機械設計基礎教案[最終定稿]-資料下載頁

　　

【正文】 即產生拉力差，繞上主動輪的一邊拉力增大而成緊邊，繞出主動輪的一邊拉力減小而成松邊，而且緊邊拉力的增加量應等于松邊拉力的減少量，緊邊拉力Fl與松邊拉力F2之間存在著F1=efa的關系。F2②有效拉力Fe等于帶與帶輪整個接觸面上的總摩擦力Ff,即等于緊邊拉力Fl與松邊拉力F2之差，見式(82)。2)關于最大有效拉力。學習這一部分內容時，應該明確以下幾個概念： ①柔韌體摩擦的歐拉公式(85)是在具有打滑趨勢時摩擦力達到極限值的條件下推導出來的。②式（85）F1F=efa中，只給出了1的比值，并未給出F1與F2的實有值，…無數個不同的實有值的比值，此時，可由F1F2=2時，可以有，2415F2分別得出③在一定的F1/F2的條件下，F1與F2的具體數值取決于初拉力Fo的大小,故F0對傳動有很大的作用，例如Fo 等于O時，就根本不能傳動。④由式(87)可知，最大有效拉力 Fec 的大小取決于初拉力Fo、包角α和摩擦系數f的大小。⑤實際有效拉力的數值與傳動中的包角大小和摩擦系數無關，它是一個己知數，是由傳遞的功率P和帶的速度v決定的。3)關于帶的應力分析，應注意以下幾點：①分析帶在工作時的各種應力，包括拉應力σ、彎曲應力σb離心應力σc的分布情況以及最大應力發生在何處。②彎曲應力σb 與帶的厚度h和帶輪直徑D有關,這就是要限制h/D,特別是要限制小帶輪直徑D1的原因。③離心應力σc 實際上是由離心力(慣性力)引起的拉應力的增量。其根本原因在于帶繞帶輪作等速圓周運動時,必須有一個使帶連續向輪心彎轉的力，以產生向心加速度，因而就必然產生一個與該力方向相反的離心力。這個離心力就產生了帶上的拉應力增量，即稱為離心應力。④離心應力與帶的線密度(kg/m)和帶的速度有關，這就是需要限制帶速的原因。⑤根據帶工作時應力大小和變化情況，以及保證帶傳動時不打滑的條件，來分析帶傳動的失效形式和確定帶傳動的設計準則。4)帶的彈性滑動與打滑，是本章中的一個重點，也是一個難點。為了加深對這一概念的理解，可通過帶傳動的實驗來建立感性認識。學習這一部分內容，應該明確以下幾點：①帶在工作時產生彈性滑動的根本原因在于帶本身是彈性體，而且帶的緊邊與松邊之間存在著拉力差。由于帶從緊邊轉到松邊時，其拉力減小，要產生彈性收縮；反之，帶從松邊轉到緊邊時，其拉力增大，要產生彈性伸長。因而帶在工作過程中就不可避免地要產生彈性滑動。②帶的彈性滑動并不是發生在相對于全部包角的接觸弧上，而總是發生在位于滑動角內的那一部分接觸弧上。③由于彈性滑動的影響，將使實際平均傳動比大于理論傳動比。但在一般的傳動中，因滑動率并不大(ε=1%～2%)，故可不予考慮。④打滑是由于要求帶所傳遞的圓周力超過了帶與帶輪間的最大摩擦力(即最大有效拉力)，使滑動角擴大到幾何包角而引起的，它是必須避免的。，著重于學會V帶傳動的設計方法和步驟。應該明確為什么要使小帶輪直徑D1≥Dmin，帶的速度 5m/s4.“V 帶輪的設計”一節中，除應了解V帶輪應滿足的要求外，還應著重掌握根據帶輪直徑來選擇其結構型式，根據帶的型號來確定輪槽的尺寸。應該說明的是，V帶兩側面夾角為40176。而輪槽揳角常是34 176。, 36176。或38176。其原因是V帶在帶輪上彎曲時,截面形狀發生了變化,外邊(寬邊)受拉而變窄，內邊(窄邊)受壓而變寬，因而使帶兩側面的夾角變小。帶輪直徑越小，這種變化越顯著。為使帶側面和輪槽有較好的接觸，應使輪槽模角小于40176。,且隨著帶輪直徑的減小而減小，見表812。167。86一節中，主要是對高速帶傳動和同步帶傳動作一般性的介紹。對于高速帶傳動應著重了解其設計特點。同步帶傳 動是一種新型傳動，對它應著重了解其工作原理和特點。三、本章教學工作的組織及學時分配本章的教學內容安排4個學時。以多媒體手段介紹結構圖，以板書推導和實物共同完成該章的教學任務。安排一個結構設計作業、安排一次參觀。第九章 鏈傳動一、本章主要內容、特點及教學要求本章主要介紹鏈傳動的工作原理、特點及應用范圍；著中分析了鏈傳動的運動不均勻性（即多邊形效應）產生的原因和鏈傳動的失效形式；闡明了功率曲線圖的來歷及使用方法；著中論述了滾子鏈鏈傳動的設計計算方法及主要參數選擇；簡要介紹了齒形鏈的結構特點及鏈傳動的潤滑和張緊的方法。主要教學要求是：1）了解鏈傳動的工作原理、特點及應用。2）了解滾子鏈的標準、規格及鏈輪的結構特點。3）掌握滾子鏈傳動的設計計算方法。4）對齒形鏈的結構特點以及鏈傳動的布臵、張緊和潤滑等方面有一定的了解。二、本章重點及注意事項1．在講授167。91鏈傳動的特點及應用時，應注意以下幾點：1）鏈傳動屬于嚙合傳動，能獲得準確的平均傳動比，又能實現較大中心距的傳動。由于剛性鏈節在鏈輪上呈多邊形分布，引起瞬時傳動比周期性變化和嚙合時的沖擊（常稱為多邊形效應），因而其傳動平穩性差，不宜用于分度機構。2）鏈傳動可在多粉塵、油污、泥沙、潮濕、高溫、及有腐蝕性氣體等惡劣環境中工作，如用于掘土機中的運行機構中。這是由于它是一種非共軛嚙合傳動，對鏈輪齒形加工誤差、鏈條幾何形狀（如鏈節距不均勻性）誤差要求不嚴，并且對嚙合時嵌入的污物有很大的容納能力。3）鏈傳動不宜用于載荷變化很大和急速反向的傳動中。這是由于鏈傳動的緊邊工作時形如弦索，它們的自振頻率較易與外界干擾力合拍而引起振動。此外，鏈傳動的松邊及緊邊呈懸垂線狀態，在起動、制動及反轉時，能引起傳動系統的慣性沖擊。因此，鏈傳動工作時有噪聲在急速反向傳動中更為嚴重。2．講授167。94時，應重點了解鏈傳動的“多邊形效應”，也就是說，了解鏈傳動的運動不均勻性及動載荷時怎樣產生的。通過學習本節必須認識到，鏈傳動的瞬時傳動比在傳動過程中是不斷變化的。由于剛性鏈節在鏈輪上呈多邊形分布，在鏈條每轉過一個鏈節時，鏈條沿垂直于運動方向得分速度也在作周期性變化，從而導致運動的不均勻性。可以證明鏈傳動的瞬時傳動比為is=w1w2=R2cosgR2cosb。在傳動中γ角與β角不是時時是相等的，因此其瞬時傳動比也不斷變化。只有在z1=z2，鏈傳動中心距恰好是節距的整數倍（即γ角與β角的變化完全相同）時，瞬時傳動比方為常數。鏈傳動運動不均勻及剛性鏈節嚙入鏈輪齒間時引起的沖擊，必然要引起動載荷。當鏈節不斷嚙入鏈輪齒間時，就會形成連續不斷的沖擊、振動和噪聲，這種現象通常稱為“多邊形效應”。鏈的節距越大，鏈輪轉速越高，“多邊形效應”就越嚴重。在設計時，必須對鏈速加以限制。此外，選取小節距的鏈條，也有利于降低鏈傳動的運動不均勻性及動載荷。3．學習167。96時，首先要了解確定滾子鏈傳動的承載能力的主要依據是什么。隨著鏈傳動技術的發展，磨損已不再是限定其承載能力的主要失效形式。這是由于鏈條及鏈輪材料、熱處理工藝的改進，鏈條零件表面硬度及耐磨性有很大提高的緣故。又因近代潤滑技術的發展和對鏈條工作時鉸鏈潤滑狀態的試驗研究發現，當鏈條嚙入鏈輪齒間而相對轉動360176。/z（z為鏈輪齒數）時，鉸鏈內不潤滑油可行成承載油楔，這是套筒和銷軸間處于流體動力潤滑狀態。實踐證明：一個設計和安裝正確、潤滑得當、質量合乎標準的滾子鏈傳動，在運轉中由于磨損產生的伸長率還沒有達到全長的3%時，鏈條元件已產生疲勞破壞或膠合。所以確定滾子鏈傳動的承載能力，通常以抗疲勞強度為中心的多種失效形式的功率曲線圖為依據，見圖91913；只有在惡劣的潤滑狀態下工作的鏈傳動，磨損才依然作為限定其承載能力的依據。講授本節時，必須設法讓學生弄清額定功率曲線圖（圖912和圖913）的意義和實驗條件。圖912位單列滾子鏈額定功率曲線，曲線3組成的封閉區說明了鏈傳動的各種失效形式都在一定條件下限制其承載能力，曲線1是由鏈板疲勞強度所限定，曲線2是由套筒、滾子沖擊疲勞強度所限定，曲線實際使用的功率曲線為圖913，較圖912作了些修正，比較安全。修正的主要依據是，鏈傳動各種失效形式的強度試驗數據較分散，特別是膠合強度試驗數據離散性較大。由于在高速區內，隨著轉速的增加，極限功率下降迅速，故圖913中功率曲線的最右段均有一垂直線，用以限定小鏈輪的最高轉速。圖913所示的額定功率曲線圖，是在特定條件下用國產10種型號的單列A系列滾子鏈作試驗，在避免出現各種失效形式的前提下，按試驗數據繪制而成的。它代表不同鏈節距的單列鏈條，在不同轉速n1和不同潤滑條件下所能傳遞的功率，是滾子鏈傳動設計的依據。4．講授167。96時，還要了解鏈傳動主要參數對傳動性能的影響，引導學生學會合理的選擇參數，并掌握鏈傳動的設計步驟。鏈傳動的設計計算通常是根據所傳遞的功率P、工作條件、鏈輪轉速nn2等，選定鏈輪齒數zz2，確定鏈的節距、列數、傳動中心距、鏈輪結構、材料、潤滑方式等。1）合理選定鏈輪齒數是設計中的一項重要任務。小鏈輪齒數z1選得多一些，一般來說對鏈傳動是有利的。這是由于z1的增加，多邊形效應減小，從動輪速度變化率降低。當z121時，(v2v1)v2100%可小于1%。小鏈輪齒數z1選得太多，則大鏈輪齒數z2將更多，不僅增大了傳動尺寸和重量，而且會縮短鏈條使用壽命。這是由于在鏈節距伸長量Δp相同的條件下，齒數愈多，鏈輪上的節圓直徑增量Δd愈大，鏈條移向齒頂，越易從鏈輪上脫落。因此z增加則節距的允許相對伸長量（Δp/p）%降低，鏈傳動的壽命減小，故常取z2max≤120。小鏈輪齒數z最好與鏈條節數互為質數，這樣才能輪流更換鏈輪齒和鏈節的嚙合，從而得到較為均勻的磨損。2）鏈節距p已標準化。它不僅反映了鏈條和鏈輪各部分尺寸的大小，而且是決定鏈傳動承載能力的重要參數之一。根據鏈傳動額定功率P及小鏈輪轉速查功率曲線圖913（注意n1限制范圍），在圖上選擇兩種相近的節距，經過比較后擇優選定其中的一種。為了使結構緊湊，傳動平穩，盡可能選用較小間距的單列鏈；速度小而功率大時，可選用小節距的多列鏈，如石油鉆采機械上廣泛選用兩列以上的多列鏈，可以傳遞1000kW以上的功率。三、本章教學工作的組織及學時分配本章的教學內容安排4個學時。以多媒體手段介紹結構圖，減少推導。安排一個結構設計作業、安排一次參觀。第十章 齒輪傳動一、本章主要內容、特點及教學要求1．本章主要內容為齒輪傳動的基本設計原理及強度計算方法。2．本章特點是：齒輪傳動是機械傳動的學習重點，內容較多，涉及的先修知識較廣，設計程序較繁，所用的參數、系數及其相關資料也較多，需要特別細致地分析研究與區別對待。3．本章教學要求是：熟悉齒輪傳動的特點及應用，掌握不同條件下齒輪傳動的失效形式、設計準則、基本設計原理、設計程序及強度計算方法，掌握不同類型、不同尺寸齒輪的結構設計。二、本章重點、難點及注意事項1．本章重點為標準直齒圓柱齒輪傳動的設計原理及強度計算方法。2．本章難點是如何針對不同條件恰當的確定設計準則和選用相應的設計數據。3．本章應當注意：1）督促學生復習有關的先修知識，排除學習時的障礙。應當切實檢查下列內容掌握的程度。①“機械原理”方面：嚙合原理；漸開線的基本特性；齒輪傳動的幾何計算；單齒對嚙合及雙齒對嚙合區，嚙合區內輪齒嚙合線總長；端面重合度與軸向重合度；斜齒輪的當量直齒輪及當量齒數；圓錐齒輪的背錐、當量圓柱齒輪及當量齒數；齒輪的變位及變位齒輪的特性等。②“金屬材料及熱處理”方面：碳鋼、合金鋼的特性與應用；常化、調質、淬火、滲碳、氮化等熱處理的特性及應用。③“機械制圖”、“公差及互換性測量”方面：齒輪傳動精度及公差的選定與標注。2）要能根據齒輪傳動的工作條件及失效情況，辯證的確定設計準則。具體確定設計準則時，應注意掌握幾個基本點：損傷出現于輪齒的什么部位，損傷的基本原因，損傷表明了輪齒的什么能力（或強度）不足，以及保證齒輪傳動所需工作壽命應采取的措施等。3）掌握好有關金屬材料及熱處理的基本知識是學好167。103的先決條件。這里必須注意兩點：一是選材時要遵循“齒面要硬，齒芯要韌”的基本原則；而是要密切結合生產實際，除了特殊需要外，一般應考慮生產單位所能提供的材料及毛坯，并力求符合技術經濟原則。4）講授167。104時，主要是注意講清楚KA、Kβ、KV、Kα個系數的4個系數的基本含義、實質以及它們之間的差別。對減小Kβ、KV措施有個基本認識即可。要學會查用各個系數的圖表。查用圖表時應注意有關說明及表注。查取齒輪的KV（圖108）時，應注意橫坐標v為齒輪的節線速度、對標準圓柱齒輪，v就是齒輪分度圓處的圓周速度。在查取系數Kβ時，一般應按小齒輪相對支承的位臵、齒寬系數Фd大小、齒寬及齒輪的精度等級，先從表104中查取接觸強度計算用的齒向載荷分布系數KHβ，然后再按KHβ的值從圖1013中查取彎曲強度計算用的齒向載荷分布系數KFβ5)167。105為齒輪強度計算的主要內容,并且是167。10167。108的基礎。從設計準則到實用的強度計算公式,有一個如何處理及演化的過程。要綜合考慮輪齒的嚙合位臵(是單齒對嚙合還是雙齒對嚙合)及實際嚙合狀況(齒輪精度高低誤差大小及輪齒的彈性變形大小),從齒頂進入嚙合起,到齒根退出嚙合止(或相反),沿整個工作齒廓找幾個有代表性的嚙合位臵,逐一分析,對比輪齒受載情況及產生應力的大小,從而確定按輪齒的哪一個嚙合位臵計算其強度(齒根及齒面強度)較為合理,并符合實際情況。對于按照分析所得結論導出設計公式的過程,只要求能夠看懂,能說清楚是按什么準則什么結論建立的,公式中各符號的含義以及如何分別確定它們的代入數值和單位。6)必須注意,輪齒的受力分析是個不能忽視的問題,如果把力的大小或方向搞錯了,就會帶來一系列的錯誤,甚至造成嚴重的后果。所以對輪齒受力的分析應當著重學習,并多作幾次練習。直齒圓柱齒輪的受力分析比較簡單,但它是斜齒輪和圓錐齒輪受力分析的基礎。學習直齒圓柱齒輪的受力分析時(參看圖1014)就應明確記住:力的作用點為節點P,正壓力Fn在法面αbcP內沿嚙合線指向齒面,主動輪的圓周力Ftl的方向與齒輪的轉向相反,徑向力Fr1的方向沿半徑指向軸線,從動輪所受的力與主動輪上的力大小相等,方向相反。各力的數值按式(103)計算。7)凡是影響輪齒形狀的因素都要影響到系數 YFa 及 Ysa。影響輪齒形狀的因素*有基準齒形(它包含4個參數:an、h*a、