2019版机械设计专业实训指导书(课程设计)2020.8.31
XX学院
实训指导书
课程编号：
实训名称：机械设计课程设计
实训总周数/学分： 2/2
适用专业：车辆工程
制定人：
制（修）订时间： 2019.7 专业负责人审核：
专业建设工作组审核：
2019年 7月
实训安全纪律要求
1.请按照时间安排准时进入实训室。
2.请不要带入与实训无关的各类用具及杂物。请保持安静、整洁的实训环境。
3.请自觉遵守实训室的各项规章制度，听从实训室管理人员和教师的安排。
4.实训过程中设备出现故障时，请不要擅自处理，并请立即报告实训室管理人员。
5.实训完毕时，请按指定位置摆放实训物品，把工作凳排列整齐，有序地离开实验室。
6.学生操作实验过程中，请不要随意更换实验配置，坚决杜绝盗取配件等行为。
7.请爱护实验室的各种设备。
第一部分实训大纲
一、实训目的和基本要求
机械设计课程是培养学生机械设计能力的技术基础课、课程设计则是机械设计课程重要的实践环节，其基本目的是：
1．通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力；
2．学会从机器功能的要求出发，合理选择传动机构类型，制定设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；
3．通过课程设计，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机械设计的基本技能。
二、实训内容与时间分配
题目：带式输送机传动装置设计
内容：
1）传动方案的分析和拟定； 0.5天
2）电动机的选择，传动装置的运动和动力参数的计算； 1天
3）传动件的设计（带传动、链传动、齿轮传动等）； 1天
4）轴的设计（所有轴的结构设计，弯、扭组合强度校核）； 1天
5）轴承的设计（轴承的组合设计及寿命计算）； 1天
6）键的选择及强度校核； 0.5天
7）联轴器的选择； 0.5天
8）减速器的润滑与密封； 0.5天
9）减速器装配图设计（箱体、箱盖、附件设计等）； 1天
10）零件工作图设计； 1天
11）编写设计计算说明书。 1天
12）答辩： 1天
三、实训考核
1．图纸质量
图纸结构、投影、标注及数据是否正确，线条是否符合制图标准，图面是否整洁，字迹是否工整等。
2．设计计算说明书
设计计算是否正确、完整、字迹是否工整、整洁等。
3．设计表现
是否遵守纪律、设计态度端正，能否按进度独立完成工作量，是否迟到早退等（出勤率）。
4．工作量
每个学生应完成：
1）部件装配图(如减速器装配图)—张(用Al或A0图纸绘制)；
2）零件工作图2张(传动零件、轴等)，A3图纸绘制；
3）设计说明书一份(约6000—8000字)。
成绩的评定主要根据四个方面：
1．平时表现（包括考勤、设计态度、独立设计能力、创新意识等），平时考查成绩占20%；
2．装配图、零件工作图的设计质量，设计图纸成绩占40%；
3．设计计算说明书主要考查传动方案拟定、评价，传动零件设计，轴系部件设计，设计总结等方面的正确性、条理性、合理性、优化设计等，设计计算说明书成绩占20%；
4．课程设计答辩情况，答辩成绩占20%。
教师可以采用节点工作法，主要根据以上四个方面依据《机械设计课程设计评分标准》按百分制综合评定成绩，成绩应单独计分。
四、参考资料（参考书、网络资源等）
[1] 李育锡主编．机械设计课程设计．第2版．北京：高等教育出版社，2014.06．
[2] 濮良贵陈国定吴立言主编．机械设计．第10版．北京：高等教育出版社，2019.07．
五、注意事项
1．课程设计是在教师指导下进行的，为了更好地达到培养设计能力的要求，提倡独立思考、严肃认真、精益求精的学习精神，反对照抄照搬和容忍错误的态度。
2．设计过程中，需要综合考虑多种因素，采取多种办法进行分析、比较和选择，来确定方案、尺寸和结构。计算和画图需要交叉进行，边画图、边计算、反复修改以完善设计是正常的，必须耐心、认真地对待。
3．利用已有资料是学习前人经验、提高设计质量的重要保证，但是不应该盲目地、机械地抄袭，要根据具体条件和要求，大胆创新。
4．设计中应学习正确运用标准和规范，要注意一些尺寸需要圆整为标准数列或优先数列。
5．要注意掌握设计进度，每一阶段的设计都要认真检查，避免出现重大错误，影响下一阶段设计；
6．学生每天上、下午必须在指定的设计教室进行设计，不得迟到和早退。
第二部分单元实训
一、实训目的
要求学生了解机械零件设计的基本常识，掌握机械设备设计的基本知识和基本技能，在实训过程中得到绘图能力、设计能力、查阅资料能力、分析计算能力、零部件选型等综合技能的提高。
二、实训仪器设备
二级减速器、绘图板、机械设计手册等
三、实训内容与步骤
（一）、分析和拟定传动装置的运动简图
由于每个人的机械设计课程设计题目传动方案已定，只需把同题目的所有方案或自己独立思考出来的方案进行比较，说明优缺点就可以。
（二）、选择电动机类型及功率（查阅资料）
1．电动机类型：均用Y系列电动机
2．确定电动机功率：
电动机所需输出功率：P
0=P
工
/η
P
工
―工作机所需功率（取决于工作阻力及运行速度）η―电动机至工作机之间传动装置的总效率
带式输送机： P
工
=Fv (kw)
螺旋输送机： P
工
= Pw /ηw (kw)
F―带式输送机输送带工作拉力（kN）
v―带式输送机输送带工作速度（m/s）
Pw―螺旋输送机工作轴上的功率（kw）ηw―螺旋输送机卷筒的效率（工作装置效率）η―电动机至工作机传动装置的总效率
η= η
1η
2
η
3
…η
n
传动装置中每一级传动副上每对轴承及每个联轴器的效率注：
①轴承效率：一般指一对轴承而言
②卷筒效率：η卷=0.95－0.96
③联轴器可用弹性套柱销联轴器或弹性柱销联轴器
④电动机额定功率P
P>P
P
－电动机所需输出功率
P－电动机额定功率
P＝（1～1.3）P
（三）、确定电动机转速
功率相同的同类电机有不同的转速：
电机转速高、转矩小→外廓尺寸小、重量轻、价格便宜。但在总传动比相同
条件下，传动装置传动比大→尺寸及重量大、价格高，故二者应综合考虑。
本设计一般用同步转速为1500及1000r/min两种电动机转速（用满载转速
n
m
计算：1450及960r/min ）。
n
m /n =i
1
i
2
i
3
…
n―工作机转速 i
1、i
2
、i
3
…―各级合理传动比
（四）、选定电动机型号
选定电动机型号后，列表记录所选电动机的外形尺寸，安装尺寸，输出轴的直径、长度及联接键槽尺寸。
注：①设计计算传动装置各级功率时，按电动机实际功率（设计功率）P
0进行计算。
②设计计算传动装置各级转速时，按电动机满载功率（额定功率）P
m
进行计算。
③运动计算要按满载转速n
m
，计算不能按同步转速计算。
（五）计算传动装置的总传动比及分配各级传动比
1、总传动比i = n
m
/n
2、分配传动比原则：各级传动比应在推荐范围内；
i
带
不能太大，以免大带轮半径超过减速器箱座中心高，造成安装困难；
i
带
＝2～4 可取偏小些的值（2～2.5）
各传动件互不干涉，且有利润滑；
双级圆柱齿轮减速器: i 高＝（1.3～1.5）i低
圆锥―圆柱齿轮减速器: i 锥≈0.25i<2～3
注：传动件的参数确定后，验算传动比的误差，应满足δi≤±(3～5)% （六）传动装置的运动和动力参数的计算（公式见课程设计指导书）
1、各轴转速
2、各轴输入功率
3、各轴输入转矩
4、计算参数列表
（七）传动零件的设计计算
传动装置包括各种类型的零、部件，其中决定其工作性能、结构布置和尺寸大小的主要是传动零件，如V带传动、链传动和开式齿轮传动等，再进行箱传动零件设计。
1、V带传动
要求计算出V带传动的型号、长度、根数、中心距、初拉力、对轴的作用力；确定带轮直径D1、D2，材料、张紧装置、带轮结构尺寸等。设计时应注意：1）带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系。如：装在电动机轴上的小带轮直径与电动机中心高应相称；大带轮不应过大以免与机架相碰等。一般应由电机轴定小带轮轴孔孔径，在带轮轴孔孔径与减速器输入轴协调；
2）D1、D2应标准化，由此造成实际带传动的传动比与分配的带传动的传动比之间有差异，应予以修正，从而得到减速器实际的传动比和输入转矩；
3）Ｖ带轮的结构形式：主要由带轮直径大小而定，具体结构及尺寸可查手册。画出结构草图，标明主要尺寸备用。
2、箱内传动零件设计
圆柱齿轮传动设计时应注意以下几点：
1）齿轮的材料
小齿轮45号钢调质，也可用合金钢，40MnB调质（HB240～285）或40Cr表面淬火（HB240～286）；大齿轮45号钢正火（HB170～210）；
2）齿轮传动的几何参数和尺寸分别进行标准化、圆整或计算其精确值；
3）具体结构尺寸可参见手册或图册；
4）几何尺寸、参数的计算结果应及时整理并列表。
圆锥齿轮传动：要求基本同上，具体结构尺寸参见手册或图册。
（八）装配图设计
装配图设计内容：
1．在减速器拆装实验的基础上，进一步了解减速器的各种附件、箱体传动件以及轴承的结构特点；
2．初绘装配草图及验算轴与轴承；
3．在初绘装配草图以及验算轴与轴承的基础上，完成装配图；
4．掌握“边绘图，边计算，边修改”的交替工作法。
减速器的结构：
减速的基本结构由传动零件（齿轮或蜗杆、蜗轮等）、轴和轴承、箱体、润滑和密封装置以及附件等组成。根据不同要求和类型，减速器有多种结构，二级直齿轮结构、二级斜齿轮结构、二级锥齿轮-直齿轮结构等。
装配草图设计：
装配图反映各个零件的相互关系，结构形状以及尺寸，是绘制零件工作图的依据。所以必须综合考虑对零件的材料、强度、刚度、加工、装拆、调整和润滑等要求，用足够的视图和剖面图表达清楚。
1）草图设计（按比例、按投影关系绘制。但可简化与省略，如：不画剖面线，不标注配合及尺寸等）
2）教师审阅
3）装配工作图设计
1．草图设计第一阶段
1）设计内容：
（1）完成轴的结构设计
① dmin：按扭矩初估而得的作为轴端直径。
②确定轴各段直径（考虑零件定位及轮毂孔直径）
③确定轴各段长度（考虑零件宽度及零件间相互距离）
④轴承型号的确定
可初选3类、7类轴承。
（2）确定轴的支点距离和轴上零件力的作用点
2）设计过程：
（1）绘制前的准备
①电机型号：
查出其外伸轴径d和外伸长度l，中心高H；
②确定联轴器型号；
两端轴孔直径和轴孔长；
③初选轴承类型（径向力和轴向力作用）；
④轴承润滑方式；
浸油齿轮v ≤2 m/s时，可采用脂润滑。
⑤齿轮润滑
v≤12 m/s时可采用浸油润滑。
注意油池深度与浸油。一般浸油深度：浸油齿轮一个齿高，但≮10 mm；锥齿轮：整齿宽（至少半齿）。齿顶圆至油池底面距离≮30～50 mm。
⑥确定密封方式
v轴＜5m/s时采用毡圈密封；封油环（齿状）参见手册或图册。
⑦轴承盖结构，参见手册或图册。
（2）草图设计过程
①选择视图、图纸幅面(1号图)、绘图比例(1:2) 及布置图面位置(估计减速器轮廓尺寸)；
②画传动零件的中心线及轮廓线、箱体内壁线
由里向外，先画中心线和轮廓线，再画细部结构。
③初估轴的外伸直径；通过绘图进行轴和轴承部件结构的初步设计；定出轴的支承距离及轴上零件作用力的位置。
3）精算
（1）轴的弯扭组合强度计算
（2）轴承寿命计算
（3）键的校核
2．草图设计第二阶段
任务：轴系结构设计
内容：设计传动零件、轴上其它零件及与轴承支点结构有关零件的具体结构。1）传动件结构设计：
齿轮设计时应注意：
①齿轮传动的参数和几何尺寸有严格的要求：
模数m：取标准值；
中心距a：圆整；
分度圆直径d1、d2：精确到小数点后3位；
螺旋角β：精确到秒；
其他结构尺寸尽量取整，以便加工。
②小齿轮是否采用齿轮轴
2）轴承组合设计
①轴系轴向固定与调整方法；
②轴系结构与画法；
③轴系润滑与密封；
④轴承盖结构；
⑤轴结构细化，圆角、倒角、退刀槽、砂轮越程槽等参见手册或图册。3．装配草图第三阶段
任务：完成装配草图
内容：
两级展开式圆柱齿轮减速器装配草图的主体部分
1）设计减速器机体和附件
①机体形状、尺寸确定；
②轴承旁凸台结构尺寸；
③加强筋；
④机体工艺结构（沉头座、凸台、铸造圆角等）；
⑤联接螺栓、螺钉的尺寸、位置；
⑥地脚座凸缘、机座、机盖联接凸缘的厚度及宽度。
2.完成减速器附件：七大附件的结构设计
①检查孔，盖，作用：检查啮合、注油。
②通气器，作用：内外气压平衡。
③起盖螺钉，作用：顶起箱盖。
④油标，作用：测量油面高度。
⑤排油孔螺塞，作用：排出油污。
⑥定位销，作用：确定箱盖箱体的相对位置。
⑦起吊装置，吊环螺钉装在箱盖上，用于吊运箱盖。也可在箱盖上直接铸造出吊耳来起吊箱盖。为吊运整台减速器，在箱座两端凸缘下面铸出吊钩。
4．完成减速器装配图
装配图内容包括各个视图、尺寸、技术要求、零件编号、明细表、标题栏等。
1）标注尺寸：①特性尺寸；②配合尺寸；③安装尺寸；④外形尺寸
2）零件序号、明细表、标题栏
3）技术特性
4）技术要求
5）检查装配图
①装配图是否与传动方案一致；
②传动件、轴、轴承及轴上零件结构是否合理；定位、固定是否可靠；加工、装拆是否方便；润滑、密封如何考虑的；
③箱体的结构与工艺性是否合理；加工面与非加工面；附件的布置是否恰当、结构是否正确；
④设计计算的尺寸与实际尺寸是否一致；
⑤视图表达是否符合机械制图规定；三个视图的投影关系是否正确；啮合轮齿、螺纹及滚动轴承等的画法；
⑥尺寸标注是否完整且不多余；零件序号是否按顺序编制完整，不遗漏、重复；且与明细表一一对应，注意材料牌号与设计一致；标出技术特性、撰写技术要求。
（九）零件工作图设计和绘制
零件工作图是零件制造、检验和制订工艺规程的基本技术文件。它既要反映出设计意图，又要考虑到制造的可能性、合理性和经济性。
零件工作图应包括制造和检验零件所需全部内容。
零件的基本结构及主要尺寸应与装配图一致，不应随意更改。如必须更改，应对装配图作相应的修改——从装配图拆零件。
1．设计内容
1）减数器输出轴
2）减数器输出轴上大齿轮（锥齿轮或蜗轮）
2．零件工作图的要求
1）正确选择和合理布置视图
2）合理标注尺寸
3）标注公差及表面粗糙度
4）编写技术要求
5）画出零件工作图标题栏
轴类零件工作图的设计要点
1．减数器输出轴
1）视图
①一般只需一个主视图；
②在有键槽和孔的地方——增加必要的局部剖面图；
③细小结构（如退刀槽、中心孔）——局部放大图。
④设计时用3号图纸。
2）标注尺寸
①对所有尺寸包括倒角、圆角都应标注无遗，或在技术要求中说明。
②不允许出现封闭的尺寸链。
3）表面粗糙度
轴的所有表面都要加工。表面粗糙度根据手册选择。
4）标注尺寸公差
①凡有配合处的直径按装配图的配合性质标出尺寸的偏差。
②键槽的尺寸偏差及标注方法可查有关手册。
③在零件工作图上对尺寸及偏差相同的直径应逐一标注，不得省略。
5）形位公差
轴的形位公差标注方法及公差值可参考有关手册。
形位公差的确定方法：类比法和计算法
6）技术要求
主要内容：
①对材料的机械性能和化学成分的要求及允许代用的材料；
②对材料表面机械性能的要求，如热处理方法，对处理后的硬度、渗碳深度及淬火深度等；
③对机械加工的要求；
④对未注明倒角、圆角半径的说明。
7）轴零件工作图示例
齿轮类零件工作图的设计要点
齿轮、蜗杆和蜗轮等在零件工作图中除了零件图形和技术要求外，还应有啮合特性表。
1．视图
这类零件图一般用两个视图表示：主+左
简化：侧视图只画轴孔和键槽。
注：β角方向应在视图上清楚的画出。
设计时用3号图纸。
2．标注尺寸
1) 径向尺寸：以轴的中心线为基准标出。注：齿根圆在图纸上不标出。
2) 齿宽方向的尺寸：以端面为基准标出。
有关齿轮零件工作图的尺寸标注，参见有关手册。
除啮合参数（齿顶圆、分度圆）为精确值外，其它尺寸（轮缘厚度、辐板厚度、轮毂及辐板开孔尺寸等）应圆整。
3．表面粗糙度可参考手册。
4．尺寸公差和形位公差
尺寸公差
1) 齿顶圆直径的极限偏差，参见有关手册；
2) 轴孔或齿轮轴轴颈的公差，参见有关手册；
3) 键槽宽度b的极限偏差和尺寸（d+t1）的极限偏差，参见有关手册；
形位公差
1) 齿顶圆的径向跳动公差。
2) 齿轮端面的端面跳动公差。
3) 齿轮轴孔的圆柱度公差。其值约为轴孔直径公差的0.3倍，并圆整为标准值；
4) 键槽的对称度公差，其值可取轮毂键槽宽度公差的1/2；
键槽的平行度公差一般可不注，精度高，可参考有关手册。
5．啮合特性表
1）啮合特性表内容：
①齿轮的主要参数（不得省略）
②齿轮的测量项目
6）技术要求
主要内容：
①对铸件、锻件或其他类型坯件的要求；
②对材料的机械性能和化学成分的要求及允许代用的材料；
③对材料表面机械性能的要求，如热处理方法，对处理后的硬度、渗碳深度及淬火深度等；
④对未注明倒角、圆角半径的说明；
⑤对大型或高速齿轮的平衡校验要求。
（十）编写设计计算说明书
计算说明书是设计计算的整理和总结，是图纸设计的理论根据，而且是审核设计的技术文件之一。说明书的内容和设计任务有关。对于本课程设计，其说明书的内容大致包括：
1．内容
1）目录（标题及页次）；
2）设计任务书；
3）前言（题目分析，传动方案的拟定等）；
4）电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算；
5）传动零件的设计计算（确定带传动及齿轮传动的主要参数）；
6）轴的设计计算及校核；
7）箱体设计及说明
8）键联接的选择和计算；
9）滚动轴承的选择和计算；
10）联轴器的选择；
11）润滑和密封的选择；
12）减速器附件的选择及说明；
13）设计小结；
14）参考资料（资料的编号及书名、作者、出版单位、出版年月）；
2．要求和注意事项
必须用钢笔工整的书写在规定格式的设计计算说明书上，要求计算正确，论述清楚、文字精炼、插图简明、书写整洁。
本次课程设计说明书要求字数不少于6～8千字（或30页），要装订成册。
设计计算说明书的书写格式
3、书写格式标例
（十一）设计总结
认真回顾有关设计过程及设计内容，进一步把还不懂的、不甚懂的或尚未考虑到的问题弄懂、弄透，以便取得更大的收获。