北科大机械设计基础学习指导

机械设计基础(近机类学习指导返回目录2.明确机械的基本设计要求;初步理解机械零件的主要失效形式以及强度、3.能正确判断零件中应力的循环特性,了解疲劳断裂和疲劳点蚀的产生机本章的重点是机器与机构构件与零件的概念以及机械零件的工作能力计算准则,难点是变应力下许用应力的确定。2.构件:机器中最小的运动单元。构件可以是单个零件,但是由于结构和工艺上的需要,常常将几个零件固定联结在一起,组成一个构件。机器中各构件之间会产生相对运动,但同一构件上的零件之间无相对运动3.机构:能变换或传递运动与动力的、用可动联结组合而成、而且有一个构件被固定的构件系统。机构作为一个构件4.机器:能执行机械运动、并被用来变换或传递能量、物料与信息的装置。一部机器可以是单个机构,但是大多数机器由多个机构组成。例如鼓风机和电动机只包含一个机构,而内燃机则包含曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构等多个机构。除构件系统之外,机器还可能含有电气、液压、气压、光学等其它系统,因此机器除传递运动和力之外,还具有变换或传递能量、物料与信息的5.机械:由于机器的主体是由机构组成的,在研究构件的运动和受力情况6.机械零件的工作能力:机械零件抵抗失效的能力,称为机械零件的工作机械设计基础(近机类学习指导能力其中强度是零件抵抗断裂、塑性变形以及表面损坏的能力;刚度是零件抵抗弹性变形的能力;耐磨性是零件表面的抗磨损能力;耐热性是零件在较高温度下抗蠕变、抗氧化和抗热变形的能力;振动稳定性是零件在周期性外力作用下不发生剧烈振动的能力零件设计中通常使用一些计算公式来判断零件是否具有足够的工作能力,这些计算公式称为机械零件的工作能力计算准则7.机械零件的强度计算准则:通常用零件的最大工作应力(正应力σ或切应力t)不大于零件的许用应力([σ]或[r])来表示。需要注意,大多数机械零件的工作应力属于变应力在变应力下工作的零件,其许用应力既与应力循环特性r有关,也与应力循环次数N有关,还与零度有关。在许用应力的计算公式中,寿命系数用来考虑应力循环次数的影响;表面状况系数、应力集中系数和尺寸系数用来考虑零件产生初始裂纹难易程度1.3.1判断题(正确:V,错误:x)3.为了保证所设计的零件在预定的工作期间内正常工作,必须同时使用强4.使用耐磨性计算准则进行设计计算,其目的是避免零件表面的磨损。(5.振动稳定性计算准则要求零件的共振频率必须小于其工作频率。()6.静载荷产生静应力,变载荷产生变应力。()7.应力随时间的变化规律为正弦曲线时,该应力属于对称循环变应力。(8.静应力的循环特性等于零。()10.零件中的实际应力超过材料的持久疲劳极限时就会发生疲劳破坏(机械设计基础(近机类学习指导11.零件中的实际应力大于许用应力时就会丧失工作能力。()(1)执行部分;(2)传动部分;(3)动力部分;(4)控制部分。2.对称循环变应力的最大应力与最小应力(1)之积为0;(2)之和为0;(3)之比为0;(4)之差为0。3.脉动循环变应力的最大应力与最小应力(1)之积为0;(2)之和为0;(3)之比为0;(4)之差为0。4.为使静应力下工作的零件不因塑性变形而失效,可取材料的作(1)σ-1;(2)σ0;(3)σs;(4)σB。5.为使静应力下工作的零件不因断裂破坏而失效,可取材料的作(1)σ-1;(2)σ0;(3)σs;(4)B6.若零件的预期应力循环次数N大于材料的循环基数N0,其寿命系数KN将(1)大于0;(2)大于1;(3)等于1;(4)小于1。1.一部完整的机器由、和三3.强度是零件抵抗的能力;刚度是零件抵返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录1.了解机构的组成,掌握各种平面运动副的一般表示方法,熟练看懂平面机构运动简图,初步掌握将实际机构绘制成机构运动简图的技能。2.能识别平面机构运动简图中的复合铰链局部自由度和最常见的虚约束,正确使用平面机构自由度的计算公式,弄清机构具有确定运动的条件。本章的重点是机构确定运动的条件和平面机构自由度的计算;难点是复合铰链局部自由度及虚约束问题的判断及正确处理1.复合铰链判断时需要注意的是:复合铰链是指两个以上转动副的转动中2.局部自由度是机构中某些构件具有的不影响其它构件运动的自由度为了防止在计算自由度时错算构件数和运动副数,可先将产生局部运动的构件和3.虚约束是机构中与其它约束重复而不起限制运动作用的约束它往往出现在特定的几何条件下,具体情况较为复杂,我们只要掌握教材中介绍的五种4.在计算机构自由度时,要正确计算运动副数目,除去局部自由度及虚约束,再用平面机构自由度计算公式进行计算,最后还应检查机构的自由度数目与原动件数目是否相等,以便确定机构是否具有确定的运动当自由度数目大于原动件数目时,某些构件运动不确定(乱动);当自由度数目小于原动件数目时,各构件间卡住不动,这两种情况都不能成为机构。只有当自由度数目等于原动件数目时,各构件间才具有确定的相对运动,才解:F=3n-2PL-PH=3X8-2X11-1=1该机构中C处为复合铰链;F处为局部自由度;G与J有一个是虚约束机械设计基础(近机类学习指导解题分析:B、C处为局部自由度;E、C与D、B对称高副各一个),所以有一个为虚约束。该机构中B、C处为局部自由度;EC与DB有一个是虚约束。2.4.1判断题(正确:V,错误:×)1.构件组成移动副和转动副所引入的约束数目相等。()2.在平面机构中一个高副引入两个约束。()3.用简单线条和符号按一定比例定出各运动副的相对位置,并能反映机构各构件间相对运动关系的简单图形称为机构示意图。()4.一个作平面运动的自由构件有六个自由度。()(1)两构件以点、线、面相接触;(2)两构件能作相对运动;(3)两构件相连接;2.有一构件的实际长度l=0.5m,画在机构运动简图中的长度为2机械设计基础(近机类学习指导(1)25;(1)构件数目;(2)运动副的数目、类型;(3)运动副的相对位置;(4)构件和运动副的结构。4.在机构中,某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为(1)虚约束;(2)局部自由度;(3)复合铰链;(4)真约束。(1)机构的自由度F≥0;(21.组成机构的构件有三类,其中机构中的相对静止件称为;2.低副是两构件通过接触而构成的运动副;高副是两构件通过 3.在平面机构中若引入一个高副将引入个约束,而引入一个低副5.机构要能够运动,自由度必须,机构具有确定相对运动的返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录1.了解组成铰链四杆机构的各构件的名称;熟悉铰链四杆机构的基本形式、2.能根据四杆机构中存在曲柄的条件,熟练判断出平面四杆机构的基本类3.了解平面四杆机构设计通常采用的作图法、解析法、实验法和图谱法。掌握按行程速度变化系数、给定连杆位置和给定两连架杆对应位置设计四杆机本章的重点是平面四杆机构的基本特性以及平面四杆机构的设计,难点是1.极位夹角:机构从动件摇杆处于两极限位置时,原动件曲柄在相应两位置所夹的锐角。如果0,表示机构有急回特性,且角愈运动就愈显著所以要判断一个机构是否有急回特性就要找出极位夹角。例如,一个对心曲柄滑块机构,因其极位夹角=0,机构就没有急回特性,但一个偏角与其极位夹角相等,它有急回特性,但转动导杆机构就没有急回特性。2.压力角a与传动角Y:在四杆机构中,当不计摩擦时,主动件通过连杆作用在从动件上的力的作用线与其作用点的速度方向之间所夹的锐角,称为机构在此位置的压力角。而把压力角的余角Y,即连杆与从动摇杆所夹的锐角,机构的传动性能愈好,效率愈高。多数机构运动中的传动角是变化的,为了使机构传动质量良好9一般规定机构的最小传动角Ymin≥40为了检查机构的最小传动角,需要确定最小传动角的位置。通过分析可知:曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置之一;曲柄滑块机构的最小传动角出机械设计基础(近机类学习指导现在曲柄与导路垂直的位置;导杆机构在任何位置最小传动角都等于90'。3.死点:当机构出现传动角y=0'时,其压力角α=90',原动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过从动件的两个转动副中心,不能使从动件转动,机构的这种位置称为死点在曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构中,若以曲柄为主动件,则不存在死点。只有以摇杆或滑块为主动件时,曲柄与连杆共线的位置才是死点。要注意死点"、"自锁与机构自由度小于、等于零的区别。自由度小于、等于零表明机构中各构件间不可作相对运动死点是指不计摩擦时机构所处的特殊位置,可借助惯性或采用机构错位排列的方法,使机构能顺利通过死点位置而正常运转而自锁是指机构在考虑摩擦的情况下,当驱动力的作用方向满足一定的几合条件时,虽然机构的自由度大于零,但机构仍无法运动4.平面四杆机构的作图法:用作图法设计四杆机构是根据设计要求及各铰链之间相对运动的几何关系,通过作图来确定四个铰链的位置。根据不同的设计要求,作图法设计四杆机构可分为三种类型:),杆机构的实质问题是确定曲柄的固定铰链中心A的位置,进而定出其余三杆长度。设计方法是首先根据行程速比系数K求出极位夹角(=180。(K-上,可由其它附加条件确定。B(3)按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构。已知两连架杆的三组对机械设计基础(近机类学习指导程速比系数;解:(1)因为lAB+lCD=(20+85)mm=105mm<lBC+lAD=(60+50)mm=110m(3)若以曲柄AB为主动件,则机构在曲柄AB与机架3.4.1判断题(正确:V,错误:x)1.平面连杆机构是低副机构,其接触处压强较小,因此适用于受力较大的2.铰链四杆机构通过机架的转换,就一定可以得到曲柄摇杆机构、双曲柄3.铰链四杆机构如有曲柄存在,则曲柄必为最短构件。()4.在曲柄滑块机构中,当曲柄为主动件时,机构没有死点。()5.在摆动导杆机构中,当曲柄为主动件时,曲柄在任何位置时,其传动角均相同。()7.在曲柄滑块机构中,只有当曲柄与导路垂直时,传动角才可能出现最小值。()8.传动角就是连杆与从动件的夹角。()9.连杆机构任一位置的传动角与压力角之和恒等于90'。()10.从传力效果看,传动角越大越好,压力角越小越好。()机械设计基础(近机类学习指导(1)运动副是面接触,故压强小,耐(2)运动副制造简单,容易获得较高的制造精度;(3)容易实现多种运动形式的转换;(4)容易精确地实现预定的运动规律。2.四杆长度不等的双曲柄机构,若主动曲柄作连续匀速转动,则从动曲柄(1)匀速转动;(2)间歇转动;(3)周期变速转动;(4)往复摆动。(1)匀速转动;(2)间歇转动;(3)周期变速转动;(4)往复摆动。4.欲改变摆动导杆机构导杆摆角的有效方法是(1)改变导杆长度;(2)改变曲柄长度;(3)改变机架长度;(4)改变曲柄转速。(1)曲柄摇杆机构;(2)双曲柄机构;(3)双摇杆机构;(4)双曲柄机构或双摇杆机构。(2)曲柄与机架相垂直的位置;(3)曲柄与机架共线的两个位置之一;(4)摇杆与机架相垂直时,对应的曲柄位置7.铰链四杆机构的压力角是指在不计摩擦情况下连杆作用于上的(1)主动件;(2)从动件;(3)机架;(4)连架杆。(1)50mm;(2)100mm;(3)200mm;(4)400mm。10.下列机构中:1)对心曲柄滑块机构,2)偏置曲柄滑块机构,3)平行双曲柄机构,4)摆动导杆机构,5)曲柄摇块机构,当原动件均为曲柄时,上(1)2个;(2)3个;(3)4个;(4)5个1.平面连杆机构是构件用连接而成的机构当平面四杆机构的运2.铰链四杆机构的三种基本形式是、3.铰链四杆机构中,固定不动的杆称为,不与机架直接连接6.铰链四杆机构演化成其它形式的四杆机构常有三种方法,它们是 8.曲柄为主动件的曲柄摇杆机构中,当从动摇杆处于两极限位置时, 9.铰链四杆机构中,角10.死点是指不计摩擦时机构所处的特殊返回目录返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录1.了解凸轮机构的组成、分类、特点及应用;掌握凸轮机构从动件常用运2.掌握凸轮机构设计的反转法原理,能根据给定的运动规律设计出各种从4.掌握压力角与自锁的关系基圆半径对压力角的影响以及滚子半径选择本章的重点是从动件常用运动规律及其特性,平面凸轮轮廓曲线的设计和凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系;难点是用反转法作图设计平面凸轮轮凸轮转角变化的规律称为从动件运动规律。四种常用的运动规律特性及使用无根据从动件运动规律的运动参数特性值vmax、amax可分析凸轮机构的动力学amax愈大9不仅从动件系统的激振力愈大9而且当它为正值时9将使从动件与凸机械设计基础(近机类学习指导轮轮廓接触处的法向压力增大;当它为负值时,又使力封闭的弹簧负荷增大。在确定从动件运动规律时,一般先由动力特性确定加速度运动规律,然后再确2.用作图法设计凸轮轮廓时,必须注意以下几点:(4)偏置直动从动件,其移动中心线不通过凸轮轴心,反转后各移动中心线均与偏距圆相切,从动件的位移是沿着这些切线从基圆开始向外量取并截取的,直动滚子从动件凸轮机构中,反转前后从动件与理论廓线两交点至凸轮轴心连线的夹角不等于凸轮转角6,反转前后滚子与实际廓线两切点至凸轮轴心连线(1)凸轮的理论轮廓线为何种曲线。(2)求凸轮的基圆半径rb。(3)求从动件的升程h(4)标出图示位置的压力角a.(5)若凸轮的实际轮廓线不变,而将滚子半径改为15mm,从动件的运动规律有无变化?解:(1)滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮理论廓线与实际廓线是两条法向rb=lAC-lAO=(R+rr)-l最小向径之差因此,h=(lOA+R+rr)-rb=(25+4机械设计基础(近机类学习指导4.4.1判断题(正确:V,错误:×)2.凸轮机构中,凸轮的基圆半径越大,说明从动件的位移越大。(3.在运动规律一定时,凸轮的基圆越大,则从动件就越不容易发生自锁(卡死)。()4.凸轮机构采用等加速等减速运动规律时,由于在起始点加速度出现有限值的突然变化,因而产生惯性力的突变,结果引起刚性冲击。()5.当凸轮从动件采用等速运动规律时,则机构自始至终工作平稳不会产生刚性冲击。()6.凸轮的基圆半径就是凸轮理论轮廓线上的最小曲率半径。()7.滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线是理论轮廓的等距曲线。因此,实际轮廓上各点的向径就等于理论轮廓上各点的向径减去滚子半径。()8.一般说来,在凸轮机构中,尖顶从动件可适应任何运动规律而不致发生运动失真。()9.平底移动从动件盘形凸轮机构的压力角恒等于一个常量。()10.为了避免从动件运动失真,平底从动件凸轮轮廓不能内凹。((1)惯性力难以平衡;(2)点、线接触,易磨损;(3)设计较为复杂;(4)不能实现间歇运动。(1)可实现各种预期的运动规律;(2)便于润滑;(3)制造方便,易获得较高的精度;(4)从动件的行程可较大。3.凸轮机构中,若从动件按等速运动规律运动,则最大加速度理论上为max=;(2)amax=0;(3)amax=有限值;(4)amax=不定值。4.在凸轮机构中,下述运动规律既不会产生柔性冲击,也不会产生刚性冲击,可用于高速场合(1)等速;(2)等加速等减速;(3)摆线;(4)简谐。5.对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时,可采用 (1)增大基圆半径;(2)改用滚子推杆;(3)改变凸轮转向;(4)改为偏置直动尖顶推杆。6.为了避免运动失真,并减少接触应力和磨损,滚子半径rr和凸轮理论廓(1)rr<min;(2)rr>>min;(3)rr=min;(4)不一定。7.凸轮机构压力角对凸轮尺寸的影响反映在:如果机构压力角减少,其它(1)增大;(2)减少;(3)不变;(4)不一定8.若要盘形凸轮机构的从动轮在某段时间内停止不动,对应的凸轮轮廓应(1)一段直线;(2)一段圆弧;(3)一段抛物线;(4)以凸轮转动中心为圆心的圆弧。9.为使凸轮机构的结构紧凑和受力条件好(1)a≤[a],rb≥[rb];(2)a>[a],rb<[rb];(3)a≤[a],rb<[rb];(4)a>[a],rb>[rb]。(1)压力角不变,运动规律不变;(2)压力角变,运动规律变;(3)压力角不变,运动规律变;(4)压力角变,运动规律不变。机械设计基础(近机类学习指导2.按形状不同凸轮可分为、4.位移曲线图表示与之间的关系曲线当从动件为等速运动规律时,其位移曲线是一条线;若为等加速5.在凸轮机构从动件的常用运动规律中,运动规律有刚性6.凸轮机构几种常用的从动件运动规律中,只宜用于低速情况;宜用于中速,但不宜用于高速的情况;7.反转法绘制凸轮廓线,是给加上一个与凸轮的角速度等值反9.设计滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线时,若发现凸轮廓线有变尖现10.凸轮基圆半径越小,则凸轮机构的压力角越,而凸轮机构的尺寸返回目录返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录3·熟练掌握渐开线齿轮正确啮合条件。8·能够熟练进行齿轮传动设计计算9·熟练掌握蜗杆传动的几何参数计算及主要参数的合理选择。10·熟练掌握蜗杆传动的受力分析及其蜗·学会蜗杆传动的失效形式及强度计算特点主要优点:工作可靠,寿命长,传动比准确,传动效率高,结构紧凑,功主要缺点:制造精度要求高,制造费用大,精度低时振动和噪声大,不宜3·齿轮传动的受力分析在作齿轮传动的受力分析时,必须要分清主动轮和从动轮。关于各力的大小,教材中已经给出计算公式。下面将着重就如何正确地判断各力的方向和做(1)切向力(或称圆周力)Ft对于一对齿轮中的主动轮为阻力,与回转(2)径向力Fr分别指向各自轮心。注意:这一结论,在大多数情况下也是正确的。唯一例外就是对于圆柱内齿轮,其径(3)轴向力Fa直齿圆柱齿轮没有轴向力,即Fa=0,它可视为斜齿圆柱切向(圆周力Ft斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮传动的受力分析,其各分力方向的标示方法,-Fa2一对齿轮传动受力分析是轮系受力分析的基础,必须熟练掌握。此外,还应掌握多对齿轮传动组合的受力分析,如:两级斜齿圆柱齿轮传动、锥齿轮-斜齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮-蜗杆传动锥齿轮-蜗杆传动等。在受力分析过程中,还要注意使传动的整体设计方案尽可能做到受力合理。譬如:尽可能机械设计基础(近机类学习指导载荷作用在轮齿上,在轮齿上产生弯曲应力及齿面接触应力这两种应力都是循环应力,会导致轮齿发生疲劳失效。弯曲应力的循环特征与齿轮工作情况有关,可能为脉动循环或对称循环,齿轮的失效,通常都集中在轮齿部分。轮齿的主要失效形式有:弯曲疲劳通常将齿轮中齿面硬度≤350HBS的齿轮称为软齿面齿轮,而将齿面硬度>350HBS的齿轮称为硬齿面齿轮。一对齿轮传动,只有当两齿轮均为硬齿面时,方为硬齿面齿轮传动,否则都叫软齿面齿轮传动(1)闭式传动主要失效形式为齿面接触疲劳点对于软齿面齿轮传动,由于其齿面接触疲劳强度相对较低,故应首先按齿面接触疲劳强度进行设计计算,并初步确定齿轮传动的主要参数和尺寸,然后对于硬齿面齿轮传动,由于其齿面接触疲劳强度相对较高,故应首先按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算,并初步确定齿轮传动的主要参数和尺寸,然后(2)开式齿轮传动主要失效形式为齿面磨损和轮齿弯曲疲劳折断(尤其要考虑轮齿经磨损后齿厚会减薄)。通常按轮齿弯曲疲劳强度进行设计计算,并将计算出来的模数增大5%~15%,以考虑磨损对齿厚减薄的影响。在具有较大冲击载荷或短时过载的情况下,还应验算轮齿是否会发生齿面机械设计基础(近机类学习指导影响齿轮疲劳强度的主要因素,可根据强度计算公式及计算载荷公式来分析。分析时注意分清主次。计算载荷公式中的各系数,如:使用系数、动载系数等,对接触与弯曲强度的影响基本相同,至于齿轮的接触和弯曲强度计算公(1)载荷系数用以考虑由于齿轮啮合内部、外部因素而引起的附加动载荷的影响,还需考虑由于轴的变形和齿轮制造误差等引起载荷沿齿宽方向分布如:原动机类型、工作机的工作特性等。当原动机或工作机的冲击振动较大,齿轮精度低,传动速度高,齿轮齿面较硬,(2)接触疲劳强度的主要影响因素选择高性能材料,提高其齿面硬度,采用正传动以及内啮合方式,均可提高其齿面接触疲劳强度其次,由强度验算公式可知,从几何参数方面考虑,增大传动的外廓尺寸,例如:增加齿宽及直径(或中心距)尺寸,可降低齿面接触应力,提高齿轮传动的接触疲劳强度。然而,由于齿轮存在制造和安装误差,同时受工作中变形的影响,增大齿宽有综上所述,在啮合方式选定后,影响齿轮齿面接触疲劳强度的最重要的因素应当是:轮齿的齿面硬度和齿轮传动的外廓尺寸(主要是中心距)。(3)弯曲疲劳强度的主要影响因素与接触疲劳强度相似,由强度计算公式可知,选择弯曲疲劳强度性能较好的材料及热处理方法,采用正变位,增大重合度,均可提高轮齿的弯曲疲劳强度。从几何参数考虑,增大模数、齿数及齿宽,均可降低其弯曲应力,提高轮齿的弯曲疲劳强度。但是,与接触疲劳强度相同,增大齿宽同样会带来相应问题。因此,齿宽不宜过大。当模数确定后,虽然增大齿数可降低其齿根弯曲应力,提高轮齿的弯曲疲劳强度,但这种影响较小,而且要增大传动外廓尺寸。相反,在齿轮材质和传动外廓尺寸不变的条件下,适当地减少齿数以增大模数,可以最有效所以说,影响轮齿弯曲疲劳强度的最重要的因素应是模数。齿轮许多参数已经标准化,如:模数、齿形角、齿高系数等除非必要,通常这些参数都必须符合标准。这是从选择齿轮加工刀具、降低制造成本考虑选择参数时,应从提高传动性能、减小外廓尺寸和降低制造成本等各方面综合进行考虑。同时,必须注意分清啮合参数和结构参数。结构参数,譬如齿宽,一般需进行圆整,以方便加工、测量等,这是设计的通例。啮合参数通常但齿轮的中心距为一特例,其既属于啮合参数,亦为一重要的结构参数。大批量生产的产品,最好采用标准中推荐的中心距。单件或小批量生产时,可取尾步几何计算所得到的初步中心距来进行的。但是,无论圆整与否,作为啮合参数,齿轮传动的中心距与齿数、模数螺旋角、变位系数等参数之间,最终都按蜗杆形状的不同蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动和锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动又可分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动,在普通圆柱蜗杆传动中,又有多种型式,其中阿基米德蜗杆传动制造简单,在机械传动中应用广泛,而且也是认识其他类型蜗杆传动的基础。蜗杆传动是用来传递空间两交错轴间的运动和动力。其特点是传动比大、工作平稳、噪声低、结构紧凑、可以实现自锁等优点。它的主要缺点是蜗杆齿由于蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度,失效经常发生在蜗轮轮齿上,又因蜗杆传动在齿面间有较大的相对滑动,发热量大,所以其主要失效形式有胶合、点蚀、磨损和轮齿断裂等。其中闭式传动容易产生齿面胶合,机械设计基础(近机类学习指导蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮传动大体相同,但应注意到蜗杆轴线样可以分解为三个互相垂直的分力9即圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa。蜗杆和蜗轮所受三个分力的方向可按如下方法判定:动力的作用,与回转方向相同(2)蜗杆和蜗轮上的径向力分别指向各自的轮心。(3)蜗杆上的轴向力按"左、右手定则"来判定,蜗轮上的轴向力与蜗杆由于材料和结构等因素,蜗杆轮齿的强度远比蜗轮轮齿的强度高,因此,轮齿的失效都出现在蜗轮上,在强度计算中只计算蜗轮的轮齿。有关胶合与磨损的计算,目前还缺乏可靠的方法与数据,故仍按齿轮的方法进行计算,在公式与许用应力中适当考虑胶合与磨损的影响在多数情况下,蜗轮轮齿弯曲强度所限定的承载能力,大都超过齿面接触强度所限定的承载能力,因此,只需闭式蜗杆传动的总效率由啮合效率、轴承效率和搅油效率三部分组成,其中主要是啮合效率。当蜗杆传动具有自锁性时,蜗杆传动总效率η<0.5。要提高蜗杆传动效率,应增大导程角或采用多头蜗杆度急剧升高,润滑油的粘度降低,从而加剧磨损甚至导致胶合失效。因此,为防止油温过高,对闭式蜗杆传动应进行热平衡计算,以保证油温处于规定的范围内。若油温超过6070oC,则应采取下列方法(2)在蜗杆的端部安装风扇,加速空气流通,提高散热效率;(3)在箱体油池中装置蛇形冷却水管,受力分析类题目,一般给定传动方案、齿轮的轮齿旋向,另可附加一些其他条件。输入或输出齿轮轴转向以及某个斜要求确定输出或输入齿轮轴转向,其余待定齿轮轮齿旋向,标出齿轮所受各分力的方向以及画出某齿轮轴的空间(1)标出输出轴III的转向;(2)确定齿轮2、3、4的轮齿旋向,要求轴II上两斜齿轮所受轴向力可相互抵消一部分;(3)标出齿轮2、3所受各分力的方向。机械设计基础(近机类学习指导解题要点:(1)中间轴上两轮轮齿旋向相同要想使轴II上两斜齿轮所受轴向力相互抵消一部分,以减小中间轴II上轴承的轴向载荷,必须得使该轴上的两斜齿轮所受轴向力方向相反。由于两齿轮转向相同,螺旋线方向相同,但一为从动(齿轮2)、一为主动(齿轮3),其轴向力才会反向。(2)认清主动轮及其旋向在判断齿轮2、右手定则"。由于"左、右手定则"仅适用于一对啮合齿轮中的主动轮。因此,(3)把各分力画在啮合点上在标出齿轮2、3所受各分力的方向时,要将各力画在啮合点上,注意不要把轴向力直接画在轴线或表示轮齿旋向的斜线例5-2由锥齿轮-斜齿圆柱齿轮组成的二级减速动力从轴I输入,并要求输出轴III按图示方向回转试进行以下工作:(1)画出输入轴I的转向;(2)确定齿轮3、4的轮齿旋向,要求轴II上两齿轮所受轴向力可相互抵消一部分;(3)标出齿轮2、3所受各分力的方向。机械设计基础(近机类学习指导解题要点:不管各轴转向如何9锥齿轮轴向力Fa2总是指I上两齿轮轴向力部分抵消时,Fa3的指向只能向下。这样β3的方向即由轴I机械设计基础(近机类学习指导解:齿面接触应力恒为压应力,不可能反向,因而恒为脉动循环弯曲应力的情况不齿轮设计计算类题目,首先要分清题目类型,然后才便于选择适当的计算处理、载荷系数、齿宽、模数均相同9不计摩擦损失。已知:z1=20,z2=80,z3=70,z4=30,z5=50,z6=50。主动轴I的转速n1=1000r/min9从动轴II的转矩T2恒定。试分析哪对齿轮接触强度最高?哪对最低?机械设计基础(近机类学习指导由题知:这三对齿轮的Kb[σH]都相等故只需比较值的大(2因为d1=mz1及不计摩擦损失时9T1=T2/u并注意到三对第一对齿轮zz2第二对齿轮z3z4第三对齿轮z5z所以第三对齿轮的接触强度最低,第二对齿轮的接触强度最高。例5-5设计一单级圆柱齿轮减速器9根据强度计算9已初取z1=42,用直齿轮传动应如何设计?(2)若采用斜齿轮传动应如何设计?要采用变位齿轮传动(正传动)或重新调整齿数z1、z2。机械设计基础(近机类学习指导z2取值例5-6设计一电动机驱动的蜗杆减速器。已知单向运转,载荷平稳,蜗杆=970rmin传动比i=33.5。蜗杆材料选用45钢,调质处理,齿面硬度为229286HBS;用ZcuSn5Pb5Zn59金属模铸H传动比i啮合效率η1=0.80(取蜗杆线数z1=2)3机械设计基础(近机类学习指导=8960mm3>8381.3mm3,符合要求。蜗杆导程角γ=arctaarcta根据vs=7.16m/s和蜗杆齿面硬度及蜗轮材料查得蜗杆传动的当量摩擦角机械设计基础(近机类学习指导P点垂直纸面向里9Fa2垂直纸面向外Fa1指向左侧9Ft2指向右侧Fr1=_Fr2=Ft2tanα=10337.6×tan20°N=3762.6NFr15.4.1判断题(正确:V,错误:x)1.开式齿轮传动应按齿根弯曲疲劳强度设计,按齿面接触疲劳强度校核。机械设计基础(近机类学习指导2.在渐开线圆柱齿轮传动中,相啮合的大、小齿轮的齿面接触应力是相3.渐开线齿廓具有可分性。()8.相同齿数的标准直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和锥齿轮的齿形系数YF14.对于直齿锥齿轮传动,通常近似地以大端分度圆的当量圆柱齿轮来代16·蜗杆传动与齿轮传动相比,蜗杆传动的传动比较大,而且传动平稳性也高些。()()18·蜗杆传动的最大优点是传动比大且效率高。()19·阿基米德圆柱蜗杆的法面模数应符合标准模数值。()20·减速用的蜗杆传动其传动比的计算公式21·在蜗杆传动中,当其它条件相同时,若增加蜗杆的头数,则传动效率将提高。()22·蜗轮用无锡青铜或铸铁制造时,蜗轮的主要损坏形式是胶合。(23·减速蜗杆传动不会发生自锁。()25·在增速蜗杆传动中必须使蜗杆的导程角大于当量摩擦角。()1.一对齿轮传动中,大、小齿轮对应接触点的齿面接触应力是等2.齿面接触强度计算中,单向运转与双向运转时,齿面接触应力的循环特3.在齿轮传动中,主动轮所受的圆周力方向与其转向,而从动4.齿轮传动的正确啮合条件为,,5.开式齿轮传动的设计准则是6.齿轮传动的中心距a及齿宽b不变,增加两齿轮的齿数和,则齿轮的7.一对齿轮传动中,大、小齿轮的接触应力值,接触强度一般________8.一对标准直齿圆柱齿轮传动9已知z1=13,z2=809会产生9.齿轮弯曲强度计算中,按工况不同,轮齿的弯曲应力循环特性可能是 11.齿轮传动点蚀主要发生在处,其原因是________________12.两对标准齿轮传动,模数齿数均相同,但一对为直齿,另一对为斜13.斜齿圆柱齿轮传动的齿形系数与、15.直齿锥齿轮接触强度可近似按处的当量圆柱齿轮22.润滑密封良好的闭式蜗杆传动中,轮齿承载能力的计算主要是针对若不能满足要求,可采取25.限制蜗杆的直径系数q是为了1.斜齿轮传动的动载荷与同样的直齿轮________()()()()2.标准直齿圆柱齿轮传动,轮齿弯曲强度计算中的齿形系数只决定于_____(1)模数m;(2)齿数z;(3)齿宽系数φd;(4)齿轮精度等级。3.一对齿轮传动9已知齿数z1<z29则当它们相啮合时9齿面接触应力(4)条件不足,不能作出判断。4.一对齿轮传动,要保证连续运转,要求重合5.齿轮传动中,轮齿的齿面疲劳点蚀损坏,通(1)靠近齿顶处;(2)靠近齿根处;(3)靠近节线的齿顶部分;(4)靠近节线的齿根部分。(1)齿根弯曲疲劳强度;(2)齿面接触疲劳强度;(3)齿面接触静强度;(4)齿根弯曲静强度。(1)σF1=σF2;(2)σF1<σF2;(3)σF1>σF2;(4)无一定规律。8.一对标准圆柱齿轮传动,已知齿数z1=20,z2=809它们的齿形系数关系(1)YFa1<Yfa2;(2)YFa1=YFa2;(3)YFa1>YFa2;(4)条件不足,无法判断。9.一对圆柱齿轮传动,设计中通常把小齿轮的齿宽做得比大齿轮的宽一些,其目的是为了。(1)使小齿轮弯曲强度高于大齿轮;(2)便于安装,保证接触线长度;(3)使传动平稳,提高效率;(4)提高小齿轮使用寿命。(1)直齿圆柱齿轮传动;(2)斜齿圆柱齿轮传动;(3)锥齿轮传动;(4)蜗轮蜗杆传动。11.在展开式两级斜齿圆柱齿轮减速器中,为使中间轴上两齿轮的轴向力部分抵消,机械设计基础(近机类学习指导(1)应使两轮齿旋向相同;(2)任意安排方向都可以使轴向力抵消;(3)应使两轮齿旋向相反;(4)无论怎样安排都不能使轴向力抵消(1)大端模数;(2)小端模数;(3)平均模数;(4)求出平均模数后圆整所得的模数。13.锥齿轮的弯曲疲劳强度计算是按上齿形相当的当量圆柱齿轮进(1)大端分度圆锥;(2)大端背锥;(3)齿宽中点处分度圆锥;(4)齿宽中点处背锥。(1)制造容易,安装复杂;(2)制造、安装都复杂;(3)工作时噪声小;(4)齿轮尺寸较小。(1)提高轮齿的弯曲强度;(2)提高齿面的接触强度;(3)改善传动的平稳性和降低振动噪声;(4)提高抗磨损寿命。(1)轴线是平行的;(2)相交成某种角度;(3)相交成直角;(4)成直角交错(1)单头,小导程角;(2)单头,大导程角;(3)多头,小导程角;(4)多头,大导程角(1)圆柱蜗杆;(2)环面蜗杆;(3)其他蜗杆;(4)以上答案都不对。;(2)i=n1/n2;(3)i=d2/d1;(4)i=z2z120.为了减少蜗轮滚刀型号,有(1)蜗轮齿数;(2)蜗轮分度圆直径;机械设计基础(近机类学习指导(3)蜗杆头数;(4)蜗杆分度圆直径(1)Ft1=_Ft2;(2)Fr1=_Fr2;(3)Ft2=_Fa1;(4)Ft1=_Fa2。22.蜗杆传动中,轮齿承载能力的计(1)蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根抗弯强度;(2)蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度;(3)蜗杆齿面接触强度和齿根抗弯强度;(4)蜗轮齿面接触强度和齿根抗弯强度(1)传动平稳,噪声小;(2)传动比可以很大;(3)可以自锁;(4)传动效率高。(1)点蚀与磨损;(2)胶合与磨损;(3)轮齿折断与塑性变形;(4)点蚀与胶合。25.蜗杆传动较为理想的材料组合是(1)钢与铸铁;(2)钢与青铜;(3)钢与铝合金;(4)钢与钢。哪些因素有关?6·一对标准钢制直齿圆柱齿轮传动9已知z1<z29问两齿轮轮齿的接触7·为什么轮齿弯曲疲劳裂纹常发生在齿根受拉伸侧?机械设计基础(近机类学习指导问哪个齿轮的接触疲劳强度最差?哪个齿轮的弯曲疲劳强度最差?(设轮1传轮的齿形系数各应按齿轮的什么参数选取?11·普通斜齿圆柱齿轮的螺旋角取值范围是多少?为什么人字齿轮和双斜齿轮的螺旋角可取较大的数值?12·选择齿轮齿数时应考虑哪些因素?14·某开式齿轮传动发生轮齿折断,试提出可能的改进措施(要求提出5种)。15·圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、直齿锥齿轮的标准模数m和标准压力角α在何处?16·某机器中一对直齿圆柱齿轮传动9材料皆为45钢调质9z1=20,z2=60,z2=90,m=2mm。问:(1)接触应力有何变化?(2)接触强度有何变化?(3)弯曲应力有何变化?z1=20,z2=60;2)m=2mm,z1=40,z2=1209其它参数都一样。试问:(1)两种方案的接触强度和弯曲强度是否相同?(2)若两种方案的弯曲强度都能满足,则哪种方案更好?1.斜齿轮传动如图5-11所示(不计效率)。试分析齿偏载,并使同一轴上的两齿轮产生的轴向力能相互抵消一部分,请指出如何变3.起重卷筒用标准直齿圆柱齿轮传动,如(2)当变换小齿轮安装位置,使其在a、b、c各点啮合时,哪个位置卷旋线方向,并画出从动轮其它分力。当转向或螺旋线方向改变时,从动轮各分力的方向有何变化?(1)为使轴II轴承所受轴向力最小,各齿轮的螺旋线方向。(2)齿轮2、3所受各分力的方向。返回目录返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录轮系是工程中常用的传动系统本章主要讨论轮系的分类、传动比的计算和应用;介绍了常用的减速器及其结构。2·掌握轮系的主要类型。关系的确定,学会判断一个已知轮系属于何种轮系。本章重点是轮系传动比的根据轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置关系是否固定,可分为:周转轮系当轮系运动时,至少有一个齿轮的轴线是绕其它定轴齿轮的轴线转动,如图6-2所示。根据周转轮系所具有的自由度数目不同,周转轮系又复合轮系既有定轴轮系部分又有周转轮系部分、或者由几部分周转轮系所(1)实现大传动比传动;(2)实现变速与换向传动;(3)实现结构紧凑的大功率传动;(4)实现运动的合成与分解传动;(5)实现多分路传动;(6)实现执行构件的复杂运动;(7)实现较远距离的传动重点也是难点。首先要弄清什么是定轴轮系、周转轮系及复合轮系,其次要能够区分基本轮系。关键在于看懂轮系的结构,学会判断一个已知轮系属于何种轮系。定轴轮系传动比的计算比较简单,容易掌握,但要注意它的符号;周转轮系传动比的计算,是将其转化成一个假想的定轴轮系,即转化机构来计算;复合轮系传动比计算首先要分清定轴轮系和周转轮系,然后分别列出计算式,则不能在计算结果中加上"+"一号来表示主从动轮的转向关系,只能用箭a)动比的一般公式为:机械设计基础(近机类学习指导(1)i是转化机构中a轮主动、b轮从动时的传动比,其大小和正负按定轴轮系来处理。注意:在具体计算时,必须标注出i的正负号。H是周转轮系中各基本构件的真实角速度。对于差动轮系来说,因它具有两个自由度,因此在三个基本构件中,必须有两个基本构件的已知的,才能求出第三者若已知的两个转速方向相反,则在代入上式求解时,必须一个代正值,另一个代负值,第三个构件的转动方向,应根据计算的正负(3)对于行星轮系,由于其中一个中心复合轮系传动比的计算,既不能简单地用定轴轮系的方法来处理,也不能(2)分别列出计算定轴轮系和复合轮系传动比的方程式;(3)找出各基本轮系之间的联系;(4)联立求解以上各方程式,即可求得复合轮系的传动比其中,关键是区分各个基本轮系,所谓基本轮系,是指单一的定轴轮系和单一的周转轮系。首先找出各个单一的周转轮系,即找出几何轴线位置不固定的行星轮,支承行星轮的构件为系杆,几何轴线与系杆重合且直接与行星轮相提升箱盖,箱座上的吊钩用于提升整个减速器机械设计基础(近机类学习指导油,平时用于观察齿轮啮合情况。齿轮的润滑当齿轮的圆周速度v<12m/s(蜗杆传动的齿面相对滑动速度v<10m/s)时,减速器中的齿轮一般采用浸油润滑为了避免搅油及飞溅损失过轴承的润滑轴承的润滑可采用脂润滑和油润滑,根据轴承的如果齿轮圆周速度v<1.5~2m/s,滚动轴承多采用脂润滑;如果齿轮圆周速度v≥1.5~2m/s,滚动轴承多采用飞溅润滑,润滑油被旋转例6-1计算图6-5所示轮系的传动比i1H,转向。已知各轮齿数z1=1z2=40z2'=24,z3蜗杆左旋,转向n1如图示机械设计基础(近机类学习指导(2)周转轮系B为系杆H例6-2图示轮系中,已知z1=z3=z4=z4'=20,z2=80,z5=60,求i1BB的转向为↑6.4.1判断题(正确:V,错误:x)1·定轴轮系的传动比等于各对齿轮传动比的连乘积。()2·周转轮系的传动比等于各对齿轮传动比的连乘积。()滑油。()4·在减速器上,设置启盖螺钉的目的是便于安装机盖。(5·减速器铸造箱体适宜于成批生产,而单件生产时宜用6·减速器的放油螺塞一般采用细牙螺纹或圆锥管螺纹7·减速器设置通气器的目的是降低机体内的温升。()1·图6-7所示轮系,给定齿轮1的转动方向,则齿轮3的转动方1相同;(2)与1相反;(3)只根据题目给定的条件无法确定。(1)定轴;(2)差动;(3)行星机械设计基础(近机类学习指导(1)定轴;(2)差动;(3)行星;(4)复合。(1)定轴;(2)差动;(3)行星;(1)便于调整轴承间隙;(2)便于装配和拆卸箱盖;(3)便于拆卸时把箱盖和箱座分开;(4)上下箱之间保持准确的相对位置。(1)A;(2)B;(3)C;(4)A、B、C中没有一个。9·减速器中润滑油面高度必须经常观察与控制,因此箱体上必须设有(1)窥视孔;(3)启盖螺钉,用以打开箱体观察;2)油标、放油塞、注油孔;4)吊环螺钉以吊起箱盖机械设计基础(近机类学习指导·所谓定轴轮系是指,而周转轮系是转的齿轮称为;而这种齿轮的动轴线所在的构件称3·减速器窥视孔(检查孔)上设置盖板的目的是 6·减速器中轴承端盖的功能是(举出2种) 7·在剖分式减速器中设置定位销的目的是返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录3·掌握传动带弹性滑动的性质;5·了解挠性传动中各参数对设计的影响及其选择方法;6·能够熟练进行挠性传动设计计算。带传动为摩擦传动,松紧边受力满足欧拉公式F1=F2eJvα,如工作拉力超出欧拉公式条件,带会产生打滑。机械设计基础(近机类学习指导由于存在弹性滑动,带的传动比不是常数。弹性滑动与打滑是两个不同的概念,弹性滑动是由于带具有弹性且紧边与松边存在拉力差而产生的,是不可避免的现象;而打滑是由过载(即外载荷大于最大有效拉力)引起的,不过载链传动为啮合传动,且为部分挠性传动,因而产生运动不均匀,这是不可中心距满足0.7(dd1+dd2)≤a≤2(dd1+dd2);带的根数与型号要全面考虑,z增加,带型号减小,带轮径向尺寸减小,轴向尺寸增大;反之,z减小,带型号增大,带轮径向尺寸增大,轴向尺寸减(2)链传动在满足工作条件下,尽量取小链节距,多排链,增大小链轮齿数,可减小运动不均匀性;但小链轮齿数不能过大,否则会使大链轮齿数过多,磨损后易掉链7.3.1判断题(正确:V,错误:×)()2·普通V带的长度,是以其节线长度作为基准长擦力也增大。()机械设计基础(近机类学习指导轮容易制造。()大越好。()6·带传动中的弹性滑动是不可避免的。()点。()()10·链传动的平均传动比是变化的。()8·在单根普通V带传动计算公式z中’p0代表_______________9·带传动的传动比不准确,是因为带传动中存在着不可避免的 (1)增大小带轮的直径d1;(2)减小小带轮的直径d1;(3)增大大带轮的直径d2;(4)减小中心距a。_______(1)降低;(2)提高;(3)不变;(4)不确定(1)使传动的包角不致过小;(2)防止带传动的弯曲应力不致过大;(3)增大带与带间的摩擦力;(4)便于带轮的制造;(1)V带比平带厚;(2)V带与带轮槽的楔形效应,摩擦力大;(3)V带与带轮工作表面上的压力大;(4)V带材料好。(1)工作元件直接接触的啮合传动;(2)有中间柔性体联系件的啮合传动;(3)全部工作元件直接接触的摩擦传动;(4)有中间柔性体联系件的摩擦传动。(1)弹性滑动存在;(2)打滑存在;(3)打滑和弹性滑动同时存在;(4)强烈的振动与噪声。(1)LP应等于奇数倍链节距;(2)LP应等于偶数倍链节距;(3)可为任意值;(4)按链轮齿数来决定。8·根据滚子链传动的瞬时传动比iγβ分别为链节铰链在主、从动链轮上相位角)的公式,分析瞬时传动比为常数,必须符合条件______(2)两链轮齿数相等,紧边链长为链节距的整数倍;(3)两链轮齿数为偶数,链节数为偶数;(4)两链轮齿数为偶数,链节数为奇数。(1)缓冲、减振;(2)过载保护;(3)无打滑;(4)瞬时传动比固定(1)链的离心力太大;(2)冲击太大;(3)受磨损限定;(4)受链板疲劳强度限定。·试述带传动常出现的失效形式及设计准则。5·V带传动设计包括下列内容:(1)确定V选择V带型号。(3)验算小带轮包角。(4)计算作用在带轮轴上的压力。(5)确定计算功率。(6)确定带轮直径。(7)验算带的速度。(8)确定带的根数。(9)带轮的结构设计。设计程序是按什么顺序进行?(请用题中数码表示)7·为什么链传动比带传动作用在轴上的压力小?返回目录返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录本章介绍了棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式主要介绍了棘轮机构和槽轮机构的组成和工作原理、特点和应用主要参数和2·了解棘轮机构和槽轮机构的主要参数和几何尺寸;棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠的特点,在各类机械中有较广泛的应用。其缺点是在运动开始和终止时都会产生冲击,所以不宜用于高速(2)棘轮机构具有快速超越运动特性。(3)棘轮机构可以实现有级变速传动。机械设计基础(近机类学习指导槽轮机构由具有圆销的拨盘l和具有若干径向槽的槽轮槽轮机构结构简单、工作可靠、运动平稳和机械效率高。但不能像棘轮机构那样具有超越性能,也不能改变或调节槽轮的转动角度,故只能用于定转角槽轮机构在自动机床转位机构电影放映机卷片机构等自动机械中得到广8.3.1判断题(正确:V,错误:×)1·四槽内槽轮机构的移动系数(即槽轮运动时间与主动拨盘转一周的总时(1)有级;(2)无级。2·只有一个曲柄销的外槽轮机构,槽轮运动的时间和停歇的时间之比(1)大于1;(2)等于1;(3)小于1。(1)大于;(2)小于。·将连续回转运动转换为单向间歇转动的机构有、2·径向槽均布的槽轮机构槽轮的最少槽数为返回目录返回目录机械设计基础(近机类学习指导返回目录本章以圆柱螺纹的基本参数,工程中常用螺纹,螺纹连接的基本类型,螺纹副的受力分析、效率、自锁,螺纹连接的预紧、防松及螺栓连接强度计算为的基本类型(螺栓连接、螺钉连接、双头螺柱连接和紧定螺钉连接)的结构特点及其应用场合,螺纹连接件的类型和国家标准,能根据连接类型正确选用连法,预紧力的大小及其控制。掌握各种螺纹连接防松方法的工作原理、特点和应用场合