出轴的的受受力力计算算简图，绘制制弯弯矩矩图、转矩矩图及及当当量量弯弯矩矩图，对危危险剖剖面面进行行强度校核。度校核。3.完成减速器装配草完成减速器装配草图3012轴承座端面承座端面调整整垫片片(12mm）轴承盖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+c231 注意注意问题1.采用采用“边算、算、边画、画、边改改”的的“三三边”设计方方法；法；2.按按时按按质按量完成，平按量完成，平时成成绩记入入总成成绩；3.总成成绩包括平包括平时成成绩、装配、装配图成成绩、零件、零件图成成绩、说明明书成成绩、答、答辩成成绩；4.图板、丁字尺、板、丁字尺、图纸、设计计算算说明明书、设计室等室等问题。切切记抓抓紧时间，不要拖后！，不要拖后！每个每个专业分分为8个个组，每，每组采用同一种数据。采用同一种数据。32已已知知卷卷筒筒直直径径D=260mm，运运输带工工作作拉拉力力F=2700 N，运，运输带工作速度工作速度v=1.4 m/s。方案方案1:33选择合适的合适的电动机；机；计算算传动装置的装置的总传动比比,并分配各并分配各级传动比；比；计算算传动装置中各装置中各轴的运的运动和和动力参数。力参数。一一、带式式运运输机机传动系系统齿轮减减速速器器的的运运动和和动力参数力参数计算算341.选择电动机机（1）一般）一般选用用Y系列三相异步系列三相异步电动机，机，为卧式封卧式封闭结构。构。35（2）电机容量机容量传动装置所需功率装置所需功率Pw为：Pw=Fv/1000=27001.4/1000=3.78 kW 从从电动机至卷筒机至卷筒联轴器之器之间的的传动总效率效率为：=带轴承承2齿轮联轴器器=0.940.992 0.98 0.99=0.894 电动机所需功率机所需功率为：Pd=Pw/=3.78/0.894=4.23 kW 选取取电动机机额定定功功率率为Pm，按按Pm=（11.3）Pd，查手手册（册（电动机的技机的技术参数），取参数），取Pm=5.5 kW36 （3）确定）确定电动机机转速速传动装置卷筒装置卷筒轴的的转速速n w 为：按按手手册册推推荐荐传动比比合合理理范范围，取取V带传动比比i1=24，单级圆柱柱齿轮传动比比i2=36，则总传动比比的的合合理理范范围 i=624，故故电动机机转速速nm（nm为电动机机满载转速速）的的可可选范范 围 为：nm=i n=（624）102.89=617.342469.36 r/min37 符符合合这一一转速速范范围的的电机机同同步步转速速有有750、1000和和1500 r/min三种，由三种，由标准准查出三种使用的出三种使用的电机型号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 综合合考考虑电机机和和传动装装置置的的尺尺寸寸、结构构，选方方案案2，即即选Y132M2-6型号的型号的电动机，其尺寸参数机，其尺寸参数见标准。准。382.计算算传动装置的装置的总传动比，并分配比，并分配各各级转动比比总传动比：比：i=nm/nw=960/102.89=9.33 （控制在（控制在20以内）以内）分配各分配各级传动比：比：因因i=i1i2 初取初取 i1=2.8 则 i2=i 减速器减速器=9.33/2.8=3.33 符合：符合：i1在在 24之之间、i2 在在36 之之间。393.计算算传动装置的运装置的运动参数和参数和动力参数力参数各各轴转速速轴n=nm/n1=960/2.8=342.9 r/min 轴 n=n/i2=342.9/3.33=102.9 r/min 卷筒卷筒轴n=n=102.9 r/min40 各各轴功率：功率：轴P=Pd带轴承承 =4.230.940.99=3.94 kW轴P=P轴承承齿轮 =3.940.990.98=3.82 kW卷筒卷筒轴P=P联轴器器=3.820.99=3.78 kW电动机所需功率41 各各轴转矩：矩：轴：T=9550P/n=95503.94/342.9=109.73 Nm 轴：T=9550P/n=95503.82/102.9=354.53 Nm 卷筒卷筒轴：T=9550P/n=95503.78/102.9=350.82 Nm42各各轴的运的运动和和动力参数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.直直齿圆柱柱齿轮 按按输入入转速速342.9r/min，传动比比3.33，传递功功率率 3.94 kW，单向向传动，载荷平荷平稳等条件来等条件来计算。算。二、减速器内部二、减速器内部传动零件的零件的设计计算算44 选择齿轮材料和材料和热处理方式理方式 因因载荷荷平平稳，速速度度一一般般，小小齿轮用用40Cr钢，调质处理理，齿面面硬硬度度为 250 HBS；大大齿轮用用45钢，调质处理，理，齿面硬度面硬度为 220 HBS。选择齿数和数和齿宽系数系数初定初定齿数数z1=30，z2=iz1=100，齿宽系数系数d=145 确定确定轮齿的的许用用应力力 根根据据两两轮轮齿的的齿面面硬硬度度，查手手册册得得两两轮的的齿面接触疲面接触疲劳极限和极限和齿根弯曲疲根弯曲疲劳极限分极限分别为：Hlim1=700 MPa，Hlim2=570 MPa Flim1=580 MPa，Flim2=450 MPa46 安安全全系系数数分分别取取：SH=1,SF=1.25,可可得得许用用应力力为：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 按按齿面接触面接触强度条件度条件计算小算小齿轮直径直径 小小齿轮传递的的转矩矩为109.73Nm 109730 Nmm，载荷平荷平稳，且，且为软齿面面齿轮，取，取载荷系数荷系数K=1.4。小小齿轮直径直径为：48 确定模数和确定模数和齿宽模数模数 m=d1/z1=65.30/30=2.18 mm 按按标准准圆整取整取 m=2.5 mm 小小齿轮分度分度圆直径直径 d1=mz1=2.530=75mm 齿宽 b=75 mm49 验算出根的弯曲算出根的弯曲强度度查手册得两手册得两齿轮的的齿形系数和形系数和应力修正系数力修正系数YFa1=2.53，YSa1=1.625；YFa2=2.19，YSa2=1.80则小小齿轮齿根弯曲根弯曲应力：力：两两轮轮齿的弯曲的弯曲强度足度足够。50 尺寸尺寸计算算分度分度圆直径：直径：d1=75 mm，d2=mz2=2.5100=250 mm 齿顶圆直径：直径：da1=d12ha*m=75212.5=80 mm da2=d2 2ha*m=250 212.5=255 mm51齿根根圆直径：直径：df1=d12（ha*c）m =752（10.25）2.5=68.75 mm df2=d22（ha*c）m =2502（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其他尺寸按其他尺寸按结构参数确定。构参数确定。522.小小齿轮轴如如图小小齿轮轴：a=100mm，b=90mm，c=80mm，轴的材料用的材料用35钢，正火，正火，b=500MPa。53 按按转矩初步矩初步计算算该轴径径圆整至整至30mm54 按当量弯矩校核此按当量弯矩校核此轴作用在作用在轴上的上的载荷荷圆周力：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.水平平面中的水平平面中的计算算简图（图a）56支承反力支承反力剖面剖面I-I的弯矩的弯矩57.垂直平面中垂直平面中计算算简图（图b）支承反力支承反力剖面剖面I-I的弯矩的弯矩58.合成弯矩（合成弯矩（图c）.轴上上传递的的转矩（矩（图d）59.带作用在作用在轴上的力上的力根根据据单根根带的的传动功功率率和和小小带轮转速速，按按小小带轮直直径径100mm，传递4.23kW的的功功率率需需选5根根A型型带，查手手册册得得此此单根根A型型带的的初初拉拉力力F0为100N,大大带轮直直径径d带大大=2.8d带小小=280mm，中中心心距距按按0.72倍倍的的大大小小带轮直直径和范径和范围，按，按结构构紧凑取凑取为300mm，故小，故小带轮包角包角为：60带作用在作用在轴上的力：上的力：该力力产生的弯矩生的弯矩图（见图e）在在B轴承承处的弯矩的弯矩为：61.总的合成弯矩（的合成弯矩（图f）考考虑到到带传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,可可得得总的的合合成成弯弯矩矩。在在I-I剖剖面面处产生的生的总合成弯矩合成弯矩为：62 .计算几个剖面算几个剖面处的当量弯矩的当量弯矩 若若轴的的扭扭剪剪应力力是是脉脉动循循环变应力力，取取折折算算系数系数=0.6，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计算算、三个剖面的直径三个剖面的直径由已知材料由已知材料查表得，表得，-1b=45MPa-处直径直径65-处直径直径-处直径直径设 计 该 齿 轮 轴 直直 径径 尺尺 寸寸 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。