机械设计实用培训课程PPT(48张)
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设计准则一：对于闭式软齿面（ HBS≤350）传动， 主要失效形式是齿面点蚀，所以按齿面接触疲劳强 度设计， 而校核齿根弯曲疲劳强度。 设计准则二： 对于闭式硬齿面（ HBS>350）传动， 主要失效形式是齿根弯曲疲劳折断，所以按齿根弯 曲疲劳强度设计，而校核齿面接触疲劳强度。
开式齿轮传动采用准则二，但不校核齿面接触强度
机械设计课程的主要内容
总论
齿轮传动
蜗杆传动
带传动
链传动
轴及轴系零、部件
联轴器、离合器和制动器
联接
弹簧 机械零部件的润滑与密封
机械系统总体方案设计
机械系统的组成
(1) 动力系统 提供动力、实施能量转换 如：水轮机 水能(自然界能源) 机械能 电动机 电能(二次能源) 机械能
(2) 传动系统 将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置 功能： 减速 变速 传递动力 改变运动规律 多驱动
变应力作用下： 疲劳断裂
零件表面应力超过极限值
微裂纹
(2) 极限应力
扩展
断裂
静应力极限应力： 与材料性能有关
变应力疲劳极限： 与材料有关外，还与
循环特征 r 、应力循环次数 N 、应力集中、 绝对尺寸、表面状态有关
2. 不同循环次数 N 时的疲劳极限
(1) 疲劳曲线
在循环特征为 r 的变应力作用下
最大应力 maxam
最小应力 应力幅
min
a
maxmin 2
平均应力
m
maxmin 2
循环特征 r min
max
r1~1
已知 2 个参 可数确定其余参数
min
a
m max
非对称循环变应力
(2) 对称循环变应力 (3) 脉动循环变应力 (4) 静应力
3、齿面胶合 配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强 措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等
4、齿面磨损 是开式传动的主要失效形式 措施：改善润滑和密封条件
5、齿面塑性变形 措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油
二、齿轮传动的设计准则
主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式
齿根弯曲疲劳强度—齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力 齿面接触疲劳强度—齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力
r1(S 0) S(0 1)
则 r S
以上正应力公式，用 替代
则对剪应力同样适用。
齿轮传动
齿轮传动
闭式传动 —封闭在箱体内，润滑条件好 开式传动 —外露，润滑较差，易磨损 半开式传动 —介于上两者之间,有防护罩
齿轮传动的特点
优点：传递功率和转速适用范围广； 具有稳定的传动比； 效率高、结构紧凑。
对一组试样作疲劳试验
一个 值 记录下试样破坏的 N 值
曲线方程：
(2) 循环基数 N 0
m rNNm rN0C
当 值小到某一数值时，“无数”次循环试样都不会
疲劳破坏，则用 N 0 替代“无数”次。 如碳钢 N0 107
(3) 材料疲劳极限 r
与 N 0 对应的值
(4) 不同 N 的疲劳极限
剪应力： [] lim
[S]
脆性材料取强度极限 b(b) 塑性材料取屈服极限 S(S)
2. 危险剖面的安全系数
S lim [S]
S lim [S]
三、变应力作用下的强度条件
1. 静、变应力下的零件损坏和极限应力
(1) 零件损坏机理
静应力作用下： 危险剖面塑性变形或断裂
选择材料
确定计算准则
理论计算 (参数设计)
结构设计
技术文档
失效：零件失去正常工作的能力
计算准则：衡量零件工作能力的指标
约束条件式如强度准则 []
机械设计中的强度问题
一、载荷和应力
1. 载荷
工作载荷： 机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定)
名义载荷：按原动机功率求得 T9.55106P (Nm)m (理想状态)
n
功率 kW
计算载荷： TC KT 载荷系数
转速 r/min
(考虑各种附加载荷)
FC KF
2. 应力
静应力：不随时间而变的应力
变应力：随时间而变的应力
稳定循环： T a m不随时间变 不稳定循环：T a m之一随时间变
随机： 变化无规律
3. 几种稳定循环变应力
(1) 变应力参数 ( 以正应力 为例、可将 替换 )
脉动循环变应力
maxmin
m 0 amaxmin
r1
1(1)
min0
a
m
max 2
r 0
0 (0 )
ma xmi nm
a 0
r1
1(1)
对称循环变应力
二、静应力作用下的强度条件
1. 危险剖面的应力
正应力： [] lim [S] 极限应力
(3) 执行系统直接完成预定任务的装置 (4) 操纵及控制系统
使各部分协调动作 (5) 辅助装置
如冷却、润滑、记数、照明
性质和任务
1.性质 机类各专业重要的技术基础课
2.任务 树立正确的设计思想和设计方法
具有初步设计传动装置和简单机械的能力 了解机械系统总体方案的设计过程
3.机械零件设计的步骤
受力分析
直齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算载荷
一、轮齿受力分析
条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力
圆周力— F t 20T 1 0/d 0 1 N
径向力— Fr Fttg N
法向力— F nF t /co sN
当 N N0 时 当 N N0 时
rN
m
N0 N
r
rN r
3. 不同应力循环特征 r 时的疲劳极限
结论：
材料的极限应力简图
对于塑性材料
r1(S 0) S(0 1)
零件的疲劳极限
r
1(am) (K)Dam
对于脆性材料
r
1(am) (K)Dam
缺点：制造成本较高； 精度低时，噪声和振动较大； 不宜用于轴间距离较大的传动。
一、失效
齿轮传动失效形式和设计准则
来自百度文库
1、轮齿折断 ★ 疲劳折断 ★ 过载折断
全齿折断—常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断—常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮 措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变 位、增大模数等
2、齿面疲劳点蚀 ★ 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS≤350）传动中 ★ 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 ★ 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 ★ 开式传动中一般不会出现点蚀现象 措施：提高齿面硬度和齿面质量等
开式齿轮传动采用准则二，但不校核齿面接触强度
机械设计课程的主要内容
总论
齿轮传动
蜗杆传动
带传动
链传动
轴及轴系零、部件
联轴器、离合器和制动器
联接
弹簧 机械零部件的润滑与密封
机械系统总体方案设计
机械系统的组成
(1) 动力系统 提供动力、实施能量转换 如：水轮机 水能(自然界能源) 机械能 电动机 电能(二次能源) 机械能
(2) 传动系统 将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置 功能： 减速 变速 传递动力 改变运动规律 多驱动
变应力作用下： 疲劳断裂
零件表面应力超过极限值
微裂纹
(2) 极限应力
扩展
断裂
静应力极限应力： 与材料性能有关
变应力疲劳极限： 与材料有关外，还与
循环特征 r 、应力循环次数 N 、应力集中、 绝对尺寸、表面状态有关
2. 不同循环次数 N 时的疲劳极限
(1) 疲劳曲线
在循环特征为 r 的变应力作用下
最大应力 maxam
最小应力 应力幅
min
a
maxmin 2
平均应力
m
maxmin 2
循环特征 r min
max
r1~1
已知 2 个参 可数确定其余参数
min
a
m max
非对称循环变应力
(2) 对称循环变应力 (3) 脉动循环变应力 (4) 静应力
3、齿面胶合 配对齿轮采用异种金属时，其抗胶合能力比同种金属强 措施：采用异种金属、降低齿高、提高齿面硬度等
4、齿面磨损 是开式传动的主要失效形式 措施：改善润滑和密封条件
5、齿面塑性变形 措施：提高齿面硬度，采用油性好的润滑油
二、齿轮传动的设计准则
主要针对疲劳折断和齿面点蚀这两种失效形式
齿根弯曲疲劳强度—齿轮抵抗轮齿疲劳折断的能力 齿面接触疲劳强度—齿轮抵抗齿面疲劳点蚀的能力
r1(S 0) S(0 1)
则 r S
以上正应力公式，用 替代
则对剪应力同样适用。
齿轮传动
齿轮传动
闭式传动 —封闭在箱体内，润滑条件好 开式传动 —外露，润滑较差，易磨损 半开式传动 —介于上两者之间,有防护罩
齿轮传动的特点
优点：传递功率和转速适用范围广； 具有稳定的传动比； 效率高、结构紧凑。
对一组试样作疲劳试验
一个 值 记录下试样破坏的 N 值
曲线方程：
(2) 循环基数 N 0
m rNNm rN0C
当 值小到某一数值时，“无数”次循环试样都不会
疲劳破坏，则用 N 0 替代“无数”次。 如碳钢 N0 107
(3) 材料疲劳极限 r
与 N 0 对应的值
(4) 不同 N 的疲劳极限
剪应力： [] lim
[S]
脆性材料取强度极限 b(b) 塑性材料取屈服极限 S(S)
2. 危险剖面的安全系数
S lim [S]
S lim [S]
三、变应力作用下的强度条件
1. 静、变应力下的零件损坏和极限应力
(1) 零件损坏机理
静应力作用下： 危险剖面塑性变形或断裂
选择材料
确定计算准则
理论计算 (参数设计)
结构设计
技术文档
失效：零件失去正常工作的能力
计算准则：衡量零件工作能力的指标
约束条件式如强度准则 []
机械设计中的强度问题
一、载荷和应力
1. 载荷
工作载荷： 机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定)
名义载荷：按原动机功率求得 T9.55106P (Nm)m (理想状态)
n
功率 kW
计算载荷： TC KT 载荷系数
转速 r/min
(考虑各种附加载荷)
FC KF
2. 应力
静应力：不随时间而变的应力
变应力：随时间而变的应力
稳定循环： T a m不随时间变 不稳定循环：T a m之一随时间变
随机： 变化无规律
3. 几种稳定循环变应力
(1) 变应力参数 ( 以正应力 为例、可将 替换 )
脉动循环变应力
maxmin
m 0 amaxmin
r1
1(1)
min0
a
m
max 2
r 0
0 (0 )
ma xmi nm
a 0
r1
1(1)
对称循环变应力
二、静应力作用下的强度条件
1. 危险剖面的应力
正应力： [] lim [S] 极限应力
(3) 执行系统直接完成预定任务的装置 (4) 操纵及控制系统
使各部分协调动作 (5) 辅助装置
如冷却、润滑、记数、照明
性质和任务
1.性质 机类各专业重要的技术基础课
2.任务 树立正确的设计思想和设计方法
具有初步设计传动装置和简单机械的能力 了解机械系统总体方案的设计过程
3.机械零件设计的步骤
受力分析
直齿圆柱齿轮传动的受力分析及计算载荷
一、轮齿受力分析
条件：标准齿轮并忽略齿面间的摩擦力
圆周力— F t 20T 1 0/d 0 1 N
径向力— Fr Fttg N
法向力— F nF t /co sN
当 N N0 时 当 N N0 时
rN
m
N0 N
r
rN r
3. 不同应力循环特征 r 时的疲劳极限
结论：
材料的极限应力简图
对于塑性材料
r1(S 0) S(0 1)
零件的疲劳极限
r
1(am) (K)Dam
对于脆性材料
r
1(am) (K)Dam
缺点：制造成本较高； 精度低时，噪声和振动较大； 不宜用于轴间距离较大的传动。
一、失效
齿轮传动失效形式和设计准则
来自百度文库
1、轮齿折断 ★ 疲劳折断 ★ 过载折断
全齿折断—常发生于齿宽较小的直齿轮 局部折断—常发生于齿宽较大的直齿轮，和斜齿轮 措施：增大齿根圆角半径、 提高齿面精度、正变 位、增大模数等
2、齿面疲劳点蚀 ★ 点蚀常发生于闭式软齿面（HBS≤350）传动中 ★ 点蚀的形成与润滑油的存在密切相关 ★ 点蚀常发生于偏向齿根的节线附近 ★ 开式传动中一般不会出现点蚀现象 措施：提高齿面硬度和齿面质量等