吉林大學(xué)機械設(shè)計要點.doc

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第1章 機械設(shè)計概要 1-1機械設(shè)計的基本要求 一、設(shè)計機器的基本要求 1.機器功能的要求 2.經(jīng)濟性要求 3.勞動保護要求 4.環(huán)境保護要求 5.可靠性要求 二、設(shè)計機械零件的基本要求 1.強度要求 2.剛度要求 3.耐磨性要求 4.結(jié)構(gòu)工藝性要求 5.減小質(zhì)量的要求 1-2機械設(shè)計的一般程序 一、明確設(shè)計任務(wù) 二、方案設(shè)計 三、技術(shù)設(shè)計 1.運動學(xué)設(shè)計2.動力學(xué)設(shè)計3.零件設(shè)計4.總裝配草圖設(shè)計5.總裝配圖與零件工作圖設(shè)計 四、編寫技術(shù)文件 1-3機械零件的主要失效形式與設(shè)計準則 機械零件由于某些原因而喪失工作能力稱為失效。 一、機械零件的主要失效形式 1.斷裂 2.過大的變形 3.表面破壞 二、機械零件的設(shè)計準則 1.強度準則 2.剛度準則 3.耐磨性準則 4.振動準則 1-4機械零件的設(shè)計方法與步驟 一、機械零件的設(shè)計方法 1.理論設(shè)計 2.經(jīng)驗設(shè)計 3.模型實驗設(shè)計 4.現(xiàn)代設(shè)計方法 （1）優(yōu)化設(shè)計（2）可靠性設(shè)計 二、機械零件設(shè)計的步驟 1-5機械零件設(shè)計的基本原則 一、選擇材料的基本原則 1.強度2.剛度3.磨損4.制造工藝性5.材料經(jīng)濟性 二、標準化的原則 第2章 機械零件的強度與耐磨性 2-1機械零件的疲勞強度 一、機械零件的載荷 根據(jù)機器的額定功率或負載，按理論力學(xué)的方法求出的作用在零件上的載荷稱為名義載荷，用符號Fn或Tn表示。 在機械設(shè)計過程中，通常用一個修正系數(shù)來補償名義載荷與零件實際載荷之間的差異，這個修正系數(shù)稱為載荷系數(shù)，用符號K表示。名義載荷乘以載荷系數(shù)就是設(shè)計計算時使用的計算載荷Fca，即Fca=KFn。 二、材料的疲勞曲線 材料的真實疲勞機械對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)都比較大，因此工程上規(guī)定一個循環(huán)基數(shù)N0，而N0對應(yīng)的應(yīng)力就視為材料的疲勞極限σr。 材料的疲勞曲線公式：σrNmN=σrmN0=C (Nc0）的齒輪，能在不改變中心距的前提下提高小齒輪的彎曲強度。 采用(x1+x2>0)的角度變位傳動，因中心距增大，故接觸強度提高。 6-5斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 一、輪齒的受力分析 當(dāng)主動輪是右旋時，用右手四指彎曲方向表示主動輪的回旋方向，拇指指向表示主動輪所受軸向力的方向；當(dāng)主動輪是左旋時則用左手來判斷，方法同上。注意此方法只適用于主動輪。 二、齒面接觸疲勞強度計算 斜齒圓柱齒輪節(jié)點處的曲率半徑應(yīng)按法面計算。 三、齒根彎曲疲勞強度計算 齒根彎曲應(yīng)力比載荷全部作用于齒頂?shù)闹饼X輪小，為此用螺旋角系數(shù)Yβ加以修正。 螺旋角過大，導(dǎo)致軸向力劇增；過小，不能顯示斜齒輪傳動的優(yōu)越性，通常β=8~20。 同一軸上有2個斜齒輪，應(yīng)合理配置齒輪旋向，使軸向力方向相反。 6-6直齒圓錐齒輪傳動的強度計算 一、幾何尺寸計算 二、輪齒的受力分析 三、齒面解除疲勞強度計算 四、齒根彎曲疲勞強度計算 6-7漸開線圓柱齒輪精度 一、齒輪精度檢驗項目 1.單個齒距偏差fpt 影響傳動平穩(wěn)性，?fptmax12m/s，采用噴油潤滑。 第7章 蝸桿傳動 7-1蝸桿傳動的類型及特點 一、蝸桿傳動的類型 按蝸桿形狀：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。 按蝸桿輪廓線形狀：阿基米德蝸桿ZA、法向直廓蝸桿ZN、漸開線蝸桿ZI 二、蝸桿傳動的特點 優(yōu)點：傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、自鎖性 缺點：效率低 7-2圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸 以中間平面上的參數(shù)和尺寸為基準。 一、蝸桿傳動的主要參數(shù) 1.模數(shù)m和壓力角α ma1=mt2=m αa1=αt2 ZA蝸桿的軸向壓力角αa為標準值20，ZN、ZI蝸桿的法向壓力角αn為標準值20。 2.蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角γ tanγ=z1md1 隨導(dǎo)程角γ增大效率提高。 當(dāng)兩軸交角為90時，保證蝸桿與渦輪正確配合，蝸桿分度圓導(dǎo)程角γ應(yīng)等于蝸輪分度圓螺旋角β且螺旋線方向相同。 3.蝸桿分度圓直徑d1 蝸桿分度圓直徑d1與模數(shù)的比值稱蝸桿直徑系數(shù)q。 4.蝸桿頭數(shù)z1 5.傳動比i和蝸輪齒數(shù)z2 為增加傳動的平穩(wěn)性，蝸輪齒數(shù)應(yīng)大于28，蝸輪齒數(shù)一般不超過80。 6.蝸桿傳動的中心距a a=m(q+z2)2 二、蝸桿傳動變位的特點 蝸桿傳動的變位主要目的是湊中心距或改變傳動比。 三、圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸 7-3蝸桿傳動的失效形式和材料選擇 一、蝸桿傳動的失效形式及設(shè)計準則 閉式傳動中，容易發(fā)生磨損、膠合或點蝕；開式傳動中，主要失效形式是磨損；輪齒的折斷，只是在模數(shù)過小或是由于磨損使輪齒過薄時才發(fā)生。 二、蝸桿傳動的材料選擇及許用應(yīng)力 1.蝸桿材料 蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制作，表面經(jīng)熱處理而獲得較高的硬度。 2.蝸輪材料 蝸輪材料通常采用青銅或鑄鐵，一般應(yīng)根據(jù)齒面相對滑動速度選擇。 3.蝸輪材料的許用應(yīng)力 當(dāng)采用錫青銅為材料時，主要失效形式是點蝕；當(dāng)采用鑄鐵或鋁青銅時，主要失效形式膠合。 7-4蝸桿傳動的承載能力計算 一、蝸桿傳動的受力分析 當(dāng)蝸桿主動時，F(xiàn)t1的方向與蝸桿回轉(zhuǎn)方向相反；Fr1的方向由嚙合點指向輪心；Fa1的方向由左（右）手定則判定。 二、蝸輪齒面接觸疲勞強度計算 三、蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 四、蝸桿軸的剛度計算 五、蝸桿傳動的熱平衡計算 7-5蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算 一、蝸桿傳動的效率 η=η1η2η3 η1嚙合時摩擦損耗，η2軸承摩擦損耗，η3浸入油池中的零件攪油時濺油損耗。 二、蝸桿傳動的潤滑 為提高蝸桿傳動的抗膠合能力，宜選用粘度較高的潤滑油。 三、蝸桿傳動的熱平衡計算 7-6圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7-7蝸桿傳動的精度 第8章 軸 8-1概述 一、軸的分類 1.轉(zhuǎn)軸：工作中同時承受彎矩及轉(zhuǎn)矩的軸。 2.心軸：只承受彎矩而不承受轉(zhuǎn)矩的軸。心軸又分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸。 3.傳動軸：主要承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸。 二、軸設(shè)計的主要內(nèi)容 三、軸的材料 8-2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、擬定軸上零件的裝配方案 二、軸上零件的定位和固定 1.軸上零件的軸向定位和固定 （1）軸肩和軸環(huán) （2）套筒 （3）圓螺母 （4）彈性擋圈和緊定螺釘 （5）軸端擋圈和圓錐面 2.軸上零件的周向定位和固定 常用鍵、花鍵、緊定螺釘、銷及過盈配合等方法實現(xiàn)。 三、確定軸的各段直徑和長度 四、軸的結(jié)構(gòu)工藝性 五、提高軸強度的措施 1.改善軸的受力狀況 （1）載荷分流 （2）合理布置軸上零件 2.減少應(yīng)力集中的影響 8-3軸的計算 一、軸的強度計算 二、軸的剛度計算 三、軸的臨界轉(zhuǎn)速計算 第9章 滾動軸承 9-1滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型、代號及其選擇 一、滾動軸承的結(jié)構(gòu) 二、滾動軸承的主要類型 向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。 圓錐滾子軸承通常成對使用。 三、滾動軸承的代號 四、滾動軸承類型的選擇 1.軸承的載荷 2.軸承的轉(zhuǎn)速 3.支承限位要求 4.軸承的調(diào)心性能 5.軸承的安裝和拆卸 9-2滾動軸承的計算 一、滾動軸承的失效形式及設(shè)計準則 1.疲勞點蝕 2.塑性變形 二、滾動軸承的壽命計算 1.滾動軸承基本額定壽命 90%的軸承在疲勞點蝕前能夠達到或超過的總轉(zhuǎn)數(shù)L10（以106轉(zhuǎn)為單位）或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)L10h（以h為單位）為軸承的基本額定壽命。 2.滾動軸承基本額定動載荷 滾動軸承的基本額定動載荷，就是指能使軸承的基本額定壽命達到106轉(zhuǎn)時軸承所能承受的載荷值，用字母C表示。 3．滾動軸承的壽命計算 L10=(ftCP)ε L10h=10660n(ftCP)ε 4.滾動軸承的當(dāng)量動載荷 5.角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷Fa的計算 “壓緊”軸承的軸向載荷等于除去自身內(nèi)部軸向力，其余各軸向力的代數(shù)和。 “防松”軸承的軸向載荷等于自身內(nèi)部軸向力。 三、不穩(wěn)定載荷和不穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時軸承的壽命計算 四、不同可靠度的滾動軸承壽命計算 五、滾動軸承的靜強度計算 六、滾動軸承的極限速度 9-3滾動軸承軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計 一、滾動軸承的軸向固定 1.兩端固定支承 2.一端固定、一端游動支承 3.兩端游動支承 二、滾動軸承游隙和部件組合的調(diào)整 三、滾動軸承的預(yù)緊 四、支承部分的剛度和同軸度 五、滾動軸承的配合 六、滾動軸承的裝拆 七、滾動軸承的潤滑 八、滾動軸承的密封 1.接觸式密封 2.非接觸式密封 （1）溝槽式密封（2）迷宮式密封 第10章 滑動軸承 10-1滑動軸承的類型和典型結(jié)構(gòu) 一、滑動軸承的類型 二、滑動軸承的典型結(jié)構(gòu) 1.徑向滑動軸承 （1）整體式 （2）剖分式 （3）自動調(diào)心式 2.推力滑動軸承 10-2軸瓦的結(jié)構(gòu)與材料 一、軸瓦結(jié)構(gòu) 二、軸瓦材料 軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱軸瓦材料。 10-3滑動軸承的潤滑 一、潤滑劑及選擇 潤滑劑分為氣體、液體、半固態(tài)和固體四種基本類型。 1.潤滑油 粘度是潤滑油抵抗運動的能力。 2.潤滑脂 適用于要求不高、轉(zhuǎn)速較低、難以經(jīng)常供油或擺動工作的非液體摩擦滑動軸承。 3.固體潤滑劑 如石墨、二氧化鉬、聚氟乙烯樹脂等。 二、潤滑方法及裝置 間歇式和連續(xù)式。 10-4非液體摩擦徑向滑動軸承的設(shè)計計算 一、失效形式和設(shè)計準則 主要失效形式是磨損和膠合。 二、計算方法和設(shè)計步驟 1.確定軸承的結(jié)構(gòu)形式 2.確定軸瓦結(jié)構(gòu)和材料 3.確定軸承基本尺寸 4.計算方法 （1）驗算平均壓強p（2）驗算pv值（3）驗算滑動速度 5.確定軸承間隙，選擇相應(yīng)配合 10-5液體動壓徑向滑動軸承的設(shè)計計算 一、液體動壓潤滑的基本方程 形成液體動壓油膜的必要條件 1.相對運動的兩表面必須形成收斂的楔形間隙。 2．兩工作表面間必須有一定的相對滑動速度，其運動方向必須使?jié)櫥陀纱罂诹鬟M，從小口流出。 3.潤滑油必須有一定的粘度，且供油要充分。 二、徑向滑動軸承動壓油膜的形成過程 三、液體動壓徑向滑動軸承的承載能力計算 四、最小油膜厚度hmin 五、軸承的熱平衡計算 六、參數(shù)選擇 1.寬徑比B/d 寬徑比小，承載能力低。 2.相對間隙ψ 3.粘度η 10-6其他類型滑動軸承簡介 一、多油楔滑動軸承 二、液體靜壓軸承 三、氣體軸承 第11章 聯(lián)軸器、離合器和制動器 11-1聯(lián)軸器 一、聯(lián)軸器的功用和分類 功用：傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。 分類：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。 二、剛性聯(lián)軸器 可分為套筒式、夾殼式、凸緣式。 三、撓性聯(lián)軸器 1.無彈性元件的撓性聯(lián)軸器 （1）滑塊聯(lián)軸器 （2）齒式聯(lián)軸器 （3）滾子鏈聯(lián)軸器 （4）萬向聯(lián)軸器 2.有彈性元件的撓性聯(lián)軸器 （1）彈性套柱銷聯(lián)軸器 （2）彈性柱銷聯(lián)軸器 （3）梅花形彈性聯(lián)軸器 四、聯(lián)軸器的選擇 11-2離合器 一、離合器的功用和分類 功用：根據(jù)需要在機器工作時隨時使兩軸連接或分離。 分類：操縱離合器和自控離合器。 二、操縱離合器 1.牙嵌離合器 2.圓盤摩擦離合器 三、自控離合器 1.超越離合器 2.安全離合器 四、離合器的選擇 11-3制動器 第12章 彈簧 12-1概述 彈簧的主要功用 1.緩和沖擊和吸收振動 2.控制機構(gòu)的運動 3.儲存及輸出能量 4.測量力的大小 12-2圓柱螺旋彈簧的材料、結(jié)構(gòu)及制造 12-3圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的設(shè)計計算 12-4其他類型彈簧簡介 一、扭簧 二、板簧 三、碟形彈簧 四、空氣彈簧 五、橡膠彈簧