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重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题平面连杆机构概述四杆机构的基本形式及其演化教学目的与要求了解平面连杆机构的组成、特点及其应用掌握铰链四杆机构类型判断的方法教学重点各类四杆机构的特点及其应用难点四杆机构的演化教具各类型的平面连杆机构讲稿(教学要点与板书)教学法概述平面连杆机构各构件通过低副连接,其均在同一平面内运动的机构平面连杆机构的特点优点1)低副联接为面接触,压强小,易润滑磨损小2)易制造,且加工精度较高3)能实现各种运动的转换和得到多种运动轨迹和运动规律缺点1)由于低副联接产生的间隙,使机构运动规精度不高2)工作中有冲击,产生一定的噪声和振动四杆机构的基本形式及其演化
一、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的组成机架(固定不但的构件4)→连杆(与机架不相连的构件2)→连架杆(与机架相连的构件)铰链四杆机构的类型1.曲柄摇杆机构两连架杆之一为曲柄,另一为摇杆(实例分析→图5-
2、5-3)2.双曲柄机构两连架杆均为曲柄(实例分析→图5-
4、5-
5、5-6)3.双摇杆机构两连架杆均为摇杆(实例分析→图5-
8、)
二、四杆机构的演化形式1.曲柄滑块机构当曲柄摇杆机构中的摇杆长度趋于无穷大时其C点的轨迹为直线→曲柄摇杆机构转化为曲柄滑块机构注意偏置曲柄滑块机构中AB杆为曲柄的条件是l1=e≤l2*由运动副的复习引出低副机构→平面连杆机构*提问请同学们试举几个生活与工程中的四杆机构的实例*注意分析各类四杆机构的运动传递关系和各构件的动作*注意四杆机构演化为滑块机构的过程分析(不要求掌握)实例分析图5-4曲柄滑块机构的应用2.导杆机构曲柄滑块机构中的构件1做机架→导杆机构实例分析图5-11导杆机构的应用3.摇杆机构曲柄滑块机构中的构件2做机架→摇块机构实例分析图5-12摇块机构的应用4.定块机构曲柄滑块机构中的构件3做机架→定块机构实例分析图5-13定块机构的应用摇块机构定块机构*注意各类滑块机构的运动分析与各构件的动作分析*小结讨论题四杆机构的类型有哪几种?它们各自的特点是什么?(由老师以小结的方式指导学生完成)课后作业5-1,5-6重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题四杆机构存在曲柄的条件和几个基本概念教学目的与要求掌握四杆机构存在曲柄的条件和几个基本概念,能正确分析判断各类型的四杆机构理解四杆机构的基本特性及其应用教学重点四杆机构的基本特性,曲柄存在的条件难点机构极限位置、死点位置,传动角、压力角的分析教具四杆机构的教具和挂图讲稿(教学要点与板书)教学法四杆机构存在曲柄的条件和几个基本概念
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件1.整转副存在的条件→杆长和条件lmax+lmin=l2+l32.曲柄存在的条件1)机构满足杆长和条件2)连架杆和机架中必有一杆为最短杆3.铰链四杆机构基本类型的判别方法例题分析习题5-7
二、平面四杆机构的运动特性1.平面连杆机构的极限位置与极位夹角极限位置(极位)连杆与曲柄的两次共线位置极位夹角θ曲柄对应两极限位置所夹的锐角2.平面连杆机构的急回特性工作行程从动件由C1→C2,曲柄转过φ1,从动件C点运动的速度为v1空回行程从动件由C2→C1,曲柄转过φ2,从动件C点运动的速度为v2因曲柄匀速转动,故有v2v1→即空回行程快于工作行程→急回特性3.行程速比系数K度量急回特性程度的物理量或转换成各类机构的急回特性分析*课前提问(在黑板上随意画出两个四杆机构)你能判断该机构是属于哪种类型的四杆机构?若不能判断请说明原因由此引出四杆机构曲柄存在的条件和判断方法*画出几个四杆机构,让同学们分析其属于哪一类四杆机构*通过习题5-7的分析要求学生掌握四杆机构类型的判断方法*通过四杆机构极限位置与极位夹角的分析引导学生完成导杆机构的极限位置与极位夹角的分析*对行程速比系数的公式只做简单的推导,重点在分析各类机构的急回特性,特别是牛头刨床和摆动导杆机构急回特性的分析
三、平面四杆机构的传力性能1.压力角与传动角有效分力有害分力压力角α从动件受力方向与受力点速度方向所夹锐角传动角γ连杆与从动件之间所夹锐角压力角与传动角的关系压力角与传动角的物理意义α与γ是度量连杆机构传力性能的物理量,α小(γ大),有效分力大,机构的传力性能好,反之则差最小传动角的分析对于四杆机构,最小传动角出现在曲柄与机架两次共线位置之一工程中,为保证机构的传力性能,应使2.止点位置(死点位置)机构中,当γ=0(或α=90·)时,从动件受力点的受力方向与该点运动方向垂直,其有效分力为零,机构的该位置即为止点位置(机构处于停顿位置)注意1)当曲柄为主动件时,机构不存在止点位置2)机构的止点位置出现在机构的两个极限位置止点位置的利用止点位置的克服3.自锁现象在摩擦力作用下,无论驱动力多大,都不能使原来不动的机构产生运动的现象*重点分析压力角与传动角的关系及其物理意义,对最小传动角作一简单介绍(引导学生分析摆动导杆机构的压力角与传动角)*提问摆动导杆机构当以曲柄为主动件时,其压力角有什么特性?*在给出止点位置的同时,启发学生自己分析死点位置出现在机构什么运动位置,并提问当曲柄为原动件时,机构会出现死点位置吗?→给出注意的问题*通过图讲解死点位置的利用与克服*注意讲解自锁现象与死点的区别课后作业5-2,5-3,5-4,5-6重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程计基础2006—2007学年上学期教学课题凸轮机构的组成、特点及其应用从动件常用运动规律教学目的与要求熟悉凸轮机构的类型,了解凸轮机构的特点及应用领会从动件常用的三种运动规律,能正确绘制该三种运动规律的位移线图教学重点凸轮机构的特点、应用,三种位移线图的绘制难点凸轮机构的运动特性分析教具凸轮机构讲稿(教学要点与板书)教学法凸轮机构概述
一、凸轮机构的应用和特点1.凸轮机构的组成凸轮、从动件和机架→高副机构→机构运动简图实例分析1)内燃机配气机构(图6-1)2)自动车床中的凸轮机构(图6-2)3)缝纫机拉线机构,补鞋机中的凸轮机构2.凸轮机构的特点优点能实现从动件的各种预期的、复杂的运动规律;结构简单、紧凑,工作较可靠,应用广泛缺点高副接触,不易润滑,易磨损;凸轮加工成本高
二、凸轮机构的分类按凸轮形状分类→盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮机构按从动件形式分类→尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件凸轮机构按锁合方式分类→力锁合、形锁合凸轮机构从动件常用运动规律简介
一、凸轮机构的工作过程1.凸轮机构的工作过程凸轮转动(一般为匀速转动)→实现从动件升→停→降→停的运动循环注意凸轮机构工作中,其从动件升、降的动作必有,而停可以没有2.几个基本概念基圆以凸轮轮廓的最小向径rb所作的圆升程→推称运动角δ0→行程h(从动件的最大位移)远停程→远停程角δs回程→回程角δ0/近停程→近停程角δs/*由挂图讲明凸轮机构的组成与工作原理*由图6-
3、6-
4、6-5讲解凸轮机构的分类以及各类凸轮机构的具体名称的确定方法*通过凸轮机构演示其工作过程和工作特性*利用挂图,以凸轮的一个运动周期讲明概念3.运动线图位移曲线表明从动件位移与时间的关系的曲线(s-δt曲线)速度曲线表明从动件速度与时间的关系的曲线(v-δt曲线)加速度曲线表明从动件加速度与时间的关系的曲线(a-δt曲线)
二、从动件常用运动规律简介图解法设计盘形凸轮轮廓简介
一、图解法的原理机构运动的相对性→反转法原理→给整个机构一公共角速度ω(各构件的相对运动不变)→凸轮固定不动,从动件与机架以-ω相对凸轮转动→从动件尖底的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线
二、直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计1.对心式尖底从动件盘形凸轮轮廓设计设计步骤选定比例尺→画运动位移曲线→画基圆→等分基圆与位移线图→根据反转法,在各自的等分线上切取相应的位移长度的一系列点→依次连接各点→凸轮轮廓曲线(详细步骤见教材图6-10)注意的问题1)从动件反转的方向不能搞错2)基圆上的等分点一定要与位移线图上的等分点一一对应2.滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计设计步骤1)按运动线图作尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线→理论轮廓曲线2)以理论轮廓曲线为滚子圆的圆心作一系列滚子圆→滚子圆的内包络曲线即为滚子从动件盘形凸轮轮廓轮廓曲线注意的问题1)凸轮的基圆为理论轮廓曲线的基圆2)实际轮廓曲线与理论轮廓曲线法线距离始终相等,但不是两轮廓线各出处相距滚子半径*注意分析等速运动和等加等减的个运动线图的特性和各自发生冲击的类型和位置以及介绍消除冲击的方法(在此简单介绍简谐运动规律)*在黑板上图示各运动线图的画法课后作业自习章节后的思考题,6-8重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础2006—2007学年上学期教学课题其它常用机构教学目的与要求了解螺旋机构、棘轮机构和槽轮机构的组成、工作原理、运动特点和应用教学重点各间歇运动机构的工作原理及其应用难点各类机构的运动分析教具间歇运动机构讲稿(教学要点与板书)教学法螺旋机构
一、螺纹的基本知识与螺旋机构概述1.螺纹的基本知识螺纹的形成→旋向(左旋、右旋)→主要参数→类型及应用2.螺旋机构概述螺旋机构的组成螺杆、螺母和机架螺旋机构的工作原理螺杆的转动(或螺母的移动)转换为螺母的一动(或螺杆的转动+移动)螺旋机构的分类滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静压螺旋机构(本节字讲滑动螺旋机构)螺旋机构的特点(优点)结构简单、传动连续平稳,有较大的传动比且承载能力强,传递运动准确,具有自锁功能;(缺点)低副联接面接触→摩擦损耗大传动效率低
二、螺旋机构的传动效率与自锁1.传动效率,其中2.自锁条件注意越大,越高;越大,越低;具有自锁性能的螺旋机构其效率低()
三、滑动螺旋机构1.单螺旋机构螺杆、螺母移动方向的判定(左、右手法则)→移动速度2.双螺旋机构组成→类型差动螺旋机构两螺旋副的螺纹旋向相同→若l1l2,则移动螺母相对机架的位移为→常用于微调装置→实例分析复式螺旋机构两螺旋副的螺纹旋向相反→移动螺母相对机架的位移为→常用于快速移动和调整的装置→实例分析棘轮机构
一、棘轮机构的工作原理和类型棘轮机构的组成棘轮、棘爪、摇杆和机架工作原理摇杆摆动时,摇杆上的主动棘爪进入棘轮的棘槽中,推动棘轮转动;摇杆反向摆动时,主动棘爪在棘轮齿背上滑动,止退棘爪卡住棘轮使之不动,使棘轮作时动时停的间歇运动棘轮机构的类型齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构*开关水龙头引出螺旋机构,并要求学生举出几个生活与工程中的螺旋机构*对螺纹的基本知识作简单介绍,着重讲解螺纹旋向的判定和螺距、导程、螺旋升角等概念*由力学的自锁条件引出螺旋机构的自锁性能和自锁条件*注意讲解各种类型的螺旋机构的特点、应用
二、棘轮转角大小的调节方法改变曲柄的长度→用覆盖罩调节转角→用双动棘爪调节机构转角
三、齿式棘轮机构的特点及应用特点结构简单、制造方便、运动可靠,可根据需要调节棘轮转角,能实现送进、制动和超越运动;但机构传递动力能力小启动时有冲击和噪声棘轮机构的应用间歇进给式输送(牛头刨床进给机构,浇注式流水线进给装置)→超越运动与超越离合器(图7-6内啮合棘轮机构的超越性能)
四、摩擦式棘轮机构简介机构的组成→工作原理→机构的特点及其应用槽轮机构
一、槽轮机构的组成和工作原理槽轮机构的组成主动拨盘、从动槽轮与机架工作原理当主动拨盘匀速转动时,连于其上的圆销进入槽轮的的径向槽中驱使槽轮运动;脱离槽轮的径向槽则槽轮不动槽轮机构的类型外槽轮机构、内槽轮机构槽轮转角与拨销、槽数的关系槽轮每次转角一个运动周期槽轮转动的次数为拨销数k注意1)槽数Z应大于等于32)外槽轮机构k=1~5,内槽轮机构,k只能取1
二、槽轮机构的特点和应用特点结构简单、工作可靠,槽轮起动和停止时运动比较平稳;但当Z与k确定后,槽轮的转角大小不能随意调节应用放映机卷片机构、自动传送装置*通过棘轮与槽轮机构的教具的运动过程讲解这两类机构,重点讲明机构的特点和应用课后作业自习章节后的思考题,7-5重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题带传动的组成、类型、特点及应用带传动的受力分析带传动的弹性滑动及传动比教学目的与要求对带传动的类型、特点及应用作一般了解通过对带传动的受力与应力分析,理解带传动的失效形式,明确弹性滑动与打滑的概念教学重点带传动的受力分析带传动的弹性滑动及传动比难点受力分析、弹性滑动机理分析教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法带传动的组成、类型、特点及应用
一、带传动的组成及其工作原理组成主动带轮、从动带轮、挠性带和机架组成带传动工作原理带传动工作时依靠张紧在带轮上的传动带与带轮间的摩擦力来传递运动与动力
二、带传动的主要类型1.摩擦带传动平带传动带为卷带,可任意截取,带内表面为工作面,承载能力不够高V带传动带为圈带无接头,带两侧面为工作面,承载能力强,一般为平带的3倍多楔带传动多根平带与V带的组合,具有V带的特点圆带传动承载能力低,常用于小功率的运动传递2.啮合带传动简介同步带传动→齿孔带传动
三、带传动的特点及应用(P171)带传动的受力分析与应力分析
一、带传动的受力分析初拉力F0带静止时带轮两边带中承受的拉力紧边拉力F1带传动工作时在摩擦力的作用下绕入主动轮一边的带被拉紧,拉力由F0增大到F1,称为紧边拉力松边拉力F2绕出主动轮一端的带被放松,拉力有F0减至为F2,称为松边拉力有效圆周力Fe=F1-F2(注意带传动摩擦力的总和与有效圆周力永远保持相等其有效拉力由工作机的阻力所确定,而摩擦力由带传动本身的因素决定,与带传动的弹性滑动有关)有效圆周力的欧拉公式由上式可知,带所传递的圆周力F与下列因素有关1)初拉力F0(初拉力F0愈大,有效拉力F就愈大,所以安装带时,要保持一定的初拉力但F0过大,会加大带的磨损,致使带过快的松弛,缩短其工作寿命)2)摩擦因数f(摩擦因数f愈大,摩擦力也愈大,所能传递的圆周力F就愈大V带的fv=f/sin20°≈3f,所以传递能力高于平带)3)包角a(F随包角α的增大而增大增大包角会使整个接触弧上的摩擦力的总和增加,从而提高传动能力水平装置的带传动通常将松边放置在上边以增大包角由于大带轮的包角大于小带轮的包角打滑会首先在小带轮上发生,所以只需考虑小带轮的包角a1一般要求≥120°)*由设计课题引出带传动,并说明带传动一般置于高速级*简单分析带传动的类型,重点讲解V带传动*带传动的特点以讲解为主,不写板书*带传动的受力分析部分,注意讲明初拉力、紧边、松边拉力的概念与判断,对各类力的定量分析只做简单介绍*由欧拉公式认真分析有效圆周力与哪些因素有关
二、带传动的应力分析1.拉应力F1产生的应力F2产生的应力2.离心拉应力q为单位长度的质量(kg/m)注意高速传动时宜采用轻质带,以利于减小离心拉应力3.弯曲应力4.最大的拉应力σmax=σ1+σc+σb1(最大拉应力发生在紧边入主动轮处)
三、带传动的弹性滑动由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动传动带是弹性体→带由紧边绕过主动轮进入松边时,带的拉力逐渐降低,其弹性变形量也逐渐缩短→带运动滞后于轮使v带v轮1→带由松边绕过从动轮进入紧边时,拉力增加,带逐渐被拉长→带运动超前于轮使v带v轮2注意弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念打滑是指过载引起的全面滑动,是可以避免的而弹性滑动是由于带的弹性和拉力差引起的,是不可避免的带传动弹性滑动程度用滑动率ε表示即带传动的实际传动比为注意由于ε很小,在一般计算中,可忽略ε的影响*边讲各类应力边画应力分布图,引导学生找出最大应力点*提问传动带所受的应力是静应力还是交变应力?在此应力作用下,带产生什么样的破坏形式?课后作业9-1重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题V带的结构和标准V带轮的常用材料与结构普通V带传动的失效形式与设计准则教学目的与要求了解V带的结构和标准和普通V带轮的常用材料与结构明确普通V带传动的失效形式与设计准则教学重点V带与V带轮的结构和尺寸,普通V带传动的失效形式与设计准则难点单根V带额定功率的确定的方法教具讲稿(教学要点与板书)教学法V带的结构和标准V带的构造抗拉体1(承受载荷的主体,帘布抗拉强度高;线绳抗弯强度高)、顶胶2(弹性材料)、底胶3及包布层4(耐磨)节线与节面V带运行时不伸长、不缩短的圆周,称为节线,全部节线组成带的节面,带的节面宽度称为节宽,用bp表示带轮基准直径dd和节宽相对应的带轮直径称为基准直径表(9-2)基准长度Ld V带在规定的张紧力下,带与带轮基准直径上的周线长度V带的基准长度已标准化(表9-3)截面尺寸V带截面尺寸已标准化,按截面大小分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号(表9-1),截面尺寸大的传递的功率也愈大普通V带轮的常用材料与结构
一、V带轮的材料当v≤25m/s时HT
150、HT200当v25m/s时铸钢或钢板焊接的带轮小功率带轮铸铝或塑料
二、V带轮的结构和尺寸1.带轮的结构带轮由轮缘、轮毂和轮辐三部分组成轮缘带轮的外缘部分轮毂带轮与轴相配合的部分通常带轮与轴用键连接,轮毂上开有键槽,孔的尺寸ds按轴的强度和刚度要求确定轮辐轮缘与轮毂相连的部分轮辐的结构形式随带轮的基准直径而异,直径小的做成实心式,中等的做成腹板式,大的做成辐条式2.带轮的尺寸(表9-4)§10-4普通V带传动的失效形式与设计准则带传动的失效形式1.打滑过载(有效拉力超过极限摩擦力)引起带在带轮上打滑不能正常工作2.带的疲劳破坏带上的交变应力→带脱层、撕裂、拉断*课前提问1)带传动有哪些特点?与平带比较,V带传动有哪些特点?2)普通V带有几种型号?哪个型号的截面尺寸最大?3)何谓带传动的弹性滑动与打滑,两者各由什么原因引起?它们的性质有何根本区别?*结合表图讲解V带与V带轮的结构及几何尺*由上讲的受力分析与应力分析讲述带传动的失效形式与设计准则寸
二、带传动的计算准则1.保证带传动不打滑2.保证带具有足够的疲劳强度和使用寿命疲劳强度条件σmax=σ1+σc+σb1≤[σ]3.单根V带额定功率的确定带传动所能传递的功率单根V带额定功率的确定[P1]=(P1+ΔP1)KaKL注意P1为额定功率(kW),按带的型号、小轮的转速n1和基准直径dd1查表9-5;ΔP1为单根V带当i>1时所能传递功率的增量(kW)当实际传动比i>1时,由于带绕经大轮时的弯曲应力小于带绕经小轮时的弯曲应力,可使带轮的疲劳强度有所提高,即传递的功率将增大ΔP1按带的型号,小轮的转速n1与传动比i,查表9-6确定Ka为包角系数按实际包角查表9-7KL为带的长度系数按实际基准长度查表9-3*引导与启发学生完成单根V带额定功率的确定(注重讲解查图查表方法)课后作业9-2—9-6重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题普通V带传动的参数选择和设计计算方法带传动的张紧、安装与维护教学目的与要求掌握普通V带传动的参数选择和设计计算方法了解带传动的张紧、安装与维护教学重点普通V带传动的参数选择和设计计算方法难点设计中图、表的正确运用教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法普通V带传动的参数选择和设计计算方法
一、V带传动的参数选择1.设计的已知条件传动用途、载荷性质、需传递的功率、小带轮的转速、传动比以及对外廓尺寸的要求等2.参数选择V带的型号、长度和根数,以及V带轮的基准直径、V带传动的中心距;计算V带的初拉力和作用在轴上的压力
二、V带传动设计的计算方法及步骤1.确定计算功率Pc Pc=KAP(kW)式中KA——工作情况因数,查表102.确定带的型号按计算功率Pc和小轮转速n1由图10-12选带的型号3.确定两轮的基准直径dd
1、dd2确定小轮的基准直径dd1带轮的直径小可使传动的结构紧凑,但另一方面又使带中的弯曲应力增大,而使带的寿命降低设计时应使基准直径大于表9-2规定的最小值2)计算大轮的基准直径dd2dd2=idd1,大带轮的直径应圆整成相近的带轮基准直径的标准值4.验算带速注意当传递的功率一定时,提高带速,有效拉力将减小,可减少带的根数但带速过高,离心应力过大,使摩擦力减小,传动能力反而降低因此,带的速度一般应在5~25m/s5.确定中心距a和带的基准长度Ld1)初定中心距a
00.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)2)确定基准长度Ld Ld0为带的基准长度的计算值,查表10-6选定带的基准长度的Ld标准值3)确定实际中心距a为了张紧和调整需给中心距一定的调整公差,一般取-
0.015Ld~+
0.03Ld6.验算小轮包角≥120°若不满足此条件,可适当增大中心距或减小两轮的直径差,也可以加张紧轮*课前提问1)带传动的失效形式有哪些?右提问引出带传动的设计*结合例题完成V带传动设计的计算方法及步骤的讲解7.计算带的根数z带的根数应取整数,为使各带的受力均匀,根数不能太多,一般z<108.计算带的初拉力F0安装带时,必须予以保证9.计算带对轴的压力FQ是设计轴和选择轴承的依据带传动的张紧、安装与维护
一、带传动的张紧带安装时应张紧以保证一定的初拉力另外,带工作一段时间后就会由于塑性变形而松弛,使初拉力减小,传动能力下降,这时又需要重新张紧1.调整中心距方式定期张紧(定期调整中心距以恢复张紧力滑道式→摆架式→自动张紧)紧轮方式若带传动的轴间距不可调整时,可采用张紧轮装置(调位式内张紧轮装置→摆锤式张紧轮装置)注意张紧轮一般设置在松边的内侧靠近大轮处若设置在外侧时,则应使其靠近小轮,这样可以增加小带轮的包角,提高带的疲劳强度
二、带传动的安装和维护(P181)1.平行轴传动时,各带轮的轴线必须保持规定的平行度各轮宽的中心线,V带轮、多楔带轮对应轮槽的中心线否则会加速带的磨损,降低带的寿命2.同组使用的V带应型号相同、长度相等,不同厂家生产的V带、新旧V带不能同时使用,应定期检查胶带,如有一根松弛或损坏则应全部更换新带3.安装时,应按规定的初拉力张紧,也可凭经验张紧,带的张紧程度以100m带长大拇指能将带按下15mm为宜4.带传动装置外面应加以保护罩,以保护安全,防止带与酸、碱或油接触而腐蚀传动带,带传动不需润滑,应及时清理带轮槽内及传动带上的油污结合教科书的图例和挂图讲解带传动的张紧、安装与维护和注意的问题课后作业9-10重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题齿轮传动的特点、应用及分类渐开线的形成与性质渐开线齿轮的几何参数与尺寸教学目的与要求了解齿轮传动的特点、应用及分类,明确渐开线形成的原理及其基本性质熟悉渐开线齿轮的几何参数和几何尺寸计算公式教学重点渐开线基本性质、齿轮的主要参数与几何尺寸难点渐开线的形成原理与性质、渐开线参数方程教具齿轮实物与挂图讲稿(教学要点与板书)教学法齿轮传动的特点、应用及分类1.齿轮传动的特点优点传递功率大、速度范围广、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长;且能实现恒定的传动比和空间任意两轴的运动与动力传递缺点制造和安装精度要求高、成本高;且不宜用于中心距较大的传动;低精度齿轮易产生较大的噪声和振动2.齿轮传动的分类及应用分类(图10-1)应用广泛用于各类传动机构中渐开线的形成原理和基本特性
一、渐开线的形成及其特性1.渐开线的形成发生线NK沿半径为rb的圆作纯滚动则发生线上的任意一点K的轨迹曲线该圆的渐开线2.渐开线的特性1)发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长,即NK长等于弧长AN2)发生线NK是基圆的切线和渐开线上K点的法线,线段NK为渐开线在K点的曲率半径,N点为其曲率中心3)渐开线上某一点的法线(受力时不计摩擦时的正压力Fn方向线),与该点速度vK方向所夹的锐角aK,称为该点的压力角渐开线上各点的压力角不等,离开基圆越远的点,其压力角越大4)渐开线的形状决定于基圆的大小,基圆越大渐开线越平直,反之则越弯曲5)基圆内无渐开线
二、渐开线极坐标方程简介渐开线齿轮的参数及几何尺寸
一、主要几何参数1.齿数z分布在齿轮圆周上的轮齿数2.模数m和压力角a模数定义齿轮分度圆上的比值p/p为模数,并规定为标准值→mm我国规定的标准模数系列见表10-1压力角齿轮分度圆上的压力角用a表示并规定为标准值→a=20°分度圆齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆*课前提问带传动的传动比恒定吗?影响带传动传动比的因素是什么?由此引出齿轮传动*让学生列举齿轮传动实例*在黑板上通过教具演示渐开线的形成并讲解渐开线的性质*极坐标方程的应用待用时再讲3.齿顶高因数ha*和顶隙因数c*对于圆柱齿轮正常齿制,标准规定ha*=1,c*=
0.25顶隙c*m→一齿轮齿顶圆与另一齿轮齿根圆之间的径向距离顶隙可防止相互啮合的轮齿的齿顶齿根发生顶撞,并储存润滑油利于齿轮啮合传动注意在齿轮各参数中,模数是齿轮的一个重要参数模数越大,轮齿的厚度和高度也越大,从而轮齿的抗弯能力也越强标准齿轮具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高因数和标准顶隙因数,且分度圆上齿厚等于齿槽宽的齿轮
二、渐开线圆柱齿轮几何尺寸计算公式名称外齿轮内齿轮分度圆直径dd=mzd=mz齿顶高haha=ha*mha=ha*m齿根高hfhf=ha+c=ha*+c*m=
1.25mhf=ha+c=ha*+c*m=
1.25m顶隙cc=c*m=
0.25mc=c*m=
0.25m齿高hh=ha+hf=2ha*+c*m=
2.25mh=ha+hf=2ha*+c*m=
2.25m齿顶圆直径dada=d+2ha=mz+2ha*=mz+2da=d-2ha=mz-2ha*=mz-2齿根圆直径dfdf=d-2hf=mz-2ha*-2c*=mz-
2.5df=d+2hf=mz+2ha*+2c*=mz+
2.5基圆直径dbdb=mzcosdb=mzcos齿距pp=πmp=πm齿厚ss=p/2=πm/2s=p/2=πm/2齿槽宽ee=p/2=πm/2e=p/2=πm/2标准中心距a外啮合齿轮传动a=mz1+z2/2内啮合齿轮传动a=mz2-z1/2渐开线齿轮参数的确定及几何尺寸的计算实例例一对标准直齿圆柱齿轮传动,其大齿轮已损坏已知小齿轮的齿数z1=24,齿顶圆直径da1=130mm,两齿轮传动的标准中心距a=225mm试计算这对齿轮的传动比和大齿轮的主要几何尺寸解模数大齿轮齿数传动比分度圆直径d2330mm,齿顶圆直径da2=340mm,齿根圆直径df2=
317.5mm,齿顶高ha=5mm,齿根高hf=
6.25mm,全齿高h=
11.25mm,齿距p=
15.70mm,齿厚和齿槽宽s=e=
7.85mm*强调齿轮参数的概念与作用,特别要模数和压力角标准的贯彻*短齿制齿轮在此只作简单提示*强调标准齿轮的定义*直接给出齿轮几何尺寸的计算公式并要求学生记忆该公式课后作业6-3,6-6,6-8重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题渐开线齿轮的啮合传动渐开线齿轮的切齿原理与根切现象教学目的与要求明确齿轮啮合传动的特性了解渐开线齿轮的切齿原理与根切现象教学重点齿轮啮合传动的特性难点齿轮啮合传动的特性分析及根切的原因教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动
一、渐开线齿廓的啮合特性1.瞬时传动比不变性(齿廓啮合基本定律)相互啮合的一对齿廓在任一瞬时的传动比与两齿轮的连心线与该对啮合齿廓接触点的公法线所分得的两线段成反比即i=w1/w2=O2C/O1C=常数节圆分别以O1和O2为圆心、以O1C和O2C为半径作圆,其半径用r’1和r’2表示2.中心距可分性在图中,因为△O1N1C∽△O2N2C,所以在齿轮加工完成后因其基圆半径已经确定,所以即使两齿轮的中心距稍有改变(象制造和安装误差以及磨损等原因),也不会影响齿轮的传动比3.传递压力的方向不变性(啮合角为常数)啮合线齿轮传动时其齿廓接触点的轨迹线称(渐开线齿廓啮合时,由于无论在哪一点接触,接触齿廓的公法线总是两基圆的内公切线N1N2故渐开线齿廓的啮合线就是直线N1N2)啮合角啮合线N1N2与两齿轮节圆的公切线tt间的夹角a¢→啮合角在数值上等于渐开线在节圆上的压力角分析由于两齿廓啮合时,其间的正压力是沿齿廓法线方向作用,也就是沿啮合线方向传递故啮合角不变→齿廓间压力方向不变若齿轮传递的力矩恒定,则轮齿之间、轴与轴承之间压力的大小和方向也均不变,从而传动平稳这也是渐开线齿廓传动的一大优点实际中心距实际中心距与标准中心距的关系注意1)当一对齿轮相互啮合时才有节圆和啮合角,单个齿轮没有节圆和啮合角,只有分度圆与压力角2)当a=a/时为标准安装(无侧隙安装),只有此时齿轮的节圆与分度圆重合*提问1)渐开线是怎样形成的?它有哪些特性?2)为何将齿轮的模数取成标准值?它对齿轮传动有何影响?*齿廓啮合基本定律不作推导,只加以说明;强调节圆与节点的概念*由传动比公式分析中心距可分性,注重讲明其重要作用*强调啮合线、基圆内公切线与齿廓公法线三线合一,并由此讲明啮合角与压力角的关系和齿轮传递的压力*利用教具和挂图分析齿轮的啮合过程分析理论啮合线段与实际啮合线段的内在关系*对标准齿轮正确啮合的条件的来由作简单的推导证明,提醒学生注意该条件的重要性*引导学生分析齿轮连续传动的条件后引出重合度概念,并强调重合度的物理意义课后作业10-10重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题渐开线齿轮的切齿原理根切现象与最少齿数教学目的与要求理解展成法加工齿轮的原理,熟悉展成法加工齿轮的几种方法了解仿形法加工齿轮的原理和所使用的机床、刀具;明确根切现象与最少齿数教学重点展成法加工渐开线齿轮的原理与方法,齿轮不根切的最少齿数难点展成原理与根切现象的分析教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法渐开线齿轮的切齿原理渐开线齿轮轮齿的成形方法有铸造、模锻、热轧、切削加工等最常用的是切削法切削法按其原理又可分为仿形法和展成法两种
一、仿形法简介加工机床→铣床→铣刀轴向剖面的形状与齿轮齿槽轴向剖面的形状相同加工方法→(以卧铣为例图10-6)简单介绍→特点
二、展成法1.展成原理利用一对齿轮传动时,其轮齿齿廓互为包络的原理→展成法加工齿轮1)轮坯与刀具的节圆作纯滚动展成运动→轮坯与刀具由机床保证按一定的定传动比运动2)刀具具有渐开线齿廓的刀刃2.加工方法1)齿轮插刀插齿齿轮插刀顶部比正常轮齿高出c*m,以便切出齿轮的顶隙插齿时,插刀沿轮坯轴线方向作往复切削运动,同时强迫插刀与轮坯以一定的角速比转动,直至切出全部齿廓因齿轮插刀的齿廓是渐开线,所以插制的齿轮也是渐开线根据正确啮合条件,被切齿轮的模数和压力角必定与插刀的模数和压力角相等故用同一把刀具可加工出具有相同模数和压力角、而齿数不同的齿轮*课前提问1)分度圆与节圆有何区别?压力角与啮合角有何区别?2)渐开线齿廓有哪些啮合特性?3)标准直齿圆柱齿轮正确的啮合条件是什么?连续传动的条件是什么?*对照挂图讲解访形法加工齿轮的方法、特点*由渐开线的形成原理讲解展成原理然后到展成法加工齿轮的两个重要条件的讲解*注意分析说明插齿的几个动作2)齿条插刀插齿齿条插刀的刀齿顶比传动齿条的齿顶高出c=c*m的距离,同样是为了保证切制出齿轮的顶隙齿条插刀插制齿轮时,其展成运动相当于齿条与齿轮的啮合传动,插刀的移动速度与轮坯分度圆上的圆周速度相等3)齿轮滚刀滚齿滚刀形状类似螺旋,其轴向截面为一齿条当滚刀绕其轴线回转时,相当于齿条在连续不断地移动当滚刀和轮坯分别绕各自轴线转动时,便按展成原理切制出轮坯的渐开线齿廓3.仿形法与展成法加工齿轮的特点比较根切现象与最少齿数1.根切现象用展成法加工齿数过少的齿轮时,齿轮坯的齿廓根部将被刀具的齿顶过多地切削掉的现象→根切不仅使轮齿根部削弱,弯曲强度降低,而且使重合度减小,因此应设法避免2.不根切的最少齿数分析产生根切的直接原因是→刀具顶线超过了理论啮合线的上界点N1由于基圆以内无渐开线,则超过N1的刀刃不能展成渐开线齿廓因此在刀具与被加工轮坯所进行的展成运动中,这部分刀刃必然会将被加工齿轮根部的渐开线齿廓多切去一部分→为了防止根切,必须保证刀具的顶线不超过N1点可以证明,满足不根切的条件是标准直齿圆柱齿轮不根切的最少齿数当a=20°、h*a=1时,zmin=17*在比较仿形法与展成法加工齿轮特点的基础上说明各自应用的场合*由渐开线特性和齿数过少齿轮基圆半径小分析形成根切的原因*由图6-
25、6-26简单推导不发生根切的最少齿数的计算公式课后作业10-15,10-16重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题渐开线变位齿轮概述教学目的与要求了解变位齿轮的形成,能对变位齿轮与标准齿轮进行比较能正确分析变位齿轮的传动类型及其应用教学重点正、负变位齿轮的形成、特点,变位齿轮的传动类型及应用难点变位齿轮的几何尺寸教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法变位齿轮传动简介标准齿轮的局限性1齿数小于zmin会根切;2a′≠a会无法安装或出现过大的齿侧间隙;3大小齿轮齿根抗弯能力有差别
一、变位齿轮的切制及其齿形特点标准齿轮的形成→齿条刀具的中线与被加工齿轮的分度圆相切作纯滚动变位齿轮的形成→将刀具中线相对被加工齿轮的分度圆移动一段距离xm,使齿轮分度圆不再与刀具中线相切,而是与和中线平行的另一直线机床节线相切,这种因改变刀具和轮坯的相对位置而切制出来的齿轮称为变位齿轮变位量刀具移动的距离xm变位因数x→刀具向远离轮坯中心的方向移动称为正变位,规定x为“+”,反之为负变位,规定x为“–”与标准齿轮相比,变位齿轮的齿形具有下列特点1)与标准齿轮相同的齿数模数和压力角由于齿条刀具的刀刃为直线,各处具有相同的模数和压力角因此用同一把刀具加工出来的无论是标准齿轮还是变位齿轮,不仅具有相同的齿数,而且还具有相同的模数和压力角2)用与标准齿轮相同的渐开线齿廓曲线变位齿轮与标准齿轮不仅分度圆直径相同,而且基圆直径也相同故变位具有与标准齿轮相同的渐开线曲线(同一渐开线上的不同曲线弧段)3)某些几何尺寸发生了变化对于正变位齿轮,由于刀具位置的变化,齿厚、齿根圆直径增大,齿根强度增大,齿根高减小,齿顶变尖对于负变位齿轮则反之
二、变位齿轮传动的无侧隙啮合方程及几何尺寸计算1.变位齿轮传动的无侧隙啮合方程变位齿轮传动按无侧隙啮合条件,即要求两齿轮在节圆上满足s1=e
2、s2=e1和p=s1+e1=s2+e2的条件无侧隙啮合方程注意xS=x1+x2=0,则a¢=a=20°,两轮节圆与分度圆重合;若xS≠0,则a¢≠a,两轮节圆与分度圆不重合*课前提问1)什么叫根切?标准齿轮不产生根切的条件?2)当标准齿轮传动的实际的安装中心距小于标准中心距时,能否安装?反之则情况怎样?由提问引出标准齿轮的局限性→变位齿轮的由来*强调正、负变位刀具移动的方向*引导学生完成变位齿轮与标准齿轮的比较*变位齿轮的几何尺寸计算涉及到许多参数与因数,且公式推导烦琐故各类公式不作推导,讲明其含义和应用实际中心距a2.中心距变动量ym变位齿轮传动中心距与标准齿轮传动中心距的差值ym=a′-a,y称为变位齿轮传动的中心距变动因数3.齿顶高变动因数Δy与顶隙c/顶隙齿顶高因数变位齿轮的几何尺寸计算公式见表6-6
三、变位齿轮传动的类型及其应用1.零传动(高度变位传动)xS=0,x1=-x2≠0,a′=a,a¢=a注意为协调强度及小齿轮不发生根切,一般小齿轮采用正变位而大齿轮采用负变位,若大齿轮负变位而不根切,要求z1+z2≥2zmin特点1可采用zzmin的齿轮而不根切;2可改善小齿轮的磨损状况;3可使大小齿轮的强度趋于接近,相对提高两轮的承载能力;4齿轮不具有互换性,需成对设计、制造和使用,且重合度略有降低;5当x1过大时,可能出现齿顶变尖,要求验算sa1,使sa
10.25m2.正传动xS0,a′a、a¢a(因x1+x20,故可使z1+z22zmin)特点是1可减小齿轮的结构尺寸;2可减轻轮齿的磨损;3轮齿的强度获得改善和提高;4可配凑中心距;5不具互换性,且重合度降低较多3.负传动xS0,a′a、a¢a(因x1+x20,为避免根切,须z1+z22zmin)特点1可配凑中心距;2重合度略有增加;3轮齿的磨损加剧,强度有所降低,且不具互换性注意正传动和负传动的啮合角a¢都发生了变化,所以这两种传动也称为角度变位齿轮传动例题分析P199例10-2补充例题《机械设计》(徐)P281*注意讲解各类传动的划分原则及其特点和应用*讲解例题时,应注意各类因数的确定和变位齿轮传动设计的分析方法和步骤课后作业10-17重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题齿轮传动的失效形式与设计准则圆柱齿轮的强度计算教学目的与要求了解齿轮轮齿的5种失效形式的特点与危害,明确齿轮传动的设计准则熟悉圆柱齿轮的强度计算教学重点轮齿的失效形式,齿轮传动的设计准则,齿轮的强度计算难点轮齿失效形式的分析教具讲稿(教学要点与板书)教学法齿轮传动的失效形式与设计准则对齿轮工作性能要求要求齿轮传动平稳和具有足够的承载能力→通过对齿轮的受载特点、失效形式分析→制定齿轮传动的设计准则
一、失效形式1.轮齿折断→发生部位齿根→类型疲劳折断与过载折断1)疲劳折断轮齿受力同悬臂梁→齿根处产生最大的弯曲应力,弯曲应力为脉动循环交变应力→齿根处过渡部分的尺寸发急剧变化,存在着应力集中,且加工轮齿时,沿齿宽方向要留下刀痕使轮齿根部产生疲劳裂纹→随着应力循环次数的不断累积,裂纹不断扩展,最终会因疲劳强度不足而使轮齿突然折断→疲劳折断(在齿轮正常使用中,疲劳折断是轮齿折断的主要形式)2)过载折断由于短时的严重过载或冲击载荷过大→轮齿因静强度不足而折断(用淬火钢或铸铁制成的齿轮,容易发生这种折断)预防措施改齿轮整体淬火为轮齿表面淬火的热处理采取适当降低齿轮材料的硬度,提高其韧性→改善轮齿抗折断的能力2.齿面疲劳点蚀→发生部位齿根表面靠近节线处→形成原因表面接触应力分析齿轮传动时,其轮齿表面的接触区域在理论上为一条线,但由于变形的存在实际接触区域为一长方形小面积此小面积很小而使轮齿表层的局部应力(接触应力)很大→由于齿轮传动时,轮齿表面的接触区域在不停的移动,当接触应力超过表层材料的接触疲劳极限时,经一定的应力循环次数,齿面材料就会出现图点状剥落,轮齿啮合情况恶化而报废→疲劳点蚀预防措施提高齿面硬度、降低齿面粗糙度→可提高轮齿齿面的抗点蚀能力3.齿面胶合→发生部位较软轮齿表面出现粘撕沟纹→形成原因摩擦高温分析齿轮传动在低速重载时,其啮合齿面间压力大,不易形成润滑油膜;在高速重载时,由于啮合区的摩擦温升使润滑油粘度降低,从而使润滑油膜易破裂→导致两齿面金属直接接触→当啮合区瞬时温升过高时两齿面会出现峰点粘着现象→随齿面间的相对滑动,粘着点被撕脱,在较软齿面上留下与滑动方向一致的粘撕沟痕使轮齿表面遭到破坏→胶合预防措施提高齿面硬度和降低齿面表面粗糙度值,低速传动应选用粘度较大的润滑油,高速传动应采用抗胶合能力强的润滑油4.齿面磨损→发生部位轮齿表面→形成原因磨粒磨损分析开式齿轮传动中,由于齿轮暴露在外,润滑条件差,灰尘、沙粒、金*课前提问1)变位齿轮是怎样形成的?2)与标准齿轮比较,正、负变位齿轮有何特点?*由齿轮传动失效使机械传动不能正常工作引出齿轮传动的失效形式及其分析*讲解各类失效形式时,注重分析失效原因及失效的危害和预防措施属碎屑等,极易进入啮合齿面起到磨粒作用→磨料磨损(开式传动不可避免的一种主要失效形式)→磨损不仅使轮齿失去正确的齿形,还会使轮齿变薄,严重时会引起轮齿折断预防措施改开式传动为闭式传动是防止齿面磨损的最有效方法;提高齿面硬度和降低齿面的粗糙度对于防止和减轻磨损也很有效5.齿面塑性变形→发生部位轮齿表面→形成原因摩擦力引起局部塑性流动分析在重载作用下,齿面间的正压力和与之形成的摩擦力都较大,较软一侧的齿面在较硬一侧齿面的推挤作用下,产生局部的塑性变形(失效多发生在低速、严重过载和起动频繁的软齿面齿轮传动中)预防措施提高齿面硬度,采用粘度较高的润滑油
二、设计准则1.闭式齿轮传动软齿面(硬度≤350HBS)→主要失效形式齿面点蚀→按齿面接触疲劳强度设计→对齿根弯曲疲劳强度进行校核硬齿面(硬度350HBS)→主要失效形式轮齿疲劳折断→按齿根弯曲疲劳强度进行设计→作齿面接触疲劳强度校核2.开式齿轮传动→主要失效形式磨粒磨损和因磨损导致的轮齿折断→磨损目前尚无适当计算方法,设计准则为按齿根弯曲疲劳强度进行设计,考虑磨损对轮齿折断的影响,适当加大模数渐开线圆柱齿轮传动的强度计算引出为什么要进行强度计算以及强度计算的方法与步骤,具体的计算公式与过程在习题课中讲解*由失效分析引出齿轮传动的设计准则,重点讲解闭式齿轮传动的设计准则课后作业10-6,10-7,10-8重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题渐开线斜齿圆柱齿轮传动与锥齿轮传动简介(锥齿轮部分留出时间学生自阅)教学目的与要求了解斜齿轮形成、特点及其应用,了解当量齿轮的概念掌握斜齿轮的几何尺寸计算,明确斜齿轮传动的正确啮合条件及其重合教学重点斜齿轮、锥齿轮的特点及其应用,斜齿轮的几何尺寸及强度计算难点斜齿轮传动的重合度分析与当量齿轮的分析教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法渐开线斜齿圆柱齿轮传动
一、斜齿轮齿廓曲面的形成及其啮合特点1.直齿轮和斜齿轮齿廓曲面的形成直齿圆柱齿轮的齿廓曲面为渐开面,斜齿圆柱齿轮的齿廓曲面为渐开螺旋面2.特点比较直齿轮→齿面接触线为等宽直线,且与齿轮轴线平行,啮合开始和终止都是沿齿宽突然发生的,易引起冲击、振动和噪声,尤其高速传动;斜齿轮→齿面接触线与齿轮轴线相倾斜,其长度由点到线逐渐增长,到某一位置后又逐渐缩短,直止退出啮合,因此啮合是逐渐进入和逐渐退出的,且单齿啮合的时间长于直齿轮→斜齿轮传动平稳、噪声小、重合度大、承载能力强,适用于高速和大功率场合,其缺点是有轴向力,使轴承支承结构较为复杂为此可改用人字齿轮,使轴向力相互平衡但人字齿轮制造困难且精度较低,主要用于低速重型机械
二、斜齿轮参数与尺寸计算1.螺旋角β斜齿轮的齿廓曲面与分度圆柱面相交得一螺旋线,该螺旋线上的切线与齿轮轴线的夹角β(一般β=8˚~20˚),斜齿轮有左旋和右旋之分2.端面参数和法向参数端面垂直于斜齿轮轴线的平面→法面垂直于螺旋线切线的平面称→规定以法面参数为标准值(切削斜齿轮时,由于刀具沿齿槽方向进刀,因此斜齿轮的法向参数mn、αn、han*、cn*与刀具的相同)且同于直齿圆柱齿轮的标准值法向模数mn和法向压力角αn与端面模数mt和端面压力角αt间的换算关系pn=ptcosβ因p=πm,故法面模数mn和端面模数mt间的关系是mn=mtcosβtanαn=tanαtcosβ3.几何尺寸计算计算公式见表10-4例题分析例10-3
三、斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件与重合度1.正确啮合条件2.重合度*由直齿轮的传动特点引出斜齿轮传动*由挂图讲解直齿轮和斜齿轮的形成,并由各自的啮合特性引导学生完成斜齿轮传动的特点分析*由斜齿轮的加工特性引出端面和法面的概念,强调法面参数为与直齿轮相同的标准值*说明计算几何尺寸需用端面参数,而给出端面参数与法面参数的关系为端面重合度(与直齿轮相同),为法面重合度上式即为外啮合斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件式中“-”表示两齿轮的旋向相反;若为内啮合斜齿轮,则两齿轮的旋向相同,式中“-”改为“+”
四、斜齿圆柱齿轮的当量齿数当量齿轮过斜齿轮分度圆柱上的C点作轮齿的法平面,则分度圆柱上截出一个椭圆,椭圆上C点处的曲率半径为ρ若作一以ρ为分度圆半径、以mn为模数的直齿圆柱齿轮,则该齿轮的齿廓形状与斜齿轮的法面齿廓形状非常近似→该假想的直齿圆柱齿轮即为斜齿轮的当量齿轮可以证明当量齿轮的齿数zv与斜齿轮的齿数z的关系为注意1)当zv=17时由上式可得z=17cos3β17,即斜齿轮比直齿轮不易根切2)用仿形法加工斜齿轮时,刀具就是根据zv进行选择的*斜齿轮正确啮合条件直接给出,强调记忆*通过图10-15定性分析斜齿轮传动的重合度,给出计算公式,并与直齿轮传动进行比较*用仿形法加工斜齿轮及进行强度计算时,必须知道斜齿轮法面上的齿形,由此引出斜齿轮的当量齿数课后作业10-13,10-19,10-20重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题渐开线圆柱齿轮传动的设计计算教学目的与要求明确齿轮的受力和计算载荷掌握齿轮强度设计的计算公式与校核公式的应用教学重点各类强度公式的应用难点各类因数的确定和各类图表的查取方法教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法渐开线圆柱齿轮传动的设计计算
一、轮齿的受力分析和计算载荷1.圆柱齿轮传动时轮齿的受力1)直齿圆柱齿轮→将Fn分解为两个相互垂直的分力,则2.计算载荷分析齿轮传动时会受到各种附加载荷的影响如因齿轮在轴上的位置不对称而使载荷沿齿宽方向的分布不均;由于轴和轴承的变形、传动装置制造安装误差、工作机械的不平稳等→引入载荷因数K或称工作情况因数来估计这些因素的影响,即得计算载荷Fcn=KFn
二、齿面接触疲劳强度计算分析由对轮齿的失效分析可知,齿面点蚀与齿面接触应力大小有关,且点蚀多发生在齿面节线附近→在轮齿节点处建立接触疲劳强度条件接触疲劳强度的校核公式接触疲劳强度的设计公式注意1)上两式是按钢对钢的直齿轮强度分析所得,若为斜齿轮,则式中的671应改为590,其它不变2)μ是大、小齿轮的齿数比,μ=z2/z1,外啮合取“+”,反之取“-”3)齿宽因数ψd=b/d1,取∽
1.2b是齿轮的有效接触宽度mm,通常因小齿轮齿宽b1要大于大齿轮齿宽b2(5~10)mm,故取b=b24)[σH]是齿轮材料的许用接触应力(MPa),由式确定按[σH]1和[σH]2中的较小者取值
三、圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算直齿轮弯曲疲劳强度校核式*由工程力学的受力分析原则直接给出齿轮的各奋力与T1或Fn的关系*讲解清楚载荷因数的作用和确定的方法*齿轮传动的各类设计公式与校核公式的推导从略*讲解强度公式时,着重公式中每一个字符的含义,特别是对材料极限应力的确定、接触疲劳强度寿命系数、弯曲疲劳寿命系数的确定以及复合齿形系数的确定方法一定要讲透,教会学生查图、查表方法直齿轮弯曲疲劳强度设计式注意1)上两式是按直齿轮强度分析所得,若为斜齿轮,右于螺旋角的影响,则式中的系数2将减小为
1.6,其它不变2)复合齿形因数YFS由齿数或当量齿数查图10-30确定
四、齿轮材料的组合通常齿轮材料采用软齿面组合和硬齿面组合两种方式1)软齿面组合齿轮常用材料为优质中碳钢,一般选用正火或调质热处理为了使小齿轮的承载能力能与大齿轮接近,小齿轮的材料要优于大齿轮对于直齿轮,小齿轮的齿面硬度一般要高于大齿轮齿面硬度20~25HBS,对于斜齿轮,则要高于40~50HBS一般传动齿轮多采用这种组合2)硬齿面组合齿轮材料选用合金钢,一般选用表面淬火、表面渗碳淬火等热处理方式小齿轮材料优于大齿轮,两齿轮的齿面硬度可大致相同一般传动尺寸受结构限制的齿轮采用这种组合方式
五、齿轮的结构设计齿轮的结构设计通常是先按齿轮的直径大小选定合适的结构型式,然后再根据推荐的经验公式和数据进行结构设计齿轮常用的结构型式有以下几种1.齿轮轴对于直径较小的钢制齿轮,当齿轮的顶圆直径da小于轴孔直径的2倍,或圆柱齿轮齿根圆至键槽底部的距离δ≤
2.5m斜齿轮为mn将齿轮与轴做成一整体,称为齿轮轴2.锻造齿轮齿轮与轴分开制造时,齿轮采用锻造结构当da≤200mm时,圆柱齿轮采用实心式;当da≤500mm,采用腹板式3.铸造齿轮当齿轮的顶圆直径da400~500mm时,由于齿轮尺寸大且重,不便锻造,齿轮采用铸造结构当400mmda≤500mm时,采用腹板式图,当da=500~1000mm时,采用轮辐式各类齿轮的具体结构见图10-
31、10-
32、10-33*对齿轮传动的参数选择和设计步骤等内容放在设计习题课中讲解课后作业10-23重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础2006—2007学年上学期教学课题习题课渐开线直齿圆柱齿轮传动的设计计算实例分析教学目的与要求掌握齿轮强度计算的分析过程与设计计算的方法步骤教学重点齿轮强度计算的分析过程与设计计算的方法步骤难点各类参数的确定教具讲稿(教学要点与板书)教学法
一、要点复习齿轮传动的设计准则→齿轮传动设计的内容→齿轮传动的参数选择主要参数选择的原则与依据(以闭式齿轮传动为例)1.齿数z常取z1≥20~40闭式软齿面齿轮载荷变动不大时,宜取较大值,以使传动平稳;闭式硬齿面齿轮载荷变动大时,宜取较小值,以增加模数m,保证齿根有足够的抗弯曲能力;对高速传动,应使z1≥25~272.模数m对传递动力的闭式齿轮传动,应使m≥2mm注意,设计出的模数要圆整并取标准值3.齿宽因数ψd增大齿宽可使齿轮的径向尺寸缩小,但齿宽愈大,载荷沿齿宽分布愈不均匀具体取值见表6-12,常用范围为ψd=
0.8~
1.24.齿宽b为保证齿轮传动时有足够的接触齿宽,一般使小齿轮齿宽大于大齿轮齿宽5~10mm,即取b2=ψdd1,b1=b2+5~10mm5.齿数比μμ不宜过大,以免因大齿轮的直径大,而使整个齿轮传动尺寸过大通常直齿圆柱齿轮取μ≤5,斜齿圆柱齿轮取μ≤76.螺旋角β设计斜齿轮时通常初取β=8˚~15˚在模数mn取标准值并使中心距a圆整取值后,按计算实际β值,并使计算出的β值精确到度、分、秒
二、设计实例分析以例10-4进行齿轮传动的几何尺寸确定与强度计算的分析讲解设计步骤材料的选择、处理→许用应力计算→选择齿轮的精度等级→(软齿面)→齿面接触疲劳强度设计→校核弯曲疲劳强度→齿轮的结构分析与齿轮零件工作图*课前提问1)齿轮传动的设计准则是什么?2)一般闭式软齿面齿轮应选用什么材料?采用什么样的热处理方式?*由齿轮传动设计的内容引出齿轮传动的参数选择,先给出选择原则与依据,再结合具体实例讲解具体选择的方法与步骤*对于实例分析一定要注意引导学生参与到具体分析求界的过程中去,使之学会正确的查图查表与设计的方法课后作业齿轮传动的设计作业重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础2006—2007学年上学期教学课题实验1)渐开线齿轮参数测定,2)展成渐开线齿廓教学目的与要求了解渐开线齿轮参数测定的目的,掌握测量工具的使用方法和测量原理了解渐开线齿廓的展成原理,通过齿轮齿廓的展成理解渐开线齿廓的加工方法教学重点渐开线齿轮的参数测定、各类齿轮的齿廓展成难点渐开线齿廓的展成原理教具各类齿轮、测量工具、展成仪讲稿(教学要点与板书)教学法
一、渐开线齿轮的参数测定简述实验目的→实验内容与要求→实验设备与工具实验原理1.模数m和压力角α的测定根据渐开线性质有齿廓公法线ab即两切点的连线必与基圆相切,由此可得pb=W′k+1—W′k式中W′k+1与W′k为跨k+1个齿和k个齿的实测公法线长度单位为mm而pb=πmcosα所以有m==标准模数序列中与上式算得模数最接近的值即为被测齿轮的模数m位系数χ的测定上述得到模数的标准值后,与标准齿轮相比,变位齿轮的齿厚发生了变化,所以它的公法线长度与标准齿轮的公法线长度也就不相等两者之差就是公法线长度的增量,它等于2χmsinα则W′k-Wk=2χmsinα即χ=式中W′k与Wk跨k个齿的实测公法线长度与标准齿轮计算公法线长度Wk可从机械零件设计手册中查得单位为mm3.齿顶高系数h*和顶隙系数c*的测定齿根高hf的计算公式为hf=h*a+c*-χm齿根圆直径df的计算公式为df=(z-2h*-2c*+2χ)m由上式可得h*a+c*=由计算的数值与h*a=1,c*=
0.25和h*=
0.8,c*=
0.3两组标准值的(h*ac*)对照,最接近的那一组,即为所测定齿轮的h*a和c*值注意df直接由游标卡尺量得,其测量方法见实验指导书
二、渐开线齿廓展成实验简述实验目的→实验内容与要求→实验设备与工具1.实验原理展成法是根据一对渐开线齿轮(或齿轮与齿条)相互啮合时,其共轭齿廓互为包络线的原理来切制齿轮的一种方法→齿条作刀具,纸作齿坯→两者作纯滚动,则在各个瞬时所画刀刃位置的包络线,便在齿坯上形成了渐开线齿廓*实验分两大组轮流交替进行,由任课老师与实验老师各承担一个实验的任务*渐开线齿轮参数测定的目的、内容与要求应提前布置学生自阅,课堂上重点讲解实验原理与实验方法步骤实验完后,引导学生完成指导书上思考题的分析2.钢丝绳展成仪结构简介钢丝绳传动的齿轮范成仪绘图纸表示齿坯,固接在托盘上,齿条刀具安装在溜板的径向导槽中,它可上下调节,用锁紧螺母固定溜板安装在机架的水平导槽中,齿条刀具可作水平移动钢丝将托盘和齿条刀具联系起来,钢丝圆弧代表被加工齿轮的分度圆,它与刀具节线E两者作纯滚动,刀具中线与节线E重合通过调节齿条刀具相对齿坯的径向位置,可以范成出标准齿轮和变位齿轮的齿廓2.实验步骤1)在绘图纸上按照指导教师给出的齿轮参数,计算并绘出标准齿轮的齿根圆、基圆、分度圆、齿顶圆和变位齿轮的齿根圆、齿顶圆(变位系数x值由指导教师给出或者按不根切的最小变位系数确定)用剪刀沿比齿顶圆稍大一些的圆周剪下得到齿坯2)绘制标准齿轮齿廓
(1)将齿坯安装到托盘1上,注意两者圆心重合
(2)调整齿条刀具2的径向位置,使刀具中线与齿坯分度圆相切
(3)将齿条刀具推至左(或右)极限位置,用笔在齿坯上画出齿条刀具的齿廓线,然后向右(或左)每次移动刀具约3至5mm画一次刀具齿廓线,直到绘出2至3个完整的齿廓为止这些齿廓的包络线即为标准渐开线齿轮的齿廓3)绘制变位齿轮齿廓
(1)将齿坯相对齿条刀具转动120О,重新安装齿坯
(2)调整刀具径向位置,使齿条刀具中线相对于绘制标准齿轮时的位置后移xm距离(正变位)或前移xm(负变位)
(3)按绘制标准齿轮齿廓的步骤,绘出有2至3个完整齿的变位齿轮齿廓4)观察绘得各类齿轮的齿廓并与标准齿轮的齿廓作对照和分析*该实验分小组(每组3人)进行提前布置代替齿轮毛坯的纸坯制作*实验课上,着重讲解实验原理,并强调该原理就是齿轮的实际加工原理*讲解实验步骤时,右指导实验的老师边做示范连讲解实验完后,由老师引导学生完成各类齿廓的对照分析课后作业填写实验报告重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础2006—2007学年上学期教学课题轮系及其分类定轴轮系传动比计算教学目的与要求了解轮系的组成、基本功用及其类型掌握定轴轮系传动比的计算教学重点定轴轮系传动比的计算难点定轴轮系的运动传递关系及其各轮轴的转向的分析教具轮系的教具讲稿(教学要点与板书)教学法轮系及其分类轮系由多对相互啮合的齿轮或蜗轮蜗杆所组成的传动系统称为轮系功用实现运动与动力的传递、运动速比、运动形式与方向的改变等功用分类1)定轴轮系轮系中,所有齿轮的几何轴线都相对于机架固定的轮系称为定轴轮系2)行星轮系轮系中,至少有一个齿轮的几何轴线不固定而绕其它齿轮的固定轴线转动的轮系3)混合轮系定轴轮系与周转轮系的组合轮系定轴轮系的传动比
一、定轴轮系传动比的计算公式1.一对平行轴圆柱齿轮的传动比外啮合时两轮转向相反传动比定为负值,内啮合时则反之2.轮系的传动比在轮系中,首末两轮的角速度或转速之比若以1和k代表首、末两轮的标号,则轮系的传动比的大小为3.传动比的计算公式公式的简略推导,,将以上各式分别连乘,可得故*由带传动、齿轮传动引出传动系统→轮系*通过教具讲解轮系的划分与功用*提问齿轮传动比的计算公式?公式中的正负号的含义是什么?由此引出轮系的传动比*公式的推导引导学生共同完成定轴轮系传动比的规律及一般计算方法如下1.定轴轮系传动比的一般计算公式2.定轴轮系各轮(轴)转向的判定平行轴定轴轮系当有一对外啮合齿轮时,两轴的转向即改变一次,而内啮合齿轮不改变轮轴的转向,所以轮系中首、末两轮的转向决定于外啮合齿轮的对数m,可用(-1)m来判定故可直接由下式确定平行轴定轴轮系的传动比(首末两轮转向向相同,传动比为正,反之为负)空间轴定轴轮系在空间问题中,由于角速度是矢量,故不能用正、负号来表示其矢量关系,只能用画箭头的方法来确定各轮轴的转向这种用画箭头来确定转向的方法也实用于平行轴定轴轮系3.惰轮的概念既为前一对齿轮的从动轮又是后一对齿轮的主动轮其作用为在不影响轮系传动比的大小的前提下,改变齿轮的转向
二、蜗轮传动的基础知识1.蜗轮与蜗杆旋向的确定左旋→齿线左高右低;右旋→齿线左低右高2.蜗轮与蜗杆转向的确定左、右手法则→左旋左手,右旋右手右手法则右手四指顺蜗杆转向,且大拇指的反方向为蜗轮啮合点处的线速度方向,由该线速度即可确定蜗轮的转向3.蜗轮传动的传动比分析下图蜗轮与蜗杆的转向例题分析例12-1*着重讲解传动比公式的应用过程中应注意的问题主、从动轮的判断、各轮轴转向的确定*此部分内容为补充知识,简要讲解蜗轮、蜗杆旋向与转向的确定后,引导学生完成图示蜗轮与蜗杆转向与旋向的确定*注意例12-1中的齿条移动速度的分析课后作业12-1,12-5,12-6重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础2006—2007学年上学期教学课题行星轮系传动比的计算教学目的与要求理解转化轮系的概念掌握周转轮系传动比的计算方法与步骤教学重点转化轮系传动比的计算公式与转臂与行星轮的判断难点相对运动→转化轮系教具行星轮系的教具讲稿(教学要点与板书)教学法行星轮系传动比的计算
一、行星轮系的组成及其分类1.行星轮系的组成由太阳轮、行星轮和行星架所组成太阳轮绕固定几何轴线转动或不动的齿轮称为太阳轮或中心轮行星轮既有自转又有公转的齿轮称为行星轮行星架绕固定几何轴线转动的构件H(也称转臂)注意,在单一的行星轮系中,太阳轮和行星架的几何轴线必须重合2.简单的行星轮系的分类行星轮系和差动轮系行星轮系自由度数为1的行星轮系差动轮系自由度数为2的行星轮系又称为差动轮系
二、行星轮系的转化轮系由相对运动原理→给整个轮系一个“-nH”,仍保证各构件之间的相对行星轮系运动不变→行星架的角速度则变为零(行星架转为静止)→轮系中所有齿轮的几何轴线都被固定→周行星轮系转化为定轴轮系→该定轴轮系即为行星轮系的转化轮系差动轮系行星轮系的转化轮系表12-1周转轮系与其转化轮系各构件转速之间的关系构件代号周转轮系中的转速转化轮系中的转速1n12n23n3HnH*课前提问1)定轴轮系各齿轮的几何轴线的几何特征是怎样的?2)叙述定轴轮系的传动比计算公式3)怎样判断定轴轮系各轮轴的转向?4)轮系中的惰轮有什么特点?起什么作用?*由行星轮系的教具讲解行星轮系的组成及其一些基本概念*由相对运动原理引出转化轮系的概念根据定轴轮系传动比计算公式,有转化轮系的传动比的计算公式为上式推广后可得一般的行星轮系中的转化轮系传动比计算的基本公式为应用上式可计算行星轮系的传动比应注意的问题1)上式只适用于齿轮G、K和行星架H相互平行的周转轮系,因为轴线不平行时,其转速不能进行代数运算,而必须进行矢量运算2)对于平行轴的周转轮系,仍用(-1)m来确定转化轮系中的转向关系;但对于轴线不平行的周转轮系只能用标箭头的方法来表示转化轮系的关系3)将已知转速代入公式求解未知转速时,应特别注意转速的正负号当假定了某一转向的转速为正以后,于其相反方向的转动即为负,必须将转速的大小连同它的符号一同代入公式中进行计算例题分析例12-2,12-3,12-4*表中转化轮系中各构件的转速、、及表示这些转速是各构件相对于行星架H的相对转速*将定轴轮系与行星轮系的转化轮系的传动比公式进行比较,强调转化轮系公式中各物理量的概念及其应用时应注意的问题*对于非平行轴的行星轮系的转向以图12-7进行实例分析*在各例题的分析中,注意启发学生的思维和强调怎样找分析问题的入口课后作业12-7,12-8,12-9,12-12(任选2题)重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础2006—2007学年上学期教学课题螺纹联接教学目的与要求了解螺纹联接的类型与功用掌握螺纹联接的特点、预紧与防松的方法和螺纹山间的要点教学重点螺纹联接的特点、预紧与防松的方法和螺纹设计的要点难点螺纹防松的原理与设计要点教具实物与挂图讲稿(教学要点与板书)教学法联接被联接件与联接件的组合结构1.动联接机器工作时,被联接的各零、部件之间可以有相对位置的变化→动联接→运动副2.静联接机器工作时,被联接的各零、部件之间的相对位置固定不变,不允许有相对运动→机械静联接不可拆联接如焊接、铆接、粘接等→这些联接在拆开时必须破坏或损伤联结中的零件可拆卸联接如键联接、螺纹联接、销联接、楔联接、成形联接等→这些联接装拆方便,在拆开时不需要损坏联接件中的任一零件螺纹联接联接螺纹→普通螺纹(三角形螺纹)螺纹升角小,自锁性好→粗牙螺纹(常用);细牙螺纹(抗冲击、振动的能力强,多用于强度要求较高的薄壁零件或受变载与冲击振动的联接)螺纹联接类型、结构尺寸及应用场合标准螺纹联接件螺纹联接的预紧与防松1.预紧联接在承受工作载荷之前各联接件预先受到预紧力的作用→预紧的目的是增强联接的刚性、紧密性及防松能力预紧力的规定合金钢螺栓F/≤(
0.5~
0.6)σsA1碳素钢螺栓F/≤(
0.6~
0.7)σsA1一般螺纹联接凭经验预紧重要联接测力扳手、定矩扳手或加感应器的扳手(拧紧力矩T≈
0.2F/d)2.防松以一定的方式防止螺纹联接自动松脱常用的防松方法摩擦防松通过螺旋副沿轴向或径向张紧→增大螺旋副间的正压力→使螺旋副中产生附加的摩擦力进行防松摩擦防松的方法有弹簧垫圈防松(图12-3)双螺母防松(图12-4)自锁螺母防松(图12-5)双头螺柱拧入端紧定防松(图12-6)*课前提问1)运动副的作用是什么?2)运动副联接的构件能否作相对运动?3)电扇上联接叶片的螺钉与运动副的联接作用相同吗?为什么?*由提问引出动联接与静联接的课题及其静联接的分类*复习螺纹的基本知识后引出联接螺纹*结合教材图例和挂图讲解螺纹联接的类型、特点及应用*简单介绍螺纹的预紧,详细分析螺纹联接的防松(此为重点内容)*注意分析摩擦防松原理2.机械防松利用易于更换的防松元件,直接防止螺旋副的相对转动达到防松目的机械防松的方法有开口销防松(图12-7)止动垫圈防松(图12-8)串联钢丝防松(图12-9)3.破坏螺旋副关系防松以破坏螺旋副关系来达到防松的目的破坏螺旋副关系防松的方法有冲点法、焊接法和粘接法(图12-10)
五、螺纹联接结构设计要点(补充知识)螺栓组布置应均匀对称→使螺栓组的对称中心与结合面形心重合→受力均匀,提高抗冲击振动的能力螺栓尽可能布置在靠近结合面边缘→减小螺栓受载,提高螺栓的承载能力利用套筒、键、销分担螺栓的横向载荷→减小螺栓的预紧力和结构尺寸同一结合面上的螺栓组应采用同种规格的螺栓且应取易于分度的数目→加工与安装方便结构中留够螺栓的装、拆空间→由扳手活动距离确定(具体尺寸可查阅机械零件设计受册)避免附加弯曲应力,提高结构的强度→减小加工面(凸台、沉孔),斜垫圈、球面垫圈垫平支撑面,减小应力集中等*注意讲解机械防松元件的作用*简单介绍冲点、焊接与粘接的方法*结合挂图和插图讲解螺纹联接的结构设计课后作业13-1—13-5重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题键联接与销联接教学目的与要求了解键联接与销联接的类型、特点及其应用掌握平键联接的工作原理、平键的选择及其强度计算教学重点平键联接的类型选择及其强度计算难点楔键与切向键的工作原理教具轴系结构实物挂图讲稿(教学要点与板书)教学法键联接键的功用用于轴与轴上零件的周向固定,并传递扭矩(有的键也有轴向固定或实现轴上零件轴向移动的导向作用)
一、键联结的类型、特点和应用1.平键联接GB/TGB1096~1097—1990平键的工作面两侧面(通过轴上键槽和轮毂键槽与键的侧面接触传递扭矩平键的特点易于制造,装拆方便,轴与轴上零件的对中性好等;但它不能实现轴上零件的轴向固定平键的应用应用广泛,多用于传动精度要求较高的场合1)普通平键→类型圆头(A型)、方头(B型)和单圆头(C型)→特点A型用于端铣刀加工的键槽,键在槽中固定良好,但轴上键槽引起的应力集中较大;B型用于盘铣刀加工的键槽,轴的应力集中较小;C型用于轴端,但应用较少(图13-1)→联接尺寸表13-12)导向平键和滑键用于动联接→特点使轮毂周向固定外还可作轴向移动(图13-2)2.半圆键联接GB/T1099—1990半圆键联接的工作情况与平键相同且半圆键能在轴槽中摆动,以自动适应轮毂中键槽的斜度;但其键槽较深,对轴的强度削弱较大(适用于锥形轴端的联接(图13-3)3.楔键GB/T1564~1565—1990与切向键联接楔键上表面和轮毂键槽具有1∶100的斜度,键的上下面为工作面装配时键的上下表面楔紧在轴和轮毂之间形成摩擦传递扭矩能轴向固定零件和传递单方向的轴向力,但易偏心与偏斜,在高速、振动下易松动故多用在对中要求不高,载荷平稳和低速的场合常用的有普通楔键和钩头斜键钩头斜键切向键由一对普通楔键组成(图13-5a),装配时将两键楔紧它的上下平行的两窄面为工作面,依靠与轴和轮毂的挤压传递扭矩若轴正、反转工作时,需采用两个互成120°~130°的切向键(图13-5b)切向键联接传递扭矩大,常用于重型机械且对中性要求不高的场合
二、平键联接的选择与强度校核1.平键的选择根据键的工作情况,确定平键类型→按轴的直径d确定键的剖面尺寸b×h(表12-6)→按轮毂宽度B确定键的长度L,一般L=B-5~10mm,并须符合标准中规定的长度系列*课前提问由轴系结构中齿轮的周向固定引出键联接及其功用*利用挂图讲明平键的类型、加工方法和各自的特点*注意讲解导向平键和滑键的应用场合*强调半圆键的特点和应用场合*简单介绍楔键与切向键联接的结构与工作原*强调平键选择的方法并示例(重点)理2.平键联接的强度校核平键的失效形式压溃(挤压)、磨损与剪切分析普通平键的主要失效形式是键、轮毂槽、轴槽三者中强度最弱的工作面被压溃,除非严重过载,一般很少出现键被剪断,所以对普通平键联接一般只需校核其挤压强度;对于导向平键联接和滑键联接,主要失效形式为磨损,因此应对其进行耐磨性计算,限制压强强度条件键的剪切强度条件为键联接的挤压强度条件为键的耐磨性条件为注意如强度不够,可以适当增大键和轮毂的长度,但键长不宜超过
2.5d,否则载荷沿键长的分布将很不均匀;或者用两个键相隔180°布置,考虑到载荷在两个键上分布的不均匀性,双键联接的强度只按
1.5个键计算补充例题某减速器直径为Φ60mm的主动轴和轮毂宽度为80mm的齿轮采用平键联接,传递的扭矩为T=5×105N·mm试选择平键类型和尺寸解
(1)平键类型和尺寸选择选A型平键,根据轴直径d=60mm和轮毂宽度80mm,从表12-6中,查得键的截面尺寸b=18mmh=11mmL=70mm此键的标记为18×70GB/T1096—1990
(2)校核挤压强度根据键的工作长度(扣出圆头)为l=L—b=70—18=52mm查表12-7有[σ]p=(100~200)MPa,则σp=MPa[σ]p故挤压强度足够花键联接、销及其他联接简介*从材料力学的知识分析平键的失效形式*例题分析时应讲明键的工作长度的含义对花键联接、销联接和其他常用联接让学生自阅后简单讲解课后作业补充习题重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础教学课题联轴器与离合器教学目的与要求了解联轴器与离合器的结构、工作原理及其类型基本掌握联轴器的选择原则教学重点联轴器与离合器的结构、工作原理难点摩擦离合器的工作原理教具联轴器与离合器的实物讲稿(教学要点与板书)教学法联轴器与离合器的功用联轴器和离合器都是用来联接两轴,使其一起转动并传递扭矩的部件注意用联轴器联接的两轴,只有在机器停车后,经过拆卸才能使两轴分开;而用离合器联接的两轴,可在机器工作时方便的使两轴接合或分离
一、联轴器1.联轴器的组成一般由两个半联轴器构成→半联轴器分别与主、从动轴用键联接,然后再用联接件将两个半联轴器连接起来2.联轴器的性能要求工程中轴线相对位移的形式轴向、径向位移,角位移,综合位移(图13-261)要求联轴器具有在一定范围内补偿两轴间相对位置误差的性能(避免机器在运转时在传动装置中引起附加载荷而导致出现振动,甚至损坏机器零件)2)要求联轴器安全、可靠且具有足够的强度和使用寿命3.联轴器的分类和常用联轴器的结构和特点1)刚性联轴器基本不具备缓冲和补偿两轴线相对位移的能力,要求两轴安装严格对中(如凸缘、套筒、夹壳联轴器,见零件设计手册)2)挠性联轴器具有补偿两轴线相对位移和缓冲、减振作用的能力无弹性元件挠性联轴器只具有补偿两轴线相对位移的能力(如滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器等)有弹性元件挠性联轴器同时具有补偿两轴线相对位移和缓冲、减振作用的能力(如柱销、套柱销联轴器,轮胎式、弹簧式联轴器等)4.联轴器的选择,
二、离合器简介离合器的性能要求→离合器的分类→常用离合器的结构特点*由传动装置中轴与轴的运动与动力传递和汽车换挡引出联轴器与离合器的功用*由制造和安装的误差、承载后的变形和温度变化、转动零件的不平衡和轴承的磨损等,都可能使两轴不能严格对中,而出现一定程度的相对位移或偏斜等误差引出联轴器的性能要求*结合实物讲解联轴器的分类与典型联轴器的结构、特点及其应用*注意讲解K、Tc、Tn与[n]的概念及其选择*离合器部分要求学生自阅老师作一简单讲解,重点讲解摩擦离合器的结构和工作原理课后作业设计作业联轴器的选择重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题轴的概述轴的结构设计
(一)教学目的与要求了解轴的功用、分类、材料以及轴设计的基本要求和步骤明确轴的结构设计的基本内容及其设计方法教学重点轴上零件的定位与固定要求难点轴上零件的定位与固定方式分析教具轴系部件、挂图讲稿(教学要点与板书)教学法轴的概述轴的功用用来支撑回转零件(齿轮、带轮、车轮等)以实现旋转运动并传递动力
一、轴的分类及应用1.按所受载荷分类转轴→产生弯曲+扭转变形的轴(机械中的大多数轴)心轴→几乎只产生弯曲变形的轴,有转动心轴(火车轮轴)与固定心轴(固定前叉架,注意前轮为被动旋转)传动轴→几乎只产生扭转变形的轴(电机轴、汽车中的传动轴)2.按轴的结构形状分类注意
二、轴的材料对材料的基本要求满足强度、刚度的要求、耐磨性、耐腐蚀性强、对应力集中敏感程度小选择材料的原则经济、合理、实用轴的毛坯锻件→重要和尺寸较大的轴;扎制圆钢→轴的直径较小且不太重要的轴;铸件→结构较复杂的大型低速轴轴常用材料碳钢→价廉、对应力集中不敏感、用热处理可调节机械性能,轴最常用的材料(45钢);合金钢→成本较高,通常适用于对强度要求较高、尺寸小且有其他要求的轴,注意合金钢对应力集资比较敏感,应尽可能从结构外形和尺寸上减少应力集中;铸钢和球墨铸铁→吸振性好、对应力集中敏感小、耐磨性强、强度较高,成本较低,适用于某些结构外形复杂的轴(曲轴、凸轮轴、空心轴等)
三、轴设计的基本要求和设计步骤1.轴设计的基本要求具有足够的承载能力和合理的结构形状2.设计步骤工作条件→选择材料→按强度条件估算轴的最小直径→结构设计→强度验算→绘制轴的工作图轴的结构设计轴结构设计的内容确定轴合理的结构形状和各部分尺寸轴设计应满足的基本要求定位与固定要求→轴与轴上零件要有准确的工作位置和牢固可靠的相对固定;工艺要求→轴应便于加工,轴上零件要易于装拆;疲劳强度要求→尽量减少应力集中;尺寸要求→轴的长度和直径要合理轴各部分的名称与术语轴颈→轴间与轴环→轴头→轴身
一、轴上零件的轴向定位与固定定位与固定作用使轴上零件有准确的工作位置,防止轴上零件与轴产生相对滑动常用方法
二、轴上零件的周向固定固定作用使轴与轮毂进行联接,防止轮毂类零件与轴产生相对转动常用方法实例分析分析下图中轴上零件的定位与固定*课前提问1)齿轮减速器中的核心零件有哪些?2)设想轴上的齿轮以及其他回转零件若不定位与固定的话,减速器的工作情况会怎样?→引出课题*结合实例讲解轴的分类,并要求学生列举一些工程实例*对照表4-23讲明各类材料的性能特点,强调优质碳素钢特别是45钢是轴最常用的材料且常用的热处理方式为正火与调质*简要讲解轴设计的基本要求与步骤*先总体给出轴设计的内容与基本要求,然后分别详述各部分内容*轴上零件的定位与固定为重点内容,讲解此部分内容时应结合教材图例和挂图引导学生进行分析,*实例分析以提问的方式让学生自己完成,然后老师作归纳讲解课后作业14-1,14-2,14-3重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题轴的结构设计
(二)习题课轴的结构设计实例教学目的与要求了解轴结构设计的工艺要求掌握轴结构设计的基本方法教学重点轴结构的工艺分析难点轴的直径与长度尺寸的确定教具轴系部件及挂图讲稿(教学要点与板书)教学法
三、轴结构的工艺要求1.加工的工艺性轴的形状力求简单,一般将轴设计成阶梯轴圆角半径、中心孔尺寸力求统一(查阅有关手册)轴上多处有键槽时,应布置在同一加工面的同一母线上,并选用同种型号的键联接需磨削轴段应有砂轮越程槽,需车削螺纹轴段应有退刀槽2.装配的工艺性阶梯轴中间大,两头小→便于轴上零件的装拆轴端均有倒角→使零件易安装且避免画伤人手与装配零件套筒厚度与轴肩高度应小于滚动轴承内圈的厚度→使滚动轴承易于拆卸3.妥善安排受力与提高轴的疲劳强度合理布置轴上零件的位置→以减少最大转矩(输入轮放中间,输出轮摆两边)和弯矩(减小轴承间的跨距)减少应力集中→截面尺寸变化处大圆角过渡或采用凹切圆角与中间环图改善轴的表面质量→降低表面粗糙度值、表面淬火、表面滚压喷丸等
四、轴的直径和长度确定(轴的尺寸应满足强度与刚度要求和装拆要求)与滚动轴承配合的轴颈直径必须符合轴承内径的标准系列安装联轴器的轴头直径应与联轴器的孔径相适应与零件(齿轮、带轮)相配合的轴头直径应采用标准直径凡用于定位的轴肩与轴环应保证一定的轴肩高度,非定位轴肩h=1~2mm轴头长度应小于轮毂长度2~3mm→便于轮毂的可靠固定设计实例分析P279例14-4中的轴的结构设计*复习轴结构设计的内容;提问1)轴上零件的轴向定位与固定的目的是什么?常采用哪些方法?2)轴上零件的周向固定的目的是什么?常采用哪些方法?3)轴最常用的材料是什么?一般采用哪些热处理方式?→引出课题*结合挂图与实例分析讲解轴结构的工艺要求*结合例14-4讲解轴的直径和长度确定课后作业14-7重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题轴的强度计算教学目的与要求了解轴的失效形式掌握轴的强度计算公式和设计公式教学重点轴的强度计算难点折合系数与材料的持久极限教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法轴的强度计算轴常见轴的失效形式有因疲劳强度不足产生疲劳断裂因静强度不足断裂(轴受到严重冲击或过载,将产生脆性断裂而失效)3)刚度不足变形过大(精密或重要的轴因变形过大精度降低而不能正常工作)4)轴共振断裂5)其他失效(轴颈严重磨损,摩擦高温产生“烧轴”,腐蚀加速疲劳等)
一、按扭转强度计算扭转强度条件τmax=≤[τ]塑性材料[τ]=
0.5~
0.6[σ];脆性材料[τ]=
0.8~
1.0[σ]估算轴的最小直径公式,C由表13-5确定
二、按弯扭组合强度计算第三强度理论→弯扭组合变形的强度条件σe==≤[σ-1]bb轴直径的设计公式例题分析例14-4→完成轴的结构设计部分内容*复习材料力学所讲的强度条件→引出轴的失效形式*复习扭转强度条件,讲明公式中每个字符的含义,强调C的查表方法*简单讲解第三强度理论的概念,引出弯扭组合变形的强度条件,强调条件的应用课后作业14-8,14-9重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题习题课轴的设计教学目的与要求掌握轴的结构与强度设计的方法与步骤教学重点轴的设计难点轴的受力分析、及其系列内力图教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法习题课轴的强度设计实例分析
一、复习轴的结构设计1.根据工作条件确定轴的类型2.轴直径的初步估算3.轴的结构设计1)轴上零件的周向固定2)轴上零件的轴向定位与固定3)轴加工与装配工艺的考虑4)轴各段直径与长度的确定5)绘制轴的草图
二、轴的强度校核计算轴结构设计完成→进行强度校核计算(此部分内容结合例13-1进行讲解)轴的强度校核计算步骤1.选择轴的材料,确定许用应力2.由轴的结构草图作计算简图3.受力分析外力分析→内力分析(完成受力图、扭矩图、弯矩图、合成弯矩图、当量弯矩图)4.确定危险截面一般为当量弯矩最大的截面5.校核危险截面的强度强度设计中应注意的问题若强度不够,需重新设计,加大初估直径,按上述过程再设计若强度富裕太多,为节省材料,可修改原设计,减小轴的直径对重要轴还需进行刚度校核(一般进行弯曲刚度校核)*在复习轴的结构设计基础上进行轴的强度计算→提问工程中的转轴将产生什么变形?其危险截面上的应力属于何种应力?一般采用什么强度理论进行强度计算?请解释强度计算中每一个字符的含义→引出强度计算内容*强调材料的选择原则及许用应力的确定方法*注意在复习受力图、内力图的画法中引导学生分析画出实例的受力图与内力图(详细讲解合成弯矩与当量弯矩的概念与作用课后作业设计作业14-14重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题轴承概述滚动轴承的结构、类型和代号教学目的与要求了解轴承的功用和特点熟悉滚动轴承的类型和代号,掌握滚动轴承类型的选择教学重点滚动轴承的类型和代号、滚动轴承类型的选择难点滚动轴承前置代号和后置代号教具轴承实物与挂图讲稿(教学要点与板书)教学法轴承的概述
一、功用支撑轴和轴上零件,保证轴的回转精度,减少轴与轴承间的摩擦与磨损,提高轴的机械效率
二、轴承的类型与特点1.类型按摩擦性质分滑动轴承→按润滑方式分非液体滑动轴承和液体滑动轴承滚动轴承→按滚动体形式分球轴承与滚子轴承按载荷性质分向心轴承→主要承受径向载荷或只承受径向载荷推力轴承→主要承受轴向载荷或只承受轴向载荷2.特点1)滚动轴承为标准件起动时所需摩擦力矩小灵敏度高,效率高;润滑方法简便;易于互换但抗冲击能力差,工作有噪声,工作寿命低于滑动轴承→在机械中应用非常广泛2)滑动轴承结构简单,成本低廉,便于安装;但润滑的建立和维护要求较高,轴向尺寸大→在气轮机、大型电机、机床和铁路机车中广泛应用,也适用于低速、有较大冲击的场合滚动轴承的结构、类型和代号
一、滚动轴承的结构构造内圈、外圈、滚动体与保持架注意滚动轴承中可无内圈或外圈或保持架但必须有滚动体工作原理工作时内外圈相对转动,滚动体则在滚道内形成滚动摩擦
二、滚动轴承的结构特性1.接触角滚动体和外圈接触处的法线nn与轴承径向平面(垂直轴承轴心线的平面)的夹角α→其值的大小反映轴承承受轴向载荷的能力α越大,轴承承受轴向载荷的能力越大2.游隙滚动轴承内外圈可径向或轴向移动的间隙→其大小对轴承寿命、噪声温升有较大影响3.偏移角滚动轴承内外圈轴线相对倾斜时所夹锐角→可利用其进行调心
三、常用滚动轴承的类型(表15-2)1.按滚动体形式分类1)球轴承→点接触,其承载能力、抗冲击能力较低;价格便宜、工艺简单、极限转速以及灵敏度高,应用及其广泛2)滚子轴承→线接触,其承载能力、抗冲击能力较高;制造工艺复杂,价格高2.按承受载荷的性质分类1)向心轴承主要承受径向载荷径向接触轴承→α=00,承受径向载荷,内外圈有滚道的轴承可承受轴向载荷向心角接触轴承→00α450,2)推力轴承主要轴向推力轴承→α=900,只能承受轴向载荷推力角接触轴承→450α900,轴向载荷(大)+径向载荷(小)3.调心轴承外滚道为球面的滚动轴承→能补偿角偏移
四、滚动轴承的代号滚动轴承是标准件其代号由基本代号、前置代号和后置代号构成1.基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸→由轴承类型代号、尺寸系列代号及内径代号组成(一般为5位数字)1)类型代号滚动轴承的类型代号用数字或大写拉丁字母表示2)尺寸系列代号轴承尺寸系列代号由轴承的宽(高)度系列代号(数字表示)和直径系列代号(数字表示)组合而成3)内径代号内径代号位于尺寸系列代号右边内径代号为04到96时,代号乘以5即为内径尺寸(交代特殊情况的内径代号)注意基本代号中当轴承类型代号用字母表示时,编排时应与表示轴承尺寸的系列代号、内径代号或安装配合特征尺寸的数字之间空半个字距2.前置、后置代号轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时,在其基本代号左右添加的补充代号公差等级代号滚动轴承的公差等级规定为
0、
6、6X、
5、
4、2六级,分别用/P
0、/P
6、/P6X、/P
5、/P
4、/P2表示2)游隙代号分为六组,常用基本组代号为0,一般不予标注,其他组的代号分别为/C
1、/C
2、/C
3、/C
4、/C5注意当公差等级代号与游隙代号需同时表示时,可进行简化,取公差等级代号加上游隙组号组合表示如/P63表示轴承公差等级P6级,径向游隙3组轴承代号分析实例(32311,72100AC/P63)*有轴转动的灵敏度、工作摩擦的性质引出课题*简单对轴承的类型进行分类*由滚动轴承与滑动轴承的摩擦性质分析其各自的特点*在此简单讲解滑动轴承*重点放在接触角与承受轴向载荷能力的分析上*对照表15-2讲解轴承的类型和分别介绍各类轴承的特点及简单应用*详细介绍基本代号的含义及其标注→实例分析*对前置、后置代号略讲,介绍公差等级代号、游隙代号(说明其他后置代号组的内容,前置代号及其含义见有关手册)课后作业15-1,15-2重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题滚动轴承类型的选择滚动轴承的组合设计教学目的与要求基本掌握滚动轴承类型选择的方法熟悉滚动轴承组合设计的思路及一般设计方法教学重点滚动轴承类型的选择、滚动轴承的组合设计难点滚动轴承的组合设计中的轴系固定和组合结构的调整教具挂图讲稿(教学要点与板书)教学法滚动轴承类型的选择选择原则根据载荷的大小、方向和性质,转速高低,结构尺寸的限制,刚度要求,调心要求等因素进行选择1.球轴承→转速较高,载荷不大,回转精度要求较高;或转速较高,径向载荷比轴向载荷大得多2.角接触球轴承→径向、轴向载荷都较大,若转速较高,则采用若转速不高,则采用圆锥滚子轴承3.圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承→当支承刚度要求较高时可选用4.调心轴承→当支承跨距大,轴的弯曲变形大,或轴的中心与孔中心有误差,两个轴承座孔中心位置有误差,或多支点时,应考虑选用5.对于需经常拆卸或装卸困难的地方,可选用内、外圈分离的轴承,如圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承等需要调整径向间隙时,可选用带内锥孔的轴承6.从经济性考虑,球轴承价格低于滚子轴承其中调心轴承价格最高在相同精度的轴承中,深沟球轴承的价格最低,一般尽量选用此类轴承滚动轴承的组合设计
一、滚动轴承内外圈的轴向固定方法
二、滚动轴承的组合定位与固定轴系的轴向定位,一般是通过同一轴上两个支点处轴承内外圈的轴向固定的综合结果来实现→以保证工作时不发生轴向窜动,但同时为了补偿轴的热伸长,又应允许在适当范围内可以有微小的自由伸缩1.两端单向固定支承(双支点单向固定)→适用于轴的跨距较小(L≤350mm)或工作温度不高(t≤70℃)的情况两端单向固定支承结构是由两个支承各限制轴的一个方向的轴向移动→限制轴的双向移动2.一端固定一端游动支承(固游式)→适用于轴的跨距较大(L350mm)或工作温度较高(t70℃)的情况
三、滚动轴承组合结构的调整1.轴承间隙的调整提高轴承的回转精度、抗冲击能力、传动平稳性和寿命→调整垫片、调整环、调整螺钉、调整端盖(图14-18)2.轴系轴向位置的调整使轴上零件有准确的工作位置()
四、滚动轴承的配合滚动轴承的配合原则内圈与轴颈的配合采用基孔制,外圈与轴承座孔的配合采用基轴制轴承配合的选择转速越高、负荷越大、冲击振动越严重时,采用的配合应紧;如果机器工作时有较大的温度变化且工作温度较高时,则内圈与轴的配合应紧,外圈与孔的配合应松轴承配合的标注内圈与轴的配合→只标注轴的公差代号常采用的公差代号为n
6、m
6、k
6、js6等外圈与座孔的配合→只标孔而不标轴,常采用的公差代号为K
7、J
7、H
7、G7等
五、滚动轴承的安装和拆卸(学生自阅)
六、保证支承部分的刚度与同轴度1.增加支承处的刚度→轴承座处设置加强肋;角接触轴承采用反排列(相当于外伸梁)2.保证同轴度→同轴上的座孔一次性加工
七、滚动轴承的润滑
八、滚动轴承的密封*举实例(7103C)复习滚动轴承的类型代号→引出课题*大致给出轴承的选用原则,对球轴承与其他轴承的工作性能与经济性能进行比较后,要求学生在课程设计中尽可能选用球轴承*结合表图和挂图分析轴承内外圈的轴向固定作用*注意热补偿间隙C与安装间隙的预留*对照图15-12和图15-13以及挂图逐一讲解调整方法*结合学过的公差与配合讲解此部分内容,强调配合尺寸在装配图上的标注*给10分钟自习滚动轴承的安装与拆卸*第
七、八两个问题放在课程设计中讲解课后作业15-3重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题滚动轴承的失效形式与寿命计算教学目的与要求了解滚动轴承的失效形式与轴承的设计准则掌握滚动轴承的寿命及时方法教学重点失效形式与寿命计算难点当量动载荷的概念与实际轴向载荷的计算教具讲稿(教学要点与板书)教学法滚动轴承的失效形式与寿命计算
一、滚动轴承的失效形式1.疲劳点蚀内外圈与滚动体间的接触交变应力引起→振动、噪声、回转精度降低、工作温度升高→轴承丧失正常工作能力2.塑性变形滚动体和滚道接触的局部应力超过材料的屈服点,引起工作表面出现凹形成塑性变形→振动、噪声、回转精度降低3.磨损恶劣条件下工作,或润滑不洁、密封不良时,使滚动体与套圈产生磨损→轴承各元件间的间隙增大,旋转精度降低
二、计算准则1.对于一般运转的轴承→主要失效形式为疲劳点蚀→轴承的寿命计算2.对于转速低或摆动的轴承→控制塑性变形→静强度计算→作寿命校核;
三、滚动轴承的寿命计算
(一)寿命计算中的基本概念1.寿命轴承中任一元件出现第一个疲劳电蚀前所转动的总圈数或总小时数2.基本额定寿命标准中规定,在一批相同的轴承中,在相同运转条件下,90%的轴承不发生疲劳点蚀前的总转数或总小时数3.额定动载荷基本额定寿命为106转时轴承能承受的最大载荷,用符号C表示(即轴承在基本额定动载荷C作用下,可以工作106转而不发生点蚀失效的轴承寿命可靠度为90%)额定动载荷的物理意义C值大时,表明该轴承抗疲劳点蚀的能力强,它是衡量轴承承载能力的主要指标注意在轴承标准中可查到各类型轴承的基本额定动载荷C值对向心轴承及角接触轴承为Cr;对推力轴承为Ca4.额定静载荷受载最大的轴承元件的接触应力达到一定值(球轴承4200MPa,滚子轴承4000MPa)的静载荷,用C0表示5.当量动载荷将实际载荷换算为一假定的载荷,此假定载荷称为当量动载荷,用符号P表示(将轴承在工作时承受的径向载荷与轴载载荷综合为当量动载荷)→在当量动载荷作用下,轴承寿命应与实际载荷作用下的寿命相同向心轴承和角接触轴承P为一假定的径向载荷推力轴承P则为一假定的轴向载荷轴承当量动载荷的计算公式为P=xFr+yFaFr为径向载荷;Fa为轴向载荷;x、y为径向因数和轴向因数,由表15-5确定
(二)寿命计算实用寿命计算公式(h)式中ε为寿命指数→球轴承ε=3;滚子轴承ε=10/3额定动载荷校核公式(轴承选择公式)(kN)
四、角接触轴承实际轴向载荷的计算1.内部附加轴向力因接触角α的存在,轴承所承受的径向载荷Fr可分解为一个轴向分力,则该力即为轴承的内部附加轴向力S→内部轴向力的方向由轴承外圈的宽边指向窄边2.实际轴向载荷Fa的计算1)计算各轴承的内部轴向力,根据安装情况画出方向(正装→外圈窄边相对;反装→外圈宽边相对)→内部轴向力始终由外圈宽边指向窄边2)将工作轴向力与同向内部轴向力之和与另一内部轴向力比较,判断“紧”端和“松”端3)被“压紧”轴承的轴向载荷等于除本身内部轴向载荷以外的其他所有轴向载荷的代数和4)“放松”轴承的轴向载荷等于本身的内部轴向载荷
五、滚动轴承的静强度计算当量静载荷P0P0r=x0Fr+y0Fa轴承静强度校核公式为C0≥S0P0计算实例分析例15-1*提问1)滚动轴承内外圈常用的固定方法→分别举出两例2)工作温度不高的短轴采用何种形式的轴系固定方式?*由滚动轴承的受力特点和工作情况引出失效形式,并对应失效形式将设计准则*重点讲解额定动载荷的概念,强调当量动载荷的来由和计算方法*详细讲解公式中每一字符的含义和确定的方法→讲解两个公式具体应用的场合*由轴承的受力分析内部轴向力的由来和确定方法,强调内部轴向力的方向*举实例说明实际轴向力的计算方法,强调轴承紧端与松端的判别方法*本次课内容多,时间紧,若内容讲完后无时间讲解例题,则将例题安排在下一节课讲解课后作业设计作业轴承的寿命计算重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题实验减速器拆装教学目的与要求了解减速器的结构、工作原理分析轴上零件的定位与固定的方法以及减速器的润滑与密封教学重点减速器的结构、工作原理、轴上零件的定位与固定难点减速器结构及轴上零件的定位与固定方法分析教具减速器讲稿(教学要点与板书)教学法实验减速器拆装实验目的1.熟悉减速器的结构和工作原理,了解减速器拆装的基本要求2.观察减速器中各零件的结构形状、装配关系及功用,了解润滑和密封的方法3.进一步理解轴系部件的结构特点和作用
二、实验内容及要求1.按拆卸规程拆开减速器和各轴系,详细观察轴系结构,分析减速器的结构,分析各零件的装配关系和作用2.测定减速器的基本参数,绘制出减速器的传动示意图3.了解零部件之间的相对位置,熟悉轴上零件的定位与固定,画轴系结构草图4.重新装配减速器先拆的零件后装,后拆的零件先装
三、实验设备与工具1.一级圆柱齿轮减速器、二级圆柱齿轮减速器各若干台2.扳手、手锤、铜棒等拆装工具,游标卡尺、内外卡钳、钢板尺等量具
四、实验步骤1.拆卸前,先观察减速器的外部形状,分析它的传动方式、级数、输入轴和输出轴;观察有哪些附件,了解它们所处的位置、结构特点和功用2.拆卸顺序拆箱体的联接螺栓和端盖螺钉→定位销与起盖螺钉→(待箱盖开启了3~5mm后)利用箱盖上的吊环卸下箱盖,并将其翻转180о平稳放置,以免损伤接合面→观察各零件间的相互位置及装配关系、轴系定位及固定方式、润滑密封方法等,并测出齿轮中心距→取下轴承盖,取出轴系部件置于平板上,拆下轴上零部件,擦净油污,详细观察了解齿轮、轴和箱体的结构,绘轴系的结构草图→画出减速器的传动示意图,测量和计算减速器的主要参数,并在传动示意图上注明必要参数
6.将箱盖盖上,装上定位销,拧紧联接螺栓,把减速器放回原处,以便下次使用*实验分小组进行(每5人一组),提前分好小组,要求学生预习实验指导书*由实验老师讲解实验的目的、内容与要求*由实验老师与任课老师指导学生完成实验*实验小结与提问1)想一想减速器结构设计中是如何考虑拆装和使用要求的?2)在拆装过程中应该注意哪些问题?你是如何注意这些问题的?3)扳手空间应如何考虑,留多大为好?4)箱体剖分面采用什么方法密封?5)说明减速器中定位销、油塞、端盖、吊环、弹簧垫圈和通气器的作用课后作业填写实验报告重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础2006—2007学年上学期教学课题机械装置的润滑与密封简介教学目的与要求了解机械装置的润滑与密封的作用熟悉齿轮、轴承的润滑方法、基本会选择润滑剂、润滑方式和轴承的密封方式教学重点齿轮、轴承的润滑方法,润滑剂、润滑方式和轴承的密封方式的选择难点润滑剂与润滑方式的选择、密封方式的确定教具减速器挂图讲稿(教学要点与板书)教学法机械装置的润滑与密封简介润滑的作用减少磨损和发热,起到防锈和吸振降低噪声的作用,改善传动装置的工作状况,提高其的工作品质齿轮传动的润滑1.常用的润滑方式1)浸油润滑将两齿轮中的大齿轮浸入油中至一定深度进行润滑特点简单可靠且节约成本,但油的容量有限,易老化,不能中间冷却和过滤主要用于v15m/s的闭式齿轮传动注意齿轮的圆周速度v3m/s时,浸油深度要求达到3~6倍的模数2)循环喷油润滑是用油泵将有一定压力的润滑油直接喷到齿轮的啮合表面上进行润滑特点可对循环中的润滑油进行中间冷却和过滤,避免了因齿轮搅油而造成的功率损耗,适用于v≥15m/s的闭式齿轮传动3)飞溅润滑依靠离心力甩油进行润滑适用于3≥v12m/s的闭式齿轮传动4)定期涂油和润滑脂润滑主要用于半开式、开式齿轮传动润滑脂润滑密封简单,不易漏油,但散热性差2.润滑剂的选择闭式齿轮传动一般用防锈抗氧矿物油润滑→由手册查得润滑油的运动粘度→再由手册确定润滑油的牌号开式齿轮传动一般用高粘度的开式齿轮油或润滑脂润滑→查得润滑油的运动粘度→再确定润滑油的牌号;当用润滑脂时,一般用齿轮润滑脂或铝基润滑脂
二、滚动轴承的润滑与密封1.滚动轴承的润滑脂润滑适用于轴颈圆周速度v4~5m/s的轴承,常用的润滑剂有钙基润滑脂、钠基润滑脂→特点润滑脂不易流失,便于密封和维护,一次填充可运转较长时间→润滑方式在轴承空隙处装填润滑脂→注意填充的润滑脂一般不超过轴承内空隙的,以免因润滑脂过多而引起轴承发热,影响轴承正常工作*课前提问1)机械传动装置运行过程中功率的损失主要由什么原因引起?2)机械传动装置运行过程中的振动与噪声的形成与那些因素有关?→引出课题*由于教材此部分内容多而杂乱,故在讲解这部分内容时打乱教材顺序分类讲解齿轮的润滑与滚动轴承的润滑与密封*关于齿轮的润滑方式重点讲解浸油润滑,对于润滑剂的选择定性地给出选择原则(给出运动粘度的概念)油润滑适用于轴颈速度过高的滚动轴承→特点摩擦阻力小,可起到散热、冷却作用→润滑方式常用浸油润滑或飞溅润滑(利用高速回转零件的离心力甩油至润滑点)→注意浸油润滑时油面不应高于最下方滚动体中心,以免因搅油能量损失较大,使轴承过热而高速轴承可采用喷油或油雾润滑2.轴承的密封1)密封的作用阻止灰尘、水分等杂物进入轴承,防止润滑剂的流失注意密封方法的选择与润滑剂种类、工作环境、温度、密封处的圆周速度等有关2)密封的方式静密封两个相对静止不动表面的密封→研磨面密封、垫片密封、密封胶密封、O型圈密封动密封两个具有相对运动动表面的密封接触式密封毡圈密封、密封圈密封、机械密封非接触式密封间隙密封、挡油环密封、迷宫式密封组合式密封几种密封组合使用而形成的密封*滚动轴承的润滑剂的类型与选择方法只做简单介绍,给出具体选择原则*轴承的密封部分结合图例进行分析与讲解课后作业15-1~15-7重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械设计基础教学课题齿轮、轴的工作图设计要点与绘制(课程设计指导)教学目的与要求明确零件工作图的设计要点与方法初步掌握轴与齿轮的零件工作图的设计教学重点结构设计与形位公差的确定难点齿轮误差检验项目的确定教具轴与齿轮的实物讲稿(教学要点与板书)教学法齿轮和轴的零件工作图设计应建立在完成齿轮几何尺寸计算及强度设计与校核的基础上才能进行,其设计要点与步骤分述如下
一、齿轮零件工作图设计要点(参阅《机械工程设计基础实训》P67~69)视图→尺寸标注→表面粗糙度→齿坯形位公差→啮合参数齿轮误差项目检验表→技术要求→绘制齿轮工作图
二、轴类零件工作图设计要点(参阅《机械工程设计基础实训》P69~73)选择视图→尺寸标注→形位公差标注→表面粗糙度标注→技术要求→绘制轴的零件工作图
三、结合课程设计课题提出设计齿轮与轴的要求1.任务设计从动齿轮与从动轴的结构并完成其零件工作图2.要求在进一步熟悉齿轮与轴的几何尺寸与结构设计的基础上明确零件工作图设计的要点,充分作好设计前的准备工作画零件工作草图,在草图上标出主要的尺寸、并查出应标注的极限偏差和形位公差标注在草图上3)两张零件工作图均用3#图纸,按制图的要求完成零件工作图4)按规定的进度完成零件工作图并交老师审阅*提问在前面的齿轮与轴的设计再,我们完成了哪些内容,根据课程设计的要求,我们还应该进行哪些工作?→引出课题*在讲解零件工作图设计要点时注意讲解视图比例的确定,强调结构设计的重要性*提出要求,指导与督导学生完成零件图的设计工作课后作业课程设计作业齿轮与轴的零件工作图重庆工业职业技术学院教案与讲稿课程机械工程设计基础教学课题减速器装配图的绘制(课程设计指导)教学目的与要求了解减速器的附件及箱体结构初步掌握装配图的结构及装配图绘制的方法教学重点装配图的结构及装配图绘制的方法难点装配图的绘制教具减速器讲稿(教学要点与板书)教学法
一、减速器箱体结构分析(剖分式箱体)箱体的主体结构→轴承座处的结构(轴承座孔的对中、强度、刚度→加强筋)→轴承座处的联接刚度(螺栓应尽量靠近轴承座→座孔附近设计为凸台→凸台处应留出足够的扳手空间)→箱体的密封(箱体剖分面处联接凸缘应有足够的宽度,联接螺栓的间距不应过大以保证足够的压紧力,剖分面间不加垫片,在剖分面上铣出油沟或回油沟)
二、减速器的附件简介窥视孔和窥视孔盖→放油螺塞→游标→通其器→起盖螺钉→定位销→吊环螺钉、吊耳和吊钩
三、减速器装配图1.装配图绘制装配图比例确定→视图确定→底图绘制(在箱体结构和附件分析后进行)总体布局→轴系结构(先俯后主)→箱体内壁与箱体主要结构(尺寸确定见《机械设计基础实训》P94表3-
2、表3-
3、表3-4)→轴承座端面位置确定〈实训P图3-17→箱体密封(轴承端盖、联接螺栓与螺钉)→附件2.装配图尺寸标注特性尺寸(传动零件中心距及其偏差)→外形尺寸(总长、总宽、总高)→安装尺寸(箱座底面尺寸的长、宽、厚,地脚螺栓孔的直径、中心距及定位尺寸,减速器中心高,主动轴与从动轴外伸端的配合直径和长度等)→配合尺寸(传动零件、联轴器与轴的配合尺寸,轴承内外圈分别与轴和轴承座的配合尺寸)(表3-11)3.填写减速器的技术特性(表3-12)4.编写技术要求5.零件编号6.编制零件明细表及标题栏
四、给出设计要求用1#图纸完成装配图(底稿完成经老师检查后完成正式装配图)*结合减速器实物分析箱体结构及箱体上的附件*强调装配图的比例确定与视图位置的确定*注意讲解怎样利用手册确定必要的尺寸以及标准件、附件的选择课后作业课程设计作业装配草图的绘制光轴加工方便,但定位时要加定位元件;阶梯轴各段强度接近,便于轴上零件的定位;空心轴能减轻轴的重量,当强度一致时,空心轴的重量为实心轴的75%左右,另空心处可储藏润滑剂α为根据扭矩性质而定的折合系数(与载荷性质有关见P235)(装配图)。