机械设计课件：机械练习2

1、例 题 分 析在图示传动系统中，件1、5为蜗杆，件2、6为蜗轮，件3、4为斜齿轮，件7、8为锥齿轮。已知蜗杆1为主动，要求输出轮8的回转方向如图示。试确定：1）各轴的回转方向（画在图上）；2）考虑、轴上所受轴向力能抵消一部分，定出各轮的螺旋线方向（画 在图上）；3）画出各轮的轴向力的方 向，并画出轮4所受的 力。nFa7Fa6Ft5nnnFt6Fa5Fa4Fa3Fa2Ft1n1Ft2Fa1齿轮4：Ft4Fr4Fa4斜齿圆柱齿轮直齿圆锥齿轮蜗杆传动旋向-轮齿与轴线的倾斜关系转向零件与轴的转动方向径向力指向轮心切向力主动轮，与转向相反 从动轮，与转向相同轴向力主、从动轮受力分析斜齿圆柱齿轮主、从动

2、轮受力分析直齿圆锥齿轮 圆柱蜗杆传动Fa1Fa2Fr2Fr1Ft1Ft2n1主、从动轮受力分析传动系统如图，已知轮4为输出轮，转向如图，试：1、合理确定蜗杆、蜗轮的旋向；2、标出各轮受力方向。1234n4n3n2练习n1径向力Fr 的方向：略传动系统如图，已知轮4为输出轮，转向如图，试：1、合理确定蜗杆、蜗轮的旋向；2、标出各轮受力方向。1234n4n3n2Fa3Fa2Ft1Fa1Ft2Ft3Ft4例Fa4n1径向力Fr 的方向：略右旋图示为一起重装置，欲使重物上升，试在图上画出：433221电机例1、电机转向n1 ； 2、斜齿轮2的旋向； 3、啮合点受力方向。径向力Fr 的方向：略图示为一起

3、重装置，欲使重物上升，试在图上画出：n2n3Fa2Fa3Ft3Ft2Ft3Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1433221电机1、电机转向n1 ； 2、斜齿轮2的旋向； 3、啮合点受力方向。n4径向力Fr 的方向：略图示为一起重装置，欲使重物上升，试在图上画出：n2n3Fa2Fa3Ft3Ft2Ft3Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1433221电机1、电机转向n1 ； 2、斜齿轮2的旋向； 3、啮合点受力方向。n4径向力Fr 的方向：略2-12试分析图2-39中，当分别以轮1、轮2为主动时，齿轮2的接触应力及弯曲应力的循环特征。当以轮1为主动轮时，齿轮2的

4、接触应力为脉动循环的变应力，循环特征r=0；因此时，齿轮2为双向工作，故弯曲应力为对称循环变应力，循环特征r=-1。当以轮2为主动轮时，齿轮2的接触应力为脉动循环变应力，循环特征r=0；因此时，齿轮2为单向工作，故弯曲应力为脉动循环变应力，循环特征r=0。 2-15两级斜齿圆柱齿轮传动如图2-40所示。已知动力从轴I输入，转向如图中所示。请分析：（1）确定齿轮2、3、4的齿轮旋向和转向，要求轴II上两斜齿轮产生的轴向力可部分抵消；（2）标出齿轮2、3所受各分力的方向；（3）画出中间轴II及两斜齿圆柱齿轮2、3的空间受力简图。2-16图2-41所示斜齿圆柱齿轮传动，齿轮2为主动轮，齿轮齿数 ，模

5、数 ， 。（1）请在图中补上齿轮2的转向和螺旋线方向，并分析从动轮的 各分力的大小和方向。（2）齿轮回转方向不变，而轮齿倾斜方向取与图示相反时，分析从动轮 的各分力的大小和方向。齿轮计算例题选择材料、热处理方式（一般工况下）强度计算确定齿轮的几何参数（齿数、模数、中心距、齿宽）齿轮结构（零件图、加工）闭式软齿面齿轮闭式硬齿面齿轮开式齿轮初选小齿轮齿数、齿宽系数齿面接触强度设计齿根弯曲强度校核齿根弯曲强度设计齿面接触强度校核齿根弯曲强度设计4. 初步估算小齿轮直径名义转矩许用接触应力齿宽系数 选择原则1.齿顶圆小,齿坯小2.齿槽小,切削量小3.重合度大4.相对滑动小齿数互质选择原则齿数互质开式齿

6、轮传动弯曲精确校核例2-1 带式运输机标准直齿圆柱齿轮传动名义功率 小齿轮转速传动比预期使用寿命10年，每年300个工作日，每日工作8h，工作时间20%电动机；中等振动，传动不逆转；齿轮对称布置；传动尺寸无严格限制；小批量生产；齿面允许少量点蚀；无严重过载确定 功率 转速 传动比1. 明确工作要求与条件寿命原动机工作机精度温度结构形式2. 选择材料、热处理、齿面硬度表2-11表2-12调制 平均小齿轮大齿轮调制 平均软齿面 齿面接触强度设计齿根弯曲强度校核3. 初步选定精度等级表2-1表2-28级精度 4. 初步估算小齿轮直径名义转矩许用接触应力齿宽系数软齿面初估表B-1表B-3表B-2P26

7、5 附录B639MPa522MPa初取5. 校核表2-1与精度等级适应不合适，需要调整精度6. 初取 表2-4标准值 取互质 选择原则1.齿顶圆小,齿坯小2.齿槽小,切削量小3.重合度大4.相对滑动小齿数互质7. 校核传动比误差调整齿数精确校核接触疲劳强度计算齿轮参数 校核 弯曲疲劳强度无严重过载，不需做静强度校核表2-5选择材料，热处理方式，硬度初选精度计算小齿轮直径，初取小齿轮直径闭式、软齿面初取小齿轮齿数，计算大齿轮齿数，取整数计算线速度，校核精度计算模数，取标准值，大于1.52计算小齿轮齿数，计算大齿轮齿数，取整数，互质校核传动比误差精确校核接触疲劳强度精确校核弯曲疲劳强度几何尺寸计算

8、选择齿宽系数例2-2 斜齿轮初取 初取 比较初取圆整选择材料，热处理方式，硬度初选精度计算小齿轮直径，初取小齿轮直径闭式、软齿面初取小齿轮齿数，计算大齿轮齿数，取整数计算线速度，校核精度计算端面模数计算螺旋角校核传动比误差精确校核接触疲劳强度精确校核弯曲疲劳强度几何尺寸计算初取螺旋角计算法面模数，取标准值，大于1.52中心距圆整，计算精确螺旋角选择齿宽系数硬齿面选择材料、热处理、齿面硬度、精度硬齿面取标准值初取计算选择原则齿数互质校核精度等级校核传动比误差精确校核计算齿轮参数 圆整校核选择材料，热处理方式，硬度初选精度计算法向模数，取标准值，大于1.52闭式、硬齿面计算线速度，校核精度计算螺旋

9、角校核传动比误差精确校核接触疲劳强度精确校核弯曲疲劳强度几何尺寸计算初取螺旋角中心距圆整，计算精确螺旋角选择齿宽系数，选择小齿轮齿数，计算大齿轮齿数开式齿轮传动弯曲精确校核齿数的选择 相同小齿轮齿数软齿面 硬齿面 顶圆小加工量小重合度大相对滑动小大齿轮齿数互质 角便于加工轴承孔中心距圆整应力循环系数每转中啮合次数机械设计的目的1）树立正确的设计思想2）掌握普通工作条件下，一般参数的通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律。3）掌握一定的设计技能（查阅资料，运用标准、规范） 。培养机械工程设计能力根据齿轮工作情况，确定齿轮传动的载荷选择齿轮的材料，确定热处理方式，齿面硬度选择计算齿轮的齿数计算齿

10、轮的许用/接触或弯曲疲劳强度选择强度设计公式确定有关有关参数（查表或图）计算设计参数d,m及传动主要尺寸确定齿轮的结构形式及润滑绘制零件工作图进行强度校核3-7图3-17所示为斜齿轮-蜗杆减速器，小齿轮由电机驱动，转向如图。已知：蜗轮右旋；电机功率P=4.5kW，转速n=1450r/min；齿轮传动的传动比 ；蜗杆传动效率 ，传动比 ，蜗杆头数 ，模数 ，分度圆直径 ，压力角 ，齿轮传动效率损失不计。试完成以下工作：（1）使中间轴上所受轴向力部分抵消，确定各轮的转向和回转方向。（2）求蜗杆在啮合点的各分力的大小，在图上画出力的方向。 3-8手把传递的转矩为：蜗杆传递的转矩为：由可得蜗杆的导程角

11、为由式（3-5）可知蜗杆的传动效率为蜗轮传递的转矩为：蜗轮的圆周力为由可知因为所以不满足自锁条件，在升举后松开手时，重物可以自行下降。3-10 4-27V型带传动，已知小带轮为主动轮，直径 ，转速 ；大轮直径 ；V型带传动的滑动率 。求大轮转速 。 4-28已知一V型带传动，传递的功率 ，带速，紧边拉力是松边拉力的三倍。求有效拉力 和紧边拉力 。 4-29欧拉公式螺纹6-1试找出图6-27中所示螺纹连接结构中的错误，并改正。弹簧垫圈通孔通孔底孔螺纹孔受轴向力翻转力矩普通紧螺栓连接受横向力受旋转力矩汇总受横向力铰制孔螺栓连接受旋转力矩汇总6-13有一刚性凸缘联轴器，用材料为Q235的普通螺栓连接

12、以传递转矩T，现欲提高其传递的转矩，但限于结构不能增加螺栓的直径和数目，试提出三种能提高联轴器传递转矩的方法。 可以适当增加结合面的数量； 可以适当增加预紧力； 可以适当增加接合面的粗糙度，以提高摩擦因数。6-26图6-43为由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架，两块边板各用4个螺栓与工字钢相连接，托架所受载荷随吊重量不同而变化，其最大载荷为20kN。试确定应采用哪种连接类型，并计算出螺栓直径。（1）采用普通螺栓连接螺栓组受横向载荷：旋转力矩：（2）采用铰制孔螺栓连接力 移到 螺栓组的形心（1）采用铰制孔螺栓连接选取螺栓强度等级为4.6级，可得取螺栓连接的安全系数则螺栓材料的许用剪应

13、力许用挤压应力则所需的螺栓危险剖面的直径为按许用剪应力计算 按许用挤压应力计算 按GB169-81，选用M12的螺栓。（2）采用普通螺栓连接 在横向载荷作用下，各螺栓所受预紧力 在旋转力矩作用T下，各螺栓所受预紧力，由公式（6-27）可得讨论1选取螺栓强度等级为10.9级，可得取螺栓连接的安全系数则螺栓材料的许用应力则所需的螺栓危险剖面的直径为按GB169-81，选用M16的螺栓 ？=7.07 第一种方法摩擦力第二种方法=95.71 KN在横向载荷20kN的作用下，各螺栓所受的横向力为在旋转力矩T的作用下，各螺栓所受横向力为（1）采用铰制孔螺栓连接？按GB169-81，选用M24的螺栓。6-3

14、3图6-50所示为悬挂吊车轨道的托架，可用两个普通螺栓连接在钢梁上。已知起吊重物时托架所受最大作用力P=10kN，钢梁和托架材料均为A3钢，有关尺寸如图6-50所示。试设计此螺栓连接。承受轴向力和翻转力矩的作用： 轴向力： 翻转力矩： 左边螺栓1所受的工作拉力最大，为（2）求螺栓所受总拉力取螺栓相对刚度则取剩余预紧力 （3）确定螺栓直径选取螺栓强度等级为4.6级，可得取螺栓连接的安全系数则螺栓材料的许用应力则所需的螺栓危险剖面的直径为按GB169-81，选用M14的螺栓。（4）校核螺栓组连接的工作能力 连接接合面一端的挤压应力不得超过许用值，以防止接合面下段压碎，即接合面有效面积抗弯截面模量由

15、相关机械设计手册，可知故该连接接合面的下端不至于压碎。 连接接合面上端应保持一定的剩余预紧力，以防止托架受力时接合面产生间隙故接合面上端受压最小处不会产生间隙综上所述，采用两个M14的螺栓，可以满足设计要求。轴设计计算作业中，抄作业比较严重，出现一个班十几个同学同时抄错题目的现象，请课代表督促同学认真完成作业。轴设计计算作业中，一部分同学没有画轴弯矩转矩图，而是直接取了左右两个弯矩中较大值和扭矩相加，这种做法不严谨，因为轴的扭矩可以在左边也可以在右边，需要分两种情况讨论。假设扭矩在左边，则M=max(T+M左,M右) ，扭矩在右边，则M=max(M左,M右+T)齿轮设计作业，部分同学螺旋角大于15，螺旋角过大的斜齿轮比较少见也不便于加工。此时应该调整模数和齿数，重新设计尺寸。斜齿轮，蜗杆蜗轮混合轴系的轴向力和轮转向问题，比较容易错，而且容易全错。希望老师再强调一下轴向力的判断方法。课堂测验的点名有代替同学签到的现象。带传动，螺栓连接，滑动轴承三章比较简