機械設(shè)計課件：機械練習(xí)2

1、例 題 分 析在圖示傳動系統(tǒng)中，件1、5為蝸桿，件2、6為蝸輪，件3、4為斜齒輪，件7、8為錐齒輪。已知蝸桿1為主動，要求輸出輪8的回轉(zhuǎn)方向如圖示。試確定：1）各軸的回轉(zhuǎn)方向（畫在圖上）；2）考慮、軸上所受軸向力能抵消一部分，定出各輪的螺旋線方向（畫 在圖上）；3）畫出各輪的軸向力的方 向，并畫出輪4所受的 力。nFa7Fa6Ft5nnnFt6Fa5Fa4Fa3Fa2Ft1n1Ft2Fa1齒輪4：Ft4Fr4Fa4斜齒圓柱齒輪直齒圓錐齒輪蝸桿傳動旋向-輪齒與軸線的傾斜關(guān)系轉(zhuǎn)向零件與軸的轉(zhuǎn)動方向徑向力指向輪心切向力主動輪，與轉(zhuǎn)向相反 從動輪，與轉(zhuǎn)向相同軸向力主、從動輪受力分析斜齒圓柱齒輪主、從動

2、輪受力分析直齒圓錐齒輪 圓柱蝸桿傳動Fa1Fa2Fr2Fr1Ft1Ft2n1主、從動輪受力分析傳動系統(tǒng)如圖，已知輪4為輸出輪，轉(zhuǎn)向如圖，試：1、合理確定蝸桿、蝸輪的旋向；2、標(biāo)出各輪受力方向。1234n4n3n2練習(xí)n1徑向力Fr 的方向：略傳動系統(tǒng)如圖，已知輪4為輸出輪，轉(zhuǎn)向如圖，試：1、合理確定蝸桿、蝸輪的旋向；2、標(biāo)出各輪受力方向。1234n4n3n2Fa3Fa2Ft1Fa1Ft2Ft3Ft4例Fa4n1徑向力Fr 的方向：略右旋圖示為一起重裝置，欲使重物上升，試在圖上畫出：433221電機例1、電機轉(zhuǎn)向n1 ； 2、斜齒輪2的旋向； 3、嚙合點受力方向。徑向力Fr 的方向：略圖示為一起

3、重裝置，欲使重物上升，試在圖上畫出：n2n3Fa2Fa3Ft3Ft2Ft3Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1433221電機1、電機轉(zhuǎn)向n1 ； 2、斜齒輪2的旋向； 3、嚙合點受力方向。n4徑向力Fr 的方向：略圖示為一起重裝置，欲使重物上升，試在圖上畫出：n2n3Fa2Fa3Ft3Ft2Ft3Fa4n3n2n1Fa2Fa1Fa3Ft4Ft2Ft1433221電機1、電機轉(zhuǎn)向n1 ； 2、斜齒輪2的旋向； 3、嚙合點受力方向。n4徑向力Fr 的方向：略2-12試分析圖2-39中，當(dāng)分別以輪1、輪2為主動時，齒輪2的接觸應(yīng)力及彎曲應(yīng)力的循環(huán)特征。當(dāng)以輪1為主動輪時，齒輪2的

4、接觸應(yīng)力為脈動循環(huán)的變應(yīng)力，循環(huán)特征r=0；因此時，齒輪2為雙向工作，故彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，循環(huán)特征r=-1。當(dāng)以輪2為主動輪時，齒輪2的接觸應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，循環(huán)特征r=0；因此時，齒輪2為單向工作，故彎曲應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，循環(huán)特征r=0。 2-15兩級斜齒圓柱齒輪傳動如圖2-40所示。已知動力從軸I輸入，轉(zhuǎn)向如圖中所示。請分析：（1）確定齒輪2、3、4的齒輪旋向和轉(zhuǎn)向，要求軸II上兩斜齒輪產(chǎn)生的軸向力可部分抵消；（2）標(biāo)出齒輪2、3所受各分力的方向；（3）畫出中間軸II及兩斜齒圓柱齒輪2、3的空間受力簡圖。2-16圖2-41所示斜齒圓柱齒輪傳動，齒輪2為主動輪，齒輪齒數(shù) ，模

5、數(shù) ， 。（1）請在圖中補上齒輪2的轉(zhuǎn)向和螺旋線方向，并分析從動輪的 各分力的大小和方向。（2）齒輪回轉(zhuǎn)方向不變，而輪齒傾斜方向取與圖示相反時，分析從動輪 的各分力的大小和方向。齒輪計算例題選擇材料、熱處理方式（一般工況下）強度計算確定齒輪的幾何參數(shù)（齒數(shù)、模數(shù)、中心距、齒寬）齒輪結(jié)構(gòu)（零件圖、加工）閉式軟齒面齒輪閉式硬齒面齒輪開式齒輪初選小齒輪齒數(shù)、齒寬系數(shù)齒面接觸強度設(shè)計齒根彎曲強度校核齒根彎曲強度設(shè)計齒面接觸強度校核齒根彎曲強度設(shè)計4. 初步估算小齒輪直徑名義轉(zhuǎn)矩許用接觸應(yīng)力齒寬系數(shù) 選擇原則1.齒頂圓小,齒坯小2.齒槽小,切削量小3.重合度大4.相對滑動小齒數(shù)互質(zhì)選擇原則齒數(shù)互質(zhì)開式齒

6、輪傳動彎曲精確校核例2-1 帶式運輸機標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動名義功率 小齒輪轉(zhuǎn)速傳動比預(yù)期使用壽命10年，每年300個工作日，每日工作8h，工作時間20%電動機；中等振動，傳動不逆轉(zhuǎn)；齒輪對稱布置；傳動尺寸無嚴(yán)格限制；小批量生產(chǎn)；齒面允許少量點蝕；無嚴(yán)重過載確定 功率 轉(zhuǎn)速 傳動比1. 明確工作要求與條件壽命原動機工作機精度溫度結(jié)構(gòu)形式2. 選擇材料、熱處理、齒面硬度表2-11表2-12調(diào)制 平均小齒輪大齒輪調(diào)制 平均軟齒面 齒面接觸強度設(shè)計齒根彎曲強度校核3. 初步選定精度等級表2-1表2-28級精度 4. 初步估算小齒輪直徑名義轉(zhuǎn)矩許用接觸應(yīng)力齒寬系數(shù)軟齒面初估表B-1表B-3表B-2P26

7、5 附錄B639MPa522MPa初取5. 校核表2-1與精度等級適應(yīng)不合適，需要調(diào)整精度6. 初取 表2-4標(biāo)準(zhǔn)值 取互質(zhì) 選擇原則1.齒頂圓小,齒坯小2.齒槽小,切削量小3.重合度大4.相對滑動小齒數(shù)互質(zhì)7. 校核傳動比誤差調(diào)整齒數(shù)精確校核接觸疲勞強度計算齒輪參數(shù) 校核 彎曲疲勞強度無嚴(yán)重過載，不需做靜強度校核表2-5選擇材料，熱處理方式，硬度初選精度計算小齒輪直徑，初取小齒輪直徑閉式、軟齒面初取小齒輪齒數(shù)，計算大齒輪齒數(shù)，取整數(shù)計算線速度，校核精度計算模數(shù)，取標(biāo)準(zhǔn)值，大于1.52計算小齒輪齒數(shù)，計算大齒輪齒數(shù)，取整數(shù)，互質(zhì)校核傳動比誤差精確校核接觸疲勞強度精確校核彎曲疲勞強度幾何尺寸計算

8、選擇齒寬系數(shù)例2-2 斜齒輪初取 初取 比較初取圓整選擇材料，熱處理方式，硬度初選精度計算小齒輪直徑，初取小齒輪直徑閉式、軟齒面初取小齒輪齒數(shù)，計算大齒輪齒數(shù)，取整數(shù)計算線速度，校核精度計算端面模數(shù)計算螺旋角校核傳動比誤差精確校核接觸疲勞強度精確校核彎曲疲勞強度幾何尺寸計算初取螺旋角計算法面模數(shù)，取標(biāo)準(zhǔn)值，大于1.52中心距圓整，計算精確螺旋角選擇齒寬系數(shù)硬齒面選擇材料、熱處理、齒面硬度、精度硬齒面取標(biāo)準(zhǔn)值初取計算選擇原則齒數(shù)互質(zhì)校核精度等級校核傳動比誤差精確校核計算齒輪參數(shù) 圓整校核選擇材料，熱處理方式，硬度初選精度計算法向模數(shù)，取標(biāo)準(zhǔn)值，大于1.52閉式、硬齒面計算線速度，校核精度計算螺旋

9、角校核傳動比誤差精確校核接觸疲勞強度精確校核彎曲疲勞強度幾何尺寸計算初取螺旋角中心距圓整，計算精確螺旋角選擇齒寬系數(shù)，選擇小齒輪齒數(shù)，計算大齒輪齒數(shù)開式齒輪傳動彎曲精確校核齒數(shù)的選擇 相同小齒輪齒數(shù)軟齒面 硬齒面 頂圓小加工量小重合度大相對滑動小大齒輪齒數(shù)互質(zhì) 角便于加工軸承孔中心距圓整應(yīng)力循環(huán)系數(shù)每轉(zhuǎn)中嚙合次數(shù)機械設(shè)計的目的1）樹立正確的設(shè)計思想2）掌握普通工作條件下，一般參數(shù)的通用機械零部件的設(shè)計原理、方法和一般規(guī)律。3）掌握一定的設(shè)計技能（查閱資料，運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范） 。培養(yǎng)機械工程設(shè)計能力根據(jù)齒輪工作情況，確定齒輪傳動的載荷選擇齒輪的材料，確定熱處理方式，齒面硬度選擇計算齒輪的齒數(shù)計算齒

10、輪的許用/接觸或彎曲疲勞強度選擇強度設(shè)計公式確定有關(guān)有關(guān)參數(shù)（查表或圖）計算設(shè)計參數(shù)d,m及傳動主要尺寸確定齒輪的結(jié)構(gòu)形式及潤滑繪制零件工作圖進行強度校核3-7圖3-17所示為斜齒輪-蝸桿減速器，小齒輪由電機驅(qū)動，轉(zhuǎn)向如圖。已知：蝸輪右旋；電機功率P=4.5kW，轉(zhuǎn)速n=1450r/min；齒輪傳動的傳動比 ；蝸桿傳動效率 ，傳動比 ，蝸桿頭數(shù) ，模數(shù) ，分度圓直徑 ，壓力角 ，齒輪傳動效率損失不計。試完成以下工作：（1）使中間軸上所受軸向力部分抵消，確定各輪的轉(zhuǎn)向和回轉(zhuǎn)方向。（2）求蝸桿在嚙合點的各分力的大小，在圖上畫出力的方向。 3-8手把傳遞的轉(zhuǎn)矩為：蝸桿傳遞的轉(zhuǎn)矩為：由可得蝸桿的導(dǎo)程角

11、為由式（3-5）可知蝸桿的傳動效率為蝸輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為：蝸輪的圓周力為由可知因為所以不滿足自鎖條件，在升舉后松開手時，重物可以自行下降。3-10 4-27V型帶傳動，已知小帶輪為主動輪，直徑 ，轉(zhuǎn)速 ；大輪直徑 ；V型帶傳動的滑動率 。求大輪轉(zhuǎn)速 。 4-28已知一V型帶傳動，傳遞的功率 ，帶速，緊邊拉力是松邊拉力的三倍。求有效拉力 和緊邊拉力 。 4-29歐拉公式螺紋6-1試找出圖6-27中所示螺紋連接結(jié)構(gòu)中的錯誤，并改正。彈簧墊圈通孔通孔底孔螺紋孔受軸向力翻轉(zhuǎn)力矩普通緊螺栓連接受橫向力受旋轉(zhuǎn)力矩匯總受橫向力鉸制孔螺栓連接受旋轉(zhuǎn)力矩匯總6-13有一剛性凸緣聯(lián)軸器，用材料為Q235的普通螺栓連接

12、以傳遞轉(zhuǎn)矩T，現(xiàn)欲提高其傳遞的轉(zhuǎn)矩，但限于結(jié)構(gòu)不能增加螺栓的直徑和數(shù)目，試提出三種能提高聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩的方法。 可以適當(dāng)增加結(jié)合面的數(shù)量； 可以適當(dāng)增加預(yù)緊力； 可以適當(dāng)增加接合面的粗糙度，以提高摩擦因數(shù)。6-26圖6-43為由兩塊邊板和一塊承重板焊成的龍門起重機導(dǎo)軌托架，兩塊邊板各用4個螺栓與工字鋼相連接，托架所受載荷隨吊重量不同而變化，其最大載荷為20kN。試確定應(yīng)采用哪種連接類型，并計算出螺栓直徑。（1）采用普通螺栓連接螺栓組受橫向載荷：旋轉(zhuǎn)力矩：（2）采用鉸制孔螺栓連接力 移到 螺栓組的形心（1）采用鉸制孔螺栓連接選取螺栓強度等級為4.6級，可得取螺栓連接的安全系數(shù)則螺栓材料的許用剪應(yīng)

13、力許用擠壓應(yīng)力則所需的螺栓危險剖面的直徑為按許用剪應(yīng)力計算 按許用擠壓應(yīng)力計算 按GB169-81，選用M12的螺栓。（2）采用普通螺栓連接 在橫向載荷作用下，各螺栓所受預(yù)緊力 在旋轉(zhuǎn)力矩作用T下，各螺栓所受預(yù)緊力，由公式（6-27）可得討論1選取螺栓強度等級為10.9級，可得取螺栓連接的安全系數(shù)則螺栓材料的許用應(yīng)力則所需的螺栓危險剖面的直徑為按GB169-81，選用M16的螺栓 ？=7.07 第一種方法摩擦力第二種方法=95.71 KN在橫向載荷20kN的作用下，各螺栓所受的橫向力為在旋轉(zhuǎn)力矩T的作用下，各螺栓所受橫向力為（1）采用鉸制孔螺栓連接？按GB169-81，選用M24的螺栓。6-3

14、3圖6-50所示為懸掛吊車軌道的托架，可用兩個普通螺栓連接在鋼梁上。已知起吊重物時托架所受最大作用力P=10kN，鋼梁和托架材料均為A3鋼，有關(guān)尺寸如圖6-50所示。試設(shè)計此螺栓連接。承受軸向力和翻轉(zhuǎn)力矩的作用： 軸向力： 翻轉(zhuǎn)力矩： 左邊螺栓1所受的工作拉力最大，為（2）求螺栓所受總拉力取螺栓相對剛度則取剩余預(yù)緊力 （3）確定螺栓直徑選取螺栓強度等級為4.6級，可得取螺栓連接的安全系數(shù)則螺栓材料的許用應(yīng)力則所需的螺栓危險剖面的直徑為按GB169-81，選用M14的螺栓。（4）校核螺栓組連接的工作能力 連接接合面一端的擠壓應(yīng)力不得超過許用值，以防止接合面下段壓碎，即接合面有效面積抗彎截面模量由

15、相關(guān)機械設(shè)計手冊，可知故該連接接合面的下端不至于壓碎。 連接接合面上端應(yīng)保持一定的剩余預(yù)緊力，以防止托架受力時接合面產(chǎn)生間隙故接合面上端受壓最小處不會產(chǎn)生間隙綜上所述，采用兩個M14的螺栓，可以滿足設(shè)計要求。軸設(shè)計計算作業(yè)中，抄作業(yè)比較嚴(yán)重，出現(xiàn)一個班十幾個同學(xué)同時抄錯題目的現(xiàn)象，請課代表督促同學(xué)認真完成作業(yè)。軸設(shè)計計算作業(yè)中，一部分同學(xué)沒有畫軸彎矩轉(zhuǎn)矩圖，而是直接取了左右兩個彎矩中較大值和扭矩相加，這種做法不嚴(yán)謹(jǐn)，因為軸的扭矩可以在左邊也可以在右邊，需要分兩種情況討論。假設(shè)扭矩在左邊，則M=max(T+M左,M右) ，扭矩在右邊，則M=max(M左,M右+T)齒輪設(shè)計作業(yè)，部分同學(xué)螺旋角大于15，螺旋角過大的斜齒輪比較少見也不便于加工。此時應(yīng)該調(diào)整模數(shù)和齒數(shù)，重新設(shè)計尺寸。斜齒輪，蝸桿蝸輪混合軸系的軸向力和輪轉(zhuǎn)向問題，比較容易錯，而且容易全錯。希望老師再強調(diào)一下軸向力的判斷方法。課堂測驗的點名有代替同學(xué)簽到的現(xiàn)象。帶傳動，螺栓連接，滑動軸承三章比較簡