机械设计基础课程设计任务书及指导

课程设计的步骤

机械设计基础课程设计任务书

设计题目：带式运输机传动装置。

运动简图：

原始数据：

工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用期8年，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为土5％。

设计工作量：

1．减速器装配图l张

2．零件工作图（略）

3. 设计说明书1份

班级：

姓名：

指导教师：

设计日期：2010 年12月（本任务书编入设计说明书首页）

传动装置的总体设计

传动装置总体设计的内容包括：确定传动方案；选定电动机型号；计算总传动比和合理分配各级传动比；计算传动装置的运动及动力参数；为设计计算各级传动件参数和尺寸、设计绘制装配图提供条件。

第一节确定传动方案

传动方案在设计中通常用机构运动简图表示，它反映运动和动力传递路线、各部件的组成及联接关系。机器的工作性能、运转费用、结构尺寸与所选定的传动方案有密切关系。

合理的传动方案首先应满足机器的性能要求，如所传递功率的大小、要求的转速和运动形式；还要适应工作条件（指工作环境、场地、工作制度等）。此外，还应满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。要同时达到这些要求是比较困难的，因此在设计过程中，往往需要通过分析比较多种方案，选择能保证重点要求的较好传动方案。

图2—l所示为电动绞车的三种传动方案。

a方案：采用二级圆柱齿轮减速器，适合于繁重及恶劣条件下长期工作，使用维护方便，缺点是结构尺寸较大；

b方案：采用单级蜗杆减速器。结构紧凑，缺点是传动效率较低，在长期连续使用时就不经济；

c方案：采用单级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动。成本较低，缺点是使用寿命较短。

由此可见图中三种传动方案虽然都能满足电动绞车的动作要求，但结构、性能和经济性却不相同，需根据工作条件要求去确定较好的方案。表2—1列出了常用传动结构的性能及适用范围；表2—2列出了常用减速器类型及特点，以供选定传动方案参考。

对初步选定的传动方案，在设计过程中还需不断修改完善，并画出传动方案简图。

第二节选择电动机

在课程设计中，要根据工作载荷的大小及性质、转速高低、启动特性和过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制等方面来选择电动机。

选择电动机的内容包括电动机类型、结构型式、容量和转速，要确定电动机具体型号。

1．选择电动机类型和结构型式

电动机类型和结构要根据电源（交流或直流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。

对生产单位无特殊要求一般均用三相交流电源，因此均应选用交流电动机，其中以三相鼠笼式异步电动机用得最多。表2—3—1所列为Y系列电动机是我国推广采用的新设计的电动机系列产品，它具有体积小、铁芯长、启动性能和经济性好的特点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体的场合，以及要求具有较好启动性能的机械。

对需经常启动、制动和反转的场合（如起重机），要求电动机具有转动惯量小和过载能力大，则应选用起重及冶金专用的三相异步电动机YZ型（转子鼠笼型）或YZR型（转子绕线型）。

电动机结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等，可根据防护要求来选择。同一类型的电动机具有几种安装形式，应根据安装条件来确定。

2．选择电动机的容量

标准电动机的容量用额定功率来表示，所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。如选择的容量小于工作要求的功率，造成“小马拉大车”，则不能保证工作机的正常工作，使电动机长期过载，严重发热而过早损坏，缩短使用寿命；如选择的容量过大，造成

“大马拉小车”，则电动机容量不能充分利用，效率和功率因数较低，使成本增加造成浪费。

电动机的容量主要由运行时发热条件决定，而发热条件又与电动机的工作情况有关。对在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要其电动机的负载不超过额定值，电动机便不会发热，所需电动机输出功率为：

式中123n ηηηηη=??? 分别为传动装置中每一传动副（齿轮、蜗杆、带或链）

、每对轴承及每个联轴器的效率，一般取中间值。如工作条件差，润滑维护不良时可取低值，反之取高值。

计算传动装置总效率时应注意：

（1）所取传动副效率是否已包括其轴承效率，如已包括则不再计入轴承效率；

（2）轴承效率均指一对而言；

（3）同类型的几对传动副，轴承和联轴器总要分别考虑效率，例如二级圆柱齿轮传动，其齿轮传动效率为η2

齿；

（4）蜗杆传动效率与蜗杆头数有关，设计时应初选头数，从表2—4中查出其概略值，待设计出蜗杆传动系数后，再校核效率，并修正以前的设计计算数值。

3．确定电动机的转速

对同一类型、额定功率相同的电动机有多种不同转速可供选用。如选用低转速电动机，因极数较多、外廓尺寸及重量都较大，故价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减小；如选用高速电动机则相反，因此应全面分析，在确定电动机转速时也要综合考虑传动装置其利弊，选用合适的电动机转速。通常原则上是：在设计中应多选用同步转速为1500 r/min或1000 r/min的两种电动机，如无特殊要求，一般不选用低于750 r/min的电动机。

根据选定的电动机类型、结构、容量和转速，在表2—3—l~表2—3—5中查出电动机型号，并记录其型号、额定功率、满载转速、外形尺寸、电动机中心高、轴伸尺寸、键联接尺寸、地脚尺寸等参数备用。

对传动装置的设计功率一般按电动机工作输出功率Pd计算，转速则取满载转速计算。

第三节计算总传动比和分配各级传动比

传动装置的总传动比要求为：

各级传动中，总传动比应为：

在已知总传动比要求时，如何合理的选择和分配各级传动比，需考虑一下几点：

1．各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选取（表2—5）。

2．应使传动装置结构尺寸尽可能紧凑，重量较轻，如图2—2表示二级圆柱齿轮减速器在总中心距和总传动比相同时，粗、细实线所示两种传动比的分配方案中，粗实线所示方案因低速级大齿轮直径减小而使减速器外廓尺寸较少。

3．应注意使各传动件尺寸协调，结构匀称合理，避免干涉碰撞，如图2—3所示。在二级减速器中，二级的大齿轮直径尽量相近，以利于浸油润滑。

传动装置的实际传动比要由所选定的齿数或标准带轮直径准确计算，因而与要求传动比常有一定的误差，一般情况下，所选用的传动比应使工作机的实际转速与要求转速的相对误差在土(3—5)％范围内即可。

第四节计算总传动装置的运动和动力参数传动装置的运动和动力参数，主要指的是各种轴的转速、功率和转矩。在设计计算传动件时，应将工作机上的转速、转矩或功率推算到各轴上。

1．各轴转速

式中：n m——电动机满载转速。n I、nⅡ、nⅢ分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴转速。Ⅰ轴为高速轴，Ⅲ轴为低速轴；

i0、i l、i2——依次为电动机轴至高速轴、Ⅰ轴至Ⅱ轴、Ⅱ轴至Ⅲ轴间的传动比。

2．各轴功率

式中：PⅠ、PⅡ、PⅢ——为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴输入功率；

即l·Vlz·1p：——为电动机轴与Ⅰ轴、Ⅰ轴与Ⅱ轴、Ⅱ轴与Ⅲ轴间的传动效率。

3．各轴转矩

式中：T d—电动机轴输出转矩（N·m）；

TⅠ、TⅡ、TⅢ—分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的输入转矩。

在选定电动机、确定传动装置的方案及其运动和动力参数后，应绘制出传动装置方案简图。简图应按照国家标准规定的机构运动简图符合绘制（GB4460——1984）。如图2——4所示为带式运输机的传动方案简图。

传动件的设计计算

为进行减速器装配图的设计，必须先确定各级传动件的尺寸、参数、材料、热处理方式以及减速器外传动件的具体结构，并选好联轴器的类型和尺寸。一般情况下，应首先进行减速器外传动件的设计计算，以便使减速器设计的原始条件比较准确。如先设计带传动，可以得到确定的传动比，从而得到较准确的减速器传动比，各轴转速和转矩也才能比较准确地确定。

一、选择联轴器类型和型号

联轴器除了起到联接两轴并传递转矩的作用外，有些还具有补偿两轴因制造和安装误差而造成轴的偏移的功能，以及具有缓冲、吸振、安全保护等功能。因此，要根据传动装置工作要求来选定联轴器的类型。

传动装置中大多有两个联轴器，电动机轴与减速器高速轴联接用的联轴器，由于轴的转速较高，为减小启动载荷、缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，一般选用弹性可移式联轴器；对减速器低速轴与工作机轴联接用的联轴器，因其轴的转速较低，不必要求较小的转动惯量，但传递转矩较大，又因为减速器与工作机常不在同一底座上，要求有较大的轴线偏移补偿，所以通常选用刚性可移式联轴器。

标准联轴器主要按传递的转矩大小和转速来选择型号，还应注意轴孔尺寸范围是否与所选联接轴的直径大小相适应。

二、带传动、链传动和开式齿轮传动设计要点

减速器外的传动件，一般常用带传动、链传动和开式齿轮传动，设计时需要注意传动件与其他部件的协调问题。

1．带传动

设计带传动时，应注意检查带轮尺寸与传动装置外廓尺寸的相互关系，如小带轮孔径是否与电动机的轴径一致、小带轮外圆半径是否小于电动机的中心高、大带轮外圆半径是否与机器底座相干涉等。在带轮直径最后确定后应验算带传动的实际传动比。

2．链传动

设计链传动时，链轮外廓尺寸及轴孔尺寸应与传动装置中其他部件相适应。在保证拉曳能力的情况下，应尽量取较小的链节矩，为了不使大链轮尺寸过大，速度较低的链传动齿数不宜取得过多，应改用双列链或多列链，设计时还应选定润滑方式和润滑剂牌号。

3．开式齿轮传动

设计开式齿轮传动一般布置在低速级，常选用直齿。因灰尘大，润滑条件差，磨损失效较严重。对开式齿轮一般只需计算齿轮的弯曲强度，选用材料时，要注意耐磨性能和大小齿

轮的配对。由于支承刚度较小，齿宽系数应选取小些。应注意检查大齿轮的尺寸及材料与毛坯制造方法是否相对应，例如齿轮直径超过500 mm时，一般应采用铸造毛坯，材料应是铸铁或铸钢。还应检查齿轮的结构尺寸与传动装置总体及工作机是否相称，有无与其他零件相互干涉。设计完成后要由选定的大小齿轮齿数计算实际传动比。

三、减速器内传动件设计要点

在对减速器外传动件设计后，再进行对减速器内传动件的设计计算，在教材中所述基础上，设计中应注意以下几点：

1．所选择的齿轮材料及热处理方法，要考虑到与毛坯制造方法协调，并检查是否与齿轮尺寸大小适应。例如齿轮直径d≤500 mm时，一般采用锻造毛坯，当d＞500 mm时，多采用铸造毛坯。同一减速器内各级大小齿轮材料最好对应相同，以减少材料品种和简化工艺要求。

2．应注意齿轮传动的尺寸、参数，有些应取标准值，有些则应圆整，有些则必须求出精确数值。例如模数必须取标准值；中心距、齿宽和其他结构尺寸应尽量圆整；而啮合几何尺寸(节圆、螺旋角等)则又必须求出精确值，一般尺寸应准确到小数点后2—3位，角度精确到秒。

3．要注意齿轮强度计算公式中每一系数和符号的含义及取值的依据，对于直齿圆柱齿轮，考虑到装配后两齿轮可能产生的轴向位置误差，为了便于装配及保证全齿宽接触，常取小齿轮齿宽b1＝b2+(5~10)mm，对于圆锥齿轮传动，大、小两齿轮的齿宽应相等。齿宽一般应取圆整值。

4．由于蜗杆传动副的材料不同，其适用的相对滑动速度范围不同，失效形式也不一样。设计时，选材料要初估相对滑动速度，并且在传动尺寸确定后，再校核其滑动速度，检查所选材料是否适当，并修正有关初选数据。

5．蜗杆传动的中心距a应尽量圆整，为保证a、m、q、Z2等几何参数关系，有时需对蜗杆传动进行变位，被变位的只是蜗轮尺寸，而蜗杆尺寸保持不变。

6．根据蜗杆位置是在蜗轮的上面还是下面，应由蜗杆分度圆的圆周速度来决定，一般v<4~5m/s时蜗杆在蜗轮下面。

零件工作图的设计

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。零件工作图是在减速器装配图设计完成之后，在装配图的基础上拆绘及设计而成的，它不仅要考虑设计者的意图，而且要考虑到制造的可能性和工艺、结构的合理性。因此，零件工作图应包括制造和检验零件所需的全部内容，如图形、尺寸及其公差、形位公差、表面粗糙度、材料、热处理及其他技术要求、标题栏等。

在课程设计中，主要是锻炼同学的设计能力及掌握零件工作图的内容、要求和绘制方法。由于时间有限，根据教学要求，一般只没计绘制其中2～3个主要零件(如轴、齿轮轴、齿轮等)的工作图。

零件工作图的内容和要求如下：

一、视图的选择

零件视图应选择能清楚而正确地表达出零件各部分的结构形状和尺寸的视图，并使视图及剖视图的数量最少。在设计中，除较大或较小的零件外，应尽可能采用1：1的比例尺，以直观地反映出零件的大小，对于细部结构，如有必要，可放大绘制局部视图。

轴类零件(包括齿轮轴、蜗杆轴)的工作图，一般只需一个主视图。在键槽和孔处，可增加必要的剖面图。对于螺纹退刀槽、砂轮越程槽及齿形等，应绘制局部放大图。

齿轮类零件(包括蜗轮)，一般需要两个或一个视图(附有必要的局部剖视)。对于组合式的蜗轮结构，则应画出齿圈、轮体的零件图及蜗轮的组件图。

在绘制零件工作图时，应注意视图中所表达的零件结构形状，应与装配图一致，如需改动，装配图也要作相应的修改。

二、尺寸及偏差的标注

在标注尺寸前，应分析零件的制造工艺过程，正确地选定尺寸基准。尺寸基准应尽可能与设计基准、工艺基准和检验基准一致，以利于对零件的加工和检验。标注尺寸时，要做到尺寸齐全，不遗漏，不重复，也不能封闭。大部分尺寸应尽量集中标注在最能反映零件特征的视图上，标注要合理、明了。零件工作图上的尺寸应与装配图一致。对于在装配图上未绘出的零件的细小部分结构，如零件的倒角、圆角、退刀槽等，在零件图上要完整、正确地绘制出来并标注尺寸。

对配合尺寸及精度要求较高的尺寸(如轴孔配合尺寸、键配合尺寸等)应标注尺寸的极限偏差。

轴类零件主要是标注直径尺寸和长度尺寸。标注直径尺寸时，各段直径要逐一标注，配合直径还应标出尺寸偏差。对圆角、倒角等细部结构的尺寸，不可遗漏(或在技术要求中加以

说明)。标注长度尺寸时，首先应选好基准面，并尽量使标注的尺寸反映加工工艺及测量的要求，还应注意避免出现封闭的尺寸链。一般将轴上最不重要的一般长度尺寸作为尺寸的封闭环而不标出。在标注键槽尺寸时，除标注键槽长度尺寸外，还应注意标注键槽的定位尺寸。

图5—1为轴类零件长度尺寸的标注示例，图中②为主要基准面，①为辅助基准面。

对于齿轮类零件的尺寸．可按回转体尺寸标注方法进行标注。各径向尺寸以孔轴心线为基准标出，齿宽方向的尺寸以端面为基准标出。分度圆是设计的基本尺寸，必须标注。轴孔是加工、测量和装配的重要基准，尺寸精度要求高，因而要标出尺寸偏差。齿顶圆的偏差值与该直径是否作为测量基准有关，齿根圆是根据齿轮参数加工得到的，在图纸上不标注。

圆锥齿轮的锥距和锥角是保证啮合的重要尺寸，标注时锥距应精确到0.01 mm，锥角应精确到分，分度圆锥角应精确到秒。为了控制锥顶的位置，还应注出基准端面到锥顶的距离。它影响到圆锥齿轮的啮合精度，因而在加工时必须予以控制。

画蜗轮组件图时，还应标出齿圈和轮体的配合尺寸、精度及配合性质。

三、形位公差的标注

在零件工作图上，应标出必要的形位公差，以保证减速器的装配质量和工作性能。

表5—1和表5—2列出了轴类零件和齿轮类零件轮坯应标注的形位公差项目。轴类零件和齿轮类零件形位公差的标注参见图5—2和图5—3。