14機(jī)械基礎(chǔ)綜合訓(xùn)練講解

第十四章機(jī)械基礎(chǔ)綜合訓(xùn)練

綜合訓(xùn)練是學(xué)習(xí)機(jī)械基礎(chǔ)課程的一個(gè)特殊重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)。其基本目的是：

1.綜合運(yùn)用機(jī)械基礎(chǔ)課程的理論和實(shí)際學(xué)問(wèn)，開(kāi)展實(shí)踐訓(xùn)練。鞏固、加深所學(xué)學(xué)問(wèn)，培育分析和解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)力；

2.通過(guò)對(duì)通用機(jī)械零件和機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，學(xué)習(xí)、駕馭機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法與步驟，培育學(xué)生工程設(shè)計(jì)的實(shí)力；

3.通過(guò)選材、計(jì)算、繪圖、公差確定、運(yùn)用資料、熟悉規(guī)范等實(shí)踐，培育機(jī)械設(shè)計(jì)的基本技能。

第一節(jié)機(jī)械的基本要求和一般設(shè)計(jì)程序

一、機(jī)械應(yīng)滿足的基本要求

1．運(yùn)用方面的要求

1)滿足機(jī)器預(yù)定的功能要求。包括運(yùn)動(dòng)性能、動(dòng)力性能、基本技術(shù)指標(biāo)及外形結(jié)構(gòu)等方面。

2)具有足夠的壽命。在規(guī)定的工作期限內(nèi)保持精度，牢靠地工作而不發(fā)生各種損壞和失效。

3)具有良好的保安措施和勞動(dòng)條件。要便于操作，對(duì)環(huán)境的污染和公害盡可能小，外形美觀。

2．經(jīng)濟(jì)性要求

在滿足運(yùn)用要求的前題下盡可能做到經(jīng)濟(jì)合理，力求投入的費(fèi)用少工作效率高且修理簡(jiǎn)便等。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序

機(jī)械設(shè)計(jì)是依據(jù)人們的某種須要，創(chuàng)建一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，合理地選擇材料并確定其尺寸，使之能滿足預(yù)期功能要求的一種活動(dòng)。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)建過(guò)程，設(shè)計(jì)中要提出各種不同的構(gòu)思和設(shè)想，反復(fù)進(jìn)行協(xié)調(diào)、折衷和優(yōu)化，以最好地實(shí)現(xiàn)需求。

機(jī)械設(shè)計(jì)常用的方法可歸納為三種：

(1)內(nèi)插式設(shè)計(jì)借鑒現(xiàn)有酌設(shè)計(jì)方案和成功的閱歷通過(guò)少量的試驗(yàn)探討，進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)出新的產(chǎn)品。內(nèi)插式設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一般機(jī)械的常用方法。

(2)外推式設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)雖有部分閱歷可以借鑒，但外推部分尚為未知領(lǐng)域，一旦某些設(shè)計(jì)參數(shù)超出通用設(shè)計(jì)的許用范圍，有可能出現(xiàn)意思不到的后果。因此．對(duì)外推

式設(shè)計(jì)要進(jìn)行必要的技術(shù)探討、理論探究和科學(xué)試驗(yàn)。

(3)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)用新原理、新技術(shù)或開(kāi)發(fā)新功能設(shè)計(jì)新的機(jī)械為開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。

機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)困難、細(xì)致和科學(xué)的工作。要想供應(yīng)功能好、質(zhì)量高、成本低、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)、市場(chǎng)廣的新機(jī)械，就應(yīng)逐步深化機(jī)械設(shè)計(jì)方法的綜合探討。

機(jī)械設(shè)計(jì)的基本程序見(jiàn)圖所示。

其次節(jié)典型機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)實(shí)例

下面通過(guò)對(duì)圖所示帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)介紹，說(shuō)明簡(jiǎn)潔機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、步驟及基本過(guò)程。

原始條件和數(shù)據(jù)

運(yùn)輸機(jī)為兩班制連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，空載起動(dòng)，載荷變更不大；室內(nèi)工作，有粉塵，環(huán)境溫度300C左右；運(yùn)用期限8年，4年一次大修；動(dòng)力來(lái)源為三相溝通電；傳動(dòng)裝置由中等規(guī)模機(jī)械廠小批量生產(chǎn)。

工作拉力F=3000N，輸送帶速度v=1.4m/s，滾筒直徑D=400mm。

運(yùn)輸機(jī)效率ηw=0.94，輸送帶速度容許誤差±5%。

一、傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)

傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)主要包括分析和擬定傳動(dòng)方案、選定電動(dòng)機(jī)類型和型號(hào)、確定總傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等。

1.分析和擬定傳動(dòng)方案本例傳動(dòng)裝置可以有多種傳動(dòng)方案。由于工作載荷不大，室內(nèi)環(huán)境，布局尺寸沒(méi)有嚴(yán)格限制，所以接受圖所示的V帶傳動(dòng)與一級(jí)減速器的組合傳動(dòng)方案。將帶傳動(dòng)放在高速級(jí)，既可緩沖吸震又能減小傳動(dòng)的尺寸。

2.選擇電動(dòng)機(jī)（1）確定電動(dòng)機(jī)類型。依據(jù)工作要求和條件，選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。（2）確定電動(dòng)機(jī)功率。工作機(jī)所需功率PW（kW）按下式計(jì)算代入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得電動(dòng)機(jī)的輸出功率按下式計(jì)算（2）確定電動(dòng)機(jī)功率式中，η為電動(dòng)機(jī)至滾筒主動(dòng)軸傳動(dòng)裝置的總效率，其值按下式計(jì)算

查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得：帶傳動(dòng)效率ηb=0.95，一對(duì)齒輪傳動(dòng)（8級(jí)精度、油潤(rùn)滑）效率ηg=0.97，一對(duì)滾動(dòng)軸承效率ηr=0.99，聯(lián)軸器（滑塊）效率ηc=0.98，因此（2）確定電動(dòng)機(jī)功率因此選取電動(dòng)機(jī)的額定功率，使，并查電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表，取電動(dòng)機(jī)額定功率為Pm=5.5kW。（3）確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。滾筒軸的轉(zhuǎn)速為按舉薦的各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比范圍，取V帶傳動(dòng)比ib=2～4，單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比ig=3～5，則總傳動(dòng)比范圍為（3）確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)可選擇的轉(zhuǎn)速范圍相應(yīng)的為

電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速符合這一范圍的有750r/min，1000r/min兩種。為了降低電動(dòng)機(jī)的重量和價(jià)格，由電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表選取同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的Y系列電動(dòng)機(jī)Y132M2-6，其滿載轉(zhuǎn)速為nm=960r/min。此外，電動(dòng)機(jī)的安裝和外形尺寸均可從該技術(shù)數(shù)據(jù)表中查得。3.計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比并支配各級(jí)傳動(dòng)比（1）傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比（2）支配各級(jí)傳動(dòng)比由式

，為使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不致過(guò)大，取傳動(dòng)比，則齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為4.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)4.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)4.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)4.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)4.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)為了便于下一階段的設(shè)計(jì)計(jì)算，將以上結(jié)果列表如下：二、傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算

包括設(shè)計(jì)計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)件的參數(shù)和主要尺寸，以及選擇聯(lián)軸器的類型和型號(hào)等。

1.帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算為了使減速器設(shè)計(jì)的原始條件比較精確，首先進(jìn)行減速器箱體外傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)。

依據(jù)前面設(shè)計(jì)獲得的數(shù)據(jù)：Po、no、ioI，參照V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法，可得如下設(shè)計(jì)結(jié)果（設(shè)計(jì)具體過(guò)程略）

傳動(dòng)帶：B型V帶，Z=3，基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2800mm（B-2800GB11544-89）；

帶輪：小帶輪接受實(shí)心式結(jié)構(gòu)dd1=140mm，大帶輪輪腹式結(jié)構(gòu)dd2=400mm，兩輪材料均用鑄鐵HT200，輪槽尺寸按GB/T13575.1-92確定。

兩輪中心距a≈985mm，軸上壓力Q=1516N。

2.減速器齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算由于該傳動(dòng)載荷不大，結(jié)構(gòu)尺寸沒(méi)有特殊要求，為了便加工，接受軟齒面齒輪傳動(dòng)。依據(jù)已有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，參照直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，獲得設(shè)計(jì)結(jié)果如下（設(shè)計(jì)具體過(guò)程略）

小輪：45鋼調(diào)質(zhì)220HBS，Z1=27，m=2.5mm，b1=85mm,接受齒輪軸結(jié)構(gòu)，其余幾何尺寸略；

大輪：45鋼正火190HBS，Z2=133，m=2.5，b2=80mm，接受腹板式結(jié)構(gòu)，其余幾何尺寸略；

齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)取為8級(jí)，接受浸油潤(rùn)滑。

3.輸出軸聯(lián)軸器選擇由于輸出軸轉(zhuǎn)速較低，為便于安裝，選擇滑塊聯(lián)軸器。依據(jù)軸上計(jì)算載荷的大小，由設(shè)計(jì)手冊(cè)確定選用KL7型號(hào)，額定轉(zhuǎn)矩900N.m，軸孔直徑為40-55mm。

三、裝配圖設(shè)計(jì)

包括繪制裝配草圖（軸系零部件設(shè)計(jì)、支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）；軸系承載實(shí)力計(jì)算(軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸承壽命計(jì)算、鍵聯(lián)校核等)；進(jìn)行箱體及其附件的設(shè)計(jì)；完成裝配圖的其他要求(標(biāo)注尺寸、協(xié)作，技術(shù)要求，零件明細(xì)表和標(biāo)題欄等)。本例該階段獲得的減速器裝配圖如圖14-4所示。

四、零件工作圖設(shè)計(jì)

包括傳動(dòng)零件工作圖、箱體、軸承蓋等非標(biāo)準(zhǔn)零件的工作圖。

五、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是設(shè)計(jì)計(jì)算的整理和總結(jié)，是圖樣設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，也是審核設(shè)計(jì)的重要技術(shù)文件。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)圍繞力學(xué)計(jì)算、材料選擇、機(jī)械設(shè)計(jì)、公差選擇等內(nèi)容綻開(kāi)，包括設(shè)計(jì)課題說(shuō)明、有關(guān)分析、計(jì)算、結(jié)構(gòu)確定的說(shuō)明、小結(jié)、參考資料等內(nèi)容。

其次節(jié)機(jī)械基礎(chǔ)綜合訓(xùn)練課題

依據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求，機(jī)械基礎(chǔ)綜合訓(xùn)練可以選擇簡(jiǎn)易機(jī)械傳動(dòng)裝置作為訓(xùn)練題目，接受一級(jí)減速器與其它傳動(dòng)相組合的傳動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)訓(xùn)練。也可依據(jù)實(shí)際須要，選擇其它傳動(dòng)方案作為訓(xùn)練作業(yè)。下面是圖14-1帶式運(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)題目，可供教學(xué)選用。

1.原始數(shù)據(jù)已知條件題號(hào)12345678輸送帶工作拉力F／kN76.565.554.543輸送帶速度v／(m·s-1)11.11.21.31.4l.82.01.5卷筒直徑D／mm4004004004504504004504002.工作條件

1)工作狀況：兩班制工作(每班按8h計(jì)算)，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷變更不