1、机 械 设 计 凌 玲 87543972（东八楼 403室） 13517107388 第一章 绪论 机械设计 的研究内容 课程的性质与目的 机械零件设计的基本要求与一般方法 机械系统的组成：以加热炉工件输送机为例 电动机 联轴器 减速器 齿轮传动 连杆机构 执行构件 输送辊道 机架 机械系统的组成 原动机 传动系统 执行机构 控制系统 机械零件 通用零件 专用零件 传动件 联接件 支承件 其 它 齿轮、蜗杆、带、链 螺栓、键、花键 轴、轴承 联轴器、弹簧、机架 水轮机叶片、活塞、曲轴 机械零件的分类 通用零部件：以减速器为例 齿轮 轴 滚动轴承 螺栓 键 减速箱座 机械设计 的研究内容 研究
2、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。 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。 课程的性质 设计性技术基础课，综合性强 基础课 机械设计 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。 学习目的 1、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）。 课程的性质与目的 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失效； 经济性要求：成本低廉（综合考虑产品的全生
3、命周期成本）。 机械零件设计的基本要求 机械零件的失效形式 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。 断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂 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 过大弹性变形 过度磨损 过大振动和噪声、过热等 强度问题：零件在载荷作用下抵抗破坏的能力 刚度问题：零件抵抗变形的能力 耐磨性问题 动力学、声学、热学问题 失效形式：疲劳断裂 轴 叶轮 失效形式：表面点蚀 失效形式：塑性变形 承载能力：不失效条件下零件的安全工作限度。 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 50 kN 承载能力 50 kN 承载能力 同一零
4、件可能发生各种不同形式的失效 F n 轴可能的失效形式： 断裂、过大弹性变形、塑性变形、共振 强度条件： 工作应力 许用应力 或 刚度条件： 实际变形量 许用变形量 y y、 、 耐磨性条件 振动和噪声条件 热平衡条件 承载能力判定条件 3、选择材料 4、确定计算准则 5、理论设计计算 1、类型选择 2、受力分析 6、结构设计 7、绘制零件工作图 8、编写设计计算说明书 机械零件的一般设计步骤 一、载荷及应力的分类 1、载荷的分类 静载荷 变载荷 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 工作载荷 名义载荷 计算载荷 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 计算载
5、荷 名义载荷 = K 载荷系数 ？ 实际工作条件下的载荷 许用应力和安全系数 2、应力的分类 静应力 变应力 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 变应力 稳定变应力 周期性循环变应力 非稳定变应力 非周期性循环变应力 稳定变应力 非对称循环变应力 对称循环变应力 脉动循环变应力 对称循环变应力 脉动循环变应力 非对称循环变应力 静应力 几个应力参数 循环特征： m a xm i nr 表示应力变化的情况 对称循环 r = 1； 脉动循环 r = 0； 非对称循环 r 0 且 | r | 1; 静应力 r = +1 平均应力： 2 m i nm a x m应 力 幅： 2 m
6、i nm a x a对称循环 :m= 0; a=max 脉动循环 :m=a=max / 2 注意 变载荷 变应力 静载荷 静应力 ？ 或变应力 n P a n 横截面上各点正应力 的大小 与该点到中性轴的距离 y正比。 最大拉、压应力在截面上下缘。 M0, y0时 , 0, y0, 下部受拉 z y O M M max 主要失效形式：断裂或塑性变形 强度条件： 或 塑性材料： ss limlim ; 许用应力： lim 、 lim 极限应力 s 安全系数 lim = s ； lim = s 脆性材料： lim = B ； lim = B s、 s 材料屈服极限 B、 B 材料强度极限 静应力作
7、用下的强度问题 变应力作用下： 疲劳破坏 零件表面应 力较大处 初始微裂纹 裂纹扩展 突然断裂 初始裂纹 疲劳区(光滑 ) 粗糙区 轴截面 疲劳区 三、变应力作用下的强度问题 强度条件： slim lim = ？ 疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关 N rN r N N0 疲劳曲线 rN 应力循环次数为 N时的 疲劳极限 有限寿命区 无限 变应力时，取 lim = r（无限寿命） 或 lim = rN（有限寿命） 各种材料的 r可从有关手册中查取 ss rNr 或则 本章小结 机械零件常见的失效形式有、等。 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。 稳定变应力
8、可分为循环变应力、循环变应力和非对称循环变应力。 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。 静应力作用下零件的主要失效形式：塑性材料，脆性材料。 变应力作用下零件的主要失效形式：。 第二章 齿轮传动 齿轮传动 闭式传动 开式传动 半开式传动 封闭在箱体内，润滑条件好 外露，润滑较差，易磨损 介于上两者之间，有防护罩 齿轮传动的特点 优点：传递功率和转速适用范围广； 具有稳定的传动比； 效率高、结构紧凑。 缺点：制造成本较高； 精度低时，噪声和振动较大； 不宜用于轴间距离较大的传动。 2-1 齿轮传动失效形式和设计准则 一、失效形式 1、轮齿
9、折断 疲劳折断 过载折断 全齿折断 常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断 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、 提高齿面精度、正变位、增大模数等 2、齿面疲劳点蚀 点蚀常发生于闭式软齿面（ HBS350）传动中 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 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 措施：提高齿面硬度和齿面质量、增大直径 3、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 4、齿面磨损 是开式传动的主要失效形式 5、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：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
10、条件 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 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 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： 对于闭式软齿面（ HBS350）传动， 主要失效形式是齿面点蚀， 所以按齿面接触疲劳强 度设计， 而校核齿根弯曲疲劳强度。 设计准则二： 对于闭式硬齿面（ HBS350）传动， 主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断， 所以按齿根弯 曲疲劳强度设计， 而校核齿面接触疲劳强度。 2-2 齿轮材料及其热处理 一、齿轮材料 金属材料 45号钢 中碳合金钢 铸钢 低碳合金钢 最常用，经济、货源充足 铸铁 35SiMn、 40MnB、 40Cr等 20Cr、 20CrMnTi等 ZG310-570、 ZG340-640等 HT350、 QT600-3等 非金属材料 尼龙、夹木胶布等 选材时考虑： 工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等 齿轮毛坯锻造 选可锻材料；铸造 选可铸材料
