哈工大機械設計輔導資料書籍

《機械設計》課程總結哈爾濱工業(yè)大學機械設計系趙小力2010機械設計的主要內(nèi)容原理特點，受力失效設計準則，材料選擇強度計算，參數(shù)選擇結構設計3一、機械系統(tǒng)的組成其它輔助系統(tǒng)：例如潤滑、顯示、照明等動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)4{

是機械制造過程中為完成同一目的而由若干協(xié)同工作的零件組合在一起的組合體。機械部件：

專用零件：氣輪機的葉片；汽缸通用零件：齒輪；螺栓機械零件：是機械制造過程中不可分拆的最小單元5二、摩擦、磨損和潤滑

摩擦分類：外摩擦（存在于兩物體表面之間）內(nèi)摩擦（流體內(nèi)部產(chǎn)生的粘剪力）

按照兩表面的潤滑狀況，摩擦分為：

1）干摩擦----無潤滑狀態(tài)

2）邊界摩擦——邊界潤滑狀態(tài)

3）流體摩擦——流體潤滑狀態(tài)

4）混合摩擦——混合潤滑狀態(tài)6磨損過程（三階段）7磨損的五種形式1）粘著磨損2）磨粒磨損3）疲勞磨損4）沖蝕磨損5）腐蝕磨損8三、螺紋連接-可拆連接常用螺紋及其特點、應用對螺紋的要求：足夠的強度和良好的工藝性聯(lián)接螺紋：自鎖管螺紋：緊密性、氣密性傳動螺紋：效率高調(diào)整螺紋：精度高起重螺紋：效率高、自鎖性好螺紋的分類：按牙形：三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋按母體形狀：圓柱螺紋、圓錐螺紋9d--螺紋大徑-公稱直徑d1-螺紋小徑-危險截面的計算直徑d2--螺紋中徑-螺紋幾何關系及受力分析的基準

p--螺距n--線數(shù)S--導程y

--螺紋升角

，牙型角

--牙型斜角螺紋的主要參數(shù)10螺紋的自鎖條件：式中:

′--當量摩擦角，

--當量摩擦系數(shù)11螺紋連接基本類型普通螺栓連接鉸制孔螺栓連接1、螺栓連接

12螺紋連接基本類型2、螺釘連接

13螺紋連接基本類型3、雙頭螺柱連接

14螺紋連接基本類型4、緊定螺釘連接

15螺紋連接的防松1、摩擦防松

(1)雙螺母(2)彈簧墊圈(3)鎖緊螺母16螺紋連接的防松2、機械防松

(1)開口銷與六角開槽螺母(2)止動墊圈(3)串聯(lián)鋼絲17螺紋連接的防松3、永久防松

焊接沖點涂膠18單個螺栓連接的強度計算1、松螺栓連接19單個螺栓連接的強度計算2、緊螺栓連接

受橫向載荷的緊螺栓連接（1）普通螺栓連接靠接合面的摩擦力傳遞外力螺栓既受拉應力又受扭剪應力20對于常用的M10~M68的普通螺栓拉應力剪應力螺栓的當量應力21（2）鉸制孔螺栓連接螺栓桿的剪切強度條件為:螺栓與孔壁的擠壓強度條件為：22

受軸向工作載荷的緊螺栓連接23校核公式：設計公式：靜強度計算疲勞強度條件為提高螺栓連接強度的措施

1.改變螺紋牙上載荷分配

2.提高疲勞強度的措施（1）減少應力幅（2）減少應力集中2425五、撓性件傳動帶傳動的特點、類型、幾何計算受力、應力、失效形式、設計準則帶輪結構帶的張緊26

帶傳動的應力分析2.由離心力產(chǎn)生的應力及其位置1.由緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的應力及其位置3.由帶彎曲產(chǎn)生的應力帶傳動的受力力分析27

帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象

若傳遞的基本載荷超過最大有效圓周力,帶在帶輪上發(fā)生顯著的相對滑動即打滑。打滑總是從小輪上開始。28

帶傳動的失效形式和設計準則帶傳動的失效形式是：打滑和疲勞破壞帶傳動的設計準則是：

在保證帶工作時不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命29帶的張緊定期張緊裝置自動張緊裝置用帶輪張緊30六、齒輪傳動齒輪傳動特點、失效形式、設計準則計算載荷（四個系數(shù)）受力分析(轉向、旋向、力方向)直齒、斜齒圓柱齒輪的強度計算、各種修正系數(shù)影響因素齒輪傳動主要參數(shù)選擇齒輪結構31主要失效形式：32齒輪傳動的設計準則?閉式軟齒面齒輪傳動：常因齒面點蝕而失效，故通常先按齒面接觸疲勞強度進行設計，然后校核齒根彎曲疲勞強度。?閉式硬齒面齒輪傳動：其齒面接觸承載能力較高，故通常先按齒根彎曲疲勞強度進行設計，然后校核齒面接觸疲勞強度。?開式齒輪傳動：其主要失效形式是齒面磨損，而且在輪齒磨薄后往往會發(fā)生輪齒折斷。故目前多是按齒根彎曲疲勞強度進行設計，并考慮磨損的影響將模數(shù)適當增大。?高速重載齒輪傳動：可能出現(xiàn)齒面膠合，故需校核齒面膠合強度。33載荷系數(shù)齒輪傳動的計算載荷使用系數(shù)KA：考慮由于齒輪嚙合外部因素引起附加動載荷影響的系數(shù)。動載系數(shù)K

：考慮由于齒輪制造精度、運轉速度等輪齒內(nèi)部因素引起的附加動載荷影響系數(shù)。齒向載荷分布系數(shù)K

：考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻?qū)嘄X應力的影響系數(shù)。齒間載荷分配系數(shù)K

：考慮同時嚙合的各對輪齒載荷分配不均勻?qū)嘄X應力的影響系數(shù)。34輪齒受力分析圓周力徑向力法向力力的方向判斷:作用于主、從動輪上的各對力均大小相等，方向相反。Ft

在主動輪上與運動方向相反，在從動輪上與運動方向相同。Fr

的方向與嚙合方式有關，對于外嚙合，主、從動輪上的徑向力分別指向各自的輪心。35齒面接觸疲勞強度的設計公式:或兩輪的工作接觸應力σH1＝σH2，但許用接觸應力不相等，即[σ]H1≠[σ]H2，它們與兩輪的材料、熱處理和應力循環(huán)次數(shù)等有關。在設計和校核計算中，取[σ]H＝min｛[σ]H1，[σ]H2｝。36大小齒輪應分別進行彎曲強度校核時設計模數(shù)時,應按下式選擇齒根彎曲疲勞強度的設計公式37斜齒輪傳動的受力分析標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算38齒面接觸強度齒根彎曲疲勞強度39齒輪傳動主要參數(shù)的選擇1、模數(shù)m和齒數(shù)Z12、齒寬系數(shù)

d、a3、分度圓壓力角

4、齒數(shù)比u

5、螺旋角

40七、蝸桿傳動蝸桿傳動特點類型失效形式、設計準則受力分析（轉向、旋向、力的方向）效率結構411、特點：單級傳動比大;結構緊湊;傳動平穩(wěn),無噪音;可自鎖;傳動效率低;成本高。2、蝸桿傳動的類型環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動圓柱蝸桿傳動按蝸桿形狀分:根據(jù)齒面形狀不同分為：普通蝸桿傳動;圓弧圓柱蝸桿傳動42普通圓柱蝸桿傳動中間平面上的參數(shù)作為設計基準蝸桿傳動的正確嚙合條件旋向相同43

為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目并便于滾刀的標準化，因此對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑md1.蝸桿傳動的失效形式和設計準則失效形式：主要是齒面膠合、點蝕、磨損和輪齒折斷，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。設計準則：通常按齒面（蝸輪）接觸疲勞強度條件計算蝸桿傳動的承載能力。在選擇許用應力時，要適當考慮膠合和磨損失效因素的影響。對閉式傳動要進行熱平衡計算，必要時對蝸桿強度和剛度進行計算。44力的方向：確定圓周力Ft及徑向力Fr的方向的方法同外嚙合圓柱齒輪傳動，而軸向力Fa的方向則可根據(jù)相應的圓周力Ft的方向來判定，即Fa1與Ft2方向相反，F(xiàn)t1與Fa2的方向相反。也可按照主動件左右手定則來判斷。1）B＜300MPa，錫青銅時，材料本身抗膠合能力強，多發(fā)生點蝕失效，許用應力的選擇主要與循環(huán)次數(shù)有關2）B≥300MPa，鋁鐵青銅或鑄鐵時，材料本身抗點蝕能力強，多發(fā)生膠合失效，進行齒面接觸疲勞強度計算是條件性的，通過限制齒面接觸應力大小來防止發(fā)生膠合。許用接觸應力選擇與滑動速度和材料有關，而與循環(huán)次數(shù)無關。9.4.2蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強度計算的校核公式為：，MPa47蝸桿傳動的效率式中：

1—嚙合效率

2

3—分別為軸承效率和攪油效率一般取

2

3=0.95~0.9648八、軸軸的分類設計軸的幾種估算方法軸的結構設計軸上零件的固定方法（軸向、周向）491.軸的分類轉軸心軸傳動軸轉動心軸固定心軸按受載荷分（1）曲軸;（2）軟軸;（3）空心軸按結構形狀分2.軸徑的初步估算一、類比法二、經(jīng)驗公式計算三、按扭轉強度計算50軸的結構設計1.轉軸的一般設計步驟三步：（1）初定軸徑；（2）結構設計畫草圖，確定軸的尺寸，得到跨距和力的作用點；（3）強度計算，做出彎矩、扭矩圖，校核危險截面強度。2.軸上零件的固定方法（軸向、周向）3.安全系數(shù)和抗彎扭合成強度校核已知條件選擇軸的材料初算軸徑結構設計計算彎矩轉矩校核計算完善設計修改直徑不滿足第六章軸轂聯(lián)接52九、滾動軸承滾動軸承結構、特點、類型、代號受力分析和失效形式壽命計算角接觸軸承的內(nèi)部軸向力軸承部件結構設計53滾動軸承代號滾動軸承主要類型代號表6深溝球軸承L直線軸承5推力球軸承U外球面球軸承4雙列深溝球軸承NA滾針軸承3圓錐滾子軸承N圓柱滾子軸承29推力調(diào)心滾子軸承9推力圓錐滾子軸承2雙列調(diào)心滾子軸承8推力滾子軸承1雙列調(diào)心球軸承7角接觸球軸承0雙列角接觸球軸承代號軸承類型代號軸承類型55例如:7210C7210C/P5/DF/P5/DF軸承類型為角接觸球軸承尺寸類型代號,其中寬度類型代號為0,窄系列,省略不寫,直徑系列代號為2,輕系列軸承內(nèi)徑空一個字符公稱接觸角軸承精度等級為5級面對面配置（1）當載荷較大或有沖擊載荷時，宜用滾子軸承；當載荷較小時，宜用球軸承。（2）當只受徑向載荷時，或雖同時受徑向和軸向載荷，但以徑向載荷為主時，應用向心軸承。當只受軸向載荷時，一般應用推力軸承，而當轉速很高時，可用角接觸球軸承或深溝球軸承。當徑向和軸向載荷都較大時，應采用角接觸軸承。軸承選型（4）當要求支承具有較大剛度時，應用滾子軸承。（5）當軸的撓曲變形大或軸承座孔直徑不同、跨度大而對支承有調(diào)心要求時，應選用調(diào)心軸承。（6）為便于軸承的裝拆，可選用內(nèi)、外圈分離的軸承。（7）從經(jīng)濟角度看，球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結構軸承比特殊結構的軸承便宜。（3）當轉速較高時，宜用球軸承；當轉速較低時，可用滾子軸承，也可用球軸承。58滾動軸承的失效形式1.疲勞點蝕2.塑性變形3.磨粒磨損4.膠合滾動軸承的計算準則壽命計算：對于轉動的滾動軸承，疲勞點蝕是其主要失效形式，因而主要是進行壽命計算，必要時再作靜強度校核。靜強度計算：對于不轉動、低速或擺動的軸承，局部塑性變形是其主要失效形式，因而主要是進行靜強度計算。校核極限轉速：對于高速軸承，發(fā)熱以至膠合是其主要失效形式，因而除進行壽命計算外還應該校核極限轉速。滾動軸承的壽命計算基本額定動負荷：軸承工作溫度在以下,基本額定壽命時，軸承所能承受的最大載荷，用C表示?；绢~定壽命：一批相同軸承，在相同條件下運轉，90%軸承在疲勞點蝕前轉過的總轉數(shù)，單位為106r。60在當量動載荷P作用下的基本額定壽命為滾動軸承的載荷與壽命之間的關系:常用小時數(shù)表示基本額定壽命Lh引入溫度系數(shù)fT和載荷系數(shù)fP61當量動載荷

把實際載荷折算為與基本額定動負荷的方向相同的一假想載荷，在該假想載荷作用下軸承的壽命與實際載荷作用下的壽命相同，則稱該假想載荷為當量動載荷，用P表示。當量動載荷P的計算式：62角接觸軸承的內(nèi)部軸向力由力的平衡條件得作用在軸承Ⅱ上的軸向載荷為作用在軸承上的軸向載荷只有自身的內(nèi)部軸向力,即63滾動軸承部件結構設計1、安裝和拆卸2、定位和固定3、配合和調(diào)整4、潤滑和密封67十、滑動軸承滑動軸承分類、特點、應用結構形式軸瓦結構計算P值、Pv值的意義流體動壓的形成原理、基本方程68滑動軸承的分類按滑動軸承工作時軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦狀態(tài)，滑動軸承可分為:

液體摩擦軸承非液體摩擦軸承液體動壓潤滑軸承液體靜