物流工程專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)探討

1、    物流工程專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)探討    【摘要】物流工程專業(yè)在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)時(shí)，先修課程中機(jī)械方面課程不多且學(xué)時(shí)較少，同時(shí)該門課程設(shè)計(jì)的時(shí)間較短，這就要求對(duì)該門課程的內(nèi)容和要求進(jìn)行必要的調(diào)整。通過(guò)對(duì)該門課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容等方面的改革，較好地完成了該門課程的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 減速器g64 a 2095-3089（2016）04-0193-021.前言物流工程專業(yè)在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)時(shí)該專業(yè)學(xué)生與機(jī)械專業(yè)學(xué)生的要求應(yīng)該有很大不同。首先，機(jī)械專業(yè)在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)時(shí)，先修課程較多，包括機(jī)械制圖、工

2、程力學(xué)、材料與熱處理、機(jī)械加工工藝、公差與測(cè)量、電工電子技術(shù)等；而物流工程專業(yè)的先修課程較少，僅有機(jī)械制圖、工程力學(xué)和電工電子技術(shù)等。其次，機(jī)械專業(yè)先修課程大都是多學(xué)時(shí)，學(xué)習(xí)比較深入；而物流工程專業(yè)先修課程大都是少學(xué)時(shí)，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)有所了解但并不深入。第三，機(jī)械專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的時(shí)間一般安排2周甚至3周，在設(shè)計(jì)期間停止其它所有課程專心進(jìn)行課程設(shè)計(jì)；而物流工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)較少，20學(xué)時(shí)左右，在這么短的時(shí)間內(nèi)要完成與機(jī)械專業(yè)同樣的設(shè)計(jì)內(nèi)容是有很大困難的。因此，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和現(xiàn)有的知識(shí)水平有必要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革。2.教學(xué)改革的目標(biāo)教學(xué)改革的目的是讓學(xué)生了解機(jī)械設(shè)計(jì)的

3、過(guò)程，包括總體方案設(shè)計(jì)、普通v帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)與校核、軸承選擇與校核、鍵連接設(shè)計(jì)、聯(lián)軸器的選擇等。同時(shí)，還要讓學(xué)生學(xué)會(huì)草圖繪制、總裝圖繪制、零件圖繪制等。3.教學(xué)要求與機(jī)械專業(yè)相比物流工程專業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)要求略低。例如，機(jī)械專業(yè)一般要求設(shè)計(jì)二級(jí)減速器，而物流工程專業(yè)一般要求設(shè)計(jì)一級(jí)減速器；機(jī)械專業(yè)一般要求齒輪嚙合為斜齒圓柱齒輪，而物流工程專業(yè)一般要求齒輪嚙合為直齒圓柱齒輪；機(jī)械專業(yè)一般要求減速器為整套圖紙，而物流工程專業(yè)一般要求部分圖紙即可。4.教學(xué)改革內(nèi)容4.1課程設(shè)計(jì)題目與任務(wù)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目和任務(wù)要明確兩點(diǎn)，一方面，指明機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)為一級(jí)圓柱齒輪減速器；另一

4、方面，指明完成設(shè)計(jì)的資料文件有哪些。課程設(shè)計(jì)題目。設(shè)計(jì)一個(gè)用于帶式運(yùn)輸機(jī)上的一級(jí)圓柱齒輪減速器。運(yùn)輸機(jī)連續(xù)工作，單項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷變化不大，空載啟動(dòng)。減速器小批量生產(chǎn)，使用期限10年，兩班制。原始數(shù)據(jù)如表1所示。表1 帶式運(yùn)輸機(jī)原始數(shù)據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）編制課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書1份；（2）繪制裝配圖和零件圖共5張。其中繪制減速器裝配圖1張；繪制零件圖4張，分別為減速器箱座、減速器輸出軸、輸出軸上齒輪、輸出軸輸出端端蓋。4.2傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)動(dòng)力最終來(lái)源電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)把動(dòng)力傳遞到帶式運(yùn)輸機(jī)中間經(jīng)過(guò)怎樣的過(guò)程。經(jīng)過(guò)比較電動(dòng)機(jī)把動(dòng)力傳動(dòng)到帶傳動(dòng)，再?gòu)膸鲃?dòng)傳遞到一級(jí)減速器，從一級(jí)減速器傳遞到帶式運(yùn)輸機(jī)，這個(gè)

5、方案較為合理。把帶傳動(dòng)安排到電動(dòng)機(jī)和減速器之間起到較好的緩沖和減震作用，保護(hù)電動(dòng)機(jī)。4.3計(jì)算內(nèi)容的設(shè)計(jì)4.3.1電動(dòng)機(jī)選擇首先，計(jì)算帶式運(yùn)輸機(jī)的功率pw。傳動(dòng)方案確定之后，帶式運(yùn)輸機(jī)的功率pw按照公式pw=fv/1000進(jìn)行計(jì)算。其次，計(jì)算總機(jī)械效率總。電動(dòng)機(jī)傳遞到帶式運(yùn)輸機(jī)經(jīng)過(guò)v帶傳動(dòng)，機(jī)械效率為帶；齒輪傳動(dòng)，機(jī)械效率為齒輪，齒輪傳動(dòng)兩個(gè)傳動(dòng)軸兩端各有一個(gè)軸承，機(jī)械效率為軸承；帶式運(yùn)輸機(jī)滾筒機(jī)械效率為滾筒；減速器與帶式運(yùn)輸機(jī)之間通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，聯(lián)軸器機(jī)械效率為聯(lián)軸器?？倷C(jī)械效率總為總=帶齒輪聯(lián)軸器滾筒2軸承。最后，確定所需電動(dòng)機(jī)功率pd。所需電動(dòng)機(jī)功率pd為pd=pw/總，根據(jù)pd查機(jī)械零

6、件設(shè)計(jì)手冊(cè)，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)大于等于所需電動(dòng)機(jī)功率pd。對(duì)于轉(zhuǎn)速為3000r/min的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)速較高傳動(dòng)比大，減速的裝置尺寸大成本增加，一般不選擇轉(zhuǎn)速太高電動(dòng)機(jī)。對(duì)于轉(zhuǎn)速為750r/min的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槌叽绱髢r(jià)格高，一般也不選擇轉(zhuǎn)速太小電動(dòng)機(jī)。最常使用的是1500r/min和1000r/min的電動(dòng)機(jī)。綜上所述，根據(jù)所需電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速選擇需要的電動(dòng)機(jī)。4.3.2傳動(dòng)比分配根據(jù)前一個(gè)步驟電動(dòng)機(jī)選定之后，電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速可查表得n滿。帶式運(yùn)輸機(jī)即工作機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)公式n=60×l000v/（d）來(lái)求得。則總傳動(dòng)比i總為i總=n滿/n。電動(dòng)機(jī)與帶式運(yùn)輸機(jī)減速裝置有v帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，則i

7、總=i帶·i齒輪?？倐鲃?dòng)比分配時(shí)注意三點(diǎn)，首先，v帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)裝置不發(fā)生干涉現(xiàn)象；其次，v帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)裝置尺寸盡可能小；第三，i帶和i齒輪傳動(dòng)比不大于4。4.3.3動(dòng)力運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算在選定電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)比分配之后，可以計(jì)算出減速器兩個(gè)傳動(dòng)軸三個(gè)重要的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)速n、功率p和轉(zhuǎn)矩t。4.3.4帶轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算課程設(shè)計(jì)主要從事一級(jí)減速器設(shè)計(jì)，帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要計(jì)算幾個(gè)重要參數(shù)。確定計(jì)算功率pc。根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，可得帶傳動(dòng)工作情況系數(shù)ka。計(jì)算功率pc為pc=ka·po選擇v帶型號(hào)、確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1、dd2。根據(jù)計(jì)算功率pc和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n滿查普通v帶的型號(hào)選

8、擇圖表，選擇相應(yīng)v帶。再根據(jù)圖表顯示確定小帶輪的直徑dd1，同時(shí)大于所選v帶的最小直徑且在標(biāo)準(zhǔn)系列直徑里面的數(shù)值選取。大帶輪直徑dd2通過(guò)公式dd2=i帶dd1來(lái)計(jì)算。驗(yàn)算帶速v。帶速不能超過(guò)25m/s，通過(guò)公式v=來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算。確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld。通過(guò)公式來(lái)初選a0，再根據(jù)公式初算帶長(zhǎng)度ld0，公式為。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查普通v帶長(zhǎng)度尺寸系列得基準(zhǔn)長(zhǎng)度尺寸ld。選擇基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld后，計(jì)算實(shí)際中心距a，公式。endprint驗(yàn)算小帶輪包角？琢1。根據(jù)帶傳動(dòng)的傳動(dòng)要求，小帶輪包角應(yīng)大于等于120°，小帶輪包角公式為 。確定帶的根數(shù)z。查單根v帶的基本額定功率得p0，查單根v帶的基本額

9、定功率的增量得p0；根據(jù)小帶輪包角1，查得包角系數(shù)k；根據(jù)v帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度ld，查普通v帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度尺寸系列與長(zhǎng)度系數(shù)，得長(zhǎng)度系數(shù)kl。把結(jié)果帶入公式得確定v帶的根數(shù)，公式。確定初拉力f0。根據(jù)公式f0=確定初拉力f0，作用于帶輪軸上的載荷fq，公式。4.3.5齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）齒輪材料和熱處理的選擇。齒輪選用45號(hào)鋼，小齒輪采用調(diào)質(zhì)處理，大齒輪正火處理，大小齒輪硬度不同。通過(guò)相關(guān)公式可得到齒面接觸疲勞強(qiáng)度h和彎曲疲勞強(qiáng)度f(wàn)。（2）按照接觸強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)齒輪主要尺寸。齒輪傳動(dòng)采用閉式齒輪傳動(dòng)，小齒輪齒數(shù)可在20-40之間選取。減速器采用單級(jí)齒輪傳動(dòng)，齒輪相對(duì)于兩支承對(duì)稱布置，兩輪均為軟齒面，查表

10、可得齒寬系數(shù)d。（3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。根據(jù)齒輪工作情況，查載荷系數(shù)表格，可得載荷系數(shù)k。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，小齒輪直徑，再通過(guò)公式m=d1/z1確定齒輪模數(shù)m。（4）校核彎曲疲勞強(qiáng)度。查齒輪的復(fù)合齒形系數(shù)，帶入公式對(duì)彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。彎曲疲勞強(qiáng)度公式為。（5）齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。齒輪的基本參數(shù)如齒輪直徑、齒頂圓、齒根圓、中心距、齒寬等都可以計(jì)算出來(lái)，但齒輪輪轂尺寸、輪緣厚度、輪緣內(nèi)徑、腹板厚度、腹板中心孔直徑等需要與軸配合設(shè)計(jì)。4.3.6從動(dòng)齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）軸的材料和熱處理的選擇。軸采用45#鋼調(diào)質(zhì)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的圖表查得抗拉強(qiáng)度b、屈服強(qiáng)度s、許用彎曲應(yīng)力-1等參數(shù)。（

11、2）軸幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步設(shè)計(jì)軸的最小直徑按照公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮軸上鍵槽，選取直徑稍大些。根據(jù)軸上零件的定位、裝拆方便的需要，同時(shí)考慮到強(qiáng)度的原則，從動(dòng)軸均設(shè)計(jì)為階梯軸。軸的強(qiáng)度校核計(jì)算。根據(jù)齒輪嚙合原理，可以算出齒輪的圓周力ft和徑向力fr。由徑向力可以算出兩個(gè)軸承的支反力fa和fb，再通過(guò)畫圖確定兩個(gè)軸承之間的距離l。根據(jù)已知條件可以計(jì)算出最大彎矩mmax為mmax=fa·l/2，再通過(guò)公式計(jì)算彎曲應(yīng)力，若計(jì)算彎曲應(yīng)力小于等于-1為合格。4.3.7軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇考慮軸受力主要是徑向力，故可選用深溝球軸承。軸承的選擇與軸、箱座和箱蓋配合設(shè)計(jì)。從動(dòng)軸伸出端鍵的設(shè)計(jì)與校核。根據(jù)從動(dòng)軸外伸端的直徑，再根據(jù)gb/t1095-2003設(shè)計(jì)鍵的尺寸。鍵擠壓應(yīng)力按照公式，若鍵的強(qiáng)度合格。同理，從動(dòng)軸與齒輪聯(lián)接處進(jìn)行校核。聯(lián)軸器的選擇。由于減速器載荷平穩(wěn)，速度不高，無(wú)特殊要求，考慮拆裝方便及經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，采用y型軸孔，a型鍵軸孔。4.4設(shè)計(jì)圖紙的安排課程設(shè)計(jì)需要同學(xué)們了解減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以必須進(jìn)行減速器圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，同時(shí)考慮到同學(xué)們的設(shè)計(jì)時(shí)間較少，故選擇具有代表性的五張圖紙，裝配圖、箱座、從動(dòng)軸齒輪、從動(dòng)軸和從動(dòng)軸輸出