机械零件课程设计基本要求讲解.docx
《机械零件课程设计基本要求讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械零件课程设计基本要求讲解.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械零件课程设计基本要求讲解
《机械零件课程设计》的基本要求
一、设计题目的选择
由指导教师按《机械设计课程设计指导书》中推荐的设计课题。
二、设计课题基本要求
设计对象：
带式运输机的传动装置
每组按设计参数不同，按要求进行设计。
设计题目格式：
带式运输机的传动装置——一级减速器设计
三、成果要求
（一）设计计算说明书一份（约4000~6000字）
设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计过程的整理与总结，同时也是审核设计合理与否的重要技术文件。
内容包括目录、任务书、设计说明书、参考资料等。
必须按《机械设计课程设计指导书》中要求的格式。
1．设计计算说明书的内容
设计计算说明书的内容概括如下：
（1）目录。
（注意最后编页号，便于修改）
（2）设计任务书。
（见后面样本，只写自己的参数。
单独一页）
（3）传动方案的拟定。
（4）电动机的选择。
（5）计算传动装置的运动和动力参数。
（6）齿轮、带轮等传动件的设计计算。
（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）减速器附件的选择。
（12）润滑与密封（润滑与密封方式的选择、润滑剂的选择）。
（13）设计小结（本设计的优缺点、改进意见及课程设计的体会）。
（14）参考资料目录。
还可以包含一些其它技术说明，例如装拆、安装的注意事项，维护保养的要求等。
2．课程设计总结（与说明书装订在一起）
1）课程设计总结的目的
课程设计总结主要是对设计工作进行分析、自我检查和评价，以帮助设计者进一步熟悉和掌握机械设计的一般方法，提高分析问题和解决实际问题的能力。
2）课程设计总结的内容
设计总结应以设计任务书为主要依据，评估自己所设计的结果是否满足设计任务书中的要求，客观地分析一下自己所设计内容的优缺点，具体内容有：
（1）分析总体设计方案的合理性。
（2）分析零部件结构设计以及设计计算的正确性。
（3）认真检查所设计的装配图、零件图中是否存在问题。
对装配图要着重检查分析轴系部件结构设计中是否存在错误或不合理之处。
对零件图应着重分析尺寸及公差的标注是否适当。
此外，还应检查箱体的结构设计、附件的选择和布置是否合理。
（4）对计算部分，着重分析计算依据，所采用的公式及数据来源是否可靠，计算结果是否正确等。
（5）认真总结一下通过课程设计，自己在哪些方面获得较为明显的提高。
还可对自己的设计所具有的特点和不足进行分析与评价。
3．编写说明书的要求
（1）设计计算说明书要求论述清楚，文字精炼，计算正确，书写工整。
（2）说明书采用黑色墨水笔按一定格式书写（不能打印），采用统一格式的封面（见附页），装订成册。
（3）说明书中应附有必要的插图（传动方案简图、受力图等）。
（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（×）
（二）图纸要求
（1）设计草图（2号坐标纸、手绘，要求有尺寸设计痕迹）
（2）装配图要求：
A．一般要求用A1号图纸绘制；
B．结构设计内容与计算内容对应；
C．尺寸标注（外形、特性、安装、配合）全面；
D．标题栏内容全面（零部件数及编号等）；
E．技术要求合理。
（3）零件图若干（2~3张）箱体或箱盖为选画（加分）
A．结构设计内容与计算内容及装配图对应；
B．尺寸、公差、表面粗糙度等标注全面；
C．齿轮零件图应有啮合特性表
E．标题栏内容全面（材料、数量、重量等）；
F．技术要求合理
四、成果检查、答辩及成绩评定
设计完成后将成果装入指定的袋中，在规定的时间交给指导老师。
准备答辩
1．课程设计答辩的目的
答辩是课程设计的重要组成部分。
它不仅是为了考核和评估设计者的设计能力、设计质量与设计水平，而且通过总结与答辩，使设计者对自己设计工作和设计结果进行一次较全面系统回顾、分析与总结，从而达到“知其然”也“知其所以然”，是一次知识与能力进一步提高的过程。
2．答辩的准备工作
（1）答辩前必须完成全部设计工作量。
（2）必须整理好全部设计图纸及设计说明书。
图纸必须折叠整齐，说明书必须装订成册，然后与图纸一起装袋，呈交指导教师审阅。
（3）答辩前参考教科书各章的思考题，结合设计工作，认真地进行思考、回顾和总结
答辩小组一般由同年级指导教师组成。
依具体情况安排每个学生或随机抽取一定数量的学生答辩。
要求回答有关设计的基本问题等。
成绩评定：
指导教师按学生独立完成工作情况、计算书及图纸质量、答辩情况等综合考虑后给出成绩并提交答辩小组通过。
成绩分五等：
优、良、中、及格、不及格。
说明：
此次设计，对设计能力和计算机应用能力都是一次很好的综合训练的机会，对同学们以后的专业课的学习以及将来的工作都会有十分重要的意义，希望认真对待，独立完成。
发现设计内容雷同，或被人检举抄袭、代作等情况，一经证实涉及人员一律以不及格处理。
情节严重者，依校规处理。
参考资料：
1、教材《机械设计基础》
2、吴宗泽《机械设计课程设计》，高等教育出版社
附：
说明书封面
设计任务书样本
任务分配
机械设计基础课程设计说明书
设计题目：
姓名：
专业：
班级：
学号：
指导教师：
年月日至年月日
任务书样本：
带式运输机传动装置的设计
------带传动与展开式二级圆柱齿轮减速器传动
1.设计参数：
传动装置简图如右图所示。
（1）带式运输机数据
运输机工作轴转矩T＝800N·m
运输带工作速度v＝1.2m/s
运输带滚筒直径D＝360mm
（依分配每人从表格中取一组数据）。
（2）工作条件
单班制工作，空载启动，单向、连续运转，工作中有轻微振动。
运输带速度允许速度误差为±5%。
（3）使用期限
工作期限为十年，检修期间隔为三年。
（4）生产批量及加工条件
小批量生产。
2.设计任务
1）选择电动机型号；
2）确定带传动的主要参数及尺寸；
3）设计减速器；
4）选择联轴器。
3.成果要求
1）减速器装配图一张；
2）零件工作图若干；
3）设计说明书一份。
关于《机械设计基础课程设计》的补充说明
一、任务书的内容
1．设计题目例如：
带式运输机传动装置设计――一级展开式圆柱齿轮减速器
2．设计参数
运输带工作拉力F（kN）
运输带工作速度（m/s）
滚筒直径（mm）
例如：
3．工作量要求
见“关于《机械设计课程设计》的基本要求”
二、具体任务的分配
题目组、参数组见“关于《机械设计课程设计》的基本要求”和各组任务书。
三、说明书格式、内容及要求见参考资料《机械设计课程设计》
四、图纸要求见“关于《机械设计课程设计》的基本要求”。
四、设计步骤（见《课程设计指导书》）：
五、集中设计时间1周。
具体时间安排（参考）：
第一节传动装置的总体设计
一、拟定传动方案
二、选择原动机——电动机
电动机为标准化、系列化产品，设计中应根据工作机的工作情况和运动、动力参数，根据选择的传动方案，合理选择电动机的类型、结构型式、容量和转速，提出具体的电动机型号。
1、选择电动机类型和结构型式
电动机有交、直流之分，一般工厂都采用三相交流电，因而选用交流电动机。
交流电动机分异步、同步电动机，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多，目前应用较广的Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机，结构简单、起动性能好，工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合，如运输机、机床、农机、风机、轻工机械等。
2、确定电动机的功率
电动机功率选择直接影响到电动机工作性能和经济性能的好坏：
若所选电动机的功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作；若功率过大，则电动机不能满载运行，功率因素和效率较低，从而增加电能消耗，造成浪费。
若课程设计的题目为长期连续运转、载荷平稳的机械，确定电动机功率的原则是：
Ped≥kPd
Pd=Pw/η
Pw=FV/1000ηw=Tnw/9550ηw
Ped——电动机的额定功率
Pd——电动机的输出功率
Pw——工作机的输入功率
η—电动机至工作机间的总效率
η=η1η2η3……ηn
η1η2η3……ηn分别为传动装置中各传动副（齿轮、蜗杆、带或链、轴承、联轴器）的效率，设计时可参考表2-1选取。
F—工作机的工作阻力
V—工作机卷筒的线速度
T—工作机的阻力矩
nw—工作机卷筒的转速
ηw—工作机的效率
表2-1机械传动和轴承效率的概略值
类型效率
开式
闭式
圆柱齿轮传动
0.94—0.96
0.96—0.99
V带传动
0.94—0.97
——
滚动轴承（每对）
0.98—0.995
弹性联轴器
0.99—0.995
计算传动装置的总效率时需注意以下几点：
（1）若表中所列为效率值的范围时，一般可取中间值
（2）同类型的几对传动副、轴承或联轴器，均应单独计入总效率
（3）轴承效率均指一对轴承的效率
3、确定电动机的转速
同一类型、相同额定功率的电动机低速的级数多，外部尺寸及重量较大，价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减少；高速电动机则与其相反，设计时应综合考虑各方面因素，选取适当的电动机转速。
三相异步电动机常用的同步转速有3000r/min,1500r/min,1000r/min,750r/min,常选用1500r/min或1000r/min的电动机。
常用传动机构的性能及适用范围见表2-2。
表2-2常用机构的性能及适用范围
传动机构
选用指标
平带传动
V带传动
链传动
圆柱齿轮传动
功率（常用值）/kw
小
（≤20）
中
（≤100）
中
（≤100）
大
（最大达50000）
单级传动比
常用值
2~4
2~4
2~5
3~5
最大值
5
7
6
8
传动效率
查表2-1
许用的线速度
≤25
≤25~30
≤40
6级精度≤18
外廓尺寸
大
大
大
小
传动精度
低
低
中等
高
工作平稳性
好
好
较差
一般
自锁性能
无
无
无
无
过载保护作用
有
有
无
无
使用寿命
短
短
中等
长
缓冲吸振能力
好
好
中等
长
要求制造及
安装精度
低
低
中等
高
要求润滑条件
不需
不需
中等
高
环境适应性
不能接触酸、碱、油、爆炸性气体
好
一般
设计时可由工作机的转速要求和传动结构的合理传动比范围，推算出电动机转速的可选范围，即
nd=（i1·i2·i3……in）nW
nd——电动机可选转速范围
i1,i2……in——各级传动机构的合理传动比范围
由选定的电动机类型、结构、容量和转速查手册，查出电动机型号，并记录其型号、额定功率、满载转速、中心高、轴伸尺寸、键联接尺寸等。
设计传动装置时，一般按电动机的实际输出功率Pd计算，转速则取满载转速nW。
例2.1如前图a所示带式运输机的传动方案。
已知卷筒直径D=500mm，运输带的有效拉力F=1500N,运输带速度v=2m/s,卷筒效率为0.96，长期连续工作。
试选择合适的电动机
解：
（1）选择电动机类型
按已知的工作要求和条件，选用Y形全封闭笼型三相异步电动机。
（2）选择电动机的功率
工作机时所需电动机输出功率为：
pd=pw/η
pw=Fv/（1000ηw）所以pd=Fv/（1000ηwη）
电动机至工作机间的总效率（包括工作机效率）为
ηηw=η1η22η3η4η5ηw
η1η2η3η4η5ηw分别为带传动、齿轮传动的轴承，齿轮传动、联轴器、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。
取η1=0.96η2=0.99η3=0.97η4=0.97η5=0.98ηw=0.96
所以ηηw=η1η22η3η4η5ηw=0.96×0.992×0.97×0.99×0.98×0.96=0.83
所以pd=Fv/（1000ηwη）=1500×2/（1000×0.83）KW=3.61KW
（3）确定电动机转速
卷筒轴的工作转速为：
nw=60×1000V/（D）=60×1000×2/（3.14×500）r/min=76.4r/min
按推荐的合理传动比范围取V带传动的传动比i1’=2~4,单级齿轮传动比i2’=3~5则合理总传动比的范围为：
i’=6~20，故电动机转速的可选范围为
n’d=i’nw=（6~20）×76.4r/min=458~1528r/min
符合这一范围的同步转速有750r/min，1000r/min，1500r/min。
再根据计算出的容量查有关手册选择电动机型号，设计中可参考表**，然后将选择结果列于下表。
方案
电动机型号
额定功率
电动机转速（r/min）
传动装置的的传动比
Ped/kw
同步转速
满载转速
总传动比
带
齿轮
1
Y160M1—8
4
750
720
9.42
3
3.14
2
Y132M1—6
4
1000
960
12.57
3.14
4
3
Y112M—4
4
1500
1440
18.85
3.5
5.385
综合考虑选Y132M1—6电动机，查手册求出其它尺寸（中心高、外型尺寸、安装尺寸、轴伸尺寸、键联接尺寸等）。
三、传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配
由选定电动机的满载转速nm和工作机主动轴的转速nw可得传动装置的总传动比i=nm/nw对于多级传动i=i1·i2……in计算出总传动比后，应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减少动载荷，分配各级传动比时应注意以下几点：
（1）各级传动的传动比应在推荐的范围之内选取。
（2）应使传动装置结构尺寸较小，重量较轻。
（3）应使各传动件的尺寸协调，结构匀称合理，避免相互干涉碰撞。
一般应使带的传动比小于齿轮传动的传动比。
四、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，一般按由电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。
（1）各轴的转速（r/min）：
n1=nm/i0
n2=n1/i1=nm/i0i1
n3=n2/i2=nm/i0i1i2
式中的nm为电动机的满载速度
n1、n2、n3分别为1、2、3轴的转速
i0——电动机至1轴的传动比
i1——1轴至2轴的传动比
i2——2轴至3轴的传动比
（2）各轴的输入功率：
p1=pdη01p2=p1η12=pdη01η12p3=p2η01η12η23
pd为电动机的输出功率，p1、p2、p3分别为1、2、3轴的输入功率，η01、η12、η23分别为电动机轴与1轴，1轴与2轴，2轴与3轴间的传动效率。
（3）各轴转矩：
T1=Tdi0η01T2=T1i1η12T3=T2i2η23
T1、T2、T3分别为1、2、3轴的输入转矩
Td为电动机轴的输出转矩Td=9550pd/nm
例2.2同例2.1的已知条件和计算结果，计算传动装置各轴的运动和动力参数。
解：
（1）各轴的转速：
n1=nm/i0=960/3.14r/min=305.73r/min
n2=n1/i1=305.73/4r/min=76.4r/min
nw=76.4r/min
（2）各轴的输入功率：
p1=pdη01=3.6×0.96kw=3.456kw
p2=p1η12=p1η2η3=3.456×0.99×0.97kw=3.32kw
p3=p2η2η4=3.32×0.99×0.97kw=3.19kw
（3）各轴的输入转矩：
Td=9550pd/nm=9550×3.61/960Nm=35.91Nm
T1=Tdi0η01=Tdi0η1=35.91×3.14×0.96Nm=108.25Nm
T2=T1i1η12=T1i1η2η3=108×4×0.99×0.97Nm=415.82Nm
T3=T2η2η4=415.82×0.99×0.97Nm=399.31Nm
将运动和动力参数的计算结果列于下表。
轴名
参数
电动机轴
1轴
2轴
卷筒轴
转速n（r/min）
960
305.73
76.4
76.4
输入功率P（kw）
3.6
3.456
3.32
3.19
输入转矩T（Nm）
35.91
108.25
415.82
399.31
传动比i
3.14
4
1
效率η
0.96
0.96
0.96
第二节传动零件的设计计算
一、减速箱外传动零件——带传动设计
（1）带传动设计的主要内容选择合理的传动参数；确定带的型号、长度、根数、传动中心距、安装要求、对轴的作用力及带的材料、结构和尺寸等。
（2）设计依据传动的用途及工作情况；对外廓尺寸及传动位置的要求；原动机种类和所需的传动功率；主动轮和从动轮的转速等。
（3）注意问题带传动中各有关尺寸的协调，如小带轮直径选定后要检查它与电动机中心高是否协调；大带轮直径选定后，要检查与箱体尺寸是否协调。
小带轮孔径要与所选电动机轴径一致；大带轮的孔径应注意与带轮直径尺寸相协调，以保证其装配稳定性；同时还应注意此孔径就是减速器小齿轮轴外伸段的最小轴径。
例3-1设计带式输送机传动系统中的普通V带传动。
原动机为Y132M1-6型电动机，电动机额定功率Ped=4KW,满载转速nm=960r/min,小带轮安装在电机轴上，带的传动比i=3.14,一天工作时间t=24h,5年寿命。
解：
（1）选择V带型号
查表，得工作情况系数KA=1.4,求得所需传递功率Pc=KA×Pc=1.4×4=5.6KW
由小带轮转速n1及功率功率Pc选择小带轮型号为A型。
（2）确定带轮直径
dd1=112mm,dd2=i×dd1=355mm
（3）核算带轮速度
v=πdd1nm/6000=5。
63m/s
5m/s（4）初步确定中心距
0.7（dd1+dd2）（5）确定期带的长度
Ld0=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd1-dd2）2/（4a0）=1958.017,取a=a0+（Ld-L0）/2=620.
（6）校核V带的包角
α1=180º－２arcsin（dd1-dd2）/（2a）=157.4º>120º
（7）确定带的确良根数Z
查表单根V带传递功率P0=1.16KW,
查表传递功率增量△P0=kbn1（1-1/ki）=0.119,
包角修正系数kα=0.93,
长度修正系数kl=1.03,
Z≥Pc/[（P0+△P0）kαkl]=4.57（根）
Z=5根。
（8）确定单根V带的拉力F0
F0=500Pc（2.5/kα-1）/Zv+qv2=171.09N
（9）对轴的压力FQ
FQ=2ZF0Sinα1/2=1677.7N
（10）结果是5根A—GB11544—89V带，中心距a=600mm,带的基准直径dd1=112mm,dd2=355mm，对轴的压力FQ=1677.7N，带轮的宽度B=（Z－1）e+2f=78（mm）.
二、减速器内传动零件——一级圆柱齿轮传动设计
圆柱齿轮设计计算及结构设计的方法、步骤均可依教材的有关内容进行，其注意事项如下：
（1）齿轮材料的选择要注意毛坯制造方法：
选择材料前应先估计大齿轮的直径，如果大齿轮直径较大，应选用铸造毛坯，材料一般可选铸钢或铸铁；如果小齿轮的齿根圆直径与轴径接近，可制成齿轮轴，选用的材料应兼顾轴的要求，同一减速器的各小齿轮（或大齿轮）的材料应尽可能一致，以减少材料的牌号，降低加工的工艺要求。
（2）计算齿轮的啮合几何尺寸时应精确到小数点后2~3位，角度应精确到秒，而中心距、宽度和结构尺寸应尽量圆整为整数。
（3）参数的合理选择，通常取Z1=20~40，在保证齿根弯曲强度的前提下，Z1可取大些；传递动力的齿轮，其模数应大于1.5~2mm。
例3.2设计一台单级直齿圆柱齿轮减速器，已知传递的功率P=3.4656KW,电动机驱动，小齿轮转速n1=305.73r/min,传动比i=4，单向运转，载荷平稳，使用寿命5年，三班制工作。
解：
（1）选择齿轮材料及精度等级：
小齿轮选用45号钢调质，硬度为220—250HBS，大齿轮选用45号钢正火，硬度为170—210HBS，因为是普通减速器由教材表10.21选8级精度，要求齿面粗糙度Ra≤3.2—6.3um
（2）按齿面接触疲劳强度设计
因两齿轮均为钢质齿轮，可求出d1值，确定有关参数与系数。
1）转矩T1=9550×p/n1=9550×3.4656/305.73=108.25Nm
2）载荷系数k查表10.11取k=1.1
3）齿数Z1和齿宽系ψd
小齿轮的齿数Z1取为27，则大齿轮齿数Z２=i.Z1=108，Z1、Z2互质，取Z2=107。
因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，由表10.20选取ψd=1
4）许用接触应力【бH】
由相关图表查得бHlim1=560Mpa,бHlim2=530Mpa,SH=1
N1=60njln=60×305.73×（5×52×120）=0.57×109
N2=N1/i=0.57×109/4=0.14×109
查相关图表得ZN1=1.06,ZN2=1.10
【бH】1=Zn1·бHlim1/SH=1.06×560/1Mpa=593.6Mpa
【бH】2=Zn2·бHlim2/SH=1.1×530/1Mpa=583Mpa
d1≥76.43（KT（U+1）/（ψdu【бH】2））1/3
=76.43×（1.1×108.25×103×5/（1×4×（593.6）2）1/3）mm=57.35mm
m=d1/z1=57.35/27mm=2.12mm
取m=2.5mmd1=mz1=2.5×27=67.5mm
d2=mz2=2.5×107mm=267.5mm
b=ψd×d1=1×67.5mm=67.5mm,经圆整后取b2=70mm,b1=b2+5mm=75mm,a=m（z1+z2）/2=2.5（27+107）/2mm=167.5mm.
三、轴径初选
（1）初选轴径轴的结构设计要在初步估算出一段轴径的基础上进行。
轴径可按扭转强度初算，计算式为：
d≥c（P/n）1/3
式中P——轴所传递的功率（Kw）
n----轴的转速（r/min）
c----由轴的许用切应力所确定的系数（查表见教材）
初估的轴径为轴上受扭段的最小直径，此处如有键槽，还要考虑键槽对轴强度削弱的影响。
有一个键槽时，直径增大3%~5%并圆整，若外伸轴用联轴器与电动机轴相联，则应综合考虑电动机轴径及联轴器孔径尺寸，对初算轴径尺寸适当调整。
（2）联轴器选择一般传动装置中有两个联轴器，一个联接电动机轴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的联轴器。
升级会员 