机械单元设计作业题与设计指导.docx
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机械单元设计作业题与设计指导
机械单元设计作业题及设计指导
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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
1
2
3
4
减速器输出轴转矩T/N·m
154
160
228
249
减速器输出轴转速n/（r/min）
155
150
104
96
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）小带轮零件图一或（和）大齿轮零件图一；
（2）设计计算说明书一份，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---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
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），η2为齿轮传动的效率（包括一对轴承效率在）。
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带传动和齿轮传动的传动比。
为了使传动装置尺寸较小，结构紧凑，应使i1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％围。
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/i1
n2=nm/（i1i2）
各轴的功率为
P1=Pwη1
P2=Pwη1η2
各轴的转矩（N·m）为
T1=9550P1/n1
T2=9550P2/n2
4．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
1
2
3
4
输出轴转速n2/（r/min）
137
145
153
165
输出轴功率P/kW
2.5
2.7
3.0
3.2
齿轮齿数z
101
107
113
120
齿轮模数mn/mm
3
3
3
3
齿轮齿宽b/mm
80
80
80
80
齿轮螺旋角β（右旋）/（°）
14.25
14.25
14.25
14.25
a/mm（见图5）
80
80
80
80
c/mm（见图5）
100
100
100
100
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。
（2）设计计算说明书一份，主要容包括：
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
1
2
3
4
输入轴转速n1/（r/min）
960
960
960
960
输入轴功率P/kW
2.5
3.0
3.5
4.0
小圆锥齿轮齿数z1
23
25
27
28
齿轮模数m/mm
3
3
3
3
小圆锥齿轮分度圆锥角δl/（°）
18.43
18.43
18.43
18.43
a/mm（见图6）
100
100
100
100
b/mm（见图6）
50
50
50
50
c/mm（见图6）
80
80
80
80
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。
（2）设计计算说明书一份，主要容包括：
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。
图7小圆锥齿轮轴系结构
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。
为了防止箱的润滑油溅人轴承室而稀释或带走润滑脂，需在轴承室侧加装封油环（图8）。
轴伸出端的密封是为了防止滚动轴承的润滑油（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。
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