《机械设计基础》课程设计讲稿.ppt

机械设计基础课程设计,一、设计的目的,机械设计基础课程设计是机械设计的一个重要环节，又是一个十分重要的实践环节，是对学生进行的第一次较全面的设计训练，其目的是：1.通过课程设计，巩固、加深和扩大在机械设计基础课程及相关课程教学中所学到的知识，训练学生综合运用这些知识去分析和解决工程实际问题的能力。2.学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计方法、设计步骤。3.通过计算和绘图、学会运用设计资料，熟悉有关国家标准、规范、手册、图册的查阅。,二、设计内容,设计用于带式运输机传动系统中的单级直齿圆柱齿轮减速器。,二、设计内容,设计用于带式运输机传动系统中的单级直齿圆柱齿轮减速器。,设计用于带式运输机传动系统中的单级直齿圆柱齿轮减速器。,虚线下为设计内容,二、设计内容,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，训练了总体方案设计、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能力，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。,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。,带式输送机工作情况,带式输送机工作参数,带速；,带的张力；,滚筒直径；,任务书中将提供若干组工作参数，全班分为10个组，每组选择其中之一组参数设计，每组间不要重复。每组同学之间参数一致，但各自计算结果不得照搬。,三、设计任务书,四、时间安排和任务要求,第一周：,布置任务，进行设计计算并画出减速器装配草图；,第二周：,总体装配图设计；零件工作图设计；编写设计计算说明书。,减速器总体装配图（0#或1#图 1 张）；,减速器零件工作图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）。,四、时间安排和任务要求,课程设计任务书必须装订在设计说明书最前面，根据老师给定的数据进行设计。,五、设计的基本步骤,1、选择电动机,2、传动比分配,3、计算各轴的转速,4、计算各轴的功率及转矩,5、带传动设计,6、齿轮传动设计,7、轴及轴类零件的设计与选择,8、绘制装配图和零件图,9、编写设计说明书,Ok!,祝大家设计成功！,设 计 计 算 步 骤,一、传动方案分析、拟定,本次设计的传动方案已经给定，同学们不必再进行方案对比，但要对本方案的特点有所掌握。,设 计 计 算 步 骤,一、传动方案分析、拟定,请同学们按照传动的功率与效率；传动速度；外廓尺寸、重量和传动比要求；根据各种传动机构的特点，从使用性（有效性、可靠性）、效率、经济性、安全性等角度进行分析，对给定的设计方案给予必要的分析和评价。例如：采用V带传动与齿轮传动的组合，可满足传动比要求；带传动具有良好的缓冲、吸振性，结构简单，成本低，使用维护方便，有过载保护作用，但带使用寿命较短。,设 计 计 算 步 骤,二、电动机选择及传动比分配,当带式输送机总体方案确定后，就可进行其参数设计。,1、电动机选择：,一般选择Y系列电机，具体参数参考指导书。,（1）功率选择：,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！,设 计 计 算 步 骤,二、电动机选择及传动比分配,1、电动机选择：,（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,二、电动机选择及传动比分配,带式输送机总效率：,设 计 计 算 步 骤,二、电动机选择及传动比分配,带式输送机总效率：,各种传动副的效率见指导书。不必考虑滚筒的效率、滚筒上轴承的效率。,设 计 计 算 步 骤,二、电动机选择及传动比分配,1、电动机选择：,（1）功率选择：,电动机功率：,计算功率：,参考指导书选择Y系列电机。,设 计 计 算 步 骤,二、电动机选择及传动比分配,1、电动机选择：,（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3000rpm、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，但减速器传动比变大，外形尺寸变大，成本上升。,设 计 计 算 步 骤,二、电动机选择及传动比分配,1、电动机选择：,（2）转速选择：,输出轴（滚筒转速）计算：,带式输送机总传动比：,nm 电动机满载转速；,设 计 计 算 步 骤,二、电动机选择及传动比分配,1、电动机选择：,（2）转速选择：,带式输送机总传动比：,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,二、电动机选择及传动比分配,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,二、电动机选择及传动比分配,2、传动比分配：,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：,三、传动件的设计计算,设 计 计 算 步 骤,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。传动件的设计计算就是机械设计基础教材的内容。如6-3 普通V带传动设计计算、7-8 直齿圆柱齿轮的强度计算、9-3 轴的计算、10-5 滚动轴承的选择计算等。,三、传动件的设计计算,设 计 计 算 步 骤,注意事项：,传动功率计算采用计算功率（即实际功率）Pd!,圆柱齿轮传动中，大齿轮的直径不能超过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！,四、联轴器的选择,设 计 计 算 步 骤,五、滚动轴承的预选,输出轴,建议选用刚性联轴器,大功率,中小功率,圆锥滚子轴承,深沟球或角接触球轴承,本方案建议采用深沟球轴承。,注意问题：,1、设计前通读教材1-64页，熟悉设计内容和过程。,2、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。,3、说明书一律采用A4纸按一定格式打印，装订成册。封面格式全班统一设计，说明书内容和格式参照62-63页。,切记抓紧时间，不要拖后！,2、采用边算、边画、边改的“三边”设计方法。,机械设计基础课程设计计算举例,一、带式运输机传动系统的运动和动力参数计算 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。试完成下列选择计算，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。,解：1.选择电动机。包括电动机类型、功率、转速的确定。（1）类型：一般选用Y系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。,（2）电机功率选择 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=0.94 0.992 0.98 0.99=0.885 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，查手册取Pm=5.5 KW,（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，故电动机转速nm（nm为电动机满载转速）的可选范围为：nm=in=（624）102.89=617.342469.36 r/min,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，选取方案2，即选Y132M2-6型号的电动机，其 额定功率为5.5 KW；满载转速为960 r/min。尺寸参数见标准图（见教材P149页）。,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 初取带传动比 i1=2.8 则 i2=i 减速器=9.33/2.8=3.33 符合：i1在 24之间、i2 在36 之间。,3.计算传动装置的运动参数和动力参数 包括各传动轴转速、功率及转矩的计算。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,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,各轴转矩：轴 T=9550P/n=95503.94/342.9=109.73 Nm 轴 T=9550 P/n=95503.82/102.9=354.53 Nm 卷筒轴 T=9550 P/n=95503.78/102.9=350.82 Nm,二、V带传动设计计算 按教材P128页普通V带传动的设计计算方法进行。三、减速器内部传动零件的设计计算 直齿圆柱齿轮 按输入转速343r/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。,解：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,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和齿根弯曲疲劳极限分别为：Hlim1=700 MPa，Hlim2=570 MPa，Flim1=580 MPa，Flim2=450 MPa,安全系数分别取：SH=1,SF=1.25,则可得 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,按齿面接触强度条件计算小齿轮直径：计算小齿轮传递的转矩 T=9.55106 P/n=9.551063.94/343=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：,确定模数和齿宽模数 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,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。,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,齿根圆直径：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：a=0.5 m（z1z2）=0.52.5（30100）=162.5 mm其他尺寸按结构参数确定。,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。,解：按扭矩初步设计该轴最小轴径 考虑键槽影响后圆整至标准值30mm。圆整至标准值时参考P73页表9-7。,3.大齿轮轴 参考小齿轮轴设计方法。,