机械设计机械设计 课程总结课程总结哈尔滨工业大学 机械设计系赵小力2013-12-12一一一一般般般般机机机机械械械械设设设设备备备备原动机：机械设备完成其工作任务的动力来源；原动机：机械设备完成其工作任务的动力来源；原动机：机械设备完成其工作任务的动力来源；原动机：机械设备完成其工作任务的动力来源；传动装置：将原动机的运动和动力传递给工作机的装置；传动装置：将原动机的运动和动力传递给工作机的装置；传动装置：将原动机的运动和动力传递给工作机的装置；传动装置：将原动机的运动和动力传递给工作机的装置；控制装置：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装控制装置：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装控制装置：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装控制装置：根据机械系统的不同工况对原动机、传动装置和工作机实施控制的装置；置和工作机实施控制的装置；置和工作机实施控制的装置；置和工作机实施控制的装置；工作机：完成生产任务的执行装置；工作机：完成生产任务的执行装置；工作机：完成生产任务的执行装置；工作机：完成生产任务的执行装置；辅助装置：机架、润滑、照明、排污、通风等辅助装置：机架、润滑、照明、排污、通风等辅助装置：机架、润滑、照明、排污、通风等辅助装置：机架、润滑、照明、排污、通风等机械零件机械零件机械零件机械零件机械制造过程中不可分拆的最小单元；机械制造过程中不可分拆的最小单元；机械制造过程中不可分拆的最小单元；机械制造过程中不可分拆的最小单元；机械部件机械部件机械部件机械部件机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同 工作的零件组合在一起的组合体。工作的零件组合在一起的组合体。工作的零件组合在一起的组合体。工作的零件组合在一起的组合体。1.1 机械的组成机械的组成名义载荷名义载荷名义载荷名义载荷根据原动机或工作机的额定功率计算出的作用于机根据原动机或工作机的额定功率计算出的作用于机根据原动机或工作机的额定功率计算出的作用于机根据原动机或工作机的额定功率计算出的作用于机 械零件上的载荷，或称为额定载荷械零件上的载荷，或称为额定载荷械零件上的载荷，或称为额定载荷械零件上的载荷，或称为额定载荷计算载荷计算载荷计算载荷计算载荷考虑到载荷不均匀性和其他影响因素的情况下，在考虑到载荷不均匀性和其他影响因素的情况下，在考虑到载荷不均匀性和其他影响因素的情况下，在考虑到载荷不均匀性和其他影响因素的情况下，在 名义载荷的基础上乘上载荷系数名义载荷的基础上乘上载荷系数名义载荷的基础上乘上载荷系数名义载荷的基础上乘上载荷系数K K，静载荷静载荷静载荷静载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷不随时间变化或缓慢变化的载荷动载荷动载荷动载荷动载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷F Fcaca=KF=KFF FF Fcaca静应力静应力静应力静应力大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力；变应力变应力变应力变应力大小和方向随时间变化的应力大小和方向随时间变化的应力大小和方向随时间变化的应力大小和方向随时间变化的应力零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在静应力作用下可能发生断裂或塑形变形；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；零件在变应力作用下可能发生疲劳破坏；2.2 载荷和应力载荷和应力变应力又分为循环变应力和非循环变应力变应力又分为循环变应力和非循环变应力变应力又分为循环变应力和非循环变应力变应力又分为循环变应力和非循环变应力2.2 载荷和应力载荷和应力变循环应力有变循环应力有变循环应力有变循环应力有5 5个基本参数：最大应力、最小应力、平均应个基本参数：最大应力、最小应力、平均应个基本参数：最大应力、最小应力、平均应个基本参数：最大应力、最小应力、平均应力、应力幅和循环特征，其中只有力、应力幅和循环特征，其中只有力、应力幅和循环特征，其中只有力、应力幅和循环特征，其中只有2 2个为独立参数，其中循个为独立参数，其中循个为独立参数，其中循个为独立参数，其中循环特征环特征环特征环特征r r是重要指标。是重要指标。是重要指标。是重要指标。根据循环特征根据循环特征根据循环特征根据循环特征r r可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和 非对称循环变应力。非对称循环变应力。非对称循环变应力。非对称循环变应力。2.2 载荷和应力载荷和应力2.2 载荷和应力载荷和应力工作应力工作应力工作应力工作应力根据计算载荷，按照材料力学的基本公式求出根据计算载荷，按照材料力学的基本公式求出根据计算载荷，按照材料力学的基本公式求出根据计算载荷，按照材料力学的基本公式求出的、作用于机械零件剖面上的应力的、作用于机械零件剖面上的应力的、作用于机械零件剖面上的应力的、作用于机械零件剖面上的应力计算应力计算应力计算应力计算应力当零件危险剖面上呈复杂应力状态时，按照某当零件危险剖面上呈复杂应力状态时，按照某当零件危险剖面上呈复杂应力状态时，按照某当零件危险剖面上呈复杂应力状态时，按照某一强度理论求出、与单向拉伸时有同等破坏作用的应力一强度理论求出、与单向拉伸时有同等破坏作用的应力一强度理论求出、与单向拉伸时有同等破坏作用的应力一强度理论求出、与单向拉伸时有同等破坏作用的应力 极限应力极限应力极限应力极限应力按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质及应力种类而采用材料的某个应力极限值及应力种类而采用材料的某个应力极限值及应力种类而采用材料的某个应力极限值及应力种类而采用材料的某个应力极限值疲劳极限的主要影响因素疲劳极限的主要影响因素疲劳极限的主要影响因素疲劳极限的主要影响因素：（1 1）应力集中；（）应力集中；（）应力集中；（）应力集中；（2 2）绝对尺寸；（）绝对尺寸；（）绝对尺寸；（）绝对尺寸；（3 3）表面状态）表面状态）表面状态）表面状态许用应力许用应力许用应力许用应力设计零件时计算应力允许打到的最大值，是极设计零件时计算应力允许打到的最大值，是极设计零件时计算应力允许打到的最大值，是极设计零件时计算应力允许打到的最大值，是极限应力和许用安全系数的比值，用限应力和许用安全系数的比值，用限应力和许用安全系数的比值，用限应力和许用安全系数的比值，用 和和 表示。表示。接触应力接触应力接触应力接触应力当两物体在压力下接触时，若两接触面（或其中一个）为曲当两物体在压力下接触时，若两接触面（或其中一个）为曲当两物体在压力下接触时，若两接触面（或其中一个）为曲当两物体在压力下接触时，若两接触面（或其中一个）为曲面，那么在接触处的表层产生很大的局部应力，即接触应力。面，那么在接触处的表层产生很大的局部应力，即接触应力。面，那么在接触处的表层产生很大的局部应力，即接触应力。面，那么在接触处的表层产生很大的局部应力，即接触应力。高副接触中都存在接触应力，通常采用赫兹接触理论来计算。高副接触中都存在接触应力，通常采用赫兹接触理论来计算。高副接触中都存在接触应力，通常采用赫兹接触理论来计算。高副接触中都存在接触应力，通常采用赫兹接触理论来计算。2.2 载荷和应力载荷和应力机械零部件的主要内容机械零部件的主要内容原理特点，受力失效原理特点，受力失效设计准则，材料选择设计准则，材料选择强度计算，参数选择强度计算，参数选择结构设计结构设计5.1 5.1 螺纹的主要参数螺纹的主要参数螺纹的主要参数螺纹的主要参数d-螺纹大径螺纹大径 公称直径公称直径d1 1- -螺纹小径螺纹小径 校核直径校核直径d2-螺纹中径螺纹中径 基准直径基准直径p-螺距螺距 相邻两牙相邻两牙n-线数线数 螺旋线数螺旋线数S S-导程导程 同一螺旋线同一螺旋线-螺纹升角螺纹升角 牙型角牙型角 -牙侧角牙侧角 旋向旋向第五章第五章 螺纹连接和螺纹传动螺纹连接和螺纹传动5.1 5.1 螺纹副的自锁条件螺纹副的自锁条件螺纹副的自锁条件螺纹副的自锁条件第五章第五章 螺纹连接和螺纹传动螺纹连接和螺纹传动常用螺纹的特点与应用常用螺纹的特点与应用按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯 齿形螺纹、管螺纹齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹细牙螺纹与粗牙螺纹的比较细牙螺纹与粗牙螺纹的比较细牙螺纹与粗牙螺纹的比较细牙螺纹与粗牙螺纹的比较粗牙：常用粗牙：常用粗牙：常用粗牙：常用细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易脱扣适用场合：冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调适用场合：冲击、振动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装置中装置中细牙的优点：螺杆强度较高，自锁性能更好细牙的优点：螺杆强度较高，自锁性能更好第五章第五章 螺纹连接和螺纹传动螺纹连接和螺纹传动l螺纹连接基本类型普通螺栓连接普通螺栓连接 铰制孔螺栓连接铰制孔螺栓连接1 1、 螺栓连接螺栓连接 l螺纹连接基本类型2 2、螺钉连接、螺钉连接 l螺纹连接基本类型3 3、双头螺柱连接、双头螺柱连接 l螺纹连接基本类型4 4、 紧定螺钉连接紧定螺钉连接 预紧的目的：预紧的目的：预紧的目的：预紧的目的： 预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力预紧可使连接在承受工作载荷之前就受到预紧力F的作用，的作用，增强连接的可靠性和紧密性，防止连接受载后被连接件间出现增强连接的可靠性和紧密性，防止连接受载后被连接件间出现间隙或横向滑移。预紧也可以防松。间隙或横向滑移。预紧也可以防松。控制预紧力的原则：控制预紧力的原则：控制预紧力的原则：控制预紧力的原则： 拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s s 的的80%80%。预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导。预紧力过大，会使连接超载。预紧力不足，可能导致连接失效，重要的螺栓要控制预紧力。致连接失效，重要的螺栓要控制预紧力。拧紧螺母时，拧紧力矩需要克服两个力：拧紧螺母时，拧紧力矩需要克服两个力：拧紧螺母时，拧紧力矩需要克服两个力：拧紧螺母时，拧紧力矩需要克服两个力：1、螺纹副的摩擦力矩 T12、螺母与支承面间的摩擦力矩 T2故拧紧力矩故拧紧力矩故拧紧力矩故拧紧力矩T T： T= T1 + T25.3 螺纹连接的预紧螺纹连接的预紧5.4 螺纹连接的防松螺纹连接的防松 当螺纹连接承受冲击、振动或变载荷下或温度变化大的情况当螺纹连接承受冲击、振动或变载荷下或温度变化大的情况当螺纹连接承受冲击、振动或变载荷下或温度变化大的情况当螺纹连接承受冲击、振动或变载荷下或温度变化大的情况下，螺纹副中的正压力就会发生变化，在某一瞬间可能消失，下，螺纹副中的正压力就会发生变化，在某一瞬间可能消失，下，螺纹副中的正压力就会发生变化，在某一瞬间可能消失，下，螺纹副中的正压力就会发生变化，在某一瞬间可能消失，导致摩擦力为零，这样螺纹连接就会出现相对滑动，如此反导致摩擦力为零，这样螺纹连接就会出现相对滑动，如此反导致摩擦力为零，这样螺纹连接就会出现相对滑动，如此反导致摩擦力为零，这样螺纹连接就会出现相对滑动，如此反复多次就使螺纹逐渐松脱，甚至脱落。复多次就使螺纹逐渐松脱，甚至脱落。复多次就使螺纹逐渐松脱，甚至脱落。复多次就使螺纹逐渐松脱，甚至脱落。防防防防松松松松双螺母双螺母双螺母双螺母弹簧垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈弹簧垫圈锁紧螺母锁紧螺母锁紧螺母锁紧螺母开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母开口销与六角开槽螺母止动垫圈止动垫圈止动垫圈止动垫圈串联钢丝串联钢丝串联钢丝串联钢丝5.5 单个螺栓连接的强度计算单个螺栓连接的强度计算松连接：螺栓连接在承受工作载荷之前不拧紧螺母松连接：螺栓连接在承受工作载荷之前不拧紧螺母松连接：螺栓连接在承受工作载荷之前不拧紧螺母松连接：螺栓连接在承受工作载荷之前不拧紧螺母 仅承受轴仅承受轴仅承受轴仅承受轴 向载荷向载荷向载荷向载荷紧连接：螺栓连接在承受工作载荷之前必须拧紧螺母，即预紧紧连接：螺栓连接在承受工作载荷之前必须拧紧螺母，即预紧紧连接：螺栓连接在承受工作载荷之前必须拧紧螺母，即预紧紧连接：螺栓连接在承受工作载荷之前必须拧紧螺母，即预紧 可承受横向和轴向载荷可承受横向和轴向载荷可承受横向和轴向载荷可承受横向和轴向载荷松连接的强度条件松连接的强度条件松连接的强度条件松连接的强度条件MPaMPa紧连接：紧连接：承受工作载荷之前螺母拧紧，使被连接件间产生足够的预紧力承受工作载荷之前螺母拧紧，使被连接件间产生足够的预紧力目的：承受横向工作载荷时，防止摩擦力不足而相对运动目的：承受横向工作载荷时，防止摩擦力不足而相对运动 承受轴向工作载荷时，防止被连接件之间出现间隙承受轴向工作载荷时，防止被连接件之间出现间隙受横向工作载荷的紧螺纹连接受横向工作载荷的紧螺纹连接: 普通螺纹连接普通螺纹连接FFFFF Fs sF Fs s预紧力预紧力摩擦力矩摩擦力矩螺栓截面上的拉应力和扭转切应力：螺栓截面上的拉应力和扭转切应力：在拉应力、扭转切应力的复合作用下，由第四强度理论可得螺在拉应力、扭转切应力的复合作用下，由第四强度理论可得螺栓的当量应力栓的当量应力:受横向工作载荷的紧螺纹连接：受横向工作载荷的紧螺纹连接：铰制孔用螺纹连接铰制孔用螺纹连接螺栓杆的剪切强度条件为螺栓杆的剪切强度条件为:螺栓与孔壁的挤压强度条件为：螺栓与孔壁的挤压强度条件为：螺栓在接合面处的横截面受剪切螺栓在接合面处的横截面受剪切螺栓与孔壁接触表面受挤压螺栓与孔壁接触表面受挤压F Fs sF Fs sh hminmind ds s 受轴向工作载荷的紧螺栓连接：受轴向工作载荷的紧螺栓连接：变形协调条件变形协调条件校核公式：校核公式：设计公式：设计公式：静强度计算静强度计算疲劳强度条件为疲劳强度条件为5.6 螺栓组连接设计螺栓组连接设计在实际应用中，螺栓组连接所受的载荷通常由上述四种受力在实际应用中，螺栓组连接所受的载荷通常由上述四种受力在实际应用中，螺栓组连接所受的载荷通常由上述四种受力在实际应用中，螺栓组连接所受的载荷通常由上述四种受力状态的不同组合，故可采用静力学分析方法，将各种受力状状态的不同组合，故可采用静力学分析方法，将各种受力状状态的不同组合，故可采用静力学分析方法，将各种受力状状态的不同组合，故可采用静力学分析方法，将各种受力状态转化为上述四种基本受力状态的某种组合。态转化为上述四种基本受力状态的某种组合。态转化为上述四种基本受力状态的某种组合。态转化为上述四种基本受力状态的某种组合。普通螺栓连接：普通螺栓连接：普通螺栓连接：普通螺栓连接：铰制孔用螺栓连接：铰制孔用螺栓连接：铰制孔用螺栓连接：铰制孔用螺栓连接：横向载荷横向载荷横向载荷横向载荷+ +旋转力矩旋转力矩旋转力矩旋转力矩预紧力预紧力预紧力预紧力总拉力总拉力总拉力总拉力强度计算强度计算强度计算强度计算横向载荷横向载荷横向载荷横向载荷+ +旋转力矩旋转力矩旋转力矩旋转力矩最大工作剪力最大工作剪力最大工作剪力最大工作剪力剪切和挤压强度计算剪切和挤压强度计算剪切和挤压强度计算剪切和挤压强度计算5.7 提高螺栓连接强度的措施提高螺栓连接强度的措施一一 、改善螺纹牙上载荷的分配、改善螺纹牙上载荷的分配二二 、提高疲劳强度的措施、提高疲劳强度的措施减小应力幅减小应力幅减小应力集中减小应力集中减小螺栓刚度或增大被连接件刚度，都可减小螺栓的应力幅减小螺栓刚度或增大被连接件刚度，都可减小螺栓的应力幅减小螺栓刚度或增大被连接件刚度，都可减小螺栓的应力幅减小螺栓刚度或增大被连接件刚度，都可减小螺栓的应力幅为减小螺栓刚度，可适当增大螺栓的长度、减小螺栓杆直径、或为减小螺栓刚度，可适当增大螺栓的长度、减小螺栓杆直径、或为减小螺栓刚度，可适当增大螺栓的长度、减小螺栓杆直径、或为减小螺栓刚度，可适当增大螺栓的长度、减小螺栓杆直径、或做成空心杆、或在螺母下安装弹性元件。做成空心杆、或在螺母下安装弹性元件。做成空心杆、或在螺母下安装弹性元件。做成空心杆、或在螺母下安装弹性元件。为增大被连接件的刚度，应采用刚性大的垫片；如需密封元件时为增大被连接件的刚度，应采用刚性大的垫片；如需密封元件时为增大被连接件的刚度，应采用刚性大的垫片；如需密封元件时为增大被连接件的刚度，应采用刚性大的垫片；如需密封元件时可用密封环结构代替密封垫片。可用密封环结构代替密封垫片。可用密封环结构代替密封垫片。可用密封环结构代替密封垫片。 带传动的应力分析带传动的应力分析2. 由离心力产生的应力及其位置由离心力产生的应力及其位置1. 由紧边和松边拉力产生的应力及其位置由紧边和松边拉力产生的应力及其位置3. 由带弯曲产生的应力由带弯曲产生的应力带传动的受力分析带传动的受力分析7.1-3带传动带传动为什么为什么V带传动比平带传动的传动能力大带传动比平带传动的传动能力大?1）弹性滑动弹性滑动：由于带的弹性变形而引起的带与带轮之由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动现象称为间的相对滑动现象称为弹性滑动。弹性滑动。2）弹性滑动会引起下列后果）弹性滑动会引起下列后果： （1）从动轮的圆周速度总是）从动轮的圆周速度总是落后落后于主动轮的圆周速度，并随载于主动轮的圆周速度，并随载 荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确；荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确； （2）损失一部分能量，）损失一部分能量，降低了传动效率降低了传动效率，会使带的温度升高；，会使带的温度升高； 并引起传动带磨损。并引起传动带磨损。弹性滑动弹性滑动3）打滑）打滑 若传递的基本载荷超过最大有效圆周力若传递的基本载荷超过最大有效圆周力,带在带轮上发生显著带在带轮上发生显著的相对滑动即打滑的相对滑动即打滑,打滑总是在小轮上先开始的。打滑总是在小轮上先开始的。 带传动的失效形式和设计准则带传动的失效形式和设计准则带传动的失效形式是：打滑和疲劳破坏带传动的失效形式是：打滑和疲劳破坏带传动的设计准则是：带传动的设计准则是： 在保证带工作时不打滑的条件下，具有一定在保证带工作时不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命的疲劳强度和寿命设计功率设计功率P Pd d选择带型号选择带型号带轮基准直径带轮基准直径d dd1d1 d dd2d2验算带速度验算带速度v v中心距中心距a a和带基准长度和带基准长度L Ld d小轮包角小轮包角a a1 1V V带根数带根数z z初拉力初拉力F F0 0压轴力压轴力Q Q7.4 7.4 普通普通V V带传动的设计计算带传动的设计计算如图所示为一塔轮二级变速装置，如如图所示为一塔轮二级变速装置，如果输出轴果输出轴2 2上的功率不变，应该按照那上的功率不变，应该按照那一种转速来设计带传动？为什么？一种转速来设计带传动？为什么？l带的张紧（目的、方法、优缺点）定期张紧装置定期张紧装置自动张紧装置自动张紧装置用带轮张紧用带轮张紧l齿轮传动特点、失效形式、设计准则l计算载荷（四个系数）l受力分析(转向、旋向、力方向)l直齿、斜齿圆柱齿轮的强度计算、各种修正系数影响因素l齿轮传动主要参数选择l齿轮结构8 齿轮传动齿轮传动l主要失效形式： 8.2 齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮传动的设计准则齿轮传动的设计准则 闭式软齿面齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿闭式软齿面齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。 闭式硬齿面齿轮传动：其齿面接触承载能力较高，故通常先闭式硬齿面齿轮传动：其齿面接触承载能力较高，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。 开式齿轮传动：其主要失效形式是齿面磨损，而且在轮齿磨开式齿轮传动：其主要失效形式是齿面磨损，而且在轮齿磨薄后往往会发生轮齿折断。故目前多是按齿根弯曲疲劳强度进薄后往往会发生轮齿折断。故目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大。行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大。 高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。强度。载荷系数载荷系数8.4 8.4 齿轮传动的计算载荷齿轮传动的计算载荷使用系数使用系数K KA A：考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影响：考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影响的系数。的系数。动载系数动载系数K K ：考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内：考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。部因素引起的附加动载荷影响系数。齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数K K ：考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮：考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。齿应力的影响系数。齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数K K ：考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不：考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。均匀对轮齿应力的影响系数。轮齿受力分析轮齿受力分析圆周力圆周力径向力径向力法向力法向力力的方向判断力的方向判断:作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反。作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反。Ft 在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同。相同。Fr 的方向与啮合方式有关，对于外啮合，主、从动轮上的方向与啮合方式有关，对于外啮合，主、从动轮上的径向力分别指向各自的轮心的径向力分别指向各自的轮心 。 齿面接触疲劳强度的设计公式齿面接触疲劳强度的设计公式: :或或两轮的两轮的工作工作接触应力接触应力H1 H2，但但许用许用接触应力接触应力不相等，即不相等，即H1 H2，它们与两轮的材料、它们与两轮的材料、热处理和应力循环次数等有关。热处理和应力循环次数等有关。在设计和校核计在设计和校核计算中，算中，取取HminH1 ， H2。大小齿轮应分别进行弯曲强度校核时大小齿轮应分别进行弯曲强度校核时设计模数时设计模数时, , 应按下式选择应按下式选择齿根弯曲疲劳强度的设计公式齿根弯曲疲劳强度的设计公式斜齿轮传动的受力分析斜齿轮传动的受力分析标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算齿轮传动主要参数的选择齿轮传动主要参数的选择1、模数、模数m和齿数和齿数Z12、 齿宽系数齿宽系数 d、 a3 、分度圆压力角、分度圆压力角 4、 齿数比齿数比u 5、 螺旋角螺旋角 9 蜗杆传动蜗杆传动l蜗杆传动特点l类型l失效形式、设计准则l受力分析（转向、旋向、力的方向）l效率l结构普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动中间平面上的参数作为设计基准中间平面上的参数作为设计基准蜗杆传动的正确啮合条件蜗杆传动的正确啮合条件旋向相同旋向相同 由于切削蜗轮的滚刀直径和齿形参数（模数、压力角、导程由于切削蜗轮的滚刀直径和齿形参数（模数、压力角、导程由于切削蜗轮的滚刀直径和齿形参数（模数、压力角、导程由于切削蜗轮的滚刀直径和齿形参数（模数、压力角、导程角等）必须与相应的蜗杆相同，使得只要有一种蜗杆，就需要一角等）必须与相应的蜗杆相同，使得只要有一种蜗杆，就需要一角等）必须与相应的蜗杆相同，使得只要有一种蜗杆，就需要一角等）必须与相应的蜗杆相同，使得只要有一种蜗杆，就需要一把与之对应的蜗轮滚刀。同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，把与之对应的蜗轮滚刀。同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，把与之对应的蜗轮滚刀。同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，把与之对应的蜗轮滚刀。同一模数，可以有很多不同直径的蜗杆，就需要对每一个模数都要配备很多把磨轮滚刀。为了限制滚刀的就需要对每一个模数都要配备很多把磨轮滚刀。为了限制滚刀的就需要对每一个模数都要配备很多把磨轮滚刀。为了限制滚刀的就需要对每一个模数都要配备很多把磨轮滚刀。为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径圆直径圆直径圆直径d d1 1。蜗杆传动的失效形式和设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则失效形式：主要是齿面胶合、点蚀、磨损和轮齿折断，而且失效失效形式：主要是齿面胶合、点蚀、磨损和轮齿折断，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。通常发生在蜗轮轮齿上。设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力。的承载能力。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。对闭式传动进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。对闭式传动进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。为什么蜗杆传动的标准参数是为什么蜗杆传动的标准参数是m2d1？力的方向：力的方向：确定圆周力确定圆周力Ft及径向力及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮的方向的方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴向力传动，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向的方向来判定，即来判定，即Fa1与与 Ft2方向相反，方向相反， Ft1与与 Fa2的方向相反。的方向相反。也可按照主动件左右手定则来判断。也可按照主动件左右手定则来判断。1） B300MPa，锡青铜时，材料本身抗胶合能力强，锡青铜时，材料本身抗胶合能力强，多多 发生点蚀失效发生点蚀失效，许用应力许用应力的选择主要的选择主要与循环次数与循环次数有关有关2） B300MPa ，铝铁青铜或铸铁时，材料本身抗点蚀，铝铁青铜或铸铁时，材料本身抗点蚀能力强，能力强，多发生胶合失效多发生胶合失效，进行齿面接触疲劳强度计算，进行齿面接触疲劳强度计算是条件性的，通过限制齿面接触应力大小来防止发生胶是条件性的，通过限制齿面接触应力大小来防止发生胶合。合。许用接触应力许用接触应力选择与选择与滑动速度和材料滑动速度和材料有关，而与有关，而与循循环次数环次数无关。无关。9.4 9.4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为：，MPa蜗杆传动的效率蜗杆传动的效率式中：式中： 1 1啮合效率啮合效率 2 2 3 3分别为轴承效率和搅油效率分别为轴承效率和搅油效率 一般取一般取 2 2 3 3=0.950.96=0.950.96改善闭式蜗杆传动散热的常用措施有改善闭式蜗杆传动散热的常用措施有: :1 1、增加散热片、增加散热片, ,以增大散热面积；以增大散热面积；2 2、在蜗杆轴上装置风扇、在蜗杆轴上装置风扇, ,以提高散热系数；以提高散热系数；3 3、在箱体油池内装设蛇行冷却水管、在箱体油池内装设蛇行冷却水管; ;4 4、压力喷油循环润滑、压力喷油循环润滑10 轴及轴毂连接轴及轴毂连接轴的分类轴的分类转轴转轴心轴心轴传动轴传动轴转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴按载荷分按载荷分转轴的一般设计步骤转轴的一般设计步骤三步：（三步：（1 1）初定轴径；）初定轴径；（2 2）结构设计画草图，确定轴的尺寸，得到跨距和力的作用点；）结构设计画草图，确定轴的尺寸，得到跨距和力的作用点；（3 3）强度计算，做出弯矩、扭矩图，校核危险截面强度。）强度计算，做出弯矩、扭矩图，校核危险截面强度。已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩转矩校核计算完善设计修改直径不满足第六章第六章 轴毂联接轴毂联接九、滚动轴承九、滚动轴承l滚动轴承结构、特点、类型、代号l受力分析和失效形式l寿命计算l角接触轴承的内部轴向力l轴承部件结构设计滚动轴承代号滚动轴承主要类型代号表6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2双列调心滚子轴承8推力滚子轴承1双列调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型例如例如:7 2 10C7210 C/P5/DF/P5 /DF轴承类型为角接触球轴承轴承类型为角接触球轴承尺寸类型代号尺寸类型代号, ,其中其中宽度类型代号为宽度类型代号为0,0,窄系列窄系列, ,省略不写省略不写, ,直径系列代号为直径系列代号为2,2,轻系列轻系列轴承内径轴承内径空一个字符空一个字符公称接触角公称接触角轴承精度等级为轴承精度等级为5 5级级面对面配置面对面配置（1）当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。（2）当只受径向载荷时，或虽同时受径向和轴向载 荷，但以径向载荷为主时，应用向心轴承。 当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。轴承选型（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（5）当轴的挠曲变形大或轴承座孔直径不同、跨度大而对支承有调心要求时，应选用调心轴承。（6）为便于轴承的装拆，可选用内、外圈分离的轴承。（7）从经济角度看，球轴承比滚子轴承便宜，精度低的轴承比精度高的轴承便宜，普通结构轴承比特殊结构的轴承便宜。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式1.1.疲劳点蚀疲劳点蚀 2.2.塑性变形塑性变形 3.3.磨粒磨损磨粒磨损 4.4.胶合胶合滚动轴承的计算准则滚动轴承的计算准则寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算基本额定动负荷基本额定动负荷：轴承工作温度在：轴承工作温度在以下以下, ,基本额定寿命基本额定寿命时，轴承所能承受的最大载荷，时，轴承所能承受的最大载荷，用用C C表示。表示。基本额定寿命基本额定寿命： 一批相同轴承，在相同条件下运转，一批相同轴承，在相同条件下运转，90%90%轴轴承在疲劳点蚀前转过的总转数，单位为承在疲劳点蚀前转过的总转数，单位为10106 6 r r。在当量动载荷在当量动载荷P作用下的基本额定寿命为作用下的基本额定寿命为滚动轴承的载荷与寿命之间的关系滚动轴承的载荷与寿命之间的关系:常用小时数表示基本额定寿命常用小时数表示基本额定寿命Lh引入温度系数引入温度系数fT和载荷系数和载荷系数fP当量动载荷当量动载荷 把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，用用P表示。表示。当量动载荷当量动载荷P的计算式：的计算式：角接触轴承的内部轴向力角接触轴承的内部轴向力由力的平衡条件得由力的平衡条件得作用在轴承作用在轴承上的轴向载荷为上的轴向载荷为作用在轴承作用在轴承上的轴向载荷只上的轴向载荷只有自身的内部轴向力有自身的内部轴向力, ,即即轴承轴向载荷计算总结：1、轴承的轴向载荷与轴承部件的结构，与固定方式密切相关。2、在轴上的轴向载荷和轴承的内部轴向力同时作用下， 有一个轴承有被压紧的趋势，另一个有放松的趋势；3、被放松的轴承轴向载荷，等于自身的内部轴向力；4、被压紧的轴承轴向载荷，等于除自身以外的轴向力之和。滚动轴承部件结构设计1、安装和拆卸2、定位和固定3、配合和调整4、润滑和密封二、摩擦、磨损和润滑二、摩擦、磨损和润滑 摩擦分类：外摩擦（存在于两物体表面之间）摩擦分类：外摩擦（存在于两物体表面之间） 内摩擦（流体内部产生的粘剪力）内摩擦（流体内部产生的粘剪力） 按照两表面的润滑状况，摩擦分为：按照两表面的润滑状况，摩擦分为： 1 1）干摩擦）干摩擦-无润滑状态无润滑状态 2 2）边界摩擦）边界摩擦边界润滑状态边界润滑状态 3 3）流体摩擦流体摩擦流体润滑状态流体润滑状态 4 4）混合摩擦）混合摩擦混合润滑状态混合润滑状态磨损过程（三阶段）磨损过程（三阶段）l磨损的五种形式1）粘着磨损2）磨粒磨损3）疲劳磨损4）冲蚀磨损5）腐蚀磨损十、滑动轴承十、滑动轴承l滑动轴承分类、特点、应用l结构形式l轴瓦结构l计算P值、Pv值的意义l流体动压的形成原理、基本方程滑动轴承的分类滑动轴承的分类按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦状态，滑动轴承可分为摩擦状态，滑动轴承可分为: : 液体摩擦轴承液体摩擦轴承非液体摩擦轴承非液体摩擦轴承液体动压润滑轴承液体动压润滑轴承液体静压润滑轴承液体静压润滑轴承 按滑动轴承承受载荷的方向可分为按滑动轴承承受载荷的方向可分为: :径向滑动轴承径向滑动轴承推力滑动轴承推力滑动轴承滑动轴承的结构形式滑动轴承的结构形式1 1、径向滑动轴承、径向滑动轴承整体式径向滑动轴承；整体式径向滑动轴承；剖分式径向滑动轴承剖分式径向滑动轴承2 2、推力滑动轴承、推力滑动轴承轴瓦结构轴瓦结构单金属轴瓦：结构简单，成本低单金属轴瓦：结构简单，成本低双金属轴瓦：节省贵重金属双金属轴瓦：节省贵重金属轴瓦上的油沟轴瓦上的油沟非液体摩擦径向滑动轴承的计算非液体摩擦径向滑动轴承的计算1. 验算压强验算压强 p 压强压强 p过大可能使轴瓦产生塑性变形破坏边界膜过大可能使轴瓦产生塑性变形破坏边界膜2.验算验算 值值值大表明摩擦功大值大表明摩擦功大,温升大温升大,边界膜易破坏边界膜易破坏3.验算速度验算速度对于跨度较大的轴，高速易导致偏磨加剧。对于跨度较大的轴，高速易导致偏磨加剧。边界膜的强度边界膜的强度与与润滑油的油性润滑油的油性轴瓦的材料轴瓦的材料摩擦表面的压力和温度摩擦表面的压力和温度有关有关设计中：主要限制温度和压力设计中：主要限制温度和压力形成流体动压的条件形成流体动压的条件(1)(1)流体必须流经收敛间隙流体必须流经收敛间隙, ,而且间隙倾角越而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大；大则产生的油膜压力越大；(2)(2)流体必须有足够的速度；流体必须有足够的速度；(3)(3)流体必须是粘性流体。流体必须是粘性流体。流体动压基本方程（一维雷诺方程）流体动压基本方程（一维雷诺方程）一、径向滑动轴承的工作过程一、径向滑动轴承的工作过程二、最小油膜厚度必须满足二、最小油膜厚度必须满足十一、联轴器、离合器十一、联轴器、离合器l联轴器的类型、特点、名称、应用l离合器类型、工作原理十二、弹簧十二、弹簧l弹簧的类型、特点l圆柱螺旋弹簧的主要几何参数和尺寸 弹簧指数C=D/d由强度条件确定弹簧丝的直径d和弹簧中径D由刚度条件确定弹簧的工作圈数n预预 祝祝考试考试顺利顺利，取得，取得好成绩好成绩！赵小力赵小力l机电学院 机械设计系l办公室电话：86402012l手机号：15245023791lEmail: zhaoxlhit.edu.cnl机械楼1051室