机械设计课程总结

1、机械设计的主要内容机械设计的主要内容原理特点，受力失效原理特点，受力失效设计准则，材料选择设计准则，材料选择强度计算，参数选择强度计算，参数选择2一、一、 机械系统的组成机械系统的组成其它辅助系统：例如润滑、显示、照明等其它辅助系统：例如润滑、显示、照明等动力系统动力系统传动系统传动系统执行系统执行系统操作系统和控制系统操作系统和控制系统3 是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。工作的零件组合在一起的组合体。机械部件：机械部件： 专用零件：气轮机的叶片；汽缸专用零件：气轮机的叶片；汽缸 通用零件：齿轮；螺栓通用零件：齿

2、轮；螺栓 机械零件：机械零件：是机械制造过程中不可分拆的最小单元是机械制造过程中不可分拆的最小单元 4二、摩擦、磨损和润滑二、摩擦、磨损和润滑 摩擦分类：外摩擦（存在于两物体表面之间）摩擦分类：外摩擦（存在于两物体表面之间） 内摩擦（流体内部产生的粘剪力）内摩擦（流体内部产生的粘剪力） 按照两表面的润滑状况，摩擦分为：按照两表面的润滑状况，摩擦分为： 1 1）干摩擦）干摩擦-无润滑状态无润滑状态 2 2）边界摩擦）边界摩擦边界润滑状态边界润滑状态 3 3）流体摩擦流体摩擦流体润滑状态流体润滑状态 4 4）混合摩擦）混合摩擦混合润滑状态混合润滑状态5磨损过程（三阶段）磨损过程（三阶段）6l磨损的

3、五种形式1）粘着磨损2）磨粒磨损3）疲劳磨损4）冲蚀磨损5）腐蚀磨损7三、螺纹连接三、螺纹连接 - 可拆连接可拆连接l常用螺纹及其特点、应用对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：自锁联接螺纹：自锁管螺纹：紧密性、气密性管螺纹：紧密性、气密性传动螺纹：效率高传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好起重螺纹：效率高、自锁性好螺纹的分类：螺纹的分类：按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯 齿形螺纹、管螺纹齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆

4、锥螺纹8d-螺纹大径螺纹大径 - 公称直径公称直径d1 1- -螺纹小径螺纹小径 - 危险截面的计算直径危险截面的计算直径d2-螺纹中径螺纹中径 - 螺纹几何关系及受螺纹几何关系及受力分析的基准力分析的基准 p-螺距螺距n-线数线数S S-导程导程y y -螺纹升角螺纹升角 ，牙型角，牙型角 -牙型斜角牙型斜角螺纹的主要参数螺纹的主要参数9l螺纹的自锁条件：式中式中: -当量摩擦角，当量摩擦角， f arctan-当量摩擦系数当量摩擦系数f y10l螺纹连接基本类型普通螺栓连接普通螺栓连接 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接1 1、 螺栓连接螺栓连接 11l螺纹连接基本类型2 2、螺钉连接、螺钉连接

5、 12l螺纹连接基本类型3 3、双头螺柱连接、双头螺柱连接 13l螺纹连接基本类型4 4、 紧定螺钉连接紧定螺钉连接 14l螺纹连接的防松1 1、 摩擦防松摩擦防松 (1) (1) 双螺母双螺母(2) (2) 弹簧垫圈弹簧垫圈(3)(3)锁紧螺母锁紧螺母15l螺纹连接的防松2 2、 机械防松机械防松 (1) (1) 开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母(2) (2) 止动垫圈止动垫圈(3) (3) 串联钢丝串联钢丝16l螺纹连接的防松3 3、 永久防松永久防松 焊接焊接 冲点冲点 涂胶涂胶17l单个螺栓连接的强度计算1 1 、松螺栓连接、松螺栓连接421dF41Fd 7 . 12 . 1s

6、18l单个螺栓连接的强度计算2 2 、紧螺栓连接、紧螺栓连接 受横向载荷的紧螺栓连接受横向载荷的紧螺栓连接 （1 1） 普通螺栓连接普通螺栓连接靠接合面的摩擦力传递外力靠接合面的摩擦力传递外力螺栓既受拉应力又受扭剪应力螺栓既受拉应力又受扭剪应力19214dF12213122)tan(4162)tan(dddFddFWTtyy对于常用的M10M68的普通螺栓5 . 0拉应力拉应力剪应力剪应力螺栓的当量应力螺栓的当量应力3 . 1)5 . 0(332222e3 . 1421dFe3 . 141Fd20（2 2）铰制孔螺栓连接）铰制孔螺栓连接 螺栓杆的剪切强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为: :420

7、mdFs螺栓与孔壁的挤压强度条件为：螺栓与孔壁的挤压强度条件为：psphdFmin021 受轴向工作载荷的紧螺栓连接受轴向工作载荷的紧螺栓连接FCCCFFmBB0FCCCFFmBm 223 . 14210dF3 . 1401Fd校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：静强度计算静强度计算疲劳强度条件疲劳强度条件为为amBBadFCCC221amaSKk1l提高螺栓连接强度的措施 1. 改变螺纹牙上载荷分配 2. 提高疲劳强度的措施 （1）减少应力幅 （2）减少应力集中2324五、挠性件传动五、挠性件传动l带传动的特点、类型、几何计算l受力、应力、失效形式、设计准则l带轮结构l带的张紧25 带传

8、动的应力分析带传动的应力分析26 带传动的弹性滑动和打滑现象带传动的弹性滑动和打滑现象 若传递的基本载荷超过最大有效圆周力若传递的基本载荷超过最大有效圆周力, ,带在带轮上带在带轮上发生显著的相对滑动即打滑。发生显著的相对滑动即打滑。 打滑总是从小轮上开始。打滑总是从小轮上开始。27 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带传动的失效形式是：打滑和疲劳破坏带传动的失效形式是：打滑和疲劳破坏带传动的设计准则是：带传动的设计准则是： 在保证带工作时不打滑的条件下，具有一定的疲劳在保证带工作时不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命强度和寿命11maxcb28l带的张紧定期张紧装置定期

9、张紧装置自动张紧装置自动张紧装置用带轮张紧用带轮张紧29六、齿轮传动六、齿轮传动l齿轮传动特点、失效形式、设计准则l计算载荷（四个系数）l受力分析(转向、旋向、力方向)l直齿、斜齿圆柱齿轮的强度计算、各种修正系数影响因素l齿轮传动主要参数选择l齿轮结构30l主要失效形式： 31齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则 闭式软齿面齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿闭式软齿面齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 闭式硬齿面齿轮传动：其齿面接触承载能力较高，故通常先闭式硬齿面齿轮传动：其齿面

10、接触承载能力较高，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。 开式齿轮传动：其主要失效形式是齿面磨损，而且在轮齿磨开式齿轮传动：其主要失效形式是齿面磨损，而且在轮齿磨薄后往往会发生轮齿折断。故目前多是按齿根弯曲疲劳强度进薄后往往会发生轮齿折断。故目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大。行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大。 高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。强度。32载荷系数载荷系数KKKKKA齿轮传动的计算载荷齿轮

11、传动的计算载荷使用系数使用系数K KA A：考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影：考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影响的系数。响的系数。动载系数动载系数K K ：考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内：考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。部因素引起的附加动载荷影响系数。齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K K ：考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮：考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。齿应力的影响系数。齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K K ：考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不：考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。均匀对轮

12、齿应力的影响系数。33轮齿受力分析轮齿受力分析圆周力圆周力径向力径向力法向力法向力力的方向判断力的方向判断:作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反。作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反。Ft 在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同。相同。Fr 的方向与啮合方式有关，对于外啮合，主、从动轮上的方向与啮合方式有关，对于外啮合，主、从动轮上的径向力分别指向各自的轮心的径向力分别指向各自的轮心 。 34齿面接触疲劳强度的设计公式齿面接触疲劳强度的设计公式: :2312311).(2) 1()(1.2HHEdHHEdZZZuKT

13、uaZZZuuKTd或或两轮的两轮的工作工作接触应力接触应力H1 H2，但但许用许用接触应力接触应力不相等，即不相等，即H1 H2，它们与两轮的材料、热它们与两轮的材料、热处理和应力循环次数等有关。处理和应力循环次数等有关。在设计和校核计算在设计和校核计算中，中，取取HminH1 ， H2。35大小齿轮应分别进行弯曲强度校核时大小齿轮应分别进行弯曲强度校核时111111112FsFsFtFYYYbmdKTYYYbmKF222112222FsFsFtFYYYbmdKTYYYbmKF设计模数时设计模数时, , 应按下式选择应按下式选择,max222111FsFFsFFsFYYYYYY齿根弯曲疲劳强

14、度的设计公式齿根弯曲疲劳强度的设计公式3211.2FsFdYYYZKTm36斜齿轮传动的受力分析斜齿轮传动的受力分析标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算37齿面接触强度齿面接触强度HtHEHuubdKFZZZZ112312311).(2) 1()(1.2HHEdHHEdZZZZuKTuaZZZZuuKTd齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度FSFntFYYYYbmKF32121.cos2FsFdnYYZYYKTm38齿轮传动主要参数的选择齿轮传动主要参数的选择1、模数、模数m和齿数和齿数Z12、 齿宽系数齿宽系数 d、 a3 、分度圆压力角、分度圆压力角 4、 齿数比齿数比

15、u 5、 螺旋角螺旋角 39七、蜗杆传动七、蜗杆传动l蜗杆传动特点l类型l失效形式、设计准则l受力分析（转向、旋向、力的方向）l效率l结构401 1、特点：、特点：单级传动比大单级传动比大; ; 结构紧凑结构紧凑; ; 传动平稳传动平稳, ,无噪音无噪音; ; 可自锁可自锁; ; 传动效率低传动效率低; ; 成本高。成本高。2 2、蜗杆传动的类型、蜗杆传动的类型环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动按蜗杆形状分按蜗杆形状分: :根据齿面形状不同分为：根据齿面形状不同分为： 普通蜗杆传动普通蜗杆传动; ; 圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动 41普通圆柱蜗杆传动普通圆

16、柱蜗杆传动中间平面上的参数作为设计基准中间平面上的参数作为设计基准蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件22121tatammm旋向相同旋向相同42 为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径m md d1.1.蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则失效形式：主要是齿面胶合、点蚀、磨损和轮齿折断，而且失效形式：主要是齿面胶合、点蚀、磨损和轮齿折断，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。失效通常发生在蜗轮轮齿上。设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触

17、疲劳强度条件计算蜗杆设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力。传动的承载能力。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。行计算。43力的方向：力的方向：确定圆周力确定圆周力Ft及径向力及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮的方向的方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴向力传动，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向的方向来判定，即来判定，即Fa1与与 Ft2方向相

18、反，方向相反， Ft1与与 Fa2的方向相反。的方向相反。也可按照主动件左右手定则来判断。也可按照主动件左右手定则来判断。1） B300MPa，锡青铜时，材料本身抗胶合能力强，锡青铜时，材料本身抗胶合能力强，多多 发生点蚀失效发生点蚀失效，许用应力许用应力的选择主要的选择主要与循环次数与循环次数有关有关2） B300MPa ，铝铁青铜或铸铁时，材料本身抗点蚀，铝铁青铜或铸铁时，材料本身抗点蚀能力强，能力强，多发生胶合失效多发生胶合失效，进行齿面接触疲劳强度计算，进行齿面接触疲劳强度计算是条件性的，通过限制齿面接触应力大小来防止发生胶是条件性的，通过限制齿面接触应力大小来防止发生胶合。合。许用接

19、触应力许用接触应力选择与选择与滑动速度和材料滑动速度和材料有关，而与有关，而与循循环次数环次数无关。无关。9.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为：HEEHZdmKTZddKTZ99221222212，MPa46蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率321式中：式中： 1 1啮合效率啮合效率)tan(tan1 2 2 3 3分别为轴承效率和搅油效率分别为轴承效率和搅油效率 一般取一般取 2 2 3 3=0.950.96=0.950.9647八、轴八、轴l轴的分类l设计轴的几种估算方法l轴的结构设计l轴上零件的固定方法（轴向、周向）481. 1. 轴的分类轴的分类转轴转轴心

20、轴心轴传动轴传动轴转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴按受载荷分按受载荷分（1 1）曲轴）曲轴; ; （2 2）软轴）软轴; ; （3 3）空心轴）空心轴按结构形状分按结构形状分2.2.轴径的初步估算轴径的初步估算一、类比法一、类比法二、经验公式计算二、经验公式计算三、按扭转强度计算三、按扭转强度计算49轴的结构设计轴的结构设计1.1.转轴的一般设计步骤转轴的一般设计步骤三步：（三步：（1 1）初定轴径；）初定轴径；（2 2）结构设计画草图，确定轴的尺寸，得到跨距和力的作用点；）结构设计画草图，确定轴的尺寸，得到跨距和力的作用点；（3 3）强度计算，做出弯矩、扭矩图，校核危险截面强度。）强度计算，

21、做出弯矩、扭矩图，校核危险截面强度。2.2.轴上零件的固定方法（轴向、周向）轴上零件的固定方法（轴向、周向）3.3.安全系数和抗弯扭合成强度校核安全系数和抗弯扭合成强度校核已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩转矩校核计算完善设计修改直径不满足第六章第六章 轴毂联接轴毂联接51九、滚动轴承九、滚动轴承l滚动轴承结构、特点、类型、代号l受力分析和失效形式l寿命计算l角接触轴承的内部轴向力l轴承部件结构设计52滚动轴承代号前置代号 基本代号 后置代号 成 套 轴 承 分 部 件 类型代号 尺寸系列代号 内径代号 内部结构代号 密封防尘与外圈形状变化代号 保持架结构及材料变化代号 轴承材料变化

22、代号 公差等级代号 游隙组代号 配置代号 其它 滚动轴承主要类型代号表6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2双列调心滚子轴承8推力滚子轴承1双列调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型54例如例如:7 2 10C7210 C/P5/DF/P5 /DF轴承类型为角接触球轴承轴承类型为角接触球轴承尺寸类型代号尺寸类型代号, ,其中其中宽度类型代号为宽度类型代号为0,0,窄系列窄系列, ,省略不写省略不写, ,直径系列代号为直径系列代号为2,2,轻系列轻系列轴承内径轴承

23、内径5 1050dmm空一个字符空一个字符公称接触角公称接触角15轴承精度等级为轴承精度等级为5 5级级面对面配置面对面配置（1）当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。（2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载 荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。 当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。轴承选型（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔直径不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。（6）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承。

24、（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。57滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式1.1.疲劳点蚀疲劳点蚀 2.2.塑性变形塑性变形 3.3.磨粒磨损磨粒磨损 4.4.胶合胶合滚动轴承的计算准则滚动轴承的计算准则寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，局

25、部塑性变形静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算基本额定动负荷基本额定动负荷：轴承工作温度在：轴承工作温度在100 C以下以下, ,基本额定寿命基本额定寿命61 10Lr 时，轴承所能承受的最大载荷，时，轴承所能承受的最大载荷，用用C C表示。表示。基本额定寿命基

26、本额定寿命： 一批相同轴承，在相同条件下运转，一批相同轴承，在相同条件下运转，90%90%轴轴承在疲劳点蚀前转过的总转数，单位为承在疲劳点蚀前转过的总转数，单位为10106 6 r r。591C 常数1CL P在当量动载荷在当量动载荷P作用下的基本额定寿命为作用下的基本额定寿命为610CLrP滚动轴承的载荷与寿命之间的关系滚动轴承的载荷与寿命之间的关系:P L常数:,3;,10/3 寿命指数 对于球轴承对于滚子轴承。610 h60hCLnP61060ThPf CLnf P常用小时数表示基本额定寿命常用小时数表示基本额定寿命Lh引入温度系数引入温度系数fT和载荷系数和载荷系数fPh60当量动载荷

27、当量动载荷 把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，用用P表示。表示。当量动载荷当量动载荷P的计算式：的计算式：raPXFYFXY 、径向系数和轴向系数raFF 、轴承的径向载荷和轴向载荷61角接触轴承的内部轴向力角接触轴承的内部轴向力由力的平衡条件得由力的平衡条件得21WSSA作用在轴承作用在轴承上的轴向载荷为上的轴向载荷为作用在轴承作用在轴承 上的轴向载荷只上的轴向载荷只有自身的内部轴向力有自身的内部轴向力, ,即即11aFS221aFWSAS62滚动轴承部件结构设计1、安装和拆卸2、定位和固定3、配合和调整4、润滑和密封66十、滑动轴承十、滑动轴承l滑动轴承分类、特点、应用l结构形式l轴瓦结构l计算P值、Pv值的意义l流体动压的形成原理、基本方程67滑动轴承的分类滑动轴承的分类 按滑动轴承工作时轴瓦和轴