机械设计考题

单元设计作业题及设计指导作业一螺纹联接设计任务书题目：1．普通螺栓联接用M16六角头螺栓(GB/T5782-2000)联接两块厚度各为25mm的钢板，采用弹簧垫圈(GB/T93-1987)防松。2．铰制孔用螺栓联接用M16六角头铰制孔用螺栓(GB/T27-1988)联接两块厚度各为25mm的钢板。3．双头螺柱联接用M16双头螺柱(GB/T898-1988)联接厚25mm的钢板和一个很厚的铸铁零件。4．螺钉联接用M16六角头螺栓(GB/T5782-2000)联接厚25mm的铸铁凸缘和另一个很厚的铸铁零件，螺栓头与铸铁凸缘间加装平垫圈(GB/T97.1-1985)；要求：(1)按题中给出的条件查手册确定标准联接零件的尺寸；(2)按1:1比例与制图规范画出上述各种螺纹联接结构图，图1为参考图。图1作业二带传动和齿轮传动设计一、任务书题目：V带传动和齿轮传动的设计(图2)1．原始数据题号参数1234减速器输出轴转矩T/N·m154160228249减速器输出轴转速n/(r/min)15515010496注：载荷平稳，单向运转，工作年限5年，每年250个工作日，每日工作16小时。2．工作量(1)小带轮零件图一张或(和)大齿轮零件图一张；(2)设计计算说明书一份，内容包括电动机的选择，传动参数的计算，V带传动的设计计算或(和)齿轮传动的设计计算。二、设计指导1．电动机的选择电动机有各种类型，对于无特殊要求的机械装置，多选用Y系列三相异步电动机。Y系列三相异步电动机有四种常用的同步转速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min。同一功率的电动机，转速高则重量轻，价格便宜，但传动装置的总传动比和总体尺寸将加大，一般多选用同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。减速器的输出轴通过联轴器与工作机相联，因此工作机所需功率Pw(kW)(略去联轴器效率的影响)为Pw=Tn/9550式中：T--减速器输出轴的转矩，N·m；n--减速器输出轴的转速，r/min。电动机所需功率P0为P0=Pw/η式中：η--电动机至工作机之间的传动总效率。对于本作业的两级传动，η=η1η2。其中η1为V带传动的效率(包括一对轴承效率在内)，η2为齿轮传动的效率(包括一对轴承效率在内)。其数值可参看机械设计手册或教材。由于电动机的额定功率Pm应等于或略大于电动机所需功率P0，因此选择电动机时通常取Pm=(1～1.3)P0。2．各级传动比的分配传动装置的总传动比为i=nm/nw式中：nm--电动机的满载转速，r/min；nw--电动机的转速，即减速器输出轴转速，r/min。本作业的传动装置为二级传动，总传动比i=i1i2。其中i1和i2分别为V带传动和齿轮传1---V带传动；2---减速器；3---输出轴；4---电动机图2V带传动和齿轮传动简图动的传动比。为了使传动装置尺寸较小，结构紧凑，应使i1i2。由于受到齿轮齿数、标准带轮直径等因素的影响，传动装置的实际传动比与所要求的传动比会略有差别。通常机器总传动比的误差应限制在±3％～±5％范围内。3．传动参数的计算机器传动装置的传动参数指的是各轴的转速、功率和转矩。对于本作业的二级传动系统，按电动机轴至工作机主轴的传动方向进行推算，各轴的转速为n1=nm/i1n2=nm/(i1i2)各轴的功率为P1=Pwη1P2=Pwη1η2各轴的转矩(N·m)为T1=9550P1/n1T2=9550P2/n24．V带传动的设计计算V带传动的设计计算、带轮结构尺寸的确定可参考教材和机械设计手册。小带轮的孔径和轮毂部分尺寸应根据电动机的轴伸直径和长度确定，小带轮的半径应小于电动机的机座中心高。图3是供参考的V带轮零件图。图3V带轮零件图5．齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算、齿轮结构尺寸的确定可参考主教材和机械设计手册。大齿轮的孔径是根据与其相配合的轴径来确定的，本作业将大齿轮的孔径定为d=60mm：图4是供参考的齿轮零件图。图4齿轮零件图6．对零件图的要求零件图是零件制造和检验的依据，工艺人员根据零件图制定工艺规程，检验人员按照零件图进行成品的检验和验收。因此，一张完整的零件图应满足以下要求：(1)清楚而正确地表达出零件各部分的结构形状；(2)标出零件各部位的尺寸及其精度；(3)标出零件各部位必要的形状位置公差；(4)标出零件各表面的粗糙度；(5)注明对零件的其它技术要求，例如圆角半径、倒角尺寸及传动件的主要参数等，对于齿轮还应列出其主要几何参数、精度等级及检验项目等；(6)填写清楚零件图标题栏。三、设计计算步骤1．选择电动机，分配传动比，计算传动参数。2．V带传动设计计算或(和)齿轮传动设计计算。3．画小带轮零件图或(和)大齿轮零件图。作业三轴系组件设计一、任务书题目1斜齿圆柱齿轮传动输出轴的轴系组件设计(图5)1．原始数据题号参数1234输出轴转速n2/(r/min)137145153165输出轴功率P/kW2.52.73.03.2齿轮齿数z101107113120齿轮模数mn/mm3333齿轮齿宽b/mm80808080齿轮螺旋角β(右旋)/(°)14.2514.2514.2514.25a/mm(见图5)80808080c/mm(见图5)100100100100注：滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。图5斜齿圆柱齿轮轴系结构2．工作量(1)输出轴的轴系组件装配图一张。(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输出轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。题目2圆锥齿轮传动输入轴的轴系组件设计(图6)1．原始数据题号参数1234输入轴转速n1/(r/min)960960960960输入轴功率P/kW2.53.03.54.0小圆锥齿轮齿数z123252728齿轮模数m/mm3333小圆锥齿轮分度圆锥角δl/(°)18.4318.4318.4318.43a/mm(见图6)100100100100b/mm(见图6)50505050c/mm(见图6)80808080注：滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。图6圆锥齿轮轴系结构2．工作量(1)输入轴的轴系组件装配图一张。(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输入轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。二、设计指导1．轴和齿轮的结构轴和齿轮的结构设计参考主教材中的有关章节。对于小圆锥齿轮，当齿根圆与轴径接近时，可将齿轮与轴制成一体，但要注意齿轮轴的装拆问题。轴承正装的小圆锥齿轮轴系结构如图7所示。图a是齿轮轴结构。这种结构当齿轮外径比套杯孔大时，轴承和套筒是在套杯内进行安装，很不方便。因此，如果用正装结构，只有当小圆锥齿轮外径比套杯孔小时，才能采用齿轮轴结构，这时可在套杯外先将轴承和套筒装在齿轮轴上后，一起装入套杯。图b是齿轮与轴分开的结构。这种结构轴承安装方便。轴承反装的小圆锥齿轮轴系结构由于装配和调整都比较麻烦，因此本作业要求采用正装结构。2．滚动轴承的组合、固定和调整对于斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动，轴上受到径向力和轴向力，因此，需采用向心推力轴承，支承方式通常为两支承各单向固定结构。滚动轴承支承的结构形式参考主教材。滚动轴承的外圈以及轴系的轴向固定采用轴承端盖。轴承端盖有凸缘式和嵌入式两种，本作业要求采用凸缘式端盖，其结构尺寸参考机械设计手册。向心推力轴承是可调间隙轴承，在安装时，其间隙可通过在轴承端盖与箱体间加装调整垫片组进行调整(参看图5)。调整垫片由多片厚度不同(例如0.1mm、0.2mm和0.5mm)的软钢(08F)片或黄铜片组成，使用时可根据需要组成合适的厚度。为了保证圆锥齿轮的正确啮合，装配时两齿轮的锥顶必须重合，因此要调整大、小齿轮图7小圆锥齿轮轴系结构的轴向位置。对于悬臂安装的小圆锥齿轮轴系，为了便于调整，小圆锥齿轮轴通常放在套杯里，在套杯凸缘端面与箱体之间，用加减调整垫片(参看图6)的办法来调整小圆锥齿轮的轴向位置。3．滚动轴承的润滑和密封减速器中的滚动轴承可以采用脂润滑，也可以采用油润滑，这与齿轮的圆周速度和箱体结构有关。本作业要求采用脂润滑。为了防止箱内的润滑油溅人轴承室而稀释或带走润滑脂，需在轴承室内侧加装封油环(图8)。轴伸出端的密封是为了防止滚动轴承内的润滑油(脂)漏出或外界杂质侵入轴承室。常用的密封形式如图9。设计时可参考机械设计手册。图8封油环密封装置a)毡圈密封b)旋转轴唇形密封圈密封c)油沟槽密封图9常用密封形式三、设计步骤1．根据设计的原始数据，计算作用在齿轮上的力。2．按扭转强度条件初步估算轴径。3．根据轴上零件的安装、定位和调整要求进行轴的结构设计。4．画轴的受力分析图，进行轴的强度校核。5．计算轴承所受的力，并验算轴承的寿命。6．完成轴系组件装配图，标注主要尺寸和配合尺寸，引出零件号，填写标题栏和零件明细栏。