机械设计第一次讨论课.

机械设计第一次讨论课Designedbyxxxxxx题目题目一、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。传动特点传动特点分析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染等因素机床修改方案（2）应用举例2019/12/252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？2019/12/25小带轮基准直径dd1/mm7590100125160大带轮基准直径dd2/mm280355400475630带速度v/m/s5.656.797.549.4212.1中心距a0/mm355445500600790初步计算带长L0/mm12971628183021942890标准带长L/mm12501600180022402800实际中心距a/mm331.5431485873745小轮包角1/144.6144.8145145144.3单根V带基本额定功率P0/kW0.681.071.321.922.73V带根数9.94（10）6.4（7）5.22（6）3.55（4）2.44（3）表1A型带，5种小带轮直径下的带传动设计结果2019/12/251）表中的5种设计结果是否合理？如不合理，请说明理由。•要点:带传动设计的合理性判断1.V带根数、带速、小轮包角、传动比误差、中心距等参数的选择2.小带轮直径对各参数的影响：随着V带小带轮直径的增加，V带根数减小，带速增加，V带单根带的额定功率增加，中心距增加。2019/12/25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。2019/12/25小带轮基准直径dd1/mm7590100125160大带轮基准直径dd2/mm280355400475630带速度v/m/s5.656.797.549.4212.1中心距a0/mm355445500600790初步计算带长L0/mm12971628183021942890标准带长L/mm12501600180022402800实际中心距a/mm331.5431485873745小轮包角1/144.6144.8145145144.3单根V带基本额定功率P0/kW0.681.071.321.922.73V带根数9.94（10）6.4（7）5.22（6）3.55（4）2.44（3）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。2019/12/252）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？•要点:带传动几何参数条件计算1.传动比条件:2.中心距条件：3.V带带长4.小轮包角大小1221//(1)ddinndd357add180d1d21.02d1d2d2d1004a)dd()dd(22aL)dd(2a)dd(7.0d2d10d2d12019/12/25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，带长会增加由得，小轮包角会先增大后减小1221//(1)ddinndd)()(.d2d10d2d1dd2add7002d1d2d2d1004a)dd()dd(22aL357add180d1d21.2019/12/253）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？单根带可传递的基本额定功率P0计算公式为转速不变，v=n·d/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的增大而减小即随着小轮直径的增加，带的根数减小11max01(1)10001000vbcfeAvFvePkWA00()carLPKPzPPPkk2019/12/254）如果没有其他约束条件，你认为哪个方案较好？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)22402800V带根数43总带长（mm)89608400对比两种方案可知，小轮直径为125mm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修改方案（2）题目三、蜗杆传动中，当蜗杆主动时，传动效率为：其中：T1：蜗杆上的主动力矩；T2：蜗轮上的阻力矩；：蜗杆的导程角；v：当量摩擦角；i：传动比。试推导：蜗轮主动时，蜗杆传动的效率计算公式。提示：𝜂1=𝑇2𝑖∙𝑇1=𝑡𝑎𝑛𝛾tan⁡(𝛾+𝜙𝑣)𝜂1′=𝜔1∙𝑇1𝜔2∙𝑇2=tan⁡(𝛾−𝜙𝑣)tan⁡𝛾修改方案（2）受力分析蜗杆主动受力情况由于摩擦力的作用，实际的切向力需要变式𝐹𝑡1∗=𝐹𝑡1+𝐹𝑓𝑡𝐹𝑡2∗=𝐹𝑎1∗=𝐹𝑎1−𝐹𝑓𝑎根据实际切向力代入效率的定义方程进行求解修改方案（2）受力分析𝜂1=𝑇2𝑖∙𝑇1=𝜔2𝑇2𝜔1𝑇1=𝜔2𝑟2𝐹𝑡2∗𝜔1𝑟1𝐹𝑡1∗=𝑣2𝐹𝑡2∗𝑣1𝐹𝑡1∗对效率公式进行变式其中𝑣2𝑣1=𝑡𝑎𝑛𝛾𝐹𝑡1=𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼𝑠𝑖𝑛𝛾𝐹𝑎1=𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼𝑐𝑜𝑠𝛾𝐹𝑓𝑡=𝑓𝑣𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼𝑐𝑜𝑠𝛾𝐹𝑓𝑎=𝑓𝑣𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼𝑠𝑖𝑛𝛾𝐹𝑡1∗=𝐹𝑡1+𝐹𝑓𝑡=𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑓𝑣𝑐𝑜𝑠𝛾+𝑠𝑖𝑛𝛾)𝐹𝑡2∗=𝐹𝑎1∗=𝐹𝑎1−𝐹𝑓𝑎=𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑐𝑜𝑠𝛾−𝑓𝑣𝑠𝑖𝑛𝛾)修改方案（2）效率运算𝜂1=𝑣2𝐹𝑡2∗𝑣1𝐹𝑡1∗效率公式可化为=𝑡𝑎𝑛𝛾∙𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑐𝑜𝑠𝛾−𝑓𝑣𝑠𝑖𝑛𝛾)𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑓𝑣𝑐𝑜𝑠𝛾+𝑠𝑖𝑛𝛾)=𝑡𝑎𝑛𝛾∙1−𝑓𝑣𝑡𝑎𝑛𝛾𝑓𝑣+𝑡𝑎𝑛𝛾=𝑡𝑎𝑛𝛾∙1−𝑡𝑎𝑛𝜙𝑣𝑡𝑎𝑛𝛾𝑡𝑎𝑛𝜙𝑣+𝑡𝑎𝑛𝛾=𝑡𝑎𝑛𝛾tan⁡(𝛾+𝜙𝑣)修改方案（2）受力分析考虑当蜗轮为主动轮时的受力情况𝜂1=𝜔1𝑇1𝜔2𝑇2=𝜔1𝑟1𝐹𝑡1∗𝜔2𝑟2𝐹𝑡2∗=𝑣1𝐹𝑡1∗𝑣2𝐹𝑡2∗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𝐹𝑡1∗=𝐹𝑡1−𝐹𝑓𝑡=𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑠𝑖𝑛𝛾−𝑓𝑣𝑐𝑜𝑠𝛾)𝐹𝑡2∗=𝐹𝑎1∗=𝐹𝑎1+𝐹𝑓𝑎=𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑐𝑜𝑠𝛾+𝑓𝑣𝑠𝑖𝑛𝛾)修改方案（2）效率运算𝜂1=𝑣1𝐹𝑡1∗𝑣2𝐹𝑡2∗效率公式有=1𝑡𝑎𝑛𝛾∙𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑠𝑖𝑛𝛾−𝑓𝑣𝑐𝑜𝑠𝛾)𝐹𝑛1𝑐𝑜𝑠𝛼(𝑐𝑜𝑠𝛾+𝑓𝑣𝑠𝑖𝑛𝛾)=1𝑡𝑎𝑛𝛾∙𝑠𝑖𝑛𝛾−𝑓𝑣𝑐𝑜𝑠𝛾𝑐𝑜𝑠𝛾+𝑓𝑣𝑠𝑖𝑛𝛾=1𝑡𝑎𝑛𝛾∙𝑡𝑎𝑛𝛾−𝑡𝑎𝑛𝜙𝑣1+𝑡𝑎𝑛𝜙𝑣𝑡𝑎𝑛𝛾=𝑡𝑎𝑛⁡(𝛾−𝜙𝑣)𝑡𝑎𝑛𝛾得证2019/12/254题目四、螺旋传动——压力机设计讨论1）螺旋压力机的螺旋传动选用何种形状的螺纹？为什么？2）起重（或承重）螺旋和螺母的失效形式有哪些？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？各许用应力值如何确定？4）根据螺旋和螺母的主要失效形式，应该进行哪些计算？5）一般螺旋的旋合圈数Z10，为什么？6）螺旋传动中的高径比如何选取？7）你设计的螺旋传动是否需要自锁？为什么？自锁如何判断？8）你设计的螺旋传动效率是多少？9）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2例。2019/12/251）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）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：①磨损②危险截面上拉应力、压应力或扭转应力导致的过度变形③失稳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，[σ]，[σr]，[τ]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2019/12/254）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）一般螺旋的旋合圈数Z10，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）螺旋传动中的高径比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，=1.2~2.5；对于分体螺母或兼做支承的螺母，=2.5~3.5；只有当传动精度要求高，载荷较大时才允许=47）你设计的螺旋传动是否需要自锁？为什么？自锁如何判断？需要自锁，因为螺旋压力机必须在平衡状态下工作。)2/cos(farctanvγ是螺纹升角，Ψv是当量摩擦角，f是螺旋副的摩擦系数，α是牙形角2019/12/258）你设计的螺旋传动效率是多少？9）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2例。底座会受到压应力，立柱会受到拉伸应力。η=𝑡𝑎𝑛𝛾tan(𝛾±𝜙𝑣)=𝑡𝑎�