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机械设计综合实践课程 第5章 机械系统工作能力设计 肖丽英 清华大学精密仪器与机械学系 机械系统的工作能力设计 工作能力设计的目的 机械系统的工作能力设计的步骤 机械系统的工作能力设计内容 机械系统的工作能力设计 工作能力设计的目的： 在进行机械结构的最小化设计时，保证零部件的强度/刚度/寿命 等机械性能 机械系统的工作能力设计 机械系统的工作能力设计的步骤 材料选择 受力分析和失效分析 根据设计准则，进行工作能力设计或校核 机械系统的工作能力设计 机械系统的工作能力设计内容 传动零件的工作能力设计 带传动/链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动（先做箱体外传动零件的设计计算 ） 支撑零件的工作能力设计 轴、轴承 连接的设计 螺纹连接 轴毂连接（键连接） 连轴器的选择 其他零件的工作能力设计 传动零件的工作能力设计 带传动/链传动： 注意实际空间尺寸对设计结果的要求，合理调整带/链的型号、大小轮直径和中心距，使设计结果满足实际要求 注意强度计算中带轮尺寸 和其他机件的装配活协调关系（例如小轮直径与电动机中心高是否相称，大带轮是否与基座相干涉） 计算出压轴力，为轴、轴承的设计准备 传动零件的工作能力设计 齿轮传动： 多级齿轮传动时 ，合理分配传动比 小齿轮齿数的合理选择 开式传动 ：z1 =17～20； 闭式传动：z1 =20（25）～40； 对功率传动 ：模数 中心距越大 ，传递功率就越大。为方便制造和测量，注意中心距的圆整 一对齿轮传动，小齿轮比大齿轮宽 5-10mm 传动零件的工作能力设计 齿轮传动： 闭式齿轮多级传动中，润滑油应该浸入高速级大齿轮的1-2个齿高，但不小于10 mm，但低速级大齿轮的浸油不超过齿顶圆直径的 1/3 强度计算完成后用表格的形式将齿轮的齿数、模数、螺旋角 、旋向、分度圆直径，齿顶圆直径、齿宽、中心距等 传动零件的工作能力设计 蜗杆传动： 模数是标准值，中心距要圆整。 蜗杆传动确定后要校核其相对滑动速度和传动的效率，并修整系统的效率 蜗杆传动的刚度在装配图设计完成支点距离后进行，热平衡在箱体设计完成后进行。 支撑零件的工作能力设计 轴 ： 根据按扭转强度条件计算（许用切应力）进行轴径初估 注意初估的轴径为轴端部的最小轴径 轴上有键槽时应该将计算轴径放大 3% 动力很小时，计算得到的轴径小于10mm,一般取10mm以上 支撑零件的工作能力设计 轴 ： 如果轴端是输出端（与连轴器相连） ，注意输出端的直径与连轴器的标准相匹配（连轴器的直径有标准） 弯扭合成的强度计算要在轴系结构完全确定后进行，如果校核时发现轴的强度不够，要修改轴的结构，重新校核强度 支撑零件的工作能力设计 轴承的工作能力设计： 在完成装配图后进行 注意合理选择轴承的类型 按轴承的寿命设计进行校核：成对安装的滚动轴承按双列轴承进行校核 支撑零件的工作能力设计 轴承： 成对安装的滚动轴承按双列轴承进行校核 连接零件的工作能力设计 连轴器： 连轴器类型选择：根据实际工作情况进行选择。中小型减速器输入、输出均可采用弹性套柱销连轴器（成本低，装拆方便，缓冲冲击） 注意连轴器孔径与轴径的配合；半连轴器可以采用同一系列的不同直径，与电机相连的连轴器的轴径与电机匹配 型号选择：根据传递的扭矩计算，进行合理选择 连接零件的工作能力设计 键连接： 强度计算后若强度有富裕，不必缩小键尺寸。 如果强度不满足要求，适当增长键长或改用双键或花键 装连轴器处轴上的普通平键不必校核强度，因为连轴器给出的键的尺寸已经考虑了键的强度 其他零件的强度设计(按强度准则进行设计) 提升重物时绳子的强度 卷筒的设计 薄弱机架的支撑强度、刚度 1、刘向锋. 机械设计教程. 北京: 清华大学出版社, 2008 2、吴宗泽.罗圣国.机械设计课程设计（第3版）.北京高等教育出版社，2006 3、黄珊秋 .机械设计课程设计.机械工业出版社，2002 参考文献 谢 谢！ 机械设计综合实践课程