机械设计复习-副本

1、机械设计基础A2考试n时间：2016年6月23日n题型：选择题30分，填空题10分，分析题20分，计算题30分，结构题10分n考试用具：钢笔、铅笔、计算器、直尺n考试分数：20%平时分，80%卷面分1 机械零件常见失效形式n失效：失效：丧失预定功能或预定功能指标降低到许用值以下。丧失预定功能或预定功能指标降低到许用值以下。失效的主要形式是破坏，但不仅仅指破坏。失效的主要形式是破坏，但不仅仅指破坏。常见主要失效形式有：常见主要失效形式有：n断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂n表面点蚀：工作表面片状剥落表面点蚀：工作表面片状剥落n塑性变形：零件发生永久性变形塑性变形：零件发生

2、永久性变形n过大弹性变形过大弹性变形n表面破坏表面破坏n过大振动和噪声、过热等过大振动和噪声、过热等n例如轴可能的失效形式：例如轴可能的失效形式：断裂、塑性变形、过大弹性变形、共振断裂、塑性变形、过大弹性变形、共振强度问题强度问题刚度问题刚度问题耐磨性问题耐磨性问题Fn2 机械零件的主要失效形式及设计准则机械零件的主要失效形式及设计准则设计零件时应满足的基本要求设计零件时应满足的基本要求工作可靠工作可靠、成本低3 强度准则n机械零件工作能力的最基本准则机械零件工作能力的最基本准则n强度：强度：材料抵抗断裂或残余变形的能力材料抵抗断裂或残余变形的能力n强度准则：强度准则：工作应力工作应力许用应力

3、许用应力n 或或 n针对失效形式：针对失效形式：断裂、疲劳破坏、残余变形断裂、疲劳破坏、残余变形n典型零部件：典型零部件：轴、齿轮、轴、齿轮、 带轮等带轮等Slim 正应力：正应力：Slim 剪应力：剪应力：极限应力极限应力表面磨损 : p p (比压、压强)耐磨性耐磨性表面压溃 : p p (挤压应力) 挤压强度挤压强度接触疲劳: : H H (接触应力) 接触强度接触强度(点蚀)（齿轮为例）SBSSSr 表面强度表面强度: :疲劳破坏疲劳破坏整体断裂(脆性材料)过大的残余变形（塑性材料）整体整体 破坏破坏静强度静强度疲劳断裂(塑、脆性材料) 疲劳强度疲劳强度整体强度整体强度: :变应力变应

4、力静应力静应力动画动画1 动画动画2动画动画3 齿轮、滚动轴承等n弹性极限：弹性极限：sPn抗拉强度：抗拉强度：sB n屈服强度：屈服强度：sSn硬度：硬度：nHBS:布氏硬度布氏硬度n硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的材料，一般硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的材料，一般HBS450nHRC、HRB、HRA:洛氏硬度洛氏硬度n120金刚石锥体，载荷金刚石锥体，载荷150kgf,不能测硬、脆的薄层零件不能测硬、脆的薄层零件nHV:维氏硬度维氏硬度n136 金刚石四角锥体，载荷小，金刚石四角锥体，载荷小，5-30kgf(千克力千克力,9.8N )三种硬度单位之比较：三种硬度单位之比较：nHV(维

5、氏维氏) HBS(布氏布氏)；HRC(洛氏洛氏)10 HBSspsSsBesABCDE3、材料力学性能指标一、应力的种类一、应力的种类ot=常数常数脉动循环变应力脉动循环变应力r =0静应力静应力: =常数常数变应力变应力: 随时间变化随时间变化2minmaxm平均应力平均应力:2minmaxa应力幅应力幅:循环变应力循环变应力变应力的循环特性变应力的循环特性:maxminr对称循环变应力对称循环变应力r =-1-脉动循环变应力脉动循环变应力-对称循环变应力对称循环变应力 -1= 0 +1-静应力静应力maxmTmaxminaamotmaxminaaototaaminr =+13-1 材料的疲

6、劳特性 变应力下，零件的损坏形式是变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂疲劳断裂。 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低，甚至比屈服极限低低，甚至比屈服极限低; 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。不管脆性材料或塑性材料，不管脆性材料或塑性材料，零件表层产生微小裂纹；零件表层产生微小裂纹； 疲劳断裂过程：疲劳断裂过程： 随着循环次数增加，微裂随着循环次数增加，微裂 纹逐渐扩展；纹逐渐扩展；当当剩余材料不足以承

7、受载剩余材料不足以承受载 荷时，突然脆性断裂。荷时，突然脆性断裂。疲劳断裂是与应力循环次数疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命即使用寿命)有关的断裂。有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征：疲劳断裂具有以下特征： 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙)DrrNNN （ 由于由于N NDD很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数环次数N N0 0( (称为循环基数称为循环基数) )，用，用N N0 0及其相对应的疲劳极及其相对应的疲劳极限限 r来近似代表来近似代表N NDD和

8、和 rr。maxNrN0107CDrNNBAN=1/4 D点以后的疲劳曲线呈一水点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其平线，代表着无限寿命区其方程为：方程为： 实践证明，机械零件的疲劳实践证明，机械零件的疲劳大多发生在大多发生在CD段。段。)(DCmrNNNNCN可用下式描述：可用下式描述：于是有：于是有：CNN0mrmrN104CB103am应力幅应力幅平均应力平均应力amS-1amS-1 材料的疲劳极限曲线也可用材料的疲劳极限曲线也可用在特定的应力循环次数在特定的应力循环次数N N下，下，极限应力幅之间的关系曲线来极限应力幅之间的关系曲线来表示，特称为表示，特称为等寿命曲线等寿命曲

9、线。简化曲线之一简化曲线之一简化曲线之二简化曲线之二三、等寿命疲劳曲线三、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。实际应用时常有两种简化方法。S-145 amS 45 -1Omax简化等寿命曲线（极限应力线图）：简化等寿命曲线（极限应力线图）： 已知已知A(0，-1) D (0 /2，0 /2)两点坐两点坐标，求得标，求得A直线的方直线的方程为：程为：ma1smaA直线上任意点代表了一直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。定循环特性时的疲劳极限。对称循环：对称循环： m=0 A脉动循环：脉动循环： m=a =0 /2 说明说明C直直 线上任意点的最大应力达到了屈服极限应线上任意点的最大

10、应力达到了屈服极限应力。力。0 /20 /245 Dm a C直线上任意点直线上任意点N 的坐标为的坐标为（m ，a ）由由中两条直角边相等可求得中两条直角边相等可求得 C直线的方程为：直线的方程为：a GCN材料材料S -1DAGCamo3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 一、零件的极限应力线图一、零件的极限应力线图 由于材料试件是一种特殊由于材料试件是一种特殊的结构，而实际零件的几何的结构，而实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与材料试件有及强化因素等与材料试件有区别，使得零件的疲劳极限区别，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限

11、。要小于材料试件的疲劳极限。定义弯曲疲劳极限的综合影响系数定义弯曲疲劳极限的综合影响系数 ：e11K在不对称循环时，在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。是试件与零件极限应力幅的比值。-1 0 /20 /2零件的对称循环弯曲疲劳极限为：零件的对称循环弯曲疲劳极限为：-1e 设材料的对称循环弯曲疲设材料的对称循环弯曲疲劳极限为：劳极限为： -1 K1e1K0e045 DAG45 -1e零件零件11CrramO-1CAG-1e D1) r=Const 通过联立直线通过联立直线OM和和AG的方程可求解的方程可求解M1点的坐标为：点的坐标为： 作射线作射线OM，其上任意，其上任意一点所代表的应

12、力循环都一点所代表的应力循环都具有相同的应力比。具有相同的应力比。M1为为极限应力点，其坐标值极限应力点，其坐标值me ，ae之和就是对应于之和就是对应于M点的极限应力点的极限应力max 。maxminmaxminam比值：S amMMmeae也是一个常数。也是一个常数。MM1 1meaemaxmaamK)(1maKmax1am-1-1eamOCADS G2) m=Const 此时需要在此时需要在 AG上确定上确定M2，使得：使得：m= m MM显然显然M2在过在过M点且纵轴平点且纵轴平行线上，该线上任意一点所行线上，该线上任意一点所代表的应力循环都具有相同代表的应力循环都具有相同的平均应力值

13、。的平均应力值。 MM2 2通过联立直线通过联立直线M M2和和AG的方程可求解的方程可求解M2点的坐标为：点的坐标为： Kme11maxKKma)(1Kmaae1计算安全系数及计算安全系数及疲劳强度条件为：疲劳强度条件为：SKKSm)()(ma1-maxmaxca-1-1eamOCA DS G45 am-1-1eamOCADS G同理，对于同理，对于N点的极限应力点的极限应力为为N N2点。点。 N N N N2由于落在了直线由于落在了直线CG上，故只上，故只要进行静强度计算：要进行静强度计算：计算公式为：计算公式为：SSSmaSmaxca3) min=Const MMMM3 3此时需要在此

14、时需要在 AG上确定上确定M3，使得：使得：min= min 因为：因为：min= m - a =C过过M点作点作45 直线，其上任意一直线，其上任意一点所代表的应力循环都具有相点所代表的应力循环都具有相同的最小应力。同的最小应力。 M3位置如图。位置如图。minML L规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算 若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力则应力 1 每循环一次对材料的损伤率即为每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循，而循环了环了n1次的次的1对材料的损伤率

15、即为对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循。如此类推，循环了环了n2次的次的2对材料的损伤率即为对材料的损伤率即为n2/N2，。不稳定不稳定变应力变应力规律性规律性非规律性非规律性用统计方法进行疲劳强度计算用统计方法进行疲劳强度计算按损伤累按损伤累积积假说进行疲劳强度计算假说进行疲劳强度计算如汽车钢板弹簧的载荷与应力受载重量、行车速度、轮胎充气程度、路面状况、驾驶员水平等因素有关。如汽车钢板弹簧的载荷与应力受载重量、行车速度、轮胎充气程度、路面状况、驾驶员水平等因素有关。1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND而低于而低于-1的应力可

16、以认为不构成破坏作用。的应力可以认为不构成破坏作用。 当损伤率达到当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：应于极限状况有：1.3322111NnNnNnNnziii实验表明：实验表明： 1）当应力作用顺序是先大）当应力作用顺序是先大 后小时，等号右边值后小时，等号右边值 1； 11ziiiNn11ziiiNn一般情况有：一般情况有： 2 . 27 . 01ziiiNnmiiNN10其中：1).(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN极限情况：极限情况： mzimiiNn101mzimiicanN101SScaca1若材料在这

17、些应力作用下，未达到破坏，则有：若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有：令不稳定变应力的计算应力为：令不稳定变应力的计算应力为：则：则： ca v带带 v2 ，v1 v2 带传动传动比不稳定带传动传动比不稳定%100121vvv弹性滑动弹性滑动率：率：F1F2紧边紧边松边松边EAF 四、带的弹性滑动和打滑四、带的弹性滑动和打滑 = 0.01 0.02)1 (1221ddddnni1221ddddnni2 2）打滑打滑定义：定义： 带沿带轮面发生全面滑动带沿带轮面发生全面滑动 产生的原因产生的原因： FeFfmax 弹性滑动扩展到整个接触弧弹性滑动扩展到整个接触弧显著滑动显著滑动(打滑打滑)特

18、点特点： 打滑打滑可以可以避免避免，而且应当避免而且应当避免 短时打滑起到过载保护作用短时打滑起到过载保护作用 打滑先发生在小带轮处打滑先发生在小带轮处 后果：后果： 打滑打滑带的剧烈磨损带的剧烈磨损从动轮转速剧烈降低从动轮转速剧烈降低传动传动失效失效F1F2紧边紧边松边松边 松边内侧靠大轮松边内侧靠大轮处处 (带只能单向弯曲，避免过多减小包角）带只能单向弯曲，避免过多减小包角） 带传动带传动：张紧轮设置在：张紧轮设置在平带传动平带传动：张紧轮设置在：张紧轮设置在 松边外侧靠小轮松边外侧靠小轮处处 (平带可以双向弯曲，应尽量增大包角平带可以双向弯曲，应尽量增大包角) )平带平带3 3）张紧轮装

19、置张紧轮装置优点：优点：远距离传动远距离传动工作可靠工作可靠, 效率效率较高较高平均传动比恒定平均传动比恒定 i = z2/z1 压轴力压轴力FQ小于带传动的小于带传动的结构紧凑结构紧凑(与带传动比较与带传动比较) 缺点：缺点：运动不均匀运动不均匀 (z小、小、 p大大 不均匀不均匀)瞬时传动比不恒定瞬时传动比不恒定传动平稳性差传动平稳性差(冲击、振动大，噪冲击、振动大，噪音高音高动载荷动载荷 不宜高速传动不宜高速传动)外外廓尺寸大廓尺寸大1 链传动的特点和应用链传动的特点和应用一、一、构成构成主动链轮、从动链轮、链主动链轮、从动链轮、链二、工作原理二、工作原理靠链轮轮齿与链节的啮合传递运动和

20、动力靠链轮轮齿与链节的啮合传递运动和动力有中间挠性件的啮合传动有中间挠性件的啮合传动三、特点三、特点1.链条平均速度链条平均速度V: 1000601000602211pnZpnZv121221ddZZnni2.传动比传动比 i 3.瞬时链条速度瞬时链条速度和传动比和传动比工作时只有销轴轴心工作时只有销轴轴心A 的的运动轨迹在链轮分度圆上。运动轨迹在链轮分度圆上。111RvvA4 链传动的工作情况分析链传动的工作情况分析 P172一、链传动的运动特性一、链传动的运动特性链速链速V变化变化:11maxRvx)180cos(111minZRvx相位角相位角b b在在 范围内变化范围内变化1180z振

21、动振动链速链速bbbbsinsincoscos1111111RvvRvvyx 可见可见：Vx= R11 cos链链条每转一个链节，链速变化一条每转一个链节，链速变化一 次，次，齿数越少（节距齿数越少（节距p越大）越大），变化范围越大，变化范围越大， 链速变化也越大。运动不均匀性又越大。链速变化也越大。运动不均匀性又越大。链条速度链条速度V变化变化 加速度加速度 惯性力惯性力 Fd1=mac 2180sin180sincos211211121111pzRazRRdtddtdVacxcbbb 时时当当加速度加速度：分析：分析： V越大越大动载动载冲击冲击噪音噪音 V15m/S p越大越大动载动载冲

22、击冲击噪音噪音 尽量取小尽量取小 P z1越小越小动载动载冲击冲击噪音噪音 z1 zmin（ P=2R1sin180z1 ）二、链传动的动载荷二、链传动的动载荷传动方案的布置传动方案的布置:1.带传动带传动(承载力小,平稳,缓冲吸振) 2.链传动链传动(运动不均匀,动载荷随n增大而增大)3.蜗杆传动蜗杆传动:(i大,平稳,低) 4.锥齿轮锥齿轮(加工困难,精度低)5.开式齿轮开式齿轮传动(磨损大)高速级高速级低速级低速级 中小功率,间歇运转。 不宜不宜用于大功率大功率传动高速级高速级(易形成油膜增加)改变改变轴的方向方向才用高速级高速级(减小尺寸)低速级低速级(减少磨损) 高速级 要求平稳n越

23、高( P同) T越小F越小对冲击振动越敏感6.布置方案布置方案 7.齿轮两端轴承非对称布置齿轮两端轴承非对称布置 8.传动比较传动比较6.布置方案布置方案:7.齿轮两端轴承非对称布置齿轮两端轴承非对称布置：齿轮、带、链传动：齿轮、蜗杆传动：直齿轮、斜齿轮传动：带带齿轮齿轮链链蜗杆蜗杆齿轮齿轮斜齿轮斜齿轮直齿轮直齿轮转矩应由离齿轮较远的轴端输入减小载荷沿齿宽分布不均匀传动平稳性最好的是传动比最大的是附加动载荷最大的是效率最高的是发热最严重的是8. 带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动比较带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动比较:带传动带传动蜗杆传动蜗杆传动链传动链传动齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动

24、2、按、按工作条件工作条件分（分（失效形式失效形式不同）不同）开式开式传动：低速传动，润滑条件差，传动：低速传动，润滑条件差，易磨损易磨损；半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入；半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入；闭式闭式传动：齿轮等全封闭于箱体内，传动：齿轮等全封闭于箱体内，润滑良好润滑良好，使用广泛。，使用广泛。3、按、按齿面硬度齿面硬度分（分（失效形式失效形式不同）不同）软齿面：软齿面：HB350；硬齿面：硬齿面：HB350。4、按载荷情况分（、按载荷情况分（失效形式失效形式不同）不同）低速轻载低速轻载: V13m/S ; Fn510KN中速中载中速

25、中载: 3m/SV10m/S ;10KNFn50KN高速重载高速重载: V10m/S ; Fn50KN齿轮的失效发生在齿轮的失效发生在轮齿轮齿，其它部分很少失效。，其它部分很少失效。失效形式失效形式轮齿折断轮齿折断齿面损伤齿面损伤齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）齿面接触疲劳磨损（齿面点蚀）齿面胶合齿面胶合齿面磨粒磨损齿面磨粒磨损齿面塑性流动齿面塑性流动2 齿轮传动的失效形式及设计准则齿轮传动的失效形式及设计准则一、轮齿的失效形式一、轮齿的失效形式疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断1 轮齿折断轮齿折断常发生于常发生于闭式硬齿面闭式硬齿面或或开式开式传动中。传动中。现象：现象：局部折断局部折断整体折断整

26、体折断常出现在常出现在润滑良好润滑良好的的闭式软齿面闭式软齿面传动中。传动中。现象：现象：节线靠近齿根部位节线靠近齿根部位出现麻点状小坑。出现麻点状小坑。原因：原因：HH脉动循环脉动循环应力应力1）齿面受多次）齿面受多次交变应力交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；作用，产生接触疲劳裂纹；4）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩）润滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩 展。（展。（油粘度越小，裂纹扩展越快油粘度越小，裂纹扩展越快）2）节线处常为单齿啮合，接触应力大；）节线处常为单齿啮合，接触应力大；3）节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易）节线处为纯滚动，靠近节

27、线附近滑动速度小，油膜不易 形成，摩擦力大，易产生裂纹。形成，摩擦力大，易产生裂纹。2 齿面点蚀齿面点蚀失效形式失效形式相应的计算准则相应的计算准则1、闭式齿轮传动、闭式齿轮传动主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合软齿面：主要是软齿面：主要是点蚀点蚀、 其次是其次是折断折断， 1) 接触疲劳强度，接触疲劳强度，2)弯曲疲劳强度弯曲疲劳强度硬齿面：与软齿面硬齿面：与软齿面相反相反高速重载高速重载还要进行还要进行抗胶合计算抗胶合计算二、齿轮传动常用计算准则二、齿轮传动常用计算准则2、开式齿轮传动、开式齿轮传动主要失效为：主要失效为：轮齿折断、磨粒磨损轮齿折断、磨粒磨损按

28、弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计，增大增大m考虑磨损考虑磨损3、短期过载传动、短期过载传动过载折断过载折断齿面塑变齿面塑变静强度计算静强度计算3. 作用力的方向判断及关系：作用力的方向判断及关系：t1(主主):Ft1Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2Ft2Fr2r1 r2与与1 反反向向 与与2 同同向向t2 (从从) :分别指向各自轮心分别指向各自轮心：画受力图时，各分力画在啮合点上：画受力图时，各分力画在啮合点上关系：关系：t1 = t2 r1 = r2tH11H311Z21 ZHtHEHEHdK FuZZbduK TuZZdu齿面接触齿面接触强度强度 校核公式校核公式 (10-10)齿面接

29、触强度齿面接触强度设计公式设计公式(10-11)213121HEHdHZ Z ZK Tudu弯曲强度公式弯曲强度公式13212FFaSadFKT YYYmz13212FFa SaFFdK TY Y Ym z 3. 因Z1Z2YFa1YSa1与与YFa2YSa2不同不同F1 与F2不同即两轮弯曲两轮弯曲 应力不同应力不同，而F1与与F2不同 设计取取 比值YFa1YSa1 F1 与与YFa2YSa2 F2的的较大者较大者代入代入3311 tHHtnntFFtddKKmmKK或设计时，初选K=Kt=1.21.4计算出d1t(mnt) 计算KvKK计算K修正4.主从关系：主从关系：t1 = t2 r

30、1 = r2 a1 = a2 配对齿轮旋向相反 分析：分析： 平稳性好，但平稳性好，但a 轴承轴承要求高，要求高， 一般取一般取 =820 采用人字齿轮可消除轴向力可取采用人字齿轮可消除轴向力可取 =1540btantaFF Ft1Fr1Ft1Fr1Fr2Ft2Fr2左Fa1Fa1Fa2Fa2Ft2 右斜齿轮受力分析：斜齿轮受力分析： * 配对齿轮旋向相反 Ft1Ft2Fr1Fr2Fa1Fa2Ft3Fr3Fa3Ft4Fr4Fa4例题：确定旋向及各齿轮所受力的方向例题：确定旋向及各齿轮所受力的方向2341Z1Z2（二）（二） 轮齿的受力分析轮齿的受力分析1. n 的分解：的分解：同斜齿轮同斜齿轮

31、2. 作用力的大小作用力的大小112mtdTF Ft1Ft2Fa2Fr1Fr2a 由小端指向大端由小端指向大端t1 =t2r1 =a2 a1 =r2Fa1211costanatrFFF211sintanrtaFFF3. 主从关系主从关系一、蜗杆传动的特点一、蜗杆传动的特点 通常二轴交角通常二轴交角 90 蜗杆主动，蜗轮被动蜗杆主动，蜗轮被动蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮1 组成和应用优点优点: 1.很大，一般很大，一般780, 分度分度500 2. 传动平稳传动平稳, 噪音低噪音低 3.可自锁可自锁, 结构紧凑结构紧凑缺点缺点: 1.s大大效率低效率低, 发热大发热大可自锁时可自锁时50 2.需贵重金属需贵

32、重金属价高价高 3.不宜用于大功率长期工作不宜用于大功率长期工作2 2 特点特点一、正确啮合条件一、正确啮合条件 正确啮合条件：正确啮合条件：ma1 = mt2=m a1 = t2 1= b2 旋向相同旋向相同, 即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋即蜗杆、蜗轮同为左旋，或同为右旋 主平面主平面( (中间平面中间平面):):通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面通过蜗杆轴线并垂直与蜗轮轴线的平面1b2b2fd2ad2d2cd1d1fd1ada一、失效形式、设计准则及常用材料一、失效形式、设计准则及常用材料 主要考虑蜗轮主要考虑蜗轮 开式传动：开式传动：齿面磨损、轮齿折断齿面磨损、轮齿折断 保证齿根弯曲

33、疲劳强度保证齿根弯曲疲劳强度 闭式传动：闭式传动：齿面胶合、点蚀齿面胶合、点蚀 按齿面接触疲劳强度设计，齿根弯曲疲劳强度校核按齿面接触疲劳强度设计，齿根弯曲疲劳强度校核 另外，还应作热平衡计算另外，还应作热平衡计算 失效：失效：胶合、点蚀、磨损、齿根折断胶合、点蚀、磨损、齿根折断蜗轮轮齿蜗轮轮齿 开式传动：开式传动：齿面磨损、轮齿折断齿面磨损、轮齿折断 闭式传动：闭式传动：齿面胶合、点蚀齿面胶合、点蚀 由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上由于蜗轮材料强度低，失效通常发生在蜗轮轮齿上1 1 失效形式失效形式2 2 计算准则计算准则 径向力径向力的判断方法：的判断方法： 指向各自圆心指向各

34、自圆心 圆周力圆周力的判断方法：的判断方法： 利用转向判断利用转向判断 轴向力轴向力的判断方法：的判断方法： 蜗杆左、右手方法蜗杆左、右手方法 主动轮为右旋，握紧右手，四指弯曲主动轮为右旋，握紧右手，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇指的方向表示主动轮的回转方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；若主动轮为左旋，用左手向；若主动轮为左旋，用左手 蜗轮的蜗轮的转向转向：与：与F Fa1a1反向反向Ft1Fa2Ft1Fa2Ft1Fa2Fr1Fr2Fr1Fr2Ft1Fa1Fr1Fa2Ft2Fr2Fr1Fr2Fa1Ft2Fa1Ft2Fa1Ft22 2 力的方向

35、力的方向练习：练习：n1n1Fr1Fr2 Ft1x xFa2Fa1Ft2右旋右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2x xFa1Ft2n2已知：蜗杆轴已知：蜗杆轴为输入，大锥齿轮轴为输入，大锥齿轮轴为输出，轴为输出，轴转向如图。转向如图。试：确定各轮转向、旋向，使轴试：确定各轮转向、旋向，使轴 所受所受轴向力最小。轴向力最小。1. n1. n4 4, n, n3 3 , n n2 2 , F Ft2 t2 , F Fa1 a1 2. F2. Fa3 a3 , F Fa2 a2 , F, Ft1 t1 n n1 1顺时针顺时针蜗轮右旋蜗轮右旋蜗杆蜗杆右旋右旋n n4 4输出输出1 12 23 34 4

36、Ft2x xFa1Fa3Fa2Ft1n2n1滚动轴承：滚动轴承：摩擦损失较小摩擦损失较小，且已高度，且已高度标准化标准化，应用极为广泛应用极为广泛。1.1.要求径向尺寸很小；要求径向尺寸很小；2.2.振动和冲击载荷很大；振动和冲击载荷很大；3.3.因装配原因必需用剖分式；因装配原因必需用剖分式；4.4.特别重型的；特别重型的；5.5.工作转速特别高或要求回转精度特别高。工作转速特别高或要求回转精度特别高。滑动轴承：滑动轴承： 高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。例如：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机（高速高精度）例如：汽轮机、离心式压缩机、

37、内燃机、大型电机（高速高精度） 水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等（低速重载带冲击）水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等（低速重载带冲击）三、滑动轴承应用三、滑动轴承应用但以下场合不适用：但以下场合不适用：12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料滑动轴承的失效形式及常用材料 一、失效形式一、失效形式耗功耗功温度温度粘度粘度润滑恶化润滑恶化烧瓦、胶合烧瓦、胶合硬粒或粗糙峰硬粒或粗糙峰刮伤刮伤润滑失效润滑失效粘附和迁移粘附和迁移VS方向的裂纹方向的裂纹轴承衬疲劳剥落轴承衬疲劳剥落润滑剂对金属元素的氧化及腐蚀润滑剂对金属元素的氧化及腐蚀磨粒磨损磨粒磨损( (主要主要):):间隙间隙运动精度运动精度刮伤刮伤:

38、咬粘（胶合）咬粘（胶合）:疲劳剥落疲劳剥落:腐蚀腐蚀:12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑动轴承的设计计算维持边界油膜不遭破裂维持边界油膜不遭破裂 最低要求最低要求一、设计准则一、设计准则主要失效主要失效磨粒磨损磨粒磨损烧瓦、胶合烧瓦、胶合 1.2.3.pppvpvvv条件性条件性计算计算油不被过大压力挤出油不被过大压力挤出不产生过大磨损不产生过大磨损限制温升限制温升防止油膜破裂防止油膜破裂防止胶合防止胶合限制局部限制局部pv值值限制局部温升限制局部温升二、设计计算二、设计计算步骤步骤: (1) 确定轴承结构型式确定轴承结构型式, 选择轴瓦和轴承衬材料选择轴瓦和轴承衬材料

39、; (2) 选取轴承的宽径比选取轴承的宽径比B/d, 确定轴承的宽度确定轴承的宽度B; (3) 验算轴承的的工作能力。验算轴承的的工作能力。dB3. 3. 形成动压润滑的必要条件形成动压润滑的必要条件1.有楔形间隙有楔形间隙2.连续充满粘性流体连续充满粘性流体3.有相对运动有相对运动(由大截面由大截面小截面小截面)两工作平两工作平面间必须面间必须 hminen=0,形成形成弯曲的楔弯曲的楔形空间形空间轴瓦对轴颈摩擦力轴瓦对轴颈摩擦力轴颈向右滚动而轴颈向右滚动而偏移偏移开始形成动压开始形成动压润滑，轴颈受润滑，轴颈受力向左移动力向左移动形成动压润滑，形成动压润滑，并稳定运转并稳定运转二、径向滑动

40、轴承形成流体动力润滑的过程二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程二、滚动轴承的基本类型和特点二、滚动轴承的基本类型和特点1 向心轴承(a=0)深沟球轴承深沟球轴承: 6类类 nlim最高、价廉最高、价廉, 优先采用优先采用 受力类型受力类型: Fr, 不大的不大的Fa(双向双向)圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承: N类类承载力较大承载力较大 受力类型受力类型: 很大的很大的Fr, 不能承受轴向力不能承受轴向力Fa滚针轴承滚针轴承: NA类类 内外圈可分离内外圈可分离, 径向尺寸小径向尺寸小 受力类型受力类型: 很大的很大的Fr, 不能承受轴向力不能承受轴向力Fa2 调心轴承 (a=0)调心球轴承调心球

41、轴承: 1类类调心性能最好调心性能最好 受力类型：受力类型：Fr, 不大的不大的Fa(双向双向)调心滚子轴承调心滚子轴承: 2类类调心性能好、承载力较大调心性能好、承载力较大 受力类型：受力类型：Fr, 不大的不大的Fa(双向双向)3 向心推力轴承 (090)角接触球轴承角接触球轴承:类，类， 15、25、40 受力类型：受力类型：Fr, 单向单向Fa圆锥滚子轴承：圆锥滚子轴承：3类类 受力类型：受力类型：Fr, 单向单向Fa4 推力轴承(a=90)推力球轴承推力球轴承: 5类类 受力类型：受力类型：只承受轴向只承受轴向(Fa) 单列：单列：承受单向轴向力承受单向轴向力 双列：双列：承受双向轴

42、向力承受双向轴向力前置代号前置代号 基基 本本 代代 号号 后置代号后置代号 尺寸系列尺寸系列代代 号号 分分部部件件代代号号 类类型型代代号号内内径径代代号号直径直径系列系列代号代号 宽度宽度系列系列代号代号 内内部部结结构构代代号号 密密封封与与防防尘尘代代号号 公公差差等等级级代代号号 。 字母字母 2 1 3 4 5 字母字母(+数字数字) 三、滚动轴承的代号三、滚动轴承的代号 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 宽度系列为宽度系列为0 0直径系列为直径系列为4(4(重重) )内径内径=45mm=45mm例例:3 0 4 09:3 0 4 09 0 0级公差，级公差，0 0组游隙组游隙( (可不

43、标可不标) )一、失效形式一、失效形式失效形式：失效形式：内外圈运动内外圈运动 疲劳点蚀疲劳点蚀 最主要的失效形式，滚动最主要的失效形式，滚动体表面、套圈滚道都可能发生点蚀体表面、套圈滚道都可能发生点蚀 过大塑性变形过大塑性变形 低速轴承的主要失效形低速轴承的主要失效形式，接触应力过大式，接触应力过大(载荷过大或冲击载荷载荷过大或冲击载荷)，元件表面出现较大塑性变形元件表面出现较大塑性变形 磨损、胶合、内外圈和保持架破损等磨损、胶合、内外圈和保持架破损等使用维护不当而引起的，属于非正常失效使用维护不当而引起的，属于非正常失效设计准则：设计准则：一般转速的轴承一般转速的轴承 进行寿命进行寿命(额

44、定动载荷额定动载荷)计算，防止计算，防止疲疲劳劳点蚀破坏点蚀破坏转速极低或仅作缓慢摆动的轴承转速极低或仅作缓慢摆动的轴承 按静强度按静强度(额定静载荷额定静载荷)计算，防止塑计算，防止塑性变形性变形寿命寿命L (106r)载荷载荷P(N)oC21534寿命寿命L=1载荷载荷P=C载荷载荷P=C寿命寿命L=1载荷载荷PC寿命寿命L=?常数LP1 CLPr)(10PCL6 指数指数球轴承球轴承: 3滚子轴承滚子轴承: =10/3四、滚动轴承寿命的计算公式四、滚动轴承寿命的计算公式 对于向心轴承，对于向心轴承，C 为径向载荷为径向载荷Cr 对于推力轴承，对于推力轴承，C 为轴向载荷为轴向载荷Ca 但

45、轴承可能同时承受径向载荷但轴承可能同时承受径向载荷Fr 和轴向载荷和轴向载荷 Fa 为了与为了与C在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念在相同的条件下进行比较，引入当量动载荷的概念 当量动载荷：当量动载荷：一假想载荷，一假想载荷，按确定基本额定动载荷的条件进按确定基本额定动载荷的条件进行换算后的载荷，行换算后的载荷，与与C 同类型，它对轴承的作用与实际载荷同类型，它对轴承的作用与实际载荷的作用等效。用的作用等效。用 P 表示表示:P=XFr+YFa 考虑附加载荷影响，引入考虑附加载荷影响，引入载荷系数，载荷系数，表表13-6 X 径向径向载荷载荷系数系数 Y 轴向轴向载荷载荷系数系数 见

46、表见表13-5FaFr)(arpYFXFfP 五、滚动轴承的当量动载荷五、滚动轴承的当量动载荷(1)只受只受Fr的向心轴承的向心轴承：P=fpFr(2)只受只受Fa的推力轴承的推力轴承：P=fpFa(3)受受Fr和和Fa的向心轴承和向心推力轴承的向心轴承和向心推力轴承 P=fp(XFr+YFa)X X、Y Y径径, ,轴向动载荷系数轴向动载荷系数 表表(13-5)(13-5) P321 P321 查判断系数查判断系数e e : :轴承的额定静载荷轴承的额定静载荷判判F Fa a/F/Fr r与与e e的关系的关系定定X X、Y YFa/Fre 轴向力较小轴向力较小, ,可忽略不计可忽略不计,

47、,只计只计F Fr r F Fr r 即：即：X=1 , Y=0X=1 , Y=0 轴向力较大轴向力较大, ,要计要计即：即：X1, Y X1, Y 0 0Fa/Fre按按(F(Fa a/C/C0 0) ) 查查e e 1515按按F Fa a/C/C0 0 查查e e 2525 e=0.68、4040 e=1.14e=1.5tg p280e=1.5tg p280深沟球轴承深沟球轴承角接触球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承向心推力轴承的派生轴向力向心推力轴承的派生轴向力 Fd (7类、类、3类类)(2) 向心推力轴承向心推力轴承Fa的计算的计算2 轴向载荷Fa的计算 派生轴向力派生轴向

48、力Fd大小见表大小见表13-7FdFrFiFiFiO角接触球轴承角接触球轴承注意注意 Fd 的方向的方向表13-7派生轴向力Fd(2) 向心推力轴承向心推力轴承Fa的计算的计算Fr1Fr2FaeFd1Fd2Fr1Fr2Fd1Fd2Fd1Fd2FaeFd1Fd2FaeFae正安装正安装反安装反安装2 轴向载荷Fa的计算结论：结论： 判别方法判别方法: : 先确定轴上各轴向力先确定轴上各轴向力( (外加轴向力和派生轴向力外加轴向力和派生轴向力) ) 的方向的方向; ; 判断哪端轴承被判断哪端轴承被“压紧压紧”，哪端轴承被，哪端轴承被“放松放松”; ; 放松端的轴向载荷等于它本身的放松端的轴向载荷等

49、于它本身的派生轴向力派生轴向力; ; 压紧压紧端的轴向载荷等于除去它本身的端的轴向载荷等于除去它本身的派生轴向力派生轴向力外外, ,其余其余 所有轴向力的代数和。所有轴向力的代数和。reFaeF12l2lreFaeF12l2l(3)(2)一对一对7205B轴承正安装轴承正安装一对一对7205B轴承反安装轴承反安装1rF2rF1rF2rF(二二)求求Fa(2)一对一对7205B轴承正安装轴承正安装12PP左端轴承寿命低左端轴承寿命低轴右移轴右移,1松松2紧紧(2)一对一对7205B轴承反安装轴承反安装12PP左端轴承寿命低左端轴承寿命低轴左移轴左移,1松松2紧紧Fd11.14Fr11.1420002280NFd21.14Fr21.1410001140NFae+Fd2=500+1140=1640Fd1=2280Fae+Fd1=500+2280=2780Fd2=1140Fd11.14Fr11.1420002280NFd21.14Fr21.1410001140NFa1=Fd1=2280NFa2=Fd1-Fae=2280-500=1780NFa2=Fd1+Fae=2280+500=27