机械设计课程设计指南.docx
《机械设计课程设计指南.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计课程设计指南.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
机械设计课程设计指南
机械设计课程设计
指南
滕启米洁王科社
北京机械工业学院
二ΟΟ一年十月
前言
机械设计课程设计是机械专业大三同学，在基本学完基础课和技术基础课之后，对常用的机械部件——减速器，进行独立设计的一门实践性较强的设计类型课程。
本课程要求学生运用已学过的机械制图、物理、力学、金属材料、金属工艺学、金工实习、公差与技术测量、机械原理和机械设计等课程的知识和技能，在教师指导下参阅有关指导书、手册、画册等，每人独立完成的一项设计任务。
以此为毕业设计及以后的工作，打下一个初步的设计基础。
因此，本课程对培养学生的实践能力和综合素质是很重要的。
正是由于上述原因，多年以来本课程除有简明的指导书外，没有较为详细具体的教材。
只是在设计进行到不同阶段时，教师作一定的讲解。
由于讲课的内容，学生往往记不下来，效果相对不够理想。
现将我们多年来的讲解内容，经过整理，印发成册。
渴望对学生和教师在设计过程有所指导，以期设计质量有所提高。
因初次编印，难免有不妥之处，恳望有关教师同学提出宝贵的意见和建议。
编者
2001年7月
第一章绪论……………………………………………………1
一、指导思想及方法…………………………………………1
二、准备工作…………………………………………………1
三、检查设计…………………………………………………2
四、答辩………………………………………………………3
第二章课程设计概述……………………………………………4
一、要求………………………………………………………4
二、目的和进行方式…………………………………………4
三、一般过程和进度计划……………………………………5
四、设计的一般知识…………………………………………6
五、写计算稿的注意事项……………………………………9
第三章草图设计（上）…………………………………………10
一、草图的画法………………………………………………10
二、草图的作用………………………………………………10
三、画草图的步骤……………………………………………10
四、确定轴的跨度……………………………………………11
第四章草图设计（下）…………………………………………13
一、轴系的机构设计…………………………………………13
二、壳体设计…………………………………………………14
三、附件设计…………………………………………………15
四、画草图的注意事项………………………………………15
第五章画正式装配图底图的注意事项…………………………15
一、检查的问题………………………………………………15
二、画底图的要求……………………………………………15
第六章画装配图的要求……………………………………16
一、加粗前的准备和检查……………………………………16
二、加粗后的注意事项………………………………………17
三、装配图上的序号和序号引出线…………………………17
四、明细表的填写……………………………………………18
五、装配图上标注尺寸及技术要求…………………………18
六、明细表及标题栏格式……………………………………19
第七章零件图和说明书的要求…………………………………20
一、零件图……………………………………………………20
二、说明书……………………………………………………20
第八章思考题及要点……………………………………………20
一、齿轮传动设计……………………………………………20
二、轴的计算…………………………………………………22
三、轴承的选择………………………………………………22
四、键联接……………………………………………………23
五、减速器……………………………………………………23
六、带转动……………………………………………………24
附录A：
课程设计概念题……………………………………26
一、总体设计与主要零件计算内容…………………………26
二、减速器轴系机构设计内容………………………………29三、减速器箱体和其它有关零件设计………………………29
附录B：
答辩准备题…………………………………………30
第一章绪论
一、指导思想及方法
根据课程设计的目的进行指导，使学生在完成课程设计中，学会设计减速器，更主要的是学会设计思想及设计方法,能根据具体问题去进行分析、学会搜集、使用资料,并正确地进行设计。
同时还须使学生知道设计是为社会创造财富，为人类谋福利。
故在设计过程中，应处处为他人（制造者、使用者、维修者等）着想，虚心向别人学习，勇于克服困难，精益求精。
把自己认为不好之处都改去从而达到应有的水平，不可只求“行不行”的低标准设计。
教师在集中讲解时，只能讲一些共性的，原则性的问题及解决问题的方法，讲解后不是让学生只会代公式、计算、画图,而是让学生根据所讲的内容，独立思考，放手去做。
根据学生提出的和出现的问题，引导他根据自己所设计的内容进行分析，应怎样去考虑问题，该如何去找资料，如何去解决，并让他自己根据所设计的内容去解决。
还要经常强调在考虑问题、解决问题时要联系设计要求及条件。
在个别答疑中，更要经常联系所学过的各门课程,帮助学生加深理解和巩固所学的知识。
当指出错误时，应告知学生如何运用已有的基本知识去判断正确与否。
总之，课程设计时是综合运用各种知识的课程，也是学生第一次系统性较强及时间很长的一个大作业，所以对学生的班学习方法、学习态度以至运算技巧等要进行全面指导。
至于设计思想、设计方法，则要在整个设计进行中，经常联系，反复贯彻，才能使学生掌握。
二、准备工作
要指导自如，事先要有准备，做到心中有数。
除具备一般的设计、工艺知识及了解该班所用的机械设计讲课教材外，还须做下述的工作。
1．研究题目及熟悉资料
设计题目的内容及条件是设计的依据，必须了解很透彻，记得很清楚，以求在设计中得到满足。
例如题目中的传动简图、运动速度和方向是装配图及零件受力分析的依据；机构的工作情况则对零件的计算载荷系数、寿命及许用应力有关；工作环境则影响机器润滑、密封及选择材料的性质；批量大小需要考虑零件的制造方法等。
收集资料（包括数据、参考图和手册等）、熟悉资料，对如何准确选取数据，对如何熟练使用手册均很重要。
另对于参考图的工作条件、构造、特点、装拆、调整、润滑、密封，零件的形状、材料的选取及参考图的投影等都要了解得很清楚，才能较好得指导学生去用。
2．试做
试做对于新题目，尤其是第一次指导课设者是必须进行的工作。
通过计算：
①可以得知各零件的受力大小，该用什么材料，许用应力多大，各种数据如何选取，计算时什么地方易出错；②计算几种方案，掌握设计的合理尺寸及尺寸的变化范围；③深入了解各参数的变化规律。
当要调整或改变尺寸时应调整哪些参数才有效。
这样在指导中能即时防止出错，检查计算时，再运用一些速算技巧，很快就能指出错误出在何处（如参数不合适、单位弄错、计算有误等），该如何去改正。
通过画图，不仅掌握具体的构造和尺寸，更主要的是了解到那些地方易画错，各处的结构有多少方案，应参考那些图纸，怎样取用。
同时，加深了对参考图的了解和对手册内容的熟悉和运用。
通过试做，对设计方法、设计步骤，对题目的关键问题等，均可掌握得清清楚楚，使在指导时才不致出错或无法应付，以致影响指导质量。
三、检查设计
因为在今后的工作中，自己交出去的设计再无人检查，结果是由自己负责的。
因此，对各阶段的设计，必须进行检查，以免因前阶段结果的错误而引起大返工。
在计算阶段，应检查主要的数据，受力分析，所用的公式、公式中各符号所代表的数值和单位等是否正确。
再与自己的计算相比较，以判断计算结果有无错误。
在画图时，主要检查结构是否正确及画图有无错误。
当检查细线图（底图）时，应当集中精力检查必须擦图才能改正的一切错误。
至于不擦图也能改正的如缺线等应放在次要地位，或以后再指出改正也可。
这样看图的精力集中，易把错误指出，学生也容易获得正确和清洁的画面。
对于在设计中（计算及图纸）的错误，指导教师应全部指出。
因为学生是在学习，有错就表示这些地方不懂，指导教师不指出，他就不知道错在哪儿，更谈不上学会去检查或判断错误的方法。
四、答辩
答辩最好不是指导教师，但指导教师要参加。
五、课堂讲课主要有下述内容：
第一章绪论
第二章：
课程设计概述
第三章：
第四章：
在画草图开始时讲草图设计（上）（下）
第五章：
在画正式装配图底图开始时讲画装配图的要求
第六章：
装配图加粗前讲对画装配图的要求
第七章：
零件图设计，写说明书的要求及答辩的准备。
除这几次以外，根据进行情况及发现的共同问题，在适当的时候，进行一些讲解说明。
第二章课程设计概述
《机械设计》课是讲每个零件如何设计。
《机械设计课程设计》课是运用所学知识，具体设计一个部件，即减速器。
一、要求
1．设计要求
（1）选出电动机型号；
（2）选出电动机轴及运输机轴与减速器伸出轴联接的各一个联轴器；
（3）计算带传动或开式齿轮传动；
（4）设计此减速器。
2．具体作业
（1）减速器装配图一张；
（2）零件图二张（一张画输出轴，另一张画输出轴上的大齿轮或蜗轮）。
最后是进行答辩，五级评分。
二、目的和进行方式
1．目的
课程设计是一次比较全面的设计训练，也是机械设计课最后的一个重要教学环节。
基本目的是：
（1）培养理论联系实际的正确设计思想，培养综合运用已经学过的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。
（2）学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用的机械零件、机械传动装置和简单机械的设计过程和进行方式。
（3）进行基本技能训练，例如计算，绘图，运用设计资料、手册、标准和规范，以及使用经验数据，进行经验估算及处理数据等。
2．进行方式
本课除几次有关课程设计问题的讲解外，不讲新内容。
其是在教师指导下，以设计者身分，独立工作来完成这个大作业。
在课程设计进行中，提倡独立思考，深入钻研的学习精神和严肃认真，一丝不苟，精益求精的学习态度。
反对不求甚解、照抄照搬、只求可用、容忍错误、敷衍塞责的作法。
有问题，除向本课教师请教外，还可以相互讨论或问其他课程老师，问实验室、研究室、工厂的工程技术人员及工人等。
主要是要把问题弄懂。
至于采用什么形式和构造，尺寸的大小等则要根据自己的设计，全面考虑问题。
否则会前后矛盾，得不到好的设计。
三、一般过程和进度计划
1．一般过程
（1）设计准备；
（2）传动装置的总体设计；
（3）装配图设计（分草图设计（在坐标纸上绘图）和正式装配图设计）；
（4）零件工作图设计；
（5）编写说明书；
（6）设计总结和答辩。
2．课程设计指导书
此书是完全按此进程编写的，所以在进行每一阶段开始前，应再看看指导书，并把它看懂再做。
这样看起来似乎慢，其实因指导书上有进行的步骤、方法，有问题的分析，正误对比及注意点。
看懂后再做就避免了不必要的弯路。
3．进度计划
此计划是提供掌握课程设计进程的参考。
具体进度表：
（具体由指导教师根据实际情况给出）。
进度计划上的重叠是考虑了各人的情况及进度不同。
超前可做得再细些，落后须想法赶上去。
最后一天答辩。
答辩前必须把全部设计交给指导教师，在指导教师认可后才能参加答辩。
设计未完是不能参加答辩的，不答辩即没有成绩。
4．答辩成绩评定的依据
（1）平时情况；
（2）设计质量（图、说明书）；
（3）答辩情况。
四、设计的一般知识
设计是为社会创造财富，为人类谋福利，所以必须把设计做好。
1．好的设计标准
（1）性能好：
生产率高，产品质量好
效率高
精度高、寿命长
体积小，重量轻、噪音小
（2）好使用、操作简单、舒适：
体力消耗小
精神负担小
检修简单
搬运方便，日常的维护方便
（3）安全可靠：
人身的安全操作人员
附近的其他人员
机器的安全本机
其它机器
（4）经济性好：
制造成本低
使用中的维持费低电、燃料
润滑油
维修
（5）美观：
造型简单大方
颜色淡雅
2．为他人考虑问题
为了做好设计，所以在设计中，处处都要精心考虑。
设计者还应设身处地，为以下人员考虑问题：
（1）经济核算者：
制造成本怎样？
使用者经济否；
（2）制造者：
零件加工、装配、检查的繁简难易；
（3）使用者：
机器的配套问题，操作、检修、维护方便否等；
（4）搬运者：
方便否、安全否。
要善于向有关人学习，认真负责的解决这些问题。
还要不怕麻烦，把自己认为不好之处都改去，这样才能达到精益求精的好设计。
3．仔细研究设计任务
在设计中对设计任务、内容及技术等，必须理解得很透彻，记得很清楚。
它是设计的出发点，在设计的进行中必须一一得到满足。
例如题目中机器的工作环境不清洁，对电机的防护形式及减速器的密封就要多加考虑。
又如机器的工作情况（连续或间断、平稳或冲击等）对电动机的功率和起动力矩及强度均有影响。
再如机器的工作年限，就要考虑零件的工作是属于长期还是有限寿命，这对零件的许用应力有着密切关系。
批量要考虑零件毛坯来源（锻、铸、焊）及零件加工方法（机加、冲压等）。
4．参阅和分析现有的参考资料（图纸及实物）
其是前人经验的结晶，把它弄清楚，并在此基础上，再根据设计条件，进行比较、取舍和改进。
这样才能做好自己的设计。
对参考图和实物的分析，可以从下述几方面来考虑：
（1）零件：
①性状、特点如何
②在该处有何作用
③与相邻零件的关系（松、紧，有无相对运动）怎样
④装、卸，周向及轴向的固定，位置或间隙的调整怎样
零件在机器中：
①受力否
②受什么力、力从何处来，经过那些零件传到什么地方去
③是那种失效形式
零件：
①标准件，如何选
②非标准件，如何设计
零件：
该用什么材料（硬、韧）
主要制造方法（锻、铸、焊、冲压等）
（2）对整机：
①工作环境
②载荷情况
③运动件的润滑方式
④密封
⑤装拆及维护
⑥搬运
（3）使用资料要注意
资料上的数据、公式等，应注意它们的使用条件与使用范围。
如有注解，不管多长，都必须看完、看懂，方可选用以防用错。
（4）计算结果的调整与处理
在设计中所得出的各个零件的尺寸及形状，不是唯一的方案，而是多种多样的。
好的设计是经过多次计算、比较才能得到的。
所以在计算时得出的结果，不是简单地取大值，能满足强度就行了，而要进行分析与调整。
例如计算V带传动中求所需V带的根数Z时，通常计算结果不是整数，若把小数入为整数则又富余。
最好的办法是调整带轮直径。
即：
当先选的带轮D1是最小尺寸时，则适当用稍大的D1（D2=iD1）以增加带的速度v,进而可提高带传递的功率，于是可去掉Z的小数。
若选的D1不是最小值时，则可减小D1（D2=iD1），致使带速v变小，于是可将Z计算的小数去掉。
另外，如计算出的Z，即根数过多，则可更换带的型号再算。
五、写计算稿的注意事项
要使计算稿写得有条理，并做到一目了然，可采用下述办法：
（1）计算前画出传动简图，对传动件、轴作统一编号，同时用做计算中所称符号的脚注；
（2）全部计算中，不但应与图上一致，而且要保持前后一致；
（3）进行每一独立内容之前，应加一明显标题以突出计算的目的；
（4）计算错了或调整数据重算，只需把不要的内容划去，切勿涂黑或撕去，以留作此后的参考和比较之用；
（5）每计算一个阶段，均要进行检查，以免大返工。
最好把有用的计算结果作出记号或列成表，以便查用；
（6）草稿行间不要太紧，好在其间涂改添加；
（7）草稿要保存好，切勿丢失，因为它是写说明书的依据。
其他
1．需要准备的教材和资料
（1）《机械设计》（刚学过的教材）；
（2）《机械设计课程设计》是本课的主要教材；
（3）《机械制图》；
（4）手册及图册等。
2．用品
（1）草稿本；
（2）A1坐标纸一张，第一周即用；
（3）A0白图纸一张半；
（4）计算工具及绘图工具。
3．开始设计时的工作
（1）看懂题目；
（2）看指导书，先看一遍大小题目以了解指导书有哪些内容，进行的步骤如何。
之后从第1页开始仔细看（注意：
指导书是通用的，与自己题目无关的可不必看），边看边做。
（3）参观实物及看减速器录像片；
（4）进行计算。
第三章草图设计（上）
确定轴的跨度应考虑的问题
按指导书的步骤现在该进行装配图设计阶段。
为了解除同学们初次做设计，怕画错不敢下手的顾虑，以加快设计进度和提高设计及图面质量，我们安排了一个草图设计阶段。
草图设计的步骤与指导书介绍的装配图设计完全一样。
一、草图的画法
草图设计的草图画法与机械制图课的草图概念（徒手画，比例尺是估计的相对比例）不同。
这里的草图是按比例尺画，是将来画正式装配图的基础。
与正式装配图不同之处是线型不标准，剖面线可徒手画，相同形状的图形可不画，即完全把它当草稿用。
二、草图的作用
1．检查传动件的计算结果是否合适，如否须重算；
2．决定一些零件的尺寸，这样才能进行该零件的强度计算。
如轴的计算，必须先知道力及支点的位置与尺寸，这些只有在草图画出后方可量出；
3．决定零件的形状及零件间关系和位置；
4．为正式装配图打基础，以作进一步的改进。
三、画草图的步骤
1．计算出齿轮的直径、宽度及传动中心距；
2．按比例画出齿轮的中心线、轮廓线及减速箱体的内壁线。
由此即可看出减速器的长宽及大小。
如不合适则可调整i、Φd及[б]等重算；
3．初定轴的外伸段直径及长度
输入轴如与电动机用联轴器联接时，可根据联轴器的孔径定；
如不是与电动机直接用联轴器联接的输入轴及输出轴的轴颈，均可用受纯扭求直径d的方法计算；
另取长度L=（1.2~1.8）d，并须满足键的强度。
4．初定轴承内径及宽度
根据伸出段直径d及考虑装配关系而定出轴颈处的直径，此直径即为初定的轴承内径，进而查得轴承型号，于是即可得到轴承宽度；
5．确定轴的跨度及作用力的位置
轴的支反力一般取在轴承宽度的中点处，两轴承中点距即为轴的跨度；
6．计算轴的强度、验算轴承的寿命；
7．进行轴系的结构设计；
8．进行壳体及附件等的设计。
四、介绍草图设计第一阶段，即确定轴的跨度应考虑的问题
1．润滑
（1）齿轮的润滑方式
齿轮的润滑方式取决于齿轮的圆周速度。
在普通减速器中，一般采用油池浸油润滑；
（2）轴承的润滑
轴承既可采用脂润滑也可采用油润滑，具体如何是按轴颈的圆周速度所决定的。
脂润滑和油润滑轴承的优缺点：
脂：
优点：
油清洁对轴承的寿命有利；
易密封；
箱体上不需开输油沟。
缺点：
阻力大，散热不好；
须增加挡油环进行内面密封。
油：
优点：
油的阻力小，散热好；
不需要内面密封装置。
缺点：
油易脏，轴承易磨损；
油易向外渗出，尤其是用嵌入盖时；
有时要在箱体上开输油沟。
2．轴承的选择
多用滚动轴承。
因为好润滑、好密封，功率损失小。
（1）球轴承和滚子轴承的主要特点比较：
球
滚子
点接触
线接触
对轴挠度不敏感
敏感
怕震
可减震
转速极限高
低
承载能力小
大
（2）价格：
径向球轴承价最低，最好买；
次之是径向止推圆锥滚子轴承；
径向止推球轴承及特轻型轴承的价格最贵，故不宜选用。
怎样选择呢？
是否有轴向力都要选用径向止推轴承？
答：
不一定。
此处主要根据结构需要和载荷大小及方向来决定，然后再考虑成本。
3．轴承端盖型式的选择
（1）嵌入盖——构造简单，减速器外形平整。
但镗孔时需多镗一沟槽，且易漏油。
漏油常选用O型圈密封来解决。
（2）螺钉式端盖——须多件螺钉及防松垫圈，箱体上还须进行攻丝工作。
其优点是垫片调整公差容易，同时密封也较好。
4．经验数据的处理
（1）壁厚δ
δ≥最小壁厚：
最小壁厚与铸铁的牌号和铸件尺寸有关。
取厚了减速器太重，太薄了不好铸造，甚至铸不出来。
（2）螺栓尺寸
不一定都向大的方向圆整。
因螺栓尺寸大了，减速器的连接凸缘也大，因而增加了减速器的重量。
同时螺栓尺寸也不能过小，否则，工艺困难，成本增加。
（3）大齿轮侧面到箱体内壁的距离是考虑到箱体内壁有拔模斜度，齿轮不能与它相摩擦，减速器大，这个距离也应取大值。
（4）尺寸应圆整化
尺寸的圆整化，不是每个尺寸都要圆整，而需要进行具体分析。
如齿轮侧到箱内壁的距离就不一定是整数，而应使箱内壁间或两外壁间的距离是圆整数。
又如计算轴时跨度应取整数，以便使计算简化。
第四章草图设计（下）
轴系、壳体及附件等的结构设计
一、轴系的结构设计（以输入轴或输出轴为例，边看边画）
1．轴尺寸的确定
（1）轴径的确定
①外伸段根据轴的强度
键的强度
联轴器的要求
②装轴承处满足轴的强度
满足轴承的寿命
③装齿轮处满足轴的强度
满足键的强度
这三处直径，已经进行了计算。
在进行轴系的结构设计时必须满足这三处的直径要求。
不但能进行装配，还须易于装拆及零件在轴上能轴向定位。
（2）轴肩的确定
轴肩有两种，一种是用做零件轴向定位；另一种只是用做改变轴的直径，其要求是不同的。
1做定位用的轴肩
做定位用的轴肩，轴上的圆角半径必须小于孔的倒角或圆角半径。
轴肩与孔的端面接触后还应有一个接触环，环宽不小于1毫米。
轴肩的尺寸，也可参照相关轴上所装轴承的尺寸而定。
2只改变轴径而出现的轴肩
用做按需要即可。
最小时轴径可取相同的公称尺寸，不同轴段可用公差来区分。
轴上的圆角半径也应尽量用最大值以减小应力集中。
（3）轴各段长度的确定
1轴上装有零件，一端紧靠轴肩定位，另一端靠轴上其它零件如套筒等来定位时，则轴上所装零件的端面，必须互相紧靠，因此轴上这方向的各轴肩就不能再与这些零件的端面相接触，必须缩入自己轴头上零件的毂孔内。
2如轴上所装零件还须传递扭矩时，其轴头的长度一般L>1.2d,（d为轴头直径）。
以确保零件在轴上的稳定和满足键的强度要求。
3不装零件段的长度按需要而定。
2．密封
轴通过轴承端盖处，必须进行密封。
密封须考虑的问题：
油的种类
轴径的速度V
环境情况
对密封的要求
轴径应是标准尺寸
3．轴的定位
转轴是要支撑零件和传递扭矩的。
因此要求轴在转动时有固定的位置（即不能左右窜动）。
又轴的定位是通过轴承的安装方式所获得的。
安装轴承的方式应考虑：
（1）左右两方向轴向力的传递；
（2）考虑轴受热伸长及消除加工误差，以保证轴承的间隙，从而能使运转自如和达到运转精度；
（3）轴上零件的装拆与调整。
采用双支点单向固定，还是单支点双向固定，要根据具体情况而定（此次设计多采用前者）。
二、壳体的设计
在剖分式减速器中，壳体设计对零件装配没有问题。
主要应考虑壳体轻、刚度好、好铸造、好加工等。
另需注意在螺栓头及螺母处加工有沉头座。
螺纹紧固件应有防松装置。
三、附件的设计
主要注意它们的作用、位置和构造。
四、画草图的注意事项
画草图应该：
1.由内往外；即从内部往外部画；
2.先粗后细：
先画零件
升级会员 