机械设计课件深度讲解

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1、凌凌 玲玲1藤蔓课堂l机械设计机械设计的研究内容的研究内容l课程的性质与目的课程的性质与目的l机械零件设计的基本要求与一般方法机械零件设计的基本要求与一般方法2藤蔓课堂电动机电动机联轴器联轴器减速器减速器齿轮传动齿轮传动连杆机构连杆机构执行构件执行构件输送辊道输送辊道机架机架3藤蔓课堂原动机原动机传动系统传动系统执行机构执行机构控制系统控制系统4藤蔓课堂通用零件通用零件专用零件专用零件传动件传动件联接件联接件支承件支承件其其 它它齿轮、蜗杆、带、链齿轮、蜗杆、带、链螺栓、键、花键螺栓、键、花键轴、轴承轴、轴承联轴器、弹簧、机架联轴器、弹簧、机架水轮机叶片、活塞、曲轴水轮机叶片、活塞、曲轴5藤蔓

2、课堂齿轮齿轮轴轴滚动轴承滚动轴承螺栓螺栓键键减速箱座减速箱座6藤蔓课堂l研究对象：各种机器中普遍使用的通用机械零部件，如齿轮、螺纹联接、轴承等。l研究内容：通用零部件的工作原理、结构特点、选用原则以及参数设计和结构设计方法，在此基础上，研究机械及其传动系统的总体方案设计。7藤蔓课堂课程的性质课程的性质设计性技术基础课，综合性强设计性技术基础课，综合性强基础课基础课机械设计机械设计专业课专业课机械设计是影响机械产品性能、质量和成本的主要因素。机械设计是影响机械产品性能、质量和成本的主要因素。学习目的学习目的1、掌握通用零部件的设计方法和步骤、掌握通用零部件的设计方法和步骤2、初步具备设计机械传动

3、装置及简单机械的能力；、初步具备设计机械传动装置及简单机械的能力；3、能在设计中运用各种技术资料（标准、规范、手册）。、能在设计中运用各种技术资料（标准、规范、手册）。8藤蔓课堂功能要求：能够准确实现预定的功能；功能要求：能够准确实现预定的功能；可靠性要求：在预定的工作期限内不能可靠性要求：在预定的工作期限内不能失效；失效；经济性要求：成本低廉（综合考虑产品经济性要求：成本低廉（综合考虑产品的全生命周期成本）。的全生命周期成本）。机械零件设计的基本要求机械零件设计的基本要求9藤蔓课堂失效：丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指失效：丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指 破坏。破坏

4、。断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂表面点蚀：工作表面片状剥落表面点蚀：工作表面片状剥落塑性变形：零件发生永久性变形塑性变形：零件发生永久性变形过大弹性变形过大弹性变形过度磨损过度磨损过大振动和噪声、过热等过大振动和噪声、过热等强度问题：零件在强度问题：零件在载荷作用下抵抗破载荷作用下抵抗破坏的能力坏的能力刚度问题：零件抵抗刚度问题：零件抵抗变形的能力变形的能力耐磨性问题耐磨性问题动力学、声学、热学动力学、声学、热学问题问题10藤蔓课堂轴轴叶轮叶轮11藤蔓课堂12藤蔓课堂13藤蔓课堂承载能力：不失效条件下零件的安全工作限度。承载能力：不失效条件下零件的安全工作限度。这个限

5、度通常是以零件承受载荷的大小来表示。这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示。50 kN吊钩最大起重量吊钩最大起重量50 kN承载能力承载能力50 kN14藤蔓课堂同一零件可能发生各种不同形式的失效同一零件可能发生各种不同形式的失效Fn轴可能的失效形式：轴可能的失效形式：断裂、过大弹性变形、塑性变形、共振断裂、过大弹性变形、塑性变形、共振强度条件：强度条件：工作应力工作应力许用应力许用应力 或或 刚度条件：刚度条件：实际变形量实际变形量许用变形量许用变形量 y y、耐磨性条件耐磨性条件振动和噪声条件振动和噪声条件热平衡条件热平衡条件承载能力判定条件承载能力判定条件15藤蔓课堂3、选择材料、选择

6、材料4、确定计算准则、确定计算准则5、理论设计计算、理论设计计算1、类型选择、类型选择2、受力分析、受力分析6、结构设计、结构设计7、绘制零件工作图、绘制零件工作图8、编写设计计算说明书、编写设计计算说明书机械零件的一般设计步骤机械零件的一般设计步骤16藤蔓课堂一、载荷及应力的分类一、载荷及应力的分类1、载荷的分类、载荷的分类静载荷静载荷变载荷变载荷不随时间改变或变化缓慢不随时间改变或变化缓慢随时间作周期性或非周期性变化随时间作周期性或非周期性变化工作载荷工作载荷名义载荷名义载荷计算载荷计算载荷根据原动机功率求得的载荷根据原动机功率求得的载荷对名义载荷进行修正得到的近似值对名义载荷进行修正得到

7、的近似值计算载荷计算载荷名义载荷名义载荷=K 载荷系数载荷系数？实际工作条件下的载荷实际工作条件下的载荷许用应力和安全系数许用应力和安全系数17藤蔓课堂2、应力的分类、应力的分类静应力静应力变应力变应力不随时间改变或变化缓慢不随时间改变或变化缓慢随时间作周期性或非周期性变化随时间作周期性或非周期性变化变应力变应力稳定变应力稳定变应力周期性循环变应力周期性循环变应力非稳定变应力非稳定变应力非周期性循环变应力非周期性循环变应力稳定变应力稳定变应力非对称循环变应力非对称循环变应力对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力18藤蔓课堂=常数常数ttmaxminammaxammaxamin

8、对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力静应力静应力OtOOtO19藤蔓课堂几个应力参数几个应力参数循环特征：循环特征：maxminr 表示应力变化的情况表示应力变化的情况对称循环对称循环 r=1；脉动循环脉动循环 r=0；非对称循环非对称循环 r 0 且且|r|1;静应力静应力 r=+1平均应力：平均应力：2minmaxm应应 力力 幅：幅：2minmaxa对称循环对称循环:m=0;a=max脉动循环脉动循环:m=a=max/220藤蔓课堂变载荷变载荷 变应力变应力静载荷静载荷 静应力静应力？或变应力或变应力nP anmax21藤蔓课堂主要失效

9、形式：断裂或塑性变形主要失效形式：断裂或塑性变形强度条件：强度条件：或或 塑性材料：塑性材料：sslimlim;许用应力：许用应力：lim 、lim 极限应力极限应力 s 安全系数安全系数lim =s；lim=s脆性材料：脆性材料：lim =B；lim=Bs、s 材料屈服极限材料屈服极限B、B 材料强度极限材料强度极限静应力作用下的强度问题静应力作用下的强度问题22藤蔓课堂变应力作用下：变应力作用下：疲劳破坏疲劳破坏零件表面应零件表面应力较大处力较大处初始微裂纹初始微裂纹裂纹扩展裂纹扩展突然断裂突然断裂初始裂纹初始裂纹疲劳区疲劳区(光滑光滑)粗糙区粗糙区疲劳区疲劳区三、变应力作用下的强度问题三

10、、变应力作用下的强度问题23藤蔓课堂强度条件：强度条件：slimlim =？疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关NrNrNN0疲劳曲线疲劳曲线rN 应力循环次数为应力循环次数为N时的时的疲劳极限疲劳极限有限寿命区有限寿命区无限无限变应力时，取变应力时，取 lim =r（无限寿命）（无限寿命）或或 lim =rN（有限寿命）（有限寿命）各种材料的各种材料的r可从有关手册中查取可从有关手册中查取ssrNr或则24藤蔓课堂l机械零件常见的失效形式有、等。l机械零件常用的设计准则有条件、条件、耐磨性条件、振动噪声条件、热平衡条件。l稳定变应力可分为循环变应力、循环变应力

11、和非对称循环变应力。l稳定循环变应力的五个参数：最大应力、最小应力、应力幅、平均应力、应力循环特征，它们之间的关系。l静应力作用下零件的主要失效形式：塑性材料，脆性材料。l变应力作用下零件的主要失效形式：。25藤蔓课堂闭式传动闭式传动开式传动开式传动半开式传动半开式传动封闭在箱体内，润滑条件好封闭在箱体内，润滑条件好外露，润滑较差，易磨损外露，润滑较差，易磨损介于上两者之间，有防护罩介于上两者之间，有防护罩齿轮传动的特点齿轮传动的特点优点：传递功率和转速适用范围广；优点：传递功率和转速适用范围广；具有稳定的传动比；具有稳定的传动比；效率高、结构紧凑。效率高、结构紧凑。缺点：制造成本较高；缺点：

12、制造成本较高；精度低时，噪声和振动较大；精度低时，噪声和振动较大；不宜用于轴间距离较大的传动。不宜用于轴间距离较大的传动。26藤蔓课堂2-1 齿轮传动失效形式和设计准则齿轮传动失效形式和设计准则一、失效形式一、失效形式1、轮齿折断、轮齿折断疲劳折断疲劳折断过载折断过载折断全齿折断全齿折断常发生于齿宽较小的直齿轮常发生于齿宽较小的直齿轮局部折断局部折断常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮措施：增大齿根圆角半径、措施：增大齿根圆角半径、提高齿面精度、正变提高齿面精度、正变位、增大模数等位、增大模数等2、齿面疲劳点蚀、齿面疲劳点蚀点蚀常发生于闭式软齿面（点蚀常发生于闭

13、式软齿面（HBS350）传动中）传动中点蚀的形成与润滑油的存在密切相关点蚀的形成与润滑油的存在密切相关27藤蔓课堂点蚀常发生于偏向齿根的节线附近点蚀常发生于偏向齿根的节线附近开式传动中一般不会出现点蚀现象开式传动中一般不会出现点蚀现象措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径3、齿面胶合、齿面胶合配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强4、齿面磨损、齿面磨损是开式传动的主要失效形式是开式传动的主要失效形式5、齿面塑性变形、齿面塑性变形措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油措施：提高齿面硬度，采用油性好的润

14、滑油措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等措施：改善润滑和密封条件措施：改善润滑和密封条件28藤蔓课堂二、齿轮传动的设计准则二、齿轮传动的设计准则主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力开式齿轮传动采用准则二，但不校核齿面接触强度开式齿轮传动采用准则二，但不校核齿面接触强度设计准则一设计准则一：对于闭式软齿面（对于闭式软齿面（HBS350）

15、传动，）传动，主要失效形式是齿面点蚀主要失效形式是齿面点蚀，所以按齿面接触疲劳强所以按齿面接触疲劳强度设计度设计，而校核齿根弯曲疲劳强度。而校核齿根弯曲疲劳强度。设计准则二设计准则二：对于闭式硬齿面（对于闭式硬齿面（HBS350）传动）传动，主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断，所以按齿根弯所以按齿根弯曲疲劳强度设计曲疲劳强度设计，而校核齿面接触疲劳强度。而校核齿面接触疲劳强度。29藤蔓课堂2-2 齿轮材料及其热处理齿轮材料及其热处理一、齿轮材料一、齿轮材料金属材料金属材料45号钢号钢中碳合金钢中碳合金钢铸钢铸钢低碳合金钢低碳合金钢最常用，经济、货源充足最常用，经济、货

16、源充足铸铁铸铁35SiMn、40MnB、40Cr等等20Cr、20CrMnTi等等ZG310-570、ZG340-640等等HT350、QT600-3等等非金属材料非金属材料尼龙、夹木胶布等尼龙、夹木胶布等选材时考虑选材时考虑：工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等齿轮毛坯锻造齿轮毛坯锻造选可锻材料；铸造选可锻材料；铸造选可铸材料选可铸材料30藤蔓课堂二、热处理二、热处理调调 质质正正 火火表面淬火表面淬火渗碳淬火渗碳淬火表面氮化表面氮化软齿面软齿面。改善机械性能，增大强度和韧性改善机械性能，增大强度和韧性硬齿面硬齿面。接触强度高、耐磨性好、可抗冲击接触强

17、度高、耐磨性好、可抗冲击配对齿轮均采用软齿面时配对齿轮均采用软齿面时：小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高于大齿轮（约稍高于大齿轮（约2050HBS）31藤蔓课堂法向力法向力：圆周力圆周力2-3 直齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算载直齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算载荷荷一、轮齿受力分析一、轮齿受力分析条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力受力图受力图112bndTF小齿轮基圆小齿轮基圆直径直径 mm小齿轮转矩小齿轮转矩N.mNdTFt11/2径向力径向力NtgFFtr法向力法向力NFFtncos/小齿轮分小齿轮

18、分度圆直径度圆直径分度圆分度圆压力角压力角注意：下标注意：下标“1”表示主动轮表示主动轮 下标下标“2”表示从动轮表示从动轮 32藤蔓课堂21各力关系各力关系：21ttFF21rrFF各力方向各力方向：Ft1与主动轮回转方向相反与主动轮回转方向相反Ft2与从动轮回转方向相同与从动轮回转方向相同Fr1、Fr2分别指向各自齿轮的轮心分别指向各自齿轮的轮心n2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n233藤蔓课堂二、计算载荷二、计算载荷FncFnc=K Fn=K Ft/cos 载荷系数载荷系数K=KA Kv KKKv KK影响因素影响因素：近似取：近似取：K=1.31.7原动机为单缸内燃机原动机为单缸内燃

19、机 开式齿轮传动开式齿轮传动 齿轮速度高齿轮速度高 K取大值取大值原动机为电动机、汽轮机齿轮对称布置原动机为电动机、汽轮机齿轮对称布置 齿轮制造精度高齿轮制造精度高 斜齿轮传动斜齿轮传动 K取小值取小值34藤蔓课堂2-4 直齿圆柱齿轮传动的强度计算直齿圆柱齿轮传动的强度计算齿轮承载能力计算标准齿轮承载能力计算标准：基本理论基本理论：35藤蔓课堂一、齿根弯曲疲劳强度计算一、齿根弯曲疲劳强度计算轮齿受载后，相当于悬臂梁轮齿受载后，相当于悬臂梁故齿根部分弯曲应力最大，是危险截面故齿根部分弯曲应力最大，是危险截面Fn为防止轮齿折断，必须保证为防止轮齿折断，必须保证：FFP危险截面危险截面弯曲应力弯曲应

20、力许用弯曲许用弯曲应力应力假设：全部载荷由一对轮假设：全部载荷由一对轮齿承担，并忽略摩擦力齿承担，并忽略摩擦力载荷作用于齿顶时的受力分析：载荷作用于齿顶时的受力分析：水平分力水平分力 F1=FncosF垂直分力垂直分力 F2=FnsinF齿顶载荷齿顶载荷作用角作用角引起弯曲应力引起弯曲应力引起压应力（忽略不计引起压应力（忽略不计）危险截面的具体位置在哪？危险截面的具体位置在哪？36藤蔓课堂cos)(cos)(62msmhbmKFFFFt常用常用30切线法确定危险截面位置切线法确定危险截面位置齿根弯曲疲劳强度计算以受拉边为计算依据齿根弯曲疲劳强度计算以受拉边为计算依据齿根弯曲疲劳强度条件齿根弯曲

21、疲劳强度条件：FPFWM力臂为力臂为 hF，齿根厚为，齿根厚为 sF弯矩：弯矩：M=F1 hF=FncosF hFK抗弯截面系数：抗弯截面系数：W=b sF2/6（矩形截面（矩形截面）齿宽齿宽2cos6FFFnbshKFFn=Ft/cos分子、分母分子、分母同除以同除以m2 令其为齿形令其为齿形系数系数 YFa故，弯曲应力故，弯曲应力：FatFYbmKF37藤蔓课堂cos)(cos)(62msmhYFFFFa齿形系数齿形系数msmhFF、与齿形有关的比例系数与齿形有关的比例系数YFa与模数的大小无关，只取决于轮齿的形状与模数的大小无关，只取决于轮齿的形状当齿廓的基本参数已定时，当齿廓的基本参数

22、已定时，YFa取决于齿数取决于齿数 Z 和变位系数和变位系数考虑齿根应力集中，引入应力修正系数考虑齿根应力集中，引入应力修正系数 Ysa，则，则SaFatFYYbmKFSaFaYYbmdKT112Ft=2T1/d1标准齿轮：标准齿轮：z 越多，越多，YFaYSa越小越小38藤蔓课堂FPSaFaFYYbmdKT112弯曲强度条件弯曲强度条件：引入齿宽系数引入齿宽系数 d=b/d1，并代入，并代入 d1=mz1，则：，则：FPSaFadFYYzmKT21312设计式设计式：mmYYzKTmFPSaFad32112讨论讨论：m弯曲强度弯曲强度齿厚齿厚 s截面积截面积 F标准齿轮标准齿轮 YFa1YS

23、a1YFa2YSa2故故F1 F239藤蔓课堂中心距中心距 a、传动比、传动比 i 一定时一定时(d不变）不变）：YFaYSa m F FF m 平稳平稳 h 切削量少切削量少原则：在保证齿根弯原则：在保证齿根弯曲强度的前提下，选曲强度的前提下，选取尽可能多的齿数。取尽可能多的齿数。闭式传动：闭式传动：z1=2040开式传动：开式传动：z1=172040藤蔓课堂许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数等因素有关许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数等因素有关许用弯曲应力许用弯曲应力FPMPaYSYNFSTFFPminlimHBSFlimMEMQML41藤蔓课堂 三种硬度单位之比较三种硬度单位之比

24、较：HV(维氏维氏)HBS(布氏布氏)；HRC(洛氏洛氏)10 HBS 应力循环次数应力循环次数 N=60na t主动主动主动主动每转一圈同侧每转一圈同侧齿面啮合次数齿面啮合次数a=1对称对称：双侧受载时双侧受载时,F为对称循环为对称循环,应将应将减小减小30%开式齿轮传动，考虑磨损，应将开式齿轮传动，考虑磨损，应将减小减小20%a=2脉动脉动42藤蔓课堂二、齿面接触疲劳强度计算二、齿面接触疲劳强度计算闭式软齿面齿轮传动的主要闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是失效形式是强度条件强度条件：工作时的工作时的接触应力接触应力根据根据Hertz公式求出公式求出aLFnH24222121211111EE

25、LFn负号用于负号用于内接触内接触许用接触许用接触应力应力43藤蔓课堂令：令：21111 综合曲率半径综合曲率半径可将可将Hertz公式推广到其它曲面接触公式推广到其它曲面接触则则1、2表示接触处的曲率半径表示接触处的曲率半径节点处的曲率半径节点处的曲率半径：sin2111dCNsin2222dCN又：又：u=z2/z1=d2/d1、L=b、Fn=Ft/cos,并引入并引入K44藤蔓课堂ubduKTEEH211222121)1(2cossin2111节点处的接触应力节点处的接触应力：材料弹性系数材料弹性系数ZE 节点区域系数节点区域系数 ZH ubduKTZZHE211)1(2齿面接触强度条件

26、齿面接触强度条件：MPaubduKTZZHPHEH211)1(45藤蔓课堂讨论讨论：d 越大越大，接触强度接触强度 越大越大越小越小,令：令：d=b/d1 齿宽系数齿宽系数 软齿面、对称布置：软齿面、对称布置：d=0.81.4 非对称布置：非对称布置：d=0.61.2悬臂布置、开式传动：悬臂布置、开式传动：d=0.30.4直齿轮取小直齿轮取小斜齿轮取大斜齿轮取大硬齿面降低硬齿面降低50%HPdHEHuduKTZZ311)1(46藤蔓课堂mmuuKTZZddHPHE31211设计式设计式：b2=d d1b1=b2b1b247藤蔓课堂许用接触应力许用接触应力HPMPaZSNHHHPminlim48

27、藤蔓课堂斜齿轮的特点斜齿轮的特点 轮齿呈螺旋形；啮合时接触线倾斜轮齿呈螺旋形；啮合时接触线倾斜2-5 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算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一、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析条件：标准齿轮并忽略摩擦力条件：标准齿轮并忽略摩擦力圆周力圆周力11/2dTFt径向力径向力cos/ntrtgFF轴向力轴向力tgFFta法向力法向力coscos/ntnFFn法面压力角法面压力角t端面压力角端面压力角螺旋角螺旋角49藤蔓课堂21各力关系各力关系：21ttFF21rrFF各力方向各力方向：Ft、Fr与直齿轮相同与直齿轮相同Fa 决定于齿轮的转向和轮齿的旋向决定于齿轮的

28、转向和轮齿的旋向 21aaFFn2n1Fr2Fr1Ft1Ft2n1n2Fa2Fa1用用“主动轮左、右手定则主动轮左、右手定则”判断判断50藤蔓课堂二、齿面接触疲劳强度计算二、齿面接触疲劳强度计算斜齿轮的强度斜齿轮的强度当量直齿圆柱齿轮的强度当量直齿圆柱齿轮的强度相当于相当于当量直齿圆柱齿轮当量直齿圆柱齿轮：模数模数=斜齿轮法面模数斜齿轮法面模数 mn 压力角压力角=斜齿轮法面压力角斜齿轮法面压力角n齿数齿数=当量齿数当量齿数 zv=z/cos3分度圆直径分度圆直径 dv=d/cos2法向力法向力=斜齿轮的法向力斜齿轮的法向力 Fn51藤蔓课堂将当量直齿轮的参数代入直齿轮强度公式将当量直齿轮的参

29、数代入直齿轮强度公式，得斜齿轮接触强度条件：，得斜齿轮接触强度条件：ZH 斜齿轮的节点区域系数斜齿轮的节点区域系数HPHEHuubdKTZZZZ12211Z 重合度系数重合度系数 Z 螺旋角系数螺旋角系数 相同条件下，斜齿轮接触应力比直齿轮小相同条件下，斜齿轮接触应力比直齿轮小故：故：斜齿轮接触强度比直齿轮大斜齿轮接触强度比直齿轮大原因原因：重合度大，同时啮合的齿数多重合度大，同时啮合的齿数多 接触线是倾斜的接触线是倾斜的 当量齿轮直径大，齿廓平直当量齿轮直径大，齿廓平直52藤蔓课堂引入齿宽系数引入齿宽系数 d=b/d1，得设计式，得设计式：mmuuKTZZZZddHPHE312112其他几何

30、参数计算其他几何参数计算：53藤蔓课堂三、齿根弯曲疲劳强度计算三、齿根弯曲疲劳强度计算 接触线倾斜接触线倾斜特点特点：轮齿局部折断轮齿局部折断斜齿轮的弯曲强度也按斜齿轮的弯曲强度也按进行进行斜齿轮的弯曲强度条件斜齿轮的弯曲强度条件 FPSaFanFYYYYmbdKT112由于由于的影响，斜齿轮弯曲应力比直齿轮小的影响，斜齿轮弯曲应力比直齿轮小故：故：斜齿轮弯曲强度比直齿轮大斜齿轮弯曲强度比直齿轮大54藤蔓课堂引入齿宽系数引入齿宽系数 d=b/d1，则，则 b=d1 d 代入强度条件得设计式：代入强度条件得设计式：mmYYYYzKTmFPSaFadn32211cos2：YFa、YSa 应按应按

31、当量齿数当量齿数ZV=Z/cos3 查取查取 设计时代入设计时代入：斜齿轮的强度等同于其当量直齿轮的强度斜齿轮的强度等同于其当量直齿轮的强度 条件相同时条件相同时,斜齿轮的强度大于直齿轮斜齿轮的强度大于直齿轮55藤蔓课堂3、选择材料、选择材料4、确定计算准则、确定计算准则5、理论设计计算、理论设计计算1、类型选择、类型选择2、受力分析、受力分析6、结构设计、结构设计7、绘制零件工作图、绘制零件工作图8、编写设计计算说明书、编写设计计算说明书机械零件的一般设计步骤机械零件的一般设计步骤56藤蔓课堂齿轮传动的设计步骤齿轮传动的设计步骤选择齿轮传动类型选择齿轮传动类型闭式软齿面齿轮闭式软齿面齿轮开式

32、传动开式传动选择齿轮材料、热处理方式，计算许用应力选择齿轮材料、热处理方式，计算许用应力闭式硬齿面齿轮闭式硬齿面齿轮按接触疲劳强度设计按接触疲劳强度设计校核弯曲疲劳强度校核弯曲疲劳强度按弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计校核接触疲劳强度校核接触疲劳强度按弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计将模数放大将模数放大10%齿轮结构设计齿轮结构设计绘制齿轮工作图绘制齿轮工作图编写设计说明书编写设计说明书57藤蔓课堂2-6 直齿锥齿轮传动设计直齿锥齿轮传动设计振动和噪声较大，常用于线速度振动和噪声较大，常用于线速度V5 m/s的场合的场合 轮齿分布在锥面上，逐渐收缩轮齿分布在锥面上，逐渐收缩特点特点：载荷沿

33、齿宽分布不均载荷沿齿宽分布不均 Fnb0.4b为简化计算，假定为简化计算，假定：法向力法向力Fn作用于齿宽中点作用于齿宽中点 锥齿轮的强度等同于锥齿轮的强度等同于b/2dv/2dv半径半径=锥齿轮齿宽中点背锥母线长度锥齿轮齿宽中点背锥母线长度 齿宽齿宽=锥齿轮齿宽锥齿轮齿宽 b 模数模数=锥齿轮齿宽中点平均模数锥齿轮齿宽中点平均模数mm58藤蔓课堂作用于齿宽中点的法向力分解成三个分力：作用于齿宽中点的法向力分解成三个分力：dm1=d1(1-0.5 b/R)=d1(1-0.5R)d1 小锥齿轮大端分度圆直径小锥齿轮大端分度圆直径一、受力分析一、受力分析圆周力圆周力111/2mtdTF径向力径向力

34、111costgFFtr轴向力轴向力111sintgFFtadm1 小锥齿轮齿宽中点分度圆直小锥齿轮齿宽中点分度圆直径径R 锥顶距锥顶距b 齿宽齿宽R=b/R 齿宽系数齿宽系数1 小齿轮分度圆锥角小齿轮分度圆锥角dm1d1RO1 59藤蔓课堂利用当量直齿圆柱齿轮进行分析计算利用当量直齿圆柱齿轮进行分析计算各力关系各力关系：21ttFF21arFF各力方向各力方向：Ft、Fr与圆柱齿轮相同与圆柱齿轮相同Fa1、Fa2 分别指向各自齿轮的大端分别指向各自齿轮的大端 21raFF二、齿面接触疲劳强度计算二、齿面接触疲劳强度计算HPRRHEHudKTZZ3121)5.01(4mmZZuKTdHPRHE

35、R3211)5.01(4锥齿轮接触锥齿轮接触强度条件：强度条件：接触强度接触强度设计式：设计式：60藤蔓课堂讨论讨论：初选初选 z1计算计算 m=d1/z1，并向上取标准值，并向上取标准值计算计算 d1=mz1、z2、d2、u 等等不能圆整！不能圆整！61藤蔓课堂锥齿轮弯曲强度条件：锥齿轮弯曲强度条件：弯曲强度设计式：弯曲强度设计式：FPSaFaRRFYYuzmKT2213211)5.01(4mmYYuzKTmFPSaFaRR3221211)5.01(4大端模数，计大端模数，计算后向上圆整算后向上圆整成标准值成标准值按当量齿数按当量齿数zv=z/cos查查取取YFaYSa/FP=maxYFa1

36、YSa1/FP1，YFa2YSa2/FP2三、齿根弯曲疲劳强度计算三、齿根弯曲疲劳强度计算同理，根据当量齿轮推出锥齿轮的弯曲强度条件同理，根据当量齿轮推出锥齿轮的弯曲强度条件62藤蔓课堂2-7 齿轮结构设计与齿轮传动的润滑齿轮结构设计与齿轮传动的润滑一、润滑一、润滑 减小摩擦损失、散热及防蚀减小摩擦损失、散热及防蚀 人工定期加油润滑人工定期加油润滑 浸油润滑浸油润滑 喷油润滑喷油润滑 开式或半开式传动开式或半开式传动 V 10 m/s的闭式传动的闭式传动 V 10 m/s的闭式传动的闭式传动 n1n2二、效率二、效率=123=9598%63藤蔓课堂l齿轮传动的五种失效形式l齿轮传动的三条设计准

37、则l直齿、斜齿圆柱齿轮和锥齿轮的受力分析l影响齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的因素l设计齿轮传动时，模数、齿数、齿宽、螺旋角如何选择？64藤蔓课堂按蜗杆形状分按蜗杆形状分圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆传动蜗杆传动的特点：蜗杆传动的特点：结构紧凑结构紧凑;工作平稳、噪声小工作平稳、噪声小;传动比大传动比大但效率低；制造成本较高但效率低；制造成本较高用于空间交错轴间的传动，用于空间交错轴间的传动，通常通常=903-1 蜗杆传动的类型：蜗杆传动的类型：环面蜗杆传动环面蜗杆传动锥面蜗杆传动锥面蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动65藤蔓课堂普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动

38、阿基米德蜗杆传动阿基米德蜗杆传动渐开线蜗杆传动渐开线蜗杆传动法向直齿廓蜗杆传动法向直齿廓蜗杆传动3-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算一、主要参数一、主要参数 模数模数 m 和压力角和压力角中间平面中间平面 包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面包含蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面蜗轮加工蜗轮加工 滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆滚刀滚制，滚刀几何参数同相配蜗杆正确啮合条件正确啮合条件：在中间平面：在中间平面内内ma1=mt2=ma1=t2=20蜗杆轴面蜗杆轴面模数模数蜗轮端面蜗轮端面模数模数标准模数标准模数蜗杆轴面蜗杆轴面压力角压力角蜗轮端面压蜗轮

39、端面压力角力角66藤蔓课堂 蜗杆导程角蜗杆导程角与蜗轮螺旋角与蜗轮螺旋角之关系之关系=90 时：时：=且旋向相同且旋向相同 蜗杆直径系数蜗杆直径系数 q 及分度圆直径及分度圆直径d1 d1 标准系列值标准系列值 限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化限制蜗轮滚刀数量，便于刀具标准化 蜗杆直径系数：蜗杆直径系数：q =d1/m d1=m qq与导程角与导程角之关系：之关系：1dptgz111dpzzmqmz1qz167藤蔓课堂 齿面间相对滑动速度齿面间相对滑动速度 vssincos21vvvs由此可见，由此可见，vs v1、v2所以蜗杆传动摩擦损失大所以蜗杆传动摩擦损失大，效率低。，效率低。z1=1

40、4 蜗杆头数蜗杆头数 z1、蜗轮齿数、蜗轮齿数 z2 及传动比及传动比 ii=n1/n2=z2/z1=d2/d1?d2/d1 但但 z1 少，效率低少，效率低重载时取重载时取 z1 1 要求自锁要求自锁 z1=1 z1 过多过多,制造困难制造困难z2=i z1=28 80常取常取 z2=32 6368藤蔓课堂二、几何尺寸计算二、几何尺寸计算中心距中心距 a=(d1+d2)/2=m(q+z2)/2其他尺寸计算见表其他尺寸计算见表6-2传动比传动比 i 齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动 i=d2/d1 i d2/d1 m、法面为标准值法面为标准值中间平面为标准值中间平面为标准值 1=-2=,旋向相

41、同旋向相同 d1 d1=mnz1/cosd1=mq,且为标准值且为标准值 69藤蔓课堂材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度材料要求：减摩性好、耐磨、抗胶合、足够的强度碳碳 钢钢 45号钢号钢 调质或淬火调质或淬火3-3 蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗杆、蜗轮的材料及结构蜗蜗 杆杆合金钢合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr铸锡青铜铸锡青铜 ZCuSn10P1 适合高速适合高速蜗蜗 轮轮铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl 9Fe3 低速重载低速重载灰铸铁灰铸铁 HT200 低速轻载低速轻载减摩性好减摩性好蜗杆结构蜗杆结构蜗轮结构蜗轮结构70藤蔓课堂3-4 蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算一

42、、失效形式和设计准则一、失效形式和设计准则齿面点蚀齿面点蚀 蜗轮材料为铸锡青铜时蜗轮材料为铸锡青铜时，此种材料强度稍低此种材料强度稍低齿面胶合齿面胶合 蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时蜗轮材料为铸铝青铜或铸铁时齿面磨损齿面磨损 开式传动或润滑油不清洁开式传动或润滑油不清洁轮齿折断轮齿折断 蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷蜗轮齿数过多或强烈冲击载荷对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度对于大多数蜗杆传动，其承载能力主要取决于接触强度设计准则设计准则：闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，闭式蜗杆传动，按齿面接触强度设计，z2 80或强烈冲击载荷时校核弯曲强度或强烈冲击载荷时校核弯曲强度71藤蔓课堂各力

43、关系各力关系：21atFF21taFF各力方向各力方向：二、受力分析二、受力分析Ft、Fr 同斜齿轮同斜齿轮Fa用主动轮左右用主动轮左右手定则判断，一般手定则判断，一般蜗杆主动。蜗杆主动。21rrFF各力大小各力大小：1121/2dTFFattgFFFtrr2212221/2dTFFtacoscos/2ntnFF72藤蔓课堂Fa1Ft2Ft1Fa2n1Fr2Fr1n2n1各力应画在各力应画在受力点上受力点上1273藤蔓课堂计算载荷计算载荷：12TT1122/9550/9550nPnP2111nPnP21nniT2=i T1K T2=i K T1 K=11.4载荷平稳、载荷平稳、vs3m/s时时

44、，取小值，取小值三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算三、蜗轮齿面接触疲劳强度计算特点特点：因此，因此，蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似蜗轮轮齿的强度计算与斜齿轮相似，其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导其强度公式可仿照斜齿轮的计算方法推导74藤蔓课堂蜗轮齿面接触强度条件蜗轮齿面接触强度条件 设计式设计式 说明：说明：922122 HPEHzdmKTZ322E212mm )zZ(9HPKTdm75藤蔓课堂四、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算四、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算FPFaFYYzdmKT212264.176藤蔓课堂3-5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、效率一、效率=123

45、)(1vtgtg230.950.96)()96.095.0(vtgtg设计之初，设计之初，未知，可按未知，可按 z1 初选：初选：z1=1 时，时，=0.70.75 z2=2 时，时，=0.750.82 z2=4 时，时，=0.870.92 自锁时，自锁时，4 m/s时蜗杆上置时蜗杆上置有利于润滑有利于润滑 避免过大的搅油损失避免过大的搅油损失 三、蜗杆传动的热平衡计算三、蜗杆传动的热平衡计算对象对象 t油温油温时间时间t 热平衡时的油温热平衡时的油温目的目的 热平衡时，单位时间内：热平衡时，单位时间内：发热量发热量=散热量散热量78藤蔓课堂H1=P1-P2=1000P1（1-）W单位时间内的

46、发热量单位时间内的发热量：单位时间内的散热量单位时间内的散热量：H2=t A（t -t 0）=t A t W t 散热系数散热系数 自然方式冷却时自然方式冷却时 t=1017 A 箱体散热面积箱体散热面积 箱体暴露在空气中的部分箱体暴露在空气中的部分 近似近似计算计算 280.15285.15109109maAmaA蜗杆传动蜗杆传动中心距中心距 t 0 环境温度环境温度 常取常取 t 0=20 t 温温 升升 箱体无良好散热片箱体无良好散热片箱体有良好散热片箱体有良好散热片79藤蔓课堂热平衡时热平衡时：1000P1（1-）=t A t APtt)1(10001则热平衡计算式则热平衡计算式：70

47、60t 若若t t，则采取措施提高散热能力则采取措施提高散热能力：自然通风时自然通风时竖直布置竖直布置80藤蔓课堂蜗杆传动的设计步骤蜗杆传动的设计步骤选择蜗杆传动类型选择蜗杆传动类型闭式传动闭式传动开式传动开式传动选择蜗杆、蜗轮的材料、热处理方式，计算许用应力选择蜗杆、蜗轮的材料、热处理方式，计算许用应力按接触疲劳强度设计按接触疲劳强度设计Z280时校核弯曲疲劳强度时校核弯曲疲劳强度连续工作时计算热平衡连续工作时计算热平衡按弯曲疲劳强度设计按弯曲疲劳强度设计蜗杆、蜗轮结构设计蜗杆、蜗轮结构设计绘制蜗杆和蜗轮的工作图绘制蜗杆和蜗轮的工作图编写设计说明书编写设计说明书81藤蔓课堂l蜗杆传动的工作原

48、理和特点l蜗杆传动的主要参数：蜗杆模数、头数、导程角、直径系数、分度圆直径；蜗轮螺旋角；传动效率l蜗杆传动的受力分析l蜗杆传动的失效形式与设计准则82藤蔓课堂第四章第四章 带有中间挠性件的传动方式。带有中间挠性件的传动方式。包括：带传动、链传动和绳传动包括：带传动、链传动和绳传动摩擦传动摩擦传动啮合传动啮合传动：一、挠性传动的类型一、挠性传动的类型二、普通二、普通V V带与平带摩擦力之比较带与平带摩擦力之比较83藤蔓课堂平带的摩擦力为：平带的摩擦力为：fFNfFNfV带的摩擦力为：带的摩擦力为：vNNffFfFNfF2/sin2f v 当量摩擦系数，显然当量摩擦系数，显然 f v f84藤蔓课

49、堂三、带传动的几何尺寸三、带传动的几何尺寸V带的基准长度带的基准长度 Ld：在节线上量得的带周长在节线上量得的带周长V带轮的基准直径带轮的基准直径 dd：与节线相对应的带轮直径与节线相对应的带轮直径带传动几何尺寸带传动几何尺寸：1 小带轮包角小带轮包角2 大带轮包角大带轮包角1 b 2带绕过小带轮带绕过小带轮时的弯曲应力时的弯曲应力带绕过大带轮时带绕过大带轮时的弯曲应力的弯曲应力与离心拉应力不同与离心拉应力不同，弯曲应力只作用，弯曲应力只作用在绕过带轮的那一在绕过带轮的那一部分带上部分带上 。92藤蔓课堂带横截面的应力为三部分应力之和。带横截面的应力为三部分应力之和。各剖面的应力分布为：各剖面

50、的应力分布为：最大应力发生在最大应力发生在 紧边开始进入小带轮处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。由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。93藤蔓课堂两种滑动现象：两种滑动现象：四、带传动的弹性滑动和传动比四、带传动的弹性滑动和传动比1、弹性滑动、弹性滑动打打 滑滑 是带传动的一种失效形式，应避免是带传动的一种失效形式，应避免弹性滑动弹性滑动 正常工作时的微量滑动现象，不可避免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？弹性滑动是如何产生的？因因 F1 F2故松紧边单位长度上故松紧边单位长度上的变形量不等。的变形量不等。带绕

51、过主动轮时，由带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所于拉力逐渐减小，所以带逐渐收缩，使带以带逐渐收缩，使带相对于主动轮的转向相对于主动轮的转向向后滑动。向后滑动。同样的现象也发生在同样的现象也发生在从动轮上。但情况有从动轮上。但情况有何不同？何不同？由此可见：弹性滑动由此可见：弹性滑动是由弹性变形和拉力是由弹性变形和拉力差引起的。差引起的。94藤蔓课堂弹性滑动引起的不良后果：弹性滑动引起的不良后果：使从动轮的圆周速度低于主动轮使从动轮的圆周速度低于主动轮，即，即 v2 1 从动轮直径增大，从动轮直径增大，传动能力提高，则额定功率增加传动能力提高，则额定功率增加截面尺寸大的带，基本截面尺寸大的带，

52、基本额定功率增量额定功率增量越大越大传动比越大，基本额定功率增量越大传动比越大，基本额定功率增量越大 带长不等于特定带长带长不等于特定带长 带越长，单位时间内的应力循环次数越少，带越长，单位时间内的应力循环次数越少，则带的疲劳寿命越长。相反，短带的寿命短。则带的疲劳寿命越长。相反，短带的寿命短。为此，引入带长修正系数为此，引入带长修正系数 KL。包角包角不等于不等于 小带轮包角小于小带轮包角小于，传动能力有所下降，引，传动能力有所下降，引入包角修正系数入包角修正系数K。K1b2减小，减小，98藤蔓课堂在实际工作条件下，单根在实际工作条件下，单根V带的额定功率为：带的额定功率为：三、三、V V带

53、传动的设计计算带传动的设计计算（一）已知条件及设计内容（一）已知条件及设计内容传递的名义功率传递的名义功率P P；已知条件已知条件主动轮转速主动轮转速n1 1 ；从动轮转速从动轮转速n2 2 或传动比或传动比 i；传动位置要求传动位置要求；工况条件、原动机类型等；工况条件、原动机类型等；V V带的型号、长度和根数；带的型号、长度和根数；设计内容设计内容带轮直径和结构；带轮直径和结构；传动中心距传动中心距 a；验算带速验算带速 v 和包角和包角；计算初拉力和压轴力；计算初拉力和压轴力；99藤蔓课堂（二）设计步骤和方法（二）设计步骤和方法1、确定计算功率、确定计算功率 Pd KAP2、根据、根据n

54、1、Pd选择带的型号选择带的型号工况系数，工况系数，查表查表66。3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径dd1、dd2带轮愈小，弯曲带轮愈小，弯曲应力愈大，所以应力愈大，所以dd1 dmin dd2=i dd1(1-），），圆整成标准值圆整成标准值4、验算带速、验算带速v（v525m/s）N5、确定中心距、确定中心距 a 及带长及带长 Ld6、验算主动轮的包角、验算主动轮的包角1 0012011203.57180adddd7、计算带的根数、计算带的根数 zN 711KKPPPPPzLdd z 7？NY8、确定初拉力、确定初拉力 F0 205.2500qvzvKPKFd9、计算压轴力、计算压轴力

55、 FQ2sin210zFFQ10、带轮结构设计、带轮结构设计100藤蔓课堂 初定中心距初定中心距 a0 0.7(dd1+dd2)a0 2(dd1+dd2)初算带长初算带长Ld0 计算实际中心距计算实际中心距 aa 过小，带短，易疲劳过小，带短，易疲劳a 过大，易引起带的扇动过大，易引起带的扇动（圆整）（圆整）取基准带长取基准带长 Ld（表（表86）101藤蔓课堂链传动简介链传动简介一、链传动的类型及特点一、链传动的类型及特点传动链常用：传动链常用：滚子链和齿形链滚子链和齿形链滚子链应用较多，且为标准件，其主要参数包括：滚子链应用较多，且为标准件，其主要参数包括：p 节距；节距；Lp 链节数，链

56、节数，z 链轮齿数链轮齿数，取偶数；取偶数；取奇数。取奇数。与带传动相比，链传动的特点是：与带传动相比，链传动的特点是：可在恶劣的环境下工作；可在恶劣的环境下工作；传递功率比带传动大，效率较高；传递功率比带传动大，效率较高；适用的速度比带小，适用的速度比带小，v 15 m/s；瞬时速比变化，振动、噪声大。瞬时速比变化，振动、噪声大。102藤蔓课堂二、链传动运动的不均匀性二、链传动运动的不均匀性假定：主动边总处于水平位置，假定：主动边总处于水平位置，链轮抽象成正多边形，边长为链轮抽象成正多边形，边长为 p。链速：链速：1的变化范围：的变化范围：而而所以：所以：z1，1，v 的变化的变化瞬时传动比

57、：瞬时传动比：瞬时速比周期性变化，瞬时速比周期性变化，称为称为多边形效应多边形效应。平均传动比：平均传动比：平均传动比为常数平均传动比为常数103藤蔓课堂三、链传动主要参数的选择三、链传动主要参数的选择链轮齿数链轮齿数小链轮齿数小链轮齿数 z1 愈多，愈多，传动愈平稳，动载荷减小。传动愈平稳，动载荷减小。通常取通常取 z1 17，且传动比且传动比 i 越小，越小，z1可越多。可越多。大链轮齿数大链轮齿数 z2 i z1，常取常取 z2 120，以防止脱链。以防止脱链。节距节距 p节距节距 p 越大，承载能力越大。越大，承载能力越大。但但 p 过大，运动越不均匀，冲击越大，且结构庞大。过大，运动

58、越不均匀，冲击越大，且结构庞大。所以，高速重载时，宜选小节距多排链；所以，高速重载时，宜选小节距多排链；低速重载时，宜选大节距单排链；低速重载时，宜选大节距单排链；中心距中心距 a常取常取 a（3050）p104藤蔓课堂l6-12l6-13105藤蔓课堂5-1 概概 述述一、轴的功用一、轴的功用 支撑回转零件；支撑回转零件；传递运动和转矩传递运动和转矩二、轴的类型二、轴的类型 心轴心轴 只承受弯矩只承受弯矩 传动轴传动轴 只承受转矩只承受转矩 转轴转轴 既受弯矩、又受转矩既受弯矩、又受转矩按受载按受载 直直 轴轴 曲曲 轴轴按轴心线按轴心线106藤蔓课堂2、强度问题、强度问题 防止轴发生疲劳断

59、裂防止轴发生疲劳断裂3、刚度问题、刚度问题 防止轴发生过大的弹性变形防止轴发生过大的弹性变形4、振动稳定性问题、振动稳定性问题 防止轴发生共振防止轴发生共振三、轴设计时所要解决的问题三、轴设计时所要解决的问题1、结构问题、结构问题 确定轴的形状和尺寸确定轴的形状和尺寸5-2 轴的结构设计轴的结构设计轴颈轴颈 与轴承相配的与轴承相配的部分；部分；轴头轴头 与轮毂相配的与轮毂相配的部分；部分；轴身轴身 连接轴颈与轴连接轴颈与轴头部分；头部分；轴颈轴颈 轴头轴头 轴身轴身 107藤蔓课堂轴的结构应满足的要求：轴的结构应满足的要求：加工工艺性要好加工工艺性要好便于轴上零件装拆便于轴上零件装拆轴上零件要

60、有准确的定位轴上零件要有准确的定位轴上零件要有可靠的固定轴上零件要有可靠的固定尽量减少应力集中尽量减少应力集中一、加工工艺要求一、加工工艺要求光轴光轴 等强度轴等强度轴 阶梯轴阶梯轴 108藤蔓课堂车削车削 倒角倒角 加工方法不同，轴的结构也可能不同加工方法不同，轴的结构也可能不同磨削磨削 二、装拆要求二、装拆要求砂轮越程槽砂轮越程槽 装拆应方便；装拆应方便；不同的装拆方案，得到不同结构不同的装拆方案，得到不同结构；轴的直径应圆整成标准值。轴的直径应圆整成标准值。109藤蔓课堂定位定位 使轴上零件处于正确的工作位置；使轴上零件处于正确的工作位置；轴肩或轴环轴肩或轴环三、轴上零件的轴向定位和固定

61、三、轴上零件的轴向定位和固定固定固定 使轴上零件牢固地保持这一位置。使轴上零件牢固地保持这一位置。目的目的 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。常用的轴向定位和固定方法：常用的轴向定位和固定方法：定位轴肩：定位轴肩：h(0.070.1)d R 或或 C非定位轴肩：非定位轴肩：h12 mm，作用是便于轴上零件的装拆，作用是便于轴上零件的装拆为保证定位准确为保证定位准确，R 或或 C r 轴环宽度一般取轴环宽度一般取：b =1.=1.4 h滚动轴承的定位轴肩或轴环高度滚动轴承的定位轴肩或轴环高度 查标准查标准110藤蔓课堂套套 筒筒轴端挡圈轴端挡圈弹性挡圈弹性挡圈圆圆 螺

62、螺 母母锥锥 面面对轴上零件起固定作用。对轴上零件起固定作用。常用于近距离的两个零件间的固定。常用于近距离的两个零件间的固定。用于轴上两零件距离较远时，或轴端。用于轴上两零件距离较远时，或轴端。需切制螺纹，削弱了轴的强度。需切制螺纹，削弱了轴的强度。需切环槽，削弱了轴的强度。需切环槽，削弱了轴的强度。承受不大的轴向力。承受不大的轴向力。用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。常与轴端挡圈配合使用。常与轴端挡圈配合使用。注意：注意：采用这些方法固定采用这些方法固定轴上零件时，为保轴上零件时，为保证固定可靠，证固定可靠，应使：与轮毂相配应使：与轮毂相配的轴段长度

63、比轮毂的轴段长度比轮毂宽度宽度短短23 mm，即即：lB-(23)111藤蔓课堂平平 键键问题：问题：四、轴上零件的周向固定四、轴上零件的周向固定目的目的 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。常用的周向固定方法：常用的周向固定方法：花花 键键紧定螺钉紧定螺钉滚动轴承是否需要用键作周向固定？滚动轴承是否需要用键作周向固定？五、提高轴的强度五、提高轴的强度减小应力集中减小应力集中适当加大截面变化处的过渡圆角半径。适当加大截面变化处的过渡圆角半径。或采用：或采用：凹切圆角凹切圆角过渡肩环过渡肩环减载槽减载槽112藤蔓课堂改善轴的受力状况改善轴的受力状况

64、改变轴上零件的结构，使受载减小。改变轴上零件的结构，使受载减小。五、结构设计示例五、结构设计示例113藤蔓课堂5-3 轴的强度计算轴的强度计算应力分析：应力分析：FT弯曲应力弯曲应力b 对称循环变应力；对称循环变应力；扭剪应力扭剪应力T 循环特征根据实际情况而定。循环特征根据实际情况而定。计算方法：计算方法：按扭转强度计算；按扭转强度计算；按弯扭合成强度计算；按弯扭合成强度计算；安全系数法计算。安全系数法计算。一般的轴一般的轴一、按扭转强度计算一、按扭转强度计算扭剪应力扭剪应力:轴的抗扭轴的抗扭剖面系数剖面系数114藤蔓课堂扭转强度公式一般用来初算轴的直径，扭转强度公式一般用来初算轴的直径，扭

65、转强度设计式扭转强度设计式:令其为系数令其为系数 C系数系数 C C 与轴的材料和承载情况有关，查表与轴的材料和承载情况有关，查表10-310-3。弯矩相对转矩较小或只受转矩时，弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值。取小值。若该轴段有一个键槽，若该轴段有一个键槽，d 值值增大增大5%,弯矩较大时，弯矩较大时，C 取大值。取大值。计算出的计算出的 d 作为受扭段的最小直径作为受扭段的最小直径 dmin。注意注意：有两个键槽，有两个键槽，增大增大10%。115藤蔓课堂此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。此方法既考虑弯矩又考虑转矩，比前法精确。二、按弯扭合成强度计算二、按弯扭合成强度计算需已

66、知需已知：轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。轴的支反力作用点、外载荷的大小及位置。弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。弯、扭联合作用时，采用第三强度理论。则轴危险截面上的当量应力：则轴危险截面上的当量应力：对于直径为对于直径为 d 的实心轴：的实心轴：116藤蔓课堂由于由于 b b 与与 的循环特征可能不同，需引进的循环特征可能不同，需引进校正系数校正系数将将 折合成对称循环变应力折合成对称循环变应力。则强度条件为：则强度条件为：当量弯矩当量弯矩校正系数校正系数的取值：的取值：对于不变的转矩：对于不变的转矩：频繁启动、振动或频繁启动、振动或情况不明：情况不明：经常双向运转：经常双向运转：对称循环变对称循环变应力下的许应力下的许用应力用应力117藤蔓课堂设计式：设计式：三、轴设计步骤和方法三、轴设计步骤和方法1、根据功率、根据功率 P 和转速和转速 n，用扭转强，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径度公式初算受扭段的最小直径dmin。2、根据初算轴径，进行轴的结构设计。、根据初算轴径，进行轴的结构设计。3、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。N118藤蔓课