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1、开课单位：机械基础中心 主讲教师 冯海全 15247192984 参考书目 1.机械设计 濮良贵、纪名刚主编.高等教育出版社.第八版 2.机械设计课程设计指导书 龚桂义主编.高等教育出版社 3.机械设计课程设计图册 龚桂义主编.高等教育出版社 1、学期成绩评定： A：期末考试成绩（70） B：课后作业（20） C：实验成绩（10） 2、课程要求： A： 独立完成作业 B： 按时交作业，迟交无成绩 C：作业总量不足2/3，取消考试资格 D： 点名3次不到者取消考试资格 重点和难点 第一章：基本概念（机械，构件，零件，部件） 第二章：失效形式，设计基本要求，计算准则，设计方法 第三章：极限应力图的
2、绘制及应用，单双向变应力疲劳强度 第四章：摩擦基本性质，典型磨损过程，润滑剂的特性 第五章：螺纹连接的类型，防松，受力分析，强度计算，螺旋 第六章：键连接的功能、分类，键连接的强度计算 第八章：受力分析，临界摩擦力，应力分布，弹性打滑，设计 第十章：失效形式和设计，材料与热处理，受力分析，强度计算 设计参数选择，斜齿轮受力分析和计算，圆锥齿轮受力分析 第十一章：传动特点，类型，主要参数，受力分析 第十二章：结构型式 ，轴瓦结构，液体动力润滑，承载能力 第十三章：轴承的代号，寿命计算，固定，调整，密封，润滑 第十四章：联轴器，离合器类型，特点及应用 第十五章：轴的结构设计，强度计算 失效零部件不
3、能满足工作要求称为失效。 机械零件的主要失效形式 破坏正常工作条件引起的失效： 打滑、共振、胶合 整体断裂：拉、压、弯、剪、扭 零件表面的破坏：腐蚀、磨损，接触 疲劳 过大的残余变形 2-4 机械零件的主要失效形式 2-5 设计机械零件时应满足的基本要求 一、避免在预期寿命期内失效的要求 强度、刚度、寿命 二、结构工艺性的要求 零件具有良好的结构工艺性 三、经济性要求 零件本身的生产成本要低 四、质量小的要求 减小质量的优点：节约材料、减小惯性 五、可靠性要求 2-6 机械零件的计算准则 设计准则计算公式失效形式典型零部件 强度准则lim/S 断裂、疲劳 破坏、残余 变形 轴、齿轮、 带轮等
4、刚度准则yy弹性变形轴、蜗杆等 寿命准则 满足额定寿 命 腐蚀、磨损 、疲劳 滚动轴承等 振动稳定性 准则 0.85f fp或 1.15f0。 密封性连接， F1（1.51.8）F； 一般性连接： F无变化，F1（0.20.6） F； F有变化，FR（0.61.0） F ； 地脚螺栓连接，F1F。 F2=F1+F 力 变形Ob 变形 力 Om F0 力 变形 b b m m FF1 F2 紧螺栓连接各力与连接刚度之间的关系 总载荷F2： 预紧力F0： 螺栓的相对刚度 F 或 螺栓工作的总载荷：F2=F1+F 根据螺栓受载情 况求出工作载荷F 承受轴向载荷的紧螺栓计算过程 强度条件： 计算总拉
5、伸载荷F2 根据工作要求选 取残余预紧力F1 或： 6-1 键连接 一、键连接的功能、分类、结构型式及应用 键连接的类型：平键、半圆键、楔键、切向键 键的功用：键是一种标准件，通常用来实现轴与轮 毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上 零件的轴向固定或轴向滑动。 2、键连接的强度计算 挤压强度条件： T d F F b 导向平键和滑键强度条件： p键、轮毂、轴三者中最弱材料的许用压力，MPa T传递的转矩，Nm k键与轮毂键槽的接触高度，mm l键的工作长度，mm d轴的直径，mm p键、轮毂、轴三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa 磨损导向平键、滑键（动连接） 失效形式：压溃（剪断）普
6、通平键（静连接） （1）平键连接强度计算： n1 n2 8-2 带传动工作情况分析 F2 F2 F1 F1 F0 F0 F0 F0 一、带传动中的力分析 预紧力F0 带的总长度不变： 紧边拉力F1 松边拉力F2 F1 F2 Ffn1 取主动轮端带为分离体 总摩擦力Ff、两边拉力F1、F2对带 轮中心的力矩代数和T = 0。 有效拉力Fe： 设：有效拉力Fe，N；带速v，m/s；则带所能传递的功率 P(kW)： 怎样理解？ 二、带传动的最小初拉力（F0）min和临界摩擦力 F1 F2 n1 柔性体欧拉公式： e自然对数的底； f摩擦系数（对于V带，用当量摩擦系数fv） 带在带轮的包角，rad。
7、Fec的影响因素： 1、预紧力F0： F0 Fec 2、包角： Fec 3、摩擦系数f： f Fec 临界有效拉力Fec ： 三、带的应力分析 F1 F2 n1 1、拉应力 紧边拉应力 松边拉应力 2、弯曲应力 3、离心应力 c 2 1 b1 b2 最大应力大小： 发生位置： 最大应力发生在带 的紧边开始饶上小 带轮处 n1 n1 A1 B1 A2 B2 四、带的弹性滑动和打滑 弹性滑动：由于带的弹性变 形而引起的带与带轮间的微 量滑动。 弹性滑动产生的原因： 1、带是弹性体； 2、紧边松边存在拉力差。 滑动率： 或： 平均传动比i： 滑动率12 C1 C2 8-3 普通V带传动的设计计算 一
8、、设计准则和单根V带的基本额定功率P0 带传动的失效形式：打滑和疲劳破坏。 带传动的设计准则：在保证不打滑的条件下，带传动具 有一定的疲劳强度和寿命。 V带的疲劳强度条件： 单根V带基 本额定功率 P0见表8-4a 临界打滑状态下的有效拉力Fec： 二、单根V带额定功率Pr P0单根V带额定功率增量，见表8-4b； K包角修正系数，见表8-5，插值法； KL带长修正系数，见表8-2； 10-2 齿轮传动的失效形式及计算准则 1.轮齿折断 A.过载折断 B.疲劳折断 一、失效形式 2.齿面磨损 3.齿面点蚀 4.齿面胶合 5.齿面塑性变形 二、齿轮传动的设计准则 1、对于闭式软齿面齿轮（HBS3
9、50）：齿轮的失 效形式以疲劳点蚀为主。以齿面接触疲劳强度公式进行 计算，并用齿根弯曲疲劳强度公式进行校核。 2、对于闭式硬齿面齿轮：齿轮的失效形式为轮齿折 断；以齿根弯曲疲劳强度作为设计公式，并用齿面接触 疲劳强度进行校核。 3、开式齿轮传动：齿轮的失效形式主要是齿面磨损； 采用弯曲疲劳强度进行设计，并适当加大齿厚（加大模 数）以延长其使用寿命。开式齿轮不进行齿面接触疲劳 强度计算。 Ft 主反从同Fr 指向轴线 圆周力 Ft=2T/d1 径向力 Fr=Ft tan 力的大小： O1 O2 C r2 r1 2 1 T1 Fn2 Ft2 Ft1 Fr1 Fr2 Fn1 几点假设： 2、力作用在
10、节点上； 1、不计摩擦力； 3、标准齿轮传动。 力的方向： 法向力 Fn=Ft /cos 轮齿的受力分析 四、齿轮传动的强度计算说明 1、 较小值带入设计公式 2、 较小值带入设计公式 3、当配对两齿轮的齿面为硬齿面时，两轮的材料、热处理均 可取成一样。可分别按齿根弯曲强度及齿面接触强度的设计公 式进行计算，并取其中较大的作为设计结果。 4、设计公式 K不能预先确定试选载荷系数Kt 计算mnt 和d1t确定载荷系数K K与 Kt相差不大，不必修改原计算 K与 Kt相差较大： 10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 一、轮齿上的受力分析 力 的 方 向 圆周力Ft主反从同 径向力Fr指向各自的
11、轮心 轴向力Fa主动轮的左右手螺 旋定则 根据主动轮轮齿的齿向（左旋 或右旋）伸左手或右手，四指沿 着主动轮的转向握住轴线，大拇 指所指即为主动轮所受的Fa1的方 向，Fa2与Fa1方向相反。 力 的 大 小 圆周力 轴向力 径向力 法向力 二、轮齿的受力分析 力的方向： Ft主反从同 Fr指向各自的轴线 Fa由小端指向大端 力的大小： 概述 二、蜗杆传动的组成 组成：蜗杆和蜗轮 一、蜗杆传动的应用 用于传递交错轴之间的运动和动力，通常交角为90。 运动：转速n（rpm、r/min）； 动力：功率P（kW），转矩T（Nmm）。 优点： 1、传动比大； 2、传动平稳、噪声小； 3、传动具有自锁性
12、。 缺点： 1、传动效率低； 2、成本高。 三、蜗杆传动的特点 11-1 蜗杆传动类型 分类方法： 1、按蜗杆形状分：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传 动； 2、按蜗杆旋向分：左旋、右旋。 一、圆柱蜗杆传动 普通圆柱蜗杆传动、圆弧圆柱蜗杆传动。 1、普通圆柱蜗杆传动 根据齿廓曲线不同，分为： 1）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆） 2）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆） 3）渐开线蜗杆（ZI蜗杆） 4）锥面包络蜗杆（ZK蜗杆） 2、圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆） 11-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择 1、模数m和压力角 主平面：通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平
13、面（中间平面） 正确啮合条件： 蜗杆轴向压力角a1 蜗轮端面压力角t2 蜗杆轴向模数ma1 蜗轮端面模数mt2 ma1=mt2 a1=t2 2、蜗杆分度圆柱直径d1 蜗杆直径系数，见表11-2 3、蜗杆头数z1 蜗杆头数z1的选择： 1）z1小，传动比i大； 2）z1大，效率高； 3）自锁性要求：z1=1； 4）制造角度：z16； 常用蜗杆头数z1的选择：1、2、4、6 4、导程角 蜗杆轴向齿距pa 增大，q减小，蜗 杆刚度减小 传动、加工制造、效率等 蜗轮分度圆螺旋角 = 5、传动比i和齿数比u 传动比i： 6、蜗轮齿数z2 1）z2大，d2大，蜗杆太长容易变形，降低蜗杆刚度； 2）不发生根
14、切， z2min 17， z226时，影响传动平稳性。 通常z228 3） z1、 z2 互为质数，有利于磨损的调整。 齿数比u： 蜗杆主动： z1、 z2 的荐用值荐表11-1 8、齿面间相对滑动速度v d1 d2 2 v1 v2 vs 蜗轮转向的判定：左右手螺旋定则 7、中心距a 1 二、蜗杆传动的受力分析 122 径向滑动轴承的主要结构型式 一、整体式径向滑动轴承 1、组成：轴承座、整体轴套 1）结构简单、成本低 2、特点： 2）轴套磨损后，轴承间隙无法调整 3）装拆不便（只能从轴端装拆） 适于低速、轻载或间隙工作的机器。 名称：整体有衬正滑动轴承座 轴承座：设有安装润滑油杯的螺纹孔 轴
15、套：开有油孔，并在内表面开有油槽 123 滑动轴承的失效形式及常用材料 一、滑动轴承的失效形式 1、磨粒磨损 2、刮伤 3、咬粘（胶合） 4、疲劳剥落 5、腐蚀 故障 原因 不干 净 润滑油 不足 安装 误差 对中 不良 超 载 腐蚀制造精 度低 气蚀其它 比率 /% 38.311.115.98.16.05.65.52.86.7 124 轴瓦结构 轴瓦要求：具有一定的强度和刚度，在轴承中的定位可靠， 便于输入润滑剂，容易散热，并且装拆、调整方便。 常用结构：整体式、对开式 一、轴瓦的型式和构造 1、整体式轴瓦：按材料及制法不同 整体轴套：卷制轴套：单层、双层或多层 2、对开式轴瓦： 厚壁轴瓦、
16、薄壁轴瓦 影响油膜压力变化的因素： 润滑油的粘度 表面滑动速度v 油膜厚度h 全部油膜压力之和即为油膜的承载能力 油楔承载机理 v v x y 油压p分布曲线 F a b c hmin O h0 油膜呈收敛楔形，油楔内各处油压都大于入口和出 口处的压力，产生正压力以支承外载。 1、宽径比B/d 影响： 1）B/d小，有利于提高运转的稳定性，增大端泄以降低 温升。 2）B/d大，增大轴承的承载能力。 高速重载轴承 B/d应取小值 低速重载轴承 B/d应取大值 五、参数选择 取值范围：0.31.5 应用：气轮机、鼓风机， B/d = 0.31.0 电动机、发电机等， B/d = 0.61.5 轧钢机， B/d = 0.60.9 2、相对间隙 大 温升小，但承载能
