機械設(shè)計課程教學(xué)指導(dǎo)

1、機械設(shè)計課程教學(xué)指導(dǎo)第一章機械設(shè)計的基本知識概述及基礎(chǔ)知識 一、基本要求 概述是對本課程的概述和計算中的共性問題研究。學(xué)習(xí)中應(yīng)了解： 1機械的組成、作用；機械設(shè)計工作的意義； 2本課程的研究內(nèi)容、性質(zhì)，與先修課、后繼課的關(guān)系以及本課程的主要任務(wù)； 3機械設(shè)計的一般程序和主要工作內(nèi)容； 4機器應(yīng)滿足的基本要求； 5機械設(shè)計中標準化的內(nèi)容和重要意義;6.深刻理解機械零件常見的失效形式及設(shè)計計算準則；二、重點內(nèi)容 1本課程的主要任務(wù) 1)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，了解國家的技術(shù)經(jīng)濟政策；2)使學(xué)生掌握設(shè)計機械所必須的基本知識、基本理論和基本技能，具有設(shè)計機械傳動裝置和一般機械的能力；3)培養(yǎng)學(xué)生具

2、有運用標準、規(guī)范、手冊及其它有關(guān)技術(shù)資料的能力；4)使學(xué)生掌握典型零件的實驗方法，獲得實驗技能的基本訓(xùn)練；5)使學(xué)生了解機械設(shè)計的新發(fā)展、新動向。 2機械設(shè)計的一般程序 1)制定設(shè)計工作計劃；2)方案設(shè)計；3)技術(shù)設(shè)計；4)施工沒計；5)試制、試驗及鑒定；6)定型產(chǎn)品設(shè)計。 3機器應(yīng)滿足的基本要求 1)實現(xiàn)預(yù)定功能的要求；2)安全可靠要求；3)經(jīng)濟合理要求；4)操作使用要求；5)其它特殊要求。 4標準化的內(nèi)容和重要意義。 三、教學(xué)指導(dǎo) 本章所提出的一些問題涉及面較廣，學(xué)生不可能一下子就理解，應(yīng)聯(lián)系先修課及本書后面的有關(guān)章節(jié)，逐漸加深體會，只有充分體會了，才能真正理解。本章所提出的一些原則精神，

3、如機器應(yīng)滿足的基本要求、機械設(shè)計中的標準化等，對學(xué)習(xí)以后有關(guān)章節(jié)和從事機械設(shè)計的實踐均具有指導(dǎo)意義。 疲勞強度計算部分 一、基本要求 1熟練掌握載荷和應(yīng)力的分類方法，掌握名義載荷和計算載荷的含義及其確定方法，變應(yīng)力的五個參量(max、min、a、m 、r)以及它們之間的相互關(guān)系； 2掌握靜應(yīng)力下機械零件的強度計算判據(jù)，計算應(yīng)力，許用應(yīng)力和安全系數(shù)的確定方法; 3了解疲勞現(xiàn)象和疲勞曲線的來源、意義和用途。在無實驗數(shù)據(jù)的條件下能利用強度極限s近似地作出材料的疲勞曲線； 4了解疲勞損傷積累的概念和線性疲勞損傷積累理論(即Miner定理)的意義及其應(yīng)用； 5了解材料的疲勞極限線圖的來源、意義和用途，能

4、根據(jù)材料的四個極限應(yīng)力(s、B、-1、o)繪制材料的簡化疲勞極限線圖； 6掌握單向變應(yīng)力下機械零件的疲勞安全系數(shù)校核計算方法，了解單向變應(yīng)力下機械零件的壽命估算方法； 7，掌握雙向變應(yīng)力下機械零件的疲勞安全系數(shù)校核計算方法； 8了解機械零件的接觸疲勞強度概念和接觸應(yīng)力計算公式； 9會使用本章附錄中所列的數(shù)表，選取合理數(shù)據(jù)。 二、重點內(nèi)容 1靜應(yīng)力機械零件強度計算的判據(jù)、計算應(yīng)力公式、材料極限應(yīng)力和安全系數(shù)的確定； 2疲勞現(xiàn)象及斷口形貌、疲勞曲線及其表達式； 3線性疲勞損傷積累理論及其表達式； 4材料的疲勞極限線圖的功用，常用的簡化疲勞極限線圖，謝林森折線圖的繪制及其數(shù)學(xué)表達式； 5單向變應(yīng)力下

5、機械零件的疲勞強度計算，包括安全系數(shù)計算和零件壽命估算兩個方面。 三、教學(xué)指導(dǎo) 1本章與有關(guān)課程的關(guān)系 在先修課程中，與本章聯(lián)系最密切的課程是材料力學(xué)，在學(xué)習(xí)本章的同時應(yīng)適當(dāng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)中的有關(guān)內(nèi)容，如強度理論部分； 2載荷與應(yīng)力的分類 分析機械零件上所受的載荷和應(yīng)力，是對機械零件進行強度計算的首要條件，因此應(yīng)對載荷和應(yīng)力的分類、各類載荷和應(yīng)力的特征有一全面的認識，包括： (1)大多數(shù)機器和零件所受的載荷均為變載荷；(2)為設(shè)計計算方便，常在名義載荷的基礎(chǔ)上乘一個載荷系數(shù)(或工作情況系數(shù))K，以考慮外載荷的變化。名義載荷乘上載荷系數(shù)后的載荷稱為計算載荷。將計算載荷視為靜載荷作用于零件；(3)變

6、載荷產(chǎn)生的應(yīng)力必然是變應(yīng)力，但靜載荷不一定只產(chǎn)生靜應(yīng)力，也可能產(chǎn)生變應(yīng)力；(4)大多數(shù)零件受變應(yīng)力作用。 講解應(yīng)力分類時，應(yīng)著重分清什么是穩(wěn)定變應(yīng)力(也稱等幅變應(yīng)力)，什么是非穩(wěn)定變應(yīng)力(也稱變幅變應(yīng)力)，穩(wěn)定變應(yīng)力的三種典型形式以及表征它們的五個變應(yīng)力參量 (maxminam r)。要求作到：在已知任意兩參量的條件下，能非常熟練地求出其它三個參量。 3靜應(yīng)力下機械零件的強度計算 這部分內(nèi)容很重要，其中包含許多重要的強度計算概念，因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)之前應(yīng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)中有關(guān)強度理論的內(nèi)容。要熟練地掌握平面應(yīng)力狀態(tài)時各強度理論的概念和公式，并能恰當(dāng)?shù)剡\用這些公式去解決零件強度計算問題。4疲勞與疲

7、勞曲線 要了解疲勞現(xiàn)象、疲勞斷口形貌和疲勞破壞的特點，以便為整個疲勞強度計算提供感性知識。要了解疲勞曲線的來源、各段曲線所表達的意義以及各段曲線的數(shù)學(xué)表達式。應(yīng)深刻理解：在循環(huán)應(yīng)力作用下材料的破壞是疲勞破壞，這時，其名義應(yīng)力值可以低于材料的B和S值；在循環(huán)應(yīng)力作用下的材料強度極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即壽命) N的大小有關(guān)；在疲勞曲線AB段，N愈大，材料的強度極限愈小；反之亦然。在BC段，材料強度極限與N無關(guān)，前者稱有限壽命區(qū)，后者稱無限壽命區(qū)。在無限壽命區(qū)中，對應(yīng)于破斷時的材料的最大應(yīng)力稱疲勞強度極限r(nóng)。一般材料表格中常給出r1時疲勞強度極限值，即-1。 要理解式(1-11)并記住式(1-13)和

8、(1-14)，至于公式中N0和m的值不必記憶，在以后用到時都會給出。 還應(yīng)了解一下疲勞曲線的近似作圖法，以便必要時應(yīng)用，但這部分內(nèi)容不是主要的。 5線性疲勞損傷積累理論(即Miner定理)要理解：(1)疲勞損傷積累理論是處 理規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力(即變幅變應(yīng)力)下疲勞強度問題的一個基礎(chǔ)理論；(2)線性損傷積累理論是眾多損傷積累理論中最簡單、最實用的一種；(3)線性損傷積累理論的實質(zhì)就是： 構(gòu)成損傷的各級應(yīng)力對材料損傷率之和等于1時，材料即發(fā)生疲勞破壞。這個理論的數(shù)學(xué)表達式為(136)，學(xué)生在解題和學(xué)習(xí)以后各章節(jié)時應(yīng)牢記此公式。 6材料的疲勞極限線圖要掌握以下內(nèi)容：（1）為什么要研究疲勞極限線圖?

9、它的功用是什么?(2)在工程上為何常用簡化的疲勞極限線圖?(3)常用的兩種簡化疲勞極限線圖都 展怎樣進行簡化的?各有何優(yōu)、缺點?各應(yīng)用于何種情況?(4)謝林森折線圖如何繪制? (5)謝林森折線圖的數(shù)學(xué)表達式；(6)等效系數(shù)和的含義是什么?關(guān)于將平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)的說明。實驗證明，平均應(yīng)力m對材料的疲勞強度是有影響的，在最大應(yīng)力max相等的條件下，減小平均應(yīng)力m(即增大應(yīng)力幅a)，會使材料試樣的壽命減小。但a和m對疲勞強度的影響是不同的，兩者不能等量齊觀。式(126)和(127)中的，其含義就相當(dāng)于某種材料能把所承受的平均應(yīng)力轉(zhuǎn)化成等效的應(yīng)力幅的一種特性。換言之，非對稱循環(huán)變應(yīng)力的平

10、均應(yīng)力部分乘了之后，就有與對稱循環(huán)變應(yīng)力的應(yīng)力幅同等的疲勞損傷作用了。在應(yīng)力的循環(huán)特性r不變的情況下，這個變化可用圖加以說明。 圖1-1 非對稱循環(huán)變應(yīng)力的等效轉(zhuǎn)化由圖可見，其中圖a)的非對稱循環(huán)變應(yīng)力可分解為圖b)的對稱循環(huán)變應(yīng)力和圖c)的平均應(yīng)力。圖c)的平均應(yīng)力又可等效轉(zhuǎn)化為圖d)所示的對稱循環(huán)變應(yīng)力，最后可將圖b)和圖d)合成為圖e)中的對稱循環(huán)變應(yīng)力。這個轉(zhuǎn)化過程又可稱為非對稱循環(huán)變應(yīng)力的等效對稱化。 7對于影響零件疲勞強度的三個因素，要求掌握其概念，會利用附錄有關(guān)表格查得所需數(shù)值。 8單向變應(yīng)力下機械零件的疲勞強度計算 實際機械零件的應(yīng)力狀態(tài)，多為雙向應(yīng)力狀態(tài)，單向應(yīng)力狀態(tài)遇見的比

11、較少。雖然這樣，但單向應(yīng)力狀態(tài)下機械零件強度的計算方法卻是強度計算的基礎(chǔ)。只有在深入地了解了單向應(yīng)力下的強度計算問題之后，才可進行雙向應(yīng)力狀態(tài)的研究。 機械零件的疲勞強度計算包括兩個方面：一是在材料機械性能、零件結(jié)構(gòu)尺寸和工作應(yīng)力的大小為已知的條件下，對零件進行疲勞強度安全系數(shù)校核，以確定該零件工作時是否安全；另一內(nèi)容是在上述已知條件下對零件進行壽命估算，以滿足使用期限的要求。對第一個內(nèi)容要求學(xué)生一定要熟練掌握；對第二個方面的內(nèi)容作到一般了解，懂得基本原理就行，工作中需要這方面知識時再去看專著。式(128)、(130)、(132)、(143)要求能熟練地推導(dǎo)、牢固記住、正確運用。 在講授非對稱

12、循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力下安全系數(shù)計算一節(jié)時，首先應(yīng)明確的是：在一個已知的工作應(yīng)力點M(m，a)條件下，由于零件中應(yīng)力變化規(guī)律(加載規(guī)律)的不同，可以求出對 應(yīng)于此工作應(yīng)力點的無窮多個疲勞極限，即疲勞極限曲線上任何一個點所代表的疲勞極限都 可作為該工作應(yīng)力的極限應(yīng)力。在本書中采用最簡單且最常見的簡單加載規(guī)率，即rC情 況下的極限應(yīng)力計算方法。其次，在任何一種加載規(guī)率下，零件都有出現(xiàn)疲勞破壞和靜應(yīng)力 破壞的兩種可能性。到底易于出現(xiàn)哪種破壞，則取決于加載規(guī)體曲線與簡化的謝林森折線圖的哪一段直線相交。若和AE直線相交，則首先發(fā)生疲勞破壞；如和ED直線相交，則首先發(fā)生靜應(yīng)力破壞(屈服)。理論上雖然如此，但實際上

13、進行強度計算時并不要求畫出疲勞極限圖，并判斷工作應(yīng)力變化曲線與折線的哪一段相交。因此，在進行強度計算時，應(yīng)運用式(131)和(132)，同時算出兩個安全系數(shù)，安全系數(shù)小的就是易發(fā)生破壞的形式(詳見例題)非穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞強度計算中，讀者一定要掌握這樣一個基本概念：通過邁內(nèi)爾 (Miner)定理，把一個非穩(wěn)定對稱循環(huán)變應(yīng)力的疲勞強度計算轉(zhuǎn)化為等效的對稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力的疲勞強度計算。這個過程稱為等效穩(wěn)定化。 如果原來作用的不是對稱循環(huán)非穩(wěn)定變應(yīng)力（為非對稱循環(huán)非穩(wěn)定變應(yīng)力）時，則首先應(yīng)該通過式(126)，把各級非對稱循環(huán)變應(yīng)力等效對稱化，然后再通過式(139)和(140)進行等效穩(wěn)定化。這樣就可以把

14、一個非對稱循環(huán)變應(yīng)力問題當(dāng)作對稱循環(huán)變應(yīng)力問題來處理 (詳見例題)。 9雙向變應(yīng)力下機械零件的疲勞強度計算主要應(yīng)掌握式(143)的運用，對該式的推導(dǎo)作一般性了解即可。 本章是重點章，所闡述的概念和公式又是后續(xù)章節(jié)強度計算的基礎(chǔ)理論，故在本意講授結(jié)束后，要進行系統(tǒng)復(fù)習(xí)并作一小結(jié)。小結(jié)時應(yīng)著重疲勞與疲勞曲線、線性疲勞損傷積累理論、單向變應(yīng)力下機械零件的疲勞強度計算三部分內(nèi)容。可將疲勞強度計算公式匯總列于表中供復(fù)習(xí)和做習(xí)題時參考。 第二章 螺紋聯(lián)接與軸轂聯(lián)接 一、基本要求 1了解螺紋及螺紋聯(lián)接件的類型、特點、結(jié)構(gòu)、標準及應(yīng)用場合； 2了解螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的及預(yù)緊方法； 3掌握螺紋聯(lián)接防松的目的、防松

15、原理及防松結(jié)構(gòu)； 4掌握螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則、受力分析的目的及方法，能夠合理設(shè)計螺栓組聯(lián)接； 5掌握單個螺栓聯(lián)接的失效形式、受力分析及強度計算； 6掌握提高螺栓聯(lián)接強度的措施； 7了解螺旋傳動與螺紋聯(lián)接在螺紋牙選型、性能要求、材料選擇及設(shè)計計算等方面的區(qū)別。 軸轂聯(lián)接是機械傳動中廣泛應(yīng)用的聯(lián)接形式。本章主要研究鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接和過盈配合聯(lián)接。其中鍵聯(lián)接包括平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接，通過對這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)達到以下基本要求： 1掌握各類鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)型式、特點和應(yīng)用； 2掌握各類鍵剖面尺寸和長度的確定方法； 3了解各類鍵聯(lián)接在工作中的失效形式，并掌握平鍵聯(lián)接的強度校核計算方法；

16、4掌握花鍵聯(lián)接的類型、工作特點和應(yīng)用，以及失效形式和強度校核計算的方法； 5掌握圓柱面過盈配合聯(lián)接的工作原理、特點和應(yīng)用； 6掌握圓柱面過盈配合聯(lián)接的計算；7了解過渡配合聯(lián)接的裝配方法。 二、重點內(nèi)容 1掌握螺拴組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，對外載荷為軸向力、橫向力、扭矩及傾覆力矩四種基本受力情況的螺栓組，要求能找出受力最大的螺栓及其所分擔(dān)的工作載荷的大小。 2掌握單個螺栓聯(lián)接的強度計算，要求能分析在各種螺紋聯(lián)接中，單個螺栓所承受的總載荷的大小及強度計算方法。 3掌握受變載荷作用下螺紋聯(lián)接的強度計算，掌握螺栓聯(lián)接受力與變形關(guān)系圖。 4掌握提高螺栓聯(lián)接強度的結(jié)構(gòu)措施和工藝措施。5鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式、特點和

17、應(yīng)用，以及鍵的選擇，失效形式和平鍵聯(lián)接的強度校核計算。6花鍵聯(lián)接的類型、特點和應(yīng)用，以及花鍵聯(lián)接的強度校核計算。三、教學(xué)指導(dǎo) 螺紋連接部分 1本章與有關(guān)課程關(guān)系 在講授本章時，學(xué)生應(yīng)該復(fù)習(xí)有關(guān)課程的相應(yīng)部分。如機械原理中的斜面摩擦、螺旋副的摩擦；材料力學(xué)中的強度理論(拉伸、壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)等)和壓桿穩(wěn)定性理論；金屬工藝學(xué)中的材料和熱處理部分。 2在工程實際中螺栓聯(lián)接通常是成組使用，在螺栓組聯(lián)接設(shè)計時，除了要合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)外，還要通過螺栓組的受力分析以找出受力最大的螺栓，再按照單個螺栓聯(lián)接的強度公式對這個受力最大的螺栓進行設(shè)計計算，其余的螺栓可按同樣尺寸選用。 1)螺栓組中螺栓數(shù)目及其在接合面上

18、的布置，通常是參考現(xiàn)有設(shè)備按經(jīng)驗確定。但是不同的布置方案將影響到總的載荷在各個螺栓中的分配。 計算總載荷在各個螺栓中的分配時，可以采用下述步驟： (1)將總載荷分解； (2)將分解后的載荷向螺栓組形心轉(zhuǎn)化； (3)螺栓受到的載荷不外乎是軸向力、橫向力、扭矩和傾覆力矩這四種基本情況。按照這四種基本情況分別進行載荷分配，便可以找出受力最大的螺拴所受到的各種載荷，用矢量疊加原則可求得該螺拴所受的最大載荷(橫向或軸向)。 為了加深理解建議對幾種螺栓組進行載荷分析。2)本章的難點為承受傾翻力矩的底板螺栓組聯(lián)接的計算。計算時，假設(shè)底板是剛性體，翻轉(zhuǎn)時不變形，仍保持為平板。地基和螺栓則是彈性體。同時假設(shè)底板

19、在受到傾覆力矩作用時，將繞對稱軸線OO翻轉(zhuǎn)，如教材圖2-23所示，承受外載荷以前，由于各螺栓被擰緊， 圖2-1 受傾翻力矩的螺栓組連接 圖2-2 載荷與變形地基受均勻的壓縮，而螺栓受均勻的拉伸，底板在受到傾覆力矩M作用后，繞OO軸線翻轉(zhuǎn)一個角度，但仍保持為平板。在軸線OO左側(cè)，地基壓縮被減輕，螺栓被進一步拉長；在軸線OO右側(cè)，螺栓拉伸程度減小，而地接則進一步被壓縮。這些拉伸和壓縮的變形量都與各點距OO軸線的距離成正比。圖2-1 表示了底板的受力平衡情況，圖b表示沒有外載荷前螺栓只受預(yù)緊力作用的情況，表示個螺栓對底板的作用力，其值等于螺栓的預(yù)緊力。地基對底板作用力的大小，等于地基受壓面積（底板有

20、效面積）乘上擠壓應(yīng)力。圖c）表示了剛性底板受到翻轉(zhuǎn)力矩作用后的受力平衡圖。由于底板的傾翻使左邊的螺栓進一步受到拉伸。所受的載荷由預(yù)緊力Qp上升為Q1。同一處的地基將被放松（QP下降QP,）。右側(cè)的螺栓放松，所受載荷由預(yù)緊力Qp下降Q2。同一處的地基被進一步壓縮（QP增大QP2,）。以受軸向拉伸情況說明，用螺栓地基的變形圖來統(tǒng)一表示（圖2-2）。圖中，只就單個螺栓而言，并將地基和地板的互相作用力都以作用在螺栓中心線上的集中力表示。ObA斜線表示螺栓的受力變形線，OmA斜線表承地基的受力變形線。受載前，螺栓和地基的工作點部是A點。螺栓受有拉伸預(yù)緊力QP，而地基受有壓縮力QP。兩者大小相等，方向相反

21、，分別作用在地基與螺栓兩個物體上。因此，底板上受到的合力為零。當(dāng)?shù)装迳鲜艿酵饧臃D(zhuǎn)力矩M作用后，如圖c)，在翻轉(zhuǎn)中心線OO左側(cè)，螺栓和地基的工作點分別移到B2與C2點（圖C），即螺栓受到的拉力增到Q1，地基的壓力減少到QP1,。兩者作用到底板上的合力，其大小等于工作載荷Fl，方向向下。與前類似，在翻轉(zhuǎn)中心的右側(cè)，螺栓與地基的工作點分別移至及B2與C2點，地基所受的壓力增到QP2,，螺栓所受的拉力減少至Q2，兩者作用到底板上的合力，其大小等于工作載荷F2,方向向上。作用在底板上的所有作用載荷之和形成一個力矩。這個力矩應(yīng)該與外加傾覆力矩M相平衡。由上述分析得知，螺栓組受力最大的螺栓的工作拉力Fma

22、x可由式(217)算得，符號的意義見教材。這里載荷Fmax只是受力最大的螺栓中的軸向工作載荷。 為了防止接合而受壓最大處被壓潰或受壓最小處出現(xiàn)間隙。應(yīng)按式(220)及(221)檢查計算。 3單個螺栓聯(lián)接的強度計算 單個螺栓直徑的計算是整個螺栓聯(lián)接設(shè)計的核心部分。螺栓聯(lián)接的強度計算，首先是根據(jù)聯(lián)接的類型、聯(lián)接的裝配情況(預(yù)緊或不須緊)、載荷狀態(tài)等條件，確定螺栓的受力。對于受拉螺栓，其主要破壞形式是螺桿螺紋部分發(fā)生斷裂，因而其設(shè)計準則是保證螺栓的靜 (或疲勞)拉伸強度。對于緊螺栓聯(lián)接，在進行強度計算時與松螺栓聯(lián)接的主要不同點是將總拉力Q增大30。以考慮在擰緊時扭剪應(yīng)力的影響。對于受剪螺栓，其土要破

23、壞形式是螺栓桿和孔壁間壓潰或螺栓桿被剪斷，其設(shè)計準則是保證聯(lián)接的擠壓強度和螺快的剪切強度，其中聯(lián)接的擠壓強度對聯(lián)接的可靠性起決定性作用。然后，按相應(yīng)的強度條件計算螺栓危險剖面的直徑(螺紋內(nèi)徑)或校核其強度。螺栓其他部分的尺寸可以根據(jù)標準確定。對于螺栓的長度。可以根據(jù)被聯(lián)接件的厚度和螺母、墊圈等的厚度來確定。教材中介紹了螺栓直徑簡化計算方法。以及螺栓疲勞強度的校核方法。在受軸向外加裁荷的緊螺栓連接中，應(yīng)該明確當(dāng)受軸向拉伸載荷時，被連接件受的預(yù)緊力變?yōu)闅堄囝A(yù)緊力，螺栓的總拉力是殘余預(yù)緊力和工作載荷之和。 4對于受軸向變載荷的螺栓連接，還應(yīng)對螺栓的疲勞強度進行精確校核。 5提高螺栓連接強度的措施，參

24、見教材 6、由學(xué)生自己完成螺旋傳動大作業(yè)，螺旋傳動的設(shè)計學(xué)生可按照設(shè)計指導(dǎo)進行，盡早接觸、了解設(shè)計。 軸轂連接部分 1鍵聯(lián)接的選擇要把所介紹的四種鍵聯(lián)接進行對比，分析各自的特點和應(yīng)用從工作原理來看，平鍵和半圓鍵聯(lián)接是靠聯(lián)接件本身的抗擠壓和抗剪切能力工作；楔鍵聯(lián)接是靠摩擦力工作；切向鍵聯(lián)接既靠聯(lián)接件本身抗擠壓和抗剪切能力又靠摩擦力正作。因此，平鍵聯(lián)接比楔鍵聯(lián)接承載能力高，切向鍵聯(lián)接承載能力更高。從工作性能來看，楔鍵和切向鍵是打人輪轂中的，使得輪和軸偏心，定心性能不好；平鍵聯(lián)接就沒有這種現(xiàn)象，定心性能好。定心性能不好的鍵聯(lián)接，在高速傳動中會成為振源而引起機器的振動，另外也會造成齒輪、蝸輪等傳動件嚙

25、合時的沖擊、從而降低傳動精度，產(chǎn)生噪聲。 由上面分析看出，平鍵聯(lián)接應(yīng)用最廣；楔鍵聯(lián)接在低速和對平穩(wěn)性要求不高時可以采用，主要是用在軸端部的聯(lián)接，它能起單向軸向定位作用；切向鍵聯(lián)接在轉(zhuǎn)矩很大的情況下應(yīng)用；半圓鍵聯(lián)接適宜于錐形的軸轂聯(lián)接。 2平鍵聯(lián)接的強度校核計算 平鍵聯(lián)接的設(shè)計，首先是根據(jù)軸徑d在標準中查出平鍵的剖面尺寸b×t，而平鍵的長度根據(jù)被聯(lián)接件的轂長確定，一般取L轂長(510)mm并取標準值。鍵是標準件，在制定標準時就考慮了鍵與軸的等強度問題。但由于種種原因使得選擇的標堆件不可能與軸總是等強度，故在選擇鍵以后還要進行抗擠壓和抗剪切的強度校核。此時要注意幾個問題 1)明確平鍵聯(lián)接

26、的失效形式和失效部位，從而確定平鍵聯(lián)接抗擠壓和抗剪切的剖面面積。 2)公式中引入了鍵的工作長度l，l=Lb。 3)許用擠壓應(yīng)力在平鍵聯(lián)接中，有軸、鍵和輪轂三個聯(lián)接件，他們的材料有時不同，故許用擠壓應(yīng)力也不同，這時公式中應(yīng)引用計用三個許用擠壓應(yīng)力中最小者。 4)平鍵工作面上的應(yīng)力分布 為討論方便，教材中假設(shè)裁荷沿鍵長和鍵高均勻分布。取鍵為分離體進行受力分析，就會發(fā)現(xiàn)鍵并不處于平衡狀態(tài)，在受到力矩作用時，真實情況是載荷在工作面上的分布不是均勻分布，參看教材中圖。兩側(cè)合力N大小相等、方向相反、作用在一條直線上，這樣，鍵才是平衡的。但此處仍認為載荷沿鏈長和鍵高為均布，而用降低許用擠壓應(yīng)力的辦法來考慮應(yīng)

27、力不均勻分布的影響，以達到簡化計算。這種辦法在工程計算中經(jīng)常采用，讀者們應(yīng)有所了解。 3花鍵聯(lián)接 花鍵聯(lián)接在許多方面與平鍵聯(lián)接相似，學(xué)習(xí)時，要在掌握平鍵聯(lián)接的基礎(chǔ)上，采用類比的辦法來分析花鏈聯(lián)接。 4過盈配合聯(lián)接要適當(dāng)復(fù)習(xí)與本節(jié)相關(guān)課程的內(nèi)容，如材料力學(xué)中關(guān)于厚壁圓筒的應(yīng)力分析及計算公式、第一和第三強度理論；機械原理中關(guān)于摩擦的概念和計算公式等。第三章 帶傳動一、基本要求 1了解帶傳動的工作原理、類型、特點和應(yīng)用。 2熟悉普通V帶的結(jié)構(gòu)和標準。 3掌握帶傳動的受力情況分析，應(yīng)力分布圖。 4掌握彈性滑動及打滑的基本理論。 5掌握帶傳動的失效形式，設(shè)計準則，普通V帶的設(shè)計計算。 6了解帶輪的材料，

28、帶輪幾何形狀的標準、規(guī)范。了解帶傳動張緊方法和裝置。 二、重點內(nèi)容 1帶傳動的基本理論。它包括兩部分：一是保證帶傳動不打滑的依據(jù)和影響因素，二是保證帶具有一定使用壽命的條件及影響因素。 2普通V帶的設(shè)計計算。 三、教學(xué)指導(dǎo) 1要抓住本章的系統(tǒng)性較強這一點進行學(xué)習(xí)。帶傳動在機械設(shè)計課程中具有一定的典型性，它有較完整的理論基礎(chǔ)和設(shè)計程序，易于掌握。從講課順序上看，又安排在傳動零件之首。因此，學(xué)好本章，領(lǐng)會本章思路，對掌握機械零件設(shè)計規(guī)律，建立良好的學(xué)習(xí)方法是很有幫助的。將本章思路歸納一下。 2要緊緊抓住決定帶工作能力的兩個理論進行講授。 1)講授帶不打滑理論時，注意對彈性滑動、打滑、歐拉公式概念的

29、理解以及弄通他們的內(nèi)在聯(lián)系。該理論中基礎(chǔ)物理現(xiàn)象為彈性滑動，彈性滑動是本章的重點也是難點，應(yīng)明確以下幾點： (1)要傳動就必有拉力差，因帶是彈性體，則必有彈性變形，從而產(chǎn)生彈性滑動，所以彈性滑動是帶傳動中不可避免的物理現(xiàn)象。 (2)摩擦力并不產(chǎn)生在全部包角范圍內(nèi)，而只產(chǎn)生于動角范圍，且隨動角的增加而增 加。因此，歐拉公式中的在傳遞最大有效圓周力的狀態(tài)下為小輪包角。一般工作狀態(tài)指動角。為保證帶傳動的工作能力，有必要提出min的要求。 (3)打滑是彈性滑動由量變到質(zhì)變的結(jié)果o (4)歐拉公式只給出F1F2的比值，并末給出Fl和Fz的實在值， 具體值還與初拉力F0。有關(guān). F0越大，產(chǎn)生的摩擦力FF

30、(F1F2)也越大。 (5)根據(jù)傳遞最大有效圓周力公式,最大有效圓周力決定于F0、f、。若想提高帶的傳動能力，則可考慮通過提高F。來提高Fmax，但F。值的提高受到帶的疲勞強度的限制，只能取某一定值；提高摩擦系數(shù)可以提高傳動能力， 傳動帶采用摩擦系數(shù)大的材料是有益的；提高小輪包角，也可提高帶的傳動能力，即要限制min;此外，限制最高帶速可減少由此產(chǎn)生離心力對帶輪壓力減少的作用，保證帶與帶輪有足夠壓力。 2)學(xué)習(xí)帶的壽命理論，要抓住應(yīng)力分布圖，弄清： (1)u30ms的限制理由(控制離心應(yīng)力不得過大)； (2)u5ms的限制理由(工作應(yīng)力不致過大)； (3)ddddmin的限制理由(彎曲應(yīng)力不得

31、過大)。 不滿足上述條件，不是不能工作，而是降低帶的壽命。 3要深刻理解Z的計算公式。在實驗條件下 （特定的條件） ，按基本公式得到了P。圖。若要求傳遞的功率為P，則保證帶傳動不失效所需的根數(shù)應(yīng)計算(帶的型號已選定)，但考慮到使用條件與實驗條件的差異，這里引入了條件修正系數(shù)，這種處理方法，是研究機械零件的重要手段之一。通過本章學(xué)習(xí)，不僅要很好地掌握條件修正系數(shù)的意義，同時要能夠掌握這一研究方法。4本章采用了國家頒布帶傳動的最新標準，包括帶傳動術(shù)語，普通V帶型號、規(guī)格、普通V帶計算等。(1)標準中帶的標準長度為節(jié)線長度。(2)標準采用選型圖更精細，Y型未單獨設(shè)區(qū)，Y、Z共用一個區(qū)域，意在此區(qū)中，

32、Y、Z型均可選，通常兩個同時計算、擇優(yōu)確定。(3)標準的工作能力曲線是依據(jù)化纖繩芯而定。 第四章 鏈傳動 一、基本要求 1了解鏈傳動的它要類型、工作原理、特點及應(yīng)用范圍。 2了解套筒滾子鏈的結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)及標準。 3了解套簡滾于鏈鏈輪的結(jié)構(gòu)及材料。 4了解鏈傳動的合理布置、張緊及潤滑。 5掌握鏈傳動的運動特性及其與參數(shù)的關(guān)系，并在設(shè)計中能合理地選擇參數(shù)。 6。掌握套筒滾子鏈傳動的失效形式、許用功率曲線和設(shè)計準則。 7掌握中、高速套筒滾子鏈傳動的設(shè)計計算方法和步驟。 8能正確地查用圖表。 二、重點內(nèi)容 1套筒滾子鏈的結(jié)構(gòu)特點、基本參數(shù)及標準。 2鏈傳動的運動分析：鏈傳動的多邊形效應(yīng)；鏈傳動的附加

33、動載荷；鏈傳動的掉鏈現(xiàn)象。 3鏈傳動的失效形式、極限功率曲線及許用功率曲線。 4鏈傳動的設(shè)計準則、設(shè)計計算及主要參數(shù)選擇。 三、教學(xué)指導(dǎo) 1了解鏈傳動的特點、工作原理及其應(yīng)用，應(yīng)采用與帶傳動和齒輪傳動相比較的方法，同時又要抓住鏈及鏈傳動本身的結(jié)構(gòu)特點。鏈傳動具有以下特點：平均傳動比準確、瞬時傳動比波動；工作可靠無打滑現(xiàn)象；能實現(xiàn)較大中心距傳動等。這就決定了其應(yīng)用場合，如自行車若采用帶傳動，由于尺寸受限制會使小帶輪包角過小而容易產(chǎn)生打滑，工作不可靠，且其驅(qū)動力太小。采用齒輪傳動，雖然承載能力大、安全可靠，但因自行本兩軸的中心距大，用單級齒輪傳動顯然不合適。用輪系傳動則結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大，也不合適。

34、相比之鏈傳動較合適。 此外，鏈傳動在多塵、油污、潮濕、工作溫度較高的有腐蝕性氣體等惡劣環(huán)境中工作，例如用于鑄造車間的大型自動線等場合。 2鏈傳動的運動分析，主要討論了鏈傳動的多邊形效應(yīng)附加動載荷及掉鏈現(xiàn)象。應(yīng)掌握這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，它們主要與哪些參數(shù)有關(guān)，對鍵傳動性能有什么影響，從而在設(shè)計中正確地選擇參數(shù)。 鏈傳動中，具有剛性鏈節(jié)的鏈條與鏈輪相嚙合時，鏈條在輪上呈多邊形分布，鏈條每前進一個鏈節(jié)速度，由小到大，再由大到小變化一次。同樣，則由大到小，再由小到大變化一次，這說明鏈的瞬時速度在傳動中總是呈周期性變化，從而導(dǎo)致運動的不均勻性和鏈條的上、下抖動。又由于鏈傳動的瞬時傳動比在鏈傳動中不是時時相

35、等，因此瞬時傳動比是在不斷變化。只有Z1Z2，鏈條主動邊長是鏈節(jié)的整數(shù)倍時(即兩鏈輪大小相同，且相對位置一致時)，才使瞬時傳動比為常數(shù)。這種多邊形嚙合傳動產(chǎn)生的上述現(xiàn)象稱為“多邊形效應(yīng)”。 此外，由于剛性鏈節(jié)與輪齒嚙合時產(chǎn)生相對沖擊，加上運動不均勻性的影響，使鏈傳動中產(chǎn)生周期性附加動載荷，形成不斷的沖擊、振動和噪聲。 顯然，隨著齒數(shù)z增多，鏈節(jié)距減小及轉(zhuǎn)速降低，運動不均勻性減小及附加動載荷降低。 3掌握極限功率曲線和許用功率曲線的來源及用途。隨著工作條件不同，所傳遞的載荷性質(zhì)不同、潤滑條件不同以及鏈條結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使鏈傳動呈多種失效形式，如鏈板的靜拉斷或疲勞斷裂；套筒與滾子的沖擊疲勞；鉸節(jié)的磨

36、損及銷軸與套筒的膠合等。 教材中圖4-10所示為各種失效形式對鏈傳動承載能力限制的極限功率曲線。實際使用的功率曲線為圖4-10中安全區(qū)的許用功率曲線。教材中圖4-11所示為國產(chǎn)10種型號的單列套筒滾子鏈在特定實驗條件下確定的許用功率曲線。設(shè)計時，以許用功率曲線為依據(jù)來選定套筒滾子鏈的規(guī)格。由于實際使用條件與實驗條件不同，所以，在設(shè)計時引進各種修正系數(shù)予以修正。 4鏈傳動的設(shè)計計算及參數(shù)的選擇。由失效分析和極限功率曲線圖可知，對于中、高速鏈傳動，其承載能力是由以抗疲勞為中心的多種失效形式所限定。對于低速U06ms鏈傳動或峰值載荷過大時，鏈傳動失效是鏈條靜拉斷，設(shè)計時要進行靜強度計算。 鏈傳動設(shè)計

37、計算與帶傳動設(shè)計計算兩者之間有著很多相似之處，包括設(shè)計方法、設(shè)計步驟和幾何關(guān)系。掌握帶傳動的設(shè)計后，就便于掌握鏈傳動設(shè)計。但要注意二者的主要參數(shù)及其選擇方法卻是不同的。 主要參數(shù)的選擇： 1)鏈輪齒數(shù)選擇由運動分析可知，小鏈輪齒數(shù)Zl應(yīng)選得多一些，以使多邊形效應(yīng)減小，動載減輕，有利于傳動，一般Zl1731。鏈速低時，Z1可以選小一些，使結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，但當(dāng)Z111時，速度變化率急速增加，故限定鏈輪最小齒數(shù)Zmin9。當(dāng)鏈節(jié)P一定、傳動比一定時，小鏈輪齒數(shù)選取過多，從動鏈輪輪齒數(shù)Z2會增加得過多，致使鏈傳動的尺寸和重量增加；同時，鏈條容易掉鏈，故常取Zmax150。 2)鏈節(jié)距P和排數(shù)的選擇 鏈傳

38、動承載能力與鏈節(jié)距的大小和排數(shù)的多少有關(guān)，節(jié)距越大，排數(shù)越多，承載能力越高。但P大時，運動不均勻性增加，附加動載荷增大，鏈輪尺寸也大。因此，在滿足承載能力的條件下，盡量選小鏈節(jié)的單排鏈。當(dāng)傳遞載荷大、鏈速高、要求傳動平穩(wěn)時，盡量選用小鏈節(jié)的多徘鏈。對于中心距要求大，而傳動比較小的低速重載傳動，宜采用節(jié)距較大而排數(shù)較少的鏈條。 3)中心距的選擇 中心距也是對鏈傳動有重要影響的參數(shù)。中心距過小，使鏈條在小鏈輪上的包角減小，輪齒上受力增大，同時，在一定鏈速下，單位時間內(nèi)鏈條繞過鏈輪的次數(shù)增多，從而加劇鏈條的磨損和疲勞。中心距過大，鏈條松邊下垂最大，從而使鏈條易上下顫動。設(shè)計時，可初選中心距a(30-

39、50)P，最大amax80p。 第五章 齒輪傳動 一、基本要求 齒輪傳動為重點章節(jié)，通過學(xué)習(xí)應(yīng)達到以下要求： 1了解齒輪傳動的特點、應(yīng)用范圍及主要類型； 2了解齒輪傳動的失效形式，各種失效的特點、機理、防止措施及齒輪的計算準則。 3了解齒輪的材料和熱處理知識，能合理選擇齒輪的材料。 4掌握齒輪的計算載荷，了解各載荷系數(shù)的物理意義、影響因素和數(shù)值確定。 5掌握齒輪傳動的強度計算作法，能熟練地設(shè)計齒輪傳動。要求以直齒圓柱齒輪的強度計算為重點，掌握兩個強度計算(接觸、彎曲)公式的理論依據(jù)、推導(dǎo)過程，明確使用情況，熟悉各參數(shù)和系數(shù)的選取。對斜齒輪和圓錐齒輪只需了解其計算特點。 6熟練掌握齒輪傳動的受力

40、分析。 7能繪制簡單的齒輪零件工作圖。 8了解圓弧齒輪傳動的特點；了解齒輪傳動的潤滑及維修知識。 二、重點內(nèi)容 1了解齒輪傳動的輪齒彎曲、齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損及齒面塑性變形五種失效形式的特點、發(fā)生失效的部位、失效機理及減少或防止上述失效的措施，明確齒輪的設(shè)計計算準則。 2掌握直齒、斜齒圓柱齒輪及直齒圓錐齒輪傳動的受力分析，掌握圓周力、徑向力及軸向力的計算式及方向的判定方法。 3理解齒輪傳動的計算載荷和載荷系數(shù)的物理意義、影響因素以及數(shù)值確定； 4掌握直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸強度計算和輪齒彎曲強度計算的基本公式、推導(dǎo)設(shè)計計算公式的基本概念及思路、設(shè)計計算公式中各個參量的意義及應(yīng)用公式時

41、的注意事項。 5掌握斜齒圓柱齒輪及圓錐齒輪的傳動特點及計算特點。 三、教學(xué)指導(dǎo) 1本章與有關(guān)課程關(guān)系 在講授本章時，學(xué)生應(yīng)適當(dāng)復(fù)習(xí)有關(guān)課程的相應(yīng)內(nèi)容。如機械原理的齒輪嚙合原理、幾何尺寸計算及變位齒輪等，金屬工藝學(xué)的材料熱處理部分，公差技術(shù)測量、齒輪精度選擇等。 2齒輪傳動的失效形式和計算準則 齒輪的失效形式有五種，且比較典型，基本代表了各種機械零件的主要失效形式。因此，齒輪傳動的失效形式和計算準則不僅是本章的重點，而且是機械設(shè)計課程的重點。學(xué)習(xí)齒輪失效形式的目的是：1)在了解齒輪輪齒的失效形式的基礎(chǔ)上，分析失效的原因，作為建立齒輪計算準則的依據(jù)；2)提出防止失效的措施；3）明確失效的類型、特征

42、，為齒輪損傷的預(yù)報和故障診斷提供依據(jù)。對各種失效形式應(yīng)著重弄清楚其發(fā)生的條件，失效特征、部位，失效機理和防止措施。關(guān)于齒輪的計算準則，不僅應(yīng)弄清楚相應(yīng)于各種失效形式的計算準則，而且要結(jié)合閉式軟齒面齒輪、閉式硬齒面齒輪、開式齒輪等具體情況弄清楚其主要失效形式和計算準則。 3齒輪材料 要著重了解對齒輪材料的要求，掌握齒輪材料的選擇和齒輪熱處理方法等基本知識。在選擇齒輪材料時，不僅要著眼于各種材料本身的性能，而更重要的是充分利用各種熱處理方法來提高齒輪材料的性能和承載能力。 4齒輪傳動的載荷計算 要著重了解使用系數(shù)、動載系數(shù)、載荷分布系數(shù)、載荷分配系數(shù)等四個載荷系數(shù)的物理意義、影響因素及數(shù)值的確定。

43、此外，還應(yīng)了解降低系數(shù)對改進齒輪設(shè)計的重要指導(dǎo)意義。 5齒輪傳動的受力分析 齒輪傳動的受力分析非常重要，它不僅為齒輪強度計算所必需，而且也是以后計算軸和軸承所必需。因此齒輪的受力分析不僅是本章的重點，而且也是本課程的重點。此外，它也是本課程的難點。 在學(xué)習(xí)齒輪的受力分析時，要注意建立空間概念，多做練習(xí)。 直齒圓柱齒輪的受力分析雖然簡單，但它是基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)時不應(yīng)忽視。通過直齒圓柱齒輪的受力分析要初步掌握受力分析的方法。要了解受力分析的目的，弄清楚總壓力的方向、力的分解、各分力的大小、力的作用點及其方向的判別。 斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析，是各種齒輪受力分析問題中的重點，也是難點。應(yīng)當(dāng)在直齒圓柱齒輪

44、受力分析的基礎(chǔ)上，著重弄清楚軸向力方向的判別方法。軸向力方向的判別，建議使用“主動輪左、右手法則”。此外，還要特別注意弄清楚斜齒圓柱齒輪的轉(zhuǎn)向、螺旋線方向、軸向力方向三者間的相互關(guān)系，弄清楚利用“主動輪左、右手法則”及根據(jù)上述三者中任意兩個方向，確定第三個方向的方法。當(dāng)斜齒圓柱齒輪的轉(zhuǎn)向或輪齒傾斜方向改變時，其軸向力的方向均將發(fā)生改變。 為了加深對斜齒圓柱齒輪受力分析的理解，建議對習(xí)題中幾種情況作受力分析的 練習(xí)。 直齒圓錐齒輪傳動的受力分析比較簡單，其軸向力的方向分別指向各自的大端、徑向力的方向分別指向各自的輪心，這兩個分力的方向是固定不變的。同時還應(yīng)明確軸向力與徑向力之間的關(guān)系。 在講過單

45、級齒輪傳動的受力分析以后，還要作一些由各種齒輪傳動組合成的兩級齒輪傳動(如兩級圓柱、圓錐一圓柱、圓柱一蝸桿、蝸桿一圓柱、蝸桿一圓錐等兩級傳動)的受力分析練習(xí)；這樣才能使各種齒輪傳動的受力分析互相連貫、系統(tǒng)、鞏固。在設(shè)計兩級齒輪傳動時，應(yīng)考慮使中間軸上兩個齒輪的軸向力方向相反，以使兩軸向力能互相抵消一部分，從而減小軸承的載荷。兩級圓錐一斜齒圓柱齒輪傳動中間軸，圖中畫出了沿水平面作用于中間軸兩齒輪上的徑向力和軸向力，由圖可見斜齒輪的螺旋方向應(yīng)如何來設(shè)計。 6齒輪傳動的強度計算 直齒圓柱齒輪傳動、斜齒圓柱齒輪傳動、直齒圓錐齒輪傳動，這三種齒輪傳動的強度計算中，直齒圓柱齒輪傳動強度計算公式的建立具有典

46、型性，而斜齒圓柱齒輪，圓錐齒輪的強度計算都是轉(zhuǎn)化為當(dāng)量直齒圓柱齒輪而建立起來的。所以直齒圓柱齒輪的強度計算應(yīng)為講授的重點，而斜齒圓柱齒輪及圓錐齒輪的強度計算可在直齒圓柱齒輪強度計算的基礎(chǔ)上掌握其計算特點即可。 在講授直齒圓柱齒輪傳動的強度計算時，要著重于弄清楚計算的理論依據(jù)、相應(yīng)的力學(xué)模型、計算的基本假定、公式的推導(dǎo)過程、公式的應(yīng)用及單位、主要參數(shù)的物理意義、影響強度的因素等。 接觸強度計算的理論依據(jù)是赫茲公式。將赫茲公式應(yīng)用于計算漸開線齒輪的接觸應(yīng)力，是把兩齒廓的漸開線曲面的接觸近似地視為以接觸點的曲率半徑為半徑的兩圓柱體的接觸。齒輪嚙合過程中，其曲率半徑隨接觸點的不同而變化，在單對齒嚙合區(qū)

47、下界點處載荷由一對齒承擔(dān)而綜合曲率半徑又較小，因此，該點的接觸應(yīng)力最大(見教材圖)。但是當(dāng)Z120時， 其與節(jié)點的接觸應(yīng)力相差不大，為簡化計算，一般按節(jié)點接觸計算接觸應(yīng)力。在學(xué)習(xí)輪齒彎曲強度計算時，要著重弄清楚以下的幾個基本假定和概念：1)將輪齒視為懸臂梁；2)危險斷面按 30°切線法確定；3)忽略齒根的剪應(yīng)力和壓應(yīng)力，將齒根危險斷面處的最大拉應(yīng)力作為名義彎曲應(yīng)力，引入載荷系數(shù)修正后作為計算齒根應(yīng)力；4)考慮重合度的影響，最不利的載荷作用點為單對齒嚙合區(qū)上界點，但為了簡化計算，以全部載荷作用于齒頂進行計算，然后引入重合度系數(shù)進行應(yīng)力計算，把力作用于齒頂時的齒根應(yīng)力折算為力作用于單對齒

48、嚙合區(qū)上界點時的齒根應(yīng)力；5)齒形系數(shù)僅與輪齒的齒廓形狀有關(guān)，即與齒數(shù)Z、壓力角、齒頂高系數(shù)、刀具齒頂高系數(shù)、齒根圓角半徑、變位系數(shù)有關(guān)，而與模數(shù)無關(guān)。當(dāng)齒廓參數(shù)n、ha*、ha0*、pf為標準值時，則YFa僅與齒數(shù)z及變位系數(shù)x 有關(guān)，6)應(yīng)力修正系數(shù)是考慮齒根過渡曲線處的應(yīng)力集中及其它應(yīng)力影響的系數(shù)，與齒廓參數(shù)及變位系數(shù)有關(guān)。 齒輪的強度計算公式可用于校核計算和設(shè)計計算兩種情況。校核計算一般是校核應(yīng)力或安全系數(shù)。校核計算已知的條件是：小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1(或功率P及轉(zhuǎn)速n1)，齒輪的材料、熱處理方法、主要參數(shù)和主要尺寸，齒輪的壽命及工作情況。校核計算除校核應(yīng)力 (或安全系數(shù))外，有時也校核

49、傳遞的轉(zhuǎn)矩或功率。齒輪設(shè)計計算已知的條件為：傳遞的轉(zhuǎn)矩T1(或功率P及轉(zhuǎn)速n1)，傳動比，齒輪的壽命及工作情況。設(shè)計計算要求確定的內(nèi)容是：齒輪材料、熱處理方法，主要參數(shù)，主要幾何尺寸和齒輪的結(jié)構(gòu)。 7對齒輪強度計算公式的進一步討論 接觸強度計算公式表明：1)對齒輪接觸強度影響最大的參數(shù)是傳動中心距(或齒輪分度圓直徑)。因為a、d影響綜合曲率半徑的大小，從而接觸應(yīng)力降低，接觸強度容易得到滿足。當(dāng)a確定后，d1、d2和b也就確定了；2)一對相互嚙合的齒輪， 在大、小輪齒齒面上的接觸應(yīng)力是相等的。（3）應(yīng)用公式時，許用應(yīng)力應(yīng)該用大齒輪和小齒輪許用應(yīng)力值較小者。 彎曲強度計算公式表明：1)對齒輪彎曲強

50、度影響最大的參數(shù)是模數(shù)m，因為模數(shù)能反映輪齒的“高、矮、胖、瘦”程度，模數(shù)大輪齒也大，從而彎曲應(yīng)力降低，彎曲強度容易得到滿足。2)一對相嚙合的齒輪，大小齒輪的齒根彎曲應(yīng)力是不相等的，它與輪齒齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)的乘積有關(guān)，乘積值大則彎曲應(yīng)力也大。3)應(yīng)用設(shè)計公式時，應(yīng)比較大小齒輪中的值YFaYSa/F,代入大值。 8齒輪傳動的主要幾何尺寸與相關(guān)參數(shù)的協(xié)調(diào) 按設(shè)計公式計算出的中心距，一般 不是整數(shù)，為便于加工和測量應(yīng)圓整為較整齊的數(shù)值或標準數(shù)值。模數(shù)必須取為標準值，齒數(shù)必須取為整數(shù)。如果是斜齒圓柱齒輪，螺旋角多還應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)選取，一般當(dāng) 8一15度時, 可以體現(xiàn)斜齒輪的優(yōu)點，而且軸向力也不太

51、大。中心距與各參數(shù)數(shù)、必須同時滿足幾何關(guān)系和上述各項要求。為此，在設(shè)計時各參數(shù)要作適當(dāng)調(diào)整。 第六章 蝸桿傳動 一、基本要求 1了解蝸桿傳動的類型、特點和應(yīng)用。 2了解蝸桿傳動對材料的要求及蝸桿、蝸輪的常用材料。 3掌握普通圓柱蝸桿傳動的失效形式及設(shè)計準則。 4掌握蝸桿傳動的受力分析。 5掌握普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算及主要參數(shù)選擇。 6掌握普通圓柱蝸桿傳動的強度計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計。 7掌握蝸桿傳動的效率計算及熱平衡計算。 8了解蝸桿傳動的潤滑、潤滑劑和潤滑方法的選擇。 9了解蝸桿的剛度計算方法。 二、重點內(nèi)容 1種點掌握主耍參數(shù)Z1、Z2、q對蝸桿傳動工作性能的影響及其選擇原則，理解蝸桿直徑

52、系數(shù)的物理意義。 2理解蝸桿傳動與齒輪傳動失效形式、設(shè)計準則的異、同點，掌握蝸桿傳動設(shè)計計算方法上的特點 3分析蝸桿傳動與斜齒輪傳動受力分析方法上的異、同點，掌握蝸桿傳動中六個力之間大小的關(guān)系以及方向判別的規(guī)律，掌握蝸輪轉(zhuǎn)向的判定方法。 4掌握蝸桿傳勸效率的計算方法，理解熱平衡計算的目的及計算方法。 三、教學(xué)指導(dǎo) 1蝸桿傳動與齒輪傳動在嚙合原理、失效形式、受力分析、強度計算等方面都很相似，但又有不同之處。由于蝸桿傳動過程中，蝸輪齒面與蝸桿螺旋面之間存在較大的相對滑動速度。導(dǎo)致發(fā)熱設(shè)大，易膠合；磨損現(xiàn)象嚴重及傳動效率低。因此，蝸桿傳動在主要失效形式、材料的要求及選擇材料的方法、設(shè)計計算方法上都與

53、齒輪傳動不同。蝸桿傳動中輪齒的接觸情況及應(yīng)力狀況要比齒輪傳動更復(fù)雜，其強度計算式是參照齒輪傳動應(yīng)力分析的基本方法，并考慮到蝸桿傳動的特點而近似地推導(dǎo)出來的。由于蝸桿傳動的效率低，易發(fā)熱，對閉式的蝸桿傳動還必須進行熱平衡計算。所以，本章要以齒輪傳動為基礎(chǔ)，抓住蝸桿傳動與齒輪傳動既相似又不相同的特點，加強對基本概念的理解。 2主要參數(shù)及幾何關(guān)系 蝸桿傳動中，蝸輪齒圈部分的結(jié)構(gòu)形狀與齒輪不同，要注意蝸桿傳動中主要幾何參數(shù)間的關(guān)系：蝸桿分度圓直徑、傳動中心距、傳動比，在變位蝸桿傳動中蝸輪的分度圓與節(jié)圓重合(即dzdz)，蝸桿的分度線與節(jié)線不重合。 由于蝸輪輪齒通常用蝸輪滾刀加工而成，而蝸輪滾刀的分度圓

54、直徑及幾何參數(shù)必需與實際工作的蝸桿的分度圓直徑及幾何參數(shù)相同，蝸桿分度圓直徑d1=mz1/tq可見，若模數(shù)m一定，蝸桿分度圓直徑dl將隨著螺旋線升角和蝸桿頭數(shù)的變化而不同。為了減少蝸輪滾刀的數(shù)量及便于標準化，令z1/tq=q并將q規(guī)定為與模數(shù)相對應(yīng)的標準值，q稱為蝸桿直 徑系數(shù)，對于一個模數(shù),規(guī)定了14個相對應(yīng)的q值。 對蝸桿直徑系數(shù)q應(yīng)從三方面理解：(1)q是為了減少標準蝸輪滾刀的數(shù)目、便于標準化而人為規(guī)定的參數(shù)。(2)dImq，若m一定，增大q則d；也增大，此時蝸桿的剛度較好。(3)z1一定，增大q則入減小，此時蝸桿的傳動效率將會降低。 3 失效形式及設(shè)計計算 蝸桿傳動的失效形式與齒輪傳動的失效形式相似也有輪齒 折斷、齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合和齒面塑性變形等五種形式。但由于蝸輪齒面與蝸桿螺旋面之間存在較大的滑動速度，在潤滑不良時，磨損和膠合現(xiàn)象較嚴重，所以，在選擇蝸輪材料時，要用耐磨并減摩的材料，如鑄錫青銅、鋁鐵青銅及鑄鐵，并采用專用的蝸桿潤滑油。 由上分析可知，蝸桿傳動的主要失效形式是齒面的磨損、膠合及點蝕，但由于目前還缺乏符合實際的齒