机械设计基础课程设计

机械设计基础课程设计第一次布置2011年12月第一次布置内容课程设计目的、内容和任务课程设计准备工作传动装置的总体设计传动零件的设计注意事项课程设计目的、内容和任务综合运用机械设计基础及其他先修课的知识，进行综合训练，巩固、加深和扩展已学知识。学习和掌握通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。提高学生在计算、制图、熟悉和运用设计资料、手册、图册、标准和规范等，进行经验估算及考虑技术决策等机械设计方面的基本技能。一、目的课程设计目的、内容和任务二、设计对象

设计一般机械系统中的传动装置题目：设计用于带式运输机的传动装置。运输机的工作牵引力F、传送带的移动速度V以及鼓轮直径D等参数见下表。输送机在常温下工作，载荷平稳，室内工作，有少量粉尘，电动机驱动（三相交流电源），单向运转。该机预期工作10年，每年300工作日，两班制工作。运输带速度允许误差±5%。传动装置的方案推荐如下：1、一级带传动与一级闭式圆柱齿轮传动；

三、设计题目简介带式运输机传动装置的设计根据传动方案的不同分组，分组,

带传动＋圆柱齿轮减速器附课程设计参数表P239，每人一组数据，指定设计方案。第一组：带传动与圆柱齿轮减速器传动

给定的设计参数

(1)基本参数运输带工作拉力F=N或运输机工作轴转矩T＝(N·m)

运输带工作速度v=m/s运输带滚筒直径D=mm或运输机滚筒轴转速n=r/min

(2)工作条件

具体见各组任务书。(3)使用期限

工作期限为10年，每年工作300天，两班制工作（每天工作16小时）；课程设计目的、内容和任务四、设计内容

传动方案的分析和拟定；（任务书）电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算；传动件的设计（带传动、齿轮传动）；轴的设计（所有轴的结构设计，要求画零件图的轴的弯、扭组合强度校核）；轴承的设计（所有轴承的组合设计，要求画零件图的轴上轴承的寿命计算）；课程设计目的、内容和任务键的选择及强度校核（要求画零件图的轴上键的校核）；联轴器的选择；减速器的润滑与密封；减速器装配图设计（箱体、箱盖、附件等）；零件工作图设计；编写设计计算说明书及答辩课程设计目的、内容和任务五、任务

减速器装配图1张（A0或A1#图纸），比例自定；附草图1张（用坐标纸画）；零件工作图3张，传动零件、轴或机体等（A2或A3#图纸），比例自定；设计说明书1份（大约20页）采用统一的说明书用纸。（1）装配草图（2号坐标纸、手绘，要求有尺寸设计痕迹）（2）装配图要求：a、一般要求用手工绘图，1号或0号c、结构设计内容与计算内容对应；d、尺寸标注（外形、特性、安装、配合）全面；e、标题栏内容全面（零部件数及编号等）；f、技术要求合理，符合机械制图规范。一）、图纸要求（1）装配草图（2号坐标纸、手绘，要求有尺寸设计痕迹）（2）装配图要求：a、一般要求用计算机绘图，打印1号或0号b、确有困难可采用图板手工绘制一张c、结构设计内容与计算内容对应；d、尺寸标注（外形、特性、安装、配合）全面；e、标题栏内容全面（零部件数及编号等）；f、技术要求合理，符合机械制图规范。一）、图纸要求（3）零件图若干a、

手工绘图，一般A3图；b、

结构设计内容与计算内容及装配图对应；c、

尺寸、公差、表面粗糙度等标注全面；d、

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（3）零件图若干a、

最好用计算机绘图，一般打印A3图；b、

结构设计内容与计算内容及装配图对应；c、

尺寸、公差、表面粗糙度等标注全面；d、

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、技术要求合理编写计算说明书时注意事项(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）、设计计算说明书1份（20页左右）必须按《机械设计基础课程设计指导书》中要求的格式。

设计计算说明书的内容

(1)目录（注意最后编页号，便于修改）。

(2)设计任务书（只写自己的参数。单独一页）。

(3)传动方案的拟定及说明(传动方案简图，分析、论证)。

(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、链轮、蜗杆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。成绩评定标准：

1、图纸结构、投影、标注及数据是否正确，线条是否符合制图标准，图面是否整洁，字迹是否工整等；2、设计计算说明书：设计计算是否正确、完整、字迹是否工整、整洁等；3、设计表现：是否遵守纪律、设计态度端正，能否按进度独立完成工作量等；4、答辩成绩。

综合设计表现、图纸质量、说明书及答辩情况，按五级计分制即优、良、中、及格和不及格评分。学分2学分。不及格者下次应补做。课程设计的要求1.明确学习目的，端正学习态度；2.认真复习与设计有关的章节内容，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进设计；3.设计态度严肃认真,一丝不苟，反对照抄照搬，抄袭他人设计，容忍错误等问题。4通过设计在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练；5.正确处理理论计算与结构设计的关系，贯彻“边绘图、边计算、边修改”的设计方法；6.正确处理继承与创新的关系；正确使用标准和规范。1.传动装置的总体设计（1）分析和拟定传动装置的运动简图。（2）选择电动机。（3）计算传动装置的总传动比和分配各级传动比。（4）计算各轴转速、功率及转矩。六、设计步骤

2.各级传动的主体设计计算设计计算齿轮传动、带传动或链传动的主要参数和尺寸。3.装配草图的设计与绘制（1）装配草图的设计准备工作，主要是分析和选定传动装置的结构方案。（2）初绘装配草图和轴、轴承的计算；作轴、轴上零件和轴承部件的结构设计；校核轴的强度、滚动轴承的寿命和键的强度。（3）完成装配草图，并进行检查与修正。4.装配工作图的绘制与完成（1）绘制装配图。（2）标注尺寸、配合及零件序号。（3）编写零件明细表、标题栏、技术特性及技术要求等。5．零件工作图的设计与绘制（1）齿轮零件的工作图。（2）轴类零件的工作图。（3）箱体类零件的工作图6．课程设计计算说明书的编写7．设计总结与答辩（1）完成答辩前的准备工作。（2）参加答辩。答辩说明设计主要解决的问题，然后回答教师提问。以下计划共2周，供参考。不含双休日。1、设计准备（包含讲课和布置任务,阅读指导书），传动装置总体设计（半天）。2、选择电动机、分配传动比、计算各轴的转速、功率和转矩（半天）。3、传动零件（带传动或链传动、齿轮传动等）设计（一天）。课程设计计划（2周）4、设计和绘制减速器装配图（包括设计计算轴，选择及校核轴承、键和联轴器等）（上机或图板作图，五天）。5、绘制零件工作图(一天)。6、整理和编写设计计算说明书（一天）。7、答辩及上交成果（一天）。时间节点：1、第1周周三下午2点在设计教室检查装配草图；2、第2周周四上午或周五上午上交课程设计成果，过时不候；要求：本人亲自上交，不允许以回家等理由为名请人代交，否则不接收！第一次布置内容课程设计目的、内容和任务课程设计准备工作传动装置的总体设计传动零件的设计注意事项课程设计准备工作阅读设计资料设计手册：《机械设计基础课程设计手册》，图册：《机械设计课程设计图册》，龚桂义，高教社；教材：《机械设计基础》；资料袋：机械设计课程设计资料袋；设计准备（1）阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。参阅设计资料等途径了解设计对象。（2）仔细阅读《机械设计基础课程设计》有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。第一次布置内容课程设计目的、内容和任务课程设计准备工作传动装置的总体设计传动零件的设计注意事项传动装置的总体设计一、分析方案分析传动装置性能、适用范围、常用传动机构特点、应用、常用减速器特点及应用。

（本部分内容自学课程设计手册）传动装置的总体设计二、选择电动机1、电动机类型：选用：Y系列三相异步电动机同步转速：300015001000750

级数：2468电动机安装尺寸：见机械设计手册2、确定电动机功率

KW工作机所需电动机功率或工作机的功率其中η——电动机至工作机之间的效率；其中各种传动效率参照手册F——运输机的工作拉力（N）；V——运输机的传送速度（m/s）；nW——运输机的传送速度（r/min)

传动装置总效率传动装置的总体设计3、确定电动机转速

功率相同的同类电机有不同的转速。电机转速高、转矩小、外廓尺寸小、重量轻、价格便宜。但是转速越高，传动装置传动比必然增大,尺寸及重量增大、价格高，故二者应综合考虑。传动装置的总体设计4、选定电动机由(电动机额定功率)

Ped>Pd及同步转速n在表查出电动机具体型号及相应尺寸。并记下中心高、轴伸尺寸（外伸轴直径、长度等）

例：Pd=3.6kWnm=960r/minnm=1440r/min传动装置的总体设计

注意：设计计算传动装置各级功率时，按电动机实际功率Pd（Pd＜Ped）进行计算。（Pd作为设计功率！）设计计算传动装置各级转速时，按电动机满载转速nm进行计算。（不能按同步转速1000r/min或1500r/min）参照手册。

1.确定总传动比ia2.分配各级传动比减速器外传动比减速器传动比三、总传动比计算及传动比的分配(参照手册(1)各级传动比应在推荐范围内选取，不得超过最大值（表）；

分配原则:(2)齿数：开式齿轮少些，闭式多些；

目的：（1）尺寸协调、互不干涉（2）尺寸紧凑、便于润滑传动装置的总体设计四、计算传动装置的运动和动力参数（参照手册例）1、计算各轴转速

2、计算各轴输入功率

3、计算各轴输入转矩

注意：

1.按工作机所需电动机功率Pd计算，而不按电动机额定功率Ped计算。

2.设计轴时应按其输入功率计算、设计传动零件时应按主动轴的输出功率计算传动装置的总体设计4、运动和动力参数列表：

第一次布置内容课程设计目的、内容和任务课程设计准备工作传动装置的总体设计传动零件的设计注意事项一、减速器外传动零件设计1、普通V带传动已知：PnTi传动零件的设计要求：参见教材第九章内容及相关例题要求计算出V带传动（或链传动）的基本参数（如型号、长度、根数、排数，节距、中心距等）、计算对轴的作用力。确定带轮或链轮的材料、基本参数和主要结构尺寸等。仔细阅读手册——传动零件的设计计算V型带的设计（教材）1）传动比i1=2)工作情况系数3）计算功率4）选V型带型号5）小带轮直径6）大带轮直径7）验算V带速度8）初定中心距9）初算V带长度10）确定V带长度11）确定中心距12）计算小带轮包角13）查包角修正系数14）查带长修正系数15）单根传递功率P16）单根带传递功率增量17）计算V带根数Z18）计算V带对轴的拉力F0（1）选择电动机型号（2）选择电动机功率按工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机。总效率：

、（4）传动比分配电动机的功率(3)

确定电动机的转速卷筒轴工作转速

电动机转速的可选范围

（5）计算传动机构的运动参数和动力参数①电机轴②减速器高速轴☆综合案例分析③减速器低速轴设计计算过程：（1）确定计算功率

（2）选V带型号（4）验算带的速度（3）确定带轮直径根据Pc和n1，查图选择V带型号为A型小带轮基准直径大带轮基准直径（5）确定带的基准长度和传动中心距实际中心距

（6）验算小带轮包角（7）计算带的根数查表14-6和14-7得，；查表14-2和表14-8得，；由公式（14-20）得取z=

6根。（8）计算初拉力（9）计算带轮对轴的压力☆综合案例分析（10）调整后各轴转速为

（11）绘制带轮结构设计工作图2.计算两带轮的宽度B一、减速器外传动零件设计传动零件的设计传动零件的设计计算

2、高速级齿轮传动已知：PnTi设计步骤：见教科书例题

1.低速级齿轮传动已知：PnTi设计步骤：见教科书例题二、减速器内传动零件设计传动零件的设计齿轮传动设计:第章及相关例题!

齿轮传动的设计计算根据：传递功率P；传动比I；小齿轮的转速n;工作时间、闭式传动。1选择材料、热处理、精度等级、决定齿面硬度、表面粗糙度。2

按齿面接触疲劳设计确定Z1、Z2和齿宽系数算实际传动比、传动比误差计算转矩T确定载荷系数K确定许用接触应力查表确定两齿轮的极限应力计算应力循环次数NL查表确定两齿轮的接触疲劳寿命系数极限应力ZNT1、

ZNT2。查接触疲劳寿命的安全系数求出d1、确定标准模数mE)计算弯曲许用应力计算弯曲应力计算齿轮传动的中心距计算齿轮的圆周速度3.校核齿根弯曲疲劳强度A）两齿轮的分度圆直径B）两齿轮齿宽C)查表两轮的齿形系数和应力修正系数计算许用弯曲应力D)（查极限弯曲应力、弯曲寿命系数、应力修正系数、弯曲疲劳安全系数）4.两齿轮的几何尺寸计算

齿顶圆直径齿根圆直径分度圆直径基圆直径齿顶高、齿根高、齿全高齿顶径向间隙齿厚、齿槽宽、齿距两齿轮的中心距齿顶圆的压力角计算重合度直齿圆柱齿轮设计的步骤选择齿轮材料和热处理选择齿数、齿宽系数fd试选载荷系数(如Kt=1.2)按接触强度确定直径d1t按弯曲强度确定模数mF确定模数m=max{mH,mF}计算实际载荷系数

K=KAKvKαKβm模数标准化，计算主要尺寸

d1=mz1

d2=mz2…

开始按K校正d1t→d1计算齿宽：

B2=b=fdd1B1=B2+(3~5)mm计算得模数mH=d1/z1例题：设计一电动机驱动的带式输送机的两级减速器高速级的齿轮传动。已知传递的功率P1=5.5kW，小轮转速n1=960r/min，齿数比u=4.45。解：1.选定齿轮材料及热处理方式、齿数、齿宽系数由表2-8-1选择常用的调制钢为材料。小轮：45调质，HB1=210~230大轮：45正火，HB2=170~210取小轮齿数z1=22，则大轮齿数z2=uz1=4.45×22≈98，对该两级减速器，取齿宽系数

d=1。2.确定许用应力许用弯曲应力：

查图2-8-17，取σHlim1=560MPa，σHlim2=520MPa；

查图2-8-18，取σFlim1=210MPa，σFlim2=200MPa；ZN=1，YST=2，YNT=1。查表2-8-8，取SHlim=SFlim=1；许用接触应力：设计原则：软齿面。按接触强度设计；按弯曲强度校核3.按齿面接触强度设计（软齿面）小轮直径：(1)取齿宽系数

d＝1.0查表2-8-2，取KA=1.0；查图2-8-4，取Kβ=1.09；取Kv=1.15；(2)载荷系数K＝KA

Kv

Kβ(3)弹性系数ZE＝189.8

节点区域系数ZH＝2.5(4)小轮传递的转矩T1(5)取[σH]=[σH2]=520MPa4.确定主要参数(1)求中心距a圆整后，取a=145mm；反求d1=2a/(1+i)=53.2mm(2)计算模数m取标准模数m=2.5mm(3)计算总齿数zc、小轮齿数z1、大轮齿数z2Zc不等于整数时，可改变模数5.校核弯曲强度(4)计算齿轮分度圆直径d1、d2(5)齿轮工作宽度bm=2.5mm，z1=22，z2=94，分度圆：d1=55mm，d2=235mm，齿顶圆：da1=m(z1+2)=2.5×(22+2)=60mm；da2=m(z2+2)=2.5×(94+2)=240mm齿根圆：df1=m(z1-2.5)=2.5×(22-2.5)=48.75mm；

df2=m(z2-2.5)=2.5×(94-2.5)=228.75mm齿宽：b1=60mm，b2=55mm，中心距：a=(d1+d2)/2=(55+235)/2=145mm6.主要几何尺寸齿宽：取b2=b=55mm，b1=b2+5=60mm第二次布置内容了解减速器的结构完成装配草图设计轴的设计箱体设计附件设计轴承、键等的设计计算三.完成装配图设计注意：先画草图，再画装配图；先画装配图，再画零件图。了解减速器的结构减速器的基本结构由传动零件（齿轮）、轴和轴承、箱体、润滑和密封装置以及附件等组成。减速器结构部分看手册

。注：仔细阅读铸铁减速器箱体结构尺寸完成装配草图设计装配图反映各个零件的相互关系，结构形状以及尺寸，是绘制零件工作图的依据。所以必须综合考虑对零件的材料、强度、刚度、加工、装拆、高速和润滑等要求，用足够的视图和剖面图表达清楚。整个流程为：装配草图初设计→校核计算→检查→完成装配图。装配图设计按比例、按投影关系绘制。（参见手册）完成装配图设计草图第一阶段精算草图第二阶段草图第三阶段完成装配图一、草图第一阶段1、完成轴的结构设计2、确定轴的支点距离和轴上零件的作用点3、开始设计计算完成装配草图设计1、完成轴的结构设计，确定轴的直径和轴向长度尺寸完成装配草图设计确定dmin：按扭矩初估而得的dmin作为轴端直径。当轴端与联轴器的相配合时，则dmin应与联轴器孔相匹配，必要时应改变dmin。（教材例题）确定轴各段直径di确定轴各段长度Li轴的设计1.各轴的功率计算2.各轴的转速计算（列表）3.各轴的转矩计算

4、轴的概略设计(参见教材轴)1）高速轴的概略设计材料、热处理、按扭转计算最小直径装V带轮处长度、外伸端直径与长度、装两轴承和两轴承盖处的直径和长度（试选轴承与轴承盖）装齿轮处的直径和长度齿轮与箱体的距离轴的总长度2）低速轴的概略设计步骤与高速轴类同注意：变速箱等宽、高速轴轴承的中心与低速轴轴承的中心要在同一条直线上，也就是要求两根轴轴承中心等宽度。设计到这里开始作草图（查表：轴承及轴承盖各参数、套筒的结构尺寸、齿轮的按装、连轴器的结构尺寸等）完成装配草图设计2、确定轴的支点距离和轴上零件的作用点（参考教材轴的设计例题和手册）以及材料力学相关资料2）开始草图设计（手册）比例自定；合理布置图画，估计减速器轮廓尺寸：画法：由里向外，先画中心线和轮廓线，再画内部结构。画出传动零件的中心线和轮廓线，机件内壁线和机体对称线，定出轴承和轴承座端面位置。完成装配草图设计5.轴的结构设计（见教材）1）轴上的键槽宽度和长度确定（参见教材319页）2）轴肩、轴环宽度与高度、各圆角半径和倒角大小3）轴上零件的固定方法和紧固件4）轴上各零件的润滑方法和密封件的尺寸安装5）作出轴的结构草图2）设计大带轮的轮槽及带轮结构3）齿轮的结构设计（教材）A)小齿轮的结构设计及标注（齿轮轴或实体齿轮）B)大齿轮的结构设计及标注（孔板式齿轮）6