(机械制造行业)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/T 5782-2000)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/T 5782-2000)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/T 97.1-1985);
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)
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P w (kW)(略去联轴器效率的影响)为
P w =T n /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P 0为
P 0=P w /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P m 应等于或略大于电动机所需功率P 0,因此选择电动机时通常取P m =(1~1.3)P 0。
2.各级传动比的分配 传动装置的总传动比为
i =n m /n w
式中:n m --电动机的满载转速,r/min ;
n w --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 =i 1i 2。其中i 1和i 2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2 V 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%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 =n m/ i1 n2 =n m/( i1i2) 各轴的功率为 P1=P wη1 P2=P wη1η2 各轴的转矩(N·m)为 T1= 9550 P1/n1 T2= 9550 P2/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3 V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) 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) 注:滚动轴承寿命为10 000h,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。