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2020年4月3日12時24分 機械設(shè)計課程設(shè)計 機械類專業(yè) 2020年4月3日12時24分 機械設(shè)計課程設(shè)計的目的 1 綜合運用機械設(shè)計課程及其他有關(guān)已修課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行機械設(shè)計訓練 從而使這些知識得到進一步鞏固 加深和擴展 2 學習和掌握通用機械零部件 機械傳動及一般機械設(shè)計的基本方法與步驟 培養(yǎng)學生工程設(shè)計能力和分析問題 解決問題的能力 3 提高學生在計算 制圖 運用設(shè)計資料 進行經(jīng)驗估算 考慮技術(shù)決策等機械設(shè)計方面的基本技能以及機械CAD技術(shù) 2020年4月3日12時24分 機械設(shè)計課程設(shè)計的設(shè)計任務(wù) 主要設(shè)計任務(wù) 傳動方案的分析和擬定 電動機的選擇與傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算 傳動件 如齒輪 帶傳動 的設(shè)計 軸的設(shè)計 軸承及其組合部件設(shè)計 鍵聯(lián)接和聯(lián)軸器的選擇與校核 潤滑設(shè)計 箱體 機架及附件的設(shè)計 裝配圖和零件圖的設(shè)計與繪制 設(shè)計計算說明書的編寫 2020年4月3日12時24分 機械設(shè)計課程設(shè)計的要求 機械設(shè)計課程設(shè)計一般要求每個學生完成以下工作 1 減速器裝配圖 A0號圖紙 1張 2 零件工作圖兩張 低速級大齒輪 低速軸或蝸輪 蝸桿 建議A1號圖紙3 設(shè)計計算說明書一份 40頁左右 4 課程設(shè)計完成后應(yīng)進行答辯 5 10分鐘 2020年4月3日12時24分 機械設(shè)計課程設(shè)計的一般步驟 1 設(shè)計準備 約占總學時的4 2 傳動裝置的總體設(shè)計 約占總學時的10 3 各級傳動的主體設(shè)計計算 約占總學時的5 4 裝配草圖的設(shè)計和繪制 約占總學時的35 5 裝配工作圖的繪制和總成 約占總學時的25 6 零件工作圖的設(shè)計和繪制 約占總學時的10 7 設(shè)計計算說明書的編寫 約占總學時的9 8 設(shè)計總結(jié)和答辯 約占總學時的2 2020年4月3日12時24分 機械設(shè)計課程設(shè)計應(yīng)注意的事項 1 機械設(shè)計課程設(shè)計是學生第一次比較全面的設(shè)計訓練 它的意義在于為以后的設(shè)計工作打好基礎(chǔ) 2 機械設(shè)計課程設(shè)計是在教師指導(dǎo)下由學生獨立完成的 教師的主導(dǎo)作用在于指明設(shè)計思路 啟發(fā)學生獨立思考 解答疑難問題并按設(shè)計進度進行階段審查 3 設(shè)計中要正確處理參考已有資料與創(chuàng)新的關(guān)系 設(shè)計是一項復(fù)雜 細致的勞動 任何設(shè)計都不可能是由設(shè)計者脫離前人長期經(jīng)驗積累的資料而憑空想像出來 熟悉和利用已有的資料 既可避免許多重復(fù)工作 加快設(shè)計進程 同時也是提高設(shè)計質(zhì)量的重要保證 4 學生應(yīng)在教師的指導(dǎo)下訂好設(shè)計進程計劃 注意掌握進度 按預(yù)定計劃保質(zhì)保量完成設(shè)計任務(wù) 5 整個設(shè)計過程中要注意隨時整理計算結(jié)果 并在設(shè)計草稿本上記下重要的論據(jù) 結(jié)果 參考資料的來源以及需要進一步探討的問題 使設(shè)計的各方面都做到有理 有據(jù) 2020年4月3日12時24分 機械設(shè)計課程設(shè)計題目 分A B C三組 下面以A組為例設(shè)計一用于膠帶輸送機卷筒的傳動裝置設(shè)計展開式二級斜齒圓柱齒輪減速器皮帶輸送機雙班制工作 使用期限8年 盡量動力來源選三相交流電 在中等規(guī)模機械廠小批生產(chǎn) 一般輸送帶速度允許誤差為土5 2020年4月3日12時24分 皮帶輸送機 2020年4月3日12時24分 數(shù)據(jù) 2020年4月3日12時24分 選擇電動機 原動機是機器中運動和動力的來源 其種類很多 有電動機 內(nèi)燃機 蒸汽機 水輪機 汽輪機 液動機等 電動機構(gòu)造簡單 工作可靠 控制簡便 維護容易 一般生產(chǎn)機械上大多數(shù)均采用電動機驅(qū)動 電動機已經(jīng)系列化 通常由專門工廠按標準系列成批或大量生產(chǎn) 機械設(shè)計中應(yīng)根據(jù)工作載荷 大小 特性及其變化情況 工作要求 轉(zhuǎn)速高低 允差和調(diào)速要求 起動和反轉(zhuǎn)頻繁程度 工作環(huán)境 塵土 金屬屑 油 水 高溫及爆炸氣體等 安裝要求及尺寸 重量有無特殊限制等條件 從產(chǎn)品目錄中選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)型式 容量 功率 和轉(zhuǎn)速 確定具體型號 2020年4月3日12時24分 選擇電動機步驟 1 選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)型式按照工作要求選擇Y系列一般用途的全封閉自散冷鼠籠型三相異步電機2 確定電動機功率工作裝置所需功率 已知 工作裝置效率考慮卷筒及軸承效率 取 代得 2020年4月3日12時24分 選擇電動機步驟 電機輸出功率 查表得 8級精度一般圓柱齒輪效率 滾動軸承效率 滑塊聯(lián)軸器 則 由于載荷平穩(wěn) 電機功率只需略大于P0 查表中Y系列電機數(shù)據(jù) 選擇電機額定功率Pm為3KW卷筒軸作為工作軸 其轉(zhuǎn)速為 2020年4月3日12時24分 計算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比 1 各級傳動的傳動比最好在推薦范圍內(nèi)選取 對減速傳動盡可能不超過其允許的最大值 2 應(yīng)注意使傳動級數(shù)少 傳動機構(gòu)數(shù)少 傳動系統(tǒng)簡單 以提高傳動效率和減少精度的降低 3 應(yīng)使各傳動的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào) 勻稱及利于安裝 絕不能造成互相干涉 4 應(yīng)使傳動裝置的外廓尺寸盡可能緊湊 5 在臥式齒輪減速器中 常設(shè)計各級大齒輪直徑相近 可使其浸油深度大致相等 便于齒輪浸油潤滑 6 總傳動比分配還應(yīng)考慮載荷性質(zhì) 7 對傳動鏈較長 傳動功率較大的減速傳動 一般按 前小后大 的原則分配傳動比i即自電動機向低速的工作軸各級傳動比依次增大較為有利 這樣可使各級中間軸有較高的轉(zhuǎn)速及較小的轉(zhuǎn)矩 從而可以減小中間級傳動機構(gòu)及其軸的尺寸和重量 2020年4月3日12時24分 計算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比 1 傳動裝置的總傳動比 由表得 單擊圓柱齒輪的推薦傳動比范圍為i 3 5 則總傳動比范圍為i總 9 25 故電機轉(zhuǎn)速范圍 750r min和1000r min均符合要求 為減少電機重量和價格 這里選同步轉(zhuǎn)速為1000r min的Y系列電動機Y132S 6 滿載轉(zhuǎn)速960r min 2020年4月3日12時24分 2 分配傳動裝置各級傳動比 總傳動比 齒輪浸油潤滑要求 常取 各軸間傳動比如下 3 計算各軸功率 第一軸 第二軸 第三軸 第四軸 2020年4月3日12時24分 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 主要是各軸的轉(zhuǎn)速 功率和轉(zhuǎn)矩 這些是進行傳動件設(shè)計計算極為重要的依據(jù) 最終得到減速器運動和動力參數(shù)列表如下 2020年4月3日12時24分 機械傳動件的設(shè)計 齒輪傳動設(shè)計 參見 機械設(shè)計 已知條件 輸入功率P1 小齒輪轉(zhuǎn)速n1 傳動比i 及減速器原始條件 求得 模數(shù)m 齒數(shù)Z1 Z2 齒寬比B1 B2等 由于Z1 Z2為整數(shù) 原傳動比會有變化 因此上述列表所得的傳動比等數(shù)據(jù)會相應(yīng)發(fā)生變化 應(yīng)將速度波動誤差控制在原始條件以內(nèi) 2020年4月3日12時24分 機械裝配圖的設(shè)計和繪制 右圖所示為兩級圓柱齒輪減速器運動簡圖 機械裝配圖表達各零部件之間的相互位置 尺寸關(guān)系和各零件的結(jié)構(gòu)形狀 是繪制零件工作圖 進行機械組裝和調(diào)試的技術(shù)依據(jù) 機械裝配圖設(shè)計概述 裝配圖設(shè)計是在總體方案 主要參數(shù)和尺寸等初步擬定的基礎(chǔ)上設(shè)計具體的結(jié)構(gòu) 這時要綜合考慮工作要求 強度 剛度 壽命 加工 裝拆 調(diào)整 潤滑 檢測 維修及經(jīng)濟等多方面因素 采用 由主到次 由粗到細 邊繪圖 邊計算 邊修改 的方法逐步完成 才能得到較好的結(jié)構(gòu) 由于裝配圖設(shè)計過程較復(fù)雜 一般先用細線 輕線進行裝配草圖設(shè)計 待檢查 修改完畢而后進行裝配工作圖總成設(shè)計 2020年4月3日12時24分 裝配草圖的設(shè)計和繪制 一 裝配草圖設(shè)計的基本任務(wù)和準備工作 裝配草圖設(shè)計的基本任務(wù)是通過繪圖考察初擬的運動參數(shù) 各傳動件的結(jié)構(gòu)和尺寸是否協(xié)調(diào) 是否干涉 定出軸的結(jié)構(gòu) 跨距和受力點的位置以計算軸和軸承 確定出所有部件和零件的結(jié)構(gòu)與尺寸 為零件工作圖設(shè)計和裝配圖總成設(shè)計提供必須的結(jié)構(gòu)尺寸和依據(jù) 裝配草圖設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計 繪圖和計算 在其交替進行中常需修改某些零件的結(jié)構(gòu)和尺寸 由主到次 由粗到細 按選定的圖樣比例進行 對于已標準化 或規(guī)格化 了的零件 如螺栓 螺母 滾動軸承等 可先用示意法僅表示其外形輪廓尺寸 對一些倒圓 倒角等細部尺寸以及剖面線均無需畫出 2020年4月3日12時24分 如運動簡圖可以劃分為電動機 V帶傳動 減速器 聯(lián)軸器 驅(qū)動卷筒軸系部件及機架等部件 由總體設(shè)計 傳動件設(shè)計可獲電動機的型號 額定功率 輸出功率 滿載轉(zhuǎn)速 各軸的轉(zhuǎn)速 輸入功率和轉(zhuǎn)矩 減速器兩齒輪的模數(shù) 齒數(shù) 輪寬 基準直徑和中心距等主要參數(shù)和尺寸數(shù)據(jù) 裝配草圖設(shè)計的準備工作主要有兩方面 1 由運動簡圖劃分部件 明確各部件運動 動力和主要參數(shù)及尺寸 2 考慮選擇結(jié)構(gòu)方案 2020年4月3日12時24分 二 部件裝配草圖的設(shè)計和繪制 在組成機械的各部件中應(yīng)選擇對機械總體關(guān)聯(lián)和影響最大的部件先行設(shè)計 如在膠帶輸送機中考慮為齒輪減速器 現(xiàn)以該兩級圓柱齒輪減速器為例 說明部件裝配草圖設(shè)計和繪制的大致步驟 1 選擇視圖 圖紙幅面 圖樣比例及布置圖面位置 裝配圖所選視圖應(yīng)以能簡明表達各零件的基本外形及其相互位置關(guān)系為原則 一般減速器選用正視圖 俯視圖和側(cè)視圖三個視圖來表達 圖紙幅面應(yīng)符合標準規(guī)定 見表8 1 課程設(shè)計中建議采用A1圖紙繪制裝配圖 在選擇圖樣比例和布置圖面之前 應(yīng)根據(jù)傳動件的中心距 頂圓直徑及輪寬等主要結(jié)構(gòu)尺寸及參考相近似的裝配圖 估計出外廓尺寸 并考慮零件序號 尺寸標注 明細表 標題欄 技術(shù)特性表及技術(shù)要求的文字說明等所需圖面空間 選擇圖樣比例 2020年4月3日12時24分 合理地布置圖面 通常將正視圖 和俯視圖布置在圖紙左側(cè) 明細表 標題欄和技術(shù)特性布置在圖紙右側(cè) 圖樣比例須符合標準規(guī)定 見表8 2 為增強設(shè)計的真實感 應(yīng)優(yōu)先采用1 1的圖樣比例 若視圖相對圖紙尺寸過大或過小時 也可選用其他合適且常用的圖樣比例 視圖 圖紙幅面 圖樣比例的選擇和圖面位置的布置 彼此密切相關(guān) 繪圖時應(yīng)全盤考慮 統(tǒng)籌兼顧 合理選定 2 畫傳動件的中心線及輪廓線 箱體的內(nèi)壁線 傳動件 軸和軸承是減速器的主要零件 其他零件的結(jié)構(gòu)和尺寸通常均需隨后設(shè)計才能確定 繪圖時先畫主要零件 后畫其他零件 由箱內(nèi)零件畫起 內(nèi)外兼顧 逐步向外展開 為此 應(yīng)先畫傳動零件的中心線 在圖面上也起到基準定位的作用 齒頂圓 節(jié)圓 齒根圓 輪緣及輪轂寬等輪廓線 按箱體內(nèi)壁與小齒輪端面應(yīng)留有一定間距 2 為箱座壁厚 的關(guān)系畫出沿箱體長度方向的兩條內(nèi)壁線 再按箱體內(nèi)壁與大齒輪頂圓應(yīng)留有一定間距 2 1 2 的關(guān)系畫出沿箱體寬度 2020年4月3日12時24分 方向的一條內(nèi)壁線 畫圖時應(yīng)以一個視圖為主 合理布置圖面兼顧幾個視圖 對于圓柱齒輪減速器 小齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁間的距離 4暫不定 待進一步設(shè)計結(jié)構(gòu)時 再由正視圖上箱體結(jié)構(gòu)的投影確定 3 初估軸的外伸端直徑 通過繪圖進行軸和軸承部件結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計 定出軸的支承距離及軸上零件作用力的位置 式中 P為軸傳遞的功率 kW n為軸的轉(zhuǎn)速 r min C為系數(shù) 按軸的材料確定其取值范圍 Q235 20鋼可取為160 135 35鋼可取135 118 45鋼可取118 107 40Cr 35SiMn鋼可取107 98 按上式估算的軸徑圓整為標準直徑后常作為軸伸出端的最小直徑 此時式中系數(shù)C宜取較小值 若該軸段開有鍵槽 軸徑應(yīng)增大4 5 軸的直徑可按下式進行估算 mm 5 1 2020年4月3日12時24分 如果軸的外伸端上安裝帶輪或鏈輪 則按上述方法確定的直徑即作為帶輪或鏈輪輪轂的孔徑 當外伸端通過聯(lián)軸器與電動機或工作機的主動軸 如卷筒軸 相聯(lián)時 外伸端的軸徑與電動機的軸徑或工作機的主動軸端直徑不得相差很大 均應(yīng)在按計算轉(zhuǎn)矩校核所選聯(lián)軸器轂孔最大和最小直徑的允許范圍內(nèi) 否則應(yīng)重選聯(lián)軸器或改變軸徑 軸的外伸端可做成圓柱形或圓錐形 前者制造簡單 適合于單件和小批量生產(chǎn)中采用 后者裝拆方便 定位精度高 且軸向定位無需軸肩 適合于成批和大量生產(chǎn)中采用 在上述初定軸的外伸端直徑的基礎(chǔ)上 可初定軸徑 選擇軸承類型 考慮軸上所裝的零件 軸承的布置 潤滑密封要求以及箱體內(nèi)壁線位置等情況 通過繪圖 進行軸和軸承部件結(jié)構(gòu)初步設(shè)計 有關(guān)這些零部件結(jié)構(gòu)的分析 尺寸關(guān)系 設(shè)計資料等已在 機械設(shè)計課程設(shè)計 4 2有關(guān)部分 特別是軸及其支承結(jié)構(gòu) 中作了較詳盡敘述 通過裝配圖可以確定軸上零件受力點的位置和 2020年4月3日12時24分 軸承支點間的距離A1 B1 C1 A2 B2 C2及A3 B3 C3等尺寸 軸上傳動零件的作用力以及支承反力一般當作集中力作用于輪緣及軸承寬度的中點 但對角接觸球軸承 圓錐滾子軸承在計算精度要求比較高時 應(yīng)取為軸承法向反力在軸上的作用點 該點到軸承端面的距離為a 可參見 機械設(shè)計課程設(shè)計 一書中表8 144 表8 145 根據(jù)上述要求 作裝配圖 點擊演示 2020年4月3日12時24分 滾動軸承的壽命最好與減速器的使用壽命或減速器的檢修期 2 3年 大致相符 若計算結(jié)果表明軸承的壽命達不到上述要求 可不改變原選軸承而改用5000 10000小時作為設(shè)計壽命 而在使用過程中需定時更換軸承 在軸承壽命達不到規(guī)定要求時 宜先考慮選用另一種直徑系列的軸承 其次再考慮改換軸承類型 提高軸承基本額定動載荷 根據(jù)以上初繪草圖階段所定的軸的結(jié)構(gòu) 支點和軸上零件的力作用點 分析軸所受的力 按適當比例繪制彎矩圖 扭矩圖及當量彎矩圖 并在其上標出特征點的數(shù)值 同時在結(jié)構(gòu)圖上判定并標出軸的若干危險截面 參照教材對各危險截面校核軸的強度 校核時若發(fā)現(xiàn)軸的強度不夠 則應(yīng)加大軸徑 或修改軸的結(jié)構(gòu)參數(shù) 如加大圓角半徑等 以降低應(yīng)力及應(yīng)力集中程度 若軸的強度富裕 且其計算應(yīng)力或安全系數(shù)與許用值相差不大 則以軸結(jié)構(gòu)設(shè)計時確定的軸徑為準 一般不再修改 對強度裕量過大的情況 應(yīng)在綜合考慮剛度 結(jié)構(gòu)要求以及軸承和鍵聯(lián)接等的工作能力后決定是否修改 以防顧此失彼 2020年4月3日12時24分 上述設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)和尺寸關(guān)系可參閱 機械設(shè)計課程設(shè)計 一書3 2 4 2和4 3之闡述與分析 學生應(yīng)在融匯貫通的基礎(chǔ)上發(fā)揮創(chuàng)造性 獨立進行本階段的設(shè)計工作 并注意繪圖時應(yīng)先主件后附件 先主體后局部 先輪廓后細部同時在三個視圖上交替進行 5 進一步繪圖 進行傳動件 固定裝置 密封裝置 箱體及附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 平鍵聯(lián)接主要校核擠壓強度 計算時需注意許用擠壓應(yīng)力應(yīng)按鍵 軸 輪毅三者材料最弱的選取 并注意正確計算鍵長 若強度不夠 則可通過加大鍵的長度 改用雙鍵 花鍵 加大軸徑等措施來滿足強度要求 2020年4月3日12時24分 6 裝配草圖的檢查和修正 4 重要零件 如傳動件 軸 軸承及箱體等 是否滿足強度 剛度 耐磨等要求 是否與設(shè)計計算相符 2 傳動件 軸 軸承及軸上其他零件的結(jié)構(gòu)是否合理 定位 固定 加工 裝拆 調(diào)整 潤滑及密封是否可靠和方便 3 箱體的結(jié)構(gòu)與工藝性是否合理 1 裝配草圖是否與傳動方案 運動簡圖 一致 上述工作完成之后 應(yīng)對裝配草圖仔細檢查 認真修正 檢查次序亦如繪制裝配草圖 由主到次 進行 檢查的主要內(nèi)容如下 5 圖紙幅面 圖樣比例 圖面布置等是否合適 視圖選擇是否完全而不多余 視圖表達是否符合機械制圖標準的規(guī)定 投影是否正確 可重點檢查三個視圖的投影關(guān)系是否協(xié)調(diào)一致 嚙合輪齒 螺孔及滾動軸承等的規(guī)定畫法和簡化畫法是否正確 為幫助學生自己檢查和修正裝配草圖 在圖5 5所示的單級斜齒圓柱齒輪減速器裝配草圖中列舉結(jié)構(gòu)與繪圖錯誤40例 供參考 分析 領(lǐng)會 三 總裝配草圖的設(shè)計和繪制 略 2020年4月3日12時24分 在完成裝配草圖的基礎(chǔ)上應(yīng)進一步繪制與總成為可供生產(chǎn)用的 正式的 完整的裝配工作圖 其上應(yīng)包括必要的結(jié)構(gòu)視圖與尺寸 零部件序號 明細表 標題欄以及技術(shù)特性和技術(shù)要求等內(nèi)容 現(xiàn)仍以減速器為例 對以上內(nèi)容分別提示如下 裝配工作圖的繪制和總成設(shè)計 一 按機械制圖標準繪制結(jié)構(gòu)視圖 裝配工作圖各視圖都應(yīng)完整 清晰 避免采用虛線表示零件的結(jié)構(gòu)形狀 對必須表達的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或細部結(jié)構(gòu) 可以用局部剖視或向視圖表示 裝配圖上某些結(jié)構(gòu)可用機械制圖標準規(guī)定的簡化畫法 例如輝栓 螺母 滾動軸承可以采用簡化畫法 對于類型 尺寸 規(guī)格 材料均相同的螺栓聯(lián)接 可以只畫一個 其他則用中心線表示 裝配工作圖也應(yīng)先用輕線繪制 待零件工作圖設(shè)計完成后可能尚需進行某些必要的修改后再予加濃 如果裝配草圖質(zhì)量良好 無需作較多的或重大的改動 也可以在原裝配草圖上繼續(xù)進行裝配工作圖的繪制與總成設(shè)計工作 2020年4月3日12時24分 二 標注主要尺寸和配合 反映技術(shù)性能 規(guī)格或特征的尺寸 如傳動零件的中心距及其極限偏差 偏差值查表8 78 表8 120 等 表明占有的空間尺寸 如減速器的總長 總寬和總高等 可供包裝 運輸和布置安裝場所作參考 2 外形尺寸 1 特性尺寸 3 安裝尺寸 為設(shè)計支承件 如機架 電動機座 外接零件提供聯(lián)系的尺寸 如減速器箱體底面的尺寸 地腳螺栓孔的直徑與中心距 地腳螺栓孔的定位尺寸 軸外伸端的配合直徑 配合長度 中心高及端面定位尺寸等 4 配合尺寸 表明各配合零件之間裝配關(guān)系的尺寸 如傳動件與軸頭 軸承內(nèi)孔與軸頸 軸承外圈與軸承座孔的配合尺寸 標注這些尺寸的同時應(yīng)認真考慮并注明選用何種基準制 配合性質(zhì)及精度等級 2020年4月3日12時24分 三 編制零件序號 名細表和標題欄 四 標明技術(shù)特性 五 撰寫技術(shù)要求 2020年4月3日12時24分 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 P 59 2020年4月3日12時24分 膠帶輸送機卷筒的傳動裝置端蓋 P 70 2020年4月3日12時24分 膠帶輸送機卷筒的傳動裝置端蓋 P 72 2020年4月3日12時24分 4由主視圖上箱體結(jié)構(gòu)的投影確定 2020年4月3日12時24分 2020年4月3日12時24分 2020年4月3日12時24分 2020年4月3日12時24分 2020年4月3日12時24分 2020年4月3日12時24分 2020年4月3日12時24分 2020年4月3日12時24分 希望 嚴格按照計劃分配時間認真完成課程設(shè)計任務(wù)感謝同學們?nèi)ε浜?