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1、机械设计 课 程 总 复 习 第一章 绪论 本章重点是载荷和应力分析。 一、载荷 要了解载荷的形式和种类， 形式有： 集中力 F（N,kN )、 转矩 T(Nm,Nmm )、 弯矩 M(Nmm)、 功率P(KW) 种类有： 1、静载荷 不随时间变化或变化非常缓慢的载荷 2、变载荷 大小和方向随时间变化而变化的载荷 1）随机变载荷 无规律变化 2）循环变载荷 有规律变化 a 一般循环变载荷 b 对称循环变载荷 c 脉动循环变载荷 二、 应力分析 1、应力种类 （1）静应力 对称循环变应力 （a）循 环 变 应 力 脉动循环变应力 （2）变应力 （b） 随机变应力（略） 一般循环变应力 掌握应力的
2、种类和变应力的主要参数的含义： 应 力 幅： a =（max - min）/ 2 平均应力： m =（max + min）/ 2 最大应力： max 最小应力： min 应力特性系数：r = min / max 第二章 摩擦、磨损和润滑 1、了解摩擦、磨损的基本概念，掌握润滑状态的概念 边界润滑 边界润滑是指两摩擦表面被吸附在表面的边界 膜隔开，其摩擦性质与流体的粘度无关，只与边界膜和表面的 吸附性质有关。 液体润滑 当摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以将两个表 面完全隔开，即形成了完全的液体润滑 。 混合润滑 当摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混 合状态时称为混合润滑。 2、了解机械零件的一般
3、磨损过程：大致分为三个阶段 1） 跑合阶段 新的摩擦副表面较粗糙，在10% 50%的额定 载荷下进行试运转，使摩擦表面的凸峰被磨平，实际接触面积逐 步增大，压强减小，磨损速度在跑合开始阶段很快。跑合阶段对 新的机械是十分必要的。 2） 稳定磨损阶段 经过跑合，摩擦表面逐步被磨平，微观 几何形状发生改变，建立了弹性接触的条件，进入稳定磨损阶段 ，这时零件的磨损速度缓慢，它表征零件正常工作寿命的长短。 3） 急剧磨损阶段 经过长时间的稳定磨损阶阶段，积积累了 较较大的磨损损量，零件开始失去原来的运动轨动轨 迹，磨损损速度急剧剧 增加，间间隙加大，精度降低，效率减小，出现现异常的噪声和振 动动，最后
4、导导致零件失效。 机械零件的一般磨损过程 3、润滑油、润滑脂以及添加剂 润滑油的主要质量指标是黏度，黏度越大，指油越稠，油 膜的承载能力就越高。温度对粘度的影响很大，温度升高，粘 度降低，在表明润滑油的粘度时，一定要注明温度，否则没意 义！ 润滑脂的主要质量指标是 锥入度：它是表征润滑脂稀稠程 度的指标，针入度越大，润滑脂就越稀。 普通润滑油和润滑脂在一些十分恶劣的工作条件下（如高 温、低温、重载、真空等）会很快劣化变质，失去工作能力。 为了提高它们的品质和使用性能，常加入某些分量很小（从百 分之几到百万分之几）但对其使用性能的改善起巨大作用的物 质，这些物质称为添加剂。 抗氧化添加剂 可抑制
5、润滑油氧化变质； 降凝添加剂 可降低油的凝点； 油性添加剂 可提高油性； 极压添加剂 可以在金属表面形成一层保护膜，以减 轻磨损 清净分散添加剂 可使油中的胶状物分散和悬浮，以 防止堵塞油路和减少因沉积而造成的剧 烈磨损。 第三章 圆柱齿轮传动 一、圆柱齿轮受力分析 一对齿轮互相啮合，在啮合线上 存在着一个法向力 Fn，忽略摩擦力， 把分布力集中到齿宽中点！可分解成： 切向力： Ft = Fncos 径向力： Fr = Fnsin 因为切向力为已知力：Ft = 2T1/d1 式中：T1 = 9.55X106 P1/n1（Nmm） 力的大小： 切向力: Ft = 2T1/d1 径向力：Fr =
6、Fttg 法向力: Fn = Ft /cos 力的方向： 切向力: Ft1 = -Ft2 Ft1与n1相反,Ft2与n2相同 径向力：Fr1 = -Fr2 指向各自的圆心 法向力: Fn1 = -Fn2 二、斜齿圆柱齿轮受力分析 法向力Fn可分解成： 切向力： Ft = Fn cosncos 径向力： Fr = Fn sinn 轴向力: Fx = Fn cosnsin 因为切向力为已知力： Ft = 2T1/d1 径向力：Fr = Fttgn/cos 轴向力: Fx = Fttg 法向力: Fn = Ft/cosncos 力的方向： 切向力: Ft1 = -Ft2 Ft1与n1相反, Ft2与
7、n2相同 径向力：Fr1 = -Fr2 指向各自的圆心 轴向力: Fx1 = -Fx2 左右手定则 法向力: Fn1 = -Fn2 轴向力的判断用左右手定则: 只适用于主动齿轮 左右手定则: 左旋齿轮伸左手,右旋齿轮伸 右手，四指方向与转动方向相同, 拇指方向即为轴向力方向! 左、右旋齿轮的判断： 齿轮轴线与人的身体平行，正向 看过去，轮齿线左边高为左旋， 右边高为右旋！ 三、 齿轮传动的失效形式 齿轮的失效主要发生在轮齿上，其余部分，如轮毂、轮辐 部分为金属实体，一般很少失效。 1. 疲劳断齿 齿体失效 2. 过载断齿 3. 偏载断齿 齿轮失效形式 1. 点蚀 齿面失效 2. 胶合 3. 磨
8、损 4. 塑性变形 通常开式齿轮的主要失效形式是齿面磨粒磨损，导致齿体变 薄，进而断齿。闭式齿轮软齿面传动主要失效形式是齿面疲劳 点蚀，闭式齿轮硬齿面传动主要失效形式是齿根弯曲折断。 四、 选材 齿轮的材料及热处理方法的选择，应根据齿轮 传动载荷大小与性质，工作环境条件，结构及经济 性等多方面要求来确定。 大小齿轮材料不同 小齿轮基园小，齿廓曲线弯曲大，齿根部薄， 再之，小齿轮齿数少，转速高，受循环应力次数 多于大齿轮。故其材料要比大齿轮好些。假如大小齿轮材料一样，应采用 不同的热处理方法，使小齿轮的齿面硬度高于大齿轮 3050HBS。 软硬齿面啮合的齿轮适合于上述原则，假如硬硬齿面的配对的齿
9、轮， 齿面硬度差基本保持相同。 软齿面，硬度小于350HBS ， 硬齿面，两齿轮硬度都大于350HBS 。 第四章 锥齿轮传动 一、 概述 锥齿轮传动广泛 用于两相交轴或两交 错轴之间的运动和动 力的传递！ 通常是90度相交！ 锥齿轮的几何参数是 在大端上测量。 二、直齿圆锥齿轮受力分析 为了计算简便，将锥齿轮沿整个齿宽 作用的法向分布力的合力，看作是作用 在齿宽的中点！ 法向力Fn可分解成三 个力： 切向力、径向力、轴向力 力的方向： 切向力: Ft1 = -Ft2 Ft1与n1相反, Ft2与n2相同 径向力：Fr1 = - Fx2 指向各自的圆心 轴向力: Fx1 = - Fr2 指向各
10、自的大端 第五章 蜗杆传动 5-1 概述 蜗杆传动用于两交错轴（一般为垂直交叉）间转矩的传递 一、蜗杆传动的特点 1、传动比大： i=n1/n2=Z2/Z1 传递动力时：i=10-80,可达100 传递运动时：i 最大可达1000 2、传动平稳，噪音小 3、效率低：一般时 = 0.7左右 自锁时 0.5 4、易磨损、用铜合金制造，造价高。 5-2 阿基米德圆柱蜗杆传动 主平面：垂直与蜗轮的轴线并且通过蜗杆的轴线的平面 。 一、模数、压力角和正确啮合条件 ma1 = mt2 = m a1 = t2 = (轴面=端面=标准） = （方向一致） (蜗杆螺旋线导程角=蜗轮轮齿螺旋角） 5-3 蜗杆传动
11、的效率 传动效率 总效率： = 123 式中滚动轴承效率：2 = 0.99 0.995 搅油效率： 3 = 0.94 左右 对总效率影响最大的是啮合效率： 式中： =arctg(f) 当量摩擦角 f 当量摩擦 系数 蜗杆的转速直接影响当量摩擦系数f ，速度越大f 越小 ， 当量摩擦角也越小，效率就越高。所以，通常将蜗杆传动 布置在高速级。 当 = 45-/2 时，有最大值，但因为 越大， 加工越 困难，所以标准规定 max = 334124,在此范围内，较 大的 对应较多的Z1,对于闭式传动： Z1=1, = 0.7 0.75 Z1=2, = 0.75 0.82 Z1=3-4, = 0.82
12、0.92 对于开式传动： Z1=1-2时, = 0.6 0.7 5-5 蜗杆传动受力分析 一、法向力 Fn 及其分力 通常蜗杆为主动轮，其法向力可 分解为：切向力、径向力、轴向力 二、各力的方向 当蜗杆为主动时，并且忽略摩擦力： 切向力：Ft1 = - Fx2 (Ft1与n1反向,Ft2与n2同向) 径向力：Fr1 = - Fr2 (指向各自的圆心) 轴向力：Fx1 = - Ft2 (左右手定则，只适用主动轮) 三、受力分析投影图 在啮合点处，蜗杆、蜗轮的三个分力如下图所示： 首先，知道蜗杆的转向n1，便知蜗杆的切向力Ft1（与转向相反），它的 反力是蜗轮的轴向力FX2，又知道蜗杆的旋向，按左
13、右手定则，可知道蜗杆的 轴向力FX1 ，它的反力是蜗轮的切向力Ft2 ，知道蜗轮的切向力，就知蜗轮 的转向n2 。径向力Fr指向各自的圆心！ 已知：蜗杆的旋向和转向，画出蜗杆和 蜗轮三个分力的方向。 一、蜗杆传动的润滑 由于蜗杆传动效率低，发热量大，温升高，良好的润滑除减 摩外，还可冷却，以保证正常的油温和粘度，防止胶合的发生 。为了避免过大的搅油损失，对下置蜗杆传动常取油面浸泡1 2个齿高，对上置蜗杆传动，油面不超过1/21/3蜗轮半径。 ( v15 m/s蜗杆下置， v15 m/s蜗杆上置 ) 二、热平衡计算 因为蜗杆传动效率低，发热量大，相对滑动速度高，容易 引起润滑油的温度升高，黏度降
14、低，从而使油膜破坏，产生胶 合失效。 6-7 蜗杆传动的润滑与热平衡计算 1、单位时间内功率损失而产生的热量： 2、单位时间内散发出去的热量： 3、热平衡条件： 得到达到热平衡时的温度： 式中：Ks散热系数：通风良好时 Ks=1417.45W/m2 通风不佳时 Ks=8.1510.5W/m2 A散热面积 m2 T0 周围空气温度 t1 达到热平衡时的温度，控制在60- 70C 三、提高散热能力的措施: 由热平衡时温度公式可以看出 要提高散热能力，减小热平衡时的温度，可设法 1、提高蜗杆的传动效率 2、增大散热面积A 如在减速器箱体外加散热片等 3、提高散热系数 Ks 如 1）在蜗杆轴端加装风扇
15、，可使 Ks=2128 5W/m2 2）在油内装蛇形循环冷却水管 3）采用喷油润滑 已知：n1的转向，为使中间轴II的轴向力最小，问： 斜齿轮的旋向应如何？ 第七章 带传动 一、熟悉带传动的力 最大圆周力的表达式： 影响带传动能力的主要因素： 1、初拉力：F0 2、小带轮包角：1 3、带与带轮间的摩擦系数：f，fv 4、带的型号 截面尺寸大的V带，能传递更大的力！ 5、带的根数 带的根数多，传动能力就越大！ 6、带速： 带速越大，带的质量越大，离心力越大，正 7、带的质量 压力减小，摩擦力 小，带传动能力减小。 二、应力分析 1、紧边拉应力1和松边拉应力2 ： 1 = F1 / A (MPa) 2 = F2 / A (MPa) 2、离心拉应力c ： c = qv2/ A 3、弯曲应力： b1 = 2h0E / d1 b2 = 2h0E / d2 4、最大应力max ：在A点处。 三、弹性滑动与打滑 弹性滑动是由于带的弹性引起的，他造成带速和 轮速之间的速度差，形成相对滑动，降低传动效率， 造成传动比不稳定，加速带的磨损，他是不可避免的 ， 但它不影响带的正
