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机械设计课程设计指导书本科用

机械设计课程设计指导书

（机类本科使用）

李开世刘郁葱黄文权编著

四川理工学院机电工程系

二００五年十二月

目录

前言

第一章概述

1.1机械设计课程设计的目的

1.2机械设计课程设计的内容和任务

1.3机械设计课程设计中的注意事项

第二章　机械设计课程设计步骤

2.1设计准备

2.2传动装置的总体设计

2.3各级传动零件的设计

2.4减速器装配草图的设计及绘制

2.5减速器装配图工作图的设计及绘制

2.6零件工作图的设计及绘制

2.7整理和编写设计说明书

2.8进行设计总结

第三章机械设计课程设计说明书

3.1设计说明书内容

3.2要求

3.3书写格式举例

3.4推荐参考书目

附录I：

机械设计课程设计题目

附录II：

机械设计课程设计图册

前言

《机械设计》是机械类学生一门重要的专业基础课，机械设计课程设计又是其中重要的实践教学环节，根据机械类专业本科学生机械设计课程设计要求，结合学院实际，编写本指导书指导学生进行课程设计，与《机械设计》教材配套使用。

本指导书从教学要求出发，教材上有的内容不再摘录，力求内容精选、适用，题目难度适中，符合本校实际要求，书中提出了对课程设计的具体要求，说明了步骤、设计报告的撰写以及设计过程中需要注意的事项，并提供了七组设计题目，每组题目又有若干小题供设计时视情况选用。

指导教师根据实际情况，在满足课程设计基本要求的前提下，可自选附录之外的其他设计题目。

本书在李开世教授编写的《机械设计课程设计题集》的基础上，由刘郁葱、黄文权进行了内容的增补和重新组织，修订了原题集中的个别印刷错误，并全部重新绘制示例图。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编者

　二００五年十二月

第一章概述

“机械设计”是机械类专业的一门重要技术基础课程，论述的是各类通用零部件的设计原理与计算方法。

为了对该门课程有充分的认识和深入的掌握，教学过程中除了系统地讲授必要的设计与计算理论，进行作业及实验等外，还应使学生作较全面的机械设计技能锻炼，即在“机械设计”课程完毕以后，进行为期3~4周的课程设计。

“机械设计”课程设计是对机械类专业本科学生进行的一次较全面的机械设计基本技能训练，是该门课程重要的实践性教学环节。

1.1机械设计课程设计的目的

1、培养理论联系实际的正确设计思想，综合运用“机械设计”课程及有关先修课程的

理论知识，生产知识去分析和解决工程实际问题的能力。

2,学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零件、机械传动装置或简单机械的

设计过程和设计方法，使学生具备一定的设计能力。

3,通过设计计算、绘图、查阅有关设计资料、手册、标准和规范，数据处理，类比等，对学生进行基本技能训练。

4,了解和学习机械设计的计算机辅助设计方法和过程。

1.2机械设计课程设计的内容和任务

机械设计课程设计通常选择一般用途的机械传动装置作为设计对象，我院机械类本科以两级齿轮减速器的设计为主，如图１所示的圆锥圆柱齿轮二级减速器。

指导教师根据实际情况，也可进行工作量与此相当的其他机械的设计。

１．电动机２．联轴器３．圆锥齿轮减速器４．链传动５．链式运输机

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图１

每个学生应独立完成以下任务：

减速器装配图一张（0号或1号图纸）；

零件工作图2张（传动零件，轴等，３号图纸）；

设计计算说明书一份（6000-8000字）。

在设计中可以使用各种计算机辅助计算、设计和分析工具来完成设计任务，采用计算机辅助设计的同学，设计说明书要求以电子文档的形式完成并附上说明书书写底稿，用计算机软件绘制的装配图要求用２号图纸打印，零件图用A4图纸打印。

1.3机械设计课程设计中的注意事项

1、机械设计课程设计是一个非常重要的教学环节，既是对已学课程的综合运用，又为以后的专业课学习打下基础，因此，务必要求学生在设计过程中严肃认真，踏实细致，并养成保质保量，按时完成任务的良好习惯。

2、正确处理计算和绘图的关系。

不能把设计片面理解为就是理论计算。

确定机械零件尺寸时，应综合考虑零件结构，加工，装配，使用条件，与其它零件的关系以及经济性。

理论计算只是为确定零件尺寸提供了一个方面（如强度）的依据，有时要利用经验公式来确定尺寸，有时要根据结构和工艺来确定尺寸。

因此在设计过程中，经常是边画、边算，边修改。

计算和绘图相互补充，交叉进行。

3、正确处理参考现有资料与创新的关系。

任何设计都不可能是设计者凭空想像，独出心裁的产物。

大量的设计参考资料是前人设计经验的总结，初次进行机械设计，应充分熟悉和利用现有资料，参考和分析已有的结构方案，合理选用有关经验数据。

这正是锻炼设计能力的一个重要方面。

但是，参考资料并不意味着盲目地抄袭资料。

设计者必须根据自已特定的设计任务和具体要求敢于提出新设想、新方案和新结构并在设计实践中总结和改善，充分发挥主观能动性，这样，设计者的设计技能才能不断得到提高。

4、注意培养工作的计划性，应经常检查和掌握进度，并随时整理设计计算结果。

这对于设计的正常进行，阶段检查和编写说明书都是有益的。

5,尽可能引用新的设计方法，采用计算机辅助设计机械零件。

第二章　机械设计课程设计步骤

设计通常根据具体条件分析确定出总体传动方案，然后进行必要的运算，通过计算，作图，查阅资料以及必要的修改得到结果，最后以机械图和设计说明书的形式完成设计。

大致过程如下所示。

2.1设计准备

认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；阅读有关资料、图纸，看录像及参观实物或拆装减速器，了解设计对象；复习“机械设计”课程有关内容，熟悉有关零件的设计方法和步骤；拟定设计计划（工作进度表），准备好有关图书，资料及用具。

2.2传动装置的总体设计

准备工作完成后，首先进行传动装置总体设计，总体设计的内容是分析和选定传动装置的方案,　选择电动机的类型、型号和转速，为下一步的传动件设计提供条件。

2.2.1分析和选定传动装置的方案

传动方案通常用机构运动简图的方式表达，根据课程设计任务书中提供的原始参数，分析减速器的工作条件（如运动特点，有无特殊要求等），工作性能（如运输带工作拉力Ｆ，运输带工作速度ｖ），再分析比较多种传动方案的特点，考虑总体结构，尺寸以及加工制造方便，使用和维护易于操作进行，成本低廉等因素从中选择出最佳的传动方案。

如果设计的是多级传动，对于有几种传动形式的多级传动要充分考虑各种传动方式的传动特点，合理布置传动顺序，下面几点在考虑传动方案时可供参考。

1.带传动乘载能力小，传递同样功率时结构尺寸较大，但带能吸收振动，传动平稳，适宜布置在高速级，通常ｉ≤７。

2.链传动因为有运动的不均匀性和附加动载荷，有冲击，最好布置在低速级　，通常ｉ≤８。

3.斜齿轮因为是逐渐进入和退出啮合其传动比直齿轮更平稳，故宜布置在高速级。

4.大直径的圆锥齿轮加工较直齿轮和斜齿轮困难，宜将其布置在高速级，并采用小传动比以减小其直径和模数。

5.蜗杆传动可得到较大的传动比，适合于用在高速传动中。

总体传动方案的选择可参考后面的附图。

2.2.2选择电动机

电动机由专门厂家生产，是标准部件，设计时要选择电机型号、电机功率和电机转速，这些可根据工作机性能，工作环境和工作载荷来选择，在产品目录上查阅相关参数。

如无特殊要求，电机类型通常选用Ｙ系列的三相笼型异步电动机，因其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便。

电机功率和转速要根据具体条件进行计算。

确定总传动比和分配各级传动比；

总传动比由选择好的电机转速ｎ电和计算出的工作机工作机转速ｎ工确定

　　　　　ｉ总＝ｎ电/ｎ工

关于总传动比的分配，应考虑下面几点

1.各级传动比应在推荐值的范围。

2.传动比的分配应使各级传动比尺寸协调合理。

3.考虑结构的要求，各级传动件要有相应的合适的空间，不能发生干涉。

4.对于多级齿轮传动来说，从润滑的需要出发，应尽可能使大齿轮的直径尺寸接近。

前面参数确定后，计算每根轴的转速，功率及扭矩；画出传动装置方案简图。

为设计计算各级传动零件和装配图设计做准备。

2.3各级传动零件的设计

传动件是减速器的核心零件，计算齿轮减速器各级传动件的参数，确定出尺寸以及箱外传动零件如带传动、链传动等的主要参数和尺寸。

设计时先确定出外传动件，如带传动、链传动的有关参数，带传动通常选用结构简单的ｖ带传动，计算确定出带的型号、长度和根数，主、从动带轮的直径，传动中心距。

对于链传动需要计算确定出链的型号、链节数、排数，链轮的齿数和直径，传动中心距，说明润滑方式。

外传动件参数的确定还应考虑与电机、联轴器等标准部件的配合，即轮毂和轴的尺寸要相配。

尺寸确定后，应根据确定的参数重新计算实际传动比。

闭式齿轮内传动件是指箱体内的圆柱齿轮、圆锥齿轮、斜齿轮或蜗杆蜗轮，他们的设计都有相应的设计公式，具体设计参看《机械设计》教材或有关的参考资料，设计时需注意下面几点；

1.根据工作环境和工作性能用类比的方法确定齿轮材料，若设计成齿轮轴还要兼顾轴的强度、刚度要求，为加工方便起见，尽可能减少材料种类，同级减速器各小齿轮和大齿轮材料尽量分别一致。

2.一对相啮合的齿轮（圆锥齿轮除外），考虑轴向装配误差，通常小齿轮宽度要大于大齿轮宽度５－１０ｍｍ。

3.标准参数查表选取，应该圆整的尺寸要圆整，重要的计算尺寸精确到小数点后两位。

2.4减速器装配草图的设计及绘制

装配图用于表达零件的相互装配关系，是重要的技术文件。

要最终完成好装配图，做草图是一个很重要的步骤，因为在设计过程中，为使零件得到合理的结构和表达，零件和零件之间有协调的相互关系，有些尺寸和图纸需要进行多次修正、修改。

在草图阶段，细线绘制轴承结构及箱内外大致结构；校核轴、键和联轴器的强度及滚动轴承的寿命；进行轴承，箱体及其附件的结构设计，边设计边修改，以期得到最合理的结构尺寸。

草图完成后应检查并修改。

标注尺寸和配合，写出减速器特性；技术要求、零件序号、考虑明细表和标题栏。

2.5减速器装配图工作图的设计及绘制

装配图要符合机械制图国家标准的要求，选择合适的表达方式。

在认真检查分析草图的基础上进行绘制，标注尺寸和配合，写出减速器特性；技术要求、零件序号、考虑明细表和标题栏。

2.6零件工作图的设计及绘制

要求表达的零件是轴和齿轮，对于轴类零件，常用一个主视图来表达，有孔和键槽的地方可用剖视图来表达，细节部分可用局部放大图。

齿轮的表达通常用两个视图，对于齿轮分度圆、齿顶圆等线条机械制图上有专门的规定，必需按规定绘制。

2.7整理和编写设计说明书

设计说明书的编写参见第三章。

2.8进行设计总结

第三章机械设计课程设计说明书

设计说明书是图纸设计的理论根据，又是设计计算的整理和总结，而且是审核设计是否合格的技术文件之一。

编写设计说明书是设计工作的一个重要组成部份。

3.1设计说明书内容

机械设计课程设计说明书的内容根据具体的设计任务而定，说明书的格式一般可参照下列要求：

目录（标题，页次）；

设计任务书；

传动方案的分析与拟定（传动方案简图）；

电动机的选择与有关计算；

传动装置运动及动力参数的计算；

传动零件的设计计算；

轴的设计计算（轴的结构设计简图，轴的受力分析图弯矩图、扭矩图）；

滚动轴承的选择和计算键的选择和计算；

联轴器的选择；

润滑方式及密封件类的选择；

箱体结构设计；

其他（如热平衡计算，计算机辅助设计流程图，程序及计算结果等。

）；

设计小结；

参考资料（包括书名或期刊名，作者，出版单位及年月）。

3.2要求

1．计算正确，论述清楚，层次分明，文字简洁，书写工整。

2．计算部分写出计算公式，代入相应数值后不必写出运算过程，直接写出计算结果及单位，并写出简短结论（如“满足强度要求”，“在允许范围内”等）。

3．凡公式或数据，应注明来源。

4．为了清楚说明设计内容，应附有必要的插图（如传动方案简图，轴的受力分析图，轴的结构设计草图等）。

为了简练醒目，一些计算可以用表格形式写出（如传装置的运动及动力参数，传动零件的几何尺寸参数等）。

5．只要求写出正确设计结果，不必写出修改过程。

3.3书写格式举例

计算及说明

结果

齿面接触强度计算

初步计算

转矩：

＝9.55×106×P/n1=9.55×106×20/1000

齿宽系数

：

由《机械设计》第222页，表12.13取

接触疲劳极限

：

由《机械设计》第224页，图12.17取

=191000N.mm

=1.0

=710MPa

3.4推荐参考书目

设计过程中需要了解和使用有关的规范、公式，查阅相关的图、表，要利用参考资料来进行，以下为推荐的参考书目。

1．《机械设计手册》

2．《机械设计》教材

3．《机械制图》

4．《机械零件设计手册》

5．《机械设计课程设计》

6．《机械零件图册》

说明：

以上书目没有列出作者、出版社和版本，同学可根据条件选择不同作者，不同版本相应的资料来作设计参考。

注意，在引用公式、图表时，一定是同一本手册或教材中的公式和图表对应，不能用这本书的公式而查另一本书的图表。

附录I：

机械零件课程设计题目

题目A　设计一用于带式运输机上的圆锥园柱齿轮减速器。

工作经常载，空载起动，工作有轻震，不反转。

单班制工作。

运输机卷筒直径Ｄ=320ｍｍ,运输带容许速度误差为5％。

减速器为小批生产，使用期限10年。

附表1

原始数据

题号

Ａ１

Ａ２

Ａ３

Ａ４

Ａ５

Ａ６

运输带工作拉力Ｆ（Ｎ）

2×103

2.1×103

2.2×103

2.3×103

2.4×103

2.5×103

运输带工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）

1.2

1.3

1.4

1.5

1.55

1.6

１．电动机２．联轴器３．圆锥齿轮减速器４．带式运输机

附图1

题目B　设计一用于带式运输机上的同轴式两级圆柱齿轮减速器。

工作平稳。

单向运转，两班制工作。

运输带容许速度误差为5％。

减速器成批生产，使用期限１０年。

附表2

原始数据

题号

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

运输机工作轴扭矩Ｔ（Ｎ。

ｍ）

1300

1350

1400

1450

1500

1550

1600

运输带工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.80

卷筒直径Ｄ（ｍｍ）

300

320

350

350

350

400

350

１．带传动２．电动机３．同轴式两级圆柱齿轮减速器４．带式运输机５．卷筒

附图2

题目C　设计一用于链式运输机上的圆锥圆柱齿轮减速器。

工作平稳，经常满载，两班制工作，引链容许速度误差为5％。

减速器小批生产，使用期限５年。

附表3

原始数据

题号

Ｃ１

Ｃ２

Ｃ３

Ｃ４

５Ｃ

６Ｃ

Ｃ７

曳引链拉力Ｆ（Ｎ）

9×103

9.5×103

10×103

10.5×103

11×103

11.5×103

12×103

曳引链速度Ｖ（ｍ/ｓ）

0.30

0.32

0.34

0.35

0.36

0.38

0.4

曳引链链轮齿数Ｚ

8

8

8

8

8

8

8

曳引链节距Ｐ（ｍｍ）

80

80

80

80

80

80

80

１．电动机２．联轴器３．圆锥齿轮减速器４．链传动５．链式运输机

附图3

题目D　设计一斗式提升机传动用的二级斜齿圆柱齿轮同轴式减速器。

传动简图如下，设计参数列于附表4。

附表４斗式提升机的设计参数

题号

参数

题号

D1

D2

D3

D4

生产率Ｑ（ｔ/ｈ）

15

16

20

24

提升带速度Ｖ（ｍ/ｓ）

1.8

2

2.3

2.5

提升高度Ｈ（ｍｍ）

32

28

27

22

提升鼓轮直径Ｄ（ｍｍ）

400

400

450

500

注：

1）斗式提升机用来提升谷物、面粉、水泥、型沙等物品；

2）提升机驱动鼓轮（图2.7中的件5）所需功率为：

Ｐｗ＝ＱＨ（1＋0.8ｖ）/367（KW）

3）斗式提升机运转方向不变，工作载荷稳定，传动机构中装有保安装置（如安全联轴器）；

4）工作寿命8年，每年300个工作日，每日工作16小时。

１．电动机２。

联轴器３．减速器４．驱动嘉鼓轮５．运料斗６．提升带

附图4

题目E：

设计用于带式运输机上的展开式二级圆柱齿轮减速器。

连续单项运转，空载启动，中等冲击，两班制工作，运输带速度允许误差为5%，工作期限为10年。

附表5

原始数据

题号

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8

E9

E10

运输机工作轴扭矩Ｔ（Ｎ。

ｍ）

800

800

800

850

850

850

850

900

900

900

运输带工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）

0.70

0.90

0.80

0.75

0.85

0.95

0.90

0.75

0.80

0.85

卷筒直径Ｄ（ｍｍ）

350

390

360

360

370

400

380

350

370

380

１．带传动２．电动机３．两级圆柱齿轮减速器４．带式运输机５．卷筒

附图5

注：

此题上图的二级同轴式改为二级展开式

题目F　设计一链式运输机上的蜗杆减速器。

工作平稳，经常满载，不反转，引链容许速度误差为５％。

减速器通风良好，成批生产，使用期限5年。

附表6

原始数据

题号

F１

F２

F３

F４

F５

F６

曳引链拉力Ｆ（Ｎ）

6.4×103

6.8×103

6×103

7×103

6.2×103

7×103

曳引链速度Ｖ（ｍ/ｓ）

0.26

0.25

0.25

0.30

0.24

0.2

曳引链链轮齿数Ｚ

15

14

12

15

12

10

曳引链节距Ｐ（ｍｍ）

80

100

100

80

100

100

工作班制

单

单

两

两

单

三

１．电动机２．联轴器３．蜗杆减速器４．链传动５．链式运输机

附图5

题目G　设计一带式运输机上用的蜗杆减速器。

运输机连续工作，单向动转，载荷平稳，空载起动。

运输带速度容许误差为5％。

减速器小批生产，使用期限10年，三班制工作。

附表7

原始数据

题号

G１

G２

G３

G４

运输带工作拉力Ｆ（Ｎ）

2×103

2.2×103

2.5×103

3×103

运输带工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）

0.8

0.9

1.0

1.1

卷筒直径Ｄ（ｍｍ）

350

320

300

350

１．电动机２．联轴器３．蜗杆减速器４．带式运输机

附图6

题目H　设计带式输送机的动力及传动装置，设计原始数据如表G，可供选用的传动方案如图所示。

原始数据：

（数据编号；传动方案编号）

注：

本题共有题目数＝数据编号数×方案数＝80

工作条件：

一班制，连续单向运输。

载荷平稳，室内工作，有粉尘（运输带与卷筒及支承间、包括卷筒轴承的摩擦阻力影响已在F中考虑）。

使用期限：

十年，大修期三年。

生产批量：

10台。

生产条件：

中等规模机械厂，可加工7-8级精度齿轮及蜗轮。

动力来源：

电力，三相交流（220/380V）。

运输带速度允许误差：

±5％。

附表8

数据编号

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9

H10

运输带工作拉力Ｆ（Ｎ）

1500

2200

2300

2500

2600

2800

3300

4000

4300

3000

运输带工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）

1.1

1.1

1.1

1.1

1.1

1.4

1.2

1.6

1.25

0.8

卷筒直径Ｄ（ｍｍ）

220

240

300

400

200

350

350

400

500

250

附图7

方案１　　　　　　　　方案２　　　　　　　方案３

方案４　　　　　　　　　方案５　　　　　　　　　方案６

方案７　行星轮减速器　　　　　　　方案８　轴装式减速器

附图8

附录II：

机械设计课程设计图册

A一级圆柱齿轮减速器

A.1装配图