第1篇 机械设计课程设计指导书
第1章 概述
1.1 机械设计课程设计的目的
机械设计课程设计是高等工科学校多数专业第一次较全面的机械设计训练，是机械设计课程的*后一个重要教学环节，其目的是：
(1)培养学生综合运用机械设计及相关课程知识解决机械工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展；
(2)学习机械设计的一般方法和步骤；
(3)进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图(其中包括计算机辅助设计)和学习使用设计资料、手册、标准及规范。
此外，机械设计课程设计还为专业课课程设计和毕业设计奠定了基础。
1.2 机械设计课程设计的内容
1.2.1 题目
机械设计课程设计的题目一般选择通用机械的传动装置，如图1-1所示。两种传动中包括齿轮或蜗杆减速器、带传动、链传动及联轴器等零部件。
图1-1 设计题目类型
传动装置是一般机械不可缺少的组成部分，其设计内容包括机械设计课程中学过的主要零部件，也涉及机械设计的一般问题，适合学生目前的知识水平，能达到课程设计的目的。
1.2.2 内容
课程设计的内容包括：传动装置的总体设计、传动件与支承件的设计计算、减速器装配工作图和零件工作图的绘制及设计计算说明书的编写。
要求学生完成的工作有：减速器装配工作图1张(A0或A1幅面图纸)；零件工作图2或3张，包括轴、齿轮或蜗轮、箱体；设计计算说明书1份。
1.3 机械设计课程设计的步骤和进度
课程设计的具体步骤如下。
(1)设计准备。认真阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过阅读有关资料和图纸、参观实物和模型，了解设计对象；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。
(2)传动装置的总体设计。确定传动装置的传动方案；计算电动机的功率、转速，选择电动机的型号；计算传动装置的运动和动力参数(确定总传动比，分配各级传动比，计算各轴的转速、功率和转矩等)。
(3)传动零件的设计计算。减速器以外的传动零件设计计算(带传动、链传动等)；减速器内部的传动零件设计计算(如齿轮传动、蜗杆传动等)。
(4)减速器装配草图设计。绘制减速器装配草图，选择联轴器，初定轴径；选择轴承类型并设计轴承组合的结构；定出轴上力作用点的位置和轴承支点跨距；校核轴及轮毂连接的强度；校核轴承寿命；箱体和附件的结构设计。
(5)工作图设计。零件工作图设计；装配工作图设计。
(6)编写设计计算说明书。整理编写设计计算说明书，总结设计的收获和经验教训。
为帮助大家拟定好设计进度，表1-1给出了各阶段所占总工作量的大致百分比，可供设计时参考。教师可根据学生是否按时完成各阶段的设计任务来考察其设计能力，并作为评定成绩量化考核的依据之一。
表1-1 设计进度表
1.4 机械设计课程设计的方法和要求
1.4.1 方法
机械设计课程设计与机械设计的一般过程相似，从方案设计开始，进行必要的计算和结构设计，*后以图纸表达设计结果，以计算说明书表示设计的依据。
由于影响设计的因素很多，机械零件的结构尺寸不可能完全由计算决定，还需要借助画图、初选参数或初估尺寸等手段，通过边画图、边计算、边修改的过程逐步完成设计。这种设计方法即通常所说的“三边”设计法。因此，企图完全用理论计算的方法来确定零件的所有尺寸和结构，迟迟不敢动手画图，或一旦画出草图便不愿再做必要修改的做法，都是不对的。
1.4.2 课程设计的要求和注意事项
课程设计应注意以下几点。
(1)认真、仔细、整洁。设计工作是一项认真仔细的工作，一点也马虎不得。无论是在数字计算上或结构设计中，一点细小的差错都会导致产品的报废。因此，要通过课程设计培养出认真、细致、严谨、整洁的工作作风。
(2)理论联系实际，综合考虑问题，力求设计合理、实用、经济、工艺性好。
(3)正确处理继承与创新的关系，正确使用标准和规范。正确继承以往的设计经验和利用已有的资料，既可减轻设计的重复工作量，加快设计的进程，又有利于提高设计质量。但是，继承不是盲目地机械抄袭。设计中正确地运用标准规范，有利于零件的互换性和加工工艺性，从而收到良好的经济效益，同时也可减少设计工作量。对于国家标准和本部门的规范，一般要严格遵守。设计中是否尽量采用标准和规范，也是评价设计质量的一项指标。但是，标准和规范是为了便于设计、制造和使用而制定的，不是用来限制其创新和发展的。因此，当遇到与设计要求有矛盾时，也可以突破标准和规范的规定，自行设计。
(4)学会正确处理设计计算和结构设计之间的关系，要统筹兼顾。确定零件尺寸有以下几种不同的情况。
① 由几何关系导出的公式计算出的尺寸是严格的等式关系。若改变其中的某一参数，则其他参数必须相应改变，一般是不能随意圆整或变动的。例如，齿轮传动的中心距，如欲将a圆整，则必须相应地改动、或m，以保证其恒等式关系。
② 由强度、刚度、磨损等条件导出的计算公式通常是不等式关系。有的是表示机械零件必须满足的*小尺寸，却不一定就是*终采用的结构尺寸。例如，根据强度计算，轴的某段直径至少需要32mm，但考虑到与其相配合的零件(如联轴器、齿轮、滚动轴承等)的结构、安装、拆卸和加工制造等要求，*终采用的尺寸可能为50mm，这个尺寸不仅满足了强度要求，也满足了其他要求，是合理的，而不是浪费。
③ 由实践总结出来的经验公式，常用于确定那些外形复杂、强度情况不明的尺寸。例如，箱体的结构尺寸。这些经验公式是经过生产实践考验的，应尊重它们。但这些尺寸关系都是近似的，一般应圆整取用。
④ 另外，还有一些次要尺寸可由设计者自行根据需要确定，不必进行计算。这些零件的强度往往不是主要问题，又无经验公式可循，故可由设计者考虑加工、使用等条件，参照类似结构，用类比的方法确定，例如，轴上的定位轴套、挡油盘等。
(5)要求图纸表达正确、清晰，符合机械制图标准；说明书计算准确、书写工整，并遵守要求的书写格式。
第2章 传动装置的总体设计
传动装置总体设计的任务是，确定传动方案，选择电动机型号，合理地分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数，为设计计算各级传动零件准备条件。具体设计内容按下列步骤进行。
2.1 确定传动方案
合理的传动方案，应能满足工作机的性能要求、工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、效率高和使用维护方便等。要同时满足这些要求，常常是困难的。因此，应统筹兼顾，保证重点要求。
当采用多级传动时，应合理地选择传动零件和它们之间的传动次序，扬长避短，力求方案合理。常需要考虑以下几点。
(1)带传动为摩擦传动，传动平稳，能缓冲吸振，噪声小，但传动比不准确，传递相同转矩时，结构尺寸较其他传动形式大。因此，应布置在高速级。因为传递相同功率，转速越高，转矩越小，可使带传动的结构紧凑。
(2)链传动靠链轮齿啮合工作，平均传动比恒定，并能适应恶劣的工作条件，但运动不均匀，有冲击，不适于高速传动，故应布置在多级传动的低速级。
(3)蜗杆传动平稳，传动比大，但传动效率低，适用于中、小功率及间歇运转的场合。当和齿轮传动同时应用时，应布置在高速级，使其工作齿面间有较高的相对滑动速度，利于形成流体动力润滑油膜，提高效率，延长寿命。
(4)圆锥齿轮传动用于传递相交轴间的运动。由于圆锥齿轮(特别是当尺寸较大时)加工比较困难，应放在传动的高速级，并限制其传动比，以减小其直径和模数。
(5)开式齿轮传动的工作环境一般较差，润滑不良，磨损严重，应布置在低速级。
(6)斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，当采用双级齿轮传动时，高速级常用斜齿轮。
某些专业因受学时限制，传动方案可在设计任务书中给出，不需学生选择确定。但学生应对设计任务书给出的传动装置简图进行分析，了解传动方案的组成和特点，以提高对传动方案的选择能力。
2.2 减速器类型简介
减速器是用于原动机和工作机之间的独立的封闭传动装置。由于减速器具有结构紧凑、传动效率高、传动准确可靠、使用维护方便等特点，故在各种机械设备中应用甚广。
减速器的种类很多，用以满足各种机械传动的不同要求。其主要类型、特点及应用见表2-1。常用减速器已标准化，由专门工厂成批生产。标准减速器的有关技术资料，可查阅减速器标准或《机械零件设计手册》，也可根据需要设计制造非标准减速器。
表2-1 常用减速器的类型、特点及应用
2.3 选择电动机
根据工作负荷的大小和性质、工作机的特性和工作环境等，选择电动机的种类、类型和结构形式、功率及转速，确定电动机的型号。
2.3.1 选择电动机的种类、类型和结构形式
根据电源种类(直流或交流)、工作条件(环境、温度、空间位置等)及负荷性质、大小、启动特性和过载情况等来选择。
由于一般生产单位均用三相电源，故无特殊要求时都采用三相交流电动机。其中以三相异步电动机应用*多，常用Y系列电动机。经常启动、制动和正反转的场合(如起重、提升设备)，要求电动机具有较小的转动惯量和较大的过载能力，因此，应选用冶金及起重用三相异步电动机，常用YZ型(鼠笼式)或YZR型(绕线式)。电动机结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等，可根据防护要求选择。常用电动机的技术数据及外形尺寸参见表25-1、表25-2。
2.3.2 选择电动机的功率(容量)
电动机功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。功率过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；若功率选得过大，电动机的价格高，能力不能充分发挥，经常不在满载下运转，效率和功率因数都较低，造成浪费。
负荷稳定(或变化很小)、长期连续运转的机械(如运输机)可按照电动机的额定功率选择，而不必校验电动机的发热和启动转矩。选择时应保证满足
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