机械设计实用培训课程

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,机械设计课程的主要内容,总论,齿轮传动,轴及轴系零、部件,蜗杆传动,带传动,链传动,联轴器、离合器和制动器,联接,机械零部件的润滑与密封,弹簧,机械系统总体方案设计,机械系统的组成,(1)动力系统,提供动力、实施能量转换,如：水轮机,电动机,机械能,水能(自然界能源),电能(二次能源),(2)传动系统,将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置,功能：,减速,变速,传递动力,改变运动规律,多驱动,(3)执行系统,直接完成预定任务的装置,(4)操纵及控制系统,使各部分协调动作,(5)辅助装置,如冷却、润滑、记数、照明,机械能,性质和任务,1.性质,2.任务,3.机械零件设计的步骤,机类各专业重要的技术基础课,树立正确的设计思想和设计方法,具有初步设计传动装置和简单机械的能力,了解机械系统总体方案的设计过程,失效：零件失去正常工作的能力,计算准则：衡量零件工作能力的指标,受力分析,选择材料,确定计算准则,技术文档,理论计算,(参数设计),结构设计,约束条件式如,强度准则,1.载荷,一、载荷和应力,机械设计中的强度问题,机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定),名义载荷：,工作载荷：,计算载荷：,载荷系数,(考虑各种附加载荷),按原动机功率求得,(理想状态),功率 kW,转速 r/min,2.应力,静应力：,不随时间而变的应力,变应力：,随时间而变的应力,稳定循环：,不稳定循环：,随机：,不随时间变,之一随时间变,变化无规律,3.几种稳定循环变应力,),(1)变应力参数 (以正应力,为例、可将,替换,(2)对称循环变应力,对称循环变应力,脉动循环变应力,(3)脉动循环变应力,最大应力,最小应力,应力幅,平均应力,已知 2 个参数,可确定其余参数,循环特征,非对称循环变应力,(4)静应力,二、静应力作用下的强度条件,1.危险剖面的应力,正应力：,剪应力：,极限应力,脆性材料取强度极限,塑性材料取屈服极限,2.危险剖面的安全系数,三、变应力作用下的强度条件,1.静、变应力下的零件损坏和极限应力,(2)极限应力,静应力极限应力：,与材料性能有关,变应力疲劳极限：,与材料有关外，还与,循环特征 r、应力循环次数 N、应力集中、,绝对尺寸、表面状态有关,(1)零件损坏机理,静应力作用下：,危险剖面塑性变形或断裂,变应力作用下：,疲劳断裂,零件表面应力超过极限值,微裂纹,扩展,断裂,2.不同循环次数,N,时的疲劳极限,(1)疲劳曲线,在循环特征为,r,的变应力作用下,对一组试样作疲劳试验,一个,值,记录下试样破坏的,值,(2)循环基数,当,值小到某一数值时，“无数”次循环试样都不会,疲劳破坏，则用,替代“无数”次。,如碳钢,(3)材料疲劳极限,与,对应的值,曲线方程：,(4)不同,N,的疲劳极限,当,时,当,时,3.不同应力循环特征,r,时的疲劳极限,材料的极限应力,简图,零件的疲劳极限,则,结论：,对于塑性材料,对于脆性材料,以上正应力公式，用,替代,则对剪应力同样适用。,齿轮传动,齿轮传动,闭式传动,开式传动,半开式传动,封闭在箱体内，润滑条件好,外露，润滑较差，易磨损,介于上两者之间,有防护罩,齿轮传动的特点,优点：传递功率和转速适用范围广；,具有稳定的传动比；,效率高、结构紧凑。,缺点：制造成本较高；,精度低时，噪声和振动较大；,不宜用于轴间距离较大的传动。,齿轮传,动,动失效,形,形式和,设,设计准,则,则,一、失,效,效,1、轮齿折断,疲劳折断,过载折断,全齿折断常发生于齿宽较小的直齿轮,局部折断常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮,措施：增大齿根圆角半径、提高齿面精度、正变位、增大模数等,2、齿面疲劳点蚀,点蚀常发生于闭式软齿面（HBS350）传动中,点蚀的形成与润滑油的存在密切相关,点蚀常发生于偏向齿根的节线附近,开式传动中一般不会出现点蚀现象,措施：提高齿面硬度和齿面质量等,3、齿面胶合,配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强,措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等,5、齿面塑性变形,措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油,4、齿面磨损,是开式传动的主要失效形式,措施：改善润滑和密封条件,二、齿,轮,轮传动,的,的设计,准,准则,主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式,齿根弯曲疲劳强度齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力,齿面接触疲劳强度齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力,开式齿,轮,轮传动,采,采用准,则,则二，,但,但不校,核,核齿面,接,接触强,度,度,设计准则一：,对于闭式软齿面（HBS350）传动，,主要失效形式是齿面点蚀，,所以按齿面接触疲劳强,度设计，,而校核齿根弯曲疲劳强度。,设计准则二：,对于闭式硬齿面（HBS350）传动，,主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断，,所以按齿根弯,曲疲劳强度设计，,而校核齿面接触疲劳强度。,直齿圆,柱,柱齿轮,传,传动的,受,受力分,析,析及计,算,算载荷,一、轮,齿,齿受力,分,分析,条件：,标,标准齿,轮,轮并忽,略,略齿面,间,间的摩,擦,擦力,圆周力,径向力,法向力,各力方向：,F,t1,与主动轮回转方向相反,F,t2,与从动轮回转方向相同,F,r1,、F,r2,分别指向各自齿轮的轮心,各力关系：,F,r1,=-F,r2,F,t1,=-,F,t2,F,n1,=-F,n2,二、计,算,算载荷,F,nc,K,=,K,A,K,v,K,K,F,nc,=,K F,n,=,K F,t,/cos,三、齿,面,面接触,疲,疲劳强,度,度计算,强度条,件,件：,H,HP,（校核,式,式）,讨论：,齿面接,触,触疲劳,强,强度主,要,要取决,于,于分度,圆,圆直径,d,齿宽,b,的大小,应,应适当,，,，,b,过大会,引,引起偏,载,载,令：,d,=,b,/,d,1,齿宽系数,软齿面、对称布置：,d,=0.81.4,非对称布置：,d,=0.61.2,悬臂布置、开式传动：,d,=0.30.4,直齿轮取小斜齿轮取大硬齿面降低50%,模数的,大,大小对,接,接触强,度,度无直,接,接影响,d,越大，,接触强度,H,越小,越大,设计式,：,：,H1,=,H2,，,而,HP1,HP2,设计时，,HP,=min,HP1,HP2,求出,d,1,选择,z,计算,m,=,d,1,/,z,1,为便于,装,装配，,取,取,b,1,=,b,2,+(510)mm,b,2,=,d,d,1,b,1,=,b,2,b,1,b,2,四、齿,根,根弯曲,疲,疲劳强,度,度计算,F,FP,校核式：,设计式：,讨论,：,：,影响齿根弯曲疲劳强度的主要参数是模数,m,m,弯曲强度,齿厚,s,截面积,F,配对的大小齿轮的弯曲应力不等,计算模数时，比较 与 的大小，代入大值,单侧,受,受载,时,时，,F,看成,脉,脉动,循,循环,，,，双,侧,侧受,载,载时,，,，,F,看成,对,对称,循,循环,五、,提,提,高,高齿,面,面接,触,触、,齿,齿根,弯,弯曲,疲,疲劳,强,强度,的,的主,要,要措,施,施,斜齿,轮,轮的,特,特点,轮,轮,齿,齿呈,螺,螺旋,形,形；,啮,啮合,时,时接,触,触线,倾,倾斜,斜齿,圆,圆柱,齿,齿轮,传,传动,的,的强,度,度计,算,算,一、,斜,斜齿,圆,圆柱,齿,齿轮,传,传动,的,的受,力,力分,析,析,圆周力,径向力,轴向力,法向力,n,法面压力角,t,端面压力角,螺旋角,各力关系：,2,1,各力方向：,F,t,、,F,r,与直齿轮相同,F,a,决定于齿轮的转向和轮齿的旋向,例：,n,2,n,1,F,r2,F,r1,F,t1,F,t2,n,1,n,2,F,a2,F,a1,用“主动轮左、右手定则”判断,二、,齿,齿面,接,接触,疲,疲劳,强,强度,计,计算,斜齿轮的强度,当量直齿圆柱齿轮的强度,相当于,当量直齿圆柱齿轮：,模数=,斜齿轮法面模数,m,n,压力角=,斜齿轮法面压力角,n,齿数=,当量齿数,z,v,=,z,/cos,3,分度圆直径,d,v,=,d,/cos,2,法向力=,斜齿轮的法向力,F,n,把,斜齿,圆,圆柱,齿,齿轮,的强,度,度计,算,算问,题,题转,化,化成,直齿,圆,圆柱,齿,齿轮,的强,度,度计,算,算问,题,题,引入齿宽系数,d,=,b,/,d,1,，得设计式：,校核式：,相同,条,条件,下,下，,斜,斜齿,轮,轮接,触,触应,力,力比,直,直齿,轮,轮小,故,斜齿,轮,轮接,触,触强,度,度比,直,直齿,轮,轮大,原因：,重合度大，同时啮合的齿数多,接触线是倾斜的,当量齿轮直径大，齿廓平直,斜齿,轮,轮的,弯,弯曲,强,强度,也,也按,当量,齿,齿轮,进行,三、,齿,齿根,弯,弯曲,疲,疲劳,强,强度,强,强度,计,计算,校核式：,设计式：,注意,：,Y,FS,应按,Z,V,=,Z,/cos,3,查取,设计时代入,Y,FS1,Y,Fa1,/,FP1,与,Y,FS2,Y,Fa2,/,FP2,中的大值,结论,：,斜齿轮的强度等同于其当量直齿轮的强度,条件相同时,斜齿轮的强度大于直齿轮(,的影响),一、,直,直齿,锥,锥齿,轮,轮传,动,动受,力,力分,析,析,作用于齿宽中点的法向力分解成三个分力：,圆周力,径向力,轴向力,直齿,圆,圆锥,齿,齿轮,传,传动,的,的强,度,度计,算,算,各力方向：,F,t,、,F,r,与圆柱齿轮相同,F,a1,、,F,a2,分别指向各自齿轮的大端,各力关系：,校核式：,设计式：,同直齿轮,校核式：,设计式：,按当量齿数查图表,三、,齿,齿根,弯,弯曲,疲,疲劳,强,强度,强,强度,计,计算,二、,齿,齿面,接,接触,疲,疲劳,强,强度,计,计算,挠性传动,通过环形曳引元件，在两个或多个传动轮之间传递运动和动力的传动。主要包含,带传动、链传动,和,绳传动,按工作原理可分为：,摩擦型传动,靠曳引元件与传动轮表面间的摩擦力来传递运动和动力,靠特殊形状的曳引元件与传动轮轮齿的啮合来传递运动和动力,啮合型传动,带传,动,动,二、带传动的特点：,1、带具有弹性，能吸振，传动平稳，噪声小,2、过载时带在带轮上打滑，可保护其它零件，起安全保护作用,3、适用于中心距较大的场合,4、结构简单，装拆方便，成本较低,6、带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定,7、传动效率低，带的寿命较短,8、传动的外廓尺寸大,9、需要张紧，支承带轮的轴和轴承受力较大,10、不宜用于高温、易燃等场合,三、,带,带传,动,动的,受,受力,分,分析,带未工作之前，以一定的初拉力张紧在带轮上，设初拉力为,带工作时，两边拉力不再相等，紧边拉力由 增加到 ，松边拉力由 减小到,F,f,F,0,F,0,F,1,F,2,n,1,n,2,F,f,带工,作,作前,：,：,带工,作,作时,：,：,由于带是弹性体，且带的总长不变，因此紧边拉力增量应等于松边拉力减量，即：,所以有：,有效拉力,也即带所能传递的圆周力，等于接触面间的摩擦力总和，为紧边、松边的拉力差,设带传递的功率为P，带速为v,则所需带的有效拉力为：,或,要让带能正常工作，必须使：,当带与带轮间的摩擦力达到极限值时，紧边拉力与松边拉力可用欧拉公式表示：,极限摩擦力与下列因素有关：,1、初拉力 。越大，传动时的摩擦力也越大。,2、包角 .包角越大，极限摩擦力也越大。,3、摩擦系数 。越大，就越大。,思考,题,题：,如何,提,提高,带,带的,承,承载,能,能力,？,？,F,0,不能,太,太大,，,，否,则,则带,的,的压,轴,轴力,也大,，,，带,的,的寿,命,命降,低,低；,F,0,不能,太,太小,，,，否,则,则带,的,的传,动,动能,力不,能,能充,分,分发,挥,挥，,容,容易,打,打滑,。,。,四