机械设计基础课程设计报告书

目录

一、任务书 (1)

二、小组设计分工具体情况 (6)

三、第一章总体设计构想 (7)

四、第二章方案设计 (8)

五、第三章设计计算说明 (10)

1、传动装置运动参数的计算 (10)

2、轴与轴承部件的设计 (11)

3、零件载荷计算 (11)

4、机架及附件的设计 (12)

六、第四章设计结论与探讨 (13)

七、附录 (14)

八、课程设计成绩评定表 (16)

《机械设计基础》课程设计任务书

一、实践的目的和任务

（一）实践目的

1.《机械设计基础课程设计》是工业设计专业在完成《机械设计基础课程》课堂理论学习

后的一项重要的实践性设计环节，要求学生综合运用机械设计基础课程及其它先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练。通过课程设计实践环节，使学生树立正确的设计思想，培养学生综合运用理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力，巩固和发展所学到的相关知识。

2.学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法，培养学生工程设

计能力和分析问题、解决问题的能力。

3.进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、运用设计资料（包括手册、标准和规范

等）以及经验估算、考虑技术决策、机械CAD 技术等机械设计方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平，并为后续专业课程设计和毕业设计奠定基础。

4.结合工业设计专业特点，将结构设计与造型设计知识相结合，通过实践，使学生了解产

品设计的基本原则和方法，创造性地提出解决方案，将学生培养成能够在设计中有工程自觉意识的工业设计师。

（二）实践任务

1.完成课程设计题目的方案分析与设计；

2.完成传动装置的总体设计及主要零部件的设计计算；

3.完成装配图、零件图设计；

4.完成方案设计效果图。

5.完成课程设计报告。

二、课程设计题目与要求

（一）设计题目

选择通用机械的传动装置或简单机械。设计题目仅给出要求机器实现的功能，由学生自定传动方案设计，学生亦可自选设计题目，但自选题目的难度与工作量应和课程设计要求相适应。

（二）设计要求

1.总体要求

（1）根据机器的使用要求，通过功能分析，制定或分析传动设计方案。

（2）根据机器的工作状况分析和零件载荷计算，合理地选择零件材料，正确计算零件工作能力和确定零件主要参数和尺寸。

（3）综合考虑制造工艺、安装与调试、使用与维护、经济和安全等问题，对机器和零部件进行结构设计。

（4）图面符合制图标准规范，尺寸标注正确，技术要求完整合理；说明书计算准确、内容完整、层次清楚、格式规范。

2.具体要求

（1）装配图一张，可采用计算机绘图、图纸大小可根据需要决定；

（2）零件工作图若干张（传动零件、机架等，具体由指导教师指定），可采用计算机绘图、图纸大小可根据需要决定；

（3）方案设计效果图一张，可采用计算机绘图；

（4）课程设计报告书一份（要求使用A4 纸）。课程设计报告书是最重要的技术文档之一，参与课程设计的学生必须按规定格式整理编写一份《机械设计基础课程设计报告书》。报告书应当包括：

a)设计总体方案设计；

b)设计计算内容：确定传动装置总体方案，传动装置的运动学和动力学计算，传动零

件的设计计算，轴、轴承、连接件的校核计算与选择等内容；

c)设计结论与探讨。

三、设计的内容及步骤

（一）设计内容

1.传动方案的分析与拟定

2.传动装置运动和动力参数的计算

3.传动件设计

4.轴的设计

5.轴承及其组合部件的设计

6.连接件的选择与校核

7.润滑设计

8.机架及附件的设计

9.装配图和零件图的设计与绘制

10.方案设计效果图的设计与绘制

11.课程设计报告书的撰写

（二）、设计步骤

1.设计准备

（1）阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。

（2）通过参观（模型、实物、生产现场），看电视录像，参阅设计资料以及必要的调研等途径了解设计对象。

（3）参阅《机械设计基础课程设计》有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。

2.传动装置的总体设计

分析和拟定传动装置的运动简图。

3.传动装置的主体设计计算

设计计算链传动的主要参数和尺寸。

4.装配草图的设计与绘制

（1）装配草图的设计准备工作，主要是分析和选定传动装置的结构方案。

（2）初绘装配草图和轴、轴承的计算；作轴、轴上零件和轴承部件的结构设计；校核轴的强度、滚动轴承的寿命和连接件的强度。

（3）完成装配草图，并进行检查与修正。

5.零件工作图的设计与绘制

机架类零件、轴类零件、转向机构零件等的工作图。具体内容可由设计指导教师与设计小组讨论后指定。

6.方案设计效果图的设计与绘制

7.课程设计报告书的撰写

应按照指定的统一格式进行撰写。

8．设计总结与答辩

（1）完成答辩前的准备工作。

（2）参加答辩。

四、课程设计进度安排

课程设计时间为24学时，可安排在《机械设计基础》基本理论知识讲授的同时进行。由任课老师讲明课程设计的任务、内容和要求，公布课程设计题目。对全班学生进行分组安排。每组一个题目，人数一般以不超过5人为宜。

第1-2学时全体同学集中，指导老师布置课程设计题目、设计任务、进度安排、考勤及评定成绩要求；

第3-4学时全体同学集中，指导老师布置设计方案总体布置，讲述基本设计原理、功能分析、设计要素分解；

第5-10学时完成结构设计：如传动方案的分析、电动机选择、运动与动力参数确定、传动零件的设计计算等；

第11-16学时完成轴、联轴器、键、轴承等主要零件的设计计算和装配图设计，绘制图纸；

第17-20学时整理编写课程设计报告说明书；

第21-22学时课程设计答辩；

第23-24学时评定成绩。

五、答辩与成绩评定

考核课程设计期间的遵守纪律和要求情况，占课程设计成绩的20%。考核课程设计所做内容、图纸和结果，占课程设计成绩的80%。全班分组进行设计。成绩根据设计难度及质量、设计报告书及答辩情况，按优、良、中、及格、不及格评定成绩。

1.课程设计完成后的全部图纸与说明书应有设计者和指导教师的签名。未经指导教师签名

的设计，不得参加答辩。

2.答辩时应按报告编写顺序，设计者首先对自己的设计进行5-10分钟的讲解，说明设计

者主要解决的问题，然后回答教师提问。每组学生答辩时间不得超过20分钟。

3.课程设计成绩根据学生平时工作情况、课程设计水平、深入程度、图纸质量、独立工作

能力以及答辩情况综合衡量评定。

六、参考文献

1. 任金泉主编，《机械设计课程设计》，西安交通大学出版社，2002

2. 陈秀宁、施高义主编，《机械设计课程设计》，浙江大学出版社，2003

指导教师：沈文浩

日期：2011年9月

本小组设计分工具体情况

具体过程：

首先本次课程设计的主题是自行车设计，所以刚开始时，我们组要求个位组员手绘一个或多个自行车的设计方案，各自完成设计后集中在一起，把自己的方案和设计理念向其他组员提出来，经集体讨论之后，我们全体组员一致通过采用夜戟——城市租借无链自行车这个方案。

刚开始时，卓旭武用手绘把车的大概效果图画出来，然后交给了组长李柱辉负责建模，每建一部分都会拿出来集体讨论分析，把不对的地方都提出来更改，最后完成了建模的工作。然后下一步工作就是模型的渲染了，这步工作主要是由何奕栩操作的。渲染方案是由之前商量出来的方案来渲染的，但是实际情况，实际操作，出现问题的地方都在大家的讨论下作出了修改。最后的就是收集资料去写设计报告书、做自行车设计PPT、和设计说明。其中孙泉辉负责做PPT、崔杰发和罗浩仁负责写设计说明、分析资料做报告书。

第一章总体设计构想

齿轮传动自行车——“夜戟”

设计说明

我们这次设计的是城市租借自行车，适合普通人群使用，车的骨架部分自然是采用了戟的形象，用透明材料抽象地做出戟的大体形象。再配合现代的流线型设计，使车不仅有古代中国兵器文化的体现，还处处散发出现代时尚的气息。加上这车是采用创新的无链条结构，脚踏板直接连接上特定的齿轮，自行车后轮曲柄固定在自行车轮轴的两端，此自行车采用没有链条结构，因此结构简单，耐用。而且不需采用链轮、链条、飞轮等传动零件，变现有自行车的圆周运动为前踏式上、下踏动，减轻了人体膝关节、髁关节的运动量。踏板连动器采用圆锥齿轮传动，驱动器采用行星轮传动，使自行车的行驶速度及传动的可靠性都得到了很大的提高。骑行时不擦挂裤脚，安全舒适，是一种理想的交通工具，特别适用于短距离骑行，且结构简单，安装方便，造价低廉。车的前轮采用了独特的全封闭式单边打开结构，可以自行打开来去装一些比较小的物品，当我们骑车不方便用手拿东西时，我们就可以把这小东西装在这特别的收纳盒里存放。

这车还有一个比较大的特色就是有夜光型条纹设计，特别适合人们在夜晚租车游玩，兜风，这车的夜光条纹在白天或在光线下吸收了足够的能量后，在晚上就会发出美丽的绿光，不仅能在漆黑的晚上起到警示的作用，而且能使人在晚上骑车时形成一道靓丽的风景线，就像一道优雅的绿光在美丽的城市里穿行。

第二章方案设计

主体分布图

装配图

前轮后轮

齿轮传动组建齿轮传动组建细节图

齿轮零件图内外轨剖面图

第三章设计计算说明1、传动装置运动参数的计算

后轮一对互相啮合的标准直齿圆柱齿轮，齿数z

1=100，z

2

=35，模数m=7，轮

直径（包括轮胎）D=926.7 mm

齿距 p=mπ=7*3.14=22.0 mm

齿厚s= mπ/2=7*3.14/2=11.0 mm

齿槽宽 e=s

基圆齿距 p

b

=pcosα=22.0*cos20°=20.7 mm

基圆直径 d

b1=d

1

cosα=700×cos20°=657.8 mm

d

b2=d

2

cosα=245×cos20°=230.2 mm

分度圆直径 d

1=mz

1

=7×100=700 mm

d

2=mz

2

=7×35=245 mm

齿顶圆直径 d

a1= d

1

-2ha=700-2*1*7=686 mm

da

2=d

2

+2ha=245+2*1*7=259 mm

齿根圆直径 d

f1=d

1

+2(ha*+c*)m=700+2*1.25*7=717.5 mm

d

f2=d

2

-2(ha*+c*)m=245-2*1.25*7=227.5 mm

中心距 a=(d

1+d

2

)/2=(700+245)/2=472.5 mm

齿数比 i=z

2/z

1

=0.35

传动比 I=iD=0.35*926.7=324.3

传动行程 S=πI=3.14*324.3=1018.4 mm

2、轴与轴承部件的设计

前轮轴类型 直的转动轴 轴材质 45调质碳素结构钢 其强度极限650MPa 许用弯曲应力60MPa 轴的危险截面的直径 d =28mm

车体前轮轴承选用标准型深沟球轴承 内径尺寸 850mm 外径尺寸 860mm 宽度尺寸 40mm

3、零件载荷计算

车体选用材料为优质碳钢 其强度极限为a b Mp 471≥σ

屈服点306=s σ a=461a Mp b=2.568a Mp 其弹性模量为E=200a Gp 由欧拉公式及经验公式可得：

p p E

σπλ2= ， b a s s σσ-=， 42d A π=，A

I

i =

， 则其坐垫处的临界载荷为：

i

l 1

μλ=，22λπσE

cr =，A F cr cr σ=。

自行车坐垫下的管状直径50mm,将以上数据代入各式可以计算得：

N F cr 3105.1?=

4、机架及附件的设计

设定最大负载200kg

车重16kg

车辆前后受力比4:6

轮直径（轮框）867mm

前叉采用单边设计

把手中心高950mm

座位支撑杆中心高910mm

把手中心杆至座位长度800mm

踏板顶至踏板轴150mm

脚踏轴长100mm

主体车架杠：平均应力σm= （σmax +σmin）／2=（131+117）／2=124N 应力幅σa= (σmax－σmin)／2=(131－117)／2=7N

截面系数：w=（πd3）／32=[﹙π×503﹚／32]mm3=12×103mm3

弯曲应力：σb=Ma／W=[(1.5×105)／﹙12×103﹚]Mpa=12.5M

第四章设计结论与探讨

有意义的创造活动是以新产品的产生为目标的，否则创造活动是毫无社会价值可言的。产品在设计之初，设计者不可能考虑得十全十美。随着产品的使用，人们往往不再满足与产品的功能、用途及外观，这个时候就需要更新产品设计，使之尽善尽美。

而今次机械设计基础课程我们组设计的就是一辆无链式传动自行车，这无链自行车是通过对普通自行车的结构，外形进行分析，改造而进行设计的，在传动，外观上面进行了很大的改造，从而把我们的无链式传动自行车设计出来。

在分析普通自行车的链传功时，我们了解了链传动由链轮、链条及飞轮三部分组成，其不足之处主要表现在以下三个方面：

1、使用不便。采用半链罩的链传动，由于润滑横流，往往沾污骑车人的裤腿；采用全链罩的链传动，虽然阻止了润滑油沾污骑车人的裤腿，但带来了新问题：链条如从链轮或飞轮上滑下，重新安装很麻烦。

2、体积大。链轮直径大，导致链传动机构体积大，机构不紧凑，外形不美观。

3、可靠性差。组成链传动的零件多，机构复杂，可靠性差。

无链传动机构的优点在于体积小，机构简单，使用方便，可靠性好。例如像我们的设计：脚踏板直接连接上特定的齿轮，自行车后轮曲柄固定在自行车轮轴的两端，此自行车采用没有链条结构，因此结构简单，耐用。而且不需采用链轮、链条、飞轮等传动零件，变现有自行车的圆周运动为前踏式上、下踏动，减轻了人体膝关节、髁关节的运动量。踏板连动器采用圆锥齿轮传动，驱动器采用行星轮传动，使自行车的行驶速度及传动的可靠性都得到了很大的提高。骑行时不擦挂裤脚，安全舒适，是一种理想的交通工具，特别适用于短距离骑行，且结构简单，安装方便，造价低廉。

我们的设计亦存在稍微欠缺的地方，例如主体制造较为复杂，重心有所偏后，车头稍微笨重，体积稍大。

我们这次设计的无链式传动自行车集“新颖性、趣味性、娱乐性、使用性及观赏性”于一身，个性显眼极其强烈的“无链传动”城市租借自行车，在市民租借游玩时，肯定能吸引不少的眼光。

附录

三视图

整体效果图

尺寸图

车长：1600mm

支架主体长：1000mm 车把手宽：820mm

车头高：950mm

前轴长：170mm

外齿轮直径：26寸内齿轮直径：10寸