精密机械设计复习详解

第1页 说明 这是助教整理过的ppt 精简版 用于复习 李老师出题不偏 都是他上课讲到的部分 布置的作业也是有针对性的 故复习的重点还是要回归到书本 看李老师讲过的 再好好的消化作业 PPT里的部分例题也很典型的 助教说答疑的时候会说一些重点 但不可能全部说 也不可能透露题目 仅仅是大概提提 机械这么课学分挺重 每年也有挂科的人 故希望大家考前这段时间还是要好好复习 不要寄全部希望于最后一节答疑课 祝好 冯翰信 2020年4月13日星期一 机械设计复习 2020年4月13日星期一 第一章机械设计基础知识 第4页 零件的工作能力 零件的工作能力 强度 强度是零件抵抗外载荷作用的能力 强度不足时 零件将发生断裂或产生塑性变形 使零件丧失工作能力而失效 刚度 刚度是反映零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 稳定性 在变载荷作用下 零件将产生机械振动 如果零件的固有频率与载荷的频率相同时 将发生共振 一般情况下 共振将使零件丧失工作能力而失效 第5页 名义载荷 计算载荷 在稳定和理想的工作条件下 作用在零件上的载荷称为名义载荷 为了提高零件的工作可靠性 必须考虑影响零件强度的各种因素 如零件的变形 工作阻力的变动 工作状态的不稳定等 为计入上述因素 将名义载荷乘以某些系数 作为计算时采用的载荷 此载荷称为计算载荷 Fj k F 第6页 变应力下的强度 疲劳破坏在变应力作用下 零件的一种失效形式将是疲劳断裂 这种失效形式不仅与变应力的大小有关 也与应力循环的次数有关 表面无缺陷的金属材料的疲劳断裂过程可分为两个阶段 第一阶段是在变应力的作用下 零件材料表面开始滑移而形成初始裂纹 第二阶段是在变应力作用下初始裂纹扩展以致断裂 实际上 由于材料具有晶界夹渣 微孔以及机械加工造成的表面划伤 裂纹等缺陷 材料的疲劳断裂过程只经过第二阶段 零件上的圆角 凹槽 缺口等造成的应力集中也会促使零件表面裂纹的生成和扩展 第7页 疲劳点蚀 在循环接触应力作用下 接触表面产生疲劳裂纹 裂纹扩展导致表层小块金属剥落 这种失效形式称为疲劳点蚀 点蚀将使零件表面失去正确的形状 降低工作精度 引起附加动载荷 产生噪声和振动 并降低零件的使用寿命 第8页 从零件开始工作到磨损量 超过允许值而失效的整个工作期间 可以分为三个阶段 图1 6 机械零件的耐磨性 2020年4月13日星期一 第三章零件的几何精度 第10页 互换性的基本概念 互换性是指在同一规格的一批零件或部件中 任取其一 不需任何挑选 调整或修配 就能装在仪器上 达到规定的功能要求 这样的一批零件或部件称为具有互换性 完全互换 从同一规格的一批零件中任取一件 不经任何修配就能装到部件或机器上 而且能满足规定的性能要求 这种互换性称为完全互换 不完全互换 如果把一批两种互相配合的零件按尺寸大小分成若干组 在一个组内的零件才有互换性 或者虽不分组 但需做少量修配和调整工作 才具有互换性 这种互换性称不完全互换 第11页 互换性的作用 1 有利于组织专业化生产 2 产品设计标准化 缩短设计周期 3 维修时易更换配件 减少修理时间和费用 保证设备原有的性能 问题 何为互换性 互换性在机械制造业中的作用是什么 2020年4月13日星期一 第四章平面机构的结构分析 第13页 运动副 运动副 高副 约束1个自由度 点 线接触 低副 约束2个自由度 面接触 第14页 平面机构的自由度 F 3n 2PL PH机构具有确定运动的条件 只有当原动件数等于机构自由度时 机构才具有确定的运动 F7 3n 2pL pH 3x3 2x4 0 1有确定运动F8 3n 2pL pH 3x4 2x5 0 2无确定运动 第15页 复合铰链 虚约束 局部自由度 F9 3n 2pL pH 3x5 2x7 0 1 F14 3n 2pL pH 3x3 2x4 0 1 F12 3n 2pL pH 3x7 2x10 0 1 F13 3n 2pL pH 3x2 2x2 1 1 第16页 平面机构的组成原理 平面机构的高副低代机构的运动保持不变 代替机构和原机构的自由度 瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同 高副低代的最简单方法是用两个转动副和一个构件来代替一个高副 第17页 平面机构组成原理 杆组 设杆组由n个构件和pL个平面低副所组成 那么它们之间必满足下述条件 F 3n 2PL 0或2PL 3n由于构件数n和运动副pL数必须是整数 故满足上述条件的最简单杆组为 n 2 PL 3 级杆组 n 4 pL 6 级杆组 n 6 pL 9 级杆组 第18页 2020年4月13日星期一 第五章平面连杆机构 第20页 铰链四杆机构的三种基本型式 曲柄摇杆机构a 双曲柄机构b 双摇杆机构c 第21页 曲柄存在条件 1 最长杆与最短杆的长度之和应 其他两杆长度之和称为杆长条件 2 连架杆或机架之一为最短杆 该机构中构件a最短 构件a能否整周回转 第22页 压力角与传动角 力F与Vc之间的夹角称为压力角连杆与从动件轴线之间所夹锐角 来判断四杆机构的传动性能的好坏 角称为传动角 第23页 行程速度变化系数 1 极位夹角当机构从动件处于两极限位置时 主动件曲柄在两相应位置所夹的角 曲柄摇杆机构的极位夹角 第24页 当曲柄等速回转的情况下 通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动 2 急回运动 第25页 3 行程速比系数 K 机构从动杆行程速度变化系数 极位夹角 即曲柄在两极限位置时所夹锐角 也等于导杆的摆角 第26页 4 死点位置 所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90 时机构所处的位置 第27页 例题 1 在偏置曲柄滑块机构中 要求滑块的行程为50毫米 其行程速度变化系数为1 5 导路的偏置量为20毫米 设计这一机构 2020年4月13日星期一 第六章凸轮机构 第29页 基圆 基圆半径rb 推程 推程角 升距h 远停 远停角 s 回程 回程角 近停 近停角 s 位移曲线 凸轮机构中的名词解释 第30页 1 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径rb 凸轮角速度 和从动件的运动规律 设计该凸轮轮廓曲线 选比例尺 l 作位移曲线和基圆rb 等分位移曲线及反向等分各运动角 确定反转后对应于各等分点的从动件的位置 确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置 设计步骤 将各尖顶点连接成一条光滑曲线 第31页 凸轮机构压力角的确定 凸轮机构基本尺寸的确定 第32页 基圆半径的确定 基圆半径rb减小时 将使压力角 变大 反之 压力角 减小 第33页 例题 一个偏心尖顶直动从动件盘形凸轮机构 凸轮机构的基圆半径为100mm 偏心距为100mm 凸轮的推程阶段轮廓线为渐开线 渐开线的基圆半径为100mm 基圆圆心位于凸轮的回转中心 当凸轮以角速度10rad s匀速转动时 从动件上升到行程一半时从动件速度为多少 从动件上升过程中速度如何变化 v R 第34页 例题 在图示偏置滚子直动从动件盘形凸轮机构中 凸轮1的工作轮廓为圆 其圆心和半径分别为C和R 凸轮1沿逆时针方向转动 推动从动件往复移动 已知 R 100mm OC 20mm 偏距e 10mm 滚子半径 10mm 试问 凸轮基圆半径r0 从动件行程h 推程运动角 0 回程运动角 0 远休止角 s 近休止角 s 凸轮机构的最大压力角 max 最小压力角 min 又分别在工作轮廓上哪点出现 2020年4月13日星期一 第七章摩擦传动和带传动 第36页 特点 1传动带具有挠性和弹性 可吸收振动和缓和冲击 使传动平稳噪音小 2当过载时 传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其它零件 起过载保护作用 3适合于主 从动轴间中心距较大的传动 4结构简单 制造 安装和维护都较方便 5传动比不稳定 效率较低 传动功率一般P 50kW 线速度v 5 25 40 m s 传动比3 5 10 第37页 三 带传动的几何关系 带传动的主要几何参数 带轮直径D1和D2 中心距a 带长度L 包角 各参数间的关系如图7 12所示 其近似几何关系为 第38页 四 带传动的受力分析 静止时 带两边的拉力相等且等于张紧力F0 见图a 传动时 由于带与轮面间摩擦力的作用 带两边的拉力就不再相等 图7 13 即将绕进主动轮的一边 拉力由F0增到F1 称为紧边拉力 而另一边带的拉力由F0减为F2 称为松边拉力 两边拉力之差为F1 F2 FtFt即为带传动所能传递的有效圆周力 称为有效拉力 其值等于沿任一个带轮的接触弧上摩擦力的总和 第39页 最大有效拉力的影响因素 预紧力F0 小轮包角 摩擦系数f F0越大越好吗 越小呢 摩擦系数取值 橡胶钢橡胶铸铁 第40页 五 带传动的应力分析 带传动工作时的应力有 由紧边和松边拉力所产生的应力 由离心力产生的应力以及由于带在带轮上弯曲产生的应力 第41页 带传动的应力分析 带工作时所受总应力即为上述三种应力之和 带中的应力为变应力 其最大应力为 max 1 b1 c此最大应力发生在带紧边进人小带轮处 带工作时 如果最大应力超过带的许用应力 带将产生疲劳破坏 三种应力中以弯曲应力 b1对传动带的寿命影响最大 为控制弯曲应力 b1不致过大 则小带轮直径不宜过小 带传动失效形式1 带的疲劳破坏 第42页 1 定义 带工作时 随着有效拉力增加 滑动角增加 静角减小 滑动角增加到整个包角时 带的有效拉力达到最大值 带开始沿着带轮滑动 此时称为带的打滑 2 产生的原因 外载荷增加 使得Fe Fec Ffmax3 特点 可以避免的 4 后果 带的磨损急剧增加 噪声和严重发热 从动轮的转速急剧下降 直至传动失效 带传动失效形式2 带的打滑 带的打滑 带传动的打滑有何用途 2020年4月13日星期一 第八章齿轮传动 第44页 齿廓啮合基本定律 P点为节点为使齿轮瞬时传动比保持恒定 不论两齿廓在任何位置接触 过接触点 啮合点 的公法线必须与两齿轮的连心线交于一定点P 这是齿廓啮合的基本定律 第45页 模数的量纲mm 确定模数m实际上就是确定周节p 也就是确定齿厚和齿槽宽e 模数m越大 周节p越大 齿厚s和齿槽宽e也越大 推论 模数越大 轮齿的抗弯强度越大 这是一组齿数相同 模数不同的齿轮 确定模数的依据根据轮齿的抗弯强度选择齿轮的模数 模数的意义 第46页 渐开线圆柱齿轮传动 正确啮合条件 第47页 连续传动条件 1 2 与m无关 随z1 z2及ha 的增大而增大 第48页 重合度的意义 齿轮啮合过程中 有两对齿同时啮合和只有一对齿啮合情形 若 1 25 在齿轮转过一个基节Pb的时间T内 有25 的时间是两对齿啮合 75 的时间是一对齿啮合 这就是重合度的意义 若 1 64 两对齿占64 一对占36 重合度不仅是齿轮传动的连续性条件 而且是衡量齿轮承载能力和传动平稳性的重要指标 第49页 根切现象 第50页 变位齿轮的齿形变化 变位齿轮 第51页 1 避免轮齿根切为使齿轮传动的结构紧凑 应尽量减少小齿轮的齿数 当z 的正传动时 可以提高齿轮的接触强度和弯曲强度 若适当选择变位系数x1 x2 还能大幅度降低滑动系数 提高齿轮的耐磨损和抗胶合能力 变位齿轮的应用 第52页 疲劳点蚀 由表面接触应力引起零件的破坏形式 疲劳点蚀在循环接触应力作用下 接触表面产生疲劳裂纹 裂纹扩展导致表层小块金属剥落 这种失效形式称为疲劳点蚀 提高齿面的硬度和降低表面粗糙度值 在许可范围内采用最大的移距系数和x x1 x2 增大齿轮传动的综合曲率半径 以及增大润滑油粘度与减小动载荷等 都可提高齿面的接触疲劳强度 第53页 直齿圆柱齿轮受力分析 作用于主 从动轮上的各对力均大小相等 方向相反 圆周力Ft 在主动轮上Ft1与运动方向n1相反 在从轮上Ft2与运动方向n2相同 径向力Fr的方向对两轮都是由作用点指向轮心 内齿轮为远离轮心方向 第54页 斜齿圆柱齿轮 第55页 圆周力 主动轮与转向相反 从动轮与转向相同径向力 指向圆心轴向力 可用左 右手判断 力的方向 第56页 小圆锥齿轮上各分力 按平均直径dm1计算 式中T1 小齿轮上的转矩 dm1 小齿轮上的平均分度圆直径 圆锥齿轮传动 第57页 力的方向 圆周力Ft 主动轮与转向相反 从动轮与转向相同 径向力Fr 指向圆心 轴向力Fa 小端指向大端 第58页 蜗杆传动 主平面图8 52为使用阿基米德蜗杆的蜗杆传动 在通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的剖面 主平面 上 蜗杆齿廓为直线 相当于齿条 蜗轮齿廓为渐开线 相当于齿轮 所以 在主平面内 就相当于齿条齿轮传动 蜗杆传动的设计计算以主平面为准 第59页 蜗杆蜗轮的正确啮合条件 第60页 蜗杆传动的受力分析 在蜗杆传动中 作用在齿面上的法向作用力Fn可分解为三个分力 圆周力Ft 径向力Fr和轴向力Fa 图8 54 第61页 力的方向 当蜗杆为主动件时 一般情况均是如此 蜗杆上的圆周力Ft1的方向与蜗杆齿在啮合点的运动方向n1相反 蜗轮上的圆周力Ft2的方向与蜗轮齿在啮合点的运动方向n2相同 径向力Fr的方向在蜗杆 蜗轮上都是由啮合点分别指向轴心 轴向力Fa由主动件左右手定则来判断 也可按照Fa1与Ft2方向相反 Ft1与Fa2的方向相反判断 第62页 蜗杆传动受力分析示例 第63页 定轴轮系的传动比计算 1 定轴轮系的传动比 输入轴与输出轴之间的传动比为 轮系中各对啮合齿轮的传动比大小为 一般定轴轮系的传动比计算公式为 第64页 周转轮系 给整个周转轮系加一个与系杆H的角速度大小相等 方向相反的公共角速度