掌握直齿圆柱齿轮传动齿面接触强度和齿根弯曲强度计算的力学模型

K S 1.2 , 300 M Pa, 试求螺栓小径.
L
当两个螺栓水平放
P 置时的计算过程
L
P
a
a
讨论如果用普通螺栓联接，求螺栓的预紧力 FP
不滑移条件：FP f KS F
300
FP

KS F f
P
150
求普通螺栓小径
15 0
d1
1.3 4 FP

F2
F
F2 F1
螺距 p —螺纹相邻两个牙型 上对应点间的轴向距离
（不论是否同一条螺旋线）
tan n 2
二、螺纹特点及应用:
v arctan fv
fv

f cos β
螺旋副效率


tan tan ( v
)
螺旋副自锁条件 v
β 三角形β 300 梯形 150 矩形 =0
m增大， F减小，弯曲强度提高。
2、相啮合齿轮,如 z1 则z2

;
F1


F
2
F

2 KT1 bd 1 m
Y
YFa YSa
三角形螺纹和管螺纹自锁性好，用于连接。
矩形、梯形螺纹传动效率高，用于传动。
提高螺纹联接强度的措施
1. 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅； 2. 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象； 3. 减小应力集中； 4. 避免或减小附加弯曲应力； 5. 采用合理的制造工艺。
第3章 螺纹连接
重点 1、螺纹连接的类型及应用。 2、螺栓组连接的受力分析，螺栓组承受横向载荷、轴 向载荷和转矩三种情况。 3、普通螺栓连接的强度计算。 难点 三种载荷情况作用下螺栓组连接的受力分析。
｝ Fe F1 F2
F1 F2e f F1 F2 2F0
Fec

2F0
e f e f
1 1
最大有效拉力Fec影响因素：
1.初拉力F0；
2.摩擦系数 f ;

3.包角a (a 1120o); 措施
简答题
题目1：带传动的打滑经常在什么情况下发生？打 滑多发生在大轮上还是小轮上？刚开始打滑时， 紧边拉力松边拉力有什么关系？
如果用铰制孔螺栓联接，求螺栓配合F面直径
d0

F
Lmin
p
d0
4F

例：联轴器用6个普通螺栓联接。传递的扭矩
T=150N·M,螺栓材料的许用应力[]=140MPa ,
f=0.15, K S ，1求.2 螺栓小径。
F
D=150mm
D
T
横向载荷 F 2T
ZD
不滑移条件：FPf KSF
按弯曲疲劳强度设计，校核接触疲劳强度 3、开式齿轮 主要失效：齿面磨损、轮齿折断
按弯曲疲劳强度设计，不需校核接触疲劳强度， 把模数增大10%左右考虑磨损的影响
第6章 齿轮传动
重点与难点 1、载荷系数中各系数（KA、KV 、Kβ、Kα）的意义、影响因素。 2、齿轮传动的受力分析，主要是斜齿轮各分力的方向判定和大小 计算、锥齿轮受力方向判定；双级齿轮传动的受力分析。 3、强度公式中主要系数（Zε、Zβ、YFa、YSa、Yε、Yβ）的意义及 对齿轮强度的影响；基本参数（z1、d、）的选择。 4、强度公式的应用（齿轮传动强度的分析与比较、传动尺寸的设 计与圆整）。
三、螺栓组受力分析
1. 把螺栓组承受的载荷向螺栓组的形心简化； 2. 确定螺栓组所承受的载荷(三种基本受力状态的不同组
合)；（横向力，轴向力，转矩） 3. 求出在不同受力状态下，每个螺栓承受的工作载荷； 4. 对载荷进行叠加，确定每个螺栓的总工作载荷，求单
个螺栓的最大载荷，进行强度计算。
用普通螺栓连接
答：带传动的打滑经常在过载情况下发生；
打滑多发生在小轮上；
刚开始打滑时，紧边拉力松边拉力存在如下
关系：
F1 F2e f
题目2：为什么带传动通常布置在高速级，但 在设计时又要对线速度加以限制？
【答】由
c

2
A
可知，为避免过大的离心应力，
带速不宜太高；
紧边拉力
F1

F0

Fe 2

F0
1000 P
二、齿轮传动的设计准则(design criteria)
总体原则：保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度
1、闭式软齿面 主要失效：疲劳点蚀
先按H≤[H] 算出齿轮主要尺寸，再校核F≤[F]
按接触疲劳强度设计，校核弯曲疲劳强度
2、闭式硬齿面 主要失效：轮齿折断
先按F≤[F]算出齿轮的主要尺寸，再校核H≤[H]
二、滚子链传动的主要失效形式
1、铰链的磨损
齿数应选奇数，与偶数链节相啮合可以使磨损均匀。
2、链条的疲劳破坏 3、铰链的胶合
三、参数选择
1、链轮齿数 z1, z2
齿数 z1范围：
传动比 i 1
2
3
4
5
6
z1
31 27 25 23 21 17
太少
链速变动大，运动不均匀性和动载荷增大，铰链和齿面磨损加剧；
r
疲劳曲线（σrN—N）

m rN
N

C


m r
N0
rN ·
r
rN

r m
N0 N
N N0 ND N N
有限寿命 疲劳极限
当NC N N D
lim

rN

r m
N0 N
无限寿命
当 N ND
lim rN

r
m
N0 ND
疲劳极限
r
机械零件的接触强度
F
H1 H2 H
5、掌握斜齿圆柱齿轮传动强度计算的特点；螺旋角的选择。 6、掌握直齿锥齿轮传动强度计算的特点。 7、掌握齿轮传动基本参数（z1、d、）的选择；许用应力的确定。
一、传动类型选择与布置
应考虑因素：效率,功率，圆周速度，尺寸，重量，使用环境等。 V带传动：传动平稳，噪声小，具有过载保护能力，但尺寸较大。
太多
导致z2过多，啮合圆外移量Δd（爬高）越大，越容易出现脱链或者 跳齿；同时增加传动尺寸和质量。
z 齿数 应1 尽量多选，但应使 z2 120,
齿数应选奇数，与偶数链节相啮合可以使磨损均匀。
通常限制链传动的传动比i≤6，推荐的传动比i＝2～3.5。
基本要求
第6章 齿轮传动
1、了解齿轮常用材料及热处理；齿轮的结构；齿轮传动的润滑。 2、掌握齿轮传动的失效形式和设计准则；齿轮传动的计算载荷。 3、掌握齿轮传动的受力分析（各力大小的计算和方向判定）。 4、掌握直齿圆柱齿轮传动齿面接触强度和齿根弯曲强度计算的力学模型、应力循环特 性、强度计算公式中主要参数的意义及对应力（或强度）的影响、强度式的应用。
试求: 1、螺栓小径; 2、安装时预紧力
FP。
F
总工作拉力 F p . π D 2 / 4
p
工作拉力
F∑ pπD 2 / 4 F= =
z
z
预紧力
FP

FQ

Cb
Cb Cm
F
D
气缸螺栓连接图
例1：一横板用两个普通螺栓联在立柱上，已 知P=4000N，L=200mm，a=100mm, f=0.15,
H ZE Z ZH
2KT1 u 1 bd12 u
2、影响齿轮接触强度的主要参数是 d；1
d1 增大，H 减小，接触强度 提；高 当 d1=mz1不变时，不同的m、z1组合对
接触强度影响不大。
1

d1 mz1
对齿根弯曲疲劳强度计算的说明：
1、影响齿根弯曲强度的主要参数是 m ；
[ ]
4
1.3FQ
d12
[ ]
4
铰制
螺栓


F
d 0 2
/4



p

F d0 Lmin


p
第4章 轴与轮毂的连接和其他连接
基本要求 1、了解轴毂连接的类型、特点。 2、掌握键连接的类型、结构、工作原理及应用； 掌握平键连接的尺寸选择和强度计算。 3、了解花键连接的类型、工作原理及应用。
链传动结构
1. 滚子
2. 套筒
p
3. 销轴
﹛ 4.内链板 5.外链板
节距 p
链条的基本参数 排数 n
链节数 LP
链传动的多边形效应影响？？
链轮齿数z越少，180o z，大链速变动越大。
不准确的瞬时传动比使从动轮
v
具有角加速度，产生动载荷。
v
β
1
链轮转速越高、节距 p 越大(质量大)，链轮齿数越少，动 载荷越大。链节和链轮啮合瞬间的相对速度，也将引起冲 击和动载荷。
强度条件：
d1
1.3 4Fp

工作载荷计算式
载荷 横向力
轴向力
普通 螺栓
FP

K S F f zi
F F z
铰制 螺栓
F F z
转矩
FP
K ST
z
f ri
i 1
Fmax

Trmax
z
ri2
i 1
强度表达式
仅受预紧力
预紧力与工作拉力
普通 螺栓
1.3Fp
d12
1200
第5章 带传动和链传动
带传动基本要求 1、了解带传动的类型、工作原理、特点及应用；普通 V带的型号、带轮结构；带传动的张紧。 2、掌握带传动的力分析、应力分析、弹性滑动与打滑 现象；带传动的失效形式及设计准则；普通V带传动的 设计。
第5章 带传动和链传动
重点及难点 1、最大有效力拉力Fec的物理意义及其影响因素； 2、对带传动的工况、弹性滑动和打滑现象的理解。 3、设计参数的选择及对传动的影响（D1、v、a、1）。
通常布置在高速级。 链传动： 承载能力大，效率高，压轴力小，但有较大冲击。通常布置在低速级。 锥齿轮传动：尺寸大时加工困难。通常布置在次高速级。 蜗杆传动：高速时效率较高，传动比大。通常布置在次高速级。
但是在考虑到整体尺寸要求紧凑的时候，不适宜布置在高速级。 圆柱斜齿轮传动：通常布置在次高速级.可设计成单级或多级。 圆柱直齿轮传动：通常布置在低速级.可设计成单级,两级或多级。
F
FP
F
FP f
i 2
FP
i 1
连接的不滑移条件：FP f Z i K S F
FP

K S F f Zi
2、受转矩的螺栓组连接
a.用普通螺栓连接
T
ri
FP f
FP
K ST
z
f ri
i 1
FP f
连接的不转动条件：
z
FP f ri K ST
i 1
b.采用铰制孔螺栓连接
z
Fi ri T
i 1
Fmax Fi
rmax
ri
T
ri
rmax
受载最大的螺 栓所受剪力
Fi
Fmax Fmax

Trmax
z
ri2
i 1
3、受轴向力的紧螺栓组连接
例:图示气缸盖用6个普通螺栓联接,已知气缸压力p=2MPa，
D=80mm,取 FP , 1.5F , C m 2C b , 160 M Pa,

为避免紧边过大的拉应力，
1

F1 A
，带速不宜太低。
第5章 带传动和链传动
链传动基本要求 1、了解链传动的类型、特点及其应用；滚子链条与链轮的 结构、规格、主要尺寸和参数。 2、掌握链传动的运动特性及参数（p、z1、z2、a）选择。
重点与难点 链传动的运动特性、多边形效应和参数对链传动的影响。
1
H
F L

1
1

1
2

(1 12 1 22 )
σH σH
2
L
E1
E2
一、摩擦的分类
v
v 边界油膜 v
v
干摩擦
二、磨损
磨 损 量
边界摩擦
液体摩擦
1、磨损曲线（磨损过程）
混合摩擦
初期磨 损阶段
时间
稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段
基本要求
第3章 螺纹连接
1、了解螺纹的基本知识——基本参数、类型及应用。
1、矩形花键（参数：大径D，小径d， 键宽b,键数（齿数）z）
b
Dd
定心方式：采用小径定心，定心精度高。
2.渐开线花键（模数m，齿数z，压力角α） 30 o
df
采用齿形定心，有自动定心性
(1)采用两个平键,应相隔 1 8布0 o置，；
(2)采用两个半圆键，应布置在轴的同一母线 上；
(3)采用两个楔键,应相隔 9 0 0 布1 2置0 ；0
2、掌握螺纹连接的基本知识——螺纹连接的基本类
型、结构特点及应用，了解螺纹连接预紧与防松。
3、掌握单个螺栓连接的强度计算方法。
4、掌握螺栓组连接设计——结构设计、受力分析。
5、掌握提高螺纹连接强度的措施。
一、螺纹的主要参数 d
d2
d2
d1
大径 d —公称直径
小径 d1 —强度计算直径
线数 n —螺纹的螺旋线数目
对接触强度计算的说明：
H ZEZZH
2KT1 bd12
u 1 u

[]H
1、相啮合齿轮接触应力相等（σH1= σH2）
如[σ]H1≠ [σ]H2 ，[σ]H小的齿轮接触强 度 低；
d 1 3
2 K T1
d
u
u
1

Z
EZ

Z
H
H
2
设计时应代入 小H 的求 。d1
第1章 机械设计概要
基本要求 了解机器和机械零件设计的基本要求；机械零
件的主要失效形式与计算准则；机械零件的设计方 法和设计步骤；机械零件材料的选用原则和标准 化。
第2章 机械零件的强度与耐磨性
基本要求 1、了解机械零件的载荷与应力的分类。 2、掌握疲劳曲线方程的应用。 3、掌握接触强度的概念；机器的摩擦、磨损现象。