《机械设计复习》PPT课件.ppt

1、机械设计总复习,复习策略,题型：选择、填空、分析、计算、结构改错,猜题：否定绝对，缩小范围；做题：调整心态，先易后难；读懂题意，争小抢大。,复线运筹法,交错运筹法,重点运筹法,顺序运筹法,冲刺成功秘笈：计划，方法，努力。,复习技法,应试内容重组法,应试重点复习法,应试小贴士,应试内容重组法,1、明确零件的类型和结构特点,2、领会零件的工作原理、工作条件,3、掌握工作情况分析：运动分析和动力分析,4、判断失效形式、确立设计准则,6、理解零件设计方法、主要参数,7、掌握结构设计方法：材料及热处理和结构改错,5、推导公式、设计步骤,1. 零件的类型和结构特点,齿轮传动 类型：圆柱（直、斜、人），圆锥

2、，齿轮齿条 装置和齿面：开、半开与闭，硬与软 几何特点：平行、交错与相交，端、法、大端,蜗杆传动 类型：圆柱（ZA阿氏，ZI渐开，ZN延渐开，ZK锥包络），圆锥、环面；普通 。布置：上置、下置,带传动：原理（摩擦:平带传动、V带、多楔带、圆带；啮合：同步带）,几何特点：变位特点（轮变：a或Z2)和直径系数,V带：普通、窄、宽、大楔角、齿形、联组V带等,链传动：,滚子链、齿形链,普通V带Y、Z、A、B、C、D、E,窄V带：SPZ，SPA，SPB，SPC,摩擦带特点,优点：弹性吸振、过载保护、低成本、中心距大,缺点：传动比不准，轴力大，尺寸大，寿命短，效率低。,传动装置：齿轮传动，蜗杆齿轮，带齿轮

3、，锥齿轮,轴：转轴，心轴、传动轴,滚动轴承：7类,3类,6类,5类，N类。滚动体：球、滚子 选择（载荷， nlim，刚性及调心，成本 ）；基本代号：7212C/P2,滑动轴承：液体摩擦（动压和静压）；非液体摩擦 结构特点：整体与剖分，轴瓦（油孔槽位置，瓦衬固定）,螺纹连接：,键和花键,螺栓连接-,普通螺栓连接，铰制孔用螺栓连接,双头螺柱连接，,螺钉连接，,紧定螺钉连接。,键-平键（普通，导、滑键）、半圆键、楔键、切向键,花键：矩形，渐开线；对中方法,2 领会零件的工作原理和工作条件,齿轮传动：啮合（推压），正确啮合，重合度，旋向,带传动：摩擦，不打滑条件,螺栓组、螺栓连接 螺纹（粗、细牙，牙型

4、，旋向，制度） 横向外载荷（普通螺栓连接靠摩擦传递，铰制孔用螺栓连接靠剪切和挤压传力）,不滑移条件，不开缝条件，不压溃条件。,螺栓组受力状态（轴向、横向、旋转、倾覆、复合）,自锁条件,键联接 普通平键、半圆键：工作面靠键的剪切和键、轴、毂挤压,滑动轴承-形成动压条件：收敛楔形间隙；一定相对速度且大口进小口出；两板充满一定粘度的润滑油,楔健：工作面，靠摩擦力传力。,切向健：工作面，靠摩擦力和挤压传力,3 掌握工作情况分析：运动分析和动力分析,直、斜齿轮：,锥齿轮：,蜗杆传动：,带传动：,3.1运动分析,传动比,链传动：,总传动比i=i1i2,齿数比、增减速,相对滑动（优点、缺点）,齿轮：节点相对

5、滑动为零易点蚀，摩擦力（塑变：主凹从凸）,蜗杆传动：沿齿高同时又沿齿长滑动，故效率低,带传动：,过载保护，弹性滑动和打滑（现象、本质、后果）,速度,齿轮圆周速度,带传动,链传动,3.2 力分析,力分析,直齿 斜齿 锥齿 蜗杆,Ft圆周力“主反从同”,Fr径向力“各指轮心”,Fa轴向力：斜齿、蜗杆主动轮左右手法则,锥齿小端指向大端,注意点：,1 各轮转向：外啮合箭头同时指向节点或背离节点,2 螺旋线方向：外斜齿等值反向，蜗轮蜗杆等值同向,3 作用力与反作用力：锥Fr与Fa、蜗Ft与Fa对应,效率、总效率,螺旋副：粗牙和细牙,蜗杆：与头数有关,图示为圆锥齿轮与蜗杆传动的手摇绞车系统，试问： 重物上

6、升时为使圆锥齿轮与蜗杆的轴向力相抵消一部分，圆锥齿轮应置于蜗杆传动的左侧还是右侧？（去掉图上不要的圆锥齿轮） 当手柄如图所示转动时，蜗杆螺旋线是左旋还是右旋？ 画出各轮的轴向力方向及蜗轮的圆周力Ft、径向力Fr、轴向力Fa。,Ft4,Ft3,Fa2,Fa1,3.2,带的内力,紧边拉力和松边拉力关系,最大有效拉力与F1、F2或F0关系,注意：,1 积或Fec特指将滑未滑,2 是小轮包角，弧度值,有效拉力Fec与传递功率P关系,滚动轴承：,C基本额定动载荷：寿命，R,易错：,1 7类、3类派生轴力方向,2 压紧轴承和放松轴承的轴向力,派生轴力方向：内外圈相分离。,Fa的计算方法：,（1）压紧轴承和

7、放松轴承判别法；,（2）轴承力平衡法；,（3）公式计算法：,螺栓组受力分析,FE=FA/z,求得螺栓总拉力F2=F+F1后按承受轴向工作载荷的螺栓连接计算,受拉螺栓F0=KsF/fzm,按只受预紧力的螺栓连接计算,受剪螺栓F=F/z,按受剪螺栓计算,按受拉螺栓计算,按受剪螺栓计算,按受拉螺栓计算,功用,1 推导公式:F,F0, F1, F2间关系；,2 提高螺栓连接强度的措施。,1）螺纹牙载荷分配；,2）减少螺栓应力幅；,3）降低应力集中；,4）避免附加弯曲应力；,5）合理制造工艺。,齿轮传动,KA使用系数（外载，工作机、原动机类型）,KV动载系数（制造误差，齿的变形；提高精度，修缘）,K齿间

8、载荷分配系数,K齿向载荷分布系数（刚度，传动位置；提高刚度，合理位置，适当齿宽，提高制造及安装精度，鼓形齿）,额定载荷，计算载荷，实际载荷,3.3 应力分析,带：变应力，max=1+b1+c ，位置, min=2+c ,齿轮,齿根弯曲应力,注意：,2 大小轮齿根弯曲应力不等，因与齿数（当量齿数）有关；,3 b是设计齿宽，B1=B2+（510）mm,1 应力循环特性：单向转动r=0;双向转动，惰轮，行星轮为r=-1（极限应力值中考虑:0.7Flim）,力学模型（悬臂梁，力大小，作用点，危险截面）,齿面接触应力,力学模型（单对齿在节点处一对节圆柱啮合）,应力循环特性r=0,两轮接触应力相等,有两对

9、外啮合的闭式钢制直齿圆柱齿轮传动，其尺寸如下表所示。已知齿轮的制造精度、齿面粗糙度及工况条件均相同，但其许用应力则不同，A对齿轮的许用接触应力为H1A=500N/mm2，H2A=400N/mm2；B对齿轮的许用接触应力为H1B=600/mm2，H2B=500N/mm2。若A对齿轮的接触宽度为bA=60mm，试问B对齿轮的接触宽度bB为多大时，这对齿轮的承载能力（传递的扭矩）才一样？,螺栓连接,普通螺栓连接：,轴,弯扭合成,的含义,静载下应力,变载下应力（min=C）,弯曲应力r=1；,转轴,扭转切应力-单向转动r=0，双向转动r=1,心轴,固定：弯曲应力r=1，0；转动：弯曲应力r=1,传动轴

10、,单转：r=0扭剪应力，双转： r=1扭剪应力,机械零件的强度,疲劳强度,平键连接,静强度,第四强度理论,拉、扭复合应力，如螺栓,第三强度理论,弯、扭复合应力，如转轴,1） 工作应力：五参数三方程,2） 极限应力,3）-N疲劳曲线（NN0，r一定）,用途：,1）已知N0，m，-1，求一定N时-1N,2）已知N0，m，-1，求一定-1N时N,B，s；-1，0，r（NN0）；rN（103NN0),3）曲线值因r，材料而异,材料的极限应力线图的绘制,1）已知-1，0，S；,2）已知-1， ，S 。,4） 等寿命疲劳曲线,零件的极限应力线图的绘制,1）已知-1，0，S，K；,2）已知-1， ，S， K

11、 。,注意：公式中影响疲劳强度三因素。,滚动轴承：滚动体和转动套圈H周期变化，固定套圈脉动不变。,4判断失效形式，确定设计准则,齿轮：弯折、点蚀、磨损、塑变、胶合,HH，FF,注意：开式齿轮设计准则,蜗杆：与齿轮相比，失效在蜗轮轮齿上、无塑变,HH，FF，yy，t0t0,带和链：带（打滑和带的疲劳破坏P=Ftv/1000P）；链（链板疲劳等，功率曲线）,滑动轴承,不完全液体润滑滑动轴承失效：边界油膜破裂,pp防过度磨损,pvpv限制温升,点蚀原因（节线Hmax大，相对速度小，裂纹扩展），防止或减轻措施（提高硬度，减小粗糙度，变位，高粘度油）,轮齿折断防止或减轻措施（正变位，增大齿根圆角，减低粗

12、糙度，表面强化）,vv，局部p小pv大,滚动轴承：点蚀、塑变、磨损,CC或LhLh,C0C0,键,静联接（普通平键）：压溃，剪断,动联接（导键、滑键）：磨损,轴：强度、刚度、振动稳定性,螺栓连接：铰制孔用螺栓（压溃、剪断）；普通螺栓（静、疲劳强度失效）,4,一压力容器的螺栓连接，测得其力变形图如下所示，其中=。试问：,（1）螺栓受到的预紧力F0的大小？,F0=6000N,（2）为了满足容器的气密性要求，其残余预紧力F1应为2000N，这时螺栓允许可受的工作外载荷F为多少？,F=8000N,（3）若该螺栓的许用应力为= 90MPa，试选取一合适的螺栓直径。,所以，d=16mm,（4）螺栓的外载荷

13、值达多少时，该容器的连接处将漏气。,5 推导公式、设计步骤,轴,材料、热处理，结构草图设计，轴的计算（强度，刚度）,平键联接,键类型，键剖面尺寸，键长，强度校核,带传动,带型号，带轮直径，初选中心距，计算带长，实际中心距，根数，轴上压力。,滚动轴承,型号选择,C0,Fd,C,Fa/C0,Fa,X，Y,MaxP1，P2,Lh,图示齿轮传动装置中，轴由两个角接触球轴承支承。已知两斜齿轮所受轴向力FA1=3000N，FA2=4000N；两轴承所受径向力Fr1=5500N，Fr2=6500N；温度系数ft=1.0，载荷系数fP=1.0。轴承参数如下表。试计算： （1）两轴承所受的轴向力Fa1，Fa2。

14、 （2）确定当量动载荷P1，P2的大小。 （3）若齿轮轴转速n=1000r/min，轴承的额定动载荷C=32800 N，则轴承的寿命Lh为多少?,（1）两轴承所受的轴向力Fa1，Fa2;,（2）确定当量动载荷P1，P2的大小。,（3）若齿轮轴转速n=1000r/min，轴承的额定动载荷C=32800 N，则轴承的寿命Lh为多少?,齿轮传动,注,1 公式用途,2 校核、设计方法（如开式传动）,3 提高强度的措施,试推导齿根弯曲等强度条件,试推导齿轮齿条传动齿面接触强度,一合金钢零件在应力比r=0下工作最大应力max=400MPa,工作应力循环次数为3105，综合影响系数K1.6。合金钢的1400

15、MPa，0650MPa，s780MPa循环基数N0=107,寿命指数m=9，若疲劳强度许用安全系数取S=1.3，静强度许用安全系数取S=1.5,试校核该零件的强度。,6 理解零件设计方法及其主要参数,齿轮：,直齿：齿根应力（悬臂梁，单对齿，全部载荷作用在齿顶，危险截面：与轮齿中线成30且与齿根圆角相切，切点的连线）,齿面接触应力（Hertz公式：使变直径接触实用化-单对齿在节点处的接触应力）,斜齿：,当量齿轮,锥齿：,当量齿轮，齿宽中点,主要参数：,接触d（a），弯曲m（提高齿轮强度的措施）,齿数-闭多开少,齿宽系数：锥、直斜不同,a=z1（1+i ）m/2,螺栓联接：受横向载荷的紧联接，1.

16、3,蜗杆传动：q,变位特点及方法,带,键,滚动轴承,P=Fev/1000,主要参数dd1,提高带传动能力,为何限制ddmin，v，a，1,校核、条件性计算理由,尺寸选择：bhL,取键为分离体，力不平衡,选择性计算,注意：1 寿命系数 2 当量动载荷计算,链：p,7 熟悉结构设计方法：材料及热处理和结构改错,传动零件在方案中的配置,1）带传动承载小，传同T时尺寸较其他传动形式大，能缓冲吸震，应放在高速级；,2）蜗杆传动能实现大传动比，但低适用于中小功率或间隙运转场合；当它与齿轮同时应用时，蜗杆布置在高速级尺寸小，省料，高，在低速级应齿轮T小传动装置尺寸小；,3）锥齿轮因加工困难（尤其大模数）尽量

17、布置在高速级和限制传动比；,4）斜齿轮传动平稳性较直齿好，常用在高速级或要求平稳的场合。,材料、热处理，结构,齿轮：一般原则-齿面硬、齿芯韧；软齿面HBS1=HBS2+（3050）,蜗杆（碳钢或合金钢）；蜗轮（铸锡青铜、铸铝锡青铜、铸铁）,轴承合金、铜合金、铝基合金、灰铁、球铁、多孔金属材料,7,工艺路线,硬齿面：切齿，调质，滚齿，表淬；切齿，滚齿，淬火，磨齿。,软齿面：切齿，正火或调质，滚齿。,蜗杆传动,滑动轴承,材料与热处理：低碳、合金钢渗碳，中碳、合金钢调质后淬火,蜗杆传动散热方法：风扇，冷却管，散热片,结构:径向轴承（整体、剖分）；推力轴承（普通、液体动压斜面或顷瓦）；轴瓦结构（油孔、

18、沟、固定）,结构改错：,1）转动与固定件接触？,2）轴上零件轴向、周向固定？,3）工艺不合理：加工面、安装、调整,4）润滑与密封,5）制图错误,带,胶带和铸铁带轮；张紧轮位置：松边，内侧，靠大带轮；张紧方法；换带；带楔角和槽角差异。,合金钢和碳钢（刚度接近）；合金钢应力集中敏感,轴,轴向固定:轴肩、环、套筒、档圈、圆螺母、圆锥形轴头等；周向固定:平键、花键、过盈连接、成形、销、弹性连接等；轴的直径和长度（dmin、轴毂长）,滚动轴承,固定与锁紧；装拆和调整；配合；润滑与密封,V带结构图,螺纹连接,结构图，预紧方法，防松措施。,齿轮力分析,Fa3,Fa2,Fa1,Fa4,Fa5,Ft6,左旋,结

19、构改错,机械设计复习,1强度,失效形式和设计准则, =lim/S,Sca=lim/S,工作应力,静应力ca：螺栓（4），轴（3）,稳定变应力：类型，3方程5参数,极限应力,静强度：脆性材料B,塑性材料s,疲劳强度,有限、无限寿命：一定r下的rN,r,无限寿命：任意r下的r,考点,绘制材料、零件极限应力线图：条件、,单向稳定变应力强度计算（r=cost,作图法和解析法),双向稳定变应力强度计算,2螺纹联接键联接,基本知识,螺纹：细牙与粗牙，联接与传动，效率与自锁,螺纹联接,类型、画法；普通与铰制孔用螺栓,标准件强度级别、材料,预紧目的、控制方法,防松目的、防松方法,螺栓联接设计,结构设计原则,螺栓组力分析,力分析目的、假设条件,