哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)課程授課老師趙小力講課文檔

哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)課程授課老師趙小力第一頁，共五十七頁。一般機(jī)械設(shè)備原動(dòng)機(jī)：機(jī)械設(shè)備完成其工作任務(wù)的動(dòng)力來源；例如各類電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、氣缸、液壓缸等控制裝置：根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的不同工況對原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)實(shí)施控制的裝置；例如電控、機(jī)械控制等工作機(jī)：完成生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行裝置；例如輸送帶等傳動(dòng)裝置：將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給工作機(jī)例如帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)等前言傳動(dòng)類零部件第二頁，共五十七頁。前言傳動(dòng)裝置的作用：減速或增速將工作機(jī)的輸出速度減小或增加至工作機(jī)所需的速度，如減速箱；調(diào)速對工作機(jī)所需的不同轉(zhuǎn)速范圍對原動(dòng)機(jī)輸出速度進(jìn)行調(diào)整，如變速箱；改變運(yùn)動(dòng)形式將原動(dòng)機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)形式（如回轉(zhuǎn)）變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)所需的運(yùn)動(dòng)形式，如螺旋傳動(dòng)；增大轉(zhuǎn)矩將原動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩提高至工作機(jī)所需的工作轉(zhuǎn)矩以滿足動(dòng)力需求；傳遞和分配動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)將原動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)輸出至多個(gè)工作以滿足其不同需求，如機(jī)床；第三頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用定義：由螺桿和螺母組成螺紋副傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。主要功能：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換作為調(diào)整元件，以調(diào)整零件的相互位置；作為測量元件，以獲得很高的測量精度。螺旋傳動(dòng)常用于機(jī)床、起重機(jī)械、鍛壓設(shè)備、測量儀器、多維平移臺及其他機(jī)械設(shè)備中第四頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用第五頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用第六頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用第七頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用第八頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用第九頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用調(diào)整或固定零件位置，一般不在工作載荷下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；如機(jī)床進(jìn)給的微調(diào)螺旋舉起重物或克服大的軸向載荷，一般為間歇性工作，每次工作時(shí)間較短，速度較低，但軸向力較大，通常需要自鎖，效率較低；如千斤頂，低速/低效/自鎖傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，一般要在較長時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，速度較高，需要較高的效率和精度；如機(jī)床絲杠，高速/高效/高精螺旋傳動(dòng)按其用途可分為：調(diào)整螺旋：起重螺旋：傳導(dǎo)螺旋：第十頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用按螺紋副摩擦性質(zhì)可分為:滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋、靜壓螺旋?；瑒?dòng)螺旋：滑動(dòng)摩擦，應(yīng)用最廣特點(diǎn)：摩擦阻力大，易于自鎖，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。應(yīng)用場合：機(jī)床進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)、摩擦壓力機(jī)和千斤頂?shù)?。第十一頁，共五十七頁。螺旋傳?dòng)的類型和應(yīng)用滾動(dòng)螺旋：滾動(dòng)摩擦，工業(yè)應(yīng)用，一般或較高的精度要求特點(diǎn)：摩擦阻力小，低速不爬行，抗沖擊性能較差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。應(yīng)用場合：機(jī)床、測試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)和調(diào)整機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等。第十二頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用靜壓螺旋：液體摩擦，適用于高精度、高速場合。特點(diǎn)：摩擦阻力小，工作平穩(wěn)無爬行，壽命長，螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要精密供油系統(tǒng)。應(yīng)用場合：精密機(jī)床進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)等。第十三頁，共五十七頁。螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用常用于滑動(dòng)螺旋的螺紋牙型：矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋牙型角α=2β=0°，牙型角為0，效率高，主要用于傳動(dòng)，同心度差，牙根強(qiáng)度弱；牙型角α=2β=30°，效率較高，牙根強(qiáng)度高，易于制造，易于對中，在螺旋傳動(dòng)中應(yīng)用最普遍；β1=3°，β2=30°，工作邊牙型斜角小，傳動(dòng)效率低，非工作邊牙型斜角大，齒根強(qiáng)度大，易于對中，單向傳動(dòng)；第十四頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋的材料及許用應(yīng)力螺桿材料的要求：足夠的強(qiáng)度：常用：45、50鋼；重要傳動(dòng)：高耐磨性，熱處理，T12、65Mn、40Cr、40CrMn、20CrMnTi等合金鋼；精密傳動(dòng)：較好的尺寸穩(wěn)定性；可選用9Mn2V、CrWMn等鋼。第十五頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋的材料及許用應(yīng)力螺母材料的要求足夠的強(qiáng)度；摩擦副之間的摩擦系數(shù)??；耐磨性好；螺母材料常用：鑄造青銅ZCuSn10Pb1、ZCuSn5Pb5Zn5；重載低速：高強(qiáng)度鑄造青銅ZCuAl10Fe3或鑄造黃銅ZCuZn25Al6Fe3Mn3；低速輕載：耐磨鑄鐵。第十六頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋的材料及許用應(yīng)力滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓強(qiáng)為什么校核或計(jì)算壓強(qiáng)？第十七頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋的材料及許用應(yīng)力滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力第十八頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算受力分析：FT螺紋牙螺桿第十九頁，共五十七頁。滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算：螺桿軸向載荷轉(zhuǎn)矩失穩(wěn)螺桿斷裂穩(wěn)定性強(qiáng)度螺紋牙擠壓彎曲剪切摩擦力螺紋磨損耐磨性牙根剪斷/彎斷強(qiáng)度螺旋副要求自鎖性自鎖條件第二十頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺紋磨損螺桿斷裂螺紋牙根剪斷和彎斷受壓螺桿很長時(shí)還可能失穩(wěn)螺旋副的自鎖要求精密傳動(dòng)的螺距變化量根據(jù)抗磨損條件或螺桿斷面強(qiáng)度條件計(jì)算螺桿尺寸校核計(jì)算設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：第二十一頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算耐磨性計(jì)算

螺紋的磨損：多發(fā)生在螺母上；影響因素：螺紋副工作表面的壓強(qiáng)、滑動(dòng)速度、工作表面的粗糙度及潤滑狀況，其中最主要的是壓強(qiáng)。故耐磨性計(jì)算主要是限制螺紋工作表面的壓強(qiáng)，以免過度磨損。第二十二頁，共五十七頁。滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算耐磨性計(jì)算

假想螺紋牙可以展成一長條，設(shè)螺旋的軸向載荷為F，螺母旋合高度為H、螺距為p，螺紋旋合圈數(shù)為Z=H/p、螺紋工作高度為h、承壓面積為A，螺紋工作面上的壓強(qiáng)為ps，則螺紋的耐磨性條件為：第二十三頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算對于矩形和梯形螺紋，h=0.5p,則對于鋸齒形螺紋，h=0.75p,則mmmm若按耐磨性條件設(shè)計(jì)螺紋中徑d2時(shí)，mm耐磨性計(jì)算

第二十四頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算系數(shù)

的值，可根據(jù)螺母結(jié)構(gòu)選定整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，取

=1.2~2.5;

剖分式螺母:

=2.5~3.5;

傳動(dòng)精度較高時(shí),允許

=4根據(jù)軸向載荷F和選取[p]、

就可得d2，而后查表知d和p，最后得到H，校核后確定螺紋參數(shù)。由于旋合各圈受力不均，故旋合圈數(shù)z≤10.耐磨性計(jì)算

第二十五頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺桿斷面的載荷：FT1軸向力摩擦力矩螺桿強(qiáng)度計(jì)算

第二十六頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺桿強(qiáng)度計(jì)算

第四強(qiáng)度理論，螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件：起重螺旋因承受軸向力較大，速度較低，故需根據(jù)螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿螺紋小徑，根據(jù)公式3-29可知：鋸齒和矩形螺紋：梯形螺紋：第二十七頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算

螺母材料強(qiáng)度要低于螺桿，導(dǎo)致螺母螺紋牙易發(fā)生剪切和彎曲；計(jì)算時(shí)將螺母螺紋牙展開后看成懸臂梁牙根部剪切強(qiáng)度計(jì)算牙根部彎曲強(qiáng)度校核第二十八頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算

如果螺母和螺桿材料相同，應(yīng)校核螺桿螺紋牙強(qiáng)度。牙根部剪切強(qiáng)度計(jì)算牙根部彎曲強(qiáng)度校核第二十九頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺紋副自鎖條件校核自鎖條件：式中:′－當(dāng)量摩擦角

f′－當(dāng)量摩擦系數(shù)f－摩擦系數(shù)第三十頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算細(xì)長螺桿在軸向壓力大于某一臨界值時(shí)會(huì)發(fā)生橫向彎曲而出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。第三十一頁，共五十七頁。滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算受壓螺桿的穩(wěn)定性條件式為:Fc--螺桿穩(wěn)定的臨界載荷Fc與螺桿材料及長徑比(柔度)λ

有關(guān):式中:l--螺桿的最大工作長度

--螺桿長度系數(shù)

i--螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑第三十二頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算淬火鋼螺桿:當(dāng)

<85時(shí)不淬火螺桿:當(dāng)

>90時(shí)當(dāng)

<90時(shí)式中:I--螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩E--螺桿材料的彈性模量對于

<40的螺桿不用校核!當(dāng)≥85時(shí)第三十三頁，共五十七頁?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算第三十四頁，共五十七頁。5.8.4滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡介用滾動(dòng)體將滑動(dòng)摩擦改變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，提高了傳動(dòng)效率，鋼球或陶瓷球，圓柱、圓錐滾子。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)又被稱為滾珠絲杠副。第三十五頁，共五十七頁。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡介按球的循環(huán)方式，滾珠絲桿副分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)外循環(huán)：工藝性好，徑向尺寸大；第三十六頁，共五十七頁。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡介內(nèi)循環(huán)：流暢性好，徑向尺寸小，反向器加工復(fù)雜第三十七頁，共五十七頁。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡介第三十八頁，共五十七頁。5.8.5靜壓螺旋傳動(dòng)簡介利用靜壓原理使螺旋傳動(dòng)副始終處于液體摩擦狀態(tài)。當(dāng)兩摩擦表面被流體（液體或氣體）完全隔開時(shí)，摩擦表面不會(huì)產(chǎn)生金屬間的直接摩擦，流體層間的粘剪阻力就是摩擦力，這種摩擦稱為流體摩擦，不發(fā)生金屬磨損，是理想狀態(tài)！第三十九頁，共五十七頁。靜壓螺旋傳動(dòng)簡介梯形螺紋牙兩側(cè)面中徑處均布3-4個(gè)油腔，壓力供油第四十頁，共五十七頁。5.8.5靜壓螺旋傳動(dòng)簡介特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小、效率高、啟動(dòng)力矩小、減振、承載能力大、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工、安裝及調(diào)整困難，不自鎖，需供油裝置應(yīng)用場合：精度高、定位準(zhǔn)確和傳動(dòng)效率高的場合第四十一頁，共五十七頁。第二個(gè)大作業(yè)注意事項(xiàng)學(xué)習(xí)查詢手冊或國家標(biāo)準(zhǔn)，零部件要符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)械設(shè)計(jì)制圖時(shí)要考慮金屬工藝學(xué)的相關(guān)知識，如鑄件的鑄造圓角、車削退刀槽等；圖中確定尺寸時(shí)要參考手冊上給出的經(jīng)驗(yàn)值或進(jìn)行簡單計(jì)算后進(jìn)行圓整處理；布局合理，制圖規(guī)范，線型標(biāo)準(zhǔn)，圖面整潔，尺寸準(zhǔn)確圖中標(biāo)注尺寸要全面；第四十二頁，共五十七頁。第二個(gè)大作業(yè)注意事項(xiàng)螺桿長度，螺桿最底端不要頂?shù)孛?；螺桿退刀槽尺寸；人的推力250~500N，兩處摩擦力矩；手柄長度的選擇；符合制圖標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)題欄、明細(xì)表、技術(shù)要求等。第四十三頁，共五十七頁。第二個(gè)大作業(yè)注意事項(xiàng)裝配圖！非零件圖！第四十四頁，共五十七頁。第一個(gè)大作業(yè)存在的問題匯總

1、標(biāo)準(zhǔn)畫法

2、國家標(biāo)準(zhǔn)

3、尺寸標(biāo)注

4、工藝性要求

5、工程制圖第四十五頁，共五十七頁。第一個(gè)大作業(yè)存在的問題1、螺栓連接第四十六頁，共五十七頁。所涉及的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5782-2000（六角頭螺栓）①長度系列(單位為mm)為20～50(5進(jìn)位)、(55)、60、(65)、70～160(10進(jìn)位)、180～400(20進(jìn)位)。第四十七頁，共五十七頁。GB/T6170-2000(六角頭螺母)第四十八頁，共五十七頁。GB/T93-1987(彈簧墊圈)第四十九頁，共五十七頁。第一個(gè)大作業(yè)存在的問題2、雙頭螺柱連接第五十頁，共五十七頁。所涉及的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T899-1998（雙頭螺柱）①長度系列(單位為mm)為12、(14)、16、(18)、20、(22)、25、(28)、30、(32)、35、(38)、40、45、50、(55)、60、(65)、70、75、80、85、90、95、100～260(10進(jìn)位)、280、300。第五十一頁，共五十七頁。第一個(gè)大作業(yè)存在的問題3