机械设计基础课程设计指导书

机械设计基础课程设计指导书第一章《机械设计基础》课程设计总论一、课程设计设计的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、运用标准和规范等的训练。二、课程设计的内容和任务1、课程设计的内容应包括传动装置的全部设计计算和结构设计，具体如下：1）拟定、分析和选定传动装置的设计方案。2）选择电动机，计算传动装置的运动参数和动力参数。3）进行传动零件的设计计算。4）减速器装配工作图的结构设计及绘制。5）零件工作图的设计和绘制。6）整理、编写设计说明书。2、课程设计的主要任务：1）编写设计计算说明书。2）绘制减速器装配图（用A1或A0图纸绘制）。3）绘制零件图。4）答辩。三、课程设计的步骤1、设计准备阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。2、传动装置的总体设计根据任务书中所给参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率；画传动装置方案简图。3、各级传动零件的设计计算通过设计计算，确定各传动零件的主要参数和尺寸，一般包括带传动、联轴器、齿轮传动（或蜗杆蜗轮传动）等。一般应先计算箱外传动件（如带、联轴器），后计算箱内传动件。4、减速器装配工作图的结构设计及绘制分析和选定减速器的结构方案，以轻线给轴系结构及箱内、外与其有关部分；选择减速器中受力较复杂的一轴及其轴上零件，校核轴、键和联轴器的强度及滚动轴承寿命（轴的校核按弯扭合成强度计算）；进行轴系、箱体及其附件的结构设计，箱体附件一般应包括窥视窗、油标、排油孔及其螺塞、起吊装置等。底图完成后，应进行检查并修改。标注必要的尺寸和公差配合，写出减速器特性、技术要求和零件序号，编写零件明细表及标题栏。5、零件工作图的设计和绘制零件工作图一般选轴或齿轮，尺寸和公差标注及技术要求应完整，绘制齿轮零件工作图应有齿轮公差表。6、加深和完成减速器装配图7、整理、编写设计说明书说明书应包括文字叙述、设计计算和必要的简图，在说明书每～页的右侧应单独写明有关计算结果和简短结论（如：“m＝3”、“满足强度要求”等等）8、设计总结和答辩课程设计集中在两周内完成。设计完成后进行总结、验收，必要时应单独考核并评定成绩。第二章机械传动装置的总体设计一、传动方案的分析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。二、电动机的选择1、选择电动机类型常用：Y系列三相异步电动机同步转速：300015001000750级数：2468电机安装型式：（P186～P187）2、确定电动机的功率1)工作机所需电动机功率工作机的功率或传动装置总效率2)确定电动机型号由选定的电动机类型、结构和转速等查出电动机的型号，确定额定功率、满载转速、结构尺寸等。三、传动装置总传动比的确定和分配1.确定总传动比ia2.分配各级传动比传动比的分配原则:1)各级传动比应在推荐范围内选取，不得超过最大值。2)展开式二级圆柱齿轮减速器3)圆锥---圆柱齿轮减速器目的：1）尺寸协调、互不干涉高速级大齿轮与低速轴干涉。带轮过大造成安装不便2）尺寸紧凑、便于润滑不同的传动比分配对外廓尺寸的影响四、传动装置运动、动力参数计算计算各轴的功率P、转速n和转矩T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第三章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。一、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。二、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。三、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。第四章减速器结构尺寸一、减速器结构尺寸如图所示，为减速器的示意图。减速器的机体由机座和机盖组成。为安装方便，机座和机盖的分界面通常与各轴中心线所在的平面重合，这样可将轴承、齿轮等轴上零件在体外安装在轴上，再放入机座轴承孔内，然后合上机盖。机座与机盖的相对位置又定位销确定，并用螺栓联接紧固。机盖凸缘上两端各有一螺纹孔，用于拧入启盖螺钉。机体内常用机油润滑，机盖上有观察窗，其上设有通气孔，能使机体内膨胀气体自由逸出；机座上设有标尺，用于检查油面高度。为放出机体内油污，在机座底部有防油螺塞。为了便于搬运，在机体上装有环首螺钉或耳钩。机体上的轴承盖用于固定轴、调整轴承游隙并承受轴向力。在输入、输出端的轴承盖孔内放有密封装置，防止杂物渗入及润滑油外漏。若轴承利用稀油飞溅润滑时，还常在基座的剖分面上作出输油沟，使由齿轮运转时飞溅到机盖上的油沿机盖内壁流入此油沟导入轴承。减速器机体是用以支持和固定轴系零件，是保证传动零件的啮合精度、良好润滑及密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的50％。因此，机体结构对减速器的工作性能、加工艺、材料消耗、重量及成本等有很大影响，设计时必须全面考虑。设计减速器的箱体结构时，可参阅课程设计指导书中的表4.1～4.5。第五章装配工作图的设计和绘制装配工作图表达了机器总体结构的设计构思、部件的工作原理和装配关系，也表达出各零件间的相互位置、尺寸及结构形状。它是绘制零件工作图、进行部件装配、调试及维护的技术依据。减速器的装配工作图可按以下步骤进行设计：（1）装配工作图设计的准备（2）绘制装配草图（3）进行传动件的结构设计、轴承端盖的结构设计，选择轴承的润滑和密封方式（4）设计减速器的箱体和附件（5）检查装配草图（6）完成装配图一、装配图设计的准备阶段在画装配图之前，应通过翻阅资料、装拆减速器、看录像等，搞清楚减速器各零部件的作用、类型和结构。还要注意减速器的以下数据：1、电动机型号，电动机输出轴的轴径、轴伸长度，电动机的中心高。2、联轴器的型号、孔径范围、孔宽和装拆尺寸要求。3、传动零件的中心矩、分度圆直径、齿顶圆直径及轮齿的宽度。4、滚动轴承的类型5、箱体的结构方案。所推荐箱体结构的有关尺寸。画装配图时，应选好比例尺，布置好图面位置。画草图的比例尺与正式图相同。二、装配图设计的第一阶段这一阶段主要进行轴的结构设计，确定轴承的型号和位置，找出轴承支点和轴系上作用力的作用点，从而对轴和轴承进行验算。1、确定各传动件的轮廓及相对位置2、箱