《机械设计基础》课程设计
第一节 《机械设计基础》课程设计概述
一、课程设计的目的
《机械设计基础》课程是一门技术基础课，目的在于培养学生机械设计能力。课程设计是《机械设计基础》课程最后一个重要的实践性教学环节，也是机电类专业学生第一次较为全面的机械设计训练，其目的为：
（1）通过课程设计培养学生综合运用《机械设计基础》课程及其它先修课程的理论知识，解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练，使理论知识得以巩固和提高。
（2）通过课程设计的实践使学生掌握一般机械设计的基本方法和程序，培养独立设计能力。
（3）进行机械设计工作基本技能的训练，包括训练、计算、绘图能力、计算机辅助设计能力，熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准、规范等）。
二、课程设计的内容和任务
1、课程设计的内容
本课程设计选择齿轮减速器为设计课题，设计的主要内容包括以下几方面： （1）拟定、分析传动装置的运动和动力参数；
（2）选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数；
（3）进行传动件的设计计算，校核轴、轴承、联轴器、键等； （4）绘制减速器装配图及典型零件图（有条件可用AutoCAD绘制）； （5）编写设计计算说明书。
2、课程设计的任务
本课程设计要求在2周时间内完成以下的任务： （1）绘制减速器装配图1张（A1图纸）；
（2）零件工作图2张（齿轮、轴、箱体等任选2个，A3图纸）； （3）设计计算说明书1份，约6000字左右。 三、课程设计的步骤
课程设计是一次较全面较系统的机械设计训练，因此应遵循机械设计过程的一般规律，大体上按以下步骤进行：
（1）设计准备 认真研究设计任务书，明确设计要求和条件，认真阅读减速器参考图，拆装减速器，熟悉设计对象。
（2）传动装置的总体设计 根据设计要求拟定传动总体布置方案，选择原动机，计算传动装置的运动和动力参数。
（3）传动件设计计算 设计装配图前，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。一般先计算外传动件、后计算内传动件。
（4）装配图设计 计算和选择支承零件，绘制装配草图，完成装配工作图。
（5）零件工作图设计 零件工作图应包括制造和检验零件所需的全部内容。 （6）编写设计说明书 设计说明书包括所有的计算并附简图，并写出 设计总结。
《机械设计基础》课程设计时间分配如表1-1。
表1-1 课程设计步骤 次序 1 2 设计内容 设计准备 拟定设计方案 时间分配（天） 0.5 0.5 3 4 5 6 传动件和轴的设计计算 装配图的设计 设计零件图 编写设计说明书 1.5 4 2 1.5 四、设计任务书
设计题目 设计带式运输机传动装置 原始数据见表1-2。
运输带工作拉力F=_________N 运输带工作速度V=_________m/s 卷筒直径D=___________mm 每日工作时间T=24h
传动工作年限a=5年
工作条件 转动不逆转，载荷平稳，起动载荷为名义载荷的1.25倍，运输带速度允许误差为+5%
表1-2 原始数据 参数 运输带工作拉力F/（N） 运输带工作速度V/（m/s） 卷筒直径D/(mm)
第二节 传动装置的总体设计
传动装置的总体设计，主要包括拟定传动方案、选择原动机、确定总传动比和分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数。
一、拟定传动方案
机器通常由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机，合理拟定传动方案是保证传动装置设计质量的基础。课程设计中，学生应根据设计任务书，拟定传动方案，分析传动方案的优缺点。现考虑有以下几种传动方案如图2-1：
题号 1 2300 1.5 400 2 2100 1.6 400 3 1900 1.6 400 4 2200 1.8 450 5 2000 1.2 450 a) b) I c) d) 图2-1 带式运输机传动方案比较 传动方案应满足工作机的性能要求，适应工作条件，工作可靠，而且要求结构简单，尺寸紧凑，成本低，传动效率高，操作维护方便。
设计时可同时考虑几个方案，通过分析比较最后选择其中较合理的一种。下面为图1中a、b、c、d几种方案的比较。
a方案 宽度和长度尺寸较大，带传动不适应繁重的工作条件和恶劣的环境。但若用于链式或板式运输机，有过载保护作用；
b方案 结构紧凑，若在大功率和长期运转条件下使用，则由于蜗杆传动效率低，功率损耗大，很不经济；
c方案 宽度尺寸小,适于在恶劣环境下长期连续工作.但圆锥齿轮加工比圆柱齿轮困难；
d方案 与b方案相比较,宽度尺寸较大，输入轴线与工作机位置是水平位置。宜在恶劣环境下长期工作。
故选择方案a，采用V带传动（i=2~4）和一级圆柱齿轮减速器(i=3~5)传动。传动方案
简图如图2：
654321 1—V带传动；2—电动机；3—圆柱传动减速器；4—联轴器；5—输送带；6—滚筒 图2-2带式运输机传动装置 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。
本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 圆柱齿轮传动 V带传动 滚动轴承（每对） 弹性联轴器 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
0.94—0.96 0.94—0.97 0.98—0.995 0.99—0.995 闭式 0.96—0.99 —— 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 功率（常用值）/kw 平带传动 小 （≤20） 单级传动比 常用值 最大值 2~4 5 ≤25 大 低 好 无 有 短 好 低 V带传动 中 （≤100） 2~4 7 查表2-1 ≤25~30 大 低 好 无 有 短 好 低 ≤40 大 中等 较差 无 无 中等 中等 中等 6级精度≤18 小 高 一般 无 无 长 长 高 链传动 中 （≤100） 2~5 6 圆柱齿轮传动 大 （最大达50000） 3~5 8 传动效率 许用的线速度 外廓尺寸 传动精度 工作平稳性 自锁性能 过载保护作用 使用寿命 缓冲吸振能力 要求制造及 安装精度