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郑州大学现代远程教育《机械设计基础》课程
考核要求
说明：
本课程考核形式为提交作业，完成后请保存为WORD2003格式的文档，登陆学习平台提交，并检查和确认提交成功。
一．作业要求
1.作业题中涉及到的公式、符号以教材为主；
2.课程设计题按照课堂上讲的“课程设计任务与要求”完成。
设计计算说明书不少于20页。
二．作业内容
（一）.选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将正确答案的号码填在题干的括号内，每小题1分，共20分）
1．在平面机构中，每增加一个高副将引入。
（B）
A．0个约束B．1个约束
C．2个约束D．3个约束
2.无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为。
（B）
A.
<
B.
=
C.
≥
D.
>
3．在圆柱凸轮机构设计中，从动件应采用从动件。
（B）
A．尖顶B．滚子
C．平底D．任意
4．齿轮的齿形系数
只与有关。
（B）
A．模数B．齿形
C．传动比D．中心距
5．闭式硬齿面齿轮传动中，齿轮的主要失效形式为。
（C）
A．齿面胶合B．齿面磨损
C．齿根断裂D．齿面点蚀
6．在其它条件相同的蜗杆传动中，蜗杆导程角越大，传动效率。
（B）
A．越低B．越高
C．不变D．不确定
7、带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为_____。
（C）
A.带的材料不符合胡克定律B.带容易变形和磨损
C.带的弹性滑动.D带在带轮上打滑
8、链传动设计中，当载荷大，中心距小，传动比大时，宜选用_____。
（B）
A大节距单排链B小节距多排链
C小节距单排链D大节距多排链
9、平键联接选取键的公称尺寸b×h的依据是_____。
（D）
A.轮毂长B.键长
C.传递的转矩大小D.轴段的直径
10、齿轮减速器的箱体和箱盖用螺纹联接，箱体被联接处的厚度不太大，且经常拆装，一般用联接.（C）
A.螺栓联接B.螺钉联接
C.双头螺柱联接
11、自行车的前轮轴是。
（C）
A．转轴B．传动轴
C．心轴D．曲轴
12、通常把轴设计为阶梯形的主要目的在于。
（C）
A．加工制造方便B．满足轴的局部结构要求
C．便于装拆轴上零件D．节省材料
13、不属于非接触式密封。
（D）
A.间隙密封B.曲路密封
C.挡油环密封D.毛毡圈密封
14、工程实践中见到最多的摩擦状况是_____。
（D）
A.干摩擦B.流体摩擦
C.边界摩擦D.混合摩擦
15、联轴器和离合器的主要作用是。
（A）
A.联接两轴，使其一同旋转并传递转矩B.补偿两轴的综合位移
C.防止机器发生过载D.缓和冲击和振动
16、对于径向位移较大，转速较低，无冲击的两轴间宜选用_____联轴器。
（C）
A.弹性套柱销B.万向
C.滑块D.径向簧片
17、采用热卷法制成的弹簧，其热处理方式为_____。
（D）
A.低温回火B.渗碳淬火
C.淬火D.淬火后回火
18、圆柱形螺旋弹簧的弹簧丝直径按弹簧的____要求计算得到。
（A）
A.强度B.稳定性
C.刚度D.结构尺寸
19、回转件达到动平衡的条件是。
（A）
A.各不平衡质量的离心惯性合力偶距为零B.各不平衡质量的离心合力为零C.回转件上各个质量的离心力系的合力、离心力所形成的合力偶矩为零
20、不均匀系数δ对机械速度的影响是_____。
（B）
A.δ越小，机械速度的波动越大B.δ越小，机械速度的波动越小
C.δ与机械速度的波动无关
（二）.判断题（在正确的试卷后面打√，错误的试卷后面打×。
每题1分，共15分）
1.零件破坏了，那么零件就一定是失效了。
（√）
2.机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零。
（√）
3．在铰链四杆机构中，若采用最短杆为曲柄，则该机构为曲柄摇杆机构。
（√）
4．在结构允许范围内，凸轮基圆半径越大越好。
（√）
5．渐开线上齿廓各点的压力角均相等。
（×）
6．闭式齿轮传动中，齿轮的主要失效形式是齿面点蚀。
（√）
7.蜗杆传动的自锁性是指只能由蜗轮带动蜗杆，反之则不能运动。
（×）
8、带传动的打滑和弹性滑动都是其失效形式。
（×）
9、在一定转速下，要减轻链传动的运动不均匀性，设计时，应选择较小节距的链条.（√）
10、平键的工作面是两侧面。
（√）
11、为了使滚动轴承内圈轴向定位可靠，轴肩高度应大于轴承内圈高度。
（×）
12、滚动轴承的基本额定寿命是指一批相同的轴承的寿命的平均值。
（×）
13、若两轴刚性较好，且安装时能精确对中，可选用刚性凸缘联轴器。
（√）
14、弹簧秤是利用弹簧的变形量与其承受的载荷成正比的原理制成的。
（√）
15、回转件的动平衡要在两个校正平面内加校正质量。
（√）
（三）计算分析题（共35分）
1、（5分）标出下列铰链四杆机构的压力角
。
判定该机构是否会出现死点，为什么？
解：
当曲柄与连杆共线时，压力角等于90度，传动角等于0，有可能会出现死点。
2、（8分）1．一对外啮合规范直齿圆柱齿轮传动，正常齿制，小齿轮损坏需配制，已知：
，
，规范中心距
，试求：
（1）
，
；
（2）
，
。
解：
齿顶圆直径
da2=m*（z2+2）=m*（100+2）=408计算出m=408/102=4
齿顶高ha2=齿顶高系数*m=m齿顶高系数一般为m计算出齿顶高ha2=4mm
分度圆直径d2=m*z2=4*100=400mm
分度圆直径d1=2*a-d2=2*310-400=220mm
齿数z1=d1/m=220/4=55
所以m=4；z1=55；d1=220mm；d2=400mm
3．（6分）所示为一手摇提升装置,其中各轮的齿数为：
z1=20,z2=50,z2′=15,z3=45,
z3′=1，z4=40,z4′=17,z5=51。
（1）试在图上标出提升重物时手柄及各个轮的转向；
（2）试求传动比i15。
解：
（1）如图所示：
Z2z3z4z550*45*40*51
（2）i15===900
Z1z2′z3′z4′20*15*1*17
4．（6分）有一组紧螺栓联接，螺栓的个数为6，受横向工作载荷R＝15000N的作用（如图）。
已知螺栓材料为45钢，
，被联接件之间的摩擦系数f=0.15，C=1.2，试计算所需螺栓的最小直径
。
解：
1）每个螺栓承受的横向工作载荷为：
2）每个螺栓要想承受这种横向载荷需要的轴向预紧力为：
3）承受轴向预紧力的螺栓强度条件为：
4）所以：
5．（10分）根据工作条件，决定在某传动轴上安装一对角接触球轴承，如图所示，轴承型号为7208，已知轴承的径向载荷分别为Fr1=1470N，Fr2=2650N，作用在轴上的轴向的外载荷FA＝1000N，判别系数e＝0.7，FS＝0.7Fr，试画出内部轴向力FS1、FS2的方向，并计算轴承的当量动载荷P1、P2。
（注：
当
时，X=0.41,Y=0.87；当
时，X=1,Y=0）
解：
（1）内部轴向力FS1、FS2的方向如下图
（2）∵F′=0.7Fr∴
又∵
∴轴承1被放松，轴承2压紧。
∴轴承1的轴向力
轴承2的轴向力
又∵
∴X=0.41，Y=0.87
∴P1=XFr1+YFa1=0.41*2200+0.87*1540=2241.8N
又∵
∴X=0.41，Y=0.87
∴P2=XFr2+YFa2=0.41*1470+0.87*1029=1497.93N
（四）课程设计题（30分）
1、绘制一级直齿圆柱齿轮减速器装配图、齿轮轴零件图；
2、书写设计计算说明书。
'
带式运输机传动装置中的同轴式1级圆柱齿轮减速器目录
设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
传动方案的拟定及说明„„„„„„„„„„„„„„„4
电动机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
计算传动装置的运动和动力参数„„„„„„„„„„„5
传动件的设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„5
轴的设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
滚动轴承的选择及计算„„„„„„„„„„„„„„„14
键联接的选择及校核计算„„„„„„„„„„„„„„16
连轴器的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16
减速器附件的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„17
润滑与密封„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
设计小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
参考资料目录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
机械设计课程设计任务书
题目:
设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮
减速器
一:
总体布置简图
1—电动机。
2—联轴器。
3—齿轮减速器。
4—带式运输机。
5—
鼓轮。
6—联轴器
二:
工作情况,
载荷平稳、单向旋转
三:
原始数据
鼓轮的扭矩T:
N•。
m,850
鼓轮的直径D:
mm,350
运输带速度Vm/s,0.7
带速允许偏差,5
使用年限年,5
工作制度班/日,2
四:
设计内容
1.电动机的选择与运动参数计算
2.斜齿轮传动设计计算
3.轴的设计
4.滚动轴承的选择
5.键和连轴器的选择与校核
6.装配图、零件图的绘制
7.设计计算说明书的编写
五:
设计任务
1:
减速器总装配图一张
2:
齿轮、轴零件图各一张
3:
设计说明书一份
六:
设计进度
1、第一阶段:
总体计算和传动件参数计算
2、第二阶段:
轴与轴系零件的设计
3、第三阶段:
轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制
4、第四阶段:
装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写
传动方案的拟定及说明
由题目所知传动机构类型为:
同轴式二级圆柱齿轮减速器。
故只
要对本传动机构进行分析论证。
本传动机构的特点是:
减速器横向尺寸较小两大齿轮浸油深度
可以大致相同。
结构较复杂,轴向尺寸大中间轴较长、刚度差中
间轴承润滑较困难。
电动机的选择
1:
电动机类型和结构的选择
因为本传动的工作状况是:
载荷平稳、单向旋转。
所以选用常用
的封闭式Y:
IP44,系列的电动机。
2:
电动机容量的选择
1,工作机所需功率Pw
Pw:
3.4kW
2,电动机的输出功率
Pd:
Pw/η
η:
0.904
Pd:
3.76kW
3:
电动机转速的选择
Nd:
i1’•。
i2’„in’,nw
初选为同步转速为1000r/min的电动机
4:
电动机型号的确定
由表20:
1查出电动机型号为Y132M1-6,其额定功率为4kW:
满
载转速960r/min。
基本符合题目所需的要求
计算传动装置的运动和动力参数
传动装置的总传动比及其分配:
3,计算齿宽b及模数mnt
b=φdd1t=1×67.85mm=67.85mm
mnt===3.39
h=2.25mnt=2.25×3.39mm=7.63mm
b/h=67.85/7.63=8.89
4,计算纵向重合度εβ
εβ==0.318×1×tan14=1.59
5,计算载荷系数K
已知载荷平稳:
所以取KA=1
根据v=0.68m/s,7级精度:
由图10—8查得动载系数KV=1.11
由表10—4查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同
故KHβ=1.12+0.18（1+0.6×1）1×1+0.23×1067.85=1.42
由表10—13查得KFβ=1.36
由表10—3查得KHα=KHα=1.4。
故载荷系数
K=KAKVKHαKHβ=1×1.03×1.4×1.42=2.05
6,按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径由式10—10a,
得
d1==mm=73.6mm
7,计算模数mn
mn=mm=3.74
3:
按齿根弯曲强度设计
由式（10—17mn≥
1,确定计算参数
1,计算载荷系数
K=KAKVKFαKFβ=1×1.03×1.4×1.36=1.96
2,根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59:
从图10-28
查得螺旋角影响系数Yβ0。
88
3,计算当量齿数
z1=z1/cosβ=20/cos14=21.89
z2=z2/cosβ=100/cos14=109.47
4,查取齿型系数
由表10-5查得YFa1=2.724Yfa2=2.172
5,查取应力校正系数
由表10-5查得Ysa1=1.569Ysa2=1.798
6,计算[σF]
σF1=500Mpa
σF2=380MPa
KFN1=0.95
KFN2=0.98
[σF1]=339.29Mpa
[σF2]=266MPa
7,计算大、小齿轮的并加以比较
==0.0126
==0.01468
大齿轮的数值大。
2,设计计算
mn≥=2.4
mn=2.5
4:
几何尺寸计算
1,计算中心距
z1=32.9。
取z1=33
z2=165
a=255.07mm
a圆整后取255mm
2,按圆整后的中心距修正螺旋角
β=arcos=1355’50”
3,计算大、小齿轮的分度圆直径
d1=85.00mm
d2=425mm
4,计算齿轮宽度
b=φdd1
b=85mm
B1=90mm,B2=85mm
5,结构设计
以大齿轮为例。
因齿轮齿顶圆直径大于160mm,而又小于
500mm,故以选用腹板式为宜。
其他有关尺寸参看大齿轮零件图。
轴的设计计算
拟定输入轴齿轮为右旋
II轴
1:
初步确定轴的最小直径
d≥,=34.2mm
2:
求作用在齿轮上的受力
Ft1==899N
Fr1=Ft=337N
Fa1=Fttanβ=223N
Ft2=4494N
Fr2=1685N
Fa2=1115N
3:
轴的结构设计
1,拟定轴上零件的装配方案
i.I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。
ii.II-III段轴肩用于固定轴承,查手册得到直径为44mm。
iii.III-IV段为小齿轮,外径90mm。
iv.IV-V段分隔两齿轮,直径为55mm。
v.V-VI段安装大齿轮,直径为40mm。
vi.VI-VIII段安装套筒和轴承,直径为35mm。
2,根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1.I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。
2.II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的间
隙4mm,所以长度为16mm。
3.III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽度90mm。
4.IV-V段用于隔开两个齿轮,长度为120mm。
5.V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿轮的宽度,为83mm。
6.VI-VIII长度为44mm。
4:
求轴上的载荷
66207.563.5
Fr1=1418.5N
Fr2=603.5N
查得轴承30307的Y值为1.6
Fd1=443N
Fd2=189N
因为两个齿轮旋向都是左旋。
故:
Fa1=638N
Fa2=189N
5:
精确校核轴的疲劳强度
1,判断危险截面
由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所以判断为危险截面
2,截面IV右侧的截面上的转切应力为
由于轴选用40cr,调质处理,所以,[2]P355表15-1,
a）综合系数的计算
由经直线插入,知道因轴肩而形成的理论应力集中为
[2]P38附表3-2经直线插入,
轴的材料敏感系数为:
[2]P37附图3-1,
故有效应力集中系数为
查得尺寸系数为,扭转尺寸系数为:
[2]P37附图3-2,[2]P39附图3-3,
轴采用磨削加工,表面质量系数为:
[2]P40附图3-4,
轴表面未经强化处理,即:
则综合系数值为
b）碳钢系数的确定
碳钢的特性系数取为
c）安全系数的计算
轴的疲劳安全系数为
故轴的选用安全。
I轴
1:
作用在齿轮上的力
FH1=FH2=337/2=168.5
Fv1=Fv2=889/2=444.5
2:
初步确定轴的最小直径
3:
轴的结构设计
1,确定轴上零件的装配方案
2,根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
d）由于联轴器一端连接电动机,另一端连接输入轴所以该段
直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制:
选为25mm。
e）考虑到联轴器的轴向定位可靠定位轴肩高度应达2.5mm
所以该段直径选为30。
f）该段轴要安装轴承,考虑到轴肩要有2mm的圆角,则轴承选
用30207型,即该段直径定为35mm。
g）该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角,经规范化,
定为40mm。
h）为了齿轮轴向定位可靠,定位轴肩高度应达5mm,所以该段
直径选为46mm。
i）轴肩固定轴承,直径为42mm。
j）该段轴要安装轴承,直径定为35mm。
2,各段长度的确定
各段长度的确定从左到右分述如下:
a）该段轴安装轴承和挡油盘,轴承宽18.25mm,该段长度定为
18.25mm。
b）该段为轴环,宽度不小于7mm,定为11mm。
c）该段安装齿轮,要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm,
定为88mm。
d）该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体
内壁距离取4mm,采用油润滑,,轴承宽18.25mm,定为41.25mm。
e）该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联
轴器安装尺寸:
定为57mm。
f）该段由联轴器孔长决定为42mm
4:
按弯扭合成应力校核轴的强度
W=62748N.mm
T=39400N.mm
45钢的强度极限为:
又由于轴受的载荷为脉动的。
所以。
III轴
1:
作用在齿轮上的力
FH1=FH2=4494/2=2247N
Fv1=Fv2=1685/2=842.5N
2:
初步确定轴的最小直径
3:
轴的结构设计
1,轴上零件的装配方案
2,据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
I-IIII-IVIV-VV-VIVI-VIIVII-VIII
直径607075877970
长度105113.758399.533.25
5:
求轴上的载荷
Mm=316767N.mm
T=925200N.mm
6.弯扭校合
滚动轴承的选择及计算
I轴
1:
求两轴承受到的径向载荷
5、轴承30206的校核
1,径向力
2,派生力
3,轴向力
由于:
所以轴向力为:
4,当量载荷
由于
所以。
由于为一般载荷:
所以载荷系数为故当量载荷为
5,轴承寿命的校核
II轴
6、轴承30307的校核
1,径向力
2,派生力
3,轴向力
由于
所以轴向力为
4,当量载荷
由于
所以
由于为一般载荷,所以载荷系数为,故当量载荷为
5,轴承寿命的校核
III轴,
7、轴承32214的校核
1,径向力
2,派生力
3,轴向力
由于,
所以轴向力为,
4,当量载荷
由于
所以。
由于为一般载荷,所以载荷系数为,故当量载荷为
5,轴承寿命的校核
键连接的选择及校核计算
代号直径
mm,工作长度
mm,工作高度
mm,转矩
N•。
m,极限应力
MPa,
高速轴8×7×60单头,25353.539.826.0
12×8×80单头,4068439.87.32
中间轴12×8×70单头,4058419141.2
低速轴20×12×80单头,75606925.268.5
18×11×110单头,601075.5925.252.4
由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用挤压应力为,所以上
述键皆安全。
连轴器的选择
由于弹性联轴器的诸多优点,所以考虑选用它。
二、高速轴用联轴器的设计计算
由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为,
计算转矩为
所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4,GB4323-84,,但由于联轴器
一端与电动机相连,其孔径受电动机外伸轴径限制,所以选用TL5
GB4323-84,
其主要参数如下:
材料HT200
公称转矩
轴孔直径
轴孔长
装配尺寸
半联轴器厚
[1]P163表17-3,GB4323-84三、第二个联轴器的设计计算
由于装置用于运输机,原动机为电动机,所以工作情况系数为,
计算转矩为
所以选用弹性柱销联轴器TL10,GB4323-84,
其主要参数如下,
材料HT200
公称转矩
轴孔直径
轴孔长
装配尺寸
半联轴器厚
[1]P163表17-3,GB4323-84
减速器附件的选择
通气器
由于在室内使用,选通气器,一次过滤,采用M18×1.5
油面指示器
选用游标尺M16
起吊装置
采用箱盖吊耳、箱座吊耳
放油螺塞
选用外六角油塞及垫片M16×1.5
润滑与密封
一、齿轮的润滑
采用浸油润滑,由于低速级周向速度为,所以浸油高度约为六分
之一大齿轮半径,取为35mm。
二、滚动轴承的润滑
由于轴承周向速度为,所以宜开设油沟、飞溅润滑。
三、润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利,考虑到该装置用于小型设
备,选用L-AN15润滑油。
四、密封方法的选取
选用凸缘式端盖易于调整,采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封
圈实现密封。
密封圈型号按所装配轴的直径确定为F,B25-42-7-ACMF,
B70-90-10-ACM。
轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。
设计小结
由于时间紧迫,所以这次的设计存在许多缺点,比如说箱体结构
庞大,重量也很大。
齿轮的计算不够精确等等缺陷,我相信通过这
次的实践,能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作,有能力设
计出结构更紧凑,传动更稳定精确的设备__
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