精密机械设计复习详解.ppt

1、第1页,说明：这是助教整理过的ppt，精简版，用于复习。 李老师出题不偏，都是他上课讲到的部分，布置的作业也是有针对性的。故复习的重点还是要回归到书本，看李老师讲过的，再好好的消化作业，PPT里的部分例题也很典型的。 助教说答疑的时候会说一些重点，但不可能全部说，也不可能透露题目，仅仅是大概提提。机械这么课学分挺重，每年也有挂科的人。故希望大家考前这段时间还是要好好复习，不要寄全部希望于最后一节答疑课。 祝好。 冯翰信,2020年6月24日星期三,机械设计复习,2020年6月24日星期三,第一章 机械设计基础知识,第4页,零件的工作能力,零件的工作能力： 强度： 强度是零件抵抗外载荷作用的能力

2、。强度不足时，零件将发生断裂或产生塑性变形，使零件丧失工作能力而失效。 刚度： 刚度是反映零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 稳定性： 在变载荷作用下，零件将产生机械振动，如果零件的固有频率与载荷的频率相同时，将发生共振。一般情况下，共振将使零件丧失工作能力而失效。,第5页,名义载荷、计算载荷,在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷。 为了提高零件的工作可靠性，必须考虑影响零件强度的各种因素，如零件的变形、工作阻力的变动、工作状态的不稳定等。为计入上述因素，将名义载荷乘以某些系数，作为计算时采用的载荷，此载荷称为计算载荷。 Fj=kF,第6页,变应力下的强度,疲劳破坏 在变

3、应力作用下，零件的一种失效形式将是疲劳断裂，这种失效形式不仅与变应力的大小有关，也与应力循环的次数有关。表面无缺陷的金属材料的疲劳断裂过程可分为两个阶段，第一阶段是在变应力的作用下，零件材料表面开始滑移而形成初始裂纹；第二阶段是在变应力作用下初始裂纹扩展以致断裂。实际上，由于材料具有晶界夹渣、微孔以及机械加工造成的表面划伤、裂纹等缺陷，材料的疲劳断裂过程只经过第二阶段。零件上的圆角、凹槽、缺口等造成的应力集中也会促使零件表面裂纹的生成和扩展。,第7页,疲劳点蚀,在循环接触应力作用下，接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表层小块金属剥落，这种失效形式称为疲劳点蚀。点蚀将使零件表面失去正确的形状，降

4、低工作精度，引起附加动载荷，产生噪声和振动，并降低零件的使用寿命。,第8页,从零件开始工作到磨损量超过允许值而失效的整个工作期间，可以分为三个阶段（图1-6）。,机械零件的耐磨性,2020年6月24日星期三,第三章 零件的几何精度,第10页,互换性的基本概念,互换性是指在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挑选、调整或修配，就能装在仪器上，达到规定的功能要求，这样的一批零件或部件称为具有互换性。 完全互换：从同一规格的一批零件中任取一件，不经任何修配就能装到部件或机器上，而且能满足规定的性能要求。这种互换性称为完全互换。 不完全互换：如果把一批两种互相配合的零件按尺寸大小分成若干组，

5、在一个组内的零件才有互换性；或者虽不分组，但需做少量修配和调整工作，才具有互换性，这种互换性称不完全互换。,第11页,互换性的作用,1) 有利于组织专业化生产； 2) 产品设计标准化，缩短设计周期； 3) 维修时易更换配件，减少修理时间和费用，保证设备原有的性能。 问题？何为互换性？互换性在机械制造业中的作用是什么？,2020年6月24日星期三,第四章 平面机构的结构分析,第13页,运动副,运动副： 高副：约束1个自由度，点、线接触。 低副：约束2个自由度，面接触。,第14页,平面机构的自由度,F3n2PLPH 机构具有确定运动的条件：只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。 F

6、7=3n-2pL-pH=3x3-2x4-0=1 有确定运动 F8=3n-2pL-pH=3x4-2x5-0=2 无确定运动,第15页,复合铰链、虚约束、局部自由度,F9=3n-2pL-pH=3x5-2x7-0=1,F14=3n-2pL-pH=3x3-2x4-0=1,F12=3n-2pL-pH=3x7-2x10-0=1,F13=3n-2pL-pH=3x2-2x2-1=1,第16页,平面机构的组成原理,平面机构的高副低代 机构的运动保持不变，代替机构和原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。 高副低代的最简单方法是用两个转动副和一个构件来代替一个高副。,第17页,平面机构组成原理-杆组,设

7、杆组由n个构件和pL个平面低副所组成，那么它们之间必满足下述条件： F=3n-2PL=0 或 2PL=3n 由于构件数n和运动副pL数必须是整数，故满足上述条件的最简单杆组为： n=2，PL=3。级杆组。 n=4，pL=6。级杆组。 n=6，pL=9。级杆组。,第18页,2020年6月24日星期三,第五章 平面连杆机构,第20页,铰链四杆机构的三种基本型式,曲柄摇杆机构 a) 双曲柄机构 b) 双摇杆机构 c),第21页,曲柄存在条件,1）最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和称为杆长条件。 2）连架杆或机架之一为最短杆。,该机构中构件a最短，构件a能否整周回转？,第22页,压力角与传动角

8、,力F与Vc之间的夹角称为压力角 连杆与从动件轴线之间所夹锐角来判断四杆机构的传动性能的好坏，角称为传动角,第23页,行程速度变化系数,1.极位夹角 当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位置所夹的角。 曲柄摇杆机构的极位夹角,第24页,当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。,2. 急回运动,第25页,3 .行程速比系数,K-机构从动杆行程速度变化系数； -极位夹角，即曲柄在两极限位置时所夹锐角，也等于导杆的摆角。,第26页,4、死点位置,所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90时机构所处的位置。,第27页,例题,1在偏置曲柄滑块

9、机构中，要求滑块的行程为50毫米，其行程速度变化系数为1.5，导路的偏置量为20毫米。设计这一机构。,2020年6月24日星期三,第六章 凸轮机构,第29页,基圆,基圆半径rb,推程,推程角,升距h,远停,远停角s,回程,回程角,近停,近停角s,位移曲线,凸轮机构中的名词解释,第30页,1. 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计,已知凸轮的基圆半径rb，凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。, 选比例尺l，作位移曲线和基圆rb。, 等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。, 确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。,设计步骤, 将各尖顶点连接成一条

10、光滑曲线。,第31页,凸轮机构压力角的确定,凸轮机构基本尺寸的确定,第32页,基圆半径的确定,基圆半径rb减小时，将使压力角变大；反之，压力角减小。,第33页,例题,一个偏心尖顶直动从动件盘形凸轮机构，凸轮机构的基圆半径为100mm，偏心距为100mm。凸轮的推程阶段轮廓线为渐开线（渐开线的基圆半径为100mm，基圆圆心位于凸轮的回转中心）。当凸轮以角速度10rad/s匀速转动时，从动件上升到行程一半时从动件速度为多少？从动件上升过程中速度如何变化？（v=R）,第34页,例题,在图示偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构中，凸轮1的工作轮廓为圆，其圆心和半径分别为C和R，凸轮1沿逆时针方向转动，推动从

11、动件往复移动。已知：R=100mm，OC=20mm，偏距e=10mm，滚子半径=10mm，试问： 凸轮基圆半径r0=?，从动件行程h=? 推程运动角0=?，回程运动角0 =?，远休止角s=?，近休止角s =? 凸轮机构的最大压力角max=?，最小压力角min=?，又分别在工作轮廓上哪点出现？,2020年6月24日星期三,第七章 摩擦传动和带传动,第36页,特点,1 传动带具有挠性和弹性，可吸收振动和缓和冲击，使传动平稳噪音小； 2 当过载时,传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其它零件,起过载保护作用； 3 适合于主、从动轴间中心距较大的传动； 4 结构简单，制造、安装和维护都较方便； 5

12、传动比不稳定、效率较低，传动功率一般P50kW、线速度v=525(40)m/s、传动比35(10)；,第37页,三、带传动的几何关系,带传动的主要几何参数： 带轮直径D1和D2，中心距a，带长度L，包角。各参数间的关系如图7-12所示。其近似几何关系为,第38页,四、带传动的受力分析,静止时，带两边的拉力相等且等于张紧力F0（见图a）;传动时，由于带与轮面间摩擦力的作用，带两边的拉力就不再相等（图7-13）。即将绕进主动轮的一边，拉力由F0增到 F1，称为紧边拉力，而另一边带的拉力由F0减为F2 ,称为松边拉力。两边拉力之差为 F1 - F2= Ft Ft 即为带传动所能传递的有效圆周力，称为

13、有效拉力。其值等于沿任一个带轮的接触弧上摩擦力的总和。,第39页,最大有效拉力的影响因素,预紧力F0 ： 小轮包角 ： 摩擦系数f ：,F0越大越好吗？ 越小呢？,摩擦系数取值,橡胶 钢 橡胶 铸铁,第40页,五、带传动的应力分析,带传动工作时的应力有：由紧边和松边拉力所产生的应力；由离心力产生的应力以及由于带在带轮上弯曲产生的应力。,第41页,带传动的应力分析,带工作时所受总应力即为上述三种应力之和。 带中的应力为变应力，其最大应力为： max=1+b1+c 此最大应力发生在带紧边进人小带轮处。 带工作时，如果最大应力超过带的许用应力，带将产生疲劳破坏。 三种应力中以弯曲应力b1对传动带的寿

14、命影响最大。为控制弯曲应力b1不致过大，则小带轮直径不宜过小,带传动失效形式1：带的疲劳破坏,第42页,1）定义：带工作时，随着有效拉力增加，滑动角增加，静角减小。滑动角增加到整个包角时，带的有效拉力达到最大值，带开始沿着带轮滑动，此时称为带的打滑。 2）产生的原因：外载荷增加，使得 Fe=FecFfmax 3）特点：可以避免的。 4）后果：带的磨损急剧增加、噪声和严重发热，从动轮的转速急剧下降，直至传动失效。,带传动失效形式2：带的打滑,带的打滑,带传动的打滑有何用途？,2020年6月24日星期三,第八章 齿轮传动,第44页,齿廓啮合基本定律,P点为节点 为使齿轮瞬时传动比保持恒定：不论两齿

15、廓在任何位置接触，过接触点（啮合点）的公法线必须与两齿轮的连心线交于一定点 P。这是齿廓啮合的基本定律。,第45页,模数的量纲 mm ，确定模数m实际上就是确定周节p,也就是确定齿厚和齿槽宽e。模数m越大，周节p越大，齿厚s和齿槽宽e也越大。 推论，模数越大，轮齿的抗弯强度越大。,这是一组齿数相同，模数不同的齿轮。,确定模数的依据 根据轮齿的抗弯强度选择齿轮的模数,模数的意义,第46页,渐开线圆柱齿轮传动,正确啮合条件,第47页,连续传动条件,1.2 与m 无关，随z1,z2及ha*的增大而增大。,第48页,重合度的意义,齿轮啮合过程中，有两对齿同时啮合和只有一对齿啮合情形，若=1.25，在齿

16、轮转过一个基节Pb的时间T内， 有25%的时间是两对齿啮合，75%的时间是一对齿啮合，这就是重合度的意义。 若=1.64，两对齿占64%，一对占36%。 重合度不仅是齿轮传动的连续性条件，而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标。,第49页,根切现象,第50页,变位齿轮的齿形变化,变位齿轮,第51页,1、避免轮齿根切 为使齿轮传动的结构紧凑，应尽量减少小齿轮的齿数，当z的正传动时，可以提高齿轮的接触强度和弯曲强度，若适当选择变位系数x1,x2，还能大幅度降低滑动系数，提高齿轮的耐磨损和抗胶合能力。,变位齿轮的应用,第52页,疲劳点蚀,由表面接触应力引起零件的破坏形式疲劳点蚀 在循环接触应力

17、作用下，接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表层小块金属剥落，这种失效形式称为疲劳点蚀。 提高齿面的硬度和降低表面粗糙度值，在许可范围内采用最大的移距系数和 x=x1+x2 （增大齿轮传动的综合曲率半径），以及增大润滑油粘度与减小动载荷等，都可提高齿面的接触疲劳强度。,第53页,直齿圆柱齿轮受力分析,作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反； 圆周力Ft ：在主动轮上Ft1与运动方向n1相反，在从轮上Ft2与运动方向n2相同； 径向力Fr 的方向对两轮都是由作用点指向轮心（内齿轮为远离轮心方向） 。,第54页,斜齿圆柱齿轮,第55页,圆周力：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同 径向力：指向

18、圆心 轴向力：可用左、右手判断。,力的方向,第56页,小圆锥齿轮上各分力： （按平均直径dm1计算）,式中 T1 小齿轮上的转矩； dm1小齿轮上的平均分度圆直径。,圆锥齿轮传动,第57页,力的方向,圆周力Ft：主动轮与转向相反；从动轮与转向相同。,径向力Fr：指向圆心,轴向力Fa：小端指向大端,第58页,蜗杆传动,主平面 图8-52为使用阿基米德蜗杆的蜗杆传动。在通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的剖面（主平面）上，蜗杆齿廓为直线，相当于齿条，蜗轮齿廓为渐开线，相当于齿轮。所以，在主平面内，就相当于齿条齿轮传动。,蜗杆传动的设计计算以主平面为准。,第59页,蜗杆蜗轮的正确啮合条件,第60页,蜗杆传

19、动的受力分析,在蜗杆传动中，作用在齿面上的法向作用力Fn可分解为三个分力：圆周力Ft、径向力Fr 和轴向力Fa（图8-54）。,第61页,力的方向,当蜗杆为主动件时（一般情况均是如此） 蜗杆上的圆周力 Ft1 的方向与蜗杆齿在啮合点的运动方向 n1 相反； 蜗轮上的圆周力 Ft2 的方向与蜗轮齿在啮合点的运动方向 n2 相同； 径向力 Fr 的方向在蜗杆、蜗轮上都是由啮合点分别指向轴心。 轴向力 Fa 由主动件左右手定则来判断，也可按照Fa1与 Ft2方向相反， Ft1与 Fa2的方向相反判断。,第62页,蜗杆传动受力分析示例,第63页,定轴轮系的传动比计算,1、定轴轮系的传动比,输入轴与输出轴之间的传动比为:,轮系中各对啮合齿轮的传动比大小为：,一般定轴轮系的传动比计算公式为：,第64页,周转轮系,给整个周转轮系加一个与系杆H的角速度大小相等、方向