机械基础课程设计的步骤及要求
一、下达设计任务
根据给定工作条件,设计一级直齿圆柱齿轮减速器,完成一张装配图(A2只画俯视图)、两张零件图(2*A3 ---一张低速轴、一张大齿轮)和一份设计说明书(图纸要求计算机绘图、打印,说明书必须用专用稿纸手写)。说明书封面要求统一(在教务处网上下载),评分表(在教务处网上下载)要求填好每人的班级、姓名、学号和设计题目,档案袋统一(教材科购买,填好档案袋上的相关信息)。 二、传动方案的总体设计 1. 比较和选择传动装置的方案;
题目一、带传动和一级直齿圆柱齿轮减速器,题目二,一级闭式齿轮传动和一级开式齿轮传动
2. 选定电动机类型和型号;
1)确定工作机的转速和功率; 由已知条件F 、V 、D 可以计算出, 题目一转速:
60⨯1000v
πD
FV 4000⨯0. 75Pw ===5. 72kw
10001000n w =
功率:
2)确定电动机的转速范围和功率要求
带传动的传动比一般取2-4;齿轮传动的传动比一般取3-5;所以设计的题目要求总传动比可以在(2-4)*(3-5)=(6-20)之间,故电动机的转速n=(6-20)n 工,在此中间可以确定电动机的转速;
对Y 系列电动机,通常多选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机,如无特殊需不选用低于750 r/min的电动机。
根据选定的电动机类型、结构、容量和转速,由机械设计手册可查出电动机型号,并记录其型号、额定功率、满载转速、外形尺寸、中心高、轴伸尺寸、键联接尺寸、地脚尺寸等参数备用。
3)确定电动机的功率要求
工作机功率 / 总效率=原动机功率,选择电动机的功率大于此值即可;
P d =
P w
η
kW
式中:P d ——工作机实际需要的电动机输出功率,kW ;
P w ——工作机所需输入功率,kW ;
η ——电动机至工作机之间传动装置的总效率。 总效率η按下式计算:
η=η1η2η3…ηn
其中η1、η2、η3、…ηn 分别为传动装置中每一传动副(齿轮、带或链) 、每对轴承、每个联轴器的效率,其概略值见指导书。选用此表数值时,一般取中间值,如工作条件差,润滑维护不良时应取低值,反之取高值。
(本设计题目的传动效率包括:一级带传动、一级齿轮传动,两对滚动轴承(一般选深沟球轴承)、联轴器(一般选弹性柱销联轴器)和工作机滚筒的效率。)
根据计算的转速范围和需要的功率值,由设计手册可查出电动机型号,并记录其型号、额定功率、满载转速、外形尺寸、中心高、轴伸尺寸、键联接尺寸、地脚尺寸等参数备用。 3. 确定总传动比并合理分配各级传动比
已经确定了电动机的转速(满载转速),又知道工作机的转速,那么二者的比值就是总的传动比,将总传动比进行合理分配。要考虑以下几点:
(1)要保证带传动的传动比在2-4中;齿轮传动的传动比在3-5中;
(2)应使传动装置结构尺寸较小、重量较轻。在后面的计算中保证大带轮尺寸不会过大,以至于碰地(这只有在后面计算完之后才知道),这时确定带传动的传动比稍小一点就可以。
例:总传动比=12,可取i 带=3,则i 齿轮= 12/3 =4;
也可取i 带=2,则i 齿轮= 12/3 =6;(不选用)
也可取i 带=4,则i 齿轮= 12/4 =3;(不选用)
传动装置的实际传动比要由选定的齿数或标准带轮直径准确计算,因而与要求传动比可能有误差。一般允许工作机实际转速与要求转速的相对误差在±(3~5) %范围内。
设计传动装置时一般按工作机实际需要的电动机输出功率P d 计算,转速取满载转速。 4. 计算各轴转速和转矩
已将总传动比进行了分配,根据传动的布置,各轴的转速就可以算出了; 如一传动装置从电动机到工作机有两根轴,依次为I 、Ⅱ轴,则 1)各轴转速
n I =
n m i 0
r/min r/min
n n
n Ⅱ=I =m
i 1i 0i 1
式中:n m ——电动机满载转速,r/min;
n Ⅰ、n Ⅱ ——分别为I 、Ⅱ轴转速r/min;I 轴为高速轴,Ⅱ轴为低速轴; i 0、i 1——依次为由电动机轴至高速轴I ,I 、Ⅱ轴间的传动比。 2)各轴功率
P I =P d η01 kW P Ⅱ= PI η12=P d η01η12 kW
式中:P d ——电动机输出功率,kW ;
P I 、P Ⅱ ——I 、Ⅱ轴输入功率,kW
η01、η12——依次为电动机轴与I 轴,I 、Ⅱ轴间的传动效率。 3)各轴转矩
T I =T d i0η01 N·m
T Ⅱ= TI i1η12=T d i0 i1η01η
式中:T d ——电动机轴的输出转矩,N ·m ;
P
T d =d
n m
12
N·m
N ·m
T I 、T Ⅱ——I 、Ⅱ轴的输入转矩,N ·m 。
运动和动力参数的计算数值可以整理列表备查。
P
T I =T d i0η01 = 9550⋅d ⋅i 0⋅η01 N·m
n m
= 9550⋅
P 1
N·m n 1
同理: T2= 9550⋅
P 2
N·m n 2
三、传动件的设计计算
1.带传动
设计带传动时,应注意检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系,例如小带轮外圆半径是否大于电动机中心高,大带轮外圆半径是否过大造成带轮与机器底座相干涉等。
2. 齿轮的设计
设计过程参见书上的例题,注意: (1)材料的选择要求; (2)齿数的选取范围。 3. 轴的最小直径确定
按最小直径估算后,要考虑: 1)键槽对轴强度的影响;
2)最小轴径处安装的零件是否是标准件(联轴器等----轴径有无标准要求) 注: 选择联轴器类型和型号
联轴器除联接两轴并传递转矩外,有些还具有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能,以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。因此要根据传动装置工作要求来选定联轴器类型。
标准联轴器主要按传递的转矩大小和转速来选择型号(参见手册) 。还应注意联轴器轴孔尺寸范围是否与所联接轴的直径大小相适应。 四、装配草图设计、答辩
1. 考虑轴上零件的定位,进行轴的结构设计、选择轴承;
用到箱体结构(尺寸见指导书),轴承的选择及润滑方式、轴承端盖的尺寸确定等。 2. 绘制草图;(草图可以帮助进行部分尺寸的确定)
要求这里之前的计算和按比例绘制的草图(俯视图,一般大小不小于A3(白纸或坐标纸) ,并将尺寸进行标注。便于检查轴系结构,并有助于后面计算机绘图),要给指导老师检查,答辩、登记!
3. 校核轴及轴承(精确校核一根轴以及相应的轴承寿命计算); 4. 进行减速器附件的设计; 5. 完成装配图。
五、零件图的绘制 六、编写技术说明书
设计说明书是设计技术文件之一,它提供设计理论根据和计算数据,为审核设计及使用设备的人员查阅。对于传动装置,计算说明书的内容大致包括:
(1)目录(标题及页次) (2)设计任务
(3)传动方案的分析和拟定(附传动方案简图) (4)电动机的选择
(5)传动装置运动及动力参数计算 (6)传动零件的设计计算 (7)轴的结构设计
(8)滚动轴承、键联接和联轴器选择计算 (9)轴的强度计算
(10)轴承的寿命及键的强度校核 (11)减速器相关附件的设计、选择
(12)参考资料(资料编号 主要责任者.书名. 版本. 出版地:出版者, 出版年) (13)设计总结