机械设计基础复习纲要.ppt

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1、机械设计基础复习纲要,必备的基础知识,机械零件的常用材料 机械零件的基本变形及应力 常用机构的特点及应用 通用机械零件的特点及应用,常用材料,1）钢是一种含碳量低于2的铁碳合金。 2）铸铁含碳量高于2的铁碳合金为铸铁。 3）有色金属有色金属 是相对于黑色金属而言 4）非金属,问题：在材料Q235,45,40Cr,ZG45,HT200中，为( )铸铁，为( )优质碳素钢,常用机构的特点及应用,运动形式的转换 1、旋转 直线 2、直线 旋转 速度的变换 1、减速传动 2、变速传动3、间歇运动,问题1：在一外接单圆销槽轮机构中，槽数Z=5，则该机构的运动系数= 。,问题2：设计一传动系统方案，已知电

2、动机的转速为1440 r/min，要求工作机的转速为140 r/min，试确定传动系统中的传动机构，画出传动简图。,碳素钢、低合金钢 合金钢。,普通碳素结构钢 优质碳素结构钢 合金结构钢,铸钢,钢的分类,结构钢 工具钢 特殊钢,铸 铁,铸铁其性脆，不适于锻压和焊接，但其熔点较低，流动性好，可以铸造形状复杂的大小铸件。常用的铸铁有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等。灰铁应用最多，其牌号由“灰铁”二字汉语拼音字首和材料的抗拉强度的平均值。如：HT200,有色金属,铜合金有一定的强度和硬度，导电性、导热性、减摩耐磨性和耐蚀性良好，是制造电工器件和耐磨蚀零件的重要材料。 铝及铝合金是应用最广的轻

3、金属，纯铝有良好的塑性、耐蚀性、导电性、导热性和焊接性，但强度、硬度较低。在铝中加人合金元素硅、铜、镁、锰、锌等，可以获得质量轻、强度高的零件。,工程塑料,工程塑料是在工程中用来作结构或传动件材料的塑料，它有较高的强度，质量轻，具有绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性等。,机械零件的基本变形及应力,机械零件变形的基本形式,拉压,剪切,弯曲,扭转,问题：在静应力下，塑性材料的极限应力为 ，脆性材料的极限应力为 。,强度条件：,旋转变直线,连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 螺旋机构,速度的变换,1、减速传动，2、变速传动,通用机械零件的特点及应用,联接件,传动件,轴系部件,其它,弹簧,必要的基本理论,机

4、构的组成及机构具有确定运动的条件 螺旋副的摩擦、效率和自锁条件 铰链四杆的特性及其演化 凸轮推杆的常用运动规律 渐开线齿轮的啮合传动及其设计 带传动的工作原理和工作能力分析 链传动的设计,必要的基本理论,螺纹联接的计算 非液体摩擦滑动轴承的设计 滚动轴承的设计 轴的分类其强度计算,机构的组成及机构具有确定运动的条件,机构的自由度F=原动件的数目,问题：具有自锁性的机构与不能动的机构有何本质上的区别？,螺旋副的摩擦、效率和自锁条件,铰链四杆的特性及其演化,四杆机构有曲柄的条件：1、各杆长度需满足杆长条件；2、其最短杆为连架杆或机架。,铰链四杆机构中相邻两构件形成整转副的条件： 1)最短杆长度十最

5、长杆长度其他两杆长度之和(杆长条件)。 2)组成整转副的两杆中必有一个杆为四杆中的最短杆。,问题：图示铰链四杆机构AB=100、BC=200、CD=300，若要获得曲柄摇杆机构，试确定机架长度AD的范围是多少？,死点、急回运动和行程速比系数,从动摇杆左、右极限位置,摇杆的摆角,极位夹角,曲柄与连杆BC共线,问题2：具有急回作用的四杆机构，行程速比系数越大，极位夹角 。,直线变旋转,齿条-齿轮机构 螺旋机构 连杆机构,问题：螺旋机构可将 运动变为 运动。,压力角与传动角,=900-,连杆与从动件之间所夹的锐角,曲柄摇杆机构中的死点位置,死点,问题1：在曲柄摇杆机构中，当以 为原动件时，从动件会出

6、现卡死或运动不确定的现象，机构的这种位置称为 。,变换机架获得不同机构型式,整转副,曲柄,摇杆,机构演化,凸轮推杆的常用运动规律,常用的推杆运动规律,等速运动,等加速等减速,简谐运动,摆线运动,改进型等速,改进型梯形加速度,问题：在常用推杆运动规律中，存在柔性冲击的有：,凸轮廓线设计方法的基本原理,反转法,问题2：凸轮机构推程的运动规律为等加速等减速运动，试画出从动件的位移线图，并在下图中作出凸轮推程的轮廓曲线。,问题1：分析并在图中作出该凸轮机构的理论廓线、基圆和A点的压力角。,渐开线齿轮的啮合传动及其设计,渐开线的形成,一直线L沿一圆周作纯滚动时，直线上任意点K的轨迹AK即为该圆的渐开线。

7、这个圆称为渐开线的基圆，基圆的半径用rb表示。而该直线L称为渐开线的发生线。,动画,渐开线的特性,1)发生线在基因上滚过的一段长度等于基因上被滚过的弧长；,2）渐开线上任一点的法线必与基因相切；,3)渐开线上各点的压力角不等，向径rk越大，其压力角也越大;基圆上的压力角为零 ;,4)渐开线的形状取决于基因的大小 ,随着基因半径增大，渐开线上对应点的曲率半径也增大，当基圆半径无穷大时，渐开线则成为直线 ;,5)基圆以内无渐开线。,标准齿轮,具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数、标准顶隙系数，且分度圆上齿厚等于齿槽宽的齿轮称为标准齿轮。,问题1：什么样的齿轮称为标准齿轮？,问题2：在齿轮传动中

8、，模数m、压力角、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*、齿厚s、齿槽宽e、螺旋角等参数，哪些参数为标准值？,节点、节圆、啮合线和啮合角,啮合角,节圆,啮合线,节圆和啮合角是一对齿轮啮合传动时才具有的参数，单个齿轮没有节圆和啮合角。,节点,渐开线齿廓的啮合特性,1能满足定传动比传动要求,2具有传动的可分性,两轮的实际中心距与设计中心距略有偏差，也不会影响两轮的传动比。,正确啮合条件,问题：斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是 。,连续传动条件,重合度,标准齿轮传动的中心距,标准齿轮按标准中心距安装,变位齿轮,问题：一对直齿圆柱齿轮的参数为： Z1=24, Z2=76,m=3mm,=200,ha*=1,c*

9、=0.25.试计算,大齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径、齿距以及齿轮传动的中心距。（10分）,轮齿的受力分析和计算载荷,1轮齿的受力分析,阻力,指向各轮轮心,方向与受力点的圆周速度方向相反,齿面接触疲劳强度计算,计算位置 节点处接触应力,基本理论赫兹公式,齿数比,齿宽系数,许用应力,齿根弯曲疲劳强度计算,计算理论轮齿视为悬臂梁,计算位置全部载荷作用在齿顶,五、参数的选择,1齿数 Z1,在满足齿根弯曲疲劳强度的条件下，以齿数Z1多一些为好。,Z1=,2齿宽系数,按表74合理地选择齿宽系数,3齿数比 u,一对齿轮的齿数比不宜选得过大，否则不仅大齿轮直径太大，而且整个齿轮传动的外廓尺寸也会增大

10、。,直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,开式齿轮传动或手动齿轮传动,大传动比需采用轮系,六、设计中的注意事项,2、 小者接触强度弱；,4、 大者弯曲强度弱；,1、,3、,5、接触强度主要取决于 ；,6、弯曲强度主要取决于 ；,7、齿宽,带传动的工作原理和工作能力分析,问题1：带传动的失效形式主要有： 。,问题2：有一带传动的设计结果为：B型、带的根数Z=10、小轮直径D1=100、大轮直径D2=300、中心距a=280、带速v=5.67 m/s；试分析欲减少Z的途径有哪些？,带传动中的力分析,带传动不工作时，传动带两边的拉力相等,带传动工作时,紧边,松边,打滑,打滑,失效,欧拉公式,带在出现打

11、滑趋势而未打滑的临界状态时，带的紧边拉力Fl与松边拉力 F2的关系,带所能传递的最大有效拉力,带的应力分析,紧边拉应力,离心应力,小带轮的弯曲应力,问题：带所能传递的功率随小带轮直径增大而 ；随带速降低而 。,带的弹性滑动,带的弹性滑动 de原因及结果,滑动率约在12之间变化,不考虑弹性滑动时，带的传动比,问题：带传动的打滑与弹性滑动有何区别？各对带传动有何影响？,链传动的设计,失效分析与设计准则 设计方法和步骤 运动不均匀性,问题2：在链传动中，链条的节距越大，其承载能力 。,问题1：传动链可分为 和 两种。,问题3：链传动的中心距过大或过小对传动有何影响？,螺纹联接的计算,联接类型与结构

12、受拉螺栓与受剪减螺栓 失效与强度计算,问题1：与矩形螺纹相比，三角螺纹的传动效率 ，自锁性 。,问题2:试指出下列图中的错误，并画出正确的结构图。,问题3：三角形螺纹的牙型角 于矩形螺纹的牙型角，联接螺纹一般采用 形螺纹。,非液体摩擦滑动轴承的设计,轴瓦材料及其结构 失效形式与设计准则 设计方法与步骤,问题：滑动轴承中的摩擦可分为干摩擦， ， 等。,滚动轴承的设计,轴承的结构与类型 寿命计算 组合设计,一、轴的分类,根据轴所承受的载荷不同，轴可分为心轴、转轴、传动轴三类。 根据轴线的形状不同，轴可以分为直轴和曲轴两类,问题：既承受弯矩又受承扭矩的轴称为 轴，而自行车前轮的轴是 轴。,心轴的强度

13、计算方法,F,R1,R2,传动轴的强度计算方法,转轴可用于计算最小直径,转轴的强度计算方法,1、按弯扭合成强度条件校核轴径,2、轴的强度精确计算,必有的基本技能,机构自由度的计算 平面连杆机构的图解法设计 凸轮机构的图解法设计 轮系传动比的计算 轮齿受力分析 带传动的受力分析 螺纹联接的强度计算 平键的强度校核 非液体滑动轴承计算 滚动轴承寿命计算,不能出错,！,机构自由度的计算,F=3n-2Pl-Ph,问题1：两运动副元素为 接触的称为低副，两运动副元素为 接触的称为高副。,问题2：机构具有确定运动的条件是 。,问题3：根据运动副来分，连杆机构又 机构，齿轮机构和凸轮机构是 机构。,问题4：

14、图示为一冲压机构，是分析该机构是否能动，为什么？如果是一个不能动的机构，如何改进？,问题5：计算图示机构的自由度。,1、按给定的行程速比系数进行设计,r,已知：CD、K,求：A点,无数解,平面连杆机构的图解法设计,按连杆预定二个位置设计四杆机构,无数解,按连杆预定三个位置设计四扦机构,唯一解,问题：已知连杆的三位置如图所示，试用作图法设计各杆的长度。,轮系传动比的计算,定轴轮系中首轮A与末轮N间的传动比大小为,轮系中所有主动轮齿数的连乘积,轮系中所有从动轮齿数的连乘积,问题：图示一手动提升机构。已知Z1=20、Z2=60、Z3=2、Z4=40，与蜗轮固联的鼓轮的直径D=120 mm，手柄A的半

15、径R=100 mm，当提升物体的重量W=666 N时，是计算作用在手柄上的力F(提升机构的效率=0.75)。,转化轮系de传动比,转化轮系中所有主动轮齿数的连乘积,转化轮系中所有从动轮齿数的连乘积,=,例83 在图示轮系中，已知各轮齿数，n1300 r/min。试求行星架H的转速nH的大小和转向。,这是什么轮系？,复合轮系！,问题：在图示周转轮系中，已知齿数Z1=15, Z2=30，Z2，=20, Z3=80，n1=200r/min, n3=100r/min.试求当n1,n3转向相同时和n1,n3转向相反时转臂的转速nH.,凸轮机构的图解法设计,螺纹联接的强度计算,1受横向载荷的紧螺栓联接,结

16、合面的摩擦力传递外力F,螺栓的计算应力,问题：习题1113,铰制孔用螺栓,靠螺栓杆的剪切和螺栓杆与被联接件的挤压来传递外裁荷。 螺栓杆受到剪切和挤压。,问题：习题1114,2受轴向载荷的紧螺栓联接,压力容器盖螺栓联接是受轴向载荷紧螺栓联接的典型实例 。,总拉力为,螺栓的计算应力,?,平键的强度校核,问题：某带轮与轴用单个A型平键联接，已知键的尺寸bhL= 2214110（单位均为mm）,轴的直径d=90mm,许用挤压应力p=80N/mm2，试求该联接所能传递的最大转矩。,fig22,表11-9,非液体滑动轴承计算,1径向滑动轴承的设计,控制表面压强,抗磨损,控制摩擦功耗,抗胶合,抗过渡磨损,问

17、题：一向心滑动轴承所受径向载荷F=240 KN, 轴承宽度b=150mm,轴颈的直径d=120mm,转速n=300r/min，轴承材料为ZQSn10-1, 材料的许用值为p=15N/mm2,pv=20 N/mm2.m/s,试验算该滑动轴承是否能满足工作要求。,滚动轴承寿命计算,滚动轴承de代号,深沟球轴承,角接触轴承,圆锥滚子轴承,推力轴承,的代号,类型 内径 精度,问题1：说明轴承代号E7107的含义。,问题2：滚动轴承6310/P4的内径d= ，公差等级为 。,2寿命计算,当作用在轴承上的载荷P刚好等于其基本额定动载荷C时，轴承的寿命刚好就是106 r。如果载荷 P不等于 C时，轴承的寿命

18、是多少呢?,问题：滚动轴承组的受力如图所示，外加径向载荷Fr=3000N,轴向载荷Fa=1000N,试确定两轴承上的径向载荷Fr1,Fr2和轴向载荷Fa1,Fa2。,3.当量动载荷,Fr=0，Y=1，X=0 50000型轴承,Fa=0，Y=0，X=1 60000型轴承、N0000型轴承,Fa0，Fr0，Y0，X0 30000型轴承、70000型轴承,例题1,单击鼠标,例题2,1、画出各轮的轴向力？ 2、确定轮3、轮4的旋向？,单击鼠标,问题：轮齿受力分析：图示为一双级齿轮传动。齿轮1的转向如图所示，为了是轴II上两齿轮的轴向力方向相反，试确定齿轮、齿轮的螺旋线旋向，并在啮合点出画出齿轮各分力的方向。,