机械设计第一次讨论课

1、机械设计第一次讨论课 Designed by xxx xxx 题目 一、在一个传动装置中有 1.带传动、齿轮传动、链传动； 2.带传动、齿轮传动、蜗杆传动。 要求： 请分别给出上述两种情况下合理的传动安排顺序。 1）绘制传动简图（选用电动机为动力源）； 2）说明你给出的合理传动顺序的理由； 3）总结一下，机械传动方案设计需要考虑哪些因素？并举一个 应用实例。 传动特点 带传动 过载保护、吸振 效率较低 常用做传动首级 链传动 啮合传动 多边形效应 常放在低速级 齿轮传动 平稳高效 可适应重载 高、低速级 蜗轮蜗杆 摩擦损耗 传动比大 常放在高速级 带+链+齿轮 带传动首级 过载保护 齿轮中间级

2、 传动平稳 链传动末级 减振，可重载 （1） 带+蜗轮+齿轮 带传动首级 过载保护 齿轮中间级 传动比小 蜗轮蜗杆末级 传动比大 参考机械原理，传动比采用“先小后大”的原 则，可以提高传动的精度，减小回程误差。 （2） 带+蜗轮+齿轮 由于蜗轮蜗杆的摩擦角与相对滑动速度有关， 且相对速度越大，摩擦角越小，效率越高 蜗轮蜗杆首级 效率高损耗小 带中间级 避免重载打滑 齿轮末级 平稳、重载 机械传动 需要考虑的因素 有利于提高传动系统的效率，减少功率的损失 有利于机械运转平稳和减少振动及噪声 有利于传动系统结构紧凑，易加工制造 还应考虑传动装置的润滑与寿命、装拆的难以、 操作者的安全以及对产品的污

3、染等因素 机床 应用举例 2021-6-21 2题目 二、已知电动机功率P=5.5kW，转速n1=1440r/min, 传动比i=3.9,工作情况系数KA=1.3。通过计算功率 和小轮转速确定选择A型V带，由设计软件获得的设 计结果如表1。 请仔细观察表中的设计结果，分析说明： 1）表中的5种设计结果是否合理？如不合理，请说明理由。 2）随着小轮直径的增加，带传动的几何参数是如何变化的？ 为什么会有这种变化？ 3）随着小轮直径的增加，带的根数是如何变化的？为什么会 有这种变化？ 4）如果没有其他约束条件，你认为哪个方案较好？为什么？ 2021-6-21 小带轮基准直径小带轮基准直径dd1/mm

4、7590100125160 大带轮基准直径大带轮基准直径dd2/mm280355400475630 带速度带速度v/m/s5.656.797.549.4212.1 中心距中心距 a0/mm355445500600790 初步计算带长初步计算带长L0/mm12971628183021942890 标准带长标准带长L/mm12501600180022402800 实际中心距实际中心距a/mm331.5431485873745 小轮包角小轮包角 1/ 144.6144.8145145144.3 单根单根V带基本额定功率带基本额定功率 P0/kW 0.681.071.321.922.73 V带根数带根

5、数9.94 （10） 6.4 （7） 5.22 （6） 3.55 （4） 2.44 （3） 表表1 A型带，型带，5种小带轮直径下的带传动设计结果种小带轮直径下的带传动设计结果 2021-6-21 1）表中的5种设计结果是否合理？如不合理，请说 明理由。 要点要点: : 带传动设计的合理性判断带传动设计的合理性判断 1.1.V V带根数、带速、小轮包角、传动比误差、中心距等参数带根数、带速、小轮包角、传动比误差、中心距等参数 的选择的选择 2.2.小带小带轮直径对各参数的影响：轮直径对各参数的影响： 随着随着V V带小带轮直径的增加，带小带轮直径的增加，V V带根数减小，带速增加，带根数减小，

6、带速增加， V V带单根带的额定功率增加，中心距增加。带单根带的额定功率增加，中心距增加。 2021-6-21 此V带的计算功率为 Pca=KAP=1.3*5.5=7.13kw 小轮转速为 n=1440r/min 由图可知，此带型的工作点接近B型，所以应选用较大的小带轮直径。 2021-6-21 小带轮基准直径小带轮基准直径dd1/mm7590100125160 大带轮基准直径大带轮基准直径dd2/mm280355400475630 带速度带速度v/m/s5.656.797.549.4212.1 中心距中心距 a0/mm355445500600790 初步计算带长初步计算带长L0/mm1297

7、1628183021942890 标准带长标准带长L/mm12501600180022402800 实际中心距实际中心距a/mm331.5431485873745 小轮包角小轮包角 1/ 144.6144.8145145144.3 单根单根V带基本额定功率带基本额定功率 P0/kW 0.681.071.321.922.73 V带根数带根数9.94 （10） 6.4 （7） 5.22 （6） 3.55 （4） 2.44 （3） l表中前三组设计的V带根数过多，不合理。 应该选用较大的小轮直径来减少V带的根数。 2021-6-21 2 2）随着小轮直径的增加，带传动的几何参数是如何）随着小轮直径的

8、增加，带传动的几何参数是如何 变化的？为什么会有这种变化？变化的？为什么会有这种变化？ 要点要点: : 带传动几何参数条件计算带传动几何参数条件计算 1.1. 传动比条件传动比条件: : 2.2. 中心距条件：中心距条件： 3.3. V V带带长带带长 4.4. 小小轮包角大小轮包角大小 1221 /(1) dd inndd 357 a dd 180 d1d2 1 . 0 2 d1d2 d2d100 4a )dd( )dd( 2 2aL )dd( 2a)dd( 7.0 d2d10d2d1 2021-6-21 当小带轮直径增加时， 由 得，大轮的直径增加 由 得，中心距会增加 由 得，带长会增加

9、 由 得，小轮包角会先增大后减小 1221 /(1) dd inndd )()(. d2d10d2d1 dd2add70 0 2 d1d2 d2d100 4a )dd( )dd( 2 2aL 357 a dd 180 d1d2 1 . 2021-6-21 3 3）随着小轮直径的增加，带的根数是如何变化的？）随着小轮直径的增加，带的根数是如何变化的？ 为什么会有这种变化？为什么会有这种变化？ 单根带可传递的基本额定功率P0计算公式为 转速不变，v=nd/2，所以v随着d的增加而增加，则P0也随着d的增加而增加 V带根数计算公式为 KA、P、P0均不变，而P和KL随d增大而增大，所以z随d的增大而

10、减小 即随着小轮直径的增加，带的根数减小 1 1 max 0 1 (1) 1000 1000 v bcf e Av Fv e PkW A 00 () ca rL PK P z PPP k k 2021-6-21 4 4）如果没有其他约束条件，你认为哪个方案较好？）如果没有其他约束条件，你认为哪个方案较好？ 为什么？为什么？ 由1)可知，小轮直径为125mm和160mm的方案设计均合理。 小带轮直径（mm）125160 带速度（m/s)9.4212.1 中心距(mm)600790 标准带长（mm)22402800 V带根数43 总带长（mm)89608400 对比两种方案可知，小轮直径为125m

11、m时，中心距更小，结构更紧凑 。带速度更小，磨损更小。总带长与另一种方案相差不大，经济方 面可以接受。 所以，我认为小轮直径为125mm的方案更好。 3题目 三三、蜗杆传动蜗杆传动中，当蜗杆主动时，传动效率中，当蜗杆主动时，传动效率 为：为：其中：其中： T1T1：蜗杆上的主动力矩；：蜗杆上的主动力矩； T2T2：蜗轮上的阻力矩；：蜗轮上的阻力矩； ：蜗杆的导程角；：蜗杆的导程角； v v：当量摩擦角；：当量摩擦角； i i：传动比。：传动比。 试推导：蜗轮主动时，蜗杆传动试推导：蜗轮主动时，蜗杆传动 的效率计算公式。的效率计算公式。 提示：提示： 受力分析 蜗杆主动 受力情况 由于摩擦力的作

12、用，实 际的切向力需要变式 根据实际切向力代入效 率的定义方程进行求解 受力分析 对效率公式进行变式 其中 效率运算 效率公式可化为 受力分析 考虑当蜗轮为主动轮时的受力情况 效率公式改为 摩擦力的方向与切向力 的方向相对关系变化 效率运算 效率公式有 得证 2021-6-21 4题目 四、螺旋传动四、螺旋传动压力机设计压力机设计讨论讨论 1 1）螺旋压力机的螺旋传动选用何种形状的螺纹？为什么？）螺旋压力机的螺旋传动选用何种形状的螺纹？为什么？ 2 2）起重（或承重）螺旋和螺母的失效形式有哪些？）起重（或承重）螺旋和螺母的失效形式有哪些？ 3 3）根据螺旋和螺母的主要失效形式，在材料选择时是如

13、何考虑的？各许）根据螺旋和螺母的主要失效形式，在材料选择时是如何考虑的？各许 用应力值如何确定？用应力值如何确定？ 4 4）根据螺旋和螺母的主要失效形式，应该进行哪些计算？）根据螺旋和螺母的主要失效形式，应该进行哪些计算？ 5 5）一般螺旋的旋合圈数）一般螺旋的旋合圈数Z Z 1010，为什么？，为什么？ 6 6）螺旋传动中的高径比）螺旋传动中的高径比 如何选取？如何选取？ 7 7）你设计的螺旋传动是否需要自锁？为什么？自锁如何判断？）你设计的螺旋传动是否需要自锁？为什么？自锁如何判断？ 8 8）你设计的螺旋传动效率是多少？）你设计的螺旋传动效率是多少？ 9 9）螺旋压力机结构中还有那些零件的

14、主要结构参数需要进行强度或刚度）螺旋压力机结构中还有那些零件的主要结构参数需要进行强度或刚度 计算（或校核）？请举出计算（或校核）？请举出2 2例。例。 2021-6-21 1 1）螺旋压力机的螺旋传动选用何种形状的螺纹？为什么？）螺旋压力机的螺旋传动选用何种形状的螺纹？为什么？ 螺纹形状矩形梯形锯齿形 效率高一般一般 对中性差好一般 强度差一般一般 标准GBJB（30） 对比可知，梯形螺纹整体性能更好，所以选用梯形螺纹。 2 2）起重（或承重）螺旋和螺母的失效形式有哪些）起重（或承重）螺旋和螺母的失效形式有哪些？ 螺母： 剪切和弯曲折断 螺旋： 磨损 危险截面上拉应力、压应力或扭转应力导致的

15、过度变形 失稳 3 3）根据螺旋和螺母的主要失效形式，在材料选择时是如何考虑的？各许用应力值）根据螺旋和螺母的主要失效形式，在材料选择时是如何考虑的？各许用应力值 如何确定如何确定？ 选择材料：螺杆选择硬质材料，螺母选择相对较软的材料。 许用应力值确定：耐磨性由旋合表面的单位正压力度量，其许用值p由运动副的 材料和相对滑动速度决定， ，r，由材料决定，螺杆稳定性的许用 安全系数S由工作条件决定 2021-6-21 4 4）根据螺旋和螺母的主要失效形式，应该进行哪些计算）根据螺旋和螺母的主要失效形式，应该进行哪些计算？ 以传力为主的滑动螺旋的设计准则是：根据耐磨性计算螺杆的直径及其他参数， 同时

16、对螺杆和螺母（主要是螺纹牙）进行强度校核。对大长径比或有自锁要求的螺 旋传动，还应校核螺杆的稳定性和自锁性能。 5 5）一般螺旋的旋合圈数）一般螺旋的旋合圈数Z Z 1010，为什么？，为什么？ 应力并非均匀分布在每圈螺纹上，而是在两头集中。增加螺纹圈数不仅不能有 效地改善受力条件，反而可能会积累误差造成不通顺。 6 6）螺旋传动中的高径比）螺旋传动中的高径比 如何选取？如何选取？ 依据螺母的结构形式而定：螺母为整体结构时，螺母磨损后不能够调整， =1.22.5；对于分体螺母或兼做支承的螺母， =2.53.5；只有当传动精度要求 高，载荷较大时才允许 =4 7 7）你设计的螺旋传动是否需要自锁？为什么？自锁如何判断？）你设计的螺旋传动是否需要自锁？为什么？