机械设计复习重点课件

疲劳曲线,3-1材料的疲劳强度,交变应力的描述：,m平均应力；a应力幅值,max最大应力；min最小应力,r应力比（循环特性）,应力比r对应的应力曲线：,=,m-am+a,机械零件的疲劳强度计算1,（一）影响机械零件疲劳极限的因素,由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。,以弯曲疲劳极限的综合影响系数表示材料对称循环弯曲疲劳极限-1与零件对称循环弯曲疲劳极限-1e的比值，即,在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。,将零件材料的极限应力线图中的直线ADG按比例向下移，成为右图所示的直线ADG，而极限应力曲线的CG部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。,3-2机械零件的疲劳强度计算,，有-1e=,-1。,(一)键联接的功能、分类、结构形式及应用,6-1键联接,键标准件作用：主要用作周向固定类型：平键、半圆键、楔键和切向键。,1、普通平键,主要失效形式：压溃键剪断,平键分类：普通平键、薄型平键（静）、导向平键和滑键（动）。,（二）键的选择和键连接强度计算,1、键的选择,由轴径d,由轮毂长度,6-1键联接,类型选择,尺寸选择:(b*h)*L,（四）带的弹性滑动与打滑,机理：带为弹性体,主动轮：,b点:开始接触，拉力F1，V带b=V轮1。,轮1：bc,带：bc,使得：V带v轮2。,量关系滑动率表示：,4）后果：,a、v轮2v轮1，i不准确；,b、；,c、引起带的磨损；,d、带温度，寿命。,82带传动的工作情况分析,或V2=(1-）v1其中：,平均,（一）设计准则和单根V带的基本额定功率P0,1、失效形式：打滑和疲劳破坏（脱层、疲劳断裂）。,8-3普通带传动的设计计算,2、设计准则：在不打滑前提下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。,3、单根V带所能传递的功率：由（8-11）得V带的疲劳强度条件为：,8-3普通带传动的设计计算,1-b1-c,式(8-16),由式（8-7）（8-8）得：,Fec=F11-,e-1,f,1,（）,=1A1-,e-1,f,1,（）,（8-17）,整条链：挠性体,单个链节：刚性体,链条绕上链轮时，链节与链轮轮齿啮合，形成正多边形一部分。,链轮转一周，链条转过长度为zp,平均链速：,一、链传动的运动特性,94链传动的工作情况分析,94链传动的工作情况分析,实际上：1=const时，2、v是变化的。,假设：紧边在传动时总是处于水平位置。,水平分速度,即链速,使链条前进,传递功率。,垂直分速度,使链条上下移动,消耗功率。,主动轮：在某一时刻，销轴的圆周速度为。,94链传动的工作情况分析,（二）链传动的动载荷,链的加速度：,时：,p,z1,94链传动的工作情况分析,主动轮上的惯性力Fd1=ma式中,m紧边链条的质量。,从动轮上的惯性力Fd2=,JR2,d2dt,（二）链传动的张紧,张紧目的：不决定工作能力，决定垂度大小。,加张紧轮：靠近主动链轮的外侧松边上。,3、紧边在上。,2、两轮中心线最好水平，或与水平面45夹角，尽量避免垂直布置；,加张紧轮,两轮错开,（一）链传动的布置（表9-8）,1、两轮回转面应在同一铅垂面内，共面；,9-6链传动的布置、张紧、润滑与防护,改善措施：1）齿面硬度2）采用或加极压剂的润滑油,（二）计算准则,失效形式相应的计算准则（齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度）,1、闭式齿轮传动,主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合,硬齿面：与软齿面相反，按F设计，校核H。,高速重载还要进行抗胶合计算,10-2齿轮传动的失效形式及设计准则,2、开式齿轮传动,主要失效为：轮齿折断、磨粒磨损，,按F设计，适当增大m考虑磨损。,3、短期过载传动,过载折断齿面塑变,10-2齿轮传动的失效形式及设计准则,大尺寸（d400）铸造毛坯中等尺寸锻造毛坯尺寸较小且要求不高时圆钢,轮齿表面的硬化方法有：渗碳、氮化和表面淬火,3）正火碳钢（轻度冲击）、调质碳钢（中等冲击）4）合金钢（高速重载）5）高强度合金钢（飞行器）6）配对金属制两轮软齿面的硬度差应保持3050HBS或更多。,10-3齿轮的材料及其选择原则,2）应考虑齿轮的大小、毛坯形成方法及热处理和制造工艺：,（二）齿轮材料的选择原则,1）按不同工况选材。,（三）齿面接触疲劳强度计算,105标准直齿圆柱齿轮强度计算,L,代入上式：,式中：啮合角,将,105标准直齿圆柱齿轮强度计算,接触线长度L与重合度有关：L=,bZ,2,重合度系数Z=,4-3,式中：啮合角,齿轮传动的设计参数2,（一）齿轮精度的选择,精度选择是以传动的用途，使用条件，传递功率，圆周速度等为依据来确定，在满足使用要求的前提下，尽量降低制造成本。,106齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择,国家标准对渐开线圆柱齿轮传动的精度规定了13个精度等级，依次为：0、1、2、12级，0级最高，12级最低。按各项误差对传动性能的影响，齿轮传动的精度分别用三种公差组来表示。,1）第I公差组：用齿轮一转内的转角误差表示，反映传递运动的准确性。,2）第II公差组：用齿轮一齿内的转角误差表示，反映传动的平稳性。,3）第III公差组：用啮合区域的形状、位置和大小表示，反映载荷分布的均匀性。,在一般情况下，齿轮的三个公差组应选用相同的精度等级。但也允许选用不同的精度等级。参表10-6.,讨论：,接触线长度，承载能力，传动平稳性,Fa，轴承负荷,Fa，轴承设计复杂，支承尺寸,加工困难,斜齿轮优点不能发挥,107标准斜齿圆柱齿轮强度计算,例题10-2,一般取b=820,普通蜗杆传动的参数与尺寸2,4、导程角g,在m和d1为标准值时，z1g,正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且g1b2（交错角为90）,式中，pZ蜗杆导程（参图），pZ=z1pa，pa为蜗杆轴向齿距。,5、传动比i,=u,蜗轮齿数主要取决于传动比，即z2=iz1。z2不宜太小（如z226)，否则将使传动平稳性变差（避免根切）。z2也不宜太大（80），否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。选择时，可参照表11-1。,6、蜗轮齿数z2,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡1,11-5普通蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算,由于轴承摩擦损耗和溅油损耗较小，故取23=0.950.96，则总效率：,式中：V1蜗杆分度圆的圆周速度，m/s；d1蜗杆分度圆直径，mm；n1蜗杆转速，r/min。,=（0.950.96）,tantan(+v）,效率与蜗杆头数的大致关系为：蜗杆头数总效率0.700.800.900.95,，但加工困难，一般去max=2627,时，蜗杆传动具有自锁性，但效率很低（50%）,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡4,11-5普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,当自然冷却的热平衡温度过高（t。80）时，可采用以下措施：,1）加散热片以增大散热面积；,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡4,11-5普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,当自然冷却的热平衡温度过高（t。80）时，可采用以下措施：,1）加散热片以增大散热面积；,普通蜗杆传动的效率润滑与热平衡5,11-5普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡,3）加冷却管路或散热器冷却。,传动箱内装循环冷却管路,传动箱外装循环冷却器,13-2滚动轴承的主要类型及其代号,按可承受的外载荷分类：,向心轴承：主要承受径向载荷（图13-3a）,推力轴承：只能承受轴向载荷（轴圈、座圈）（图13-3b）,向心推力轴承：能同时承受径向和轴向载荷（接触角、载荷角）（图13-3c）,现常用的各类滚动轴承的性能、特点参表13-1.,类型选择2,13-3滚动轴承的类型选择,（一）轴承的载荷,轴承选择是否适当，不仅影响轴承的使用寿命，而且还将影响机器的工作性能。因此合理地选择滚动轴承的类型，是机械设计中的重要问题之一。,选择滚动轴承的类型时，应考虑下列因素：,轴承的载荷方向、大小和性质是选择滚动轴承类型时主要考虑的因素。,载荷大时：选滚子轴承,载荷较小时：优先选球轴承,载荷的大小：,13-5滚动轴承尺寸的选择,基本额定寿命一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的转数或工作小时数。,基本额定寿命用符号L10表示，单位为转，or用小时数。,对单个轴承来讲，意味着能够达到基本额定寿命的可能性（可靠度）为90%。,在作轴承的寿命计算时，须先根据机器的类型、使用条件及对可靠性的要求，确定一个恰当的预期计算寿命（一般为一个大修期）。可参表13-3。,13-5滚动轴承尺寸的选择,转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁，引起滚动体和滚道的过渡磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。,除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的永久变形的失效形式。例如：,这些失效形式可以通过加强装配质量管理和完善使用条件来克服。,注：对以疲劳破坏为主要失效形式的轴承：要计算它的寿命,对以永久变形为主要失效形式的轴承：要计算它的静强度,胶合,磨损,外圈塑性变形,13-5滚动轴承尺寸的选择,转速较高而润滑油不足时引起轴承烧伤；润滑油不清洁，引起滚动体和滚道的过渡磨损；装配不当而使轴承卡死、胀破内圈、挤碎内外圈和保持架等。,除了点蚀以外，轴承还可能发生其它多种的永久变形的失效形式。例如：,这些失效形式可以通过加强装配质量管理和完善使用条件来克服。,注：对以疲劳破坏为主要失效形式的轴承：要计算它的寿命,对以永久变形为主要失效形式的轴承：要计算它的静强度,胶合,磨损,外圈塑性变形,例1：试判断轴承的松紧端及轴向载荷。,（1）FS1=2500N，FS2=1800N，FA=500N,（2）FS1=1700N，FS2=2200N，FA=600N,正装（面对面）,反装（背对背）,Fa1=FS1=2500N,Fa2=Fa+FS1=500+2500=3000N,13-6轴承装置的设计,对于内部间隙不能调整的轴承，如深沟球轴承（60000型）(见图13-16)，为了补偿轴的受热伸长，在一端应留有间隙c=0.20.3mm。,支承。图中，L1L2，故前者悬臂较长支承刚性较差。工作时，轴的温度一般要高于外壳的温度，前者的结构减小了预调的间隙，而后者可避免这种情况。,2一端固定、一端游动支承（单支点双向固定）：,当轴较长或工作时温升较高时，为了补偿热膨胀，应采用一端固定、一端游动的结构。,13-6轴承装置的设计,对于内部间隙不能调整的轴承，如深沟球轴承（60000型）(见图13-16)，为了补偿轴的受热伸长，在一端应留有间隙c=0.20.3mm。,支承。图中，L1L2，故前者悬臂较长支承刚性较差。工作时，轴的温度一般要高于外壳的温度，前者的结构减小了预调的间隙，而后者可避免这种情况。,2一端固定、一端游动支承（单支点双向固定）：,当轴较长或工作时温升较高时，为了补偿热膨胀，应采用一端固定、一端游动的结构。,概述1,概述,联轴器和离合器的功用：用于联接轴与轴，以传递运动与转矩，有时也可用作安全装置。其类型有：,1）联轴器用于将两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停机并拆卸后才可将两轴分离；,2）离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合或分离的一种装置。它可用来操纵机器传动的断续，以便进行变速及换向等；,在机械中传动装置要与工作机进行轴间联接才能传递运动和动力。轴间联接形式通常有两种即联轴器与离合器。,相同点：两者都是用来联接两轴一起转动，并传递转矩的标准件。不同点（区别）：联轴器在运转时，两轴不能分离，必须停车后，经过拆卸才能分离；离合器可在机器运转时不用拆卸，可随时通过操纵机构便可分离两轴。,（一）轴的用途及分类轴的主要功用：,1、支承轴上回转零件（如齿轮）,13-1概述,轴的分类：,2、传递运动和动力,1、按承载分,转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）如：减速器中的轴。,心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0）,13-1概述,固定心轴：轴固定,问：火车轮轴属于什么类型？,问：自行车轴属于什么类型？,传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T0如：汽车下的传动轴。,汽车变速器与后桥联接轴,轴的概述2,（二）轴设计的主要内容,轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。,（1）根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸，是轴设计的重要内容。,（2）轴的承载能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。,15-1轴的概述,一般情况：强度计算。,有刚度要求时：刚度计算（如机床主轴）。,对高速轴，自振频率与轴转速接近：震动稳定性计算。,碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。最常用的是45号钢。合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。,轴的概述3,15-1轴的概述,（三）轴的材料,轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。,轴的常用材料及其主要力学特性表见表15-1(下一页),高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆，可用于外形复杂的轴。,轴的计算1,15-3轴的计算,轴的计算一般是在初步完成结构设计后进行校核