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機械設計課程設計指導書
（機類本科使用）
李開世 劉郁蔥 黃文權 編著
四川理工學院機電工程系
二00五年十月
21
前 言
《機械設計》是機械類學生一門重要的專業(yè)基礎課，機械設計課程設計又是其中重要的實踐教學環(huán)節(jié)，根據機械類專業(yè)本科學生機械設計課程設計要求，結合學院實際，編寫本書指導學生進行課程設計，與《機械設計》教材配套使用。
本指導書從教學要求出發(fā)，教材上有的內容不再摘錄，力求內容精選、適用，題目難度適中，符合本校實際要求，書中提出了對課程設計的具體要求，說明了步驟、設計報告的撰寫以及設計過程中需要注意的事項，并提供了八組設計題目類型，每組題目類型又有若干小題供設計時視情況選用。指導教師根據實際情況，在滿足課程設計基本要求的前提下，亦可自選附錄之外的其他設計題目。
本指導書在李開世教授編寫的《機械設計課程設計題集（本科）》基礎上，由劉郁蔥、黃文權進行了內容的增補充實和調整，改正了原題集中的個別印刷錯誤，并全部重新繪制了示例圖。
由于時間倉促，書中疏漏錯誤在所難免，歡迎大家批評指正。
編者
二00五年十月
目 錄
前 言 I
第一章 機械設計課程設計概述 1
1.1 機械設計課程設計的目的 1
1.2 機械設計課程設計的內容和任務 1
1.3 機械設計課程設計中的注意事項 2
第二章 機械設計課程設計步驟 3
2.1 設計準備 3
2.2 傳動裝置的總體設計 3
2.3 各級傳動零件的設計 4
2.4 減速器裝配草圖的設計及繪制 5
2.5 減速器裝配圖工作圖的設計及繪制 5
2.6 零件工作圖的設計及繪制 5
2.7 整理和編寫設計說明書 5
2.8 進行設計總結 5
第三章 機械設計課程設計說明書 6
3.1 設計說明書內容 6
3.2 要求 6
3.3 書寫格式舉例 7
3.4 推薦參考書目 7
機械設計課程設計設計說明書封面 8
機械設計課程設計任務書 9
機械設計課程設計進度計劃表 10
附錄I：機械設計課程設計參考題目 11
附錄II：機械設計課程設計參考圖樣 20
第一章 機械設計課程設計概述
“機械設計”是機械類專業(yè)的一門重要技術基礎課程，論述的是各類通用零部件的設計原理與計算方法。為了對該門課程有充分的認識和深入的掌握，教學過程中除了系統(tǒng)地講授必要的設計與計算理論，進行作業(yè)及實驗等外，還應使學生作較全面的機械設計技能鍛煉，即在“機械設計”課程完畢以后，進行為期3~4周的課程設計。
“機械設計”課程設計是對機械類專業(yè)本科學生進行的一次較全面的機械設計基本技能訓練，是該門課程重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。
1.1 機械設計課程設計的目的
1．培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確設計思想，綜合運用“機械設計”課程及有關先修課程的理論知識，生產知識去分析和解決工程實際問題的能力。
2．學習機械設計的一般方法，了解和掌握常用機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的設計過程和設計方法，使學生具備一定的設計能力。
3．通過設計計算、繪圖、查閱有關設計資料、手冊、標準和規(guī)范，數據處理，類比等，對學生進行基本技能訓練。
4．了解和學習機械設計的計算機輔助設計方法和過程。
1.2 機械設計課程設計的內容和任務
機械設計課程設計通常選擇一般用途的機械傳動裝置作為設計對象，我院機械類本科以兩級齒輪減速器的設計為主，如圖１所示的圓錐圓柱齒輪二級減速器。指導教師根據實際情況，也可進行工作量與此相當的其他機械的設計。
每個學生應獨立完成以下任務：
減速器裝配圖一張(0號或1號圖紙)；
零件工作圖1~3張（傳動零件，軸等，3號或4號圖紙）；
設計計算說明書一份（6000-8000字）。
在設計中可以使用各種計算機輔助計算、設計和分析工具來完成設計任務，采用計算機輔助設計的同學，需至少手工繪制圖紙1張，其他圖紙和設計說明書可打?。ㄑb配圖：4×A4打印紙拼合；零件圖：A4打印紙；說明書：A4打印紙），同時上交設計圖紙和設計說明書的電子文檔。
1．電動機 2．聯(lián)軸器 3．圓錐齒輪減速器 4．鏈傳動 5．鏈式運輸機
圖１
1.3 機械設計課程設計中的注意事項
1．機械設計課程設計是一個非常重要的教學環(huán)節(jié)，既是對已學課程的綜合運用，又為以后的專業(yè)課學習打下基礎，因此，務必要求學生在設計過程中嚴肅認真，踏實細致，并養(yǎng)成保質保量，按時完成任務的良好習慣。
2．正確處理計算和繪圖的關系。不能把設計片面理解為就是理論計算。確定機械零件尺寸時，應綜合考慮零件結構，加工，裝配，使用條件，與其它零件的關系以及經濟性。理論計算只是為確定零件尺寸提供了一個方面（如強度）的依據，有時要利用經驗公式來確定尺寸，有時要根據結構和工藝來確定尺寸。因此在設計過程中，經常是邊畫、邊算，邊修改。計算和繪圖相互補充，交叉進行。
3．正確處理參考現(xiàn)有資料與創(chuàng)新的關系。任何設計都不可能是設計者憑空想象，獨出心裁的產物。大量的設計參考資料是前人設計經驗的總結，初次進行機械設計，應充分熟悉和利用現(xiàn)有資料，參考和分析已有的結構方案，合理選用有關經驗數據。這正是鍛煉設計能力的一個重要方面。但是，參考資料并不意味著盲目地抄襲資料。設計者必須根據特定的設計任務和具體要求敢于提出新設想、新方案和新結構并在設計實踐中總結和改善，充分發(fā)揮主觀能動性，這樣，設計者的設計技能才能不斷得到提高。
4．注意培養(yǎng)工作的計劃性，應經常檢查和掌握進度，并隨時整理設計計算結果。這對于設計的正常進行，階段檢查和編寫說明書都是有益的。
5．盡可能引用新的設計方法，采用計算機輔助設計工具或手段進行設計。
第二章 機械設計課程設計步驟
設計通常根據具體條件分析確定出總體傳動方案，然后進行必要的運算，通過計算，作圖，查閱資料以及必要的修改得到結果，最后以機械圖和設計說明書的形式完成設計。大致過程如下所示。
2.1 設計準備
認真研究設計任務書，明確設計要求、條件、內容和步驟；閱讀有關資料、圖紙，看錄像及參觀實物或拆裝減速器，了解設計對象；復習“機械設計”課程有關內容，熟悉有關零件的設計方法和步驟；擬定設計計劃（工作進度表），準備好有關圖書，資料及用具。
2.2 傳動裝置的總體設計
準備工作完成后，首先進行傳動裝置總體設計，總體設計的內容是分析和選定傳動裝置的方案, 選擇電動機的類型、型號和轉速，為下一步的傳動件設計提供條件。
2.2.1 分析和選定傳動裝置的方案
傳動方案通常用機構運動簡圖的方式表達，根據課程設計任務書中提供的原始參數，分析減速器的工作條件（如運動特點，有無特殊要求等），工作性能（如運輸帶工作拉力Ｆ，運輸帶工作速度ｖ），再分析比較多種傳動方案的特點，考慮總體結構，尺寸以及加工制造方便，使用和維護易于操作進行，成本低廉等因素從中選擇出最佳的傳動方案。如果設計的是多級傳動，對于有幾種傳動形式的多級傳動要充分考慮各種傳動方式的傳動特點，合理布置傳動順序，下面幾點在考慮傳動方案時可供參考。
1．帶傳動乘載能力小，傳遞同樣功率時結構尺寸較大，但帶能吸收振動，傳動平穩(wěn)，適宜布置在高速級，通常ｉ≤７。
2．鏈傳動因為有運動的不均勻性和附加動載荷，有沖擊，最好布置在低速級 ，通常ｉ≤８。
3． 斜齒輪因為是逐漸進入和退出嚙合其傳動比直齒輪更平穩(wěn)，故宜布置在高速級。
4．大直徑的圓錐齒輪加工較直齒輪和斜齒輪困難，宜將其布置在高速級，并采用小傳動比以減小其直徑和模數。
5．蝸桿傳動可得到較大的傳動比，適合于用在高速傳動中。
總體傳動方案的選擇可參考附錄I示例圖。
2.2.2 選擇電動機
電動機由專門廠家生產，是標準部件，設計時要選擇電機型號、電機功率和電機轉速，這些可根據工作機性能，工作環(huán)境和工作載荷來選擇，在產品目錄上查閱相關參數。
如無特殊要求，電機類型通常選用Ｙ系列的三相籠型異步電動機，因其結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便。電機功率和轉速要根據具體條件進行計算。
確定總傳動比和分配各級傳動比；
總傳動比由選擇好的電機轉速ｎ電和計算出的工作機工作機轉速ｎ工確定
ｉ總＝ｎ電 /ｎ工
關于總傳動比的分配，應考慮下面幾點
1．各級傳動比應在推薦值的范圍。
2．傳動比的分配應使各級傳動比尺寸協(xié)調合理。
3．考慮結構的要求，各級傳動件要有相應的合適的空間，不能發(fā)生干涉。
4．對于多級齒輪傳動來說，從潤滑的需要出發(fā)，應盡可能使大齒輪的直徑尺寸接近。
前面參數確定后，計算每根軸的轉速，功率及扭矩；畫出傳動裝置方案簡圖。為設計計算各級傳動零件和裝配圖設計做準備。
2.3 各級傳動零件的設計
傳動件是減速器的核心零件，計算齒輪減速器各級傳動件的參數，確定出尺寸以及箱外傳動零件如帶傳動、鏈傳動等的主要參數和尺寸。
設計時先確定出外傳動件，如帶傳動、鏈傳動的有關參數，帶傳動通常選用結構簡單的ｖ帶傳動，計算確定出帶的型號、長度和根數，主、從動帶輪的直徑，傳動中心距。對于鏈傳動需要計算確定出鏈的型號、鏈節(jié)數、排數，鏈輪的齒數和直徑，傳動中心距，說明潤滑方式。外傳動件參數的確定還應考慮與電機、聯(lián)軸器等標準部件的配合，即輪轂和軸的尺寸要相配。尺寸確定后，應根據確定的參數重新計算實際傳動比。
閉式齒輪內傳動件是指箱體內的圓柱齒輪、圓錐齒輪、斜齒輪或蝸桿蝸輪，他們的設計都有相應的設計公式，具體設計參看《機械設計》教材或有關的參考資料，設計時需注意下面幾點；
1．根據工作環(huán)境和工作性能用類比的方法確定齒輪材料，若設計成齒輪軸還應兼顧軸的強度、剛度要求，為加工方便起見，盡可能減少材料種類，同級減速器各小齒輪和大齒輪材料盡量分別一致。
2．一對相嚙合的齒輪（圓錐齒輪除外），考慮軸向裝配誤差，通常小齒輪寬度要大于大齒輪寬度5~10ｍｍ。
3．標準參數查表選取，應該圓整的尺寸要圓整，重要的計算尺寸精確到小數點后兩位。
2.4 減速器裝配草圖的設計及繪制
裝配圖用于表達零件的相互裝配關系，是重要的技術文件。要最終完成好裝配圖，做草圖是一個很重要的步驟，因為在設計過程中，為使零件得到合理的結構和表達，零件和零件之間有協(xié)調的相互關系，有些尺寸和圖紙需要進行多次修正、修改。
在草圖階段，細線繪制軸承結構及箱內外大致結構；校核軸、鍵和聯(lián)軸器的強度及滾動軸承的壽命；進行軸承，箱體及其附件的結構設計，邊設計邊修改，以期得到最合理的結構尺寸。草圖完成后應檢查并修改。標注尺寸和配合，寫出減速器特性；技術要求、零件序號、考慮明細表和標題欄。
2.5 減速器裝配圖工作圖的設計及繪制
裝配圖要符合機械制圖國家標準的要求，選擇合適的表達方式。在認真檢查分析草圖的基礎上進行繪制，標注尺寸和配合，寫出減速器特性；技術要求、零件序號、考慮明細表和標題欄。
2.6 零件工作圖的設計及繪制
要求表達的零件是軸和齒輪，對于軸類零件，常用一個主視圖來表達，有孔和鍵槽的地方可用剖視圖來表達，細節(jié)部分可用局部放大圖。齒輪的表達通常用兩個視圖，對于齒輪分度圓、齒頂圓等線條機械制圖上有專門的規(guī)定，必需按規(guī)定繪制。
2.7 整理和編寫設計說明書
設計說明書的編寫參見第三章。
2.8 進行設計總結
第三章 機械設計課程設計說明書
設計說明書是圖紙設計的理論根據，又是設計計算的整理和總結，而且是審核設計是否合格的技術文件之一。編寫設計說明書是設計工作的一個重要組成部份。
3.1 設計說明書內容
機械設計課程設計說明書的內容根據具體的設計任務而定，說明書的格式一般可參照下列要求：
封面（參考第8頁格式）
設計任務書（參考第9頁示例格式）；
目錄（標題，頁次）；
傳動方案的分析與擬定（傳動方案簡圖）；
電動機的選擇與有關計算；
傳動裝置運動及動力參數的計算；
傳動零件的設計計算；
軸的設計計算（軸的結構設計簡圖，軸的受力分析圖彎矩圖、扭矩圖）；
滾動軸承的選擇和計算鍵的選擇和計算；
聯(lián)軸器的選擇；
潤滑方式及密封件的選擇；
箱體結構設計；
設計小結；
參考資料（包括書名或期刊名，作者，出版單位及年月）；
附錄（如程序及計算結果等）。
3.2 要求
1．計算正確，論述清楚，層次分明，文字簡潔，書寫工整。
2．計算部分寫出計算公式，代入相應數值后不必寫出運算過程，直接寫出計算結果及單位，并寫出簡短結論（如“滿足強度要求”，“在允許范圍內”等）。
3．凡公式或數據，應注明來源。
4．為了清楚說明設計內容，應附有必要的插圖（如傳動方案簡圖，軸的受力分析圖，軸的結構設計草圖等）。為了簡練醒目，一些計算可以用表格形式寫出（如傳裝置的運動及動力參數，傳動零件的幾何尺寸參數等）。
5．只要求寫出正確設計結果，不必寫出修改過程。
3.3 書寫格式舉例
計算及說明
結果
齒面接觸強度計算
初步計算
轉矩：＝9.55×106×P/n1=9.55×106×20/1000
齒寬系數：由《機械設計》第222頁，表12.13取
接觸疲勞極限：由《機械設計》第224頁，圖12.17取
=191000N.mm
=1.0
=710MPa
3.4 推薦參考書目
設計過程中需要了解和使用有關的規(guī)范、公式，查閱相關的圖、表，要利用參考資料來進行，以下為推薦的參考書目。
1．《機械設計手冊》
2．《機械設計》教材
3．《機械制圖》
4．《機械零件設計手冊》
5．《機械設計課程設計》
6．《機械零件圖冊》
7．《計算機輔助設計》
說明：以上書目沒有列出作者、出版社和版本，同學可根據條件選擇不同作者，不同版本相應的資料作設計參考。注意，在引用公式、圖表時，一定是同一本手冊或教材中的公式和圖表對應，不能用這本書的公式而查另一本書的圖表。
機械設計課程設計
設 計 說 明 書
題 目
設 計 者
指導教師
班 級
提交日期
機械設計課程設計任務書
題 目 帶式運輸機用圓錐圓柱齒輪減速器設計（A3）
設 計 者
指導教師
班 級
設計時間 2014年12月22日~2015年1月9日
任務要求：
1. 減速器裝配圖一張(0號或1號圖紙)
2. 零件圖1~3張（由指導教師指定）
3. 設計說明書一份（6000~8000字）
其它要求：設計步驟清晰，計算結果正確，說明書規(guī)范工整，制圖符合國家標準。按時、獨立完成任務。
計劃
日期
應完成的設計內容
實際完成情況
第
1
周
第
2
周
第
3
周
機械設計課程設計進度計劃表
附錄I：機械設計課程設計參考題目
（下列八組題目供設計時選用，教師也可根據教學大綱要求選用其它題目）
題目A：帶式運輸機用圓錐圓柱齒輪減速器設計
設計一用于帶式運輸機上的圓錐圓柱齒輪減速器。空載起動，經常滿載運行，工作有輕震，不反轉。單班制工作。運輸機卷筒直徑D=320ｍｍ,運輸帶容許速度誤差為5％。減速器為小批生產，使用期限10年。
附表A
原始數據
題 號
A 1
A 2
A 3
A 4
A 5
A 6
運輸帶工作拉力Ｆ（Ｎ）
2×103
2.1×103
2.2×103
2.3×103
2.4×103
2.5×103
運輸帶工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）
1.2
1.3
1.4
1.5
1.55
1.6
1．電動機 2．聯(lián)軸器 3．圓錐齒輪減速器 4．帶式運輸機
附圖A
題目B：帶式運輸機用同軸式二級圓柱齒輪減速器設計
設計一用于帶式運輸機上的同軸式二級圓柱齒輪減速器。工作平穩(wěn)。單向運轉，兩班制工作。運輸帶容許速度誤差為5％。減速器成批生產，使用期限10年。
附表B
原始數據
題 號
B 1
B 2
B 3
B 4
B 5
B 6
B 7
運輸機工作軸扭矩Ｔ（Ｎ·ｍ）
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1600
運輸帶工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.80
卷筒直徑Ｄ（ｍｍ）
300
320
350
350
350
400
350
1．帶傳動 2．電動機 3．同軸式兩級圓柱齒輪減速器 4．帶式運輸機 5．卷筒
附圖B
題目C：鏈式運輸機用圓錐圓柱齒輪減速器設計
設計一用于鏈式運輸機上的圓錐圓柱齒輪減速器。工作平穩(wěn)，經常滿載，兩班制工作，引鏈容許速度誤差為5％。減速器小批生產，使用期限5年。
附表C
原始數據
題 號
C 1
C 2
C 3
C 4
C 5
C 6
C 7
曳引鏈拉力F (N)
9×103
9.5×103
10×103
10.5×103
11×103
11.5×103
12×103
曳引鏈速度v（ｍ/ｓ）
0.30
0.32
0.34
0.35
0.36
0.38
0.4
曳引鏈鏈輪齒數Z
8
8
8
8
8
8
8
曳引鏈節(jié)距p（ｍｍ）
80
80
80
80
80
80
80
1．電動機 2．聯(lián)軸器 3．圓錐齒輪減速器 4．鏈傳動 5．鏈式運輸機
附圖C
題目D：提升機用二級同軸式斜齒輪減速器設計
設計一斗式提升機傳動用的二級斜齒圓柱齒輪同軸式減速器。傳動簡圖如下，設計參數列于附表D中。
附表D 斗式提升機的設計參數
題 號
參 數
題 號
D 1
D 2
D 3
D 4
生產率Q（t/h）
15
16
20
24
提升帶速度v（m/s）
1.8
2
2.3
2.5
提升高度H（mm）
32
28
27
22
提升鼓輪直徑D（mm）
400
400
450
500
注：1 斗式提升機用來提升谷物、面粉、水泥、型沙等物品；
2 提升機驅動鼓輪（附圖D中的件4）所需功率（直接代入表中數據計算）：
Ｐｗ＝ＱＨ（1＋0.8ｖ）/367(KW)
3 斗式提升機運轉方向不變，工作載荷穩(wěn)定，傳動機構中裝有保安裝置（如安全聯(lián)軸器）；
4 工作壽命8年，每年300個工作日，每日工作16小時。
1．電動機 2．聯(lián)軸器 3．減速器 4．驅動鼓輪 5．運料斗 6．提升帶
附圖D
題目E：帶式運輸機用展開式二級圓柱齒輪減速器設計
設計用于帶式運輸機上的展開式二級圓柱齒輪減速器。連續(xù)單向運轉，空載啟動，中等沖擊，兩班制工作，運輸帶速度允許誤差為5％，工作期限為10年。
附表E
原始數據
題 號
E 1
E 2
E 3
E 4
5 E
E 6
E 7
E 8
E 9
E 10
運輸機工作軸扭矩Ｔ（Ｎ·ｍ）
800
800
800
850
850
850
850
900
900
950
運輸帶工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）
0.70
0.90
0.80
0.75
0.85
0.95
0.90
0.75
0.80
0.85
卷筒直徑Ｄ（ｍｍ）
350
390
360
360
370
400
380
350
370
380
1．帶傳動 2．電動機 3．展開式兩級圓柱齒輪減速器 4．帶式運輸機 5．卷筒
附圖E
題目Ｆ：鏈式運輸機用蝸桿減速器設計
設計一鏈式運輸機上的蝸桿減速器。工作平穩(wěn)，經常滿載，不反轉，引鏈容許速度誤差為5％。減速器通風良好，成批生產，使用期限5年。
附表F
原始數據
題號
F 1
F 2
F 3
F 4
F 5
F 6
曳引鏈拉力Ｆ（Ｎ）
6.4×103
6.8×103
6×103
7×103
6.2×103
7×103
曳引鏈速度Ｖ（ｍ/ｓ）
0.26
0.25
0.25
0.30
0.24
0.2
曳引鏈鏈輪齒數Ｚ
15
14
12
15
12
10
曳引鏈節(jié)距Ｐ（ｍｍ）
80
100
100
80
100
100
工作班制
單
單
兩
兩
單
三
1．電動機 2．聯(lián)軸器 3．蝸桿減速器 4．鏈傳動 5．鏈式運輸機
附圖F
題目G：帶式運輸機用蝸桿減速器設計
設計一帶式運輸機上用的蝸桿減速器。運輸機連續(xù)工作，單向動轉，載荷平穩(wěn)，空載起動。運輸帶速度容許誤差為5％。減速器小批生產，使用期限10年，三班制工作。
附表G
原始數據
題號
G 1
G 2
G 3
G 4
運輸帶工作拉力Ｆ（Ｎ）
2×103
2.2×103
2.5×103
3×103
運輸帶工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）
0.8
0.9
1.0
1.1
卷筒直徑Ｄ（ｍｍ）
350
320
300
350
1．電動機 2．聯(lián)軸器 3．蝸桿減速器 4．帶式運輸機
附圖G
題目H：帶式輸送機動力及傳動裝置設計
設計帶式輸送機的動力及傳動裝置，設計原始數據如附表H，可供選用的傳動方案如附圖H2所示，其中原始數據為：（數據編號；傳動方案編號）的組合。
注：本題共有題目數＝數據編號數×方案數＝80
工作條件：一班制，連續(xù)單向運輸。載荷平穩(wěn)，室內工作，有粉塵（運輸帶與卷筒及支承間、包括卷筒軸承的摩擦阻力影響已在F中考慮）。
使用期限：十年，大修期三年。
生產批量：10臺。
生產條件：中等規(guī)模機械廠，可加工7-8級精度齒輪及蝸輪。
動力來源：電力，三相交流（220/380V ）。
運輸帶速度允許誤差：±5％。
附表H
數據編號
H1
H 2
H 3
H 4
H 5
H 6
H 7
H 8
H 9
H 10
運輸帶工作拉力Ｆ（Ｎ）
1500
2200
2300
2500
2600
2800
3300
4000
4300
3000
運輸帶工作速度Ｖ（ｍ/ｓ）
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.4
1.2
1.6
1.25
0.8
卷筒直徑Ｄ（ｍｍ）
220
240
300
400
200
350
350
400
500
250
附圖H1
方案 1 方案 2 方案 3
方案 4 方案 5 方案 6
方案7 行星輪減速器 方案8 軸裝式減速器
附圖H2 傳動方案編號
附錄II：機械設計課程設計參考圖樣