件图进行成品的检验和验收。因此，一张完整的零件图应满足以下要求：
(1)清楚而正确地表达出零件各部分的结构形状； (2)标出零件各部位的尺寸及其精度； (3)标出零件各部位必要的形状位置公差； (4)标出零件各表面的粗糙度；
(5)注明对零件的其它技术要求，例如圆角半径、倒角尺寸及传动件的主要参数等，对于齿轮还应列出其主要几何参数、精度等级及检验项目等；
(6)填写清楚零件图标题栏。 三、设计计算步骤
1．选择电动机，分配传动比，计算传动参数。 2．V带传动设计计算或(和)齿轮传动设计计算。 3．画小带轮零件图或(和)大齿轮零件图。
作业三 轴系组件设计
一、任务书
题目1 斜齿圆柱齿轮传动输出轴的轴系组件设计(图5) 1．原始数据 题 1 2 号 参 数 输出轴转速n2/(r/min) 输出轴功率P/kW 齿轮齿数z 齿轮模数mn/mm 齿轮齿宽b/mm a/mm(见图5) c/mm(见图5) 齿轮螺旋角β(右旋)/(°) 137 2.5 101 3 80 14.25 80 100 145 2.7 107 3 80 14.25 80 100 3 153 3.0 113 3 80 14.25 80 100 4 165 3.2 120 3 80 14.25 80 100 注：滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。 图5 斜齿圆柱齿轮轴系结构
2．工作量
(1)输出轴的轴系组件装配图一张。
(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输出轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。
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题目2 圆锥齿轮传动输入轴的轴系组件设计(图6) 1．原始数据 题 号 1 2 参 数 输入轴转速n1/(r/min) 输入轴功率P/kW 小圆锥齿轮齿数z1 齿轮模数 m/mm 小圆锥齿轮分度圆锥角δl/(°) 960 2.5 23 3 18.43 100 50 80 960 3.0 25 3 18.43 100 50 80 3 960 3.5 27 3 18.43 100 50 80 4 960 4.0 28 3 18.43 100 50 80 a/mm(见图6) b/mm(见图6) c/mm(见图6) 注：滚动轴承寿命为10 000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。 图6 圆锥齿轮轴系结构
2．工作量
(1)输入轴的轴系组件装配图一张。
(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输入轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。
二、设计指导
1．轴和齿轮的结构
轴和齿轮的结构设计参考主教材中的有关章节。对于小圆锥齿轮，当齿根圆与轴径接近时，可将
齿轮与轴制成一体，但要注意齿轮
图7 小圆锥齿轮轴系结构 轴的装拆问题。轴承正装的小圆锥齿
轮轴系结构如图7所示。
图a是齿轮轴结构。这种结构当齿轮外径比套杯孔大时，轴承和套筒是在套杯内进行安装，很不方便。因此，如果用正装结构，只有当小圆锥齿轮外径比套杯孔小时，才能采用齿轮轴结构，这时可在套杯外先将轴承和套筒装在齿轮轴上后，一起装入套杯。图b是齿轮与轴分开的结构。这种结构轴承安装方便。轴承反装的小圆锥齿轮轴系结构由于装配和调整都
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比较麻烦，因此本作业要求采用正装结构。
2．滚动轴承的组合、固定和调整
对于斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动，轴上受到径向力和轴向力，因此，需采用向心推力轴承，支承方式通常为两支承各单向固定结构。
滚动轴承支承的结构形式参考主教材。滚动轴承的外圈以及轴系的轴向固定采用轴承端盖。轴承端盖有凸缘式和嵌入式两种，本作业要求采用凸缘式端盖，其结构尺寸参考机械设计手册。
向心推力轴承是可调间隙轴承，在安装时，其间隙可通过在轴承端盖与箱体间加装调整垫片组进行调整(参看图5)。调整垫片由多片厚度不同(例如0.1mm、0.2mm和0.5mm)的软钢(08F)片或黄铜片组成，使用时可根据需要组成合适的厚度。
为了保证圆锥齿轮的正确啮合，装配时两齿轮的锥顶必须重合，因此要调整大、小齿轮的轴向位置。对于悬臂安装的小圆锥齿轮轴系，为了便于调整，小圆锥齿轮轴通常放在套杯里，在套杯凸缘端面与箱体之间，用加减调整垫片(参看图6)的办法来调整小圆锥齿轮的轴向位置。
3．滚动轴承的润滑和密封
减速器中的滚动轴承可以采用脂润滑，也可以采用油润滑，这与齿轮的圆周速度和箱体结构有关。本作业要求采用脂润滑。为了防止箱内的润滑油溅人轴承室而稀释或带走润滑脂，需在轴承室内侧加装封油环(图8)。轴伸出端的密封是为了防止滚动轴承内的润滑油(脂)漏
出或外界杂质侵入轴承室。常用的密封形式如图9。设计时可参考机械设计手册。
图8 封油环密封装置
a)毡圈密封 b)旋转轴唇形密封圈密封 c)油沟槽密封
图9 常用密封形式
三、设计步骤
1．根据设计的原始数据，计算作用在齿轮上的力。 2．按扭转强度条件初步估算轴径。
3．根据轴上零件的安装、定位和调整要求进行轴的结构设计。 4．画轴的受力分析图，进行轴的强度校核。 5．计算轴承所受的力，并验算轴承的寿命。
6．完成轴系组件装配图，标注主要尺寸和配合尺寸，引出零件号，填写标题栏和零件明细栏。
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机械设计自测试题Ⅰ
一、是非题和选择题[是非题在括号内填√(正确)或填3(不正确)，选择题在空格处填相应的答案号]
I-1 选用普通平键时，键的截面尺寸b3h和键长L都是根据强度计算确定的。 ( ) I-2 圆柱齿轮结构形式和毛坯获取方法的选择都与齿轮的外径大小有关。 ( ) I-3 圆柱螺旋弹簧的弹簧丝直径d=6mm，旋绕比C=5，则它的内径D1=30mm。 ( ) I-4 V带横截面中两工作面之间的夹角为40°，所以带轮槽角也是40°。 ( ) I-5 变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生。 ( ) I-6 在承受横向载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓杆__________作用。
(1)受切应力 (2)受拉应力 (3)受扭转切应力和拉应力 (4)既可能只受切应力又可能只受拉应力
I-7 在下列四种向心滚动轴承中，_____________型除可以承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷。
(1)60000 (2)N0000 (3)NA0000 (4)50000
1-8 在载荷比较平稳，冲击不大，但两轴轴线具有一定程度的相对偏移的情况下，两轴间通常宜选____________联轴器。
(1)刚性 (2)无弹性元件的挠性 (3)有弹性元件的挠性 (4)安全 I-9 采取___________的措施不能有效地改善轴的刚度。
(1)改用其它高强度钢材 (2)改变轴的直径 (3)改变轴的支承位置 (4)改变轴的结构 I-10 在滑动轴承材料中，_________通常只用于作为双金属或三金属轴瓦的表层材料。 (1)铸铁 (2)轴承合金 (3)铸造锡磷青铜 (4)铸造黄铜 二、填空题
I-11 在承受轴向载荷的紧螺栓联接中，当预紧力F0和轴向工作载荷F一定时，若降低螺栓的刚度Cb，则螺栓中的总拉力将______________。
I-12 在转轴的结构设计中，轴的最小直径dmin是按____________________初步确定的。 I-13 圆柱螺旋弹簧的旋绕比C(弹簧指数)选得过大则弹簧将______________。
I-14 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动的失效形式相类似，其中蜗杆传动最易发生____________失效。
I-15 带传动正常工作时不能保证准确的传动比，是因为________________________。 I-16 对于闭式软齿面齿轮传动，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度要求的前提下，齿数宜适当取多些。其目的是___________________________________________________。
I-17 滑块联轴器属于_____________________联轴器。
I-18 滚子链传动中，限制链轮最少齿数的目的是__________________________。 I-19 相同系列和尺寸的球轴承与滚子轴承相比较，_______________________轴承的承载能力高，______________________轴承的极限转速高。
I-20 ____________键联接既可用于传递转矩，又可承受单向的轴向载荷，但轴与轮毂的对中性较差。
三、问答题
I-21 用同一材料制成的机械零件和标准试件的疲劳极限通常是不相同的，试说明导致不相同的主要原因。
I-22 在设计齿轮的过程中，当出现满足齿根弯曲疲劳强度条件而不满足齿面接触疲劳强度条件时，可以考虑从哪几方面提高齿面接触疲劳强度?
I-23 在哪些场合，滚动轴承是难以替代滑动轴承的?为什么? 四、分析题
I-24 图示为圆锥-圆柱齿轮传动装置。轮1为主动轮，转向如图所示，轮3、4为斜齿圆柱齿轮。
(1)轮3、4的螺旋方向应如何选择，才能使轴
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Ⅱ上两齿轮的轴向力相反?
(2)画出齿轮2、3所受各分力的方向。 试题I-24图
I-25 试用受力变形线图说明受轴向工作载荷的紧螺栓联接中螺栓所受的总载荷F2与预紧力F0的关系。
五、计算题
I-26 一根轴用两个角接触球轴承支承，如图所示。Ll=40mm，L2=200mm，轴端作用有轴向力Fae=820N，径向力Fre=1640N。试分别求出两轴承所受的径向载荷Fr1、Fr2和轴向载荷Fal、Fa2(注：轴承派生轴向力Fd=0.68Fr)。
试题I-26图
I-27 凸缘联轴器用一圆头普通平键与轴相联接，已知键的尺寸为b3h3L=1038350(单位均为mm)，轴的直径d=35mm，键联接的许用挤压应力[σp]=100MPa，试求该联接所允许传递的转矩。
I-28 某机械结构如图所示，一滑轨用4个M12(d1=10.1mm)的普通螺栓固定在两立柱上，滑块的最大行程为300mm，若螺栓材料的屈服极限σS =320MPa，螺纹联接的安全系数S=4，接合面摩擦系数f=0.2，防滑系数Ks=1.2。试确定滑块上所允许承受的最大载荷F。
试题I-28图
试题I-29图
六、结构分析题
I-29 试指出图示轴系中的错误结构并改正。
械设计自测试题Ⅱ
一、是非题和选择题【是非题在括号内填√(正确)或填3(不正确)，选择题在空格处填
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