郑州大学远程教育学院机械设计基础作业答案最新.doc

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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

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） 所示为一手摇提升装置,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，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：

（2）传动比i15的大小

1

2

2′

3

3′

4′

4

5

i15===900

当提升重物时手柄的转向：

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’=0.7FrF1’=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=0.68X=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V􀈽m/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􀈿两大吃论浸油深度

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Yβ􀉄0。

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=2.724􀉃Yfa2=2.172

􀈽5􀈾查取应力校正系数

由表10􀉀5查得Ysa1=1.569􀉃Ysa2=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�