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1、,机械设计课程的主要内容,总论,齿轮传动,轴及轴系零、部件,蜗杆传动,带传动,链传动,联轴器、离合器和制动器,联接,机械零部件的润滑与密封,弹簧,机械系统总体方案设计,机械系统的组成,(1) 动力系统,提供动力、实施能量转换,如：水轮机,电动机,机械能,水能(自然界能源),电能(二次能源),(2) 传动系统,将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置,功能：,减速,变速,传递动力,改变运动规律,多驱动,(3) 执行系统,直接完成预定任务的装置,(4) 操纵及控制系统,使各部分协调动作,(5) 辅助装置,如冷却、润滑、记数、照明,机械能,性质和任务,1.性质,2.任务,3.机械零件设计的步骤,
2、机类各专业重要的技术基础课,树立正确的设计思想和设计方法,具有初步设计传动装置和简单机械的能力,了解机械系统总体方案的设计过程,失效：零件失去正常工作的能力,计算准则：衡量零件工作能力的指标,受力分析,选择材料,确定计算准则,技术文档,理论计算 (参数设计),结构设计,约束条件式如强度准则,1. 载荷,一、载荷和应力,机械设计中的强度问题,2. 应力,3. 几种稳定循环变应力,(4) 静应力,二、静应力作用下的强度条件,1. 危险剖面的应力,正应力：,剪应力：,极限应力,脆性材料取强度极限,塑性材料取屈服极限,2. 危险剖面的安全系数,三、变应力作用下的强度条件,1. 静、变应力下的零件损坏和
3、极限应力,曲线方程：,3. 不同应力循环特征 r 时的疲劳极限,材料的极限应力简图,零件的疲劳极限,则,结论：,对于塑性材料,对于脆性材料,齿轮传动,齿轮传动失效形式和设计准则,一、失效,二、齿轮传动的设计准则,开式齿轮传动采用准则二，但不校核齿面接触强度,直齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算载荷,一、轮齿受力分析,条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力,二、计算载荷Fnc,三、齿面接触疲劳强度计算,强度条件：,H HP （校核式）,讨论：,齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径 d,齿宽 b 的大小应适当， b 过大会引起偏载,模数的大小对接触强度无直接影响,设计式：,求出 d1 选择 z 计算 m
4、= d1/z1,为便于装配，取 b1 = b2 + (510) mm,四、齿根弯曲疲劳强度计算,FFP,讨论：,影响齿根弯曲疲劳强度的主要参数是模数 m,配对的大小齿轮的弯曲应力不等,计算模数时，比较 与 的大小，代入大值,单侧受载时，F 看成脉动循环，双侧受载时，F看成对称循环,五、 提高齿面接触、齿根弯曲疲劳强度的主要措施,斜齿轮的特点 轮齿呈螺旋形；啮合时接触线倾斜,斜齿圆柱齿轮传动的强度计算,一、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析,各力关系：,二、齿面接触疲劳强度计算,把斜齿圆柱齿轮的强度计算问题转化成直齿圆柱齿轮的强度计算问题,引入齿宽系数 d = b/d1，得设计式：,校核式：,相同条件下
5、，斜齿轮接触应力比直齿轮小,故斜齿轮接触强度比直齿轮大,斜齿轮的弯曲强度也按当量齿轮 进行,三、齿根弯曲疲劳强度强度计算,一、直齿锥齿轮传动受力分析,直齿圆锥齿轮传动的强度计算,各力关系：,同直齿轮,按当量齿数查图表,三、齿根弯曲疲劳强度强度计算,二、齿面接触疲劳强度计算,带传动,三、带传动的受力分析,带未工作之前，以一定的初拉力张紧在带轮上，设初拉力为,带工作时，两边拉力不再相等，紧边拉力由 增加到 ，松边拉力由 减小到,Ff,F1,F2,n1,n2,Ff,带工作前：,带工作时：,要让带能正常工作，必须使：,当带与带轮间的摩擦力达到极限值时，紧边拉力与松边拉力可用欧拉公式表示：,思考题：,如
6、何提高带的承载能力？,F0不能太大，否则带的压轴力 也大，带的寿命降低； F0不能太小，否则带的传动能 力不能充分发挥，容易打滑。,四、传动带的应力分析,两者相差越大， 带越易产生疲 劳破坏！,2、离心拉应力：,V越大，带往外甩得越厉害，承载能力下降,所以： v25m/s,3、弯曲应力：,为控制带中的弯曲应力不宜过大，因此必须限制小带轮的最小直径dd1,带在预期寿命内不发生疲劳破坏的条件：,五、带传动的弹性滑动与打滑,滑动率：由于弹性滑动引起从动轮的圆周速度的相对降低量,带传动运动不平稳，带磨损相当厉害，应当避免,什么是弹性滑动？什么是打滑？ 它们有何区别？,六、带传动的主要失效形式及计算准则
7、,七、带传动的设计带的型号、根数、长度等,与带传动相比、链传动具有：,链传动工作情况分析,2. 链传动的平均传动比,3. 链传动运动的不均匀性,4. 链传动的失效及其设计准则,与带传动设计类似，确定不发生失效的链条规格(链号),设计准则：,轴,一、轴的功能及分类,二、轴的失效形式,三、轴的设计步骤,1、按扭转强度估算轴径,2、按经验公式估算最小轴径,对于一般减速装置中的轴，和电机相连的高速轴最小直径可用电机轴径估算:,各低速轴最小直径可按同级齿轮中心距估算:,d=（0.81.2）D,d=(0.30.4)a,轴的结构设计,目的:,一、轴上零件的轴向定位和固定的方法,二、轴上零件的周向定位和固定,
8、三、轴的结构工艺性,1、为了装拆的方便，轴及轴肩的端部应加工出必要的倒角；,2、为了加工的方便，应使同一轴上的圆角、倒角、键槽、越程槽、退刀槽等尺寸一致；,3、同一轴上，键槽应开在同一条母线上。需磨削的轴段应有砂轮越程槽；需切削螺纹的轴段应有退刀槽。,4、为了便于加工和检验，轴的直径应取圆整值；与滚动轴承相配合的轴段直径应符合轴承内径标准；有螺纹的轴段直径应符合螺纹标准直径。,四、提高轴的强度和刚度,1、减小应力集中,2、改善轴的表面质量,3、改善轴的受力状况,A）适当增大圆角半径 B）凹切圆角 C）肩环结构,可采用辗压、喷丸、渗 碳淬火、氮化、高频淬 火等方法,1）改善轴上零件结构 2）减小
9、轴上载荷 3）改善应力特征,轴的强度验算,对于一般钢制的转轴，同时受弯矩和扭矩的作用，可以用第三强度理论求危险截面上的当量应力：,对于一般的转轴，b为对称循环变化的弯曲应力，而的应力特征则随T的特性而定。考虑两者循环特征不同的影响，将转矩加以修正，得校核轴强度的基本公式为：,若转矩恒定不变，则：,若单向回转的转矩，其变化规律不甚清楚时，一般按脉动循环变应力处理。,对于脉动循环的转矩，则：,对于对称循环变化的转矩，则：,折算系数,轴直径的计算公式：,1）要合理的选择危险截面，当量弯矩最大处不一定就是危险截面；,2）若轴的强度不够，可增大轴径、另选材料或改变热处理方法。,3）按安全系数校核计算(重要轴) 疲劳强度安全系数计算,
