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1、机械基础综合设计,第一部分 课程设计概述,第三部分 传动装置的设计,第二部分 执行机构及总体设计,机械基础综合设计,第一部分 课程设计概述,1、培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练使所学理论知识得以巩固和提高。,2、学习和掌握一般机械设计的基本方法和程序，树立正确的工程设计思想，培养独立设计能力，为后续课的学习和实际工作打基础。,3、进行机械设计基本技能的训练，包括设计计算、绘图、查阅和使用标准规范、手册、图册等相关技术资料等。,一、设计目的,题目一 压床的设计与分析,二、设计题目,电动机经带传动，带动二级圆柱齿轮减速器，然后带动曲柄1转动，再经六杆机构（执行机构
2、）使滑块5上下往复运动，实现冲压。在曲柄轴A上装有飞轮（未画出）。在曲柄轴的另一端装有油泵凸轮，驱动油泵向连杆机构的各运动副供油。,设计数据表1,题目二 插床的设计分析,电动机,带传动,滚动轴承,联轴器,凸轮机构,执行杆机构,偏心轮,插床是用插刀加工工件表面的机床。常用于加工键槽，加工时，插刀往复运动为主运动，工件的间歇移动或间歇转动为进给运动，直线运动(纵、横向)和圆周运动的工作台不允许三项同时进行。本设计的原动机采用一台电动机，执行机构包括插削机构及进给机构。,设计数据,三、设计内容及大概时间安排,四、设计注意事项及成绩评定,设计成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格,成绩评定主要依据：
3、图纸、答辩、平时、说明书,注意事项：,正确利用现有设计资料，勤于思考，敢于创新,正确使用标准和规范,设计是边计算、边画图、边修改的交叉过程，要养成有错必改，精益求精的科学态度。,第二部分 执行机构及总体参数确定部分 设计讲解（题目一）,一、平面连杆机构的设计,已知：滑块行程H，构件3的上、下极限角3、3，比值 、 ，尺寸h1、h2、h3 ，曲柄转速n1 。 要求：设计各构件的运动尺寸,二、平面连杆机构的运动分析及力分析,要求：按给定位置作机构的速度和加速度多边形。,给定位置：,绘制滑块的运动线图（s，v，a 画在一个坐标系中）,=60时的速度多边形,=60时的加速度多边形,=60时的力多边形,
4、确定各指定位置加于曲柄上的平衡力矩Mb,数据汇总,绘制阻力图Mr (坐标纸上）,第二部分 执行机构及总体参数确定部分 设计讲解（题目二）,一、执行平面连杆机构的设计,已知：滑块行程H，曲柄长，曲柄转速n1 。 要求：设计各构件的运动尺寸,1） 机架杆长O1O2 ：根据K值计算极位夹角 ，导杆的摆角 ，曲柄与导杆垂直时的极限位置，确定机架杆长O1O2的大小： 2） 确定摆杆长BO1 ：根据三角形 为等腰三角形，且上下两极限位置对称，形成平行四边形，则其底边长即为行程H，确定摆杆长BO1： 再确定连杆长为(0.50.6)摆杆长。 3）滑块机构 的偏距 e ：设BO1与水平线间的夹角为 ，确定传动角
5、最值与机构的几何尺寸关系表达式， 反算偏距e的值。,平面连杆机构设计过程简介,二、平面连杆机构的运动分析及力分析的图解法,要求：按给定位置作机构的速度和加速度多边形。,曲柄给定位置：从滑块对应的下极限位置起。,运动分析、力分析格式范例：,1）组成移动副的两构件重合点间的速度、加速度关系,2）影像定理确定B点的运动参数,3）同一构件两点间的运动关系,注意：也可采用解析法（用matlab编程实现）平面连杆机构的运动分析及力分析。,绘制滑块的运动线图（s，v，a 画在一个坐标系中）,=60时的速度多边形,=60时的加速度多边形,=60时的力多边形,确定各指定位置加于曲柄上的平衡力矩Mb,滑块数据汇总
6、,绘制阻力图Mr (坐标纸上）,=60时的位置图,4）静力分析（依次分析不计摩擦和惯性力时，每个构件的力系）,如：连杆为二力构件，曲柄为力偶系，导杆和滑块为三力汇交力系,滑块受力图及求解,导杆为三力汇交力系（根据已知力，确定汇交点，力的方向过交点和铰链的中心）,曲柄为力偶系,三、执行机构其他运动方案的设计,根据执行机构具有急回运动、原动为转动、执行构件为往复移动等要求，另外设计两种其他运动方案，运动简图，并分析比较。,如：可设计为,双曲柄机构与曲柄滑块的组合机构,四、飞轮设计 已知：机器运转的许用速度不均匀系数，力分析所得平衡力Mb ，驱动力矩Md为常数，飞轮安装在曲柄轴A上。 要求：确定飞轮
7、的转动惯量JF,求盈亏功,画能量指示图,求驱动力矩，并画在图上,求飞轮转动惯量,五、凸轮机构设计,已知：从动件行程h ，偏距e，许用压力角，推程运动角,，远休止角,，回程运动角,要求： 1）按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径rr ； 2）绘制凸轮廓线。,，从动件运动规律见表1，,凸轮与曲柄共轴。,提示：,根据,来计算基圆半径。用计算机算比较方便，也可借助诺模图确定。,六、电动机选型设计,类型选择,电动机容量的确定,无特殊需要，选用Y系列三相交流异步电动机,所选电动机的额定功率Ped应等于或稍大于电动机的实际输出功率Pd,即,电动机的实际输出功率,若容量过小，不能保证工作机正常工作
8、，电机过早损坏；若容量过大，成本增加，造成浪费。,总效率,0.95,转速的选择,电动机的型号确定,常用同步转速有： 3000、1500、1000、750r/min,电动机的可选转速范围,同步转速低的电动机，级对数多，尺寸大，重量大，成本高，但总传动比小；同步转速高则正好相反。,根据容量和转速范围，从表19-1中查出适用的电动机型号。并记录下电动机的额定功率Ped，满载转速nm，外形尺寸，中心高，伸出端直径等主要参数和安装尺寸。,n曲柄转速，已知,各效率查表12-8确定,七、传动比的分配,总传动比,分配传动比时应注意以下几点： 1）各级传动比都应在合理范围内 2）应注意使各传动件尺寸协调，结构匀
9、称，避免发生相互干涉。,3）对于多级减速传动，可按照“前小后大”（即由高速级向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不要过大。,大带轮碰地面,高速级 大齿轮 碰低速轴,4）在采用浸油润滑时，分配传动比时要考虑传动件的浸油条件。（油面高度低于大齿轮半径的三分之一） 展开式或分流式二级圆柱齿轮减速器，其高速级传动比i1和低速级传动比i2的关系通常取： 分配圆锥圆柱齿轮减速器的传动比时，通常取锥齿轮传动比i13。 两级同轴式圆柱齿轮减速器，两级传动比可取为,5）尽量使传动装置外廓尺寸紧凑，或重量最小 。,八、运动和动力参数的计算,1. 计算各轴转速,2. 计算各轴输入功率,3. 计算各轴输
10、入转矩,将上述计算数据列成表2-3,九、传动件的设计计算（带传动、齿轮传动）,1. 带传动,已知：带传动的输入功率，小带轮的转速，传动比i带,设计：带的型号、根数Z、基准长度Ld，带轮基准直径dd，压轴力FQ，带传动的中心距a等。,检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系。 如装在电机轴上的小带轮直径与电机中心高是否适宜，其轴孔直径与电机轴径是否一致，大带轮是否过大与底板（减速器中心高）相碰等 。,根据情况，选择直齿轮或斜齿轮传动，软齿面或硬齿面。,设计确定：模数m，中心距a，齿数z，分度圆直径d，齿顶圆直径da，齿根圆直径df ,齿宽b，精度等级，螺旋角，结构形式。,2. 齿轮传动,（1）软
11、齿面与硬齿面齿轮传动的设计程序不同,注意：,对闭式软齿面齿轮传动 (配对齿轮之一的硬度350HBS), 最常出现：齿面疲劳点蚀 先按齿面接触强度进行设计，然后校核齿根弯曲强度,对闭式硬齿面齿轮传动（配对齿轮的硬度均350HBS）， 最常出现：轮齿折断 先按齿根弯曲强度进行设计，然后校核齿面接触强度,齿宽b取整，b1 = b2 + (5 10) mm；,直径d 、 da 、 df ，螺旋角应为精确值,（2）数据处理,模数m标准系列值，不小于 1.5mm ；,中心距a0或5结尾的整数,对于直齿轮， a应严格等于,对于斜齿轮， a应严格等于,十、最小轴径的估算,2）当此轴段上有键槽时，将d 按单、双
12、键分别加大4%或7%后，取整数。,1）C由轴的许用扭切应力所确定的系数，与材料有关，查表确定。 注意：若为齿轮轴（上图)，轴的材料即为齿轮的材料。,说明：,若最小轴径处装联轴器，最小轴径应与联轴器的孔径匹配。,固定式联轴器,可移式联轴器,（要求被联接两轴轴线严格对中）,（可补偿被联接两轴的相对位移）,刚性可移式联轴器,弹性可移式联轴器,（无弹性元件）,（有弹性元件）,齿式联轴器,凸缘联轴器,套筒联轴器,十字滑块联轴器,万向联轴器,弹性套柱销联轴器,弹性柱销联轴器,轮胎式联轴器,.,十一、联轴器的选择,联轴器的选择包括联轴器类型和型号的合理选择。,（一）、联轴器的类型,对中小型减速器，输入轴、输
13、出轴均可采用弹性套柱销联轴器(TL)或弹性柱销联轴器(HL),按计算转矩并兼顾所联接两轴的尺寸选定。要求所选联轴器允许的最大转矩不小于计算转矩，联轴器轴孔直径应与被联接两轴的直径匹配。,即 TcKAT T,且保证,(二)、联轴器型号的确定,式中：T联轴器传递的名义转矩,KA工作情况系数，查表,T联轴器许用转矩，查标准,第三部分 减速器的结构,油标尺,箱座,视孔盖,通气器,箱盖,放油塞,轴承盖,定位销,低速轴系,高速轴系,中间轴系,一级减速器,1.确定箱体的结构,整体式或剖分式,铸造或焊接,2.确定轴承的润滑方式,当齿轮的圆周速度v 2m/s时，轴承采用脂润滑。轴承端面与箱体内壁的距离为812m
14、m，此时要设有封油盘。,当齿轮的圆周速度v 2m /s时，轴承采用油润滑。轴承端面与箱体内壁的距离为23mm 。,2v 3m/s 时，在结合面上开设油沟,v 3m/s 时，不必开设油沟,3.确定轴承端盖的形式,凸缘式或嵌入式（P39-40）,除了原始数据和上述的计算数据外，轴的结构设计前还必须确定以下内容：,一、 轴的结构设计（草图的设计）,图例,（A）凸缘式轴承盖,（B）嵌入式轴承盖,轴承盖结构,4.减速器结构尺寸的确定,绘制减速器装配图前，必须确定减速器的基本机体结构尺寸，计算出表4-1的所有尺寸，并理解其含义。,下面以铸造剖分式箱体、脂润滑轴承、凸缘式轴承端盖的二级展开式圆柱齿轮减速器为
15、例，说明输出轴的结构设计过程。,1.先画高速级齿轮,2.两个大齿轮端面相距3，画低速级齿轮,3.画箱体内壁：小齿轮端面与内壁相距2 ，大齿轮顶圆与内壁相距1，左侧暂不画,4.画轴承端面位置：若为脂润滑，轴承端面与箱体内壁的距离为812mm,5.明确轴上主要零件的布置及定位方法，依据初估轴径，考虑定位轴肩和非定位轴肩逐一确定各轴段直径,二级减速器俯视图画图过程,LB,轴段直径： 从联轴器d1处开始，,轴段长度：,轴径确定后，初定轴承型号，从而查得轴承宽度B,一级减速器低速轴,1.按中心距先画轴线、齿轮、内壁、轴承的端面、轴承的位置 2.先画箱内，后画箱外 3. 先粗画，后细画 4.一般先画俯视图，再画主视图，最后画侧视图。 5. 布图上下左右要适当匀称。,注意事项,齿轮轮毂的长度应满足l=（1.21.5)d，至少l=d， d装齿轮处轴的直径,当齿宽系数取值较小时，尤其是硬齿面，会导致齿宽b较小，键的强度不足，可能会出现齿轮轮毂长度l小于所在轴直径d，此时应加长轮毂至满足上述要求。此时箱体内壁应加宽。,注意：轴承盖的尺寸也是确定凸台高的关键因素。不能太大或太小。 定位轴肩高和非定位轴肩高的取法。,1.键的选择及校核,轴的结构设计完成后，根据键所在的轴径查标准确定键的截面尺寸b、h。兼顾轮毂长度确定标准键长L 。,验算键的挤压强度。若强度不足，可采用相隔18
