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第五章机械装配图设计1机械装配图设计第一阶段如图5-1,机械装配图表达各零部件之间的相互位置,尺寸关系和各零件的结构形状,是绘制零件工作图,进行机械组装和调试的技术依据。装配图设计是在总体方案,主要参数和尺寸等初步拟订的基础上设计具体的结构;这时要综合考虑工作要求,强度,刚度,寿命,加工,装拆,调整,润滑,检测,维修及经济等多方面的因素,采用“由主到次,由粗到细”,“边绘图,边计算,边修改“的方法逐步完成,才能得到较好的结构。由于装配图设计过程常较复杂,一般先用细线,轻线进行装配图草图设计,待检查修改完后再进行装配工作图总成设计装配草图的设计和绘制一、装配草图设计的基本任务和准备工作装配草图设计的基本任务是通过绘图考察初拟的运动参数、各传动件的结构和尺寸是否协调、是否干涉;定出轴的结构、跨距和受力点的位置以计算轴和轴承;确定出所有部件和零件的结构与尺寸,为零件工作图设计和装配图总成设计提供必须的结构尺寸和依据。步骤装配草图设计的准备工作主要有两方面:1.由运动简图划分部件,明确各部件运动、动力和主要参数及尺寸如图5—1所示运动简图可以划分为电动机、V带传动、减速器、联轴器、驱动卷筒轴系部件及机架等部件.由总体设计、传动件设计可获得电动机的型号、额定功率、输出功率、满载转速,各轴的转速、输入功率和转矩,减速器两齿轮的模数、齿数、轮宽、中心距和圆周速度,v带传动的型号、带长,根数、两V带轮的宽度,基准直径和中心距等主要参数和尺寸数据2.考虑选择结构方案运动简图通常仅表示机械传动系统和布局大意,进行装配草图设计时应进一步考虑选择结构方案。如按图5—1所示胶带输送机的工作要求、运动简图及其主要参数和尺寸数据,可考虑为:V带传动——用于键和电动机、齿轮减速器相联,并由电动机在轨上调整张紧力;减速器——水平剖分式、干壁式、铸造箱体,齿轮浸油润滑,轴承脂润滑并设封油环,采用深沟球轴承、两端单向固定,螺钉联接式轴承盖并用调整垫片组调整轴系位置和间隙,轴伸出处采用毡圈密封,驱动卷筒轴系部件——铸造卷筒用平键、紧定螺钉与轴固定.剖分式滚动轴承座支承;机架——槽钢焊接结构机架,用螺栓分别与电动机滑轨、减速器、卷筒轴轴承座联接;联轴器——滑块联轴器,用于键与减速器输出轴、驱动卷筒主轴联接.二、部件装配草图的设计和绘制在组成机械的各部件中应选择对机械总体关联和影响最大的部件先行设计,胶带输送机中考虑为齿轮减速器。现以该直齿圆柱齿轮减速器为例,说明部件装配草图设计和绘制的大致步骤。选择视图、图纸幅面、图样比例及布置图面位置装配图所选视图应以能简明表达各零件的基本外形及其相互位置关系为原则。一般减速器选用正视图、俯视图和侧视图三个视图来表达,结构简单者也可选用两个视图;必要时应加剖视图和局部向视图来表达。图纸幅面应符合标准规定(见设计手册),课程设计中建议采用A1或Ao号图纸绘制装配图。图面布置在选择图样比例和布置图面之前应根据传动件的中心距、顶圆直径及轮宽等主要结构尺寸及参考相近似的装配图,估计出外廓尺寸,并考虑零件序号、尺寸标注、明细表、标题栏、技术特性表及技术要求的文字说明等所需田面空间,选择图样比例、合理布置田面.通常将正视图和俯视图布置在图纸左侧,明细表、标题栏和技术特性布置在图纸右侧。图样比例须符合标准规定,为增强设计的真实感,应优先采用l:1的图样比例,若视图相对图纸尺寸过大或过小时,也可选用其他合适且常用的图样比例。视图、图纸幅面,图样比例的选择和图面位置的布置,彼此密切相关,绘图时应全盘考虑、统筹兼顾、合理选定。2.画传动件的中心线及轮廓线、箱体的内壁线传动件、轴和轴承是减速器的主要零件,其他零件的结构和尺寸通常均需随后设计才能确定.绘图时先画主要零件,后画其他零件,由箱内零件画起,内外兼顾,逐步向外展开。为此,应先画传动零件的中心线(在图面上也起到基准定位的作用)、齿顶圆、节圆、齿根圆、轮缘及轮毂宽等轮廓线,按箱体内壁与小齿轮端面应留有一定间距(为箱座壁厚)的关系画出沿箱体长度方向的两条内壁线,再按箱体内壁与大齿轮顶圆应留有一定间距△1≥1.2δ的关系画出沿箱体宽度方向的一条内壁线,画图时应以一个视图为主,兼顾几个视图。对于圆柱齿轮减速器,小齿轮顶圆与箱体内壁间的距离暂不确定,待进一步设计结构时,再由正视图上箱体结构的投影确定。装配草图装配草图这一阶段一些零部件的结构和尺寸的决定方法如下:(1)初步计算轴径当轴的支承距离未定时,无法由强度确定轴径,要用初步估算的办法,即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d,计算公式为:式中:P一轴所传递的功率,kw;n——轴的转速,r/min;A一一由轴的许用切应力所确定的系数,其值可查有关教材。3nPAd(1)初步计算轴径对外伸轴,初算轴径常作为轴的最小直径(轴端直径),这时应取较小的A值;对非外伸轴,初算轴径常作为轴的最大直径,应取较大的A值。当外伸轴通过联轴器与电动机联接时,则初算直径d必须与电动机轴和联轴器孔相匹配,必要时应改变轴径d(或增或减)。(2)确定机体内壁和轴承座端面的位置几种典型减速器在这一步骤中所绘制的具体内容分别为:a)一级圆柱齿轮减速器,如图所示。b)二级圆柱齿轮减速器,如图30所示。c)圆锥一圆柱齿轮减速器,如图31所示。d)蜗杆减速器,如图32所示。一级圆柱齿轮减速器二级圆柱齿轮减速器圆锥一圆柱齿轮减速器蜗杆减速器图中:△1、△2。——分别为大齿轮顶圆(蜗轮外圆)和齿轮端面与机体内壁之间应留有的间隙,以I免铸造机体时的误差造成间隙过小甚至齿轮(蜗轮)与机体相碰。△1、△2值由I查表得;小齿轮与机体内壁距离暂不定。L——内壁距离,其值应圆整;Il2——内壁至轴承座端面距离,与考虑扳手空间的c1、c2值有关,见图33;IB——轴承座端面距离,其值应圆整;I△3——轴承内侧至机体内壁之间的距离。如果轴承用机体内润滑油润滑,△3值见图a;如轴承采用油脂润滑,则需安装挡油板,△3值见图b;l2——内壁至轴承座端面距离△3——轴承内侧至机体内壁之间的距离对蜗杆减速器为了提高蜗杆轴刚度,应尽量缩小其支点距离,因此,蜗杆轴承座常伸到机体内侧,为保证间隙△1,,常将轴承座内端面作成斜面,如图a、b所示。蜗轮轴的支点距离P一般由机体宽度-厂确定,而f=D2。也可采用图b、c、d的结构,其支点距离P小于前者.对于整体式蜗杆减速器的机体其机体内壁位置可参下图。S>2m+(DW-da2)/2D>DWL>2BT=(1.2-1.5)δH=2.5δ(3)轴的结构设计设计轴的结构时,既要满足强度的要求,也要保证轴上零件的定位、固定和装配方便,并有良好的加工工艺性,所以轴的结构一般都做成阶梯形。轴的结构设计,是以上述初步计算轴径为基础进行的。阶梯轴的径向尺寸(直径)的变化是根据轴上零件受力情况、安装、固定及对轴表面粗糙度、加工精度等要求而定的。阶梯轴的轴向尺寸。(各段长度)则根据轴上零件的位置、配合长度及支承结构确定。轴结构和具体尺寸可按下述方法确定:a)轴的径向尺寸当直径变化处的端面是为一固定轴上零件或承受轴向力时,则直径变化值要大些,一般可取(6~8)mm。如图中直径d和d1、d2和d3、d4和d5的变化,都是为了轴上零件的定位,所以变化大些。这时过渡圆角半径r’(图c)应小于轴孔的倒角c和轴肩高h。当用凸肩固定滚动轴承时(图39a),过渡圆角半径r(图39c)应小于轴承孔的圆角半径,rg值可查轴承手册。而且轴肩(或套筒)直径D应小于轴承内圈的外径(图a、6),以便于拆卸轴承。D的允许值D1可由轴承手册中查得。图39d、e的结构不正确滚动轴承固定方式当轴径变化仅为了装配方便或区别加工表面不承受轴向力也不固定轴上零件时,则相邻直径变化较小,稍有差别甚至是公差即可,其变化量可取1~3mm。如图中d1和d2、d‘2和d3。的变化是为了使轴承和齿轮装配方便。如d2段长,可在d2和d3之间增加轴段d‘2,则d‘2段的表面粗糙度和精度都可以低于轴段d2,改善了轴的工性。这些轴径变化处的端面都不与其他零件接触。在图中,如取d=22mm,则其他直径可取为d1=28mm,d2=30mm,d3=32mm,d4=40mm,d5=30mm。当轴上装有滚动轴承、密封等标准件时,轴径应取相应的标准值。6)轴的轴向尺寸轴表面需要精加工、磨削或切螺纹时,轴径变化处应留有退刀槽,如图40所示。退刀槽尺寸可查手册轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的,而轮毂宽度一般都是和轴的直径有关,确定了直径,即可确定轮毂宽度,但在确定这些长度时,必须注意直径变化的位置.装配草图设计如图所示,。轴的端面与零件的端面应留有距离L,以保证零件端面与套筒接触起到舟向固定作用.一般可取L=1~3mm。图b是不正确的结构,因制造有误差时,将不能保证零轴向定位.装配草图设计在装键的轴段,应使键槽靠近直径变化处,如图所示,以便在安装时,使零件1键槽与轴上的键容易对准。图c是不正确的结构。采用过盈配合(s以上)固定轴上零件为了便于装配,直径变化可用锥面过渡,锥面大端应在键槽直线部分,如图44所示,这时可不用增加轴向固定的套筒。如一根轴上有多个键,在轴径相差不大时,可取同一尺寸的键,以便用一把刀具加工。装配草图设计轴承的型号根据轴的直径可初步选出,一根轴上宜取同一规格的轴承,使轴承孔可一次镗出,保证加工精度。轴承在轴承座中的位置见图34.轴的外伸长度与外接零件及轴承端盖的结构有关。装配草图设计如轴端装有联轴器,则必须留有足够的装配尺寸例如弹性圈柱销联轴器(图45a)就要求有装配尺寸A。采用不同的轴承端盖结构,将影响轴外伸的长度。当用凸缘式端盖(图45b)时,轴外伸长度必须考虑拆卸端盖螺钉所需的足够的长度L,以便在不拆卸联轴器的情况下,可以打开减速器机盖。如外接零件的轮毂不影响螺钉的拆卸L可小些.装配草图设计圆锥齿轮的高速轴多作成悬臂结构(图46),轴承支承距离l1=2l2,或l1=2.5d.d为轴承处直径。为保证刚度,l1。不宜太小,并尽量减小l2.。为保证圆锥齿轮传动的啮合精度,装配时需要调整大小圆锥齿轮的轴向位置,使两轮锥顶重合。因此小圆锥齿轮轴和轴承通常放在套杯内,用套杯凸缘内端面与轴承座外端面之间的一组垫片调整小圆锥齿轮的轴向位置(图47a)。套杯右端的凸肩用以固定轴承。套杯厚度δ。如图所示,凸肩高度应D不应小于轴承外圈的内径,以免造成拆卸轴承外圈的困难.小圆锥齿轮轴采用角接触轴承时,轴承有两种布置方案,如图48所示,。a图为轴承面对面,b图为轴承背靠背。两种方案的轴结构、刚度和轴承固定方法不同,方案b的轴刚度较大。对方案a,轴承固定方法视小圆锥齿轮与轴的结构关系而异。图47a是齿轮轴结构的轴承固定方法,两个轴承的内圈各端面都需要固定而外圈各固定一个端面。这种结构当齿轮顶圆d。·D时,轴承是在套杯内进行安装,很不方便。·图49是齿轮与轴分开的结构,其轴承只在内、外圈固定一个端面。这种结构,安装轴承方便。上述两种结构的轴承间隙都是通过调片以调整轴承端盖位置来保证的。对方案b,轴承固定和调整方法也和轴与齿轮的结构有关。图50为齿轮轴结构;图51轮与轴分开的结构。两种结构的轴承安装都要在套杯内进行,很不方便,而且轴承间隙靠母调整也很麻烦,所以轴的刚度虽大,但用得较少。当承受较大径向载荷时,可采用短圆柱滚子轴承承受径向力和用向心球轴承承受轴向力,后者外圈不应与孔接触,以避免承受径向力。具体结构见图52。图53为短套杯结构,轴承一端固定、一端游动,结构简单,装配方便。图54是将套杯做成独立部件,这种结构可以减小机体长度,简化机体结构。这时,应注意套杯刚度,可取轴承座厚度δ2≥1.5δ,δ为机体壁厚,并增加支承肋。轴的支点距离和力作用点的确定根据轴上零件的位置,可以定出轴的支点距离和轴上零件的力作用点位置(图61、62、63l。当采用角接触轴承时,支点位置应取离轴承外圈端面的a处,如图60
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