《机械设计基础》课件（上）

机械设计基础

机械设计基础概论常用机构带传动和链传动齿轮传动蜗杆传动螺纹联接与螺旋传动目录/CONTENTS1235轴的设计及轮毂连接轴承

联轴器和离合器弹簧678109411机械的平衡与调速12轮系及减速器

机械设计基础概论第一章4学习目标知识学习目标●了解现代机器的基本组成部分及它们的功能●了解机械设计的一般程序●熟悉机械零件的主要设计准则和常规设计方法●熟悉机械零件设计的一般步骤●掌握本课程的地位、学习方法和学习任务技能训练目标●能够看懂机械传动系统图

第1章机械设计基础概论5

第1章机械设计基础概论【生产机器应用导入例】ＢＨ６０７０牛头刨床图1-2牛头刨床传动部分61.1绪论

第1章机械设计基础概论实例

机械已广泛应用于任何现代产业，

如农业、林业、矿山、冶金、化工、纺织等行业特色的机械；交通运输业需要各种

车辆、船舶、飞机等；人们的日常生活应

用的各种机械，如汽车、照相机、冰箱、空调机等等7

1.1绪论

第1章机械设计基础概论1.1.1机器的组成机器的组成8

1.1绪论

第1章机械设计基础概论1.1.2机械传动系统图根据机器的工作要求找出传动系统的两端的主动件和从动件按照图形符号明确机构和零件确定机构和零件与轴之间连接的性质(固定、滑移或空套)分析整个机器传动的顺序识读机械传动系统图的方法与步骤车床主运动机械传动系统图91.2机械设计基本要求和一般程序1.2.1机械系统的设计顺序第1章机械设计基础概论1.明确设计任务3.技术设计阶段2.方案设计阶段（1）总体设计阶段（2）结构设计阶段（3）零件设计阶段4.制造及试验阶段101.2机械设计基本要求和一般程序1.2.2机械零件设计的基本准则及一般步骤第1章机械设计基础概论1）在预定寿命期限内不失效——设计准则3）经济性要求5）材料选择（1）强度要求零件中危险截面处的最大应力应当小于或等于其许用应力

（2）刚度要求

转角和扭角量应当小于或等于其许用的挠度、转角和扭角

（3）寿命要求零件在预定的工作期间保持正常工作而不致报废4）可靠性1、设计机械零件的基本准则

（4）振动性和噪声要求使确保机器在工作时不发生过大振动和噪声2)工艺性要求6）标准化、系列化和通用化7）其它要求111.2机械设计基本要求和一般程序1.2.2机械零件设计的基本准则及一般步骤第1章机械设计基础概论(1)根据零件的使用要求（如功率、转速等），选择零件的类型及结构型式，并拟定计算简图(3)根据工作条件，合理选择零件材料及热处理方式(5)根据设计要求，计算出结构的主要参数及零件的尺基本尺寸，结构设计或选用典型结构(4)确定机械零件的设计准则；分析零件可能出现的失效，建立或选取相应的计算公式2．机械零件设计的一般步骤(2)根据工作要求，分析所设计的机械零件受载状况，考虑影响载荷的各项因素，确定计算载荷(6)绘制零件工作图，标注必要的技术条件（7）编写计算说明书121.3本课程的地位、学习方法和学习任务1.3.1地位第1章机械设计基础概论1.3.2学习方法(1)系统地掌握课程内容(2)把注意力放在提高分析问题和解决问题的能力上(3)重视实践，多作练习(4)注意自学能力的提高(5)注意培养创造性设计的能力13

1.3本课程的地位、学习方法和学习任务第1章机械设计基础概论1）掌握各种机构的工作原理、运动特点，初步具备确定机械运动方案、分析和设计基本机构的能力2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、具备一般简单机械选用和设计计算的能力3）具备运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力11.3.3学习任务常用机构第2章15学习目标知识学习目标●熟练掌握机构运动简图的绘制方法●熟练掌握平面机构自由度的计算方法，能正确识别合处理出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束

●了解平面四杆机构的基本型式，掌握其演化方法●掌握平面四杆机构的工作特性、特点及其功能●了解凸轮机构的工作原理、应用、分类和从动件的运动规律●掌握凸轮机构设计的基本步骤和从动件几种常用运动规律的特点和适用场合●了解棘轮机构槽轮机构、不完全齿轮机构的工作原理、特点、功能和适用场合

技能训练目标●能够将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图；能看懂各种复杂机构的机构运动简图●能够设计一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构

第2章常用机构16第2章常用机构【生产机器应用导入例】颚式破碎机1一电动机2、4一带轮3一v带5一偏心轴6一动颚(板)7一肘板8一定颚(板)9一飞轮17

2.1平面机构的运动简图及其自由度第2章常用机构2.1.1平面机构的组成

机构平面机构1.构件与自由度2．约束与运动副图2-2构件的自由度182.1平面机构的运动简图及其自由度第2章常用机构1)低副2)高副

3、运动副的分类图（1）转动副(2)移动副19

2.1平面机构的运动简图及其自由度第2章常用机构

4.运动副符号20

2.1平面机构的运动简图及其自由度2.1.2机构运动简图第2章常用机构绘制平面机构运动简图步骤⑴根据机构的实际结构和运动情况，明确机构的主动件及从动构件和机架，并数字编号⑵从主动构件开始，沿运动传递路线，确定构件数、位置⑶确定机架，并选定多数机构的运动平面作为绘制简图的视图平面⑷选择适当的比例，用规定的构件和运动副的符号，并正确将同一构件上运动副连接起来，绘制出机构运动简图21

2.1平面机构的运动简图及其自由度第2章常用机构

【实例2-3】绘制图2-3的单缸四冲程内燃机机构运动简图22

2.1平面机构的运动简图及其自由度2.1.3平面机构自由度第2章常用机构=1)复合铰链

2)局部自由度3)虚约束

转动副C有两个铰链形成复合铰链。实际低副数Pl=7.=2)局部自由度

n=3，

图2-14例2-6

I处为局部自由度；C、G为复合铰，；构件7、8、9属于结构重复，引入虚约束,n=9，Pl=12，Ph=2==23

2.2平面连杆机构的分析和设计2.2.1铰链四杆机构第2章常用机构4称为机架；1、3称为连架杆.2称为连杆（1）曲柄摇杆机构

2)局部自由度（3）双摇杆机构

（2）双曲柄机构

图2-15铰链四杆机构

图2-18牛头刨床横向自动进给机构摄影平台升降机构图2-21港口起重机构

24

2.2平面连杆机构的分析和设计第2章常用机构．2.铰链四杆机构形式的判

别-------存在曲柄的条件表2-2铰链四杆机构的演化及应用1）连架杆和机架中必有一杆是最短构件；2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和

252.2平面连杆机构的分析和设计2.2.3铰链四杆机构的运动特性第2章常用机构1．急回特性和行程速比系数2．压力角与传动角3、死点位置图2-23急回特性分析

最小传动角为：γmin＞[γ]，一般机械，取[γ]=400通过曲柄回转中心A（γ=00），因而不能产生力矩使曲柄回转26

2.2平面连杆机构的分析和设计第2章常用机构．2.2.5铰链四杆机构的设计【实例2-7】设计步骤272.3凸轮机构2.3.1凸轮机构的应用及分类第2章常用机构2．凸轮机构的分类1．凸轮机构的应用1）按凸轮的形状分类自动机床刀具进给凸轮图2-34盘形凸轮

图2-33移动凸轮

图2-34圆柱凸轮2）按从动件的型式分尖顶从动件滚子从动件平底从动件282.2平面连杆机构的分析和设计2.3.2常用的从动件的运动规律第2章常用机构1)．等速运动规律2)．等加速等减速运动规律2.从动件的运动规律分析

图2-36一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构图2-37

刚性冲击图2-38

柔性冲击292.2平面连杆机构的分析和设计2.3.3图解法设计凸轮轮廓线（曲线）第2章常用机构一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构凸轮廓线的绘制图2-39反转法

图2-40对心尖顶直动从动件盘形凸轮五步骤绘制该凸轮轮廓线302.2平面连杆机构的分析和设计2.3.4凸轮机构基本尺寸的选取第2章常用机构（1）凸轮机构压力角

的选取（2）凸轮基圆半径的选取（3）滚子半径（

）的确定、平底尺寸的选取最大压力角＜许用压力角

基圆半径≥1.6r～2r(r为轴的半径)=(0.1～0.5)为基圆半径

312.2平面连杆机构的分析和设计2.3.5凸轮的结构和零件工作图第2章常用机构1)凸轮和滚子材料2)凸轮工作图及其技术要求图2-41凸轮轴(a)销联接(b)弹性开槽锥套联接图2-42凸轮的固定凸轮材料常用45和40Cr钢，表面淬硬到52～58HRC

滚子材料通常用20Cr，18CrMoTi．渗碳淬火到56～62HRC表2-4凸轮公差和表面粗糙度32

2.2平面连杆机构的分析和设计第2章常用机构．【实例2-9】

盘形凸轮机构设计设计步骤图2-43凸轮零件图332.4

其他常用机构2.4.1

棘轮机构第2章常用机构棘轮机构常用在各种机床、自行车、螺旋千斤顶等各种机械中图2-44

外啮合棘轮机构

图2-45内啮合棘轮机构

轮齿式棘轮机构结构简单、运动可靠、棘轮的转角容易实现有级的调节图2-46矩形齿双向棘轮机构

图2-47回转棘爪双向棘轮机342.2平面连杆机构的分析和设计2.4.2槽轮机构第2章常用机构图2-51槽轮机构槽轮机构具有结构紧凑、工作可靠、制造简单、传动效率高，并能准确控制转动的角度等优点图2-54电影放映机的卷片机构拨盘1为原动件，槽轮2为从动件带传动和链传动第3章36学习目标知识学习目标●熟练掌握带传动的组成及工作原理●熟练掌握普通V带的结构和规格●了解V带轮的材料和结构●掌握普通V带传动的设计计算●了解带传动的安装、使用与维护●了解链传动的特点和应用●掌握套筒滚子链的设计计算●了解链传动的布置与张紧、润滑和维护

技能训练目标●能够进行V带传动设计●能够进行链传动设计

第3章带传动和链传动37第3章带传动和链传动【生产机器应用导入例】制钵机图3-1制钵机38第3章带传动和链传动3.1.1．带传动的主要类型1.摩擦带传动

2．啮合带传动图3-2带传动主动轮1、从动轮2、张紧在两轮上的传动带3组成图3-3带传动类型a）平带b）V带c）多楔带d）圆形带e)同步带3.1.2带传动的特点和应用

结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸振

及过载保护、安装和维护方便,效率较低3．1带传动概述39

3.2普通V带和V带轮第2章常用机构

表3-1，各种截型普通V带和带轮轮槽截面的基本参数和尺寸

表3-2各种截型普通V带的基准长度3.2.1普通V带

图3-4普通V带的结构形式a)

线绳芯V带b)帘布芯V带普通V带已标准化，按截面尺寸分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号40第3章带传动和链传动3.2.2V带轮的材料和结构表3-3

V带轮的基准直径系列

(摘自GB/T13575.5-1992)

图3-5V带轮(腹板式)1一轮缓2一瞧板3一轮毂41第3章带传动和链传动一定条件下带所能传递的最大有效圆周力

带传动在不打滑条件下所能传递的最大圆周力3.3

普通V带传动工作能力分析3.3.1带传动的受力分析42第3章带传动和链传动1．由传递载荷而产生的拉应力σ2．由离心力产生的离心应力σc

3.3

普通V带传动工作能力分析3.3.2带传动的应力分析3．由弯曲产生的弯曲应力σbσmax=σ1+σc+σb1≤[σ]

43第3章带传动和链传动1．带传动的弹性滑动2．带的传动比3.3

普通V带传动工作能力分析3.3.3带传动的运动特性44第3章带传动和链传动

3.4.2单根V带的基本额定功率3.4普通V带传动的设计计算3.4.1带传动的主要失效形式和设计准则带传动的主要失效形式有带的打滑和带的疲劳破坏。因此，带传动的设计准则是：在保证不打滑的前提下，传动带应具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。

（3-10）表3-4给出了单根V带的基本额定功率P值（仅列出D型）

45第3章带传动和链传动1.初选V带型号2．确定带轮基准直径dd1、dd23.4普通V带传动的设计计算3.4.3V带传动的设计方法和步骤3．验算带速υ（2）根据计算功率PC和主动轮转速n1,从图3-10选取V带型号（1）计算功率PC为PC=KAP

V=4初定中心距a和基准带长Ld3．验算带速υ0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2）

(3-14)46第3章带传动和链传动5．校核小带轮包角α1

6．确定V带根数z3.4普通V带传动的设计计算3.4.3V带传动的设计方法和步骤7确定单根V带的初拉力Fr8．计算V带对轴上的压力FQ9．带轮设计47第3章带传动和链传动3.4普通V带传动的设计计算【实例3-1】

48第3章带传动和链传动⒈定期张紧装置

2．自动张紧装置

3.5带传动的张紧、使用和维护3.5.1带传动的张紧3张紧轮装置49第3章带传动和链传动链传动的特点链传动的应用3.6链传动简介3.6.1链传动的组成、特点和应用（1）由于链传动为具有中间挠性件的啮合传动，无弹性滑动和打滑现象，能得到准确的平均传动比。（2）链传动无需初拉力，张紧力小，故对轴的压力小。（3）链传动工作可靠、能传递较大的圆周力，传动效率高，可达0.97。（4）结构简单、耐用、易维护。（5）由于链节是刚性的，传动平稳性较差不宜用于高速、载荷变化大或急速反向传动。

链传动适用于平行轴之间同向回转且距离较远、瞬时传动比无严格要求的传动，并能在较恶劣的环境下(例如高温、多尘、油污、潮湿、泥沙、易燃及有腐蚀性条件)工作50第3章带传动和链传动图3-19传动链类型图3-20滚子链的结构3.6链传动简介3.6.2滚子链及其链轮51第3章带传动和链传动图3-22

滚子链的接头型式滚子链的标准3.6链传动简介3.6.2滚子链及其链轮GB/T1243—2006，主要参数见表3-1052第3章带传动和链传动3.6链传动简介3.6.2滚子链及其链轮表3-11

链轮主要尺寸的计算公式为53第3章带传动和链传动2．瞬时链速和瞬时传动比3.7链传动的工作情况分析3.7.1链传动的运动特性分析1．平均速度和平均传动比54第3章带传动和链传动3.8

滚子链传动的设计3.8.1链传动的失效形式⒈

链板的疲劳破坏由于链条受变应力的作用，经过一定的循环次数后，链板会发生疲劳断裂破坏。⒉滚子和套筒的冲击疲劳破坏链节与链轮啮合时，滚子与链轮在反复起动、制动或反转，导致滚子和套筒表面发生冲击疲劳破坏。⒊链条铰链磨损链的各零件在工作过程中都会有不同程度的磨损，导致链条的节距增加，容易产生跳齿和脱链。⒋销轴与套筒的胶合⒌过载拉断55第3章带传动和链传动

⒉额定功率曲线图3.8

滚子链传动的设计3.8.2链传动的承载能力⒈极限功率曲线图56第3章带传动和链传动

（2）设计链传动的内容3.8

滚子链传动的设计

3.8.3滚子链的设计计算（1）设计链传动的已知条件1．设计链传动的已知条件和内容、(或传动比i)；④传动的布置、中心距的大小和外廓尺寸的要求等。一般已知：①传动的用途和工作情况、原动机的种类；②需要传递的功率P(kw)；③主、从动链轮的转速①根据工作要求确定链条的型号、节距、排数和节数；②选择链轮的齿数、尺寸、结构和材料；③确定传动的中心距；④计算作用在轴上的力；⑤确定润滑方式等。57第3章带传动和链传动

（4）确定额定功率

3.8

滚子链传动的设计

3.8.3滚子链的设计计算（1）选择链轮齿数

2．设计计算步骤

（3）确定链条节数

（2）初选中心距

（5）计算作用在轴上的载荷

58第3章带传动和链传动3.8

滚子链传动的设计【实例3-2】

齿轮传动第4章60学习目标知识学习目标●了解齿轮机构的类型及功用●理解齿廓啮合基本定律、渐开线的性质和齿廓的啮合特性●掌握渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动需要满足的条件●了解范成法切齿的基本原理和根切现象产生的原因，掌握不发生根切的条件●了解渐开线直齿圆柱齿轮机构的传动类型及特点。学会根据工作要求和已知条件，正确选择传动类型●了解平行轴和交错轴斜齿圆柱齿轮机构传动的特点●了解直齿圆锥齿轮机构的传动特点技能训练目标●能够进行直齿圆柱齿轮机构的传动设计●能借助图表或手册对平行轴斜齿圆柱齿轮机构进行传动设计

第4章

齿轮传动61第4章

齿轮传动【生产机器应用导入例】加热炉工件输送机齿轮图4-1加热炉工件输送机624.1

概

述4.1.1齿轮传动的特点第4章

齿轮传动齿轮传动的特点

齿轮传动用于传递空间任意两轴之间的两齿轮依次相互啮合传递运动和动力，是现代机械传动中应用最多的传动形式之一能保证传动比恒定不变、传动功率大、速度范围广、结构紧凑、传动效率高、工作可靠且使用寿命长。但对其制造和安装精度要求较高、成本高，且不宜用于轴间距离较大的传动。因此，齿轮传动主要应用于传动功率大、结构紧凑的定比传动634.1

概

述

4.1.2齿轮传动的分类第4章

齿轮传动图4-2

齿轮传动的主要类型644.2

齿轮的齿廓曲线和啮合性质

4.2.1渐开线及渐开线齿廓的啮合特性第4章

齿轮传动（1）发生线沿基圆滚过的长度。

（2）发生线NK既是恒切于基圆，也是渐开线上K点的法线

（3）渐开线形状与基圆的大小有关，基圆半径越大，渐开线越平直（4）基圆内无渐开线渐开线齿廓在K点的压力角（5）渐开线的性质65第4章

齿轮传动4.2.2渐开线齿廓的三大啮合特性1．渐开线齿廓满足啮合基本定理并能保证定传动比传动2．渐开线齿廓传动具有可分性4.2

齿轮的齿廓曲线和啮合性质

3．渐开线齿廓传动具有平稳性664.3

渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及其几何尺寸

4.3.1直齿圆柱齿轮各部分名称第4章

齿轮传动。1．齿顶圆在圆柱齿轮上，齿顶圆柱面与端平面的交线称为齿顶圆，用da和ra表示其直径和半径。2．齿根圆在圆柱齿轮上，齿轮齿根圆柱面与端平面的交线称为齿根圆，用df和rf表示其直径和半径。3．齿厚在任意圆周上，同一轮齿的两侧端面齿廓之间的圆弧长，称为在该圆周上的齿厚，用表示4.齿槽宽在任意圆周上，同一齿槽的两侧齿廓之间的圆弧长，称为在该圆周上的齿槽宽，用表示5.齿距在任意圆周上，相邻两齿同侧的端面齿廓之间的圆弧长，称为在该圆周上的齿距，用表示

6.分度圆

齿轮的分度圆柱面与端平面的交线，称为分度圆，用d表示其直径7.齿顶高齿顶圆与分度圆之间的径向高度，称为齿顶高，用ha表示8．齿根高齿根圆与分度圆之间的径向高度，称为齿根高，用hf表示9．齿高齿顶圆与齿根圆之间的径向高度，称为齿高，用h表示，即

67第4章

齿轮传动4.3.2

渐开线齿轮的基本参数及其几何尺寸计算1．

齿数z齿轮上均匀分布的轮齿总数称为齿数，用z表示2．

模数m根据齿距的定义可得，分度圆的圆周长πd=zp。由此可得d=(p/π)z

4.3

渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及其几何尺寸3．

压力角

指分度圆上齿廓的压力角，用α表示。齿轮的基本参数有五个，即齿数、模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数

标准压力角为2004．

齿顶高系

5．

顶隙系数

表4-3

渐开线标准直齿圆柱齿轮主要尺寸计算68第4章

齿轮传动4.3.3渐开线齿轮的啮合传动1．一对渐开线齿轮正确啮合条件2．齿轮传动的标准中心距及啮合角4.3

渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及其几何尺寸保证两轮在啮合线上的齿距相等渐开线齿轮连续传动的条件标准中心距

≥1

69第4章

齿轮传动4.4.1渐开线齿轮轮齿的加工方法1．仿形法2．展成法（又称范成法、共轭法或包络法）4.4渐开线齿轮的加工和精度

盘形铣刀是用于在卧式铣床上加工小模数齿轮（m<10mm），如图4-12（a）所示；指状铣刀是用于在立式铣床上加工大模数齿轮（m>10mm）（图4-12（b）），并可用以切制人字齿轮

常用于修配、单件或小批量生产及齿轮精度要求不高的齿轮加工1）插刀插齿2）滚刀滚齿

是利用滚刀在滚齿机上进行轮齿加工将插刀和轮坯装在专用插齿机床上，插刀沿轮坯轴线方向作往复运动，同时插刀与轮坯按恒定的传动比作回转70

第4章

齿轮传动

标准齿轮不产生根切条件为

4.4渐开线齿轮的加工和精度4.4.2轮齿的根切现象和最少齿数

z≥加工标准齿轮不产生根切的最少齿数zmin=71

第4章

齿轮传动4.4渐开线齿轮的加工和精度4.4.3齿轮传动的精度等级及选择1.齿轮传动精度等级2.精度等级的选择渐开线圆柱齿轮的精度标准（GB/T10095.1~2—2001）中，对单个齿轮规定了12个精度等级。其中1级是最高精度等级，精度按数字依次降低，12级为最低。机械制造及设备中一般常用6~9级表4-4常用齿轮精度等级的加工方法及应用范围72第4章

齿轮传动4.5.1轮齿的失效1．轮齿折断（打牙）

4.5

轮齿的失效和齿轮常用材料3.齿面磨损

4.齿面胶合

5.齿面塑性变形

过载折断和疲劳折断2.齿面点蚀由于齿面材料在交变接触应力作用下，在轮齿工作表面会产生贝壳形状凹坑的破坏形式称为齿面点蚀轮齿工作表面间落入灰尘、砂粒、金属屑等,会引起齿面磨粒磨损啮合区产生很大的摩擦热，使某些齿面上接触的点熔合焊在一起齿面表面的材料就会沿着摩擦力方向产生局部的塑性变形73第4章

齿轮传动4.5.1轮齿的失效1.钢

2.铸铁4.5

轮齿的失效和齿轮常用材料3.非金属材料

2.齿面点蚀齿轮具有足够的硬度和耐磨性，齿芯部有足够的韧性，以获得较高的抗弯曲、抗冲击载荷、抗点蚀、抗磨损、抗胶合的能力；具有良好的加工工艺性和热处理工艺性能，且十分经济1）齿面硬度≤350HBS的齿轮，称为软齿面齿轮。软齿面齿轮常用材料为40Cr、45钢

、35SiMn等，主要用于对强度和精度要求不高、速度较低、且对齿轮尺寸无严格限制的传动场合，如一般用途的减速器。（2）齿面硬度>350HBS的齿轮，称为硬齿面齿轮。硬齿面齿轮常用材料为40Cr、20Cr、20CrMnTi、38CrMnAlA等，主要用于承载能力较大、高速、重载和精密的机械，如汽车和机床的传动齿轮等。主要应用于低速、工作平稳和冲击小的非重要开式齿轮传动中。常用材料有HT300、QT500-74等.表4-5

齿轮齿面硬度及其组合的应用举例为了降低噪音，齿轮可用非金属材料，如夹布胶木、尼龙等，非金属材料主要适用于高速、小功率、低精度及要求低噪音的齿轮传动74

第4章

齿轮传动

直齿圆柱齿轮传动

的受力分析

4.6直齿圆柱齿轮传动的设计4.6.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析圆周力

Ft=Ft1=Ft2=2T1/d1径向力

Fr=Fr1=Fr2=Fttanα

法向力

Fn=Fn1=Fn2=

75

第4章

齿轮传动

各力方向

判定

4.6直齿圆柱齿轮传动的设计4.6.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析

(1)在主动轮上的圆周力Ft1与其回转方向相反；在从动轮上的圆周力Ft2与其回转方向相同。(2)两轮的径向力Fr1、Fr2的方向均是由啮合点指向各自的轮心。

76第4章

齿轮传动4.6.2直齿圆柱齿轮承载能力计算1.齿面接触疲劳强度计算2.齿根弯曲疲劳强度计算4.6直齿圆柱齿轮传动的设计

1）齿面接触疲劳强度的设计公式≥76.6

2）齿面接触强度校核公式671≤[бH]

（MPa）

бH齿根弯曲疲劳强度的校核公式

=Y

=≤[]

设计公式为77第4章

齿轮传动4.6.3直齿圆柱齿轮传动设计中参数选择和设计步骤(1)传动比i(2)齿数z1和模数m4.6直齿圆柱齿轮传动的设计(3)

齿宽系数

d

2.齿面点蚀

参数选择对于增速传动，i<1；对于一般单级的减速传动，常用取值范围为1<i≤8，当i>8时，宜采用两级传动一般z1=20∽40，模数可按m=（0.007～0.02）a选取；传递动力的齿轮，模数m≮2mm，以防止意外断齿。在开式传动、硬齿面闭式传动和铸铁齿轮的闭式传动中，为防止轮齿折断，应适当加大模数而减小齿数，选齿数z1≥17

一般减速器中齿轮可取d=0.4，变速箱中的滑移齿轮，一般取d=0.2，其取值范围为：0.2～0.6

78第4章

齿轮传动4.6.3直齿圆柱齿轮传动设计中参数选择和设计步骤4.6直齿圆柱齿轮传动的设计

2.齿面点蚀设计步骤1）已知：齿轮传递的功率、主动齿轮的转速和传动比（或从动轮的转速）、原动机和工作机的种类及工作特性等，进行设计校核齿轮。2）设计校核计算（1）选定齿轮材料（2）确定齿轮传动的主要参数、几何尺寸：

对于硬齿面闭式齿轮传动

，应按齿根弯曲疲劳强度公式求出模数，确定齿轮传动参数和几何尺寸，而后校核齿面接触疲劳强度；

对于软齿面闭式齿轮传动，应按齿面接触疲劳强度公式初估分度圆直径，确定齿轮传动参数和几何尺寸，而后校核齿根弯曲疲劳强度；对于开式齿轮传动，可按齿根弯曲疲劳强度求出模数，并考虑磨损的影响，将设计出的模数加大10%~30%。（3）确定齿轮结构尺寸和精度等级（4）绘制齿轮零件工作图

794.7

斜齿圆柱齿轮的啮合传动

4.7.1斜齿轮齿面形成及啮合特点第4章

齿轮传动=

一对斜齿圆柱齿轮啮合时，两轮齿的接触线为一斜直线，其接触线由短变长，再由长变短，这样避免了直齿轮突然的受载和卸掉，极大地减少了传动的冲击、振动和噪声，提高了传动的平稳性展成斜的齿轮渐开线齿面的直线KK与基圆柱和发生面的切线NN相交成一个角度

80

4.7

斜齿圆柱齿轮的啮合传动

4.7.2斜齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸第4章

齿轮传动1．基本参数

1）螺旋角β

2）法面模数

与端面模数

3）法面压力角αn与端面压力角αt4）端面螺旋角

β是反映斜齿轮特征的一个重要参数。β愈大，轮齿越倾斜，传动的平稳性就越好，但工作时所产生的轴向力Fa越大，常取β=80～250

mn=mtcosβ

tgαn=tgαtcosβcosβ

==cosβ表4-10

外啮合标准斜齿圆柱齿轮主要尺寸计算公式

81

4.7

斜齿圆柱齿轮的啮合传动

4.7.3斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件第4章

齿轮传动一对外啮合斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件

两轮满足：mt1=mt2·；αt！=αt2外，同时两外啮合斜齿圆柱齿轮螺旋角大小相等，旋向相反。82

4.7

斜齿圆柱齿轮的啮合传动4.7.4斜齿圆柱齿轮的当量齿数第4章

齿轮传动椭圆上C点的法向齿形可近似看成以ρ为分度圆半径，以mn为模数的一假想直齿圆柱齿轮，这个假想得到的直齿圆柱齿轮就叫做斜齿轮的当量齿轮。当量齿轮拥有的齿数称为当量齿数，用zv表示

图4-32

斜齿轮的当量齿轮不产生根切的最少齿数zmin=zvmincos3β=17cos3β，即斜齿轮不产生根切的最少齿数小于17，其比直齿轮更为紧凑的结构83

第4章

齿轮传动

斜齿圆柱齿轮传动

的受力分析

4.7

斜齿圆柱齿轮的啮合传动

4.7.5斜齿圆柱齿轮传动的受力分析圆周力

Ft=径向力

Fr=

法向力

Fn=

轴向力

Fa=Fttanβ

84

第4章

齿轮传动

各力方向

判定

4.7

斜齿圆柱齿轮的啮合传动

4.7.5斜齿圆柱齿轮传动的受力分析

（1）各作用力关系

主动轮上的力Ft1、Fr1、Fa1与从动轮上的力Ft2、Fr2、Fa2分别互为作用力与反作用力，即Ft1=—Ft2；Fr1=Fr2；Fa1

=—Fa2。（2）各作用力的方向Ft1与主动齿轮回转方向相反，在上，Ft2与从动齿轮回转方向相同；径向力Fr1、Fr2沿半径方向指向各自的轮心；主动齿轮上轴向力Fa1的方向用左、右手螺旋定则判定，即主动轮“左旋”时用左手，“右旋”时用右手握住齿轮的轴线，四指弯曲方向表示齿轮的回转方向，伸直胡大拇指的方向就是轴向力Fa1的方向；从动齿轮上的Fa2与Fa1的方向相反。85第4章

齿轮传动4.7.6斜齿圆柱齿轮传动的强度设计1.斜齿轮弯曲疲劳强度计算2.齿面接触疲劳强度计算4.7

斜齿圆柱齿轮的啮合传动

1）齿根弯曲疲劳强度的设计公式2）齿根弯曲疲劳强度校核公式（MPa）

бF1）齿面接触疲劳强度的校核公式

]

2）齿面接触疲劳强度设计公式为（mm）

（mm）（MPa）

864.8直齿圆锥齿轮传动第4章

齿轮传动概述4.8.1概述

轮齿分布在圆锥面上分度曲面为圆锥面的齿轮称为圆锥齿轮。圆锥齿轮有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥，常用的轴交角∑=90°

标准圆锥齿轮在正确安装的条件下，节圆锥与分度圆锥重合

为了设计、制造的方便，实际上用背锥上渐开线齿廓代替，以锥齿轮的背锥距分度圆半径，以圆锥齿轮大端端面模数为模数，相应圆锥齿轮的当量齿轮Zv87

4.8直齿圆锥齿轮传动第4章

齿轮传动基本参数和几何尺寸计算4.8.2直齿圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸计算图4-35锥齿轮传动及其几何尺寸

表4-12

标准圆锥齿轮的基本尺寸计算公式2．圆锥齿轮正确啮合条件和传动比1)正确啮合条件2)传动比88

4.9齿轮的结构设计第4章

齿轮传动1．齿轮轴2．实心式齿轮3．腹板式齿轮89

4.9齿轮的结构设计第4章

齿轮传动4．轮辐式齿轮904.9齿轮的结构设计第4章

齿轮传动例4-1

某带式输送机传动装置简图如图4-40所示。试设计该运输机中的标准直齿圆柱齿轮传动。已知：电动机驱动，减速器输入功率P=10Kw，主动齿轮的转速n1=400r/min，齿轮传动比i=3.5，单向运转，载荷有中等冲击。图4-40蜗杆传动第5章92学习目标

第5章蜗杆传动

知识学习目标●掌握蜗杆传动特点、类型及主要参数和几何尺寸●掌握蜗杆和蜗轮的结构特点、材料和精度●了解蜗杆传动的受力分析、滑动速度和效率

●了解蜗杆传动的强度计算特点和失效形式和计算准则；●掌握蜗轮齿面接触疲劳强度、齿根弯曲强度和热平衡计算

技能训练目标●掌握蜗杆传动计算及其设计93

第5章蜗杆传动【生产机器应用导入例】电动蜗杆卷扬机945.1蜗杆传动的特点和类型5.1.1蜗杆传动的特点

第5章蜗杆传动蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为90°

蜗杆传

动的特点(1)传动比大，结构紧凑传动比可达1000(2)连续啮合，传动平稳，噪声很小(3)具有自锁性(5)制造成本高(4)传动效率低，摩擦磨损较大95第5章蜗杆传动

轮系两

大

类5.1蜗杆传动的特点和类型

（1）圆柱蜗杆传动（2）环面蜗杆传动

5.1.2蜗杆传动的类型（1）圆柱蜗杆传动图5-3阿基米德蜗杆图5-4渐开线蜗杆图5-5圆弧圆柱蜗杆传动96第5章蜗杆传动

5.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸

1、模数

、压力角

和蜗杆蜗轮传动的正确啮合

2.传动比

、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2

5.2.1圆柱蜗杆传动的主要参数及选择

（5-1）=蜗杆传动的正确啮合条件为

=q=d1/m

3、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q表5-2蜗杆的基本尺寸和参数（Σ=90º）(摘自GB/T10085-1988)97第5章蜗杆传动

5.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸

4、导程角γ

5、蜗杆传动的标准中心距

5.2.1圆柱蜗杆传动的主要参数及选择

（5-1）=

5.2.2标准阿基米德蜗杆传动主要几何尺寸

tanγ=pz／πd1＝z1

pa／πd1＝z1m／d1＝z1／q

985.3蜗杆传动的失效形式、材料、结构和精度5.3.1蜗杆传动的失效形式和设计准则第5章蜗杆传动

蜗杆传动的

失效形式和设计准则1．齿面相对滑动速度vs

2．轮齿的失效形式3．轮齿的设计准则较大的滑动速度vs，最易产生的失效形式为齿面磨损和胶合蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似，有齿面点蚀、齿面磨损、胶合及轮齿折断等通常按齿面接触疲劳强度设计，并校核齿根弯曲疲劳强度，为避免发生胶合失效还必须作热平衡计算995.3蜗杆传动的失效形式、材料、结构和精度5.3.2蜗杆传动的材料、结构和精度第5章蜗杆传动5.3.蜗杆传动的材料、

结构和精度1．蜗杆和蜗轮的材料

2．蜗杆和蜗轮的结构3．蜗杆传动精度等级的选择蜗杆材料一般用优质碳素钢或合金钢制造，如45、40Cr硬度为45～50HRC，应用于中低速、中载传动。但对于高速重载的蜗杆，应使用20Cr，20CrMnTi和等，经渗碳淬火至硬度为58～63HRC。蜗轮常用材料为锡青铜、无锡青铜或灰铸铁制造有ZQSn10-1和ZQSn6-6-3，适用于滑动速度vs>3m/s的重要传动

表5-4蜗杆传动的精度等级选择100第5章蜗杆传动5.4蜗杆传动的强度计算及参数选择5.4.1蜗杆传动的受力分析

以右旋蜗杆为主动件并按图示方向转动，由蜗杆右（左）手螺旋定则确定轴向力Fa1的方向，即用右手四指指向蜗杆转向，大拇指所指方向就是蜗杆所受轴向力Fa1的方向。圆周力Ft1与主动蜗杆转向相反；径向力Fr1的方向为由啮合点分别指向各自的轮心。同时Fa2、Ft2与Fr2可由Ft1与Fa2、Fa1与Ft2、Fr1与Fr2的作用力与反作用力关系确定。1015.4蜗杆传动的强度计算及参数选择5.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算第5章蜗杆传动

蜗轮齿面接触疲劳

强度计算1．校核公式

2．设计公式≤

≥1025.4蜗杆传动的强度计算及参数选择5.4.3蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算第5章蜗杆传动5蜗轮轮齿的齿根弯曲

疲劳

强度计算1．校核公式

2．设计公式

1035.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算5.5.1蜗杆传动的效率第5章蜗杆传动5总效率与齿轮传动的

总效率类似，即

一般取η2η3＝0.95～0.97：

104第5章蜗杆传动5.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算5.5.2蜗杆传动的润滑表5-9蜗杆传动的润滑油粘度及润滑方法105第5章蜗杆传动5.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算5.5.3蜗杆传动的热平衡计算

≤

在热平衡状态下，单位时间内的发热量与散热量相等，即106第5章蜗杆传动5.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算【实例-5-1】典型蜗杆传动设计轮系及减速器第6章108学习目标

第6章轮系及减速器知识学习目标●了解各类轮系的组成和运动特点，学会判断一个已知轮系属于何种轮系●了解各类轮系的功能，学会根据工作要求选择轮系的类型。●掌握定轴轮系和周转轮系传动比的计算方法，会确定主、从动轮的转向关系●理解轮系的功用,混合轮系的组成及传动比的计算方法●掌握轮系的功用及应用，减速器的结构及工作过程

技能训练目标

●掌握各种轮系的设计方法109第6章轮系及减速器【生产机器应用导入例】