14机械基础综合训练讲解

第十四章机械基础综合训练

综合训练是学习机械基础课程的一个特殊重要的实践性环节。其基本目的是：

1.综合运用机械基础课程的理论和实际学问，开展实践训练。巩固、加深所学学问，培育分析和解决实际问题的实力；

2.通过对通用机械零件和机械传动装置的设计训练，学习、驾驭机械设计的一般方法与步骤，培育学生工程设计的实力；

3.通过选材、计算、绘图、公差确定、运用资料、熟悉规范等实践，培育机械设计的基本技能。

第一节机械的基本要求和一般设计程序

一、机械应满足的基本要求

1．运用方面的要求

1)满足机器预定的功能要求。包括运动性能、动力性能、基本技术指标及外形结构等方面。

2)具有足够的寿命。在规定的工作期限内保持精度，牢靠地工作而不发生各种损坏和失效。

3)具有良好的保安措施和劳动条件。要便于操作，对环境的污染和公害尽可能小，外形美观。

2．经济性要求

在满足运用要求的前题下尽可能做到经济合理，力求投入的费用少工作效率高且修理简便等。

二、机械设计的一般程序

机械设计是依据人们的某种须要，创建一种机械结构，合理地选择材料并确定其尺寸，使之能满足预期功能要求的一种活动。机械设计是一个创建过程，设计中要提出各种不同的构思和设想，反复进行协调、折衷和优化，以最好地实现需求。

机械设计常用的方法可归纳为三种：

(1)内插式设计借鉴现有酌设计方案和成功的阅历通过少量的试验探讨，进行技术改进设计出新的产品。内插式设计是设计一般机械的常用方法。

(2)外推式设计设计时虽有部分阅历可以借鉴，但外推部分尚为未知领域，一旦某些设计参数超出通用设计的许用范围，有可能出现意思不到的后果。因此．对外推

式设计要进行必要的技术探讨、理论探究和科学试验。

(3)开发性设计用新原理、新技术或开发新功能设计新的机械为开发性设计。

机械设计是一项困难、细致和科学的工作。要想供应功能好、质量高、成本低、竞争力强、市场广的新机械，就应逐步深化机械设计方法的综合探讨。

机械设计的基本程序见图所示。

其次节典型机械传动装置设计实例

下面通过对图所示带式运输机传动装置的设计介绍，说明简洁机械传动装置设计的主要内容、步骤及基本过程。

原始条件和数据

运输机为两班制连续单向运转，空载起动，载荷变更不大；室内工作，有粉尘，环境温度300C左右；运用期限8年，4年一次大修；动力来源为三相沟通电；传动装置由中等规模机械厂小批量生产。

工作拉力F=3000N，输送带速度v=1.4m/s，滚筒直径D=400mm。

运输机效率ηw=0.94，输送带速度容许误差±5%。

一、传动装置的总体设计

传动装置总体设计主要包括分析和拟定传动方案、选定电动机类型和型号、确定总传动比和各级传动比、计算各轴转速和转矩等。

1.分析和拟定传动方案本例传动装置可以有多种传动方案。由于工作载荷不大，室内环境，布局尺寸没有严格限制，所以接受图所示的V带传动与一级减速器的组合传动方案。将带传动放在高速级，既可缓冲吸震又能减小传动的尺寸。

2.选择电动机（1）确定电动机类型。依据工作要求和条件，选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。（2）确定电动机功率。工作机所需功率PW（kW）按下式计算代入设计数据得电动机的输出功率按下式计算（2）确定电动机功率式中，η为电动机至滚筒主动轴传动装置的总效率，其值按下式计算

查机械设计手册可得：带传动效率ηb=0.95，一对齿轮传动（8级精度、油润滑）效率ηg=0.97，一对滚动轴承效率ηr=0.99，联轴器（滑块）效率ηc=0.98，因此（2）确定电动机功率因此选取电动机的额定功率，使，并查电动机技术数据表，取电动机额定功率为Pm=5.5kW。（3）确定电动机的转速。滚筒轴的转速为按举荐的各种传动机构传动比范围，取V带传动比ib=2～4，单级圆柱齿轮传动比ig=3～5，则总传动比范围为（3）确定电动机的转速。电动机可选择的转速范围相应的为

电动机同步转速符合这一范围的有750r/min，1000r/min两种。为了降低电动机的重量和价格，由电动机技术数据表选取同步转速为1000r/min的Y系列电动机Y132M2-6，其满载转速为nm=960r/min。此外，电动机的安装和外形尺寸均可从该技术数据表中查得。3.计算传动装置总传动比并支配各级传动比（1）传动装置总传动比（2）支配各级传动比由式

，为使V带传动的外廓尺寸不致过大，取传动比，则齿轮传动的传动比为4.计算传动装置的运动参数和动力参数4.计算传动装置的运动参数和动力参数4.计算传动装置的运动参数和动力参数4.计算传动装置的运动参数和动力参数4.计算传动装置的运动参数和动力参数为了便于下一阶段的设计计算，将以上结果列表如下：二、传动件的设计计算

包括设计计算各级传动件的参数和主要尺寸，以及选择联轴器的类型和型号等。

1.带传动的设计计算为了使减速器设计的原始条件比较精确，首先进行减速器箱体外传动零件的设计。

依据前面设计获得的数据：Po、no、ioI，参照V带传动设计方法，可得如下设计结果（设计具体过程略）

传动带：B型V带，Z=3，基准长度Ld=2800mm（B-2800GB11544-89）；

带轮：小带轮接受实心式结构dd1=140mm，大带轮轮腹式结构dd2=400mm，两轮材料均用铸铁HT200，轮槽尺寸按GB/T13575.1-92确定。

两轮中心距a≈985mm，轴上压力Q=1516N。

2.减速器齿轮传动设计计算由于该传动载荷不大，结构尺寸没有特殊要求，为了便加工，接受软齿面齿轮传动。依据已有设计数据，参照直齿圆柱齿轮传动的设计方法，获得设计结果如下（设计具体过程略）

小轮：45钢调质220HBS，Z1=27，m=2.5mm，b1=85mm,接受齿轮轴结构，其余几何尺寸略；

大轮：45钢正火190HBS，Z2=133，m=2.5，b2=80mm，接受腹板式结构，其余几何尺寸略；

齿轮传动精度等级取为8级，接受浸油润滑。

3.输出轴联轴器选择由于输出轴转速较低，为便于安装，选择滑块联轴器。依据轴上计算载荷的大小，由设计手册确定选用KL7型号，额定转矩900N.m，轴孔直径为40-55mm。

三、装配图设计

包括绘制装配草图（轴系零部件设计、支承结构设计）；轴系承载实力计算(轴的强度计算、轴承寿命计算、键联校核等)；进行箱体及其附件的设计；完成装配图的其他要求(标注尺寸、协作，技术要求，零件明细表和标题栏等)。本例该阶段获得的减速器装配图如图14-4所示。

四、零件工作图设计

包括传动零件工作图、箱体、轴承盖等非标准零件的工作图。

五、编写设计说明书

设计说明书是设计计算的整理和总结，是图样设计的理论依据，也是审核设计的重要技术文件。设计说明书应围绕力学计算、材料选择、机械设计、公差选择等内容绽开，包括设计课题说明、有关分析、计算、结构确定的说明、小结、参考资料等内容。

其次节机械基础综合训练课题

依据机械基础课程的教学内容、教学要求，机械基础综合训练可以选择简易机械传动装置作为训练题目，接受一级减速器与其它传动相组合的传动方案进行设计训练。也可依据实际须要，选择其它传动方案作为训练作业。下面是图14-1带式运输机的设计题目，可供教学选用。

1.原始数据已知条件题号12345678输送带工作拉力F／kN76.565.554.543输送带速度v／(m·s-1)11.11.21.31.4l.82.01.5卷筒直径D／mm4004004004504504004504002.工作条件

1)工作状况：两班制工作(每班按8h计算)，连续单向运转，载荷变更不