【正文】 1 機(jī)械設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 第一節(jié) 《機(jī)械設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 》 概述 一、課程設(shè)計(jì)的目的 《機(jī)械設(shè)計(jì) 》課程是一門(mén) 專業(yè)基礎(chǔ)課，目的在于培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力。課程設(shè)計(jì)是《機(jī)械設(shè)計(jì) 》課程最后一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是機(jī)電類專業(yè)學(xué)生第一次較為全面的機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練，其目的： （ 1）通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用《機(jī)械設(shè)計(jì) 》課程及其它先修課程的理論知識(shí)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)訓(xùn)練，使理論知識(shí)得以鞏固和提高。 （ 2）通過(guò)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐使學(xué)生掌握一般機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法和程序，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。 （ 3）進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作基本技 能的訓(xùn)練，包括訓(xùn)練、計(jì)算、繪圖能力、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力，熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等）。 二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和任務(wù) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課程設(shè)計(jì)選擇齒輪減速器為設(shè)計(jì)課題，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下幾方面： （ 1）擬定、分析傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)； （ 2）選擇電動(dòng)機(jī)，計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)； （ 3）進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，校核軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵等； （ 4）繪制減速器裝配圖及典型零件圖 ， 用 AutoCAD 繪制； （ 5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)要求在 2 周時(shí)間內(nèi)完成以 下的任務(wù)： （ 1）繪制減速器裝配圖 1 張（ A1 圖紙）； （ 2）零件工作圖 2 張（軸、 齒輪 ， A3 圖紙）； （ 3）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 1 份 . 三、課程設(shè)計(jì)的步驟 課程設(shè)計(jì)是一次較全面較系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練，因此應(yīng)遵循機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程的一般規(guī)律，大體上按以下步驟進(jìn)行： （ 1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 認(rèn)真研究設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，明確設(shè)計(jì)要求和條件，認(rèn)真閱讀減速器參考圖，拆裝減速器，熟悉設(shè)計(jì)對(duì)象。 （ 2）傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求擬定傳動(dòng)總體布置方案，選擇原動(dòng)機(jī)，計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。 （ 3）傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)裝配圖前，先計(jì)算各級(jí)傳 動(dòng)件的參數(shù)確定其尺寸，并選好聯(lián)軸器的類型和規(guī)格。一般先計(jì)算外傳動(dòng)件、后計(jì)算內(nèi)傳動(dòng)件。 （ 4）裝配圖設(shè)計(jì) 計(jì)算和選擇支承零件，繪制裝配草圖，完成裝配工作圖。 （ 5）零件工作圖設(shè)計(jì) 零件工作圖應(yīng)包括制造和檢驗(yàn)零件所需的全部?jī)?nèi)容。 （ 6）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括所有的計(jì)算并附簡(jiǎn)圖，并寫(xiě)出 設(shè)計(jì)總結(jié)。 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)時(shí)間分配如表 11。 表 11 課程設(shè)計(jì)步驟 3 次序 設(shè)計(jì)內(nèi)容 時(shí)間分配（天） 1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 和擬定設(shè)計(jì)方案 3 設(shè)計(jì)計(jì)算 3 4 裝配圖的設(shè)計(jì) 和繪制 4 5 零件圖 的設(shè)計(jì)和繪制 2 6 整理 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 四、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置 原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表 12。 運(yùn)輸帶工作拉力 F=_________N 運(yùn)輸帶工作速度 V=_________m/s 卷筒直徑 D=___________mm 每日工作時(shí)間 T=24h 傳動(dòng)工作年限 a=5 年 卷筒 (工作機(jī) )效率 96% 工作條件 轉(zhuǎn)動(dòng)不逆轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，起動(dòng)載荷為名義載荷的 倍，運(yùn)輸帶速度允許誤差為 +5% 表 12 原始數(shù)據(jù) 參數(shù) 題號(hào) 1 2 3 運(yùn)輸帶工作拉力 F/（ N） 1900 2100 2020 4 運(yùn)輸帶工作速度 V/（ m/s） 卷筒直徑 D/(mm) 400 400 450 第二節(jié) 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)，主要包括擬定傳動(dòng)方案、選擇原動(dòng)機(jī)、確定總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比以及計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。 一、擬定傳動(dòng)方案 機(jī)器通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)三部分組成。傳動(dòng)裝置將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工作機(jī)，合理擬定傳動(dòng)方案是保證傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，擬定傳動(dòng)方案，分析傳動(dòng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)考慮有以下幾種傳 動(dòng)方案如圖 21： a) b) 5 I c) d) 圖 21 帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)方案比較 傳動(dòng)方案應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件，工作可靠，而且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，成本低，傳動(dòng)效率高，操作維護(hù)方 便。 設(shè)計(jì)時(shí)可同時(shí)考慮幾個(gè)方案，通過(guò)分析比較最后選擇其中較合理的一種。下面為圖 1 中 a、 b、 c、 d 幾種方案的比較。 a 方案 寬度和長(zhǎng)度尺寸較大，帶傳動(dòng)不適應(yīng)繁重的工作條件和惡劣的環(huán)境。但若用于鏈?zhǔn)交虬迨竭\(yùn)輸機(jī)，有過(guò)載保護(hù)作用； b 方案 結(jié)構(gòu)緊湊，若在大功率和長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)條件下使用，則由于蝸桿傳動(dòng)效率低，功率損耗大，很不經(jīng)濟(jì)； c 方案 寬度尺寸小 ,適于在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期連續(xù)工作 .但圓錐齒輪加工比圓柱齒輪困難； d 方案 與 b 方案相比較 ,寬度尺寸較大，輸入軸線與工作機(jī)位置是水平位置。宜在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作。 故選擇方案 a，采用 V 帶傳動(dòng)（ i=2~4）和一級(jí)圓柱齒輪減速器 (i=3~5)傳動(dòng)。傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖如圖 2： 6 123456 1— V 帶傳動(dòng)； 2— 電動(dòng)機(jī)； 3— 圓柱傳動(dòng)減速器； 4— 聯(lián)軸器； 5— 輸送帶； 6— 滾筒 圖 22 帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置 二、選擇原動(dòng)機(jī) —— 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的工作情況和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)，根據(jù)選擇的傳動(dòng)方案，合理選擇電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)型式、容量和轉(zhuǎn)速，提出具體的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。 選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式 電動(dòng)機(jī)有交、直流之 分，一般工廠都采用三相交流電，因而選用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)分異步、同步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)又分為籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多，目前應(yīng)用較廣的 Y 系列自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)性能好，工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，適用于不易燃、不易爆、無(wú)腐蝕性氣體、無(wú)特殊要求的場(chǎng) 7 合，如運(yùn)輸機(jī)、機(jī)床、農(nóng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、輕工機(jī)械等。 確定電動(dòng)機(jī)的功率 電動(dòng)機(jī)功率選擇直接影響到電動(dòng)機(jī)工作性能和經(jīng)濟(jì)性能的好壞：若所選電動(dòng)機(jī)的功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)正常工作；若功率過(guò)大，則電動(dòng)機(jī)不能滿載運(yùn)行 ，功率因素和效率較低，從而增加電能消耗，造成浪費(fèi)。 本課程設(shè)計(jì)的題目為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、載荷平穩(wěn)的機(jī)械，確定電動(dòng)機(jī)功率的原則是： Ped ≥ kPd Pd= Pw/η Pw=FV/1000η w=Tn/9550η w Ped—— 電動(dòng)機(jī)的額定功率 Pd—— 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 Pw—— 工作機(jī)的輸入功率 η — 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)間的總效率 η =η 1η 2η 3……η n η 1η 2η 3……η n分別為傳動(dòng)裝置中各傳動(dòng)副（齒輪、蝸桿、帶或鏈、軸承、聯(lián)軸器）的效率，設(shè)計(jì)時(shí)可參考表 21 選取。 F— 工作機(jī)的工作阻力 V— 工作機(jī)卷筒的線速度 T— 工作機(jī)的阻力矩 nw— 工作機(jī)卷筒的轉(zhuǎn)速 η w— 工作機(jī)的效率 8 表 21 機(jī)械傳動(dòng)和軸承效率的概略值 類型 效率 開(kāi)式 閉式 圓柱齒輪傳動(dòng) — — V 帶傳動(dòng) — —— 滾動(dòng)軸承（每對(duì)） — 彈性聯(lián)軸器 — 計(jì)算傳動(dòng)裝置的總效率時(shí)需注意以下幾點(diǎn)： （ 1）若表中所列為效率值的范圍時(shí)，一般可取中間值 （ 2）同類型的幾對(duì)傳動(dòng)副、軸承或聯(lián)軸器，均應(yīng)單獨(dú)計(jì)入總效率 （ 3）軸承效 率均指一對(duì)軸承的效率 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 同一類型、相同額定功率的電動(dòng)機(jī)低速的級(jí)數(shù)多，外部尺寸及重量較大，價(jià)格較高，但可使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及尺寸減少；高速電動(dòng)機(jī)則與其相反，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各方面因素，選取適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 三相異步電動(dòng)機(jī)常用的同步轉(zhuǎn)速有 3000r/min ,1500r/min, 1000r/min, 750r/min,常選用 1500r/min 或 1000r/min 的電動(dòng)機(jī)。 常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能及適用范圍見(jiàn)表 22。 表 22 常用機(jī)構(gòu)的性能及適用范圍 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 選用指標(biāo) 平帶傳動(dòng) V 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 圓柱齒輪傳動(dòng) 功率（常用值）/kw 小 （≤ 20） 中 （≤ 100） 中 （≤ 100） 大 （最大達(dá) 9 50000） 單級(jí)傳動(dòng)比 常用值 2~4 2~4 2~5 3~5 最大值 5 7 6 8 傳動(dòng)效率 查表 21 許用的線速度 ≤ 25 ≤ 25~30 ≤ 40 6 級(jí)精度≤18 外廓尺寸 大 大 大 小 傳動(dòng)精度 低 低 中等 高 工作平穩(wěn)性 好 好 較差 一般 自鎖性能 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 過(guò)載保護(hù)作用 有 有 無(wú) 無(wú) 使用壽命 短 短 中等 長(zhǎng) 緩沖吸振能力 好 好 中等 長(zhǎng) 要求制造及 安裝精度 低 低 中等 高 要求潤(rùn)滑條件 不需 不需 中等 高 環(huán)境適應(yīng)性 不能接觸酸、堿、油、爆炸性氣體 好 一般 設(shè)計(jì)時(shí)可由工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，推算出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，即 10 nd=(i1 i2 i3…… in) nW nd—— 電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍 i1,i2…… in—— 各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍 由選定的電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速查手冊(cè)，查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)，并記錄其型號(hào)、額定功率、滿載轉(zhuǎn)速、中心高、軸伸尺寸、鍵聯(lián)接尺寸等。 設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置時(shí)，一般按電動(dòng)機(jī)的 實(shí)際輸出功率 Pd計(jì)算，轉(zhuǎn)速則取滿載轉(zhuǎn)速 nW。 例 如前圖 a所示帶式運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)方案。已知卷筒直徑 D=500mm，運(yùn)輸帶的有效拉力 F=1500N,運(yùn)輸帶速度 v=2m/s,卷筒效率為 ，長(zhǎng)期連續(xù)工作。試選擇合適的電動(dòng)機(jī) 解：（ 1）選擇電動(dòng)機(jī)類型 按已知的工作要求和條件，選用 Y 形全封閉籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 （ 2）選擇電動(dòng)機(jī)的功率 工作機(jī)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)輸出功率為： pd=p w/η p w=Fv/（ 1000η w ） 所以 pd= Fv/（ 1000η wη） 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)間的總效率（包括工作機(jī)效率） 為 ηη w=η 1η 22η 3η 4η 5η w η 1η 2η 3η 4η 5η w分別為帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)的軸承，齒輪傳動(dòng)、聯(lián)軸器、卷筒軸的軸承及卷筒的效率。取 η 1= η 2= η 3= η 4= η 5= η w= 所以 ηη w=η 1η 22η 3η 4η 5η w= = 所以 pd= Fv/（ 1000η wη） =1500 2/（ 1000 ） KW= 11 （ 3） 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為 ： nw =60 1000V/（ ?D） =60 1000 2/（ 500） r/min=按推薦的合理傳動(dòng)比范圍取 V 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比 i1’ =2~4,單級(jí)齒輪傳動(dòng)比 i2’ =3~5 則合理總傳動(dòng)比的范圍為： i’ =6~20，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 n’ d= i’ nw =(6~20) ~1528 r/min 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 750 r/min， 1000 r/min， 1500 r/min。再根據(jù)計(jì)算出的容量查有關(guān)手冊(cè)選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)，本設(shè)計(jì)中可參考表 **，然后將選擇結(jié)果列于下表 。 方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min） 傳動(dòng)裝置的的傳動(dòng)比 Ped/kw 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 總傳動(dòng)比 帶 齒輪 1 Y160M1— 8 4 750 720 3 2 Y132M1— 6 4 1000 960 4 3 Y112M— 4 4 1500 1440 綜合考慮選 Y132M1— 6 電動(dòng)機(jī)，查手冊(cè)求出其它尺寸 (中心高、外型尺寸、安裝尺寸、軸伸尺寸、鍵聯(lián)接尺寸等 )。 三、傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)傳動(dòng)比的分配 由選定電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 nm和工作機(jī)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 nw 可得傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 i=nm/nw 對(duì)于多級(jí)傳動(dòng) i= i118