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。