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),2,教材,机械设计课程设计（第二版）唐增宝等 主编 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

2、程中的所有内容。,5,6,7,齿轮设计带传动设计滚动轴承设计轴的设计螺栓联接设计键联接设计联轴器设计润滑密封设计等,8,总体时间安排,第一周：,布置任务，进行设计计算，并划出结构草图，装配草图；,第二周：,总体装配图设计；,零件工作图设计和编写设计计算说明书；,答辩。,9,任 务 要 求,减速器总体装配图（1#图 1 张）,减速器零件图 2 张 齿轮工作图（3#图1张）轴 工 作 图（3#图1张）,减速器设计计算说明书1份（约2万字）,10,设 计 任 务 书,带式输送机工作情况；,带式输送机工作参数；（多种参数）,带速；带的张力；滚筒直径；,带式输送机传动方案。,建议采用方案1作为传动方案,

3、11,12,设 计 计 算 步 骤,一、总体方案设计,根据给定的数据进行设计，发放的设计任务书装订在设计说明书最前面。,设计方案选择的主要依据,传动的功率与效率 传动速度 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,使用性（有效性、可靠性）经济性 安全性 工艺性 先进性 特殊性 等,设 计 计 算 步 骤,建议采用方案1作为传动方案,14,二、电动机选择及传动比分配,1.电动机选择,工业上一般采用三相交流电动机，Y系列三相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。一般选择Y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

4、可进行其参数设计。,15,（1）功率选择,工作机功率,Pw=Fv/1000（kW）,带式输送机总效率,带式输送机总效率为每一个传动副效率的乘积，即,设 计 计 算 步 骤,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。,16,带式输送机总效率,设 计 计 算 步 骤,17,带式输送机总效率,设 计 计 算 步 骤,不必考虑滚筒的效率、滚筒上轴承的效率。,各种传动副的效率见指导书。,18,电动机功率,电动机所需功率：,查标准选取电动机额定功率Pm。,设 计 计 算 步 骤,19,（2）转速选择,参考指导书选择Y系列电机，最为常用的Y系列电动机的同步转速为3

5、000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm四种。,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；,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。,设 计 计 算 步 骤,20,输出轴（滚筒）转速,带式输送机总传动比,nm 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（根据传动方案来定，各种类型传动的传动比范围见指导书)，对于带传动单级圆柱齿轮传动系统，应控制在 20 以内。这样一来，电动机的具体参数就可以确定下来。,设 计 计 算 步 骤,22,2.传动比分配,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

6、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。,设 计 计 算 步 骤,23,参考指导书。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：,带传动的传动比：,设 计 计 算 步 骤,24,三、传动件的设计计算,根据电动机的计算功率、满载转速、传动比的分配，计算出各级传动的输入功率、输入转速、传动比，由此进行各级传动的传动件设计。（参考指导书P.910）传动件的设计计算参考机械设计基础教材的内容。（带传动、齿轮传动、轴径初算等）,设 计 计 算 步 骤,25,注意事项,传动功率计算采用电动机所需功率Pd；,

7、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 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。,设 计 计 算 步 骤,26,四、联轴器的选择,输出轴,类型：刚性可移式联轴器；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,输入轴输出轴,轻系列,从转速考虑！,设 计 计 算 步 骤,大功率,圆锥滚子轴承,中小功率,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，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计中进行寿命验算后再行确定。,2

8、8,1.初绘减速器装配草图,六、减速器装配草图的设计,画传动零件的中心线,画齿轮的轮廓,画箱体的内壁线,确定轴承座孔的宽度，画轴承座外端线,轴的结构设计,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轴向尺寸,29,2.轴、滚动轴承及键联接的校核计算,轴的强度校核,滚动轴承寿命的校核计算,键联接强度校核,根据初绘装配草图中轴的结构，确定作用在轴上的力的作用点，绘出轴的受力计算简图，绘制弯矩图、转矩图及当量弯矩图，对危险剖面进行强度校核。,3.完成减速器装配草图,30,轴承座端面,调整垫片(12mm）,轴承盖,毛毡密封,dI,dII,dIII,d,dIII,内机壁,31,注意问题,1.采

9、用“边算、边画、边改”的“三边”设计方法；,2.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、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。,切记抓紧时间，不要拖后！,每个专业分为8个组，每组采用同一种数据。,32,已知卷筒直径D=260mm，运输带工作拉力F=2700 N，运输带工作速度v=1.4 m/s。,方案1:,33,选择合适的电动机；计算传动装置的总传动比,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。,一、带式运输机传动系统齿轮减速器的运动和动力参数计算,34,1.选择电动机,（1）一般选用Y系列三相

10、异步电动机，为卧式封闭结构。,35,（2）电机容量 传动装置所需功率Pw为：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为：=带轴承2齿轮联轴器=0.940.992 0.98 0.99=0.894 电动机所需功率为：Pd=Pw/=3.78/0.894=4.23 kW 选取电动机额定功率为Pm，按Pm=（11.3）Pd，查手册（电动机的技术参数），取Pm=5.5 kW,36,（3）确定电动机转速 传动装置卷筒轴的转速n w 为：按手册推荐传动比合理范围，取V带传动比i1=24，单级圆柱齿轮传动比i2=36，则总传动比的合理范围 i=624，

11、故电动机转速nm（nm为电动机满载转速）的可选范围为：nm=i n=（624）102.89=617.342469.36 r/min,37,符合这一转速范围的电机同步转速有750、1000和1500 r/min三种，由标准查出三种使用的电机型号,综合考虑电机和传动装置的尺寸、结构，选方案2，即选Y132M2-6型号的电动机，其尺寸参数见标准。,38,2.计算传动装置的总传动比，并分配 各级转动比 总传动比：i=nm/nw=960/102.89=9.33（控制在20以内）分配各级传动比：因i=i1i2 初取 i1=2.8 则 i2=i 减速器=9.33/2.8=3.33 符合：i1在 24之间、i

12、2 在36 之间。,39,3.计算传动装置的运动参数和动力参数 各轴转速 轴 n=nm/n1=960/2.8=342.9 r/min 轴 n=n/i2=342.9/3.33=102.9 r/min 卷筒轴 n=n=102.9 r/min,40,各轴功率：轴 P=Pd带轴承=4.230.940.99=3.94 kW轴 P=P轴承齿轮=3.940.990.98=3.82 kW卷筒轴 P=P联轴器=3.820.99=3.78 kW,电动机所需功率,41,各轴转矩：轴：T=9550P/n=95503.94/342.9=109.73 Nm 轴：T=9550P/n=95503.82/102.9=354.5

13、3 Nm 卷筒轴：T=9550P/n=95503.78/102.9=350.82 Nm,42,各轴的运动和动力参数,43,直齿圆柱齿轮 按输入转速342.9r/min，传动比3.33，传递功率 3.94 kW，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,44,选择齿轮材料和热处理方式 因载荷平稳，速度一般，小齿轮用40Cr钢，调质处理，齿面硬度为 250 HBS；大齿轮用45钢，调质处理，齿面硬度为 220 HBS。选择齿数和齿宽系数初定齿数z1=30，z2=iz1=100，齿宽系数d=1,45,确定轮齿的许用应力 根据两轮轮齿的齿面硬度，查手册得两轮的齿面接触疲劳极限

14、和齿根弯曲疲劳极限分别为：Hlim1=700 MPa，Hlim2=570 MPa Flim1=580 MPa，Flim2=450 MPa,46,安全系数分别取：SH=1,SF=1.25,可得许用应力为：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 MPa,47,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109.73Nm 109730 Nmm，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：,48,确定模数和

15、齿宽 模数 m=d1/z1=65.30/30=2.18 mm 按标准圆整取 m=2.5 mm 小齿轮分度圆直径 d1=mz1=2.530=75mm 齿宽 b=75 mm,49,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YFa1=2.53，YSa1=1.625；YFa2=2.19，YSa2=1.80则小齿轮齿根弯曲应力：两轮轮齿的弯曲强度足够。,50,尺寸计算 分度圆直径：d1=75 mm，d2=mz2=2.5100=250 mm 齿顶圆直径：da1=d12ha*m=75212.5=80 mm da2=d22ha*m=250212.5=255 mm,51,齿根圆直径：df1=d1

16、2（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：a=0.5 m（z1z2）=0.52.5（30100）=162.5 mm其他尺寸按结构参数确定。,52,2.小齿轮轴如图小齿轮轴：a=100mm，b=90mm，c=80mm，轴的材料用35钢，正火，b=500MPa。,53,按转矩初步计算该轴径 圆整至30mm,54,按当量弯矩校核此轴 作用在轴上的载荷圆周力：Ft=2TI/d1=2109730/75=2948.53 N径向力：Fr=Fttan=2948.53 tan20=1073.18 N,55

17、,决定支点反作用力 及弯矩,.水平平面中的计算简图（图a）,56,支承反力 剖面I-I的弯矩,57,.垂直平面中计算简图（图b）支承反力 剖面I-I的弯矩,58,.合成弯矩（图c）.轴上传递的转矩（图d）,59,.带作用在轴上的力根据单根带的传动功率和小带轮转速，按小带轮直径100mm，传递4.23kW的功率需选5根A型带，查手册得此单根A型带的初拉力F0为100N,大带轮直径d带大=2.8d带小=280mm，中心距按0.72倍的大小带轮直径和范围，按结构紧凑取为300mm，故小带轮包角为：,60,带作用在轴上的力：该力产生的弯矩图（见图e）在B轴承处的弯矩为：,61,.总的合成弯矩（图f）考虑到带传动最不利的布置情况,与前面的合成弯矩直接相加,可得总的合成弯矩。在I-I剖面处产生的总合成弯矩为：,62,.计算几个剖面处的当量弯矩 若轴的扭剪应力是脉动循环变应力，取折算系数=0.6，则I-I剖面当量弯矩:,63,-剖面当量弯矩:-剖面当量弯矩:,64,计算、三个剖面的直径由已知材料查表得，-1b=45MPa-处直径,65,-处直径-处直径,设计该齿轮轴直径尺寸为:d=68.75mm，d=35mm，d=45mm，其余部位根据需要确定。,