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机械设计

机械设计课程全程笔记，包括各种传动（V带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动等）、轴的工作能力设计、滚动轴承、机械连接零部件设计、轴的装配结构设计等，内容比较详细，可以作为平时学习和考试的参考资料。

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编辑于2021-10-20 22:54:39

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机械设计

V带传动

概述

带传动的特点

带传动的类型及应用

平带

V带

多楔带

同步齿形带

圆型带

其它分类方法

轴的位置和转向

传动比

传动轮的数量

V带的类型与结构

普通V带的结构

V带的国家标准

带的截面尺寸

带轮的轮槽

带长（基准长度）

V带传动的设计

V带传动的运动设计

传动比

带传动的最大速度

V带传动的几何设计

带传动的主要几何参数

小轮直径，大轮直径

小轮包角，大轮包角

中心距，周长

V带传动的工作能力设计

V带传动的受力分析

V带传动中带上所受的力

未加载，初拉力

加载后，紧边拉力和松边拉力

有效拉力，带传动的功率

假设，带的总长度不变带的弹性模量为常数

欧拉公式

摩擦系数和包角越大，有效拉力越大

V带的摩擦系数为当量摩擦系数，比平带要大

带传动中的应力

紧边拉应力，松边拉应力

离心应力

离心拉力

弯曲应力

最大应力

小带轮主动时最大应力发生在小带轮的紧边入口处

带的弹性滑动与打滑

主动轮

带的拉力逐渐减小

带逐渐缩短

实验证明，弹性滑动只发生在接触弧的一部分

从动轮

带的拉力逐渐增大

带逐渐伸长

打滑

过载保护

传动比不稳定

降低传动效率

加剧磨损

温度升高

滑动率

带传动的失效形式与设计准则

失效形式

打滑

疲劳断裂

磨损

设计准则

在保证带传动不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。

V带传动的设计方法

疲劳强度

许用应力法

另

确定带传动的疲劳失效许用应力

实验条件下的普通V带传动的许用疲劳应力

打滑时的最大有效拉力

单根V带的基本额定功率

实际工作中带根数的确定

V带传动的设计步骤

已知条件：P、n、i

1，确定计算功率

2，初选带的型号-与传递的功率大小、小轮转速有关

3，确定带轮直径dd1、dd2—标准值

4，初选中心距a0

5，选择带的基准长度Ld

按照国家标准选择相近的基准长度

6，确定中心距

7，验算小轮包角

8，确定V带根数z

9，计算带的初拉力F0和压轴力

10，带轮的结构设计

提高带传动能力的措施

提高摩擦系数-选材料

增加小轮包角-张紧装置

尽量使带传动在最佳速度下工作

采用新型带传动

多楔带

大楔角V带

同步带

采用高强度带材料

V带传动的张紧装置

张紧的目的

保持初拉力

增大包角

常用的张紧装置

定期张紧装置

改变中心距

张紧轮

自动张紧

张紧轮的张紧方向

包角

外向内，增大包角

疲劳

外向内，增大疲劳

张紧轮的位置

靠近大轮，由内往外，减小包角增加的影响，避免疲劳

链传动

工作原理和特点

特点

平均传动比准确

中心距较大

适用于低速，重载，高温及粉尘

存在动载荷，冲击，脱链，急速反向性差

安装维护

挠性啮合传动

类型

滚子链传动的结构

齿轮传动

概述

发展趋势

大功率化

高耐用度

高平稳性

低消耗

净化

啮合传动设计

运动关系

几何关系

强度设计

精度设计

结构设计

受力分析

渐开线斜齿圆柱齿轮

圆周力

径向力

轴向力

渐开线直齿圆柱齿轮

圆周力

径向力

渐开线直齿圆锥齿轮

圆周力

径向力

轴向力

计算载荷

失效形式

轮齿折断

原因

弯曲应力

齿根应力集中

措施

限制齿根弯曲应力

减小应力集中(增大圆角半径或降低表面粗糙度)

强化处理(在齿根处辗压、喷丸）

齿面点蚀

齿面疲劳损伤（凹坑），出现在靠近节线的齿根一侧

原因

通常发生在润滑良好的闭式齿轮传动中，开式齿轮不发生点蚀

脉动的接触应力→表层微小的疲劳裂纹→润滑油形成高压→裂纹扩展→表层剥落→振动和噪声

措施

限制齿面接触应力

提高齿面硬度

增加润滑油的粘度

齿面磨损

原因

相对滑动

齿面粗糙或齿面间有灰尘、污物

磨粒磨损

结果

齿面失去正确的齿廓形状

磨损造成齿厚减薄加速折断

措施

采用闭式齿轮，保证良好的润滑

提高齿面硬度

降低齿面粗糙度

齿面胶合

金属发生粘着，随齿面相对滑动使金属从齿面上撕脱

原因

热胶合

高速重载→接触区高温→油膜破裂→齿面金属直接接触→粘着

冷胶合

低速重载→局部高压→油膜破裂→齿面金属直接接触→粘着

措施

改变齿轮参数，减少齿面相对滑动

提高齿面硬度；

强制冷却，降低温升；

合理匹配材料；

提高油的粘度或采用抗胶合添加剂。

齿面塑性变形

原因

材料表面硬度不足

重载或过载

措施

提高齿面硬度

减小接触应力

改善润滑条件

主动齿：背离节点（凹槽）从动齿：指向节点（凸脊）

设计准则

闭式齿轮

齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断

软齿面(硬度：≤350HBS）

硬齿面(硬度：>350HBS）

开式齿轮

磨损和轮齿折断

耐磨材料

齿根弯曲疲劳强度

高速重载齿轮

胶合

胶合计算

良好润滑

齿轮常用材料

基本要求

轮齿内韧外硬，足够的强度

大小齿轮保持一定的硬度差

软齿面：HB小-HB大≥30-50，硬度差随 i 增加

硬齿面：两轮硬度大致相等

常用材料

碳钢，合金钢，铸铁

热处理工艺

退火

将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却。

正火

将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却。

淬火

将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织。

回火

将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。

调质或正火

HB≤350，加工比较容易，生产效率较高，易于磨合，不需要磨齿，齿轮精度：8(7)级

淬火

HB>350，调质或正火后切齿→硬化处理→磨齿，齿轮精度：4-5级

表面强化

渗碳，渗氮，喷丸等

直齿圆柱齿轮传动接触疲劳强度计算

目的

防止齿面发生疲劳点蚀

Hertz公式