東北大學機械設計課程設計課件市公開課一等獎省賽課微課金獎課件

東北大學機械工程與自動化學院

機械設計課程設計東北大學機械設計課程設計課件第1頁第1頁聯(lián)軸器滾動軸承皮帶運輸機雙級圓柱齒輪減速器電機滑動軸承帶2東北大學機械設計課程設計課件第2頁第2頁3東北大學機械設計課程設計課件第3頁第3頁4東北大學機械設計課程設計課件第4頁第4頁5東北大學機械設計課程設計課件第5頁第5頁6東北大學機械設計課程設計課件第6頁第6頁7東北大學機械設計課程設計課件第7頁第7頁8東北大學機械設計課程設計課件第8頁第8頁一、概述（1）培養(yǎng)綜合利用機械系統(tǒng)課程知識處理機械工程問題能力；（2）學習機械設計普通方法；（3）掌握簡單機械傳動裝置設計步驟；（4）機械設計基本技能訓練——計算、繪圖、設計使用標準、規(guī)范、手冊等。1.課程設計目標9東北大學機械設計課程設計課件第9頁第9頁2任務：完成任務書中傳動系統(tǒng)設計。包含：①選擇電機；②傳動裝置中運動和動力參數(shù)計算；③主要零件設計（帶、鏈、齒輪、……）；④減速器裝配圖（0號，1：1）；⑤部分零件工作圖（箱體、齒輪、軸等）；⑥設計計算說明書。10東北大學機械設計課程設計課件第10頁第10頁最終上交材料：手繪裝配草圖1張（A2坐標紙，1:1畫）機繪減速器裝配圖1張——A2號圖紙機繪零件工作圖3張：——A3號或A4號圖紙減速器箱蓋或箱座工作圖1張大齒輪零件工作圖1張減速器低速軸工作圖1張設計計算說明書一份（手寫或打?。?1東北大學機械設計課程設計課件第11頁第11頁3.課程設計步驟設計準備傳動裝置總體設計傳動零件總體設計減速器裝配草圖設計工作圖設計編寫設計計算說明書答辯12東北大學機械設計課程設計課件第12頁第12頁4.課程設計方法和要求4.1方法

方案設計——必要計算和結構設計——設計結果用圖紙表示——設計依據(jù)為設計計算說明書。

“三邊”設計法——邊畫圖、邊計算、邊修改。誤解，先將全部計算都作完，再畫圖，實際這是不可能。13東北大學機械設計課程設計課件第13頁第13頁4.2設計要求(1)設計工作要認真、仔細、獨立完成。(2)正確使用設計規(guī)范和標準。(3)正確處理設計計算和結構設計關系。尺寸確定幾個情況：①幾何公式確定尺寸如齒輪傳動中心距不得圓整。設計要求，a取Ra40系列值，不是靠圓整得到，而是靠調(diào)整參數(shù)實現(xiàn)。14東北大學機械設計課程設計課件第14頁第14頁

②由強度公式確定尺寸：按接觸強度設計齒輪中心距軸最小直徑確實定，,考慮結構需要最終確定。③經(jīng)驗公式確定尺寸如箱體結構尺寸，普通都需要圓整。④自己設計尺寸：強度不是主要問題，又無經(jīng)驗公式，通慣用類比法設計（軸套）。

(4)作圖正確，表示清楚；計算準確，書寫工整。15東北大學機械設計課程設計課件第15頁第15頁1.電動機選擇選擇依據(jù):工作機特征、工作環(huán)境、工作載荷大小和性質。所需選定:電動機種類、類型和結構形式、功率、轉速。1.1種類、類型和結構形式選擇Y系列三相異步電動機一、設計步驟

16東北大學機械設計課程設計課件第16頁第16頁1.電動機選擇1.2電動機功率選擇選擇條件：17東北大學機械設計課程設計課件第17頁第17頁

工作機功率考慮功率損失

18東北大學機械設計課程設計課件第18頁第18頁1.電動機選擇1.3電動機轉速確實定

三相異步電動機同時轉速有3000，1500，1000，750r/min四種。提議使用同時轉速為1000或1500r/min電機。最少選擇兩種同時轉速電機進行方案比較，以選擇最優(yōu)方案。

詳細見參考教材P11例2-1。

19東北大學機械設計課程設計課件第19頁第19頁2.傳動比分配——初步2.1各級傳動比分配依據(jù)表17-9合理選擇推薦值。

*標準各級傳動傳動比在推薦值范圍內(nèi)=3~5=4~6

圓柱齒輪20東北大學機械設計課程設計課件第20頁第20頁*確保各級傳動不干涉ex.大帶輪太大——21東北大學機械設計課程設計課件第21頁第21頁*允許實際傳動比與理論傳動比有誤差，要求：22東北大學機械設計課程設計課件第22頁第22頁0軸1軸2軸3軸4軸2.2傳動裝置運動和動力參數(shù)計算—P,n,T,i,η23東北大學機械設計課程設計課件第23頁第23頁第三講傳動零件設計計算1.減速器外傳動零件設計計算1.1普通V帶傳動帶型號、帶輪直徑和寬度、帶長度、中心距、帶根數(shù)、作用在軸上力大小和方向。

帶輪尺寸確定：考慮設計尺寸在傳動裝置中是否適當。帶輪直徑確定后，驗算帶傳動實際傳動比。確定帶輪轂孔直徑：依據(jù)帶輪安裝情況詳細考慮。24東北大學機械設計課程設計課件第24頁第24頁1.減速器外傳動零件設計計算1.2鏈傳動

確定鏈節(jié)距、齒數(shù)、鏈輪直徑、輪轂寬度、中心距、作用在軸上力大小和方向。

要求：鏈輪齒數(shù)應為奇數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)數(shù)。鏈節(jié)數(shù)應為偶數(shù)，預防使用過分鏈節(jié)。

25東北大學機械設計課程設計課件第25頁第25頁1.3選擇聯(lián)軸器

依據(jù)各種聯(lián)軸器應用特點，按標準選擇（公稱轉矩和許用轉速）。

26東北大學機械設計課程設計課件第26頁第26頁2.減速器內(nèi)傳動零件設計計算—齒輪傳動設計完減速器以外傳動零件后，要驗算原始計算運動和動力參數(shù)，如有變動應進行對應修改，然后，再進行減速器內(nèi)傳動零件設計計算。2.1齒輪材料及熱處理方法選擇第三講傳動零件設計計算27東北大學機械設計課程設計課件第27頁第27頁2.2齒輪結構2.減速器內(nèi)傳動零件設計計算—齒輪傳動齒輪軸結構第三講傳動零件設計計算28東北大學機械設計課程設計課件第28頁第28頁2.3齒輪傳動中心距2.減速器內(nèi)傳動零件設計計算—齒輪傳動第三講傳動零件設計計算29東北大學機械設計課程設計課件第29頁第29頁2.4齒輪參數(shù)2.減速器內(nèi)傳動零件設計計算—齒輪傳動第三講傳動零件設計計算30東北大學機械設計課程設計課件第30頁第30頁8~15≥δ≥1.2δδ+c1+c2δ+c3+c45~8油潤滑3~5脂潤滑10~15初估軸徑d1,按聯(lián)軸器選標準直徑、長度需定位,直徑比d1大3~10，按密封件取標準值；長度按結構無定位，直徑大1~3，但須按軸承取標準值軸承定位軸肩齒輪定位軸肩無定位，直徑大1~3；長度比齒輪短2~3加軸套定位，上端按軸承定位要求，下端按齒輪定位要求；長度按結構定1、用坐標紙按1:1繪圖2、標注中心矩、各段軸徑、圖示結構尺寸3、鍵聯(lián)接段軸長、鍵長~108~1531東北大學機械設計課程設計課件第31頁第31頁第四講減速器結構減速器包含：齒輪傳動、軸、軸承、箱體及其附件。4.1齒輪、軸及軸承組合

32東北大學機械設計課程設計課件第32頁第32頁4.2箱體第四講減速器結構33東北大學機械設計課程設計課件第33頁第33頁4.3減速器附件（1）檢驗孔及其蓋板第四講減速器結構34東北大學機械設計課程設計課件第34頁第34頁4.3減速器附件（2）通氣器第四講減速器結構35東北大學機械設計課程設計課件第35頁第35頁4.3減速器附件（3）軸承蓋和密封裝置第四講減速器結構36東北大學機械設計課程設計課件第36頁第36頁4.3減速器附件（4）軸承擋油盤第四講減速器結構37東北大學機械設計課程設計課件第37頁第37頁4.3減速器附件（5）定位銷第四講減速器結構38東北大學機械設計課程設計課件第38頁第38頁4.3減速器附件（6）啟箱螺釘?shù)谒闹v減速器結構39東北大學機械設計課程設計課件第39頁第39頁4.3減速器附件（7）油面指示器第四講減速器結構40東北大學機械設計課程設計課件第40頁第40頁4.3減速器附件第四講減速器結構（8）放油螺塞41東北大學機械設計課程設計課件第41頁第41頁4.3減速器附件（9）油杯軸承采取脂潤滑時，補充潤滑脂（10）起吊裝置當減速器質量超出25kg時，為了搬利用第四講減速器結構42東北大學機械設計課程設計課件第42頁第42頁第五講減速器裝配草圖設計標準：普通，設計總是從裝配圖設計開始。大部分零件結構和尺寸是在裝配草圖設計階段決定，在這個階段過程中，要綜合考慮零件強度、剛度、制造工藝、裝配、調(diào)整和潤滑等各個方面。目標：

是觀察最初確定運動參數(shù)、各傳動件結構和尺寸是否干涉，同時，在繪圖工程中定出軸結構、跨距及受力點位置，方便驗算軸強度、滾動軸承壽命。最終，確定出全部零部件結構和尺寸，為工作圖設計打下基礎。

逐步學會并掌握“三邊”設計法。43東北大學機械設計課程設計課件第43頁第43頁5.1初繪減速器裝配草圖（1）準備工作確定傳動齒輪主要尺寸；電動機安裝尺寸；選擇聯(lián)軸器類型；初選滾動軸承類型；確定滾動軸承潤滑和密封方式；確定減速器箱體結構尺寸（箱體結構復雜，強度和剛度計算比較困難，按經(jīng)驗公式計算出尺寸后要圓整，詳細見表5-1）。第五講減速器裝配草圖設計44東北大學機械設計課程設計課件第44頁第44頁5.1初繪減速器裝配草圖（2）俯視圖草圖初繪（步驟）選擇百分比尺—普通按1：1，用A0號圖紙繪制，布局，畫出中心線；齒輪輪廓尺寸繪制；畫出箱體內(nèi)壁線；初定外伸段軸徑，高速端與電機聯(lián)d=(0.8~1.0)d電機；（按公式計算圓整）；設計軸結構（徑向尺寸確定和軸向尺寸確定）；確定軸承安裝詳細位置見圖5-8；確定軸承座孔寬度和箱緣寬度；軸承蓋、螺釘、調(diào)整墊片繪制；確定外伸軸段長度；確定軸和軸上零件受力點。第五講減速器裝配草圖設計45東北大學機械設計課程設計課件第45頁第45頁5.1初繪減速器裝配草圖第五講減速器裝配草圖設計46東北大學機械設計課程設計課件第46頁第46頁≥1.2δ油潤滑3~5初估軸徑d1,聯(lián)軸器需選標準值;長度按帶、鏈輪、聯(lián)軸器定需定位,直徑比d1大5~9，按密封件取標準值；長度按結構無定位，直徑大1~3，但須按軸承取標準值軸環(huán)定位，上端按軸承定位要求，下端按齒輪定位要求；長度按結構確定無定位，直徑大1~3；長度比齒輪短1~3軸套定位，標準與軸環(huán)相同δ+c1+c25~8δ+c3+c4脂潤滑10~1510~15δ+L1+L2≥δ47東北大學機械設計課程設計課件第47頁第47頁5.2軸強度、軸承壽命、鍵聯(lián)接強度校核計算（1）軸強度校核計算依據(jù)俯視草圖確定軸結構和支點及軸上零件力作用點，進行軸受力分析、繪制彎矩圖和當量彎矩圖，判定危險截面進行強度校核（參見教材第8章）。

要求：只進行輸出軸強度校核，假如強度不夠可經(jīng)過加大軸徑提升其強度。第五講減速器裝配草圖設計48東北大學機械設計課程設計課件第48頁第48頁5.2軸強度、軸承壽命、鍵聯(lián)接強度校核計算（2）滾動軸承壽命校核計算滾動軸承壽命最好與減速器壽命相同，或與減速器檢修期相符（檢修期普通為2~3年）。若軸承壽命不夠，先考慮選取另一個直徑系列軸承，其次考慮改變軸承類型，提升基本額定動載荷（參見教材第9章）

。

要求：只進行輸出軸上一對滾動軸承進行校核計算。第五講減速器裝配草圖設計49東北大學機械設計課程設計課件第49頁第49頁5.2軸強度、軸承壽命、鍵聯(lián)接強度校核計算（3）鍵聯(lián)接強度校核計算鍵聯(lián)接強度校核計算主要是驗算其擠壓應力，許用擠壓應力按鍵、軸、輪轂三者材料最弱選取，普通情況下，輪轂材料最弱（參見教材第3章）

。要求：只進行輸出軸上鍵強度校核。若計算應力大于許用應力，可經(jīng)過改變鍵長、改用雙鍵、采取花鍵、加大軸徑、改選較大剖面鍵等來滿足強度要求。第五講減速器裝配草圖設計50東北大學機械設計課程設計課件第50頁第50頁5.3完成減速器裝配草圖

主要工作：設計軸系部件（箱內(nèi)傳動零件、軸上其它零件、與軸承組合相關零件）、箱體及減速器詳細結構。步驟以下：（1）軸系部件結構設計（2）減速器箱體結構設計（3）減速器附件設計第五講減速器裝配草圖設計51東北大學機械設計課程設計課件第51頁第51頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計

①箱內(nèi)齒輪結構設計若小齒輪做成齒輪軸，俯視圖中大齒輪采取全剖，小齒輪依據(jù)軸要求畫法采取局部剖，表面兩齒輪嚙合情況。若為斜齒輪，應在小齒輪未剖外形圖上用三條細實線畫出齒斜方向。第五講減速器裝配草圖設計52東北大學機械設計課程設計課件第52頁第52頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計

②滾動軸承潤滑和密封裝置設計脂潤滑：浸于油中齒輪圓周速度v<2m/s時采取，充填量為軸承空間1/2~1/3，箱體外部軸承座上適當位置安裝油脂杯。軸承面向箱體內(nèi)一側安裝擋油盤。第五講減速器裝配草圖設計53東北大學機械設計課程設計課件第53頁第53頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計

②滾動軸承潤滑和密封裝置設計油潤滑：浸于油中齒輪圓周速度v>=2m/s時采取。第五講減速器裝配草圖設計54東北大學機械設計課程設計課件第54頁第54頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計③箱緣輸油溝結構形式和尺寸結構有機械加工油溝和鑄造油溝。慣用機械加工油溝。若齒輪為斜齒輪而小齒輪直徑又小于軸承孔徑，則應在小齒輪軸承滾動軸承面向箱體內(nèi)一側安裝擋油盤。當齒輪圓周速度v>3m/s時，分箱面上能夠不開輸油溝，轉速高，飛濺潤滑油霧可直接進入滾動軸承進行潤滑。第五講減速器裝配草圖設計55東北大學機械設計課程設計課件第55頁第55頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計④軸承透蓋和悶蓋詳細結構當軸承透蓋或悶蓋直徑較小時，端面可無須降低加工面。第五講減速器裝配草圖設計56東北大學機械設計課程設計課件第56頁第56頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計⑤軸承透蓋處軸承密封件結構

目標：預防外界灰塵、水氣、雜質等進入軸承及預防軸承內(nèi)潤滑劑外泄，在外伸軸端軸承孔內(nèi)設置密封件。密封件有接觸式密封和非接觸式密封。

慣用接觸式密封：氈圈油封和橡膠油封。氈圈油封：多用于脂潤滑且外界灰塵較小處，適適用于軸圓周速度v<3~5m/s工作場所。第五講減速器裝配草圖設計57東北大學機械設計課程設計課件第57頁第57頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計⑤軸承透蓋處軸承密封件結構

橡膠油封：內(nèi)包骨架旋轉軸唇型密封圈?？捎糜跐櫥蜐櫥?，軸圓周速度v<7m/s

。油封唇向外——預防外界灰塵、雜質為主；油封唇向內(nèi)——預防漏油為主；兩個相背放置——既防灰塵又防漏油。第五講減速器裝配草圖設計58東北大學機械設計課程設計課件第58頁第58頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計⑤軸承透蓋處軸承密封件結構

慣用非接觸式密封：油溝式密封和迷宮式密封。油溝式密封：用潤滑脂填滿油溝和與軸間隙進行密封。適適用于脂潤滑及環(huán)境清潔場所。若用于油潤滑，要預防潤滑油沿軸外泄，需要與甩油環(huán)配合使用形成組合密封。迷宮式密封：將旋轉和固定密封零件間間隙制成迷宮形式，縫隙間填入潤滑脂，慣用于環(huán)境比較臟環(huán)境。第五講減速器裝配草圖設計59東北大學機械設計課程設計課件第59頁第59頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計⑥擋油盤結構設計擋油盤有鑄鐵鑄造和鋼板沖壓兩種。沖壓成型擋油盤鋼板厚度1~2mm。第五講減速器裝配草圖設計60東北大學機械設計課程設計課件第60頁第60頁5.3完成減速器裝配草圖（1）軸系部件結構設計⑦軸套、軸端擋圈結構設計軸套依據(jù)齒輪和滾動軸承軸向定位和拆卸要求確定。第五講減速器裝配草圖設計61東北大學機械設計課程設計課件第61頁第61頁5.3完成減速器裝配草圖（2）減速器箱體結構設計①軸承旁聯(lián)接螺栓凸臺高度h確實定通常螺栓中心線與軸承蓋相切，依據(jù)螺栓直徑確定扳手空間c1和c2

，在滿足c1條件下，用作圖法確定凸臺高度，然后將該值向增大方向圓整，若各軸承蓋外徑不一致，則確定凸臺高度也不相等，普通凸臺高度均按較大D2值確定取齊。第五講減速器裝配草圖設計62東北大學機械設計課程設計課件第62頁第62頁5.3完成減速器裝配草圖（2）減速器箱體結構設計②主視圖上小齒輪端箱蓋結構尺寸確實定大齒輪一側箱蓋外表面圓弧半徑R=(da2/2)+Δ1+δ1，按相關尺寸畫出即可。小齒輪一側箱蓋外表面圓弧半徑普通無法用公式計算，依據(jù)箱體對稱標準確定。主視圖上小齒輪端箱蓋結構確定以后，再投影到俯視圖上，便能夠確定出箱體內(nèi)壁、外壁和箱緣等結構。第五講減速器裝配草圖設計63東北大學機械設計課程設計課件第63頁第63頁5.3完成減速器裝配草圖（2）減速器箱體結構設計

③俯視圖上箱緣上零件布置箱緣聯(lián)接螺栓間距：小型減速器為100~150mm，大型減速器為150~200mm

。布置上均勻對稱，預防與吊耳、吊鉤和定位銷等發(fā)生干涉。第五講減速器裝配草圖設計64東北大學機械設計課程設計課件第64頁第64頁5.3完成減速器裝配草圖（2）減速器箱體結構設計④主視圖上箱座高度確實定大齒輪齒頂圓到油池底面距離大于30~50mm。箱座高度H>=(da2/2)+(30~50)+δ+(3~5)mm，并圓整。

圓柱齒輪應浸入油中一個齒高，但不應小于10mm。第五講減速器裝配草圖設計65東北大學機械設計課程設計課件第65頁第65頁5.3完成減速器裝配草圖（2）減速器箱體結構設計

⑤在左視圖上確定地腳凸緣尺寸確定地腳螺栓孔徑、地腳凸緣尺寸、地腳螺栓底腳厚度。在左視圖上畫出地腳凸緣和地腳螺栓孔。第五講減速器裝配草圖設計66東北大學機械設計課程設計課件第66頁第66頁5.3完成減速器裝配草圖（2）減速器箱體結構設計

⑥箱體結構工藝性

鑄造工藝性：外形簡單，壁厚均勻，過分平緩，壁厚不可太薄。HT150及HT200最小允許壁厚為6~8mm。鑄造圓角半徑R>=5mm。沿拔模方向拔模斜度為1：20或1：10。

機械加工工藝性：同一軸心線上軸承座孔直徑、精度及表面粗糙度應一致。軸承座端面盡可能位于同一平面上，箱體兩側軸承座端面應與箱體中心平面對稱，方便于加工和檢驗。加工表面與為加工表面嚴格分開，不能處于同一表面上，或凸出或凹入——箱體表面在軸承座端面和放油螺塞處凸起5~8mm，檢驗孔處凸起3~5mm。上下箱聯(lián)接螺栓頭部及螺母與箱緣相接處表面也需機加工，普通采取沉頭座方式，用锪刀锪平，深度2~3mm。第五講減速器裝配草圖設計67東北大學機械設計課程設計課件第67頁第67頁5.3完成減速器裝配草圖（3）減速器附件設計（強調(diào)注意事項）

①檢驗孔及其蓋板和密封墊片

檢驗孔位置：傳動件嚙合區(qū)上方，大小——手伸入檢驗。

檢驗孔蓋板：蓋板下加防滲漏墊片。箱蓋上安放蓋板表面需要刨削或銑削，凸臺高度3~5mm。第五講減速器裝配草圖設計68東北大學機械設計課程設計課件第68頁第68頁5.3完成減速器裝配草圖（3）減速器附件設計（強調(diào)注意事項）②通氣器慣用通氣器有兩種：通氣螺塞和網(wǎng)式通氣器。通氣螺塞——用于清潔環(huán)境。網(wǎng)式通氣器——用于多塵環(huán)境。第五講減速器裝配草圖設計69東北大學機械設計課程設計課件第69頁第69頁5.3完成減速器裝配草圖（3）減速器附件設計（強調(diào)注意事項）

③油面指示器慣用油面指示器有：油標尺、圓形油標、長形油