机械设计基础课程设计指导书有何实用价值？

《机械设计基础》课程设计指导书

前言

《机械设计基础》课程设计是高等工科院校机械类及近机类专业学生在完成《机械设计基础》或《机械原理》、《机械设计》等课程后，所进行的一次综合性、实践性的教学环节,其目的在于：

1. 巩固和深化理论知识：将课程中学到的零散的理论知识（如机械原理、机械设计、材料力学、制图等）融会贯通,应用于一个具体的工程实践项目中。
2. 培养工程实践能力：学习如何进行方案设计、结构设计、强度计算、材料选择,并最终完成符合生产要求的工程图纸和技术文件。
3. 掌握机械设计的基本方法与流程：熟悉从设计任务分析、方案拟定、设计计算、结构设计到绘制图纸和编写说明书的全过程。
4. 提升创新意识和解决工程问题的能力：在设计过程中，会遇到各种预料之外的问题，通过查阅资料、分析比较、优化方案,培养独立思考和解决问题的能力。
5. 培养严谨的科学态度和规范的工程素养：学习并遵守国家标准、规范，养成认真细致、一丝不苟的工作作风。

本指导书旨在为同学们提供一份清晰、系统、可操作的设计指南,帮助大家顺利完成课程设计任务。

第一章 课程设计概述

1 设计目的与要求

• 设计目的：如前言所述。
• 基本要求：
  • 方案合理：设计方案应满足功能要求，结构简单，工作可靠,成本低廉。
  • 计算正确：所有设计计算（强度、寿命、效率等）必须准确无误,依据充分。
  • 结构规范：零件的结构设计应合理，便于制造、安装、维护和润滑。
  • 图纸完整：图纸应清晰、规范，符合国家制图标准，包含必要的尺寸、公差、形位公差、技术要求等。
  • 说明书规范：设计计算说明书应条理清晰，内容完整，书写工整,计算过程详实。

2 设计题目与任务

• 典型题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器（这是最经典、最全面的设计题目，涵盖了轴、齿轮、轴承、键、联轴器、箱体等核心零部件的设计）。
  • 设计参数：
    • 传动方案：电机 → V带传动 → 减速器 → 工作机
    • 输入功率 (P)：
    • 输入转速 (n₁)：
    • 总传动比 (i) 范围：
    • 工作机类型及载荷特性：（如：皮带输送机，平稳载荷；起重机,中等冲击等）
• 任务分解：
  1. 传动装置的总体设计：确定传动方案，分配各级传动比，计算各轴的运动和动力参数（转速、功率、转矩）。
  2. 传动零件的设计计算：设计V带传动、各级齿轮传动。
  3. 轴的设计计算：设计输入轴、中间轴、输出轴,包括结构设计和强度校核。
  4. 轴承的选择与寿命计算：选择合适的轴承类型和型号,并校核其寿命。
  5. 键连接的选择与校核：选择轴与齿轮、联轴器等连接处键的类型和尺寸,并进行强度校核。
  6. 联轴器的选择：选择电机轴与减速器输入轴、减速器输出轴与工作机之间的联轴器。
  7. 减速器箱体及附件设计：设计箱体的结构，并设计窥视孔、油标、油塞、通气器、起吊钩等附件。
  8. 绘制装配图和零件图：
     • 装配图 (1张，A0或A1图纸)：表达减速器整体结构、零件间的装配关系、主要尺寸和配合。
     • 零件图 (2-3张，A2或A3图纸)：绘制1-2个典型零件（如低速轴、大齿轮、箱体）的详细工作图。
  9. 编写设计计算说明书：详细记录整个设计过程和计算结果。

3 设计步骤与进度安排

第二章 设计方法与指导

1 传动装置的总体设计

• 传动方案分析：通常为电机 → 带传动 → 减速器 → 工作机，带传动可缓冲吸振、过载保护,减速器实现大传动比。
• 总传动比分配：i_total = i_belt * i_gear，原则：
  • 使各级传动尺寸协调,结构匀称。
  • 各级齿轮传动比不要过大，以避免小齿轮过早损坏，对二级斜齿圆柱齿轮减速器，i1 ≈ (1.1~1.5) * i2，且 i1 < 6。
• 运动和动力参数计算：
  • 各轴转速：n_II = n_I / i_belt, n_III = n_II / i1, n_IV = n_III / i2
  • 各轴功率：P_II = P_I * η_belt, P_III = P_II * η_bearing1 * η_gear1, P_IV = P_III * η_bearing2 * η_gear2
  • 各轴转矩：T = 9550 * P / n (P单位为kW，n单位为r/min)
  • 效率η：查手册，如V带传动效率η_belt≈0.95，一对滚动轴承效率η_bearing≈0.99，一对齿轮啮合效率η_gear≈0.98。

2 传动零件设计计算

• V带传动设计：
  1. 确定计算功率 Pc = K_A * P (K_A为工况系数)。
  2. 选择带型 (A, B, C型等)。
  3. 确定带轮基准直径 d_d1, d_d2,并验算带速。
  4. 计算中心距 a 和带长 L_d。
  5. 计算小带轮包角 ，确保 α₁ > 120°。
  6. 计算V带根数 Z。

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