资源描述
郑州大学现代远程教育《机械设计基础》课程考核规定
一． 作业内容
（一）.选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个对的的答案，并将对的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，每增长一个高副将引入 。 （ 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，齿轮的重要失效形式为 。 （ 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．不拟定
7、带传动正常工作时不能保证准确的传动比是由于 _____。 （ 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重要目的在于 。 （ C ）
A．加工制造方便 B．满足轴的局部结构规定
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、联轴器和离合器的重要作用是 。 （ 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，其热解决方式为_____。 （ 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____规定计算得到。 （ A ）
A.强度 B.稳定性
C.刚度 D.结构尺寸
19、回转件达成动平衡的条件是 。 （ 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（在对的的试题后面打√，错误的试题后面打×。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.机构具有拟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，齿轮的重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、弹簧秤是运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。鉴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，有也许会出现死点。
2、（8分）1．一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，正常齿制，小齿轮损坏需配制，已知：，，标准中心距，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) 所示为一手摇提高装置,其中各轮的齿数为：z1=20, z2=50, z2′=15, z3=45,
1
2
2′
3
3′
4′
4
5
z3′=1，z 4= 40, z 4′=17, z 5 =51。
(1) 试在图上标出提高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：
（2）传动比i15的大小
1
2
2′
3
3′
4′
4
5
i15===900
当提高重物时手柄的转向：从左往右看为
逆时针方向。
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：不发生滑移的条件：
QP≥==10000N
强度条件：d1≥==11.74mm
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：如图所示两个附加轴向力的方向
F’=0.7Fr F1’=0.7Fr1=0.71470=1029N
F2’=0.7Fr2=0.72650=1855N
又 F1’+Ka=1029+1000=2029N ＞F2’=1855N
轴承1被放松，轴承2压紧。
轴承1的轴向力 Fa1=F1’=1029N
轴承2的轴向力 Fa2=F1’+Ka=1029+1000=2029N
又==0.7＞e=0.68 X=0.41 , Y=0.87
P1=XFr1+YFa1=0.411470+0.871029=1497.93N
又又∵ ∴X=0.41， Y=0.87
∴ P2=XFr2+YFa2=0.41*2650 + 0.87*1855=2700.35N
（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。
。
'
带式运送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送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—带式运送机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TN•m850
鼓轮的直径Dmm350
运送带速度Vm/s0.7
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吃论浸油深度
可以大体相同。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
由于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YIP44系列的电动机。
2电动机容量的选择
1 工作机所需功率Pw
Pw3.4kW
2 电动机的输出功率
PdPw/η
η 0.904
Pd3.76kW
3电动机转速的选择
ndi1’•i2’„in’nw
初选为同步转速为1000r/min 的电动机
4电动机型号的拟定
由表201 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规定
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派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ε β
ε β = =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 +0.23×10 67.85=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—17 mn≥
1 拟定计算参数
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ε β =0.318φ dz1tanβ =1.59从图1028
查得螺旋角影响系数 Yβ 0。88
3 计算当量齿数
z1=z1/cos β=20/cos 14 =21.89
z2=z2/cos β=100/cos 14 =109.47
4 查取齿型系数
由表105 查得YFa1=2.724Yfa2=2.172
5 查取应力校正系数
由表105 查得Ysa1=1.569Ysa2=1.798
6 计算[σ F]
σ F1=500Mpa
σ F2=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 =13 55’50”
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=90mmB2=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初步拟定轴的最小直径
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 根据轴向定位的规定拟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
66 207.5 63.5
Fr1=1418.5N
Fr2=603.5N
查得轴承30307 的Y 值为1.6
Fd1=443N
Fd2=189N
由于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调质解决所以
[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
轴表面未经强化解决即 则综合系数值为
b) 碳钢系数的拟定
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初步拟定轴的最小直径
3轴的结构设计
1 拟定轴上零件的装配方案
2根据轴向定位的规定拟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 的圆角经标准化
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 各段长度的拟定
各段长度的拟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) 该段安装齿轮规定长度要比轮毂短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初步拟定轴的最小直径
3轴的结构设计
1 轴上零件的装配方案
2 据轴向定位的规定拟定轴的各段直径和长度
I-II II-IV IV-V V-VI VI-VII VII-VIII
直径 60 70 75 87 79 70
长度 105 113.75 83 9 9.5 33.25
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 25 35 3.5 39.8 26.0
12×8×80单头 40 68 4 39.8 7.32
中间轴 12×8×70单头 40 58 4 191 41.2
低速轴 20×12×80单头 75 60 6 925.2 68.5
18×11×110单头 60 107 5.5 925.2 52.4
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
由于装置用于运送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TL4GB4323-84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
其重要参数如下
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17-3GB4323-84 三、第二个联轴器的设计计算
由于装置用于运送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TL10GB4323-84
其重要参数如下
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17-3GB4323-84
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拟定为FB25-42-7-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陷比如说箱体结构
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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