机械设计课件PPT2011复习

1、机械设计机械设计 1、机械零件、机械零件 标准件标准件 非标准件非标准件 选取选取 校核校核 结构设计结构设计 校核校核 强度设计强度设计 校核校核 设计设计 设计设计 设计设计 2、受力情况、受力情况 （注意载荷系数）（注意载荷系数） 失效形式失效形式 反失效反失效 主要影响因素主要影响因素 主要参数的选取主要参数的选取 提高强度的措施提高强度的措施 设计设计 机械设计机械设计 了解机械零件常见的失效形式及约束条件了解机械零件常见的失效形式及约束条件 断裂、点蚀、塑性变形、弹性变形、磨损、失稳等。断裂、点蚀、塑性变形、弹性变形、磨损、失稳等。 掌握载荷及应力的分类掌握载荷及应力的分类 注意：

2、静载荷也可能引起变应力注意：静载荷也可能引起变应力 掌握常见的稳定循环变应力的特性参数：掌握常见的稳定循环变应力的特性参数： 对称循环对称循环 脉动循环脉动循环 非对称循环非对称循环 静载荷、变载荷；静应力、变应力静载荷、变载荷；静应力、变应力 ma max 最大应力最大应力 min 最小应力最小应力 2 minmax a 应力幅应力幅 2 minmax m 平均应力平均应力 max min r循环特征循环特征 11r 机械设计机械设计 l静应力下的极限应力静应力下的极限应力 与材料有关与材料有关 l变应力下的极限应力变应力下的极限应力 与材料、循环次数与材料、循环次数N N、 循环特征循环特

3、征r r 等有关等有关 0NN0 r N r N 疲劳曲线 当为对称循环变应力时，取其当为对称循环变应力时，取其持久极限应力持久极限应力 )( 11 当为脉动循环变应力时，取其持久极限应力当为脉动循环变应力时，取其持久极限应力 )( 00 不同循环次数不同循环次数 N N 时的疲劳极限时的疲劳极限 当当 0 NN 时时 r m rN N N 0 当当 0 NN 时时 rrN 机械设计机械设计 带传动的工作原理及特点带传动的工作原理及特点 摩擦传动，结构简单，中心距大，平稳，吸振，适摩擦传动，结构简单，中心距大，平稳，吸振，适 合于高速级（转速高则转矩小，有利于带传动）合于高速级（转速高则转矩小

4、，有利于带传动） 带传动受力分析、应力分析带传动受力分析、应力分析 F、Ff、F1、F2、F0之间的关系，欧拉公式的含义；之间的关系，欧拉公式的含义； 三种应力，变化规律，与带传动参数之关系三种应力，变化规律，与带传动参数之关系 弹性滑动弹性滑动 产生的原因，不可避免，使传动比不恒定，与打滑产生的原因，不可避免，使传动比不恒定，与打滑 有本质区别有本质区别 失效形式及设计准则失效形式及设计准则 打滑、疲劳破坏；在保证不打滑的前提下使带具有打滑、疲劳破坏；在保证不打滑的前提下使带具有 足够的疲劳寿命足够的疲劳寿命 第二章第二章 挠性传动设计挠性传动设计 机械设计机械设计 各参数对带传动工作能力的

5、影响各参数对带传动工作能力的影响 F0 、dd1、a、Ld、i 、v 、z、型号等；如何选择型号等；如何选择 V带传动的设计步骤和方法带传动的设计步骤和方法 链传动的工作原理及特点链传动的工作原理及特点 啮合传动，中心距大，瞬时速比周期性变化，振动，啮合传动，中心距大，瞬时速比周期性变化，振动， 适合于低速级适合于低速级 链传动运动的不均匀性链传动运动的不均匀性 多边形效应，设计参数（如多边形效应，设计参数（如 p、z等）对运动的影响等）对运动的影响 滚子链传动的失效形式，参数选择滚子链传动的失效形式，参数选择 z 、p、Lp、a、排数等、排数等 机械设计机械设计 失效形式和设计准则失效形式和

6、设计准则 失效产生的原因、场合；防止失效的措施；设计准失效产生的原因、场合；防止失效的措施；设计准 则主要针对齿面疲劳点蚀和轮齿疲劳折断则主要针对齿面疲劳点蚀和轮齿疲劳折断 齿轮材料、热处理方法及精度的选择齿轮材料、热处理方法及精度的选择 直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析 轮齿螺旋线方向的判断，各分力的对应关系及方向轮齿螺旋线方向的判断，各分力的对应关系及方向 的判断，特别是斜齿轮的轴向力的判断，特别是斜齿轮的轴向力 圆柱齿轮传动的强度条件圆柱齿轮传动的强度条件 齿面接触疲劳强度条件针对齿面点蚀失效，齿面接触疲劳强度条件针对齿面点蚀失效， 齿根弯曲疲劳强度条件针对轮齿疲

7、劳折断，齿根弯曲疲劳强度条件针对轮齿疲劳折断， 重点是直齿圆柱齿轮传动的强度条件重点是直齿圆柱齿轮传动的强度条件 选用材料的基本要求，材料的配对，大、小齿轮选用材料的基本要求，材料的配对，大、小齿轮 齿面硬度的选择齿面硬度的选择 第三章第三章 齿轮传动设计齿轮传动设计 机械设计机械设计 许用应力许用应力 许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数有关许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数有关 强度条件中的设计参数强度条件中的设计参数 设计步骤和方法设计步骤和方法 设计计算和校核计算，数据处理（圆整或取标准值），设计计算和校核计算，数据处理（圆整或取标准值）， 合理选择齿轮参数合理选择齿轮参数 锥齿

8、轮传动的受力分析及强度计算特点锥齿轮传动的受力分析及强度计算特点 各分力的对应关系及方向判断（注意与斜齿圆柱齿各分力的对应关系及方向判断（注意与斜齿圆柱齿 轮的异同之处）；将锥齿轮转化为当量直齿圆柱齿轮的异同之处）；将锥齿轮转化为当量直齿圆柱齿 轮进行强度计算轮进行强度计算 z 、d、m、b、d、等的选择及对齿轮传动的影响；等的选择及对齿轮传动的影响； 载荷系数载荷系数 K 所考虑的因素；所考虑的因素； YFa 的物理意义及与齿数、变位系数的关系的物理意义及与齿数、变位系数的关系 机械设计机械设计 蜗杆传动的主要参数及其选择蜗杆传动的主要参数及其选择 主要讨论普通圆柱蜗杆传动；主要讨论普通圆柱

9、蜗杆传动； 材料、失效形式材料、失效形式 为减小摩擦磨损，钢蜗杆与青铜蜗轮配对；为减小摩擦磨损，钢蜗杆与青铜蜗轮配对； 失效主要发生在蜗轮上失效主要发生在蜗轮上 与斜齿圆柱齿轮传动的区别和联系；与斜齿圆柱齿轮传动的区别和联系； 蜗杆分度圆直径为标准值，蜗杆、蜗轮螺旋角旋向蜗杆分度圆直径为标准值，蜗杆、蜗轮螺旋角旋向 相同但大小不等，蜗杆导程角相同但大小不等，蜗杆导程角蜗轮螺旋角蜗轮螺旋角； 蜗杆头数与传动效率的关系；蜗杆头数与传动效率的关系； 变位的目的：凑中心距、凑传动比；仅对蜗轮变位。变位的目的：凑中心距、凑传动比；仅对蜗轮变位。 第四章第四章 蜗杆传动设计蜗杆传动设计 机械设计机械设计

10、强度条件强度条件 强度计算针对蜗轮轮齿；强度计算针对蜗轮轮齿； 热平衡计算热平衡计算 蜗杆传动效率低，发热量大，容易产生胶合，故要蜗杆传动效率低，发热量大，容易产生胶合，故要 控制热平衡时的油温；控制热平衡时的油温； 在中间平面上蜗杆传动类似于齿条齿轮传动，故强在中间平面上蜗杆传动类似于齿条齿轮传动，故强 度计算公式按斜齿轮推导；度计算公式按斜齿轮推导； 一般不用校核齿根弯曲强度。一般不用校核齿根弯曲强度。 油温过高应采取相应措施。油温过高应采取相应措施。 受力分析受力分析 各分力的对应关系及方向的判断，与斜齿圆柱齿轮各分力的对应关系及方向的判断，与斜齿圆柱齿轮 的区别；蜗轮或蜗杆转动方向的判

11、断。的区别；蜗轮或蜗杆转动方向的判断。 机械设计机械设计 图示传动系统中，件图示传动系统中，件1为蜗杆，件为蜗杆，件2为蜗轮，件为蜗轮，件3、4为直齿锥为直齿锥 齿轮。已知蜗杆齿轮。已知蜗杆1 1为主动，锥齿为主动，锥齿轮轮4的回转方向如图示。试确的回转方向如图示。试确 定：定： (1)(1)轴轴I I、IIII、的回转方向；、的回转方向；(2)(2)考虑轴考虑轴I I、IIII 上所受轴向力能上所受轴向力能 抵消一部分，确抵消一部分，确 定轮定轮1、2的螺旋的螺旋 线方向线方向 (3)(3)标出轮标出轮1 1、2 2、3 3的的 轴向力方向轴向力方向 2 4 3 1 机械设计机械设计 2 4

12、3 1 Fa3 Fa2 Fa1 蜗轮蜗轮2 2右旋右旋 蜗杆蜗杆1 1右旋右旋 机械设计机械设计 各种螺纹的应用各种螺纹的应用 三角螺纹效率低、自锁性好，用于连接；三角螺纹效率低、自锁性好，用于连接； 其余螺纹效率高，用于传动。其余螺纹效率高，用于传动。 螺纹副的受力分析及效率螺纹副的受力分析及效率 将螺母抽象成沿斜面滑移的滑块；将螺母抽象成沿斜面滑移的滑块； 自锁条件：自锁条件： 螺栓连接的类型及所受工作载荷螺栓连接的类型及所受工作载荷 普通螺栓和铰制孔用螺栓；横向和轴向工作载荷普通螺栓和铰制孔用螺栓；横向和轴向工作载荷 普通螺栓连接：可承受横向工作载荷（利用摩擦力）普通螺栓连接：可承受横向

13、工作载荷（利用摩擦力） 和轴向工作载荷；和轴向工作载荷； 铰制孔用螺栓连接：只承受横向工作载荷。铰制孔用螺栓连接：只承受横向工作载荷。 机械设计机械设计 普通螺栓连接的强度计算普通螺栓连接的强度计算 强度条件：强度条件： 不管是横向还是轴向工作载荷，普通螺栓总是受拉，不管是横向还是轴向工作载荷，普通螺栓总是受拉， 铰制孔用螺栓连接的强度计算铰制孔用螺栓连接的强度计算 挤压和剪切，注意最小挤压高度的确定。挤压和剪切，注意最小挤压高度的确定。 4/ 3.1 2 1 ca d 螺螺栓栓所所受受拉拉力力 关键是确定所受拉力。注意关键是确定所受拉力。注意F 和和F0 的求解方法。的求解方法。 注意事项注

14、意事项 先分清螺栓类型和工作载荷类型；若是均匀受载的螺先分清螺栓类型和工作载荷类型；若是均匀受载的螺 栓组连接，单个螺栓的载荷等于总载荷除以螺栓数；栓组连接，单个螺栓的载荷等于总载荷除以螺栓数； 也适用于双头螺柱连接和螺钉连接也适用于双头螺柱连接和螺钉连接 若螺栓组受载不均匀，则需对螺栓组进行受力分析，若螺栓组受载不均匀，则需对螺栓组进行受力分析， 找出受载最大的螺栓及其所受载荷，然后按单个螺栓找出受载最大的螺栓及其所受载荷，然后按单个螺栓 的强度条件进行计算。的强度条件进行计算。 l提高强度的措施提高强度的措施 机械设计机械设计 轴的分类轴的分类 按轴心线：按轴心线：直轴直轴、曲轴、曲轴 按

15、按 受受 载：载：心轴心轴( (弯距弯距) )、传动轴、传动轴( (转矩转矩) )、转轴、转轴( (弯、转弯、转) ) 轴的结构设计（阶梯轴）轴的结构设计（阶梯轴） 目的：目的：合理确定各轴段的直径和长度合理确定各轴段的直径和长度 影响结构的要素：影响结构的要素：轴上零件的定位和固定方法；装配方轴上零件的定位和固定方法；装配方 法；轴的加工方法；载荷的大小及位置；强度要求等法；轴的加工方法；载荷的大小及位置；强度要求等 定位和固定方法：定位和固定方法：轴肩、套筒、圆螺母、弹性挡圈、轴轴肩、套筒、圆螺母、弹性挡圈、轴 端挡圈、锥面等；注意各种固定件的特点和应用场合端挡圈、锥面等；注意各种固定件的

16、特点和应用场合 几个具体问题：几个具体问题：有配合处的轴径取标准值；非定位轴肩有配合处的轴径取标准值；非定位轴肩 高度可取小些；轴承的定位轴肩高度应小于内圈厚度；高度可取小些；轴承的定位轴肩高度应小于内圈厚度； 轴头长度应小于轮毂宽度；键槽应处于同一加工方向轴头长度应小于轮毂宽度；键槽应处于同一加工方向 第六章第六章 轴和轴毂连接设计轴和轴毂连接设计 机械设计机械设计 轴的强度计算轴的强度计算 应力的性质：应力的性质：弯曲应力是对称循环变应力；剪应力不定弯曲应力是对称循环变应力；剪应力不定 计算方法：计算方法：防止疲劳断裂防止疲劳断裂 转轴的设计方法转轴的设计方法 按扭转强度初算轴端直径按扭转

17、强度初算轴端直径轴的结构设计轴的结构设计受力分析、受力分析、 画弯矩图和转矩图画弯矩图和转矩图校核危险截面校核危险截面 扭转强度计算扭转强度计算 针对传动轴或初算转轴的最小直径针对传动轴或初算转轴的最小直径 弯扭合成强度计算弯扭合成强度计算 针对转轴和心轴针对转轴和心轴 轴系的受力分析：轴系的受力分析：注意轴上零件各力的方向、不要忽略注意轴上零件各力的方向、不要忽略 轴向力产生的弯矩、弯矩突变处当量弯矩的计算轴向力产生的弯矩、弯矩突变处当量弯矩的计算 折合系数折合系数的意义：的意义：将剪应力折合成对称循环变应力将剪应力折合成对称循环变应力 机械设计机械设计 键连接的选择与校核键连接的选择与校核

18、 类型选择，尺寸选择（平键的截面尺寸按轴径查标准）；类型选择，尺寸选择（平键的截面尺寸按轴径查标准）； 普通平键校核挤压强度（静连接），普通平键校核挤压强度（静连接）， 导键或滑键应防止磨损（动连接）；导键或滑键应防止磨损（动连接）； 键的工作长度不一定等于键长，键的工作长度不一定等于键长， 普通平键的键长应小于轮毂宽度。普通平键的键长应小于轮毂宽度。 机械设计机械设计 滚动轴承类型及尺寸的选择滚动轴承类型及尺寸的选择 常用滚动轴承（常用滚动轴承（3、6、7、N、5类）的结构及承载特类）的结构及承载特 点；应用的场合；内径代号、直径系列代号的含义点；应用的场合；内径代号、直径系列代号的含义 基

19、本概念：基本概念：滚动轴承寿命、基本额定寿命、基本额滚动轴承寿命、基本额定寿命、基本额 定动载荷、当量动载荷等的含义定动载荷、当量动载荷等的含义 滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算 目的：目的：防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀防止轴承在预定的工作期间内发生疲劳点蚀 公式：公式： 或：或： 核心：核心： 当量动载荷当量动载荷 的计算的计算 第七章第七章 滚动轴承组合设计滚动轴承组合设计 机械设计机械设计 关键：关键： 角接触轴承轴向载荷角接触轴承轴向载荷 的确定的确定 要点：要点： 角接触轴承的排列方式及派生轴向力角接触轴承的排列方式及派生轴向力 S 的方向的方向 正装正装 S1、S2

20、相对；反装相对；反装 S1、S2 相背相背 根据根据“压紧端压紧端”、“放松端放松端”确定确定 、 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计 与轴的结构设计密切相关与轴的结构设计密切相关 固定方法：固定方法：两端固定、一端固定一端游动、两端游动；两端固定、一端固定一端游动、两端游动； 各种固定方式的特点、受力、应用场合；各种固定方式的特点、受力、应用场合； 固定和游动支点轴承类型的选择、内外圈的固定和游动支点轴承类型的选择、内外圈的 固定方法、合理的结构设计。固定方法、合理的结构设计。 游隙及位置的调整：游隙及位置的调整：调整的目的和方法调整的目的和方法 机械设计机械设计 滑动轴承的摩擦状态滑动轴

21、承的摩擦状态 干摩擦状态干摩擦状态 半干摩擦状态半干摩擦状态 边界摩擦状态边界摩擦状态 液体摩擦状态液体摩擦状态 半液体摩擦状态半液体摩擦状态 常用润滑剂的性能及选择常用润滑剂的性能及选择 润滑油的粘度及油性润滑油的粘度及油性 润滑脂的针入度、滴点及耐水性润滑脂的针入度、滴点及耐水性 根据压力、速度、温度选择润滑油的粘度根据压力、速度、温度选择润滑油的粘度 根据有无水汽、温度高低选择润滑脂根据有无水汽、温度高低选择润滑脂 第八章第八章 滑动轴承设计滑动轴承设计 机械设计机械设计 非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承 磨损、胶合（因为金属表面直接接触）磨损、胶合（因为金属表面直接接触） 限制压强

22、（限制压强（p p ） 防止轴瓦过度磨损防止轴瓦过度磨损 限制限制pv值（值（pvpv） 防止轴瓦发生胶合防止轴瓦发生胶合 限制限制 v 值（值（ v v ） 防止轴瓦过度磨损防止轴瓦过度磨损 动压润滑基本理论动压润滑基本理论 动压油膜：一定条件下，由于摩擦表面相对运动而产生；动压油膜：一定条件下，由于摩擦表面相对运动而产生； 掌握动压油膜形成的机理和必要条件，注意：掌握动压油膜形成的机理和必要条件，注意： 两摩擦表面相互平行，不能产生动压油膜；两摩擦表面相互平行，不能产生动压油膜； 润滑油从楔形间隙的小口进、大口出也不能形成动压。润滑油从楔形间隙的小口进、大口出也不能形成动压。 雷诺方程：液

23、体动压润滑的基本方程；雷诺方程：液体动压润滑的基本方程； 注意建立雷诺方程的假设条件；注意建立雷诺方程的假设条件； 了解建立一维雷诺方程的基本思路；了解建立一维雷诺方程的基本思路； 机械设计机械设计 液体摩擦形成的条件液体摩擦形成的条件 由由 3 0 6 h hh v dx dp (1) (1) 两工作表面必须形成收敛的楔形间隙两工作表面必须形成收敛的楔形间隙 (2) (2) 两工作表面必须有一定的相对运动，两工作表面必须有一定的相对运动， 且且 v v 方向是从大到小口方向是从大到小口 (3) (3) 间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油 0 hh若若0 dx dp 则则 无粘度无粘度各油层无速度各油层无速度两板间油无流动两板间油无流动 不能形成油膜压力不能形成油膜压力 机械设计机械设计 向心滑动轴承动压油膜形成过程向心滑动轴承动压油膜形成过程