华中科技大学机械设计基础考研核心资料华中科技大学机械考研必备课件之机械设计-大机类机械设计复习.ppt

1、2.2.机械零件设计的步骤机械零件设计的步骤失效：零件失去正常工作的能力失效：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，是计算零件基本尺寸的计算准则：衡量零件工作能力的指标，是计算零件基本尺寸的 主要依据主要依据受力分析受力分析选择材料选择材料确定计算准则确定计算准则技术文档技术文档 理论计算理论计算(参数设计参数设计)结构设计结构设计强度准则强度准则约束条件式约束条件式 1.1.机械零件的工作能力与计算准则机械零件的工作能力与计算准则 工作能力：在一定的条件下工作能力：在一定的条件下(载荷、环境、使用期载荷、环境、使用期)，零件不发生，零件不发生 失效的安全工作限度失效的安全工

2、作限度机械设计机械设计复习要点复习要点第一章第一章 机械设计概论机械设计概论SlimSlim3.3.零件许用的应力零件许用的应力许用应力许用应力极限应力极限应力安全系数安全系数)(BB脆性材料取强度极限脆性材料取强度极限)(SS塑性材料取屈服极限塑性材料取屈服极限(1)(1)静应力下的极限应力静应力下的极限应力与材料性能有关与材料性能有关(2)(2)变应力下的极限应力变应力下的极限应力与材料、循环次数与材料、循环次数N N、循环特征循环特征r r 等有关等有关当为对称循环变应力时，取其持久极限应力当为对称循环变应力时，取其持久极限应力)(11当为脉动循环变应力时，取其持久极限应力当为脉动循环变

3、应力时，取其持久极限应力)(00当当0NN 时，持久极限应力时，持久极限应力101mNNN000mNNN(1)(1)变应力参数变应力参数 (以正应力以正应力为例、可将为例、可将替换替换)mamax最大应力最大应力min最小应力最小应力2minmaxa应力幅应力幅2minmaxm平均应力平均应力(2)(2)对称循环变应力对称循环变应力maxminr循环特征循环特征11 r(3)(3)脉动循环变应力脉动循环变应力(4)(4)静应力静应力minmax0mminmaxa1r)(110min2maxma0r)(000amminmax1r)(11已知已知 2 2 个参数个参数可确定其余参数可确定其余参数4

4、.4.几种稳定循环变应力几种稳定循环变应力对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力静应力静应力非对称循环变应力非对称循环变应力maminmax第二章第二章 挠性传动挠性传动张紧才能工作张紧才能工作1.1.带的应力分析带的应力分析(2)(2)离心拉应力离心拉应力(1)(1)拉应力拉应力(3)(3)弯曲应力弯曲应力2.2.带传动的弹性滑动和打滑带传动的弹性滑动和打滑弹性滑动不可避免弹性滑动不可避免)1(1221ddnni传动比传动比F随随变化变化ffffeFeeFF1111210limf摩擦系数摩擦系数包角包角10F张紧力张紧力打滑是可以避免的打滑是可以避免的limfFF F所能传

5、递的圆周力所能传递的圆周力丢转速丢转速3.3.带传动的失效形式及设计准则带传动的失效形式及设计准则打滑打滑疲劳破坏疲劳破坏limfFF 不打滑不打滑不发生疲劳破坏不发生疲劳破坏11maxCb设计准则设计准则失效形式失效形式确定单根带所能传递的许用功率确定单根带所能传递的许用功率 0P根据带传动的设计功率根据带传动的设计功率CP确定带安全工作的根数确定带安全工作的根数0PPzC具体做法：具体做法：1000)11)(1000)11(1000)11(10001110AveveAveFFvPfCbffLKKPPP)(0004.4.带传动的设计带传动的设计V V 带传动的设计带传动的设计min1dddd

6、满足满足验算带速验算带速v相应带轮相应带轮:胶带：胶带：带的型号带的型号 Y Z A B C D EY Z A B C D E带的根数带的根数 带的基准长度带的基准长度dL5.5.链传动工作情况分析链传动工作情况分析(1)(1)链传动的平均传动比链传动的平均传动比1221zznni(2)(2)链传动运动的不均匀性链传动运动的不均匀性链轮转速越高链轮转速越高节距越大节距越大(齿数越少齿数越少)链传动的动载荷越大链传动的动载荷越大6.6.链传动的失效及其设计准则链传动的失效及其设计准则与带传动设计类似，确定不发生失效的链条规格，即节距与带传动设计类似，确定不发生失效的链条规格，即节距 p p(链号

7、链号)7.7.链传动的设计链传动的设计确定链轮齿数确定链轮齿数1z运动的不均匀性运动的不均匀性2z重量重量节圆外移量节圆外移量d易脱链易脱链12012 ziz(防脱链防脱链)8.8.带传动与链传动的应用场合带传动与链传动的应用场合第三章第三章 齿轮传动齿轮传动1.1.齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效形式(1)(1)轮齿折断轮齿折断 (2)(2)齿面点蚀齿面点蚀(3)(3)齿面胶合齿面胶合 (4)(4)齿面磨料磨损齿面磨料磨损 (5)(5)齿面塑性变形齿面塑性变形 2.2.设计准则设计准则 齿面间的接触疲劳点蚀齿面间的接触疲劳点蚀轮齿的弯曲疲劳折断轮齿的弯曲疲劳折断齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲

8、劳强度条件HPH轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件FPF失效形式失效形式设计准则设计准则胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑具体工作条件下，如何运用上述准则具体工作条件下，如何运用上述准则闭式传动闭式传动软齿面软齿面 (硬度硬度 350HBS)350HBS)按齿面按齿面接触接触疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件校核校核硬齿面硬齿面(硬度硬度 350HBS)350HBS)按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计按齿面按齿面接触接触疲劳强度条件疲劳强度条件校核校核开式传动

9、开式传动按轮齿按轮齿弯曲弯曲疲劳强度条件疲劳强度条件设计设计工作条件工作条件设计准则设计准则3.3.齿轮材料及热处理齿轮材料及热处理 (1)(1)锻钢锻钢(2)(2)铸钢铸钢 (3)(3)铸铁铸铁(4)(4)非金属非金属4.4.直齿圆柱齿轮传动直齿圆柱齿轮传动(1)(1)受力分析受力分析 力的大小力的大小力的方向力的方向(2)(2)计算载荷计算载荷校核式：校核式：HPHEHubduKTZZ211)1(2(3)(3)齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件 设计式：设计式：)(12)(3121mmuuKTZZddHPEH(4)(4)轮齿弯曲疲劳强度条件轮齿弯曲疲劳强度条件 设计式：设计式：)(2

10、3211mmYYZKTmFPsaFad校核式：校核式：)(2121MPaYYzbmKTFPsaFaF(5)(5)讨论讨论1)1)接触应力与接触强度接触应力与接触强度2)2)弯曲应力与弯曲强度弯曲应力与弯曲强度3)3)齿形系数齿形系数4)4)提高齿轮接触疲劳强度的主要措施提高齿轮接触疲劳强度的主要措施5)5)提高轮齿弯曲疲劳强度的主要措施提高轮齿弯曲疲劳强度的主要措施5.5.斜齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动(1)(1)斜齿轮强度计算的特点斜齿轮强度计算的特点 当量齿轮当量齿轮(2)(2)受力分析受力分析力的分解力的分解力的大小力的大小力的方向力的方向计算特点计算特点尺寸相同时：尺寸相同时：斜齿轮

11、承载能力大于直齿轮斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮外载和材料相同时：外载和材料相同时：(3)(3)斜齿轮的强度条件斜齿轮的强度条件6.6.直齿圆锥齿轮传动的强度条件直齿圆锥齿轮传动的强度条件 (1)(1)直齿圆锥齿轮强度计算的特点直齿圆锥齿轮强度计算的特点 当量齿轮当量齿轮计算特点计算特点(2)(2)受力分析受力分析力的大小力的大小主、从动轮上力的关系主、从动轮上力的关系力的方向力的方向(2)(2)精度等级精度等级7.7.齿轮设计中有关参数的选择原则齿轮设计中有关参数的选择原则(1)(1)材料与热处理方式材料与热处理方式(3)(3)齿数齿数 Z Z(4)(4)齿

12、宽系数齿宽系数Rd、(5)(5)模数模数(6)(6)分度圆螺旋角分度圆螺旋角第四章第四章 蜗杆传动蜗杆传动1.1.蜗杆传动的类型及其特点蜗杆传动的类型及其特点普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动从运动关系看，蜗杆传动相当于螺母与螺杆传动从运动关系看，蜗杆传动相当于螺母与螺杆传动(1)(1)传动比大传动比大 i i=1080=1080(2)(2)传动平稳传动平稳(4)(4)摩擦发热大、传动效率低摩擦发热大、传动效率低(3)(3)有自锁性有自锁性 (蜗杆升角蜗杆升角当量摩擦角当量摩擦角)v在中间平面内，相当于斜齿条与斜齿轮的啮合在中间平面内，相当于斜齿条与斜齿轮的啮合(

13、1)(1)正确啮合条件正确啮合条件(2)(2)蜗杆传动参数及几何尺寸计算与齿轮传动相同蜗杆传动参数及几何尺寸计算与齿轮传动相同2.2.主要参数主要参数(1)(1)模数模数和压力角和压力角m(2)(2)蜗杆分度圆直径蜗杆分度圆直径1d直径系数直径系数mdq1(3)(3)蜗杆分度圆柱导程角蜗杆分度圆柱导程角(5)(5)相对滑动速度相对滑动速度sv齿间的齿间的sv摩擦发热摩擦发热蜗杆头数蜗杆头数1z1 1 实现大传动比或要求自锁实现大传动比或要求自锁z z1 1=2 2、4 4 要求效率要求效率(4)(4)传动比传动比 i i传动比传动比1221zznni闭闭式式传传动动开式开式传动传动 失效形式失

14、效形式(发生在蜗轮上发生在蜗轮上)设计准则设计准则3.3.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 轮和轮和齿胶齿胶齿合齿合面面点点蚀蚀控制点蚀和胶合：控制点蚀和胶合：控制折断控制折断(Z(Z2 2 80)80)：齿面接触强度条件齿面接触强度条件HPH轮齿弯曲强度条件轮齿弯曲强度条件FPF控制温升：控制温升：热平衡计算热平衡计算轮齿轮齿折断折断控制折断：控制折断：轮齿弯曲强度条件轮齿弯曲强度条件FPF 注注 蜗杆主要是控制轴的变形蜗杆主要是控制轴的变形4.4.材料及热处理材料及热处理 蜗杆蜗轮材料组合蜗杆蜗轮材料组合减摩减摩 耐磨耐磨 抗胶合抗胶合碳素钢碳素钢合金钢合金钢调质调

15、质蜗杆：蜗杆：淬火淬火蜗轮：蜗轮：灰铸铁灰铸铁铝铁青铜铝铁青铜 铸锡磷青铜铸锡磷青铜 5.5.普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动(1)(1)受力分析受力分析 力的分解力的分解 力的方向力的方向力的关系力的关系力的大小力的大小利用赫兹公式、考虑蜗杆传动特点利用赫兹公式、考虑蜗杆传动特点(2)(2)齿面接触疲劳强度条件齿面接触疲劳强度条件 6.6.蜗杆传动的效率和热平衡计算蜗杆传动的效率和热平衡计算 (2)(2)提高效率的途径提高效率的途径(1)(1)效率效率)()96.095.0(Vtgtg(3)(3)热平衡计算热平衡计算第五章第五章 联接联接1.1.平键联接平键联接静联接静联接 侧面压溃侧面压溃

16、挤压应力挤压应力动联接动联接 工作面磨损工作面磨损比压比压42/2PPdlhTlhdT4pdlhTp主要失效形式主要失效形式设计准则设计准则键的剖面尺寸键的剖面尺寸b b、h h 按轴直径按轴直径 d d 从标准中选取从标准中选取键的长度键的长度 l l 根据轮毂宽度确定根据轮毂宽度确定2.2.螺纹副的受力螺纹副的受力(1)(1)螺纹副的效率螺纹副的效率)(vtgtg三角形螺纹效率低、用于联接三角形螺纹效率低、用于联接其余三种用于传动其余三种用于传动(2)(2)螺纹的自锁条件螺纹的自锁条件v三角形螺纹三角形螺纹最大，自锁性好最大，自锁性好v用于联接用于联接细牙螺纹螺距细牙螺纹螺距小，升角小，升

17、角p小小易满足自锁条件易满足自锁条件3.3.紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接的强度计算)(4/3.121MPadF(1)(1)受横向载荷的普通螺栓联接受横向载荷的普通螺栓联接RKzfmFfc(2)受轴向载荷的普通螺栓联接受轴向载荷的普通螺栓联接螺栓相对刚度螺栓相对刚度F F工作拉力工作拉力残余预紧力残余预紧力0F 总拉力总拉力螺栓刚度螺栓刚度111tan/FC被联件刚度被联件刚度222tan/FC2121tantanCCFFFFKFCCCFc211cKCCC)/(211令总拉力总拉力FKFFFFc0 残余预紧力残余预紧力FKFFFFFc)1()(FKFFc)1(预紧力预紧力残余预紧力为：对于有紧

18、密性要求的联接：（1.51.8）F；对于一般联接：工作载荷稳定时（0.20.6）F；工作载荷不稳定：（0.61.0）F；对于地脚螺栓联接：F 1)1)螺栓和被联接件的受力与变形螺栓和被联接件的受力与变形若工作拉力变化：若工作拉力变化：F0则总拉力：则总拉力：FCCCFF2112)2)减小总拉力变化幅度减小总拉力变化幅度减少减少1C增大增大2C3)3)强度条件强度条件)(4/3.1210MPadF4)4)保证联接的紧密性保证联接的紧密性剩余预紧力剩余预紧力0F(3)(3)受横向载荷的铰制孔螺栓联接受横向载荷的铰制孔螺栓联接强度条件强度条件420mdFS杆受剪：杆受剪：杆与壁受挤压：杆与壁受挤压：

19、0PSPhdF5.5.螺旋传动的类型和特点螺旋传动的类型和特点4.4.螺纹联接类型与防松螺纹联接类型与防松第六章第六章 轴设计轴设计1.1.轴的结构设计轴的结构设计2.2.轴的强度计算轴的强度计算(1)(1)按扭转强度计算按扭转强度计算(初算轴径初算轴径)(2)(2)按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算(一般轴一般轴)T将将转化为对称循环变化来考虑转化为对称循环变化来考虑22)(TMMca第七第七 章章 滚动轴承滚动轴承6 6 深沟深沟 球轴承球轴承7 7 角接触球轴承角接触球轴承3 3 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承5 5 推力球轴承推力球轴承1.1.滚动轴承的主要类型滚动轴承的主要类型向心轴承向

20、心轴承径向接触轴承径向接触轴承向心角接触轴承向心角接触轴承推力轴承推力轴承推力角接触轴承推力角接触轴承轴向接触轴承轴向接触轴承按公称接触角按公称接触角分类分类2.2.滚动轴承的代号滚动轴承的代号基本代号基本代号6 1 2 0 66 1 2 0 6内径代号内径代号 直径系列代号直径系列代号 同一内径有不同的直径同一内径有不同的直径 宽度系列代号宽度系列代号 内外径相同时有不同的宽度内外径相同时有不同的宽度5 5内径内径一般为：一般为：类型代号类型代号3.3.滚动轴承的类型选择滚动轴承的类型选择(1)(1)载荷的大小、方向和性质载荷的大小、方向和性质(2)(2)其它：转速、旋转精度、调心性能、装拆

21、方便、价格其它：转速、旋转精度、调心性能、装拆方便、价格4.4.滚动轴承的尺寸选择滚动轴承的尺寸选择轴承内径轴承内径 与轴颈直径相等与轴颈直径相等 载荷很小载荷很小 超轻或特轻系列超轻或特轻系列载荷很大载荷很大重系列重系列一般情况一般情况轻或中系列轻或中系列一般选正常系列一般选正常系列宽度系列宽度系列代号代号 0 1 2 36 0 1 2 36 宽度宽度 窄窄 正常正常 宽宽 特宽特宽直径系列直径系列 代号代号 0 0、1 2 3 4 1 2 3 4 直径直径 轻轻 轻轻 中中 重重5.5.滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计(1)(1)轴承支承的结构形式轴承支承的结构形式1)1)两端固定两端

22、固定 2)2)一端固定、一端游动一端固定、一端游动3)3)两端游动两端游动(2)(2)轴承支承设计的两个特殊问题轴承支承设计的两个特殊问题角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承的排列的排列 反装反装“背靠背背靠背”正装正装“面对面面对面”校核轴承寿命校核轴承寿命hPCfnLth)(60106已知已知轴承型号轴承型号 (即即C)C)外载外载PhL轴承寿命轴承寿命hL预期寿命预期寿命？61060hnLPC选择轴承型号选择轴承型号 (即即C)C)已知已知外载外载PhL预期寿命预期寿命？满足预期寿命时轴承的满足预期寿命时轴承的CC所选轴承的所选轴承的6.6.滚动轴承的疲劳寿命计算滚动轴承的疲

23、劳寿命计算(1)(1)寿命计算公式寿命计算公式P(2)(2)轴承的当量动载荷轴承的当量动载荷Pf考虑实际工况，引入载荷系数考虑实际工况，引入载荷系数rFrF对只承受对只承受的向心轴承：的向心轴承：PfaFaF对只承受对只承受的推力轴承：的推力轴承：Pf)(arYFXF 同时承受同时承受aFrF复合载荷的向心轴承：复合载荷的向心轴承：Pf121SFSFAa212SFSFAa两者取较大值两者取较大值两者取较大值两者取较大值(3)(3)角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷的计算的计算aF1)1)派生轴向力派生轴向力S2)2)轴向载荷的计算轴向载荷的计算圆锥滚子轴承角接

24、触球轴承70000C(=15)70000AC(=25)70000B(=40)S=Fr/(2Y)S=0.5 Fr S=0.7 Fr S=1.1 Fr 注：式中Y是Fa/Fr e时的轴向载荷系数(4)(4)轴承寿命计算步骤轴承寿命计算步骤派生轴向力派生轴向力S轴向载荷轴向载荷aF当量动载荷当量动载荷)(arYFXF PfP校核校核计算计算hL选择选择计算计算C1.1.非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则设计准则设计准则失效形式失效形式磨损磨损防止过度磨损防止过度磨损发热引起胶合发热引起胶合防止胶合防止胶合pp vv pvpv第八第八 章章 滑动轴承滑动轴承2

25、.2.液体摩擦动压向心滑动轴承的基本理论液体摩擦动压向心滑动轴承的基本理论压力油膜形成的原理压力油膜形成的原理讨论之一：讨论之一：液体摩擦形成的条件液体摩擦形成的条件由由306hhhvdxdp讨论之二：讨论之二：向心滑动轴承动压油膜形成过程向心滑动轴承动压油膜形成过程第九章第九章 联轴器、离合器和制动器联轴器、离合器和制动器1.1.联轴器的分类联轴器的分类(1)(1)刚性联轴器刚性联轴器(2)(2)挠性联轴器挠性联轴器2.2.联轴器的选用联轴器的选用(1)(1)选类型选类型同心条件同心条件载荷大小与性质载荷大小与性质(2)(2)选型号选型号转矩转矩转速转速轴径轴径3.3.离合器离合器(1)(1)外力操纵式离合器外力操纵式离合器 工作原理工作原理单片式圆盘摩擦离合器单片式圆盘摩擦离合器多片式圆盘摩擦离合器多片式圆盘摩擦离合器机械零部件的结构设计机械零部件的结构设计轴系结构设计轴系结构设计