机械设计8952120437

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。•稳定循环变应力可分为＿＿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：＿＿。1、带传动的特点•传动原理:以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力•优点：–弹性，能缓冲、吸振，故传动平稳、噪声小–摩擦型带传动,过载保护–中心距大，传动距离远，结构简单，成本低廉，装拆方便•摩擦型带传动:–弹性滑动，传动比不能恒定–不宜用于高温、易燃等场合•外廓尺寸较大，结构不紧凑效率较低（一）概述传动功率一般P≤80kW、线速度v=5~25(40)m/s、传动比2~4(10)1注意事项•为便于调节轴间距离和初拉力，没有张紧轮的传动，要求其中一根轴的轴承位置能在带长方向移动•传动的结构便于V带的安装与更换，应考虑带传动的防护•水平或接近水平的带传动，带的紧边在下，松边在上•平带传动与V带传动的小轮包角，应分别大于160度与120度•当两带轮中心线与水平线的夹角大于60度时，其传递的动力比水平状态递减•使用中更换V带时，新带的标准长度应与原设计一致•多根V带传动，为使各V带间的载荷分配均匀，V带的配组允差应符合国标规定•在易燃易爆场合下工作，应选用抗静电性能的传动带•对长期使用的带传动为了延长带的寿命，应限制初拉力F0本章小结●带传动的工作原理及特点摩擦传动，结构简单，中心距大，平稳，吸振，适合于高速级（转速高则转矩小，有利于带传动）●带传动受力分析、应力分析F、Ff、F1、F2、F0之间的关系，欧拉公式的含义；三种应力，变化规律，与带传动参数之关系●弹性滑动产生的原因，不可避免，使传动比不恒定，与打滑有本质区别●失效形式及设计准则打滑、疲劳破坏；在保证不打滑的前提下使带具有足够的疲劳寿命(一)失效形式疲劳折断现象：齿根处产生裂纹扩展断齿原因：根部应力集中、材料较脆轮齿折断根部受交变弯曲应力作用limFF弯曲疲劳极限过载折断(静强度问题)原因：脆性材料、突然过载或冲击二、齿轮传动的失效形式及设计准则Fn措施：增大齿根圆角半径、提高齿面精度、正变位、增大模数（主要方法）等全齿折断—常发生于齿宽较小的齿轮局部折断—常发生于斜齿轮或齿宽较大的直齿轮(二)设计准则齿面间的接触疲劳点蚀轮齿的弯曲疲劳折断齿面接触疲劳强度条件HPH轮齿弯曲疲劳强度条件FPF失效形式设计准则胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑具体工作条件下，如何运用上述准则闭式传动软齿面(硬度≤350HBS)按齿面接触疲劳强度条件设计按轮齿弯曲疲劳强度条件校核硬齿面(硬度350HBS)按轮齿弯曲疲劳强度条件设计按齿面接触疲劳强度条件校核开式传动按轮齿弯曲疲劳强度条件设计工作条件设计准则金属材料45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等非金属材料塑料、夹布胶木等选材时考虑：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1.齿轮材料第Ⅰ公差组－反映运动精度，即运动的准确性；第Ⅱ公差组－反映工作平稳性精度；第Ⅲ公差组－反映接触精度，影响载荷分布的均匀性。GB10095-1988将齿轮精度分为三个公差组：每个公差组有12个精度等级，1级最高，12级最低。精度标注示例：常用6～9级。且三个公差组可取不同等级。8－8－7－FLⅠⅡⅢ齿厚上偏差代号齿厚下偏差代号若三项精度相同，则记为：8－FL按表选取精度等级3、齿轮传动的精度等级2.计算载荷名义载荷(理论载荷)计算载荷(考虑实际因素的载荷)nnCKFF载荷系数斜齿、速度低、精度高、齿宽小、对称布置取小值③制造与安装误差，对于同时参与啮合的两对轮齿①原动机与工作机的工作特性②齿轮制造误差、两基节不等④齿轮非对称布置、轴的变形振动、冲击附加动载荷载荷集中载荷分配不等原动机工作机械的载荷特性均匀中等冲击较大冲击电动机1.0～1.21.2～1.61.6～1.8多缸内燃机1.2～1.61.6～1.81.9～2.1单缸内燃机1.6～1.81.8～2.02.2～2.4MPa)1(2HP211HEHubduKTZZ（校核式）讨论齿面接触疲劳强度主要取决于分度圆直径dd越大，接触强度越高σH越小,齿宽b的大小应适当，b过大会引起偏载为限制齿宽，令：则b=ψdd1(Fn减小;齿廓平直)模数m的大小对接触强度无直接影响d1＝mz1两齿轮的接触应力相等，σH1＝σH21ddb—齿宽系数齿面接触疲劳强度条件根据具体情况选取因σH1=σH2，而σHP1≠σHP2mm123d12HPHE1uuKTZZd（设计式）故，设计时应取σHP=min{σHP1,σHP2}求出d1→选择z1→计算m=d1/z1→计算a=m(z1+z2)/2将b=ψdd1代入校核式，整理后得设计式：模数m应向大的方向靠标准值，且m≥1.5；按标准模数反算d1、d2，至少精确到小数点后两位；中心距a应为整数，便于箱体座孔的加工测量，σHP越小，强度越低，应按强度低的齿轮设计，若a不是整数，则将其圆整，并对齿轮进行变位。为降低装配精度要求，取b1=b2+(5~10)mmb1=b2b1b2b2=b=ψdd11212提高齿面接触疲劳强度的主要措施●增大齿轮直径d或中心距a；MPa)1(2HP211HEHubduKTZZ●适当增大齿宽b；●提高齿轮精度等级、降低齿面粗糙度值；●改用机械性能更好的齿轮材料；●改变热处理方法，提高齿面硬度。减小接触应力增大许用应力齿宽应圆整不能全齿啮合保证全齿啮合FatYbmKFcos)(cos)(62FFFtmSmhbmKF齿根弯曲应力：WMF弯矩：M=F1·hF=FncosαF·hFK抗弯剖面系数：W=b·SF2/6（矩形截面）齿宽2FFFncos6bShKFFn=Ft/cosα令其为齿形系数—YFacoscos62FFFtbShKF分子、分母同除以m2σFcos)(cos)(62FFFFamSmhY齿形系数：mSmhFFλ、γ—与齿形有关的比例常数所以，YFa与模数m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，YFa取决于齿数z和变位系数χ。FatFYbmKF标准齿轮：z越多，则YFa越小，σF越小。z↑、χ↑齿根越厚模数m不变MPa2FPSaFad2131FYYzmKT设计式：mm23FPεSaFad211YYYzKTm讨论影响齿根弯曲疲劳强度的主要参数是模数mm↑→弯曲强度↑→齿厚SF→截面积↑→σF↓↑配对大、小齿轮的弯曲应力不等：σF1≠σF2标准齿轮YFa1YSa1＞YFa2YSa2故σF1＞σF2设计时，比较代入大值；校核时，两齿轮应分别计算FP1Sa1Fa1YYFP2Sa2Fa2YY与的大小，因σF1＞σF2，且小齿轮应力循环次数多，故小齿轮的材料应选好些，齿面硬度稍高些轮齿单侧受载时，σF看成脉动循环；双侧受载时，σF看成对称循环齿数z1的选取分度圆直径d一定时（即a、i不变）：z1↑YFaYSam→σF↓↓↓→σF↑σF↑z1↑εαm→平稳↓↑→h↓→切削量少，省工省时原则：在保证齿根弯曲强度的前提下，选取尽可能多的齿数。闭式软齿面传动：z1=20~40；闭式硬齿面或开式传动：z1=17~25双侧受载时，σH的性质？提高齿根弯曲疲劳强度的主要措施●增大模数m；●适当增大齿宽b；●提高齿轮精度等级、增大齿根圆角半径；●改用机械性能更好的齿轮材料；●改变热处理方法，提高齿面硬度。减小弯曲应力增大许用应力●采用正变位齿轮以增大齿厚；MPa2FPSaFa11FYYbmdKT思考题：一对标准直齿圆柱齿轮传动，中心距、传动比和其他条件不变，若减少齿数同时相应增大模数，试问对齿轮传动有何影响？1.齿轮传动强度设计步骤(1)根据工作条件、材料等分析轮齿可能失效形式装置型式：开式闭式半开式工作情况：低速高速重载轻载材料：硬齿面硬度350HBS软齿面硬度≦350HBS(2)建立相应的强度计算式(3)合理选择有关参数进行计算，确定d1或m(4)考虑其它可能产生的失效形式，进行强度校核(5)几何尺寸计算及结构设计七、齿轮传动的设计轮齿具有足够强度和韧性抵抗轮齿折断齿面具有较高的硬度和耐磨性抵抗齿面点蚀、胶合、磨损、塑性变形高速、重载体积紧凑较好的材料及热处理方式(2)精度等级传递功率大2.有关参数的选择原则(1)材料与热处理方式圆周速度高传动平稳噪声小较高的精度等级齿的种类传动种类齿面硬度HBS齿轮精度等级3,4,56789直齿圆柱的≤350＞12≤18≤12≤6≤4＞350＞10≤15≤10≤5≤3圆锥的≤350＞7≤10≤7≤4≤3＞350＞6≤9≤6≤3≤2.5斜齿及曲齿圆柱的≤350＞25≤36≤25≤12≤8＞350＞20≤30≤20≤9≤6圆锥的≤350＞16≤24≤16≤9≤6＞350＞13≤19≤13≤7≤63、齿数z的选择对于闭式软齿面传动：对于闭式硬齿面或开式齿轮传动：一般取z1=20~40以便增大模数提高弯曲强度大、小齿轮的齿数最好互质，使磨损均匀一般取z1=17~25齿数多，则重合度大，运动平稳性好，噪声小。4、模数m（mn）的选择强度计算后得到，圆整成标准值，优先选用第一系列传递动力时，圆柱齿轮m≥1.5，锥齿轮m≥25、螺旋角β的选择一般取β=10°~20°平稳性↑承载能力↑轴向力↑轴承受力↑β↑6、齿宽系数ψd、ψR的选择支承刚度大、斜齿轮传动，ψd取偏大值；硬齿面、悬臂布置易产生偏载，故ψd取值很小；齿宽系数轴向尺寸易引起偏载齿宽b径向尺寸强度设计时，齿宽系数应选择适当：开式齿轮传动安装精度差，ψd取小值。锥齿轮传动：ψR不宜过大，常取ψR=1/4～1/3本章小结●失效形式和设计准则失效产生的原因、场合；防止失效的措施；设计准则主要针对齿面疲劳点蚀和轮齿疲劳折断●齿轮材料、热处理方法及精度的选择●直齿及斜齿圆柱齿轮的受力分析轮齿螺旋线方向的判断，各分力的对应关系及方向的判断，特别是斜齿轮的轴向力●圆柱齿轮传动的强度条件齿面接触疲劳强度条件针对齿面点蚀失效，齿根弯曲疲劳强度条件针对轮齿疲劳折断，重点是直齿圆柱齿轮传动的强度条件选用材料的基本要求，材料的配对，大、小齿轮齿面硬度的选择●许用应力许用应力与材料、齿面硬度、应力循环次数有关●强度条件中的设计参数●设计步骤和方法设计计算和校核计算，数据处理（圆整或取标准值），合理选择齿轮参数●锥齿轮传动的受力分析及强度计算特点各分力的对应关系及方向判断（注意与斜齿圆柱齿轮的异同之处）；将锥齿轮转化为当量直齿圆柱齿轮进行强度计算z、d、m、b、ψd、β等的选择及对齿轮传动的影响；载荷系数K所考虑的因素；YFa的物理意义及与齿数、变位系数的关系1234XXXX高速级低速级课堂练习合理确定啮合齿轮的螺旋方向，并标出中间轴齿轮受力方向23XFa2Fr2Ft2Fr2Fa2Ft2XFa3Fr3Fa3Fr3Ft2Ft2实例：1)材料、热处理闭式齿轮传动，单向运转、平稳载荷、工作寿命5年、16h/天、4min/9701511urnkWP轴刚度较小、齿轮非对称布置设计内容设计依据方案1方案2方案34540Cr大小4540Cr齿轮材料齿轮热处理调质小正火表面淬火大表3-1齿轮硬度230HBS50HRC小190HBS50HRC大转矩)(1NmmT1161/1055.9nPT147680.41170接触疲劳极限)(MPa1limH580图3-62limH5501170弯曲疲劳极限)(MPa