机械设计基础精品课课程设计.docx
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机械设计基础精品课课程设计
机械设计基础精品课—课程设计
引 言
课程设计是机械设计基础课程重要的教学环节，是培养学生机械设计能力的技术基础课。
在本设计中要求学生明确学习目的，端正学习态度；理论联系实际，综合考虑问题，力求设计合理正确；正确处理继承和创新的关系，正确处理理论计算和结构、工艺要求之间的关系；正确使用标准和规范，提高产品的设计质量。
机械设计基础课程设计教学大纲
一、课程设计设计的性质、目的
机械设计课程设计是机械设计课程的重要实践性环节，是学生在校期间第一次较全面的设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。
本课程设计的教学目的是：
1．通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力。
2．学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律。
3．进行机械设计基本技能的训练：
例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。
二、课程设计的主要内容与基本要求
课程设计一般选择机械传动装置或简单机械作为设计题目（比较成熟的题目是以齿轮减速器为主的机械传动装置），设计的主要内容一般包括以下几个方面：
（1）拟定、分析传动装置的设计方案；
（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；
（3）进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、联轴器、键等
（4）绘制减速器装配图；
（5）绘制零件工作图；
（6）编写设计计算说明书。
课程设计要求在2周时间内完成以下任务：
（1）绘制减速器装配图一张（A1）
（2）零件工作图1—2张
（3）设计说明书一份（齿轮、轴、箱体等）
（4）答辩
三、时间分配
1
准备阶段
第一周
星期一至星期二
1.5天
2
传动装置总体设计阶段
第一周
星期二至星期三
1天
3
传动装置设计计算阶段
第一周
星期三至星期四
1.5天
4
减速器装配图设计阶段
第一周
星期五至星期六
2天
第二周
星期一至星期二
2天
5
零件工作图绘制阶段
第二周
星期三
1天
6
设计计算说明书编写阶段
第二周
星期四
1天
7
设计总结和答辩阶段
第二周
星期五
1天
机械设计基础课程设计指导
（一）传动装置的总体分析
1、拟定传动方案
传动装置的设计方案一般用运动简图表示。
它直观地反映了工作机、传动装置和原动机三者间的运动和力的传递关系。
满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。
合理的方案首先应满足工作机的性能要求，保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。
一种方案要同时满足这些要求往往是困难的，因此要通过分析比较多种方案，选择能满足重点要求的较好传动方案。
如图所示带式运输机的四种传动方案示意图：
方案一：
采用V带传动与齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲、吸振性能，可适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。
缺点是传动尺寸较大，V带使用寿命较短。
方案二：
传动效率高，使用寿命长，但要求大起动力矩时，起动冲击大，使用维护较方便。
方案三：
能满足传动比要求，但要求大起动力矩时，链传动的抗冲击性能差，噪音大，链磨
损快寿命短，不易采用。
方案四：
传动效率高，结构紧凑，使用寿命长。
当要求大起动力矩时，制造成本较高。
以上四种传动方案都可满足带式输送机的功能要求，但其结构性能和经济成本则各不相同，一般应由设计者按具体工作条件，选定较好的方案。
常用传动机构的布置原则：
（1）带传动的承载能力较小，传动平稳，缓冲吸振能力较强，宜布置在高速级。
（2）链传动运转不均匀，有冲击，宜布置在低速级。
（3）蜗杆传动效率较低，但传动平稳，当与齿轮副组成传动机构时，宜布置在高速级。
（4）开式齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不好，因而磨损严重，寿命较短，应布置在低速级。
（5）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。
2、电动机选择
（1）选择类型和结构形式
一般选用系列三相异步电动机。
经常启动、制动和正反转的电动机，其结构形式有防滴式，封闭自扇冷式和防爆式等根据要求选择。
常用系列三相异步电动机的技术要求和外形尺寸见《简明机设计手册》或其它手册。
（2）选择电动机
电动机的功率对电动机的正常工作和经济性能都有影响。
功率过大或过小都不能使电动机发挥其正常的效能。
对于载荷稳定、连续运转的机械，通常只需电动机的额定功率Pd大于或等于所需电机功率Pw。
（1）变载下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短，停歇时间较长）和重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都不长），电动机的额定功率选择要按等效功率法计算并进行发热验算。
（2）长期连续运转、载荷不变或很少变化的机械，要求所选电动机的额定功率
稍大于所需电动机输出的功率
，则一般不需校验电动机的发热和起动力矩。
1）所需电动机输出的功率
=
（kw）
──工作机器的输出功率（kw）
──由电动机到工作机的总效率
2）工作机器的输出功率
若已知工作机器的阻力F（N），圆周速度υ（m/s），则
=
（kw）
若已知作用在工作机器上的转矩T（N.m）及转速
（r/min），则
＝
（kw）
3）由电动机到工作机器的总效率
=
·
·
…
式中η1·η2·η3…ηw为各级传动（齿轮、带或链）、一对轴承、每个联轴器的效率。
各种传动效率的数值见表。
在进行效率计算时，还应注意以下几点：
①轴承效率指一对而言，如一根轴上有三个轴承时，按两对计算。
②同类型的多对传动副，要分别计入各自的效率。
请注意：
设计计算所依据的功率，可以是电动机的额定功率
，也可是工作机实际需要的功率
，对于通用机械，常用电动机的额定功率
作为设计功率。
对于传动装置的设计功率，一般按实际需要的电动机功率
。
转速按电动机额定功率时的转速nm（满载转速，不等于同步转速）计算。
3、确定传动比
传动装置的总传动比可由电动机满载转速和工作机转速之比得到，总传动比为各级传动比连乘积。
n=（
·
·
·…·
）
合理分配总传动比，可使传动装置的外形小或重量轻，以实现降低成本和结构紧凑的目的；也可以降低齿轮的动载和传动精度等级的要求；还可以使齿轮有较好的润滑条件。
在传动比分配时，主要考虑以下几点：
（1）各级传动比都应在各自的合理范围内，以保证传动形式的工作特点和结构紧凑。
（2）分配各传动形式的传动比时，应注意各传动件尺寸协调、结构合理。
（3）各传动件不能发生碰撞
（4）在二级减速器中，高速级和低速级的大齿轮直径应尽量相近，以利于浸油润滑。
4、计算传动装置的运动和动力参数
为进行传动件的设计计算，应首先推算出各轴的转速、功率和转矩。
一般按电动机至工作机之间运动传递的路线推算出各轴的运动和动力参数。
（具体参见《机械设计基础指导书》）
（二）传动零件的设计计算
设计减速器的装配图前，必须先计算各级传动件的参数，确定其尺寸，并选好联轴器的类型和规格。
为使设计减速器的原始条件比较准确，一般先计算减速器的外传动件，如带传动、链传动和开式齿轮传动等，然后计算其内传动件。
1、选择联轴器的类型和规格
传动装置中一般有两个联轴器，一个是联接电动机与减速器高速轴的联轴器，另一个是联接减速器低速轴与工作机轴的联轴器。
前者由于转速较高，为了减小起动载荷、缓和冲击，应选用具有较小转动惯量的弹性联轴器，如弹性柱销联轴器等；后者由于所联接的转速较低，传递的转矩较大，减速器与工作机常不在同一底座上而要求有较大的轴向偏移，常选用无弹性元件的挠性联轴器，如十字滑块联轴器等。
对于标准联轴器，按传递扭矩的大小和转速选择型号。
选择时注意：
该型号最大、最小孔径尺寸必须与两联接轴相适应。
2、设计减速器外传动零件
设计方法参见《机械设计基础》教材。
设计时注意事项：
（1）带传动
采用普通V带或窄V带传动
（1）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对称，其轴孔直径是否与电机轴径是否一致，大带轮是否过大与机架相碰。
。
（2）带轮的结构型式主要取决于带轮直径的大小。
带轮直径与电动机的中心高应相称，带轮轴孔的直径、长度应与电机轴的直径、长度对应，大带轮的外圆半径不能过大，否则会与机器底座相干涉等。
（3）带轮直径确定后，应验算实际传动比和大带轮的转速，并以此修正减速器的传动比和输入转矩。
2、链传动
（1）应使链轮的直径、轴孔尺寸等与减速器、工作机相适应。
应由所选链轮的齿数计算实际传动比，并考虑是否需要修正实际传动比。
（2）如果选用的单列链尺寸过大，则应该选双列链。
画链轮结构图时只需要画其轴面齿形图。
3、开式齿轮传动
（1）开式齿轮传动一般布置在低速级，常采用直齿齿轮。
因开式齿轮的传动润滑条件差，磨损严重，因此只需计算轮齿的弯曲强度，再将计算模数增大10%—20%
（2）应选用耐磨性好的材料作为齿轮材料。
选择大齿轮的材料时应考虑毛坯尺寸和制造方法，例如当齿轮尺寸超过50mm时，应采用铸造毛坯。
（3）由于开式齿轮的支承刚度小，其齿宽系数应取小些。
3、设计减速器内传动零件
设计时应选择正确的设计准则，计算出减速器各齿轮的参数，主要为：
模数、齿数、螺旋角、齿轮宽度、传动中心距，并计算出各齿轮的主要尺寸。
计算中应注意以下问题：
（1）选择齿轮材料时，通常先估计毛坯的制造方法，当齿轮直径d≤500mm时，可以采用锻造或铸造毛坯，当d＞500mm多用铸造毛坯。
小齿轮根圆直径与轴径接近时，齿轮与轴如制成一体，则所选材料应兼顾轴的要求。
材料种类选定后，根据毛坯尺寸确定材料机械性能，以进行齿轮强度设计。
在计算出齿轮尺寸后，应检查与所定机械性能是否相符，必要时，应对计算作必要的修改；同一减速器中的各级小齿轮（或大齿轮）的材料应尽可能一致，以减少材料牌号和工艺要求。
（2）齿轮传动的计算方法，由工作条件和材料的表面硬度来确定。
要注意当有短期过载作用时，要进行过载静强度校验计算。
（3）根据Фd＝b／d1求齿宽b时，b应是一对齿轮的工作宽度，为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，因此大齿轮宽度取b，而小齿轮宽度取bl＝b+（5～10）mm，齿宽数值应圆整。
（4）齿轮传动的几何参数和尺寸有严格的要求，应分别进行标准化、圆整或计算其精确值。
例如模数必须标准化，中心距和齿宽尽量圆整，啮合尺寸（节圆、分度圆、齿顶圆以及齿根圆的直径、螺旋角、变位系数等）必须计算精确值，长度尺寸准确到小数点后2～3位（单位为mm），角度准确到秒。
圆整中心距时，对直齿轮传动，可以调整模数m和齿数z；对斜齿轮传动可以调整螺旋角β。
（5）齿轮结构尺寸，如轮缘内径D1、轮辐厚度C1、轮辐孔径d。
、轮裁直径d，和长度L等，按参考资料给定的经验公式计算，但都应尽量圆整，以便于制造和测量。
注意：
各级大、小齿轮几何尺寸和参数的计算结果应及时整理并列表，同时画出结构简图，以备装配图设计时应用。
机械设计基础课程设计题目
题目一：
设计一台带式运输机中使用的单级直齿圆柱齿轮减速器。
原始数据：
运输带传递的有效圆周力F=4000N，运输带速度V=0.75m/s，滚筒的计算直径D=300mm，原动机为电动机，齿轮单向传动，有轻微冲击，工作时间10年，每年按300天计，单班工作（每班8小时）。
题目一带式运输机传动示意图
题目二:
设计零件清洗运输装置中的一级斜齿圆柱齿轮减速器。
原始条件：
运输带传递的有效圆周力F=6500N，运输带速度V=0.42m/s，滚筒的计算直径D=400mm，原动机为电动机，齿轮单向传动，工作平稳，有轻微冲击，双班制工作，运输带速度允许误差正负5%，工作年限为10年，每年按300天计，单班工作（每班8小时）。
察看
题目二带式运输装置传动示意图
机械设计基础课程设计范例
设计题目:
试按下列一组数据，设计一带式输送机的传动装置，传动简图如下。
工作条件及要求：
用于运输碎粒物体，工作时载荷有轻微冲击，输送带允许速度误差±4％，二班制，使用期限10年（每年工作日300天），连续单向运转。
设计原始数据于下表：
组别
运输带牵引力FW
（N）
运输带速度VW
（m/s）
传动滚筒直径D
（㎜）
1
2600
1．25
320
2
3500
1．45
420
带式输送机的传动装置简图
1、电动机； 2、三角带传动； 3、减速器； 4、联轴器；
5、传动滚筒； 6、皮带运输机
设计的基本步骤：
一、电动机的选择及运动参数的计算
一般电动机均采用三相交流电动机，如无特殊要求都采用三相交流异步电
动机，其中首选Y系列全封闭自扇冷式电动机。
电动机的选择
1、确定皮带输送机所需功率
PW=FW·VW/1000（kw） 式（1—1）
2、传动装置的效率
3
η=η1·η2·η3·η4·η5 式（1----2）
式中：
η1-----三角带传动效率
η2-----齿轮传动效率
η3-----滚动轴承的效率
η4-----联轴器的效率
η5-----运输机平型带传动效率
常见机械效率参见附表1
3、电动机的选择
电动机的额定功率：
P≥PW/η=FW·VW/η（kw） 式（1---3）
4、确定电动机的转数：
（1） 滚筒轴的工作转速为：
nW=60×1000VW/ΠD（r/min） 式（1---4）
式中：
VW-----皮带输送机的带速
D----滚筒的直径
（1） 电动机的转速：
nˊ=iˊnW 式（1----5）
式中：
iˊ是由电动机到工作机的减数比
iˊ=i1ˊ·i2ˊ·i3ˊ····inˊ 式（1----6）
i1ˊ·i2ˊ·i3ˊ····inˊ是各级传动比的范围。
按nˊ的范围选取电动机的转速n
（2）常用机械传动比的范围见附表2
5、列出电动机的主要参数
电动机额定功率P（KW）
电动机满载转速nm（r/min）
电动机轴伸出端直径d（mm）
电动机轴伸出端的安装高度（mm）
电动机轴伸出端的长度（mm）
常用机械传动效率 附表1
机械传动类型
传 动 效 率
圆柱齿轮传动
闭式传动0.96—0.98（7-9级精度）
开式传动0.94—0.96
圆锥齿轮传动
闭式传动0.94—0.97（7-8级精度）
开式传动0.92—0.95
带传动
平型带传动
0.95—0.98
V型带传动
0.94—0.97
滚动轴承（一对）
0.98—0.995
联轴器
0.99-0.995
常用机械传动比范围 附表2
传动类型
选用指标
平型带
三角带
齿轮传动
功率（KW）
小（20）
中（≤100）
大（最大可达50000）
单级传动比
（常用值）
2---4
2---4
圆柱
圆锥
3---5
2---3
最大值
6
15
10
6---10
二、总传动比的计算及传动比的分配
（1）传动装置总传动比
i=nm/nW 式 （2-----1）
（2）分配传动装置各级传动比
i=i1·i2·i3····in 式（2---2）
式中：
i1、i2、i3····in从附表2中选值
三、传动装置的运动和动力参数的计算
1、各轴的功率计算：
P1=Pη1·η3 式（3--—1）
P2=Pη1·η2·η3 式（3----2）
2、各轴的转速计算：
（1） 高速轴转速 n1=nm/i1 （r/min） 式（3----3）
（2）低速轴转速 n2=nm/（i1·i2） （r/min） 式（3----4）
3、各轴扭矩的计算：
TK=9.55×10×PK/nK （N.mm） 式（3-----5）
四、三角带传动设计
1、选择三角带型号；
2、选择带轮的基准直径，并验算带速（5m/s≤V≤25m/s）；
3、确定中心距和带长，验算小轮包角；（α1≥120°）
4、按许用功率计算带的根数；
5、确定作用在轴上的压力；
6、确定带轮的结构和尺寸（只要求绘制大带轮的零件图）；
五、齿轮传动设计
1、参考教材步骤设计这一对齿轮的尺寸（只要求绘制大齿轮的
零件图）；
2、选择齿轮传动的润滑油粘度、润滑方式；
六、轴的设计
参考教材的附加内容的例子及设计步骤进行设计，只要求低速轴的设计并绘
制低速轴的零件图。
七、滚动轴承的选择（低速轴）
按教材选择步骤进行滚动轴承的选择，并确定润滑方式。
八、键的选择及强度校核（低速轴的键），键的尺寸选择可参照《公差与配合》教材的相关章节。
九、联轴器的选择（低速轴），参考第十五章。
主要检验它的转速和转矩。
联轴器的类型选择可参照《机械设计手册》
十、绘制各种规格的零件图、装配图
1、零件图的绘制:
图面全部用A3号纸绘制，比例可用1：
1或1：
2图面布置合理，线型正确和清晰，符号国家的制图标准，公差尺寸配合正确，结构合理，连接部分应圆滑，技术要求一律写在右上角，标的字母、数字、汉字应做到：
字体端正、排列整齐、间隔均匀，汉字应写成仿宋体。
2、装配图的绘制：
用1号图纸，比例可用1：
1或1：
2绘制三个视图；
十一、 编写设计计算说明书
1、设计计算说明书的内容概括如下：
（1）目录。
（2）设计任务书。
（3）电动机的选择。
（4）计算传动装置的运动和动力参数。
（5）三角带传动设计。
（6）齿轮的设计计算。
（7）轴的设计计算。
（8）滚动轴承的选择及计算。
（9）键联接的选择及校核计算。
（10）联轴器的选择。
（11）润滑与密封（润滑与密封方式的选择、润滑剂的选择）
（11）设计小结（本设计的优缺点、及课程设计的体会）。
（12）参考资料目录。
还可以包括一些其它技术说明，例如装拆、安装的注意事项，维护保养的
要求等。
2、编写说明书的要求（一律用word编制打印）
（1）设计计算说明书要求论述清楚，文字精炼，计算正确。
（2）说明书一律采用A4纸按一定格式打印，装订成册，封面格式可参照
图1，说明书格式可参照图2。
（3）说明书中应附有必要的插图。
（4）计算中所引用的公式和数据应有根据，并注明其来源（如由资料[]
p．×式（×-×）等）。
（5）说明书中每一自成单元的内容，应有大小标题，使其醒目便于查阅。
（6）计算过程应层次分明。
一般可列出计算内容，写出计算公式，然后
代入数据，略去具体验算过程，直接得出计算结果，并写上结论性用语，
如“合格”、“安全”、“强度足够”等。
对技术计算出的数据，需圆整的应
予圆整，属于精确计算的不得随意圆整。
3、设计计算说明书
刘月花编写
二００七年五月十五日
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