哈工大机械设计课件课程总结.ppt

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1、课程总结,张锋,课程总结,课程性质和研究对象课程主线课程基本要求与重、难点问题 1. 螺纹连接 2. 传动-带传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动 3. 轴系部件-轴、滚动/滑动轴承、联轴器离合器 4. 结构设计的能力考试及相关要求,2,一、课程性质和研究对象课程性质：设计性的技术基础课 研究对象：从研究一般机械传动装置的设计出发，研究机械 中具有一般工作条件和常用参数范围内的通用机 械零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论 和设计计算方法。,课程总结,3,二、课程“设计”主线,课程总结,标准件设计非标准件设计,4,课程总结,1、螺纹连接,基本要求：1）掌握螺纹的基本知识螺纹的基本参数、常用螺

2、纹的种类、特性及其应用。2）掌握螺纹连接的基本知识螺纹连接的基本类型、结构特点及其应用，螺纹连接标准件，螺纹连接的预紧与防松。3）掌握螺栓组连接设计的基本方法螺栓组连接的结构设计，受力分析，单个螺栓连接的强度计算理论与方法。4）掌握提高螺纹连接强度的各种措施。5）掌握滑动螺旋传动的常用设计方法。,三、基本要求与重难点内容,5,6,课程总结,1、螺纹连接,大径d-即螺纹的公称直径小径d1-常用于连接的强度计算中径d2-常用于连接的几何计算螺距P-螺纹相邻两个牙型上对应点间的 轴向距离线数n-螺纹的螺旋线数目导程S-螺纹上任一点沿同一条螺旋线转 一周所移动的轴向距离，S=nP牙型角a-螺纹轴向截面

3、内，螺纹牙型两 侧边的夹角牙侧角-牙侧边与螺纹轴线垂线夹角升角中径上螺旋线的切线与垂直于螺纹 轴线的平面间的夹角牙高h- h=(d-d1)/2,6,课程总结,1、螺纹连接,螺纹旋向：左旋螺纹，右旋螺纹（常用）,7,课程总结,1、螺纹连接,8,课程总结,1、螺纹连接,按牙形分,三角形螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹,锯齿形螺纹,管螺纹,圆柱管螺纹、圆锥管螺纹,按功能分,连接螺纹,传动螺纹,调整螺纹,起重螺纹,母体不同,=2=60,=2=30,=3，=30,=55,9,10,课程总结,1、螺纹连接,10,课程总结,1、螺纹连接,螺母材料一般较相配合的螺栓的硬度低2040HBW。,11,课程总结,1、螺纹连

4、接,拧紧力矩,12,为什么预紧？如何控制预紧力？,课程总结,1、螺纹连接,防松 目的是防止螺纹副之间的正压力在振动、冲击、交变载荷 、 或变温环境下突然消失。 实质是防止螺纹副之间发生相对运动。,防松方法 摩擦防松 ： 双螺母、弹簧垫圈、锁紧螺母 机械防松：止动垫片、开口销与六角开槽螺母、串联钢丝 永久防松：焊接、冲点、粘接,13,课程总结,1、螺纹连接,MPa,松螺栓连接,14,课程总结,1、螺纹连接,横向工作载荷紧螺栓连接普通螺栓连接,15,课程总结,1、螺纹连接,横向工作载荷紧螺栓连接铰制孔螺栓连接,螺栓杆的剪切强度条件为:,螺栓与孔壁的挤压强度条件为：,MPa,MPa,螺栓抗剪面直径；

5、,m 螺栓抗剪面数目,螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 mm，设计时应使,16,课程总结,1、螺纹连接,受轴向工作载荷的紧螺栓连接,17,课程总结,1、螺纹连接,18,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组1、受轴向载荷Q的螺栓组连接,设定有z个螺栓则：单个螺栓受外力,19,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组2、受横向载荷R的螺栓组连接,（1） 普通螺栓连接,靠接合面的摩擦力传递外力螺栓既受拉应力又受扭剪应力,20,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组2、受横向载荷R的螺栓组连接,(2) 用铰制孔螺栓连接,螺栓受力：剪切力Fs,21,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组3、受旋转力矩 T 的螺栓组连接,(1) 采用普通螺

6、栓连接时，靠预紧后在接合面上各螺栓处摩擦力对形心的力矩之和平衡外加力矩T。,22,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组3、受旋转力矩 T 的螺栓组连接,（2）采用铰制孔用螺栓连接时，忽略接合面上的摩擦力，外加力矩T靠螺栓所受剪力对底板旋转中心的力矩之和来平衡。,23,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组4、受倾覆力矩M的螺栓组连接,假设：被连接件是弹性体，但变形后其接合面仍保持平直。,24,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组4、受倾覆力矩M的螺栓组连接,25,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组4、受倾覆力矩M的螺栓组连接,受倾覆力矩的螺栓组连接除要求螺栓强度足够外，还应保证接合面既不出缝隙也不被压馈。,接合面右端

7、应满足：,接合面材料的许用挤压应力,26,课程总结,1、螺纹连接,螺栓组4、受倾覆力矩M的螺栓组连接,左端应满足：,由上两式求得预紧力F，并取两者较大值,和工作拉力Fmax求得作用在螺栓上的总拉力F0后，再求出所需螺栓直径。,27,28,课程总结,2、带传动,基本要求：1）了解带传动的类型、工作原理、特点及应用（含同步带传动）。2）了解V带与V带轮的结构、规格与基本尺寸。3）掌握带传动的受力分析、应力分析与应力分布图、弹性滑动和打滑的基本理论。4）掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法和参数选择原则。,28,29,课程总结,2、带传动,平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在

8、传动中心距较大的场合应用较多。,一般机械传动中应用最广的带传动是带传动，在同样的张紧力下带较平带传动能产生更大的摩擦力。,多楔带传动兼有平带和带传动优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑场合。,同步带传动是一种啮合传动，优点是：无滑动，能保证固定传动比；带柔韧性好，带轮直径可较小。,29,课程总结,2、带传动,临界状态,30,2F0=F1+F2,31,课程总结,2、带传动,31,课程总结,2、带传动,不可避免,若传递的基本载荷超过最大有效圆周力,带在带轮上发生显著的相对滑动即打滑,打滑造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态,主动轮圆周速度大于带速大于从动轮圆周速度损失部

9、分能量，降低传动效率，使带的温度升高引起传动带磨损,打滑总是在小轮上先开始，避免过载就可避免打滑,32,33,课程总结,2、带传动,带传动的失效形式：打滑和疲劳破坏,带传动的设计准则：在保证带工作时不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命,当 时,带传动将发挥最大效能,33,课程总结,2、带传动,带既不打滑又有一定疲劳强度时所能传递的功率,kW,34,课程总结,2、带传动,1、确定设计功率2、选择带型3、确定带轮的基准直径dd1和dd24、验算带的速度5、确定中心距a和V带长度Ld6、计算小轮包角17、确定V带的根数z8、确定初拉力F0 9、计算压轴力,35,课程总结,3、齿轮传动,基本要求：

10、1）掌握齿轮传动的失效形式及其机理、失效部位，以及针对不同失效形式的设计计算准则。2）掌握选用齿轮材料及热处理方式的基本要求。3）理解计算载荷的定义及载荷系数的物理意义、影响因素及减小载荷系数的措施。4）熟练掌握齿轮传动的受力分析方法包括假设条件、力的作用点、各分力大小的计算与各分力方向的判断。5）掌握直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算的力学模型、理论依据、力作用点及计算点（或截面）、应力的类型及变化特性，掌握强度计算公式中各参数的物理意义及其对应力（或强度）的影响，掌握斜齿圆柱齿轮强度计算的特点。6）掌握齿轮传动的设计方法与步骤（包括材料、热处理方式和精度选择、参数选择

11、和结构设计）。,36,37,课程总结,3、齿轮传动,齿轮传动的失效主要是轮齿的失效,轮齿的折断,齿面点蚀,齿面磨损,齿面胶合,塑性变形,37,1、轮齿的折断,脆性折断：脆性材料、冲击或过载,疲劳折断：齿根应力集中、交变载荷反复作用、疲劳裂纹扩展,增大齿根圆半径，减少应力集中 提高加工、安装精度 合理选择材料 热处理、强化处理等,直齿,斜齿,2）防止折断措施：,1）折断种类：,课程总结,38,增加齿面硬度降低粗糙度合理选用润滑油粘度,点蚀原因：接触应力的反复作用,点蚀后果：轻者振动噪音，重者不能工作,2、齿面疲劳点蚀,防止点蚀措施：,课程总结,39,齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹；,润

12、滑油进入裂缝，形成封闭高压油腔，楔挤作用使裂纹扩展。油粘度越小，裂纹扩展越快）,节线处常为单齿啮合，接触应力大；,节线处为纯滚动，靠近节线附近滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，易产生裂纹。,常在润滑良好的闭式软齿面传动中节线附近的齿根部分,课程总结,40,齿面疲劳点蚀实例,软齿面齿轮：局限性点蚀（新齿）扩展性点蚀。,硬齿面齿轮：扩展式点蚀,开式传动：无点蚀（v磨损 v点蚀）,课程总结,41,改善润滑 提高齿面硬度 改用闭式传动,磨损原因：齿面进入磨料,磨损后果：齿形破坏引起冲击和振动， 齿厚变薄甚至断齿,3、齿面磨损,防止磨损：,常在开式齿轮传动中,课程总结,42,胶合原因：,胶合现象：两表

13、面尖峰接触后粘结，再被撕开,防止胶合：减小模数、降低齿高、提高齿面硬度、改善材料及加极压添加剂,胶合后果：产生振动、噪声，不能工作,4、齿面胶合,热胶合：高速重载，压力和相对滑动速度大,冷胶合：低速重载或偏载，润滑油膜难形成,常在高、低速重载齿轮传动中,课程总结,43,防止塑性变形：提高齿面硬度、提高润滑油粘度,齿体塑性变形：突然过载，引起齿体歪斜,塑性变形原因：齿面软，润滑失效、摩擦变大,齿面塑性变形：齿面表层材料沿摩擦力方向流动,塑性变形后果：齿廓形状变化，破坏正确啮合,5、轮齿塑性变形,常见于软齿面、低速重载与频繁启动传动,课程总结,44,45,课程总结,3、齿轮传动,闭式软齿面齿轮传动

14、：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度 闭式硬齿面齿轮传动：齿面接触承载能力较高，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度 开式齿轮传动：其主要失效形式是齿面磨损，而且在轮齿磨薄后往往会发生轮齿折断。故目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大 高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。,齿轮传动的设计准则,45,46,课程总结,3、齿轮传动,载荷系数K,46,课程总结,3、齿轮传动,影响K的主要因素：基节和齿形误差产生的传动误差、节线速度和轮齿啮合刚度等。,动载系数K是考虑由于齿轮制造精度

15、、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。,啮入冲击,换齿冲击,减小K的办法 提高精度 齿廓修形,动载系数K,47,48,课程总结,3、齿轮传动,齿向载荷分布系数K,齿向载荷分布系数K是考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数,影响K的主要因素有：齿轮的制造和安装误差，轮齿、轴系及机体的刚度，齿轮在轴上相对于轴承的位置，轮齿的宽度及齿面硬度等。,减小载荷不均齿轮精度齿轮宽度系统刚度齿端修形齿轮位置软齿面硬齿面鼓形,48,49,课程总结,3、齿轮传动,齿间载荷分配系数K是考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。,影响K的主要因素有：轮齿制造误差，特别是基节偏差，

16、轮齿的啮合刚度，重合度和跑合情况等。,齿间载荷分配系数K,49,50,课程总结,3、齿轮传动,轮齿受力分析,圆周力,径向力,法向力,力的大小：,50,51,课程总结,3、齿轮传动,齿面接触疲劳强度的校核公式:,齿根弯曲疲劳强度校核公式：,51,52,课程总结,3、齿轮传动,52,53,课程总结,3、齿轮传动,斜齿轮齿面接触疲劳强度计算的原理和方法：与直齿轮相同，仍按齿轮节点C处进行计算。不同的是： 斜齿轮啮合点的曲率半径应按法面计算； 接触线总长度比直齿轮大承载能力大于同曲率、接触线长的直齿轮，使应力减少，故引入螺旋角系数 考虑。,53,54,课程总结,3、齿轮传动,斜齿轮齿根弯曲疲劳强度的计

17、算,斜齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算式：,接触线倾斜，轮齿局部折断,按法面当量直齿圆柱齿轮计算,接触线倾斜，力臂变小，弯曲应力变小，用小于1的螺旋角系数Y考虑,54,55,课程总结,4、蜗杆传动,基本要求：1）了解蜗杆传动的特点及应用。2）掌握普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择原则。3）掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则和常用材料及选用原则。4）掌握蜗杆传动的受力分析及其强度计算特点。5）了解对蜗杆传动进行效率计算和热平衡计算的意义和方法，6）掌握提高传动效率和散热能力的措施。,55,与齿轮传动相比较，蜗杆传动的特点：1) 单级传动比大(i=8-80,1000)，结构紧凑2) 传动平稳，噪音小3

18、) 可实现自锁（条件？）4) 传动效率低（=0.70.9），发热大5）轮缘有色金属制造，成本高用途广泛，中小功率传动,课程总结,4、蜗杆传动,56,课程总结,4、蜗杆传动,阿基米德蜗杆传动在蜗杆的轴截面内相当于齿条（蜗杆）与渐开线齿轮（蜗轮）传动。,中间平面：沿蜗杆的轴线且垂直与蜗轮轴线的平面 中间平面上的参数作为设计基准参数,57,课程总结,4、蜗杆传动,蜗杆传动的正确啮合条件,58,课程总结,4、蜗杆传动,蜗杆传动的失效形式和设计准则,蜗杆传动的失效形式主要是齿面胶合、点蚀 和磨损，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。,通常按齿面接触疲劳强度条件计算蜗杆传动 的承载能力，但是在选择许用应力时，要

19、适 当考虑胶合和磨损失效因素的影响。同时，对闭式传动要进行热平衡计算，必要时(如 大跨度)对蜗杆的刚度进行计算,蜗轮材料为铸造锡青铜（高速）、铸造铝铁青铜（重载低速6m/s以下）或灰铸铁（2m/s以下）,59,课程总结,4、蜗杆传动,60,课程总结,4、蜗杆传动,式中：1啮合效率,2 3分别为轴承效率和搅油效率 一般取2 3=0.950.96,61,62,课程总结,12、结构设计能力,62,63,课程总结,5、轴及轴毂连接,基本要求：1）了解轴的功用与分类，掌握各类轴的受力与应力分析。2）掌握转轴的结构设计基本要求和方法。3）掌握转轴的弯扭合成强度计算方法。4）掌握平键连接的工作原理、结构特点

20、，平键的剖面尺寸和长度的确定方法及平键连接强度校核计算方法。,63,64,课程总结,6、滚动轴承,基本要求：1）了解各类轴承的结构和特点，能正确选择轴承的类型。2）熟悉滚动轴承代号的组成及常用滚动轴承的类型、尺寸、公差等级、代号。3）掌握滚动轴承承载能力校核计算方法。4）能正确进行滚动轴承部件的组合设计，会画滚动轴承部件装配图。,64,65,课程总结,7、滑动轴承,基本要求：1）了解滑动轴承的类型、特点及其应用。2）掌握各类滑动轴承的结构特点。3）了解对轴瓦材料的基本要求和常用轴瓦材料，了解轴瓦结构。4）掌握非液体摩擦轴承的设计计算准则及其物理意义。5）掌握液体动压润滑的基本概念、基本方程和油

21、楔承载机理。6）了解液体摩擦动压径向润滑轴承的计算要点（工作过程、压力曲线及需要进行哪些计算）。7）了解多油楔轴承等其他动压轴承的工作原理、特点及应用。8）了解滑动轴承采用的润滑剂与润滑装置。,65,66,课程总结,8、联轴器离合器与制动器,基本要求：1）掌握常用联轴器、离合器和制动器的主要类型、结构、工作原理、特点及选择与计算方法。2）掌握联轴器联接的两轴间位置补偿的原理及联轴器和离合器在功能上的同异。,66,67,课程总结,9、摩擦磨损与润滑,基本要求：1）了解各类摩擦的机理、特性及其影响因素，了解流体动力润滑的基本概念。2）了解各种磨损的机理、特性及其影响因素。3）了解润滑的作用及润滑剂

22、的主要性能指标。摩擦的四种状态，磨损五种分类，润滑油粘度特性（粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损）,67,68,课程总结,10、结构设计能力,68,69,课程总结,10、结构设计能力,69,70,课程总结,10、结构设计能力,70,71,课程总结,10、结构设计能力,71,72,课程总结,12、结构设计能力,72,73,课程总结,10、结构设计能力,73,74,课程总结,10、结构设计能力,74,75,课程总结,10、结构设计能力,75,76,课程总结,10、结构设计能力,76,77,课程总结,12、结构设计能力,77,78,课程总结,10、结构设计能力,78,79,课程总结,10、结构设计能力,79,80,课程总结,12、结构设计能力,80,四、考试及相关要求,81,课程总结,大作业25分（五个大作业，每个5分），一个电算作业（或平时测验）5分期末考试70分实验单独计分本门课程的及格标准：大作业15分以上（交齐五个大作业）电算作业（或平时测验）3分以上期末考试42分以上。没有交齐大作业和电算作业的同学不允许参加期末考试。,81,82,考卷题型：填空简答分析计算题（方向判断） 结构题,示例,预祝同学们取得好成绩！,83,