结构设计 (二)机械设计课程设计上海大学上海大学绪绪 论论目的目的综合运用先修课程知识培养简单机械装置的初步设计能力设计内容设计内容在模切机机构原理方案设计基础上进行模切机传动系统设计。9/24/20242上海大学模切机传动系统方案模切机传动系统方案9/24/20243上海大学模切机传动系统方案模切机传动系统方案9/24/20244上海大学模切机传动系统方案模切机传动系统方案具体考虑：具体考虑：原动机模切机主轴之间的减速传动装置设计方案：设计方案： A. 电机V带传动传动双级圆柱斜齿轮减速器联轴器 B. 电机联轴器双级圆锥圆柱齿轮减速器链轮设计任务设计任务 每个同学按结构设计一给予的任务参数和所确定的电机功率按方案方案A设计（学号为单号），按方案方案B设计（学号为双号） 9/24/20245上海大学设计要求设计要求装配图 1张 1#或3#零件图 2张 (中间轴、齿轮) 3# 2张设计说明书 20页草稿本、草图档案袋图纸用 AutoCad 绘制 9/24/20246上海大学时间安排时间安排18日上午上午8：00 讲课讲课下午下午1：00 减速器装拆每批30人3组 30分钟19日传动装置总体设计1天20日传动零件计算，画轴系展开草图1天2122日 绘装配图2天25日上午上午8:00 讲课讲课 (装配图、零件图)0.5天2627日 绘零件图1.5天2829日 编写说明书、打印图纸2天2日上午上午8:00考试，交作业交作业1天9/24/20247上海大学成绩评定成绩评定平时出勤、工作情况30%计算、 图纸、说明书40% 考试 (全部笔试) 30% 9/24/20248上海大学传动装置总体设计传动装置总体设计传动方案确定传动方案确定满足工作要求 如功率、转速 模切机 工作节拍工作节拍 生产阻力生产阻力 3000张/小时 400KN 2500张/小时 600KN 2000张/小时 800KN 工作节拍：工作节拍：工作机主轴的转速应满足生产节拍要求9/24/20249上海大学传动装置总体设计传动装置总体设计主轴转速为总阻抗功总阻抗功Wr：工作机械在一个周期内消耗的总能量 F：生产阻力 S：模切加压行程工作机所需的功率工作机所需的功率Pw 9/24/202410上海大学传动装置总体设计传动装置总体设计考虑到传动系统各环节的损耗，即传动效率效率，工作机所需的电动机功率9/24/202411上海大学传动方案布置合理性传动方案布置合理性9/24/202412上海大学传动方案布置合理性传动方案布置合理性9/24/202413上海大学传动方案布置合理性传动方案布置合理性9/24/202414上海大学传动方案布置合理性传动方案布置合理性9/24/202415上海大学传动方案布置合理性传动方案布置合理性带传动带传动宜布置在高速级高速级 (承载力小，缓冲吸振)链传动链传动宜布置在低速级低速级 (运动不均匀、冲击、噪音)蜗杆传动蜗杆传动与齿轮传动同时应用时，宜布置在高速级高速级(传动效率低、传动平稳、承载能力较齿轮低)锥齿轮锥齿轮尽量放在高速级高速级且限制传动比限制传动比 (锥齿轮 大直径、大模数、加工困难，改变轴的布置方向)斜齿轮斜齿轮传动用于速度高速度高、载荷大载荷大、传动平稳传动平稳场合 (比直齿轮好)开式齿轮开式齿轮传动工况条件差、磨损严重、寿命短、一般布置在低速级低速级9/24/202416上海大学常用减速器类型特点常用减速器类型特点展开式展开式 结构简单，轴需较大刚度。 (齿轮对轴承不对称分布)。同轴式同轴式 输入、输出同一轴线，轴间距总尺寸减小，但轴向尺寸增加，高速级齿轮承载能力未充分发挥。分流式分流式 结构复杂、适用于变负载场合；高速级用斜齿轮，低速级可做成人字齿或直齿轮；齿轮相对轴承对称布置，载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载均匀。二级圆锥圆柱齿轮二级圆锥圆柱齿轮 减速器 锥齿轮布置在高速级， i=815, i锥=23 9/24/202417上海大学常用减速器类型特点常用减速器类型特点9/24/202418上海大学常用减速器类型特点常用减速器类型特点9/24/202419上海大学常用减速器类型特点常用减速器类型特点9/24/202420上海大学常用减速器类型特点常用减速器类型特点9/24/202421上海大学电动机选择电动机选择类型结构类型结构选用Y系列三相异步电机系列三相异步电机。 结构简单，工作可靠、起动特性好，价格合适，维护方便。可适用机床、运输机、风机、搅拌机、食品机械等见p185 表16-1, 16-3电机额定功率电机额定功率 额定功率为电机容量。 Ped 工作机所需电机功率Pd。过小 超载、发热、损坏；过大，能力未发挥，浪费，价高9/24/202422上海大学电动机选择电动机选择确定电动机的转速确定电动机的转速额定转速nm、同步转速nd同步转速一般有：3000rpm (2极)； 1500rpm (4极) 1000rpm (6极)； 750rpm (8极)同步nd转速增加磁极对数减小，重量、尺寸减小，价低。但与工作机要求转速nw差距增加传动系统总传动比增加传动装置重量、尺寸、成本都增加一般选用 nd=1500rpm nm=1440rpm nd=1000rpm nm=960rpm 9/24/202423上海大学总传动比及其分配总传动比及其分配 传动装置总传动比传动装置总传动比 由电动机满载转速nm和工作机转速nw确定9/24/202424上海大学传动比分配传动比分配各级传动比应在推荐范围内选取，如表2-1所示。传动零件尺寸协调，避免干涉、碰撞。 传动装置外廓尺寸紧凑、重量小。 尺寸紧凑、浸油深度好。两级大齿轮浸油深度接近，应使i1i2 展开式 同轴式圆锥-圆柱齿轮减速器 i13，i10.25i9/24/202425上海大学传动比分配传动比分配9/24/202426上海大学传动比分配传动比分配9/24/202427上海大学各轴运动和动力参数计算各轴运动和动力参数计算通常专用机专用机应由工作机的功率Pw，所需电机功率Pd和电机额定转速来计算各轴的输入功率和转速。通用机通用机可由电动机额定功率Ped和额定转速来计算各轴的输入功率和转速 。 现按电动机额定功率、额定转速计算的各轴的动力、运动参数。9/24/202428上海大学各轴运动和动力参数计算各轴运动和动力参数计算电机轴 P0=Ped n0=nm 1轴 2轴 3轴 9/24/202429上海大学各轴运动和动力参数计算各轴运动和动力参数计算计算结果可列表对传动零件计算用输出功率输出功率，保守可用输入功率。9/24/202430上海大学传动零件设计传动零件设计方案方案A：带传动齿轮传动 (二级)联轴器选用方案方案B：联轴器选用锥齿轮传动斜齿轮传动链传动注意：注意：阅读P19P21和教科书机械设计中例题9/24/202431上海大学传动零件设计传动零件设计带传动：带传动： 传动比i2.5， 避免大带轮过大，与电机或减速器中心高不匹配。V带型号、长度、根数；带轮材料、结构、轮毂长度l=(1.52)d。链传动：链传动： Zmin17， Zmax120；链节数 lp 取偶数链条节距 p、链条排数；链轮材料与结构9/24/202432上海大学传动零件设计传动零件设计齿轮传动：齿轮传动：材料 45或40Cr热处理： 小齿轮调质 220240HB；大齿轮正火 190210HB (软齿面)计算准则 闭式软齿面齿轮设计闭式软齿面齿轮设计： 齿面接触齿面接触，齿根弯曲齿根弯曲定 mn d1 da df Z b1 b2 (斜齿轮)或 m d1 da df Z R b (锥齿轮)可用螺旋角来修正中心距，圆整a9/24/202433上海大学传动零件设计传动零件设计mn应圆整应圆整，取标准模数；a可以圆整，但应变化；b1，b2应圆整应圆整，b1-b2=5mm10mm；d1、df、da应计算保留小数点保留小数点后二位选用联轴器：选用联轴器：建议选用弹性套柱销联轴器 表13-4 P140按Tca与n来选择型号、规格、尺寸 TcaT，nn轴径与联轴器孔径匹配9/24/202434上海大学轴的设计及轴系展开草图轴的设计及轴系展开草图 轴的最小直径估算轴的最小直径估算材料 45； PKw，nrpm一个键槽放大57%，二个键槽放大1015%，再圆整画轴系展开草图画轴系展开草图 (按比例画)考虑：轴上零件、轴与轴之间、轴与轴承及轴承与箱体之间关系，零件定位、固定方式次序次序：主要零件 次要零件；箱内零件 箱外零件画零件中心线、轮廓线及内部结构，以俯视图为主，兼顾其他视图9/24/202435上海大学9/24/202436上海大学9/24/202437上海大学轴的设计及轴系展开草图轴的设计及轴系展开草图箱体结构箱体结构 剖分式箱体特点：装拆方便；无互换性、配对加工；结合面防漏；轴承旁联螺栓紧密要求。箱体壁厚 、1凸缘厚度 b、b1箱体底座厚度 b2外箱壁至轴承座端面距离 l1=c1+c2+(510)结合面宽度 l2=l1+ 9/24/202438上海大学箱体结构箱体结构9/24/202439上海大学9/24/202440上海大学轴轴的的结结构构9/24/202441上海大学轴上零件定位与固定轴上零件定位与固定简支轴简支轴 ：定位轴肩 高度 表4-3 固定轴承时要便于拆卸轴承非定位轴肩 直径差值 13mm轴向定位 防止过定位 9/24/202442上海大学9/24/202443上海大学小锥齿轮轴悬臂支承结构组合小锥齿轮轴悬臂支承结构组合l1=2l2 或或 l1=2.5d 9/24/202444上海大学9/24/202445上海大学9/24/202446上海大学二二级级圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器初初绘绘草草图图9/24/202447上海大学一一级级圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器初初绘绘草草图图9/24/202448上海大学一一级级圆圆柱柱齿齿轮轮减减速速器器初初绘绘草草图图9/24/202449上海大学圆柱圆柱-圆锥齿轮减速器初绘草图圆锥齿轮减速器初绘草图9/24/202450上海大学轴、轴承的计算轴、轴承的计算对高速轴进行强度校核对高速轴进行强度校核 弯扭组合强度校核 疲劳强度校核对轴承进行寿命计算对轴承进行寿命计算 (高速轴)9/24/202451上海大学