机械设计期中复习

1、萍乡高等专科学校机电系萍乡高等专科学校机电系三部分内容：三部分内容： 连接部分连接部分 螺纹连接、键连接螺纹连接、键连接传动部分传动部分 带传动、链传动、带传动、链传动、齿轮传动齿轮传动轴系部分轴系部分 轴、滚动轴承轴、滚动轴承 机械设计机械设计期中复习期中复习六个研究问题：六个研究问题： 1、工作原理、工作原理 2、失效形式、失效形式 3、常用材料、常用材料 4、承载能力计算、承载能力计算 5、参数选择、参数选择 6、结构设计、结构设计一、键连接设计一、键连接设计 (工作要求工作要求) 键的类型键的类型按轴径按轴径 d选选键的键的b h选键长选键长L： b h L jyjydhlT42.平键

2、的强度校核平键的强度校核挤压强度条件：挤压强度条件： 圆头圆头: =L-b平头平头: =L单圆头单圆头: =L-b/2l1.键的选择键的选择静连接静连接:压溃压溃llLlT传递的转矩传递的转矩 Nmm d轴径轴径 mmh键的高度键的高度 mm l键的工作长度键的工作长度 mm 例：已知减速器中直齿圆柱齿轮和轴的材料例：已知减速器中直齿圆柱齿轮和轴的材料都是锻钢，轴的直径都是锻钢，轴的直径d=100mm，所需传递，所需传递的转矩的转矩T=3000Nm,齿轮轮毂长度为齿轮轮毂长度为B=120mm，载荷有轻微冲击。试选择平键，载荷有轻微冲击。试选择平键连接的尺寸并校核其强度。连接的尺寸并校核其强度。

3、 解：解：1）根据）根据d=100mm从手册标准中选取园从手册标准中选取园头普通平键（头普通平键（A型）型）,键宽键宽b=28mm,键高键高h=16mm,根据根据B= 120mm,取键长取键长L=110mm. 2）校核连接的强度）校核连接的强度键的工作长度键的工作长度: l=L-b=110-28=82mm 由表2-3许用挤压应力： jy=100 N/mm2 该平键连接的强度足够。 jyjypppmmNdhlTdhlT23/5 .918216100103000444三角形螺纹三角形螺纹梯形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹矩形螺纹，传动效率自锁性能，当量摩擦角牙型斜角,v用于连接用于连接用

4、于传动用于传动1、螺纹的特点和应用、螺纹的特点和应用)cos/(tan;)tan(tan1fvvv当量摩擦角；螺纹升角；二、二、螺纹连接设计1 1）螺栓连接：普通螺栓连接）螺栓连接：普通螺栓连接 铰制孔用螺栓连接铰制孔用螺栓连接2 2）双头螺栓连接（常拆卸）双头螺栓连接（常拆卸）3 3）螺钉连接（被连接件之一较厚）螺钉连接（被连接件之一较厚）2、螺纹连接类型、螺纹连接类型RR 3、螺栓组受力分析强度计算轴向力FA：横向力FR：材料：10、Q235、35、45、40CrzFFAoFFF 43 . 121dFezfmFKFRn043 . 1210dFeRFRF三、三、 带传动设计带传动设计1 1、

5、带传动的特点：、带传动的特点： 结构简单，中心距大；传动平稳，结构简单，中心距大；传动平稳，能缓冲吸振；能缓冲吸振；传动比不稳定；传动比不稳定；过过载打滑保护作用。载打滑保护作用。2、带的弹性滑动、带的弹性滑动产生的原因产生的原因带的弹性、松边与紧边拉力差带的弹性、松边与紧边拉力差定义定义由于带的弹性变形而产生的带与带轮之间由于带的弹性变形而产生的带与带轮之间的相对滑动称为弹性滑动。的相对滑动称为弹性滑动。%100121vvv弹性滑动的特点弹性滑动的特点不可避免不可避免速度损失，传动比不准确；速度损失，传动比不准确；带的磨损，效率降低带的磨损，效率降低221221)1 (ddddddddnni

6、弹性滑动的后果弹性滑动的后果弹性滑动率弹性滑动率弹性滑动由于带的弹性和紧边和松边拉力差。当带绕过主动轮时，带所受拉力逐渐降低，因而带的拉伸弹性变形量也随之逐渐减小，相当于带在逐渐缩短，并沿轮面滑动，使带的速度落后于主动轮的圆周速度，因此两者之间必然发生相对滑动。同样当带绕过从动轮时，带所受拉力逐渐增大，带的拉伸弹性变形量逐渐增大，使带的速度高于带轮。此即弹性滑动，由于带的弹性变形而引起。 弹性滑动将引起下列后果：从动轮的圆周速度低于主动轮；降低传动效率；引起带的磨损；发热使带温度升高。弹性滑动是不可避免的，它是带传动的一种固有现象。打滑是由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动，由于带在大轮上的包

7、角大于在小轮上包角，所以打滑总是先发生在小带轮上。打滑将造成带的严重磨损，带的运动处于不稳定状态，致使传动失效。工作中应该避免打滑。在传动突然超载时，打滑可以起到过载保护作用，避免其它零件发生损坏。3、带传动的失效形式和设计准则、带传动的失效形式和设计准则a、失效形式：、失效形式：打滑；磨损；疲劳折断。打滑；磨损；疲劳折断。 b、设计准则：、设计准则： 在保证带传动不打滑的前提下，最在保证带传动不打滑的前提下，最大限度地发挥带传动的工作能力，具大限度地发挥带传动的工作能力，具有一定的疲劳强度和寿命。有一定的疲劳强度和寿命。n1n24 4、带的应力分析、带的应力分析cb11max四链传动设计四链

8、传动设计（1 1）优点：）优点：平均传动比准确，无滑平均传动比准确，无滑动动 ；结构紧凑，压轴力小；结构紧凑，压轴力小；传动效率高传动效率高=98% =98% ；承载能力高承载能力高(100KW) (100KW) ；可传递远距离传动；可传递远距离传动；成本低。成本低。1、链传动特点、链传动特点 （2 2）缺点：）缺点：瞬时传动比不恒瞬时传动比不恒定；定；传动不平稳传动不平稳 ；传动时有噪音、传动时有噪音、冲击冲击 ；对安装精度要求对安装精度要求较高。较高。2、滚子链的结构、滚子链的结构1、内链板、内链板 2、外链板、外链板 3、销轴、销轴 4、套筒、套筒 5、滚子、滚子偶数链节偶数链节3、链的

9、运动不均匀性、链的运动不均匀性1000601000602211pnzpnzv1121zznni链条的平均速度：链传动的平均传动比：constit21链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。这就造成链运动速度的不均匀,作有规律的周期性的波动。 链传动的瞬时传动比： 1）、链板的疲劳破坏； 2）、链条铰链的磨损； 3）、滚子与套筒间的冲击破坏； 4）、销轴与套筒间的胶合；4、失效形式：、失效形式：从动轮角速度变化引起冲击从动轮角速度变化引起冲击 sin)sin(2111rdtdrdtdva21221maxPa00mina结论：结论：链轮转速越高，节距越大，齿数链轮转速越高，节距越大，齿数Z

10、Z1 1越越少，动载冲击越严重，噪音越大。少，动载冲击越严重，噪音越大。当当p、Z一定，则必须限制一定，则必须限制n nlim极限转速极限转速 链节和轮齿啮合冲击链节和轮齿啮合冲击: :链节和轮齿以一定速度相啮链节和轮齿以一定速度相啮合，使链和轮齿受到冲击并产生附加动载荷。合，使链和轮齿受到冲击并产生附加动载荷。惯性冲击惯性冲击: : 张紧不适当，松边垂度过大，起动、制张紧不适当，松边垂度过大，起动、制动、反向、突然卸载或超载必出现惯性冲击，增大了动负动、反向、突然卸载或超载必出现惯性冲击，增大了动负荷。荷。 链传动的动载荷链传动的动载荷a、齿数z1:b、节距p：c、中心距a：d、传动比i：e

11、、转速n1：寿命磨损振动、转角动载荷、运动不均匀性 1z、冲击噪声运动不均匀性、动载荷寿命承载能力pp不紧凑、引起颤动。寿命；应力变化次数aau)5.32 7 iii（易磨损、跳齿寿命应力变化次数寿命动载荷un 15、影响链传动使用寿命的因素：、影响链传动使用寿命的因素：五、齿轮传动设计五、齿轮传动设计1 1、齿轮传动的特点：、齿轮传动的特点： 功率、速度范围广功率、速度范围广 效率高效率高; ; 结构紧凑结构紧凑; ; 工作寿命长工作寿命长; ; 传动比准确传动比准确 2、齿轮传动的分类：、齿轮传动的分类： 开式传动：开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动；润滑差，常用于低精度、低速传动；

12、 闭式传动：闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度高。齿轮置于封闭严密的箱体内，精度高。润滑及防护条件好。润滑及防护条件好。3、 轮齿的失效形式1 1）、轮齿折断）、轮齿折断2 2）、齿面点蚀）、齿面点蚀3 3）、齿面磨损）、齿面磨损4 4）、齿面胶合）、齿面胶合5 5）、齿面塑性变形）、齿面塑性变形被动相对滑动方向主动主动被动弯曲折断点蚀胶合磨损塑性变形齿轮的失效形式齿轮的失效形式。对闭式软齿面齿轮对闭式软齿面齿轮：按接触疲劳强度设计，：按接触疲劳强度设计，按弯曲疲劳强度校核。按弯曲疲劳强度校核。对闭式硬齿面齿轮对闭式硬齿面齿轮：按弯曲疲劳强度设计，：按弯曲疲劳强度设计，按接触疲劳强度校核

13、。按接触疲劳强度校核。4、齿轮传动的计算准则准则5、常用齿轮材料齿轮材料的选择原则齿轮材料的选择原则基本要求：齿面要硬，齿芯要韧。 常用齿轮材料常用齿轮材料 钢钢 45 45 （正火、调质、表面淬火）（正火、调质、表面淬火） 40Cr40Cr（调质、表面淬火）（调质、表面淬火） 20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi（渗碳淬火）（渗碳淬火） 铸钢铸钢 ZG310-5100ZG310-5100 铸铁铸铁 HT300HT300、QT500-10QT500-10 有色金属有色金属： 铜合金、铝合金铜合金、铝合金 非金属非金属：夹布塑胶、尼龙夹布塑胶、尼龙 MpauubdKTZEH )1(

14、112H2116、接触疲劳强度公式校核公式校核公式设计公式设计公式 mmuuKTZddHE )1(11231211dbd代入：，将 zd d111mbdmmYYzKTmFSaFad 6 .123211MPaYYbmdKTYYbmKFFSaFaSaFatF 200011校核公式设计公式设计公式7、齿根弯曲疲劳应力计算习题3-1：用M16螺栓连接两块厚度为15mm的钢板。设计普通螺栓连接。1515amsl螺母螺母GB/T6170-2000M16垫圈垫圈GB/T93198716螺栓螺栓GB/T5780-2000 M1655da=(0.20.3)d=3.24.8mmm=14.8mms=4.1mml=5

15、2.153.7mm,取取l=55mm习题3-1：用M16螺栓连接两块厚度为15mm的钢板。设计铰制孔用螺栓连接。1515aml螺栓螺栓GB/T27-2000 M1650螺母螺母GB/T6170-2000M16da=(0.20.3)16=3.24.8mmm=14.8mml=48.049.6mm,取取l=50mm习题3-1：用M16厚度为10mm的钢板，螺钉连接铸铁，双头螺柱连接铝合金。H=(1.251.5)d=2024mm，取，取20mmH1=H+(22.5)P=H+4mmH2=H1+(0.51)d= H1+(816)dmm=H+12mms=3mml=4.1+10+20=33.0mm,取取l=3

16、5mm垫圈垫圈GB/T97.2-2002-16螺栓螺栓GB/T5780-2000 M1635H=(1.52.5)d=2440mm，取，取24mmH1=H+(22.5)P=H+4mmH2=H1+(0.51)d= H1+(816)dmm=H+12mms=3mma=(0.20.3)d=3.24.8mmm=14.8mml=31.032.6mm,取取l=35mm螺母螺母GB/T6170-2000M16垫圈垫圈GB/T97.2-2002-16螺栓螺栓GB/T5780-2000 M1655习题习题21：已知减速器中直齿圆柱齿轮和轴的材料都是锻：已知减速器中直齿圆柱齿轮和轴的材料都是锻钢，轴的直径钢，轴的直径

17、d=90mm，所需传递的转矩，所需传递的转矩T=1000Nm ，齿，齿轮轮毂长度为轮轮毂长度为lw=90mm，载荷有轻微冲击。齿轮与轴的配，载荷有轻微冲击。齿轮与轴的配合为合为 ,试选择平键连接的尺寸并校核其强度。试选择平键连接的尺寸并校核其强度。 解解1）选择平键连接的尺寸）选择平键连接的尺寸 根据根据d=90mm从手册标准中选取园头普通平键（从手册标准中选取园头普通平键（A型），型），b=25mm，h=14mm，根据，根据lw=90mm，取，取L=80mm。键键 2580 GB/T10962003 2）校核连接的强度）校核连接的强度有效接触长度有效接触长度: l=Lb=8025=55mm6

18、790nH 由表由表23许用挤压应力许用挤压应力jy=100 MPa 该平键连接的强度足够。该平键连接的强度足够。 jyjyjyjyjyMPadhlTdhlT72.575514901010004443习题习题21：已知减速器中直齿圆柱齿轮和轴的材料都是锻：已知减速器中直齿圆柱齿轮和轴的材料都是锻钢，轴的直径钢，轴的直径d=70mm，所需传递的转矩，所需传递的转矩T=1000Nm ，齿，齿轮轮毂长度为轮轮毂长度为lw=130mm，载荷有轻微冲击。齿轮与轴的，载荷有轻微冲击。齿轮与轴的配合为配合为 ,试选择平键连接的尺寸并校核其强度。试选择平键连接的尺寸并校核其强度。 解解1）选择平键连接的尺寸）选择平键连接的尺寸 根据根据d=70mm从手册标准中选取园头普通平键（从