郑州大学现代远程教育《机械设计基础》课程-考核要求.pdf

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WR）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.由m个构件所组成的复合较链所包含的转动副个数为 o（B）A.l B.m-1C.m D.m+I2.在钱链四杆机构中，若最短杆与最长杆之和大于其它两杆长度之和，则以 为机架,可以得到双曲柄机构。（A）A.最短杆 B.最短杆相对杆C.最短杆相邻杆 D.任意杆3.一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为 o（B）A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构C.双摇杆机构 D.导杆机构4.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5.能满足超越要求的机构是 o（B）A.外啮合棘轮机构 B.内啮合棘轮机构C.外啮合槽轮机构 D.内啮合槽轮机构6.在一对标准直齿轮传动中，大、小齿轮的材料及热处理方式相同，载荷、工作条件和传(A)动比确定后，影响齿轮接触疲劳强度的主要因素是.A.中心距 B.齿数C.模数 D.压力角7.在标准直齿轮传动中，硬齿面齿轮应按_设计。(C)A.齿面接触疲劳强度B.齿根弯曲疲劳强度C.齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度D.热平衡8.蜗杆传动验算热平衡的目的是为了防止O(A)A.胶合破坏B.蜗杆磨损C.点蚀破坏D.蜗杆刚度不足9.提高蜗杆传动效率的措施是_o(D)A.增加蜗杆长度B.增大模数C.使用循环冷却系统D.增大蜗杆螺旋升角10、V带比平带传动能力大的主要原因是_ O(C)A.V带的强度高B.没有接头C.产生的摩擦力大 11、带传动的中心距过大将会引起 不良后果。A.带会产生抖动 B.带容易磨损C.带容易产生疲劳破坏12、滚子链传动中，应尽量避免采用过渡链节的主要原因是A制造困难 B价格高C链板受附加弯曲应力13、普通平键联接的主要失效形式是 oA.工作面疲劳点蚀 B.工作面挤压破坏(C)(C)(B)C.压缩破裂14、只承受弯矩而不承受扭矩的轴 o（A）A.心轴 B.传动轴C.转轴15、滚动轴承的直径系列，表达了不同直径系列的轴承，区别在于。（C）A.外径相同而内径不同 B.内径相同而外径不同C.内外径均相同，滚动体大小不同16、重载、高速、精密程度要求高的机械设备应采用 润滑方式。（C）A.油环润滑B.飞溅润滑C.压力润滑17、下列4种类型的联轴器中，能补偿两轴的相对位移以及缓和冲击、吸收振动的是_。A.凸缘联轴器C.万向联轴器（D）B.齿式联轴器D.弹性柱销联轴器18、其他条件相同时，旋绕比C若选择过小会有 缺点。（C）A.弹簧易产生失稳现象 B.簧丝长度和重量过大C.卷绕弹簧困难19、造成回转件不平衡的原因是 0（B）A.回转件转速过高 B.回转件质心偏离其回转轴线C.回转件形状不规则20、在正常条件下，滚动轴承的主要失效形式是 o（B）A.工作表面疲劳点蚀 B.滚动体破裂C.滚道磨损（二）.为J断题（在正确的试题后面打错误的试题后面打X。每题1分，共15分）1.机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零。（J）2.当曲柄为主动件时，曲柄滑块机构存在死点和急回特性。（X）3.直动从动件盘形凸轮机构可以用减小基圆半径的方法减小其推程压力角。（V）4.斜齿圆柱齿轮的螺旋角越大越好。（X）5.一对能正确啮合传动的渐开线直齿圆柱齿轮，其啮合角一定为20度。（X）6.所谓过桥齿轮就是在轮系中不起作用的齿轮。（7）7、设计V带传动时，可以通过增大传动中心距来增大小带轮的包角。（V）8、带传动的弹性滑动是可以避免的。（V）9、滚子链设计中，由于链节数一般选用偶数，考虑到均匀磨损，链轮齿数也最好采用偶数。（X）10、选择链条型号时一，依据的参数是传递的功率。（X）11、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来确定。（X）12、轴的各段长度取决于轴上零件的轴向尺寸。为防止零件的窜动，一般轴头长度应稍大于 轮毂的长度。（V）13、选用滑动轴承润滑剂和润滑方式的主要依据是载荷大小。（X）14、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。（V）15、机械式钟表中的发条属于环形弹簧。（V）（三）计算分析题（共35分）1.（7分）计算图示机构的自由度，若有复合钱链、局部自由度、虚约束必须指出。解：局部自由度，F虚约束：E、H中有一个为虚的束活动构件数：4个低副I A、C、G高副1 B、F自由度I F=3n-2Pl-Ph=3X3-2X3-2=12.(8分)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：d“2=408mm,z2=100,标准中心距 a=310/77/77,试求：（1）m,I/（2）df,dal 解：齿顶圆直径 da2=m*(z2+2)=m*(100+2)=408 计算出 m=404102=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 dl=2*a-d2=2*310-400=220mm齿数 zl=dl/m=220/4=55所以 m=4；zl=55；dl=220mm；d2=400mmha是齿顶高，就是分度圆到齿顶圆的距离 公式为ha=(da-d)/23.(10分)有一个钢制液压汕缸(如图)，缸体内汕压为p=2N/7W?,缸径为D=200mm,缸盖上联接螺栓共有10个(扳手空间满足要求)。已知螺栓材料为45钢,o=nON/mm2,试计算所需螺栓的最小直径4。nD2 P X 2解：L)单个螺栓的1作栽荷为：F=2x3)()=628()加 z 4X102）单个螺栓的总拉伸载荷：?=*+7”=/+1.82=2.8*62X0=17584.1V2rxV久同3)姝栓的母小直往:4x1.3x17584H X120=15.56，”4.(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i=2200N,Fr2=2000N,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Fsi、Fs2的方向，并 计算轴承的当量动载荷Pi、P2oF F（注：当e 时，X=0.41,Y=0.87；当，4 e 时，X=1,Y=0）F Fr r解(i)如图所示两个附加轴向力的方向(2)VF=0.7Fr F/=0.7Arl=0.7 x2200=154O.,VE=0.7A：2=0.7x2000=1400 N又：K+K.=15 4&1000=254Vf 尺=14OV二.轴承1被放松，轴承2压米.轴承1的轴向力 Ful=1 5 4ftT轴承 2 的轴向力 F2=F,+Ka=1 5 4 0-1 0 0(i=2 5 4 ft尸,1540又；=-=0.7 e=0.68 AX=0.41,Y=0.87Frl 2200:.Pl=XFrl+YFal=0.41*2200+0.87*1540=2241.8 NF,754()又；-ill=1 27 e=0.6K AX=0.41,丫=0.872000:.P2=XFr2+YFa2=0.41*2000+0.87,2540=3029.8(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。一级圆柱齿轮减速器设计说明书目录一、课程设计的目的.1二、课程设计的内容和任务.2三、课程设计的步骤.2四、电动机的选择.3五、传动零件的设计计算.5（1）带传动的设计计算.5（2）齿轮传动的设计计算.7六、轴的计算.9七、轴承的校核.13八、联轴器的校核.13九、键联接的选择与计算.14十、减速器箱体的主要结构尺寸.14十一、润滑方式的选择.14十二、技术要求.15十三、参考资料.16十四、致谢.17一、课程设计的目的：机械设计基础课程设计是机械设计基础课程的重要实践性环打，是学生在 校期间第一次较全面的设计能力训练，在实践学生总体培养目标中占有重要地 位。本课程设计的教学目的是：1、综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的理论和生产实际知识进行 机械设订训练，从而使这些知识得到进一步巩固和扩张。2、学习和掌握设计机械传动和简单机械的其本方法勺步骤，培养学生工程 能力及分析问题、解决问题的能力。3、提高学生在计算、制图、计算机绘图、运用设计资料、进行经验估算等 机械设计方而的其本技能。二、课程设计的内容和任务：1、课程设计的内容应包括传动装置全部设计计算和结构设计，具体如下：1）阅读设计任务书，分析传动装置的设计方案。2）选择电动机，计算传动装置的运动参数和运动参数。3）进行传动零件的设计计算。4）减速器装配草图的设计。5）计算机绘制减速器装配图及零件图。2、课程设计的主要任务：1）设计减速器装配草图1张。2）计算机绘制减速器装配图1张、零件图2张（齿轮、轴等）3）答辩。三、课程设计的步骤：1、设计准备准备好设计资料、手册、图册、绘图用具、计算用具、坐标纸等。阅读设 计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤：通过对减速器的装拆了解 设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟订计划。2、传动装置的总体设计根据任务书中所给的参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案：计算功率并选择电动机；确定总传动比和各级传动比：计算各轴的转速、转矩 和功率。3、传动装置的总体方案分析传动装置的设计方案直观地反应了T作机、传动装置和原动机三者间的 动和力的传递美系。满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类 型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案首先应满足工作机的性能要 求，保证工作可.靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效 率高和使用维护方便。四、电动机的选择电动机已经标准化、系列化。应按照工作机的要求，根据选择的传动方案 选择电动机的类型、容量和转速，并在产品目录总共查出其型号和尺寸。选择电动机类型、型号、结构等，确定额定功率、满载转速、结构尺寸等。1、选择电动机类型电动机有交流和直流电动机之分，一般T厂都采用三相交流电，因而多采 用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分 为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型电动机应用最多/目前应用最广的是丫系 列自扇冷式笼型三相异步电动机，其结构简单、起动性能好、工作町靠、价格 低廉，维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合,如运输机、机床、风机、农机、轻T机械等。在经常需要起动、制动和正、反 转的场合(如起重机)，则要求电动机转动惯量小、过载能力大，应选用起重及 冶金用三相异步电动机YZ型(笼型)或YZR型(绕线型)。按已知的工作要求和条件，选用丫型全封闭笼型三相异步电动机。2、电动机功率的选择1)工作机所需的电动机输出功率为Pd=Pw/r|=Fv/iooor|wQ已知滚筒直径D=450mm,滚筒圆周力F=2.2KN,输送带速度V=1.6m/s,由 表查联轴器，圆柱齿轮传动减速器：传动带传动效率0.96,圆柱齿轮传动的轴 承传动效率0.99,齿轮传动传动效率0.97,弹性联轴器传动效率0.99,卷简轴 的轴承传动效率0.98,卷筒传动效率0.96。q W-n=0.96 (0.99 0.99)0.97-0.99 0.98 0.96=0.85Pd=2200 x 1.1000 x 0.85=4.14 kw2)确定电动机转速卷筒轴的工作转速为Hw=60 x 1000V/3.14D=60 x 1000 x 1.的.14 x 450=67.94r/min取V带传动比iJ=24,单极齿轮传动比2=35,W则总传动比范围=620故电动机转速范围为：nd=i-Hw=(6020)x67.94=4081359r/min经查表得有两种适用的电动机型号方案电动机型号额定功率Ped(kw)满载转速(r/min)Y160M285.57202Y132M265.5960综合考虑电动机和装动装置尺寸，重量以及减速器的传动比，其中1号电动机 总传动比比较适用，传动装置结构较紧凑。所选电动机额定功率Pe=5kw,满载转速 nm=720r/min3、计算总传动比和分配传动比由选定电动机的满载转速nm和工作机主动轴的转速nw,可得传动装置的总传动比为i=nm/nw=7207.94=10.60传动装置的实际传动比要由选定的齿轮齿数或带轮其准直径准确计算，因而很 可能与设定的传动比之间有误差。一般允许工作机实际转速，与设定转速之间 的相对误差为土(35)%对于多级传动i为i=il 2 i3.in计算出总传动比后，应合理地分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减小 动载荷，降低精度.分配各级传动装置传动比：取带传动比 ii=3.齿轮传动比i2=35。4、计算传动装置的运动和动力参数 为了进行传动件的设计计算，应首先推算各轴的转速。功率和转矩。则各轴的转速为1）、各轴转速ni=nm/ii=720=240r/minFin=Hi/iz=240.5=68.6/minH 卷=nn=68.6r/min2）、各轴的输入功率Pi=Pd r|i=4.14x0.96=3.971kwPn=Pi-q 12=3.97x0.99x0.97=3.80 kwP 却 Pn n 23=3.80 x0.99x0.99=2.4 kw 3）各轴的输入转矩Td=9550 4.1V720=54.9N-mTi=Td-ii-q 1=54.9x3x0.96=158N-m Tn=Tt i2 r 23=158x 4x 0.99x 0.97=531 N-m T 卷=Tn i3 1 4 2=531x1x0.99x0.99=520N m参数 轴名电动机轴一轴二轴卷筒轴转速 n(r/min)72024068.668.6输入功率P(kw)4.143.973.803.74输入转矩T(N.m)54.9158531520传动比i33.51效率n0.960.960.98力走 w/力.sW 丁 4)、$/力42%龛 KW je j i-一 灰pTif“T：闻加力巧7 而竹如i 川蛇工7妹 lx(M/xH2 AxS 仇於 Dp，C FX&O 口。小。xS*A，*乃5 5。/，1X/，X$五、传动零件的设计计算(1)带传动的设计计算1、计算功率 Pc Pc=KaP=1.2 x 5.5=6.6kw2、选带型据 Pc=6.6 kw,n=720i7min,由表 1012 选取 A 型带3、带轮基准直径 带轮直径较小时结构紧凑，弯矩应力不大，且基准宜径较小时，单根V带所能传递的基本额定功率也较小，从而造成带的根数增多，因此一般取ddiddz并取标准值。查表得10-9确定ddi,dd2nddi=140mm dd2=425 mm%验算带速 当传递功率一定时，带速过低，则需要很大的圆周力，带的数要增多，而带速过高则使离心力增大，减小了带牛带轮间的乐力，容 易打滑。所以带传动需要验算带速，将带速控制在5m/sW25m/s,否则可调整小带轮的基准直径ddi,为充分发挥V带的传动能力，应使带速V=20m/s 为最佳,带速 V=3.14n dd1/60 x1000=5.3m/s5、验算带长一般中心距 a。取值范围：0.7(ddu dd2)=a。=2(ddi+dd2)395.5=a。i2o?若a1过小口以加大中心距，改变传动比或增设张紧轮，a】uj由下式计算31=180-57.3 x(dd2-ddi)/3=1493i120故符合要求8、单根v带传动的额定功率 根据dtn和n查图1611得：Pi=1.4 kw9、单根V带额定功率增量 根据带型及i查表10-5得：A Pi=0.09kw10、确定带的根数 为了保证带传动不打滑，并具有一定的疲劳强度，必须保证每根v带所传递的功率不超过它所能传递的额定功率有查表得io6：Ka=O.917 查表得io-7：Ki=1.03Z=Pc/(Pi+A P)Ka Ki =4.68所以取Z=511、单根v带初拉力 查表lo-i得q=0.10kg/mFo=500(2 耳 Ka)-1(Pc/zv)+qv2=218N12、作用在轴上的力 为了进行轴和轴承的计算，必须求出V带对轴的压力FqFq=2Z FoSIN(31/2)=2100.7N13、注意事项X检查带轮尺寸勺传动装置外廓尺寸的相互关系，带轮直径与电动机的中 心高应相称，带轮轴孔的直径，长度应9电动机的轴直径长度对应，大带轮的 外圆半径不能过大，否则回与机器底座相互F涉等。帝轮的结构形式主要取决于带轮直径的大小，带轮直径确定后应验算实 际传动比和带轮的转速。(2)齿轮传动的设计计算一轴.240p3.972已知 i=3.5 ni=240 r/min 传动功率 p=3.97两班制，工作期限10年，单向传动载荷平稳1、选材料与热处理。所设计的齿轮属于闭式传动，通常才用软齿而的钢制齿 轮，小齿轮为45号钢，调质处理，硬度为260HBW,大齿轮材料也为45钢，正火 处理，硬度为215HBS,硬度差为45HBs较合适。2、选择精度等级，输送机是一般机械，速度不高，故选择8级精度。3、按齿而接触疲劳强度设计。本传动为闭式传动，软齿而，因此主要失效形式为疲劳点蚀，应根据齿而接 触疲劳强度设计，根据式(6-41)di(671/qh)2kTi(i+l)/1)载荷因数K.圆周速度不大，精度不高，齿轮关于轴承对称布置，按表6-9取K=1.2.一转矩TT=9.55xl 06xP/ni=9.55xl 06x 3.940=160000N mm3)弯曲后减切应力。汨据式(S42)a h=Q Hmbi/SHml n*Zn由图 6-36 查得.。Hkni=61OMoa.=500Moa接触疲劳寿命系数Zn按一年300工作日，两班制工作每天16小时，由公式N=60njt h 算得Ni=60 x240 x 10 x300 x16=0.69xlQpN2=Ni/i=0.69xl 09.5=0.19 xl O9查图6-37中曲线:Zm=1.02Zn2=1.12按一般可靠性要求，取Smh=lO,hi=G Hknix Zni/Shmin=610 x 1.02/1 Mpa=622.2 Mpa=(671/qh)2kTi(i+l)/i=68.6mm取 di=70 mm5)计算圆周速度VV=3.14nidi/50 xl 000=3.14x240 x700 xl 000=0.879m/sW VNo,No=3xio6)Yn2=1(N2NozNo=3xio6)弯曲疲劳的最小安全SFmln,摄-般可靠性要求，取SFmln=l,计算得弯曲疲劳许用应力为：o bbl=(y bbllmlX Yni/SFmln=(490/1)X 1=490 Mpad bhl=(y bbllmlX YN2/SFmln=(410/1)Xl=410Mpa3)校核计算：G bbi=2kTi/bmdi-Yfsi=2 xl.2X160000 x4.332x3.5x70=83.15 a bbiG bb2=2kTi/bmdi-Yb2=2 x 1.2 x 160000 x3.977 x 3.5x 70=81 obw故弯曲疲劳强度足够.六、轴的计算1、n轴的设计二轴686|3.80.|(1)选择轴的材料，确定许用应力.选用轴的材料为45号钢，调质处理，查表12-1知G bi=O b2=650 Mpa,O sz=360 Mpa,Si2-6 可知Q+i bb=215 Mpa 殳竹布幺咻劣走磔短 7-wm斯甫的巫二。山/f 外代“。56禽运H2,M莅阳.九、键联接的选择与计算1、大齿轮与轴的配合d=57mm 取普通平键联接键Q P=41/dhl=194.72 x 4xl 032xl 0 x56=26.74 CT p铸铁op=7080 故可用2、联轴.器与轴的配合di=36mm 查得键10 x8L=63 mm则O P=41/dhl=4x 194.72Xl O3/36x8x63=42.9 1.2X8=9.6mm 取11mm齿轮端面与内箱壁间的距离28mm轴承端盖D=90mm轴承旁连接螺栓距离有结构确定取9mm 10、4巾发机械设计北京：北京理工大学.,19989、陈于萍互换性与测量技术基础北京：机械工业.，19988、哈尔滨工业大学等机械零件课程设计指导书北京：高等教育.，19827、上海交通大学机械原理及设计零件教研室-机械零件课程设计-19806、浙江大学机械事件教研室，机械零件课程设计-杭州：浙江大学.，19835、卢颂峰机械零件课程设计手册北京：中央广播电视大学.，19854、龚义机械设计课程设计指导书第2版北京：高等教育.，19903、：吴宗泽罗圣国机械设计课程设计手册第2版北京：高等教育.，19992、机械设计师手册编写组-机械设计师手册北京：机械二.业.，19981、陈立德-机械设计基础第2版北京：高度教育.，2004十三、参考资料7、表面涂灰色油漆。6、箱座内装SH0357-92中的50号T业齿轮油至规定高度：部分面、各接触面及宓封处，均不准漏油；5、装配时，部分而不允许使用任何填料，可涂以密封油漆或水玻璃。M5专时应检查(p40为0.05mm0.1mm：(p55为0.08Mo.15mm：4、调整轴承时所留轴向间隙如下：五卜。必要时可采用研磨或刮后研磨，以便改善接触情况；3、用涂色法检吹点。齿高接触斑点不小于百分四卜；齿长接触斑点不小于百分2、用铅丝检雌配间隙其间隙不小于0.16mm,铅丝不得大于最小间隙的4倍；侵蚀的涂料。1、装配前，全部零件用煤油清洗，箱体内不许有杂物存在，在内壁涂两次不被机油十二、技术条件端盖端部的直径取小些，以免油路堵塞内壁流入箱体的油沟中，再沿油沟流入轴承内，此时端盖部分必须开槽，并将飞溅润滑传动见的传动带起润滑油直接溅入轴承内，或先溅到箱壁上，顺着润滑油的选用方式十一、润滑方式的选择低速轴70调整垫片油塞和垫片挡油环