华中科技大学文华学院10制造机械设计复习稿

●掌握载荷及应力的分类掌握常见的稳定循环变应力的特性参数：对称循环脉动循环静载荷、变载荷；静应力、变应力第二章机械设计中的约束分析mamax最大应力min最小应力2minmaxa应力幅2minmaxm平均应力maxminr循环特征1~1r变应力的循环特性:r----脉动循环变应力----对称循环变应力-1=0+1----静应力静应力是变应力的特例对称循环变应力脉动循环变应力静应力●失效形式和设计准则失效形式类型、产生的原因；设计准则主要针对齿面疲劳点蚀和轮齿疲劳折断●齿轮材料、热处理方法●直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析轮齿螺旋线方向的判断，各分力的对应关系及方向的判断，特别是斜齿轮的轴向力●圆柱齿轮传动的强度条件齿面接触疲劳强度条件针对齿面点蚀失效，齿根弯曲疲劳强度条件针对轮齿疲劳折断选用材料的基本要求，材料的配对，大、小齿轮齿面硬度的选择第三章齿轮传动设计●许用应力许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数有关●强度条件中的设计参数●设计步骤和方法设计计算和校核计算，数据处理（圆整或取标准值），合理选择齿轮设计参数z、d、m、b、ψd、β等的选择及对齿轮传动的影响第三章齿轮传动设计闭式传动开式传动—封闭在箱体内，润滑条件好，适于重要应用。—外露，灰尘，润滑较差，易磨损，适于低速传动。按装置型式分硬齿面软齿面—齿面硬度大于HBS350—齿面硬度小于HBS350齿轮传动的失效形式及设计准则(一)失效形式1、轮齿折断2、齿面疲劳点蚀(1)疲劳折断(2)过载折断★点蚀是润滑良好的闭式软齿面传动中最常见的失效形式。★开式齿轮传动中，齿面的点蚀还来不及出现或扩展就被磨去，因此一般不会出现点蚀。★硬齿面齿轮(硬度350HBS)，其齿面接触疲劳强度高，一般不易出现点蚀，但由于齿面硬、脆，一旦出现点蚀，它会不断扩大，形成破坏性点蚀。3、齿面胶合4、齿面磨损5、齿面塑性变形limFFlimHH(二)设计准则课本P36齿面间的接触疲劳点蚀轮齿的弯曲疲劳折断齿面接触疲劳强度条件HPH轮齿弯曲疲劳强度条件FPF失效形式设计准则具体工作条件下，如何运用上述准则闭式传动软齿面(硬度≤350HBS)按齿面接触疲劳强度条件设计按轮齿弯曲疲劳强度条件校核硬齿面(硬度350HBS)按轮齿弯曲疲劳强度条件设计按齿面接触疲劳强度条件校核开式传动磨损轮齿折断按轮齿弯曲疲劳强度条件设计，适当增大模数，取标准值工作条件设计准则齿根弯曲疲劳强度—齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力齿面接触疲劳强度—齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力齿轮传动设计时，按主要失效形式进行强度计算，确定主要尺寸，然后按其它失效形式进行必要的校核。闭式软齿面齿轮传动按接触强度进行设计，按弯曲强度校核闭式硬齿面齿轮传动按弯曲强度进行设计，按接触强度校核开式齿轮传动按弯曲强度设计。其失效形式为磨损，点蚀形成之前齿面已磨掉。HP211H12ZHuubdKTZZEmmZZuuKTdHEd32PH11Z12FPSaFa11FYYYbmd2KTmmFP3SaFad211YYZKT2mmmFP3SaFad211YYYZKT2m模数可适当增大圆周力径向力主动轮上与转向相反从动轮上与转向相同1tF2tF和指向各自的轮心1rF2rF主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反由HPHEHubduKTZZZ211)1(2注意：一对相啮合的齿轮，其接触应力是相等的，许用接触应力一般不等，取小值。σHP齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径dd越大，接触强度越大σH越小,模数的大小对接触强度无直接影响注意：影响齿根弯曲疲劳强度的主要参数是模数mm↑→弯曲强度↑→齿厚s→截面积↑→σF↓↑配对的大小齿轮的弯曲应力不等标准齿轮YFa1Ysa1YFa2Ysa2≠故σF1≠σF2计算模数时，比较YFa1Ysa1/σFP1与YFa2Ysa2/σFP2的大小，代入大值因σF1＞σF2，且小齿轮应力循环次数多，故小齿轮的材料应选好些，齿面硬度稍高些由FPsaFaFYYYmbdKT112斜齿圆柱齿轮受力的方向课本P74习题3-2圆周力：径向力：和指向各自的轮心1rF2rF同直齿轮轴向力：主动轮上与转向相反与转向相同1tF2tF从动轮上左旋齿轮用左手法则右旋齿轮用右手法则主动轮上用左右手法则判定1aF弯曲四指为转动方向、大指为方向1aF主、从动轮上各对应力大小相等、方向相反Fa—决定于齿轮的转向和轮齿的旋向斜齿轮正确啮合条件：且旋向相反212121mm××××配对齿轮－旋向相反Ft1Ft2Fr1Fr2Fa1Fa2Ft3Fr3Fa3Ft4Fr4Fa4同轴齿轮－旋向相同(非同级齿轮)××n1n2n3n4)(12211MPauubdKTZZZZHPHEH校核式：设计式：尺寸相同时：斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮外载和材料相同时：)(12)(3121mmuuKTZZZZddHPEH由于比直齿轮小，且vHKZ、1Z斜齿轮的ZEZHZεZβ＜直齿轮的ZEZHZε相同条件下，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原因：●重合度大，同时啮合的齿数多●接触线是倾斜的●当量齿轮直径大，齿廓平直一对斜齿轮啮合相当于它们的当量直齿轮啮合斜齿轮强度计算可转化为当量直齿轮的强度计算将斜齿轮的当量齿轮相应参数代入轮齿弯曲疲劳强度条件直齿轮：YYYmbdKTsaFaF112引入螺旋角系数Y设计式：)(cos232121mmYYZYYKTmFPsaFad校核式：)(211MPaYYYYmbdKTFPsaFaF斜齿轮的弯曲强度也按当量齿轮进行在相同条件下，斜齿轮弯曲应力比直齿轮小故：斜齿轮弯曲强度比直齿轮大尺寸相同时：斜齿轮承载能力大于直齿轮斜齿轮尺寸小于直齿轮外载和材料相同时：由于比直齿轮小，且vsaFaKYY、、1Y齿数Z闭式软齿面齿轮传动提高平稳性模数小降低齿高减小滑动系数闭式硬齿面、开式、铸铁齿轮传动在保持不变和满足弯曲强度情况下1d适当选多些1z切削量小一般40~201z增大模数提高弯曲强度大、小齿轮的齿数互质适当选少些1z一般25~171z单级闭式传动，齿数比u≤5保证弯曲强度的基础上尽量增加齿数(闭式软齿面)取较小齿数(闭式硬齿面或开式齿轮)(5)模数取标准值(6)分度圆螺旋角一般取0025~10平稳性承载能力轴向力传动效率tgFFta11螺旋角越大则重合度变大●蜗杆传动的主要参数及其选择主要讨论普通圆柱蜗杆传动；●材料、失效形式及设计准则为减小摩擦磨损，钢蜗杆与青铜蜗轮配对；失效主要发生在蜗轮上蜗杆分度圆直径为标准值，蜗杆、蜗轮螺旋角旋向相同，蜗杆导程角γ＝蜗轮螺旋角β；蜗杆头数与传动效率的关系；变位的目的：凑中心距、凑传动比；仅对蜗轮变位。第四章蜗杆传动设计●强度条件●热平衡计算蜗杆传动效率低，发热量大，容易产生胶合，故要控制热平衡时的油温；在中间平面上蜗杆传动类似于齿条齿轮传动，故强度计算公式按斜齿轮推导；一般不用校核齿根弯曲强度。油温过高应采取相应措施。●受力分析各分力的对应关系及方向的判断，与斜齿圆柱齿轮的区别；蜗轮或蜗杆转动方向的判断。1.模数m和压力角a2.蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q课本P79表4-1模数：(标准值)mmmtx21压力角：(标准值)02120tx加工蜗轮要用与蜗杆同样参数和直径的蜗轮滚刀要减少滚刀数目、便于刀具标准化直径系数mdq1则将1d定为标准值m有一定的搭并与配关系第四章蜗杆设计正确啮合条件：蜗杆与蜗轮啮合时，在中间平面上，蜗杆的轴向模数、轴向压力角分别与蜗轮的端面模数、端面压力角相等。通常两轴线的交错角为90°，导程角与蜗轮分度圆螺旋角相等，且方向相同。3.蜗杆的头数z1、蜗轮齿数z2和传动比i（课本P92）1221nzinz12dd传动比i加工困难1实现大传动比或要求自锁蜗杆头数1z1zz1=2、3、4要求效率避免根切避免蜗杆过长引起刚度不足蜗轮齿数2z100272z一般取70~292z11dmztg闭式传动开式传动失效形式(发生在蜗轮上)设计准则蜗杆传动的失效形式和设计准则轮和齿胶齿合面点蚀控制点蚀和胶合：控制折断(Z280)：齿面接触强度条件HPH轮齿弯曲强度条件FPF控制温升（连续工作）：热平衡计算轮齿折断控制折断：轮齿弯曲强度条件FPF[注]蜗杆主要是控制轴的变形：蜗杆轴的变形不超过许用值保证齿根疲劳强度按齿面接触疲劳强度设计圆周力径向力蜗杆上与转向相反蜗轮上与转向相同1tF2tF和指向各自的轮心1rF2rF同直齿轮轴向力：左旋蜗杆用左手法则右旋蜗杆用右手法则蜗杆上用左右手法则判定1aF蜗杆传动受力的方向课本P97习题4-1主动轮为右旋，握紧右手，四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，拇指的指向即为作用在主动轮上轴向力的方向；（蜗轮的转向与拇指的指向相反）若主动轮为左旋，用左手。Fa1Fa1若使中间轴受力最小，则轴向力方向相反例题2一对斜齿轮和蜗轮、蜗杆传动。Z1的转向如图示，转向为左旋。1）若使中间轴受力最小，画出蜗轮的转向和蜗杆、蜗轮旋向。2）画出Z2和蜗杆传动的受力图。Z1Z2Ft2Fr2Fa2Ft4Fa4Fr4Ft3Fa3Fa1●带传动的工作原理及特点一般情况属于摩擦传动，结构简单，中心距大，平稳，吸振，适合于高速级（转速高则转矩小，有利于带传动）●带传动受力分析、应力分析F、Ff、F1、F2、F0之间的关系；三种应力，变化规律与带传动参数之关系●弹性滑动产生的原因，不可避免，使传动比不恒定，与打滑有本质区别●失效形式及设计准则打滑、疲劳破坏；在保证不打滑的前提下使带具有足够的疲劳寿命第五章挠性传动设计●V带传动的设计步骤和方法●链传动的工作原理及特点啮合传动，中心距大，瞬时速比周期性变化，振动，适合于低速级●链传动运动的不均匀性●滚子链传动参数选择z、p、Lp、a、排数等多边形效应，设计参数（如p、z等）对运动的影响工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力F0使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动从动轮一起同向回转。相同条件下，V带的摩擦力大于平带，传动能力更大第五章挠性传动设计(一)、受力分析安装时，带必须以一定的初拉力F0张紧在带轮上Ffn2FfF1带工作前：带工作时：F0F0此时，带只受初拉力F0作用n1F2F2松边－退出主动轮的一边紧边－进入主动轮的一边由于摩擦力的作用：紧边--由F0增加到F1；松边--由F0减小到F2。Ff－带轮作用于带的摩擦力F=Ff=F1–F2F－有效拉力，即圆周力带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则：紧边拉伸增量＝松边拉伸减量紧边拉力增量＝松边拉力减量＝△F因此：F1＝F0＋△FF2＝F0－△FF0＝(F1＋F2)/2F1＝F0＋F/2F2＝F0－F/2由F=F1–F2，得：带所传递的功率为：P＝Fv/1000kWv为带速P增大时，所需的F(即Ff)加大。带横截面的应力为三部分应力之和。最大应力发生在紧边开始进入小带轮处:11maxbc由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。由紧边和松边拉力产生的拉应力；由离心力产生的拉应力；由弯曲产生的弯曲应力。带传动通常置于高速级两种滑动现象：打滑—是带传动的一种失效形式，F＞Fflim，过载，应避免弹性滑动—正常工作时的微量滑动现象，不可避免弹性滑动是如何产生的？因F1F2故松紧边单位长度上的变形量不等。带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐收缩，使带相对于主动轮的转向向后滑动。带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，使带相对于从动轮的转向向前滑动。由此可见：弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。滚子链应用较多，且为标准件。–若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。–链节数选偶数