機(jī)械設(shè)計(jì)課程的主要內(nèi)容課件

機(jī)械設(shè)計(jì)課程的主要內(nèi)容總論齒輪傳動(dòng)軸及軸系零、部件蝸桿傳動(dòng)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器聯(lián)接機(jī)械零部件的潤滑與密封彈簧機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的組成(1)

動(dòng)力系統(tǒng)

提供動(dòng)力、實(shí)施能量轉(zhuǎn)換

如：水輪機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)械能水能(自然界能源)電能(二次能源)(2)

傳動(dòng)系統(tǒng)

將動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置

功能：減速變速傳遞動(dòng)力改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律多驅(qū)動(dòng)(3)

執(zhí)行系統(tǒng)

直接完成預(yù)定任務(wù)的裝置(4)

操縱及控制系統(tǒng)使各部分協(xié)調(diào)動(dòng)作(5)

輔助裝置

如冷卻、潤滑、記數(shù)、照明機(jī)械能性質(zhì)和任務(wù)1.性質(zhì)2.任務(wù)3.機(jī)械零件設(shè)計(jì)的步驟機(jī)類各專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課樹立正確的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法具有初步設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置和簡單機(jī)械的能力了解機(jī)械系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)過程失效：零件失去正常工作的能力計(jì)算準(zhǔn)則：衡量零件工作能力的指標(biāo)受力分析選擇材料確定計(jì)算準(zhǔn)則技術(shù)文檔

理論計(jì)算(參數(shù)設(shè)計(jì))結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束條件式如強(qiáng)度準(zhǔn)則3.幾種穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力)(1)變應(yīng)力參數(shù)(以正應(yīng)力為例、可將替換(2)對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力(3)脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力應(yīng)力幅平均應(yīng)力已知2個(gè)參數(shù)可確定其余參數(shù)循環(huán)特征非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力(4)靜應(yīng)力二、靜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度條件1.危險(xiǎn)剖面的應(yīng)力正應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限應(yīng)力脆性材料取強(qiáng)度極限塑性材料取屈服極限2.危險(xiǎn)剖面的安全系數(shù)三、變應(yīng)力作用下的強(qiáng)度條件1.

靜、變應(yīng)力下的零件損壞和極限應(yīng)力(2)極限應(yīng)力靜應(yīng)力極限應(yīng)力：與材料性能有關(guān)變應(yīng)力疲勞極限：與材料有關(guān)外，還與循環(huán)特征r、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸、表面狀態(tài)有關(guān)(1)零件損壞機(jī)理靜應(yīng)力作用下：危險(xiǎn)剖面塑性變形或斷裂變應(yīng)力作用下：疲勞斷裂零件表面應(yīng)力超過極限值微裂紋擴(kuò)展斷裂3.不同應(yīng)力循環(huán)特征r

時(shí)的疲勞極限材料的極限應(yīng)力簡圖零件的疲勞極限則結(jié)論：對(duì)于塑性材料對(duì)于脆性材料以上正應(yīng)力公式，用替代則對(duì)剪應(yīng)力同樣適用。齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)閉式傳動(dòng)開式傳動(dòng)半開式傳動(dòng)—封閉在箱體內(nèi)，潤滑條件好—外露，潤滑較差，易磨損—介于上兩者之間,有防護(hù)罩齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳遞功率和轉(zhuǎn)速適用范圍廣；具有穩(wěn)定的傳動(dòng)比；效率高、結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：制造成本較高；精度低時(shí)，噪聲和振動(dòng)較大；不宜用于軸間距離較大的傳動(dòng)。

齒輪傳動(dòng)失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、失效1、輪齒折斷★

疲勞折斷★

過載折斷全齒折斷—常發(fā)生于齒寬較小的直齒輪局部折斷—常發(fā)生于齒寬較大的直齒輪，和斜齒輪措施：增大齒根圓角半徑、提高齒面精度、正變位、增大模數(shù)等5、齒面塑性變形措施：提高齒面硬度，采用油性好的潤滑油4、齒面磨損是開式傳動(dòng)的主要失效形式措施：改善潤滑和密封條件二、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要針對(duì)疲勞折斷和齒面點(diǎn)蝕這兩種失效形式齒根彎曲疲勞強(qiáng)度—齒輪抵抗輪齒疲勞折斷的能力齒面接觸疲勞強(qiáng)度—齒輪抵抗齒面疲勞點(diǎn)蝕的能力開式齒輪傳動(dòng)采用準(zhǔn)則二，但不校核齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一：對(duì)于閉式軟齒面（HBS≤350）傳動(dòng)，主要失效形式是齒面點(diǎn)蝕，所以按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二：對(duì)于閉式硬齒面（HBS>350）傳動(dòng)，主要失效形式是齒根彎曲疲勞折斷，所以按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析及計(jì)算載荷一、輪齒受力分析條件：標(biāo)準(zhǔn)齒輪并忽略齒面間的摩擦力圓周力—徑向力—法向力—各力方向：Ft1與主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相反Ft2與從動(dòng)輪回轉(zhuǎn)方向相同F(xiàn)r1

、Fr2分別指向各自齒輪的輪心各力關(guān)系：Fr1=-Fr2Ft1=-

Ft2Fn1=-Fn2討論：齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于分度圓直徑d齒寬b

的大小應(yīng)適當(dāng)，b過大會(huì)引起偏載令：ψd=b/d1—齒寬系數(shù)

軟齒面、對(duì)稱布置：ψd=0.8~1.4

非對(duì)稱布置：ψd=0.6~1.2懸臂布置、開式傳動(dòng)：ψd=0.3~0.4直齒輪取小斜齒輪取大硬齒面降低50%模數(shù)的大小對(duì)接觸強(qiáng)度無直接影響d越大，接觸強(qiáng)度σH越小,越大設(shè)計(jì)式：σH1=σH2，而σHP1≠σHP2設(shè)計(jì)時(shí)，σHP=min{σHP1,σHP2}求出d1→選擇z→計(jì)算m=d1/z1為便于裝配，取b1=b2+(5~10)mmb2=ψd

d1b1=b2b1>b2四、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算σF≤σFP校核式：設(shè)計(jì)式：討論：影響齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的主要參數(shù)是模數(shù)mm↑→彎曲強(qiáng)度→齒厚s→截面積↑→σF配對(duì)的大小齒輪的彎曲應(yīng)力不等計(jì)算模數(shù)時(shí)，比較與的大小，代入大值

單側(cè)受載時(shí)，σF看成脈動(dòng)循環(huán)，雙側(cè)受載時(shí)，σF看成對(duì)稱循環(huán)五、提高齒面接觸、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的主要措施各力關(guān)系：21各力方向：Ft、Fr與直齒輪相同F(xiàn)a—決定于齒輪的轉(zhuǎn)向和輪齒的旋向例：n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2Fa2Fa1用“主動(dòng)輪左、右手定則”判斷二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算斜齒輪的強(qiáng)度當(dāng)量直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度相當(dāng)于當(dāng)量直齒圓柱齒輪：模數(shù)=斜齒輪法面模數(shù)mn

壓力角=斜齒輪法面壓力角αn齒數(shù)=當(dāng)量齒數(shù)zv=z/cos3β分度圓直徑

dv=d/cos2β法向力=

斜齒輪的法向力Fn

把斜齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算問題轉(zhuǎn)化成直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算問題引入齒寬系數(shù)ψ

d=b/d1，得設(shè)計(jì)式：校核式：

相同條件下，斜齒輪接觸應(yīng)力比直齒輪小,故斜齒輪接觸強(qiáng)度比直齒輪大原因：●

重合度大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)多●

接觸線是傾斜的●

當(dāng)量齒輪直徑大，齒廓平直一、直齒錐齒輪傳動(dòng)受力分析作用于齒寬中點(diǎn)的法向力分解成三個(gè)分力：圓周力徑向力軸向力直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算各力方向：Ft、Fr與圓柱齒輪相同F(xiàn)a1、Fa2—分別指向各自齒輪的大端各力關(guān)系：校核式：設(shè)計(jì)式：同直齒輪校核式：設(shè)計(jì)式：按當(dāng)量齒數(shù)查圖表三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算二、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、帶傳動(dòng)的受力分析帶未工作之前，以一定的初拉力張緊在帶輪上，設(shè)初拉力為帶工作時(shí)，兩邊拉力不再相等，緊邊拉力由增加到，松邊拉力由減小到FfF0F0F1F2n1n2Ff帶工作前：帶工作時(shí)：

由于帶是彈性體，且?guī)У目傞L不變，因此緊邊拉力增量應(yīng)等于松邊拉力減量，即：所以有：有效拉力也即帶所能傳遞的圓周力，等于接觸面間的摩擦力總和，為緊邊、松邊的拉力差設(shè)帶傳遞的功率為P，帶速為v,則所需帶的有效拉力為：或要讓帶能正常工作，必須使：

當(dāng)帶與帶輪間的摩擦力達(dá)到極限值時(shí)，緊邊拉力與松邊拉力可用歐拉公式表示：極限摩擦力與下列因素有關(guān)：1、初拉力。越大，傳動(dòng)時(shí)的摩擦力也越大。2、包角.包角越大，極限摩擦力也越大。3、摩擦系數(shù)。越大，就越大。思考題：如何提高帶的承載能力？F0不能太大，否則帶的壓軸力也大，帶的壽命降低；F0不能太小，否則帶的傳動(dòng)能力不能充分發(fā)揮，容易打滑。四、傳動(dòng)帶的應(yīng)力分析1、拉應(yīng)力：緊邊松邊兩者相差越大，帶越易產(chǎn)生疲勞破壞！2、離心拉應(yīng)力：V越大，帶往外甩得越厲害，承載能力下降,所以：v<25m/s3、彎曲應(yīng)力：

為控制帶中的彎曲應(yīng)力不宜過大，因此必須限制小帶輪的最小直徑dd1

帶在預(yù)期壽命內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞的條件：

五、帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)與打滑彈性滑動(dòng)

帶是彈性體，受力后發(fā)生彈性變形，由于緊邊和松邊拉力不等，導(dǎo)致帶在帶輪上有微小的相對(duì)滑移現(xiàn)象。后果從動(dòng)輪的圓周速度下降功率損失、降低傳動(dòng)效率增加帶的磨損滑動(dòng)率：由于彈性滑動(dòng)引起從動(dòng)輪的圓周速度的相對(duì)降低量故帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)為：從動(dòng)輪的直徑和轉(zhuǎn)速分別為：在要求較高的場合，按上式計(jì)算帶輪直徑，圓整即可；在要求不高的場合，可用下式算帶輪直徑，再取標(biāo)準(zhǔn)值。2、打滑

當(dāng)帶傳遞的載荷增大，有效拉力也相應(yīng)增大，如果有效拉力達(dá)到或超過極限摩擦力時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)將在整個(gè)接觸弧上發(fā)生，導(dǎo)致帶傳動(dòng)失效的現(xiàn)象稱為打滑。帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，帶磨損相當(dāng)厲害，應(yīng)當(dāng)避免什么是彈性滑動(dòng)？什么是打滑？它們有何區(qū)別？六、帶傳動(dòng)的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則1）打滑2）疲勞破壞1、主要失效形式2、計(jì)算準(zhǔn)則既不打滑，由具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命七、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)——帶的型號(hào)、根數(shù)、長度等2、不打滑條件1、疲勞強(qiáng)度條件或1.概述撓性傳動(dòng)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)套筒滾子鏈與帶傳動(dòng)相比、鏈傳動(dòng)具有：(1)沒有滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確(2)張緊力小，故軸上受力小(3)能在高溫、潮濕、油污等惡劣環(huán)境下工作(4)工作時(shí)有沖擊和噪音，不宜在高速中使用(5)價(jià)昂鏈傳動(dòng)工作情況分析鏈的平均速度平均傳動(dòng)比2.鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比3.鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的不均勻性每一鏈節(jié)從進(jìn)入到脫離嚙合，鏈條前進(jìn)的瞬時(shí)速度周期性由?。螅∽兓秶矔r(shí)速度變化垂直分速度亦周期性變化，鏈條抖動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速越高節(jié)距越大(齒數(shù)越少)鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷越大4.鏈傳動(dòng)的失效及其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)類似，確定不發(fā)生失效的鏈條規(guī)格(鏈號(hào))設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：轉(zhuǎn)速鏈額定功率鏈號(hào)（節(jié)距）失效形式：(3)多次沖擊破斷(5)過載拉斷(4)膠合(2)鏈的疲勞破壞(1)鉸鏈磨損軸一、軸的功能及分類支撐回轉(zhuǎn)類零件，并使其有確定的工作位置，傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。功能：分類：1、按載荷性質(zhì)心軸傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸只承受彎矩不傳遞轉(zhuǎn)矩只傳遞轉(zhuǎn)矩不承受彎矩或彎矩很小即承受彎矩又傳遞轉(zhuǎn)矩二、軸的失效形式疲勞斷裂受彎矩或扭矩作用的軸其應(yīng)力多為變應(yīng)力，在變應(yīng)力的反復(fù)作用下軸易發(fā)生疲勞斷裂塑性變形瞬時(shí)過載很大，應(yīng)力狀態(tài)接近靜應(yīng)力三、軸的設(shè)計(jì)步驟選擇材料估算軸的最小直徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剛度強(qiáng)度驗(yàn)算1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑2、按經(jīng)驗(yàn)公式估算最小軸徑對(duì)于一般減速裝置中的軸，和電機(jī)相連的高速軸最小直徑可用電機(jī)軸徑估算:各低速軸最小直徑可按同級(jí)齒輪中心距估算:d=（0.8~1.2）Dd=(0.3~0.4)a軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的:1、合理定出軸各部分的幾何形狀和尺寸2、軸上零件要準(zhǔn)確定位和可靠的固定3、提高軸的結(jié)構(gòu)工藝性4、提高軸的強(qiáng)度和剛度一、軸上零件的軸向定位和固定的方法二、軸上零件的周向定位和固定三、軸的結(jié)構(gòu)工藝性1、為了裝拆的方便，軸及軸肩的端部應(yīng)加工出必要的倒角；2、為了加工的方便，應(yīng)使同一軸上的圓角、倒角、鍵槽、越程槽、退刀槽等尺寸一致；3、同一軸上，鍵槽應(yīng)開在同一條母線上。需磨削的軸段應(yīng)有砂輪越程槽；需切削螺紋的軸段應(yīng)有退刀槽。4、為了便于加工和檢驗(yàn)，軸的直徑應(yīng)取圓整值；與滾動(dòng)軸承相配合的軸段直徑應(yīng)符合軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)；有螺紋的軸段直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)直徑。四、提高軸的強(qiáng)度和剛度1、減小應(yīng)力集中2、改善軸的表面質(zhì)量3、改善軸的受力狀況A）適當(dāng)增大圓角半徑B）凹切圓角C）肩環(huán)結(jié)構(gòu)可采用輾壓、噴丸、滲碳淬火、氮化、高頻淬火等方法1）改善軸上零件結(jié)構(gòu)2）減小軸上載荷3）改善應(yīng)力特征軸的強(qiáng)度驗(yàn)算

驗(yàn)算方法：彎扭合成法對(duì)于一般鋼制的轉(zhuǎn)軸，同時(shí)受彎矩和扭矩的作用，可以用第三強(qiáng)度理論求危險(xiǎn)截面上的當(dāng)量應(yīng)力：

對(duì)于一般的轉(zhuǎn)軸，b