机械设计基础电子教案-正式

第一讲 绪论教学目标(一）能力目标1.解本课程的内容、性质和任务2.掌握学习本课程的方法(二)知识目标1.了解机器的组成及其特征2.熟悉机构、构件、零件、部件的概念及其区别教学内容1.机械设计基础研究的对象2.本课程的作用3.机械设计的基本要求和一般过程教学的重点与难点(一）重点本课程的研究对象、内容。 (二)难点机构、构件、零件、部件的概念及其区别。教学方法与手段采用动画演示,注重启发引导式教学。一、机器的组成及特性（一）机器的组成及其特征以内燃机为例1、工作原理内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器。2、组成内燃机由三部分组成：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。3、机器的特性（二）机构、构件、零件1、机构机构是用来传递运动和力，有一个构件为机架，用运动副连接起来的构件系统。一台机器可以由一个机构，也可以由多个机构组成。常用机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等。2、构件构件是指机构的运动单元体。如键、齿轮、螺栓等。构件可能是一个零件，也可能是由若干个零件组合的刚性体。如内燃机连杆就是由连杆体、连杆盖、螺母和螺栓等零件组成的构件，因为组合成连杆的各零件之间没有相对运动。3、零件及其分类机械零件是指机器的制造单元体。机械零件又分通用零件和专用零件。通用零件是指各种机器普遍用到的零件，如螺栓、螺母、键、销等；专用零件是指某种机器才用到的零件，如内燃机的曲轴、活塞等。二、 本课程的内容、性质和任务1、本课程的性质专业基础课2、本课程的研究对象常用机构和通用零件3、 本课程的研究内容4、本课程的任务三、学习方法小结：1. 机械设计基础研究的对象2. 本课程的作用3. 机械设计的基本要求和一般过程作业与思考：1、何谓机器，何谓机构？它们有什么区别与联系？2、参照内燃机的机构分析，说明它是由哪些机构组成的。第二讲 摩擦、磨损及润滑概述教学目标(一）能力目标1.会分析摩擦副类型，会选择润滑方式及润滑剂类型2.会选择密封方式(二)知识目标1.掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程及润滑的类型及润滑剂类型2.掌握密封方式的选择教学内容1.摩擦与磨损2.润滑3.密封方法及装置教学的重点与难点(一）重点1.润滑方式及润滑剂类型的选择。2.密封方法的确定。(二)难点密封方法的确定。教学方法与手段应用工程实例讲解，总结归纳式教学。一、摩擦与磨损摩擦：两接触的物体在接触表面间相对运动或有相对运动趋势时产生阻碍其发生相对运动的现象叫摩擦磨损：由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏精度、可靠性效率直至破坏。润滑：减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。1、摩擦及其分类1干摩擦2液体摩擦3混合摩擦2、 磨损及其过程1磨合磨损过程：2稳定磨损阶段：3急剧磨损阶段：3、磨损分类1磨粒磨损2粘着磨损3疲劳磨损(点蚀)4腐蚀磨损二、润滑1、润滑剂及主要性能润滑剂分液体、单固体、固体和气体润滑剂等。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂。1润滑油 润滑油是目前使用最多的润滑剂，主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用最广的为矿物油。（1）动力粘度（2）运动粘度v：（3）条件粘度（相对粘度）：恩氏粘度Et2、润滑脂3、固体润滑剂常用滑剂有石墨、二硫化钼、氮化硼、蜡、聚氟乙烯、酚醛树脂、金属及金属化合物等。4、气体润滑剂包括空气、氢气、氦气、水蒸汽及液体金属蒸汽。5、润滑剂的选择2、润滑方法和润滑装置A油润滑装置B脂润滑装置C固体润滑装置D气体润滑装置3、密封方法及装置小结：1. 摩擦与磨损2. 润滑3. 密封方法及装置作业与思考：1、按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为那几类？各有何特点？2、典型的磨损分哪三个阶段？磨损按机理分哪几种类型？3、润滑油和润滑脂的主要性能指标有哪些？第三讲 平面机构的运动简图教学目标(一）能力目标能根据实物绘制机构运动简图(二)知识目标1.了解机构组成原理2.理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系教学内容1.运动副及其分类2.平面机构的运动简图教学的重点与难点(一）重点平面机构的运动简图的绘制。(二)难点绘制简图时构件及运动副的准确表示。教学方法与手段多媒体教学，采用动画演示、实例分析、启发引导的教学方式。一、机构的组成1、运动副运动副：两构件直接接触并能保持一定形式的相对运动的联接称为运动副。1、 高副2、低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面低副可分为转动副和移动副。2、自由度和运动副的约束1、构件的自由度平面内自由的构件，有3个自由度，而空间内自由的构件，有6个自由度。 2、运动副的约束3、运动链和机构两个以上的构件以运动副联接而构成的系统称为运动链。机构是由主动件、从动件和机架三部分组成的。 二、平面机构的运动简图1、构件的表示方法1、构件（1）参与形成两个运动副的构件 （2）参 2、转动副构件组成转动副时，其表示方法如图。3、移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。4、平面高副2、 机构运动简图的绘制步骤小结：1. 运动副及其分类2. 平面机构的运动简图作业与思考：1、平面机构中若引入一个高副将带入( )个约束，而引入一个低副将带入( )个约束。约束数与自由度数的关系是( )。2、两个做平面平行运动的构件之间为( )接触的运动副称为低副；而为( )或( )接触的运动副称为高副。第四讲 平面机构自由度教学目标(一）能力目标熟练掌握机构自由度计算，并能准确判断机构运动是否确定(二)知识目标能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并做出正确处理教学内容平面机构的自由度的计算教学的重点与难点(一）重点平面机构的自由度的计算。(二)难点机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的判断。教学方法与手段多媒体教学，注重举引典型实例进行分组讨论、归纳总结。1、平面机构的自由度 机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。若某机构由N个构件组成，除去机架，机构中共有n=N1个活动件。构件在连接之前，全部活动件共有3n个自由度。而在联接后，构件的自由度由于运动副的约束而减少。设在机构中有PL个低副，PH个高副，则该机构全部运动副的约束数目共有2PL+PH个。则机构自由度F3n2PLPH2、机构具有确定相对运动的条件机构具有确定运动的条件：原动件数目W应等于机构的自由度F。即WF3n2PLPH原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 3、计算机构自由度时应注意的事项1、复合铰链 定义：若两个以上的构件在同一处组成几个转动副，且各转动副轴线重合，则称该处联接为复合铰链。计算自由度时，若复合铰链由m个构件组成，则联接处有(m1)个转动副。2、局部自由度 定义：机构中某些构件所具有的不影响其余构件运动的自由度，称为局部自由度。计算机构自由度时，应将局部自由度除去不计。小结：平面机构的自由度的计算作业与思考：1、一个平面运动链的原动件数目小于此运动链的自由度数时，则此运动链( )。A具有确定的相对运动 B. 只能作有限的相对运动C运动不能确定 D. 不能运动2、机构具有确定运动的条件是什么？第五讲 平面四杆机构（一）教学目标(一）能力目标。能准确判断具体实例属于哪种平面四杆机构类型(二)知识目标熟悉平面四杆机构的基本型式、应用及其演化教学内容1.平面连杆机构概述2.平面连杆机构基本类型3.平面连杆机构的演化教学的重点与难点(一）重点平面四杆机构的基本型式、应用及其演化。(二)难点平面四杆机构类型的判断。教学方法与手段 多媒体教学，采用动画展示平面连杆机构的运动特点，注重启发学生理论联系实际。一、 概述二、四杆机构的基本型式及演化由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。如图所示，机构中固定不动的构件AD称为机架，与机架相连的构件AB和CD称为连架杆。如果连架杆能绕轴线作360 o的回转运动，称为曲柄；若只能在某一角度(小于360)内摆动，称为摇杆。与机架不相连接的构件BC称为连杆。铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。 1、曲柄摇杆机构 雷达天线俯仰角调整机构 缝纫机踏板机构 2、双曲柄机构定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄时，此机构称为双曲柄机构。 惯性筛 机车车轮联动机构3、双摇杆机构定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时，此机构称为双摇杆机构。码头起重机三、平面四杆机构的演化1、曲柄滑块机构2、导杆机构3、摇块机构和定块机构（1）摇块机构（2）定块机构4、偏心轮机构这种机构常用于冲床、剪床等机器中。小结：1.平面连杆机构概述2.平面连杆机构基本类型3.平面连杆机构的演化作业与思考：1、铰链四杆机构有那几种基本型式？各有什么特点？2、铰链四杆机构可以通过那几种方式演变成其它型式的四杆机构？试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的？第六讲 平面四杆机构（二）教学目标(一）能力目标理解平面四杆机构工作特性的工程应用。(二)知识目标理解平面四杆机构的几个工作特性教学内容平面连杆机构几个工作特性教学的重点与难点(一）重点平面四杆机构的工作特性。(二)难点急回特性、死点位置。教学方法与手段利用动画辅助理解急回特性、死点位置概念，工程案例展示其应用。1、铰链四杆机构有曲柄的条件在铰链四杆机构中，曲柄存在的条件为：（1）曲柄为最短构件，又称最短构件条件；（2）最短构件与最长构件长度之和小于或等于其他两构件长度之和，又称构件长度和条件。2、 压力角和传动角3、急回特性的大小表示急回的程度。铰链四杆机构有无急回运动特性取决于该机构有无极位夹角，角越大，急回运动特性也越显著。4.5.4 死点 小结：平面连杆机构几个工作特性作业与思考：1、双摇杆机构的四个构件长度应满足什么条件？ 2、曲柄存在的条件是什么？3、什么是连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有什么影响？偏置曲柄滑块机构的最小传动角min发生在什么位置？4、铰链四杆机构中有可能存在死点位置的机构有哪些？它们存在死点位置的条件是什么？试举出一些克服死点位置的措施和利用死点位置的实例。第七讲 凸轮机构教学目标(一）能力目标1.掌握不同场合下凸轮机构从动件常用运动规律的应用2.能够绘制位移线图(二)知识目标1.了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用2.掌握从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应用教学内容1.凸轮机构的组成、特点、分类及应用2.从动件的常用运动规律及选择教学的重点与难点(一）重点凸轮机构的从动件的常用运动规律。(二)难点立体凸轮机构运动的实现。教学方法与手段利用动画演示机构运动，工程应用案例展示其应用场合。一、概述1、 凸轮机构的应用凸轮机构的组成：凸轮、从动件和机架高副机构。凸轮是凸轮机构的主动件。 2、 凸轮机构的分类1、按凸轮形状分(1)盘形凸轮 它是凸轮的最基本形式，是一个绕固定轴线转动并且具有变化半径的盘形构件。如内燃机配气凸轮机构。 (2)移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，则成为移动凸轮，当移动凸轮沿工作直线往复运动时，推动从动件作往复运动。如靠模车削机构。 (3)圆柱凸轮 2、按从动件端部形状分(1)尖顶从动件 这种从动件结构简单，尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现预期的运动规律。但由于尖顶容易磨损，所以只适用于载荷较小的低速凸轮机构。(2)滚子从动件 由于接触处是滚动摩擦，不易磨损，因此是一种最常用的从动件。(3)平底从动件 由于平底与凸轮面间容易形成楔形油膜，能减少磨损，常用于高速重载的凸轮机构中。它的缺点是不能用于具有内凹轮廓的凸轮机构。 二、 常用的从动件运动规律1、 平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数2、 常用的从动件运动规律小结：1. 凸轮机构的组成、特点、分类及应用2. 从动件的常用运动规律及选择作业与思考： 1、凸轮机构的类型有哪些？在选择凸轮机构类型时应考虑哪些因素？2、用反转法设计盘形凸轮的廓线时，应注意哪些问题？移动从动件盘形凸轮机构和摆动从动件盘形凸轮机构的设计方法各有什么特点？3、何谓凸轮的偏距圆？第八讲 其它常用机构简介教学目标(一）能力目标掌握棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构在工程实际中的应用(二)知识目标1.掌握棘轮机构、槽轮机构的工作原理、运动特点、功能和适用场合2.了解凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构的工作原理、特点、功能及适用场合教学内容1.棘轮机构2.槽轮机构3.不完全齿轮机构教学的重点与难点(一）重点棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、工作原理及应用。(二)难点棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、工作原理及应用。教学方法与手段 利用动画演示棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点。一、 棘轮机构1、 棘轮机构的工作原理棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。 棘轮机构的其它类型：1摩擦棘轮（无声棘轮）由于摩擦传动会出现打滑现象，不适于从动件转有要求精确的地方。2、双向棘轮2、 棘轮转角的调节 1、调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角 2.用遮板调节棘轮转角 3、 棘轮机构的特点与应用 二、 槽轮机构1、槽轮机构的工作原理组成：具有径向槽的槽轮、具有圆销的构件、机架 工作原理：构件1连续转动；构件2（槽轮）时而转动，时而静止。当构件1的圆销A尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。当构件1的圆销A开始进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。4个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转周。6个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转周。2、槽轮机构的类型、特点及应用1、平面槽轮机构。2、空间槽轮机构3、 槽轮槽数Z和拨盘圆柱销数k的选择运动系数（）：槽轮每次运动的时间tm对主动构件回转一周的时间t之比。当z3时，k可取15；当z4或5时，k可取13；当z6时，k取1或2。三、 不安全齿轮机构1、不安全齿轮机构1、不完全齿轮机构的工作原理和类型 2、 凸轮式间歇运动机构小结：1.棘轮机构2.槽轮机构3.不完全齿轮机构作业与思考：1、棘轮机构有几种类型，它们分别有什么特点，适用于什么场合？2、牛头刨床工作台横向进给机构为什么要选用双向式棘轮机构？第九讲 螺纹联接教学目标(一）能力目标掌握螺纹联接的主要类型及应用场合(二)知识目标1.熟悉螺纹的类型、主要参数、特点及应用2.螺纹联接的预紧和防松方法教学内容1.螺纹联接的基本知识2.螺纹联接的预紧和防松教学的重点与难点(一）重点螺纹联接的主要类型及应用场合。(二)难点各种螺纹连接的画法、螺纹联接的防松。教学方法与手段多媒体教学，结合机械制图、联系工程实际。一、 螺纹连接的基本知识联接：在机器中，将两个或两个以上的零件联成一体的结构。机械动连接：机器工作时，被联接零件间有相对运动的联接。机械静连接：机器工作时，被联接零件间没有相对运动的联接。机械静连接又分为可拆联接和不可拆联接。可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可以拆开的联接。如键联接、螺栓联接等。不可拆联接：至少必须毁坏联接中的某一部分才可以拆开的联接。如铆钉连接、焊接等。1、 螺纹的类型常用螺纹的类型主要有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。前两种主要用于联接，后三种主要用于传动。2、螺纹的主要参数3、 常用螺纹的特点及应用三角螺纹主要用于联接；矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。用于联接的三角螺纹又有普通螺纹、英制螺纹以及用于管路系统联接的圆柱螺纹，即管螺纹。在各种螺纹中，除矩形螺纹外，均已标准化。4、螺纹联接的主要类型5、标准螺纹联接件二 螺纹联接的预紧和防松1、螺纹联接的预紧预紧力：在螺栓承受工作载荷之前受到的力，以F0表示。预紧的目的：为了提高联接的可靠性、紧密性和防松能力。2、 螺纹联接的防松1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等2、机械防松：开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等。3、永久防松：端铆、冲点（破坏螺纹）、点焊4、化学防松：粘合小结：1. 螺纹联接的基本知识2. 螺纹联接的预紧和防松作业与思考： 1.简述螺纹连接的主要类型、特点及应用2.螺纹联接的预紧和防松方法是什么？第十讲 单个螺栓连接教学目标(一）能力目标1.掌握单个螺栓连接的强度计算2.螺栓组连接的设计(二)知识目标2.掌握单个螺栓连接的受力分析3.螺栓组连接的受力分析和结构设计教学内容1.单个螺栓联接的强度计算2.螺栓组联接的结构设计教学的重点与难点(一）重点掌握单个螺栓连接的强度计算。(二)难点螺栓组连接的受力分析和结构设计。教学方法与手段多媒体，举工程实例。一、单个螺栓连接的强度计算1、 受拉螺栓联接1、松螺栓连接特点：只能用普通螺栓，有间隙，外载沿螺栓轴线，螺栓杆受P拉伸作用。螺栓工作载荷为：F=P P轴向外载 F/A=4F/d142、紧螺栓连接（1）只受预紧力的紧螺栓连接（2）受横向载荷的紧螺栓联接（3）承受轴向静载荷的紧螺栓连接2、 受剪螺栓连接pp 二 螺栓组联接的设计与受力分析1、 螺栓组的结构设计2、 螺栓组联接的受力分析1、受轴向载荷螺栓组联接，如汽缸螺栓特点：只能用普通螺栓，有间隙，外载/螺栓轴线，螺栓杆受P拉伸作用。单个螺栓工作载荷为：F=P/Z P轴向外载；Z螺栓系数2、受横向载荷的螺栓组联接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载螺栓轴线、防滑普通螺栓受拉伸作用铰制孔螺栓受横向载荷剪切、挤压作用。3、受横向扭矩螺栓组联接 普通螺栓联接 取联接板为受力对象，由静平衡条件则各个螺栓所需的预紧力为： （N） 4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接取板为受力对象：由静平衡条件：设单个螺栓工作载荷为Fi （a）同理由变形协调条件：代入（a）式得： 小结：1. 单个螺栓联接的强度计算2. 螺栓组联接的结构设计作业与思考： 1、单个螺栓连接的强度计算方法分几类？2、如何进行螺栓组连接的受力分析和结构设计？第十一讲 螺栓组连接教学目标(一）能力目标掌握提高螺栓联接强度的措施(二)知识目标1.熟悉螺纹连接件的材料和许用应力2.了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计教学内容1.螺纹连接件的材料和许用应力2.提高螺栓联接强度的措施3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松教学的重点与难点(一）重点提高螺栓联接强度的措施。(二)难点提高螺栓联接强度的措施。教学方法与手段多媒体教学，结合工程实际分组讨论。一、螺纹连接件的材料和许用应力1、 螺纹连接件的材料一般条件下，螺纹连接件的常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35和45钢，受冲击、振动和变载荷作用的螺纹连接件可采用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi和15CrVB等；有腐蚀、防磁、导电、耐高温等特殊要求时采用1Cr13、2Cr!3、CrNi2等。螺纹连接件的常用材料的力学性能见表77。2、 螺纹连接的许用应力螺纹连接的许用应力见表78。二、提高螺栓联接强度的措施1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况a) 悬置螺母强度40%（母也受拉，与螺栓变形协调，使载荷分布均匀）b) 环槽螺母强度30%（螺母接近支承面处受拉）c) 内斜螺母强度20%（接触圈减少，载荷上移）d) （b）(c)结合螺母强度40%e) 不同材料匹配强度40%2、降低螺栓应力幅（）3、减小应力集中螺纹牙根、收尾、螺栓头部与螺栓杆的过渡处等均可能产生应力集中。1）加大过渡处圆角2）改用退刀槽2040%（螺纹收尾处）3）卸载槽4）卸载过渡结构。4、采用合理的制造工艺1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度3040%2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等。可提高疲劳强度3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度70100%，此法具有优质、高产、低消耗功能。4）控制单个螺距误差和螺距累积误差。三、 滑动螺旋传动简介螺旋传动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。1、螺旋传动的类型1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋。特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁2）传导螺旋机床进给汇杠传递运动和动力，特点：速度高、连续工作、精度高3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。其特点是受力较小且不经常转动按摩擦副的性质分：1）滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。2）滚动螺旋传动摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方式有：内循环、外循环，滚动螺旋两种。3）静压螺旋液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油进入螺杆与螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力油膜而分隔开。7.7.2 螺旋传动的结构及材料1、螺母结构（1）整体螺母（2）组合螺母（3）对开螺母2、螺杆结构3、材料螺杆材料的选用原则：（1）高精度传动时多选碳素工具钢。（2）需要较高硬度，如5056HRC时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为3545HRC时，采用65Mn钢。（3）一般情况下采用45、50钢。小结：1.螺纹连接件的材料和许用应力2.提高螺栓联接强度的措施3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松作业与思考： 1、螺栓组联接受力分析中，联接受什么载荷？采用什么螺栓时，螺栓只受预紧力F？联接受何种载荷时，螺栓同时受到预紧力F和工作载荷F？2、螺栓和被联接件的刚度对螺栓的总拉力F0有何影响？采用什么措施可以减小螺栓的刚度和提高被联接件的刚性？3、联接螺纹都是自锁的，为何螺纹联接中大多数联接仍采用防松措施？说明各种防松方法的原理和常用结构。第十二讲 带传动教学目标(一）能力目标1.掌握带传动的受力、应力分析2.能区别弹性滑动与打滑(二)知识目标1.了解带传动的类型与特点。2.掌握带传动的应力分布规律教学内容1.带传动的工作原理、类型、特点及应用2.V带和带轮3.带传动的工作情况分析教学的重点与难点(一）重点带传动工作原理、受力分析、带的应力分布图。(二)难点弹性滑动与打滑的区别。教学方法与手段利用动画演示弹性滑动、应力分布，实物图片展示带传动的应用场合。一、 概述1、带传动的类型 2、 带传动的特点和应用3、 带传动的形式 见表81。二、V带和V带轮的结构V带有普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、宽V带等。8.2.1 普通V带的结构和尺寸标准 2、普通V带轮的结构三、 V带传动的工作能力分析1、 带传动的受力分析打滑：在一定的初拉力F0下，带与带轮面间的摩擦力之总和有一极限值，当传递的圆周力超过该极限时，带将沿带轮表面全面滑动2、 带传动的应力分析带传动工作时，带中应力由三部分组成：（1）拉应力、紧边拉应力 =F1/A MPa 松边拉应力 =F2/A MPa (2)弯曲应力 带绕过带轮时发生弯曲，从而引起弯曲应力，因此只存在于带与带轮相接触的部分。 (3)离心拉应力 当带在带轮上沿弧面运动时，由于本身质量将产生离心力，因而在带全长引起离心拉力Fc，以及相应的离心拉应力。3、 带传动的弹性滑动和传动比弹性滑动与打滑的区别：弹性滑动是由于带是挠性件，摩擦力引发的拉力差使带产生弹性变形不同而引起，是带传动所固有的，是不可避免的，是正常工作中允许的。而打滑是过载引起的，是失效形式之一，是正常工作所不允许的。是可以避免也是应该避免的。弹性滑动的影响：影响传动比i，使i不稳定，常发热、磨损。打滑的影响：使带剧烈磨损，转速急剧下降，不能传递T，不能正常工作。小结：1. 带传动的工作原理、类型、特点及应用2. V带和带轮3. 带传动的工作情况分析作业与思考：1、带传动的主要类型有哪些？各有何特点？2、什么是有效拉力？什么是初拉力？3、小带轮包角对带传动有何影响？4、带传动的弹性滑动和打滑的区别？第十三讲 V带设计及带的张紧教学目标(一）能力目标掌握V带设计方法(二)知识目标1.V带设计的参数确定、计算2.了解带的张紧与维护特点教学内容1.普通V带传动的设计计算2.带传动的张紧和维护教学的重点与难点(一）重点V带传动的设计方法和注意事项。(二)难点V带传动的设计中参数的确定。教学方法与手段采用多媒体，结合实际。一、 带传动的设计1、 带传动的失效形式和设计准则带传动的失效形式：带与带轮之间的磨损、打滑和疲劳破坏。带传动的设计准则：保证带在工作时不打滑，同时具有一定的疲劳强度和寿命。2、 单根V带传递的功率 实际工作条件下，单根V带所传递的功率P0，P0（P0P0）KKLP0=Kbn1（11/Ki）3、V带传动的设计步骤和方法已知：P，n1，n2或i传动布置要求（中心距a）工作条件要求：确定带的型号、根数、长度；带轮的Dmin、结构、尺寸、中心距（a、轴压力Q等。带传动设计的一般步骤1选定带型设计功率根据pd和n1由图8.12选取带的型号 2确定带轮基准直径、min min见表8.6。 宜取标准值，见表8.3。3.验算带速对普通V带Vmax=525m/s。4初定中心距带基准长度由表8.4选取近似的实际中心距 5小带轮包角一般应使12006确定V带根数Z= P1=1800时载荷平稳时，特定带长的单根V带的基本额定功率Kb弯曲影响系数传动比系数小带轮包角系数，7单根V带的预紧力8带作用在轴上的压力9带轮的结构设计例题8.1 设计某鼓风机用普通V带传动。已知：异步电机额定功率P10kW，转速n11450r/min，n2400 r/min，中心距a约为1500mm，每天工作24h。解：1选定普通V带型号设计功率1.31013kW根据pd和n1由图8.12选取B型带。2确定带轮基准直径，min，取140mm，取500mm（标准值）3.验算带速 vmax=10.63mm在525m/s范围内，合适。4初定中心距带基准长度取ao=1500mm，4026.9mm，由表8.4选取近似的4000mm。实际中心距 1487mm5小带轮包角=166.1301200，合适。6确定V带根数Z=3.62取Z=4根。7单根V带的预取紧力260.33N8带作用在轴上的压力2067.4N9.带轮的结构设计二、 带传动的张紧和维护1、带传动的张紧1、调整中心距方式（1）定期张紧 （2）自动张紧轮方式2、张紧轮方式 2、 带的安装与维护小结：1. 普通V带传动的设计计算2. 带传动的张紧和维护作业与思考：1、带传动的失效形式和设计准则是什么？ 2、如何对带传动进行张紧与维护？第十四讲 链传动教学目标 (一）能力目标掌握滚子链传动设计计算、熟悉链传动的运动特性（速度的不均匀性及动载荷）及应用(二)知识目标1.了解链传动的类型、特点和应用2.链传动的布置与润滑3掌握滚子链传动的失效形式教学内容1.传动链的结构及标准2.链传动的运动特性3.滚子链传动的设计计算4.链传动的布置、张紧与润滑教学的重点与难点(一）重点滚子链传动的失效形式和设计计算。(二)难点滚子链传动的设计计算中参数的确定。教学方法与手段多媒体演示，结合实例分析。一、 概述链传动的组成：主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等。 工作原理：（至少）两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。但非共轭曲线啮合，靠三段圆弧（）一直线啮合。其磨损、接触应力冲击均小，且易加工。二、传动链的结构及标准1、 滚子链的结构滚子链由滚子、套筒、销轴、外链板和内链板组成。 套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合（压配）；套筒与销轴、滚子与套筒均采用间隙配合。参数：P节距，b1内链板间距，C板厚，d1滚子直径，d2销轴直径，Pt排距2、 滚子链的标准3、 滚子链链轮 结构：1）整体式 2）孔板式 3）组合式 材料： 主要要求：1）足够的强度；2）足够的耐磨性；3）耐冲击。 常用材料：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金钢。 三、 链传动的运动特性 （m/s）平均传动比 结论：链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变化。造成链运动速度的不均匀，不恒定作有规律的周期性波动。瞬时传动比 四、滚子链传动的设计计算1、链传动的主要失效形式2、 滚子链的实用功率曲线3、 链传动的设计计算1、已知：P，载荷性质，工作条件，n1，n2 求Z1、Z2P，列数，a，润滑方式等。五 链传动的布置、张紧与润滑1、 链传动的布置2、 链传动的张紧其目的不取决于工作能力，而会由垂度大小决定方法：移动轮系，以增大中心距a，如a不能调时；也可用张紧轮注意张紧轮应在靠近主动轮的从动边上。不带齿者可用夹布胶木制成。宽度比链轮约宽5mm，且直径应尽量与小轮直径相近。3、链传动的润滑润滑有利于缓冲、减小摩擦、降低磨损，润滑良好否对承载能力与寿命大有影响。人工定期；滴油润滑；油浴或飞溅润滑；压力喷油润滑小结：1. 传动链的结构及标准2. 链传动的运动特性3. 滚子链传动的设计计算4.链传动的布置、张紧与润滑思考题：1、链传动和带传动相比有哪些优缺点？2、影响链传动速度不均匀性的主要参数是什么？为什么？3、链传动的主要失效形式有哪些？第十五讲 齿轮（一）教学目标（一）能力目标1.会选择齿轮的类型2.能根据齿轮的参数计算其几何尺寸（二）知识目标1.了解齿轮传动的类型、特点及应用2.理解渐开线的形成及特性3.掌握渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算教学内容1.齿轮机构的特点及类型 2.渐开线齿轮的齿廓及传动比 3.渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算教学的重点与难点重点：渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算。难点：渐开线的形成及特性。教学方法与手段采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣。一、 齿轮传动的特点及基本类型1、齿轮传动的特点2、齿轮传动的类型齿轮传动的类型很多，按照齿轮轴线间相互位置、齿向和啮合情况，齿轮传动可分为如下图。 齿轮传动最基本的要求是传动平稳、传动比保持恒定不变，同时要使传动负载能力大，重量轻，结构尺寸合理。二、 渐开线齿轮的齿廓及传动比1、 渐开线的形成 2、渐开线的性质3、 渐开线方程 4、 渐开线齿廓的啮合特点 。1、四线合一啮合线、公法线、两基圆的内公切线、正压力的作用线四线合一。2、渐开线齿廓啮合具有可分性。3、渐开线齿廓啮合的啮合角不变4、齿面的滑动三、 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算1、 齿轮各部分的名称和符号齿顶圆：连接各轮齿齿顶的圆，其直径用da表示。齿槽：相邻两齿之间的空间。齿根圆：过齿槽底部连成的圆，其直径用df表示。齿厚：任意直径dk的圆周上，轮齿两侧齿廓之间的弧长，用sk表示；齿槽宽：齿槽两侧齿廓之间的弧长，用表示；齿距：相邻两齿同侧齿廓之间的弧长，用pk表示。显然，pksk+ek。在直径为dk的圆周长为pkz，同时又等于dk，即 或 =m=2、 标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算齿顶高 齿根高 全齿高 式中 齿顶高系数。正常齿，；短齿，；顶隙系数。正常齿，；短齿。小结：1、齿轮传动的类型、特点及应用。2、渐开线的形成及特性。3、渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算。作业与思考：1、渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有哪几个？哪些是有标准的，其标准值为多少？为什么这些参数为基本参数？2、一个渐开线齿轮任意圆上的模数是否都一样？通常我们说齿轮的模数指的是什么？3、齿距、法向齿距和基圆齿距是怎样定义的？它们之间有什么关系？4、渐开线的形状取决于什么？若两个渐开线齿轮的模数和齿数分别相等，但压力角不同 ，它们齿廓渐开线形状是否相同？5、试准确叙述分度圆和标准齿轮的定义。第十六讲 齿轮（二）教学目标（一）能力目标1.能判断一对齿轮是否正确啮合及传动是否连续2.熟悉渐开线齿轮的切齿方法（二）知识目标1.理解直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件及连续传动条件2.掌握直齿轮不产生根切的最小齿数教学内容1.渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 2.渐开线标准齿轮的切齿原理 3.渐开线齿廓的根切与标准外啮合齿轮的最小齿数 4.变位齿轮传动教学的重点与难点重点：直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件及连续传动条件。难点：实际啮合线段、理论啮合线段的绘制。教学方法与手段采用多媒体教学（加动画演示），讲授时联系实际。一、渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动1、 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件1）两齿轮的模数必须相等2）两齿轮分度圆上的压力角必须相等即， 根据正确啮合条件，传动比可改写成2、 渐开线齿轮传动的重合度重合度：B1B2与Pb的比值，用表示B1B2Pb故连续传动条件为B1B2Pb13、渐开线齿轮的无侧隙啮合1、外啮合传动1）标准安装 （能实现无侧隙啮合）标准中心距：顶隙标准值常数2）非标准安装2、齿轮齿条啮合二、 渐开线齿轮的加工方法齿轮的切齿方法就其原理来说可概括为仿形法和展成法两种。1、仿形法2、展成法 （1）齿轮插刀 是一个齿廓为刀刃的外齿轮；（2）齿条插刀 是一个齿廓为刀刃的齿条（3）齿轮滚刀 像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿廓，滚刀转动时相当于齿条在移动。可以实现连续加工，生产率高。三、 渐开线齿廓的根切与标准外啮合齿轮的最小齿数1、根切现象2、 最小齿数四、 变位齿轮传动1、 变位齿轮变位齿轮：在不改变被切齿轮齿数的情况下，改变刀具与轮呸的相对位置而达到不产生根切时切制的齿轮。2、最小变位系数当200，ha1时，xmin（17z）17X变位系数，x0正变位；x2zmin第十七讲 齿轮（四）教学目标（一）能力目标1.能根据工作条件判断齿轮传动的失效形式及建立设计准则，并进行设计计算2.会选择合适的齿轮材料（二）知识目标1.熟悉齿轮传动的失效形式及建立设计准则2.掌握齿轮传动的受力分析及强度计算教学内容1.齿轮传动的失效形式及计算准则 2.齿轮材料及热处理 3.直齿圆柱齿轮传动的强度计算 4.渐开线标准斜齿圆柱齿轮传动教学的重点与难点重点：齿轮传动的强度计算。难点：齿轮传动的受力分析。教学方法与手段采用多媒体教学，结合实际，提高学生的学习兴趣。一、 齿轮传动的失效形式和设计准则齿轮传动：开式传动、闭式传动、半开式传动1、 齿轮传动的失效形式1、轮齿折断1）疲劳折断 轮齿是受一脉冲交变应力，在轮齿根部的过渡圆角处发生疲劳裂纹而发生折断。2）过载折断 短时过载或强烈冲击。2、疲劳点蚀3、胶合避免措施：采用有添加剂的抗胶合润滑油；提高齿面硬度和降低粗糙度；4、齿面磨粒磨损5、齿面塑性变形2、 计算准则1开式齿轮传动主要失效形式齿面磨损，当磨损量过大，产生轮齿折断。设计准则：按齿根弯曲强度计算。2软齿面闭式齿轮传动主要实效形式是齿面点蚀，点蚀又与齿面接触强度有关。设计准则：按齿面接触强度计算，并验算齿根弯曲强度。3硬齿面闭式齿轮或铸铁齿轮传动主要失效形式是轮齿折断。设计准则：按齿根弯曲强度计算，并验算齿面接触强度。二、 齿轮的常用材料及许用应力1、 齿轮材料的基本要求材料要求：齿面硬，齿芯韧、良好的加工工艺性及热处理性能。2、 齿轮的常用材料及热处理1、锻钢是制造齿轮的主要材料，一般采用含碳量为0.1%0.6%的碳素钢或合金钢。按轮齿表面硬度要求又可分为：HBS350和HBS350两类。2、铸钢通常用于尺寸较大(一般d400600)、轮坯不宜锻出的齿轮。3、铸铁 一般用于尺寸较大而低速的齿轮，并多采用优质铸铁（如灰铁HT300、球铁QT4505等）铸造。4、非金属材料常用的热处理工艺有：调质、正火（软齿面）；表面淬火、渗碳淬火、渗氮（硬齿面）3、 许用应力许用接触力H按下式计算许用弯曲应力可按下式计算三、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算1、轮齿的受力分析法向压力：齿轮啮合传动时，若忽略轮齿间的摩擦，则轮齿间存在着沿着法线方向的作用力，称为法向压力，用Fn表示，又称名义载荷。 2、 计算载荷3、 齿根弯曲疲劳强度计算轮齿的弯曲强度校核公式为将齿宽系数代入上式，得弯曲强度的设计公式为（4、 齿面接触疲劳强度计算四、 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 1、齿廓曲面的形成及啮合特点 2、斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算 3、 斜齿圆柱齿轮正确啮合条件和重合度4、 当量齿数zv=z/cos35、 斜齿圆柱齿轮的强度计算1、轮齿的受力分析 力的大小： 力的方向：第十八讲（齿轮五）教学目标（一）能力目标能进行齿轮传动设计计算（二）知识目标1.熟悉齿轮参数的确定2.掌握齿轮强度计算教学内容1.齿轮的设计计算2.锥齿轮教学的重点与难点重点：齿轮设计计算。难点：齿轮传动的受力分析。教学方法与手段采用多媒体教学，结合实际，提高学生的学习兴趣。一、 圆锥齿轮传动1、 圆锥齿轮传动概述。直齿圆锥齿轮传动 曲齿圆锥齿轮传动 2、 背锥和当量齿数3、直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算直齿圆锥齿轮正确啮合条件： m1=m2=m、1=2= 分度圆的直径： 两轮的传动比：其它尺寸见表10.16。4、 直齿锥齿轮的强度计算1、受力分析 2、强度计算（1）齿根弯曲疲劳强度弯曲强度校核公式： Mpa设计公式 （mm）取标准值齿形系数、应力修正系数YFa、YSa按当量齿数ZV=Z/cos查取（2）齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度校核公式 Mpa 设计公式 （mm）二、 齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率1、齿轮的结构设计1齿轮轴 当齿轮齿根圆直径与轴径接近时,将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴。 2、实体齿轮 当齿轮齿顶圆直径da200时，齿轮与轴分别制造，制成锻造实体齿轮。 3、腹板齿轮当齿轮顶圆直径da500时，可制成锻造腹板齿轮。 4、轮辐式齿轮当齿轮顶圆直径da500时，可制成铸造轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。 2、 齿轮传动的润滑润滑的作用：减少摩擦和磨损，降低噪声帮助散热和减少锈蚀等。1、闭式齿轮传动的润滑v12ms时，通常采用浸油（油浴或油池）润滑v12ms时，采用喷油润滑。 2、开式齿轮传动的润滑人工定期加油润滑3、 齿轮传动的效率二、 标准齿轮传动的设计计算1、 设计参数的选择1、传动比i单级传动i8；双级传动8i40。2、齿数Z13、齿宽系数 4、螺旋角8o15o2、 齿轮精度等级的选择精度等级 1，2，3，5，6，7，8，9，10，11，12 远等级 常用3、齿轮传动的计算步骤齿轮传动的计算步骤与传动方式和齿面硬度有关。1、闭式齿轮传动2、开式齿轮传动小结：1.齿轮的设计计算2.锥齿轮思考题：1、现有4个标准齿轮：1)m1=4mm, z1=25； 2)m2=4mm, z2=50； 3)m3=3mm, z3=60； 4)m4=2.5mm, z4=40。 试问：1）哪两个齿轮的渐开线形状相同？2）哪两个齿轮能正确啮合？ 3）哪两个齿轮能用同一把滚刀制造? 这两个齿轮能否改成用同一把铣刀加工？第十九讲 蜗杆传动（一）教学目标（一）能力目标1.能计算蜗杆传动的几何尺寸2.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则（二）知识目标1.了解蜗杆传动特点、类型及主要参数2.掌握蜗杆传动几何尺寸的计算3.掌握蜗杆传动的失效形式和设计准则教学内容1.蜗杆传动的类型及特点 2.蜗杆传动的失效形式、材料和结构 3.普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算教学的重点与难点重点：蜗杆传动的失效形式和设计准则。难点：蜗杆传动的主要参数。教学方法与手段采用多媒体教学（动画演示运动），结合教具，提高学生的学习兴趣。一、蜗杆传动的类型和特点1、 蜗杆传动的类型2、 蜗杆传动的特点二、 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸的计算在蜗杆传动中，规定通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面，称为中间平面。 对于阿基米德蜗杆蜗轮，在主平面内蜗杆传动相当于齿轮齿条传动。1、 蜗杆传动的主要参数及其选择1、蜗杆头数z1、蜗