机械设计基础(合肥工业大学).doc

机械设计基础目录机械设计基础课程教学大纲1机械设计基础课程教学教案8机械设计基础21实验指导书22（一）螺纹联接4（二）标准联接零件5（三）键、花键及销联接6（四）机械传动6(五)轴系零、部件8(六)弹簧9(七)润滑剂及密封9机械设计基础习题44目录440 绪论441 平面机构及其自由度442 平面连杆机构443 凸轮机构444 齿轮机构445 轮系446 其它常用机构447 机械的动力性能448 机械零件设计概论449 联接4410齿轮传动4411蜗杆传动4512带 传 动4513链 传 动4514轴4515 滑动轴承4517联轴器、离合器及制动器4518弹簧4519机械传动系统设计45机械设计基础课程教学大纲一、课程的性质和任务机械设计基础是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课，为学生学习后续课程及解决生产实际问题奠定基础。本课程教学内容方面应着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养学生实践能力方面应着重设计技能的基本训练，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。本课程的主要任务是：、掌握常用机构的基本原理、运动特性和机构动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有一定的了解；、掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，初步具有 设计简单机械及普通机械传动装置的能力；、具有运用标准、规范、手册、图册等有关资料的能力；、能通过实验验证理论，并巩固和加深对理论的理解。二、教学内容和基本要求、教学基本内容机械设计基础的主要内容。机械设计的一般步骤和原则。平面机构的机构分析。平面连杆机构。凸轮机构。齿轮机构。轮系。其它常用机构。机构运动方案的选择。机械调速，刚性回转件的平衡。机械零件的工作能力和计算准则。机械零件常用材料及选用原则。机械零价工艺性和标准化。联接件设计：螺纹联接、键、花键联接等。传动件设计：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动等。轴系零、部件设计：轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器、离合器、制动器。其它零部件设计：弹簧、减速器等。传动系统方案分析和设计。、教学基本要求 要求掌握的基本知识：机械设计的一般知识。机械和机械零件的主要类型、性能、特点、应用、机械零件的常用材料、标准和结构工艺性。摩擦、磨损、润滑和密封的一般知识。 要求掌握的基本理论和方法机构的组成、工作原理和运动特性。机械动力学的基本原理和运动特性。机械动力学的基本原理、防震、减振的途径。机械零件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等。机械零件的设计计算准则：强度、刚度、耐磨、寿命、热平衡等。简化计算、当量法、试算法等。改善载荷和应力分布不均匀的方法，提高零件疲劳强度的措施，改善摩擦学性能的途径。 要求掌握的基本技能绘制机构简图，零部件的设计计算及工作图的绘制，查阅技术资料，编写技术文件等。三、习题课、课外习题、设计作业根据教学需要，适当安排习题课、课外习题和设计作业。每个学生应完成个设计作业，每个作业约1020学时（课外）。每个作业的份量一般为装配图一张，设计计算说明书一份。学生必须独立、按时完成课外习题和设计作业。习题和作业完成情况应作为评定课程成绩的一部分。四、课程设计课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学基本知识，使学生能综合运用已学的有关课程的基本知识。通过简单的机械传动设计，培养学生独立设计能力，掌握基本的设计方法，学会查阅技术资料，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。 、课程设计的题目 课程设计的题目应能满足教学要求，符合生产实际，建议采用能包括课程大部分内容的部件，如减速器或简单机械传动装置。 、课程设计的内容 课程设计的内容应包括传动装置的全部设计计算和结构设计，具体要求如下： （a）设计准备阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的拆装和观看减速器制造录像片了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。 （b）传动装置的总体设计根据任务书中所给参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率；绘制传动装置方案简图。 （c）各级传动零件的设计计算通过设计计算，确定各传动零件的主要参数和尺寸，一般包括带传动、联轴器、齿轮传动（或蜗杆蜗轮传动）等。一般应先计算箱外传动件，后计算箱内传动件。 （d）减速器装配工作图的结构设计及绘制分析和选定减速器的结构方案，绘制装配草图；校核轴、键和联轴器的强度及滚动轴承寿命；进行轴系、箱体及其附件的结构设计。箱体附件一般应包括窥视孔、油标、排油孔及其螺塞、起吊装置等。草图完成后，应进行检查并修改。标注必要的尺寸和公差配合，写出减速器特性、技术要求和零件序号，编写零件明细表及标题栏。（e）零件工作图的设计和绘制绘制零件工作图，尺寸和公差标注及技术要求应完整，绘制齿轮零件工作图应有齿轮公差表。（f）完成减速器装配图（g）整理、编写设计说明书说明书应包括文字叙述、设计计算和必要的简图，在说明书每页的右侧应单独写明有关计算结果和简短结论，如：“m3”、“满足强度要求”等。（h）设计总结和答辩课程设计集中在两三周内完成。设计完成后应进行总结答辩，成绩应单独评定。 、学生设计工作量每个学生应完成减速器装配图一张（l号或0号图纸），零件工作图2张（按1：1比例绘制），设计说明书一份。五、实验实验课是理论联系实际的重要环节，可以使学生验证、巩固和加深所学的基本理论，能训练学生某些有关的实验方法、能力、测量技能，培养踏实细致、严谨认真的工作作风。实验前，要求学生预习实验指导书，明确实验要求和内容，实验后要填写实验报告，并由实验指导教师批阅，评定成绩。本课程要求开设实验34个，共68学时。实验内容可在下表第14和58中各选择13项。表：机械设计基础课程实验序 号实 验 名 称学时数1机构认识实验12机构运动简图测绘实验23齿轮范成原理实验24直齿圆柱齿轮参数的测定与分析实验25机械零件认识实验16齿轮传动实验27带传动实验28减速器结构分析及拆装实验1六、几点说明 本大纲是根据1995年原国家教育委员会批准印发的高等工业学校机械设计基础课程教学基本要求编写的，适用于对机械原理、机械设计有一定要求，但课程时数有限的一类专业，如热加工工艺类专业、动力运行类专业等； 根据专业的不同要求，本大纲给出的课内时数参考范围为100130（教学时数6080，课程设计课内时数3050，实验课时数48），要求课内课外时数之比为1/（11.5）； 要处理好本课程与有关先修课程，如画法几何和机械制图、工程力学、金属工艺学、公差配合与技术测量、工程材料、机械制造基础、金工实习等课程的衔接和配合； 本大纲基本要求所列内容应通过讲课、习题课、课外习题、设计作业、课程设计、实验等教学环节进行教学。也可以根据具体情况灵活安排各环节和学时比例，力求符合学生的认识规律； 应根据具体条件，注意结合教学过程培养学生应用计算机的能力，以提高教学质量和水平； 习题内容要多样化，习题内容应含有结构和工艺性方面的内容，习题作业要能起到巩固理论、掌握计算方法和技巧，加强结构和工艺性方面的训练，提高分析问题、解决问题的能力，起到熟悉标准和规范的作用； 设计作业和课程设计同样都是培养学生设计能力的重要环节。设计作业的题目要灵活多样，教师要加强指导和考核，注意培养和发挥学生的独立工作能力和创新精神。为保证设计能力的培养，课程设计宜分散进行，每个教师同时指导的人数不应多于15人； 实验要严格要求。同一实验台上同时操作的人数不宜过多，以保证学生都能动手操作。实验后，每个学生要写出实验报告； 本课程教学环节较多，实践性较强，教学中应教育学生树立正确的设计思想，培养良好的工作作风和工作方法； 在教学中，授课教师应充分利用计算机辅助多媒体教学和教学挂图、模型等手段，以提高教学质量、教学效率和教学水平，培养学生的兴趣，加强学生的理解。 附表：课内教学时数安排参考（总学时60）教 学 主 要 内 容参考学时绪论1.引言2.本课程研究的对象和内容3.本课程的目的和特点4.机械设计的基本要求和一般过程1第一章 平面机构及其自由度1.运动副及其分类2.平面机构运动简图3.平面机构的自由度及其计算4.速度瞬心及其在机构速度分析中应用4第二章 平面连杆机构1.概述2.铰链四杆机构的基本类型和特性3.铰链四杆机构的力学特性4.铰链四杆机构的演化5.平面四杆机构的设计6.平面多杆机构简介4第三章 凸轮机构1.凸轮机构的应用和分类2.从动件的常用运动规律3.图解法设计凸轮轮廓4.解析法设计凸轮轮廓简介5.设计凸轮机构应注意的问题4第四章 齿轮机构1.引言2.齿轮机构的特点及类型3.齿廓啮合基本定律4.渐开线性质及渐开线齿廓5.渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称和尺寸计算6.渐开线标准齿轮的啮合传动7.渐开线齿廓的加工原理及变位齿轮的概念8.平行轴斜齿齿轮机构9.圆锥齿轮机构4第五章 轮系1.引言2.轮系的类型3.定轴轮系及其传动比4.周转轮系及其传动比5.混合轮系及其传动比6.轮系的典型应用7.几种特殊的行星传动简介3第六章 其它常用机构1.棘轮机构2.槽轮机构3.不完全齿轮机构4.凸轮间歇运动机构5.组合机构2第七章 机械的动力性能1.回转件的平衡2.机械速度波动与调节3.机器的机械效率3第八章 机械零件设计概论1.机械零件设计概述2.机械零件设计要点3.机械零件的强度4.机械零件的接触强度5.摩擦、磨损及润滑概述3第九章 联接1.螺纹的形成、分类和参数2.螺纹副的受力、效率和自锁分析3.机械设备常用螺纹4.螺纹联接的基本类型和常用螺纹联接件5.螺纹联接的预紧和防松6.螺栓联接的强度计算7.螺栓的材料和许用应力8.螺栓联接设计时应注意的问题9.螺旋传动10.键联接和花键联接11.其他联接4第十章 齿轮传动1.概述2.齿轮传动的失效形式3.齿轮材料及热处理4.齿轮传动的精度5.直齿圆柱齿轮传动的强度计算6.斜齿圆柱齿轮传动的强度计算7.直齿圆锥齿轮传动的强度计算8.齿轮结构4第十一章 蜗杆传动1.概述2.圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸3.蜗杆传动的失效形式、材料和结构4.蜗杆传动的强度计算5.蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算3第十二章 带 传 动1.概述2.带传动的工作情况分析及设计准则3.普通V带传动的设计计算4.V带轮设计5.带传动的张紧装置6.其它带传动简介4第十三章 链 传 动1.概述2.滚子链的链条和链轮3.链传动的工作情况分析4.滚子链传动的承载能力和设计计算5.链传动的润滑、布置和张紧6.齿形链传动简介2第十四章 轴1.概述2.轴的材料3.轴的结构设计4.轴的强度计算5.轴的刚度计算2第十五章 滑动轴承1.概述2.径向滑动轴承的结构3.轴承材料和轴瓦结构4.非液体润滑滑动轴承的计算5.流体动压润滑的形成原理6.液体静压轴承与气体轴承简介3第十六章 滚动轴承1.概 述2.滚动轴承的主要类型性能和特点3.滚动轴承的代号4.滚动轴承的失效形式和尺寸选择5.轴承装置的设计6.滚动轴承与滑动轴承的比较4第十七章 联轴器、离合器及制动器1.联 轴 器2.离 合 器3.制 动 器2第十八章 弹簧1.弹簧的功用和类型2.圆柱螺旋弹簧结构、几何参数、制造、材料及许用应力3.圆柱螺旋弹簧的应力、变形、特性曲线4.圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计5.其他弹簧简介2第十九章 机械传动系统设计1.概述2.机械传动系统方案设计3.传动系统的运动和动力计算2注：机械原理部分约占总学时的1/3，机械设计部分约占总学时的2/3。机械设计基础课程教学教案（参考课堂教学学时：60）0 绪论学时分配：1教学内容：0.1引言0.3.2本课程要求的先修课程0.2本课程研究的对象和内容0.3.3本课程的目的和特点0.2.1机械的特征0.4机械设计的基本要求和一般过程0.2.2机器、机构、构件和零件0.4.1机械设计应满足的基本要求0.2.3机械设计基础研究的对象和内容0.4.2机械设计的一般过程0.3本课程的目的和特点0.3.1重要的技术基础课教学要点：重点介绍本课程的性质、研究对象、学习目的、课程特点和学习方法，简单介绍机械设计的一般步骤和方法。特别注意讲清楚机械、机器与机构之间的区别，通用零件与专用零件的分类。1平面机构及其自由度学时分配：3教学内容： 1.1运动副及其分类1.1.1自由度1.1.2 运动副1.2平面机构运动简图1.2.1机构运动简图及作用1.2.2构件的分类1.2.3绘制机构运动简图的步骤1.3平面机构的自由度及其计算1.3.1平面机构的自由度1.3.2 机构具有确定运动的条件1.3.3 计算机构自由度时应注意的事项1.4速度瞬心及其在机构速度分析中应用1.4.1速度瞬心1.4.2瞬心的求法1.4.3 瞬心在速度分析中的应用教学要点：重点介绍机构、运动副、运动链、自由度与约束及机构具有确定运动的条件等基本概念、机构运动简图的绘制和机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件；简单介绍速度瞬心（包括绝对瞬心和相对瞬心）的基本概念和用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心位置的方法。平面机构自由度分析和计算也是本章学习的重点。复合铰链、局部自由度和虚约束的判断是正确计算自由度的关键。讲解机构运动简图绘制时，应安排一次机构运动简图测绘实验，以提高教学效果2平面连杆机构学时分配：4教学内容：2.1概述2.2铰链四杆机构的基本类型和特性2.2.1曲柄摇杆机构2.2.2双曲柄机构2.2.3双摇杆机构2.3铰链四杆机构的力学特性2.3.1铰链四杆机构曲柄存在条件2.3.2急回运动2.3.3压力角和传动角2.3.4死点位置2.4铰链四杆机构的演化2.4.1移动副取代转动副的演化2.4.2变更机架的演化2.4.3变更杆长的演化2.4.4扩大回转副的演化2.5平面四杆机构的设计2.5.1平面连杆机构设计的基本问题2.5.2按照给定的行程速比系数设计四杆机构2.5.3按给定连杆位置设计四杆机构2.5.4按照给定两连架杆对应位置设计四杆机构2.5.5按给定点运动轨迹设计四杆机构2.6平面多杆机构简介教学要点：重点介绍四杆机构的组成、基本形式、压力角和传动角、死点位置、急回特性及其计算、曲柄存在的条件、杆机构的基本演化方法和典型杆机构的设计方法；简单介绍平面多杆机构。平面四杆机构的设计是本章的一个难点。不同的设计任务和设计要求，应采用不同的设计方法。图解法直观，易理解，常用于解决给定位置的设计任务。解析法精确，借助解析法程序、优化设计程序，大大提高解析法的设计能力，已能完成复杂要求的的设计任务。3凸轮机构学时分配：4教学内容：3.1凸轮机构的应用和分类3.1.1应用举例3.1.2凸轮机构分类3.1.3凸轮机构的特点3.2从动件的常用运动规律3.2.1术语介绍3.2.2几种常见的从动件运动规律3.3图解法设计凸轮轮廓3.3.1绘制原理3.3.2几种常见的凸轮轮廓的绘制3.4解析法设计凸轮轮廓简介3.5设计凸轮机构应注意的问题3.5.1滚子半径的选择3.5.2压力角的校核3.5.3基圆半径对凸轮机构的影响教学要点：重点介绍凸轮机构的组成、分类及特点。注意讲解清楚盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮之间的转化关系。凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。凸轮机构的种类很多，各具特色。凸轮机构的优点：只需设计出合适的凸轮轮廓，就可使从动件获得所需的运动规律：结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点：凸轮与从动件之间易于磨损：凸轮轮廓较复杂，加工困难；从动件的行程不能过大。介绍从动件常用的运动规律。凸轮的轮廓是由从动件运动规律决定的，因此了解从动件常用的运动规律及其特点是十分重要的。只有某种运动规律的加速度曲线是连续变化的，这种运动规律才能避免冲击。等速运动规律在某些点的加速度在理论上为无穷大，所以有刚性冲击；而等加速等减速运动规律在某些点的加速度会出现有限值的突然变化，所以有柔性冲击。介绍图解法绘制凸轮轮廓的基本方法。图解法绘制凸轮轮廓是按照相对运动原理来绘制凸轮的轮廓曲线的，也就是“反转法”。用“反转法”绘制凸轮轮廓主要包含三个步骤：将凸轮的转角和从动件位移线图分成对应的若干等份；用“反转法”画出反转后从动件各导路的位置；根据所分的等份量得从动件相应的位移，从而得到凸轮的轮廓曲线。设计凸轮机构应注意的问题。在选择滚子半径，必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力。为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。如果最大压力角超过了许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律，以获得新的凸轮轮廓曲线，来保证凸轮轮廓上的最大压力角不超过压力角的许用值。4齿轮机构学时分配：4教学内容：4.1引言4.2齿轮机构的特点及类型4.2.1齿轮机构的优缺点4.2.2齿轮机构的分类4.3齿廓啮合基本定律4.3.1齿轮啮合基本定律4.3.2共轭齿廓4.3.3节点和节圆4.4渐开线性质及渐开线齿廓4.4.1渐开线的形成4.4.2渐开线的性质4.4.3渐开线齿廓及啮合特点4.5渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称和尺寸计算4.6渐开线标准齿轮的啮合传动4.6.1正确啮合的条件4.6.2标准中心距4.6.3压力角与啮合角4.6.4重合度4.7渐开线齿廓的加工原理及变位齿轮的概念4.7.1成形法4.7.2范成法4.7.3根切现象和最少齿数4.7.4变位齿轮4.8平行轴斜齿齿轮机构4.8.1斜齿轮的共轭齿廓曲面4.8.2平行轴渐开线斜齿轮正确啮合的条件4.8.3斜齿轮各部分名称和几何尺寸计算4.8.4斜齿轮法向参数为标准值4.8.5斜齿轮传动的重合度4.8.6斜齿轮的当量齿数4.8.7斜齿轮的优缺点4.8.8斜齿轮的螺旋角4.9圆锥齿轮机构4.9.1圆锥齿轮概述4.9.2背锥和当量齿数4.9.3直齿圆锥齿轮几何尺寸计算教学要点：齿轮传动的最基本要求之一是其瞬时角速度比必须保持恒定。通过分析一对齿轮的传动关系导出了齿廓啮合基本定律，同时引出了共轭齿廓、节点和节圆等基本概念；渐开线的形成决定了渐开线的性质，由于渐开线齿廓具有众多的优点，所以渐开线齿轮是目前使用最广的齿轮；渐开线齿轮的各部分的名称、符号和计算公式等由标准规定，不宜随意改动；标准齿轮采用标准压力角、标准模数、标准齿顶高系数和径向间隙系数；渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件是模数相等、压力角相等，斜齿轮还应满足螺旋角大小相等，方向相反。由此可见，直齿轮的互换性较好，斜齿轮一般是成对设计的；重合度的大小，反映出同时啮合的齿对数的多少，斜齿轮有较大的重合度；当用范成法加工齿轮时，若被加工的齿轮齿数较少时会出现根切，由此引出了最少齿数的概念；变位齿轮的许多的优点，在实现齿轮机构中广为使用，应进一步增加部分内容；斜齿轮的法面参数为标准的，端面参数与法面参数存在一定的关系。斜齿轮的端面仍为渐开线齿轮，所以渐开线直齿中的计算公式可以直接用于斜齿轮的端面齿轮；本章是本课程的重点和难点内容之一，应安排齿轮机构泛成实验和齿轮参数测绘实验，以强化对本章内容的理解。5轮系学时分配：3教学内容：5.1引言5.3.1轮系的传动比5.3.2一对齿轮传动的传动比分析5.3.3定轴轮系传动比分析5.3.4惰轮5.3.5定轴轮系传动比计算一般式5.2轮系的类型5.3定轴轮系及其传动比5.4周转轮系及其传动比5.4.1周转轮系的组成5.4.2差动轮系和行星轮系5.4.3周转轮系传动比的计算5.5混合轮系及其传动比5.6轮系的典型应用5.6.1实现远距离的两轴之间的齿轮传动5.6.2实现变速齿轮传动5.6.3实现大传动比齿轮传动5.6.4实现合成运动和分解运动5.7几种特殊的行星传动简介5.7.1渐开线少齿差行星齿轮减速器5.7.3谐波齿轮传动5.7.2摆线针轮行星减速器教学要点：介绍轮系的分类和应用，通过学习要掌握定轴轮系、周转轮系以及混合轮系的传动比的计算方法和转向的确定方法，并对新型行星齿轮传动及特点有所了解。本章学习的重点是轮系的传动比计算和转向的判定。在运用反转法计算周转轮系的传动比时，应十分注意转化轮系传动比计算式中的转向正负号的确定，并区分行星轮系和差动轮系的传动比计算的特点。混合轮系传动比计算的要点是如何正确划分出各个基本轮系，划分的关键是先找出轮系中的周转轮系部分。轮系的组成情况和运动传递情况十分丰富。在掌握基本轮系和典型轮系的基础上，可创新设计出功能独特的混合轮系。6其它常用机构学时分配：2教学内容：6.1棘轮机构6.1.1棘轮机构的基本组成及工作原理6.1.2棘轮机构的常见类型6.1.3用棘轮机构实现超越运动6.2槽轮6.2.1槽轮机构的组成及工作原理机构6.2.2槽轮机构的主要参数6.3不完全齿轮机构6.4凸轮间歇运动机构6.5组合机构教学要点：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系，以及棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构等，是构成机械运动的常见基本机构。通过学习应掌握各种机构的特点，各个机构能实现何种运动规律；通过机构间的比较，掌握各机构间的相同点和不同点。同一个运动规律，可以由多种不同的机构来实现。设计时，根据设计要求的运动规律，首先应选定某种运动机构，再进行机构的参数设计。也可以选定多个机构进行设计，再比较各自的性能指标，最终确定选用的哪个机构。除已学的机构外，还有大量的不常用的机构和特殊用途的机构，平时应注意观察，了解并掌握这些机构的特点，充实自身的机构知识。另外，与平面机构相对应的空间机构（如空间槽轮机构等），种类也十分丰富，也应了解、掌握。当单一基本机构不能满足设计要求时，可考虑采用组合机构。一般来说，组合机构能完成复杂的运动规律，同一个运动规律，能实现的组合机构更多，选择、设计难度更大。另外，机构越复杂、构成机构的构件越多，机构的可靠性就越低，制造成本就越高。所以，应综合评价一个组合机构的优劣。在机械的创新设计设计中，机构的创新设计占据十分重要的地位。掌握基本机构的特点和机构组合的基本方法，是机械创新设计的前提和基础。7机械的动力性能学时分配：3教学内容：7.1回转件的平衡7.1.1回转件平衡的目的7.1.2回转件的平衡计算7.2机械速度波动与调节7.2.1机械的运转过程及其速度波动7.2.2周期性速度波动和调节7.2.3非周期性速度波动和调节7.2.4机械运转的平均速度和不均匀系数7.3机器的机械效率教学要点：机械的惯性载荷将严重影响机械工作的平稳性、影响机械的运动质量、降低机械零件的工作寿命，同时还将引起机械本身及周围环境的冲击和振动，甚至造成非常危险的后果。惯性载荷与速度有关，对于高速运转的机械来说，应十分重视惯性载荷问题。另外，造成构件的质心偏离回转中心的原因很多，如：几何形状、制造精度、安装误差、材质不均等。当测出不平衡量（质径积）和方位后，一般采用增减质量法进行平衡。但也有的机器其工作原理就是利用惯性载荷的。机械的速度波动是绝对的，普遍存在的，而速度恒定是相对的。不同的机械对速度稳定性的要求也是不同的。当机器对速度有控制要求时，应增加调速功能。调速的方法不外乎是通过改变驱动力所作的功或改变阻力所作的功来实现。机械的效率主要取决于组成机械的机构效率，不同机构的效率有其一定的范围。在设计传递动力的机械时，应选用机械效率较高的机构；对于传递运动的装置，可采用效率相对较低的机构。对于同一种机构，不同的材料、不同的制造精度、不同的工作环境，其机械效率也不同。从提高机械效率的角度来说，应尽可能地提高机构的效率和减少组成机械的机构数。8机械零件设计概论学时分配：3教学内容：8.1机械零件设计概述8.1.1机械零件设计的基本要求8.1.2机械零件的失效、工作能力和承载能力8.1.3机械零件的设计准则8.1.4机械零件的设计方法和设计步骤8.2机械零件设计要点8.2.1材料及热处理问题8.2.2公差与配合、表面粗糙度问题8.2.3工艺性问题8.2.4优先数系和标准化问题8.3机械零件的强度8.3.1常用名词定义8.3.2变应力及其变应力下的许用应力8.4机械零件的接触强度8.5摩擦、磨损及润滑概述8.5.1摩擦概述8.5.2磨损概述8.5.3润滑概述教学要点：机械零件设计的主要任务是合理确定零件的形状和尺寸，选择适当的零件材料。设计时，应根据实际情况确定零件的设计准则，此外，还要处理好：材料及热处理问题、公差与配合问题、表面粗糙度问题、工艺性问题和标准化问题等；机械零件的主要失效形式有7种，设计时，应分析出某种零件在某种环境下的主要失效形式，据此确定零件的设计准则；机械零件强度问题是零件设计中的主要问题和重要问题。其中，变应力下的疲劳极限问题是建立零件设计准则的基础，应十分重视；关于摩擦、磨损及润滑问题的研究内容十分丰富，对提高机械零件的使用寿命、改善工作环境等有着十分重要的意义，应进一步充实这方面的内容；机械整机设计、机械零件设计都存在一个继承和发展的问题，只有了解掌握了已有知识、方法后，才有可能进行创新、发展，所以，第一步的任务是学习现有的知识和方法，通过观察、收集、总结、实践积累设计经验，提高自身的设计素质。9联接学时分配：4教学内容：9.1螺纹的形成、分类和参数9.1.1螺纹的形成9.1.2螺纹的分类9.1.3螺纹的参数9.2螺纹副的受力、效率和自锁分析9.2.1螺纹副的受力分析9.2.2螺纹副的效率9.2.3螺纹副的自锁9.3机械设备常用螺纹9.3.1三角形螺纹9.3.2矩形螺纹9.3.3梯形螺纹9.3.4锯齿形螺纹9.4螺纹联接的基本类型和常用螺纹联接件9.4.1螺纹联接的基本类型9.4.2常用螺纹联接件9.5螺纹联接的预紧和防松9.5.1螺纹联接的预紧9.5.2螺纹联接的防松9.6螺栓联接的强度计算9.6.1普通螺栓联接强度计算9.6.2铰制孔螺栓联接强度计算9.7螺栓的材料和许用应力9.8螺栓联接设计时应注意的问题9.8.1提高螺栓联接强度的措施9.8.2螺栓组的结构设计9.9螺旋传动9.9.1螺旋传动的应用和类型9.9.2滑动螺旋的设计计算9.9.3滚动螺旋和静压螺旋传动简介9.10键联接和花键联接9.10.1键联接的类型和结构9.10.2平键联接计算9.10.3花键联接9.11其它联接9.11.1销联接9.11.2焊接和粘接9.11.3过盈联接、弹性环联接和成形联接教学要点：联接可分为可拆联接和不可拆联接两种。常见的可拆联接有螺纹联接、键联接和销联接等，常见的不可拆联接有焊接和粘接，过盈联接一般做成不可拆联接。联接螺纹采用三角形螺纹，传动螺纹主要采用梯形螺纹和锯齿形螺纹。这三种螺纹均已标准化。螺纹联接有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种基本类型。螺纹联接件品种很多，大都已标准化，常用的有螺栓、螺钉、双头螺柱、紧定螺钉、螺母和垫圈。大多数螺纹联接在装配时都需要预紧，主要目的是增加联接的刚性、紧密性和防松能力，在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，则必须采取防松措施。防松方法有摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副防松三类。螺栓联接强度计算时，应首先分析螺栓联接情况，然后选用相应公式计算，最后根据计算结果按标准选取螺栓直径。螺栓其余部分尺寸及螺母、垫圈等，一般可根据螺栓公称直径直接从标准中选定。螺旋传动主要用于把回转运动变为直线运动，同时可传递运动和动力。根据用途可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋；根据摩擦情况可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋，其中滑动螺旋应用最广。键和花键是最常用的轴毂联接方式，均已标准化。设计和使用时应根据定心要求、载荷大小、使用要求和工作条件等合理选择。根据工作前是否有预紧力，键联接可分为松联接和紧联接。松联接的工作表面是键的侧面，靠挤压工作，属于这类联接的有平键（普通平键、导键和滑键）和半圆键联接；紧联接的工作表面是上下面，靠摩擦力工作，常用的有楔键和切向键联接。平键的选用方法是根据轴径d确定键的截面尺寸bh，根据轮毂宽度B确定键长L（LB，必要时进行强度校核。普通平键联接的主要失效形式是轮毂压溃。销主要用于定位，也可用于联接，传递不大的载荷；焊接和粘接用于不可拆联接；过盈联接、弹性环联接和成形联接主要用于轴和毂孔的联接，属于无键联接。10齿轮传动学时分配：4教学内容：10.1概述10.1.1齿轮传动的优缺点10.1.2齿轮传动的分类10.1.3开式传动和闭式传动10.1.4齿轮传动的基本要求10.2齿轮传动的失效形式10.3齿轮材料及热处理10.4齿轮传动的精度10.5直齿圆柱齿轮传动的强度计算10.5.1受力分析10.5.2计算载荷10.5.3齿面接触疲劳强度计算10.5.4齿根弯曲疲劳强度计算10.5.5齿轮传动设计准则10.6斜齿圆柱齿轮传动的强度计算10.6.1受力分析10.6.2齿面接触疲劳强度计算10.6.3齿根弯曲疲劳强度计算10.7直齿圆锥齿轮传动的强度计算10.7.1受力分析10.7.2强度计算10.8齿轮结构教学要点：齿轮传动设计运用到前面已学过的“齿轮机构基本原理”、“工程力学”、“金属材料及热处理”、“公差与互换性”、“机构制图”等多方面的知识；通过学习要能根据齿轮传动的工作条件及失效情况，确定设计准则。掌握某一特定条件下的主要失效形式，分析产生的原因，选用相对应的设计准则，同时应掌握提高齿轮传动承载能力的方法和措施；齿轮传动设计是一个很复杂的设计问题，为了便于教学，本书作了大量的简化。通过学习应掌握齿轮传动设计的基本原理和一般方法，对于重要的齿轮传动设计问题，应参照机械设计手册等设计资料，采用国际规定的设计方法进行计算；直齿圆柱齿轮传动设计是斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动设计的基础，即，斜齿轮、锥齿轮的强度计算最终将转为相应的等效的直齿圆柱齿轮的强度问题，所以，应着重掌握直齿圆柱齿轮传动的设计问题；齿轮传动中的受力分析是齿轮强度计算的基础，特别是斜齿轮、锥齿轮中的圆向力、径向力和轴向力三者的关系及相应的计算公式。11蜗杆传动学时分配：3教学内容：11.1概 述11.1.1蜗杆蜗轮的形成11.1.2蜗杆传动的分类11.2圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸11.2.1圆柱蜗杆传动的主要参数11.2.2圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算11.3蜗杆传动的失效形式、材料和结构11.3.1蜗杆传动的失效形式11.3.2材料选择11.4蜗杆传动的强度计算11.4.1蜗杆传动的受力分析11.4.2蜗杆传动的强度计算11.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算11.5.1蜗杆传动的效率11.5.2蜗杆传动的润滑11.5.3蜗杆传动的热平衡计算教学要点：了解蜗杆传动的特点。传动比大，结构紧凑，具有自锁性，工作平稳噪声低，冲击载荷小。但传动的效率低，发热大，易发生磨损和胶合等失效形式，蜗轮齿圈常需用比较贵重的青铜制造，因此蜗杆传动成本较高。合理选择蜗杆传动的参数。除模数外，蜗杆的分度圆直径也应取为标准值，目的是为了限制蜗轮滚刀的数目，并便于滚刀的标准化，并保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合。蜗轮齿数的选择应避免用滚刀切制蜗轮时产生根切现象，并满足传动比的要求。蜗杆头数的选择应考虑到效率和传动比。蜗杆传动的受力分析和强度计算。蜗杆传动受力分析的方法与齿轮传动的分析方法类似，但是各力的对应关系与齿轮传动的不同。在蜗杆传动的强度计算时，考虑到蜗杆传动的相对滑动速度大，效率低，发热大，因此蜗轮齿面的主要失效形式是胶合，其次才是点蚀和磨损。然而，目前还没有妥善的方法对胶合和磨损进行计算，所以一般只是仿照圆柱齿轮进行齿面和齿根强度的条件性计算，在选取许用应力是考虑胶合和磨损的影响。蜗杆的热平衡计算。蜗杆传动结构紧凑，箱体的散热面积小，所以在闭式传动中，产生的热量不能及时散发出去，容易产生胶合，所以与一般的闭式齿轮传动不同，蜗杆传动一般需进行热平衡计算。热平衡计算的基本原理是单位时间产生的热量不大于单位时间能散发出去的热量。在实际工作中，一般是利用热平衡条件，找出工作条件下应控制的油温，通过控制油的工作温度，来保证蜗杆传动的正常工作。12带 传 动学时分配：4教学内容：12.1概述12.1.1传动带的类型12.1.2带传动的布置形式12.1.3带传动的特点12.1.4带传动的应用范围12.1.5带传动的主要几何参数12.2带传动的工作情况分析及设计准则12.2.1带传动的受力分析12.2.2带的应力分析12.2.3带传动的弹性滑动和传动比12.2.4带传动的失效形式和设计准则12.3普通V带传动的设计计算12.3.1普通V带的规格12.3.2单根普通V带所能传递的功率12.3.3设计计算和参数选择12.4V带轮设计12.4.1V带轮的设计要求12.4.2V带轮的材料12.4.3V带轮结构12.5带传动的张紧装置12.6其它带传动简介12.6.1窄V带传动12.6.2同步齿形带传动12.6.3高速带传动教学要点：带传动根据工作原理可分为摩擦型带传动和啮合型带传动两种。摩擦型带传动应用最广，布置形式多为开口布置。摩擦型带传动在工作前已有一定的初拉力，工作时靠带与带轮间的摩擦力工作，带的两边形成松边和紧边，两边的拉力差是带传递的有效圆周力，最大有效圆周力可以通过柔韧体摩擦的欧拉公式计算出来。带的工作应力为变应力，由带拉力产生的拉应力s1、离心力产生的拉应力sc和带在带轮上环绕而产生的弯曲应力sb三部分组成。为避免s1过大，应限制最小带速，为避免sc过大，应限制最大带速，为避免sb过大，应限制小带轮的最小计算直径。带传动的失效形式是打滑和带的疲劳损坏，设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，使带具有足够的疲劳强度（寿命）。带传动的打滑和弹性滑动是两个截然不同的概念。打滑是可以避免的，弹性滑动是不可避免的。弹性滑动造成从动轮圆周速度降低，降低率用滑动率表示。普通V带传动设计计算的主要内容是确定V带的型号、长度、根数、中心距、带轮直径、材料、结构以及对带轮轴的压力等。设计中应注意带轮最小直径、传动中心距、带根数的选取和小带轮包角与带速的验算。13链 传 动学时分配：2教学内容：13.1概述13.1.1链传动的种类13.1.2链传动的特点13.1.3链传动的应用13.2滚子链的链条和链轮13.2.1链条13.2.2链轮13.2.3链条和链轮的材料13.3链传动的工作情况分析13.3.1链传动的运动分析13.3.2链传动的附加动载荷分析13.3.3链传动的受力分析13.4滚子链传动的承载能力和设计计算13.4.1滚子链传动的承载能力13.4.2滚子链传动的设计计算13.5链传动的润滑、布置和张紧13.5.1链传动的润滑13.5.2链传动的布置13.5.3链传动的张紧13.6齿形链传动简介教学要点：链传动是具有中间绕性件的啮合传动，兼有带传动和齿轮传动的特点。根据工作性质，链传动可分为传动链、起重链和曳引链，一般机械传动中，常用的是滚子传动链。滚子链已标准化，其最重要的参数是链节距，链节距越大，链的各部分尺寸也越大，承载能力也越高。链条的长度用链节数表示，为避免使用过渡链节，链节数一般取偶数。链轮的基本参数是配用链条的参数，常用齿廓为“三圆弧一直线”齿廓。多边形效应是链传动的固有特性，链节距越大，链轮齿数越少，链轮转速越高，多边形效应就越严重。由于多边形效应，链传动不宜用于有运动平稳性要求和转速高的场合。链传动的失效主要是链条的失效，其承载能力受到多种失效形式的限制。如果规定链条的寿命，把小链轮在不同转速下由于各种失效形式所限定的传递功率做出曲线，即得到该链的极限功率曲线。把特定试验条件下得到的极限功率曲线作适当修改，可得到链的额定功率曲线，利用它可进行链的选型或实际承载能力的校核，但应注意实际工作条件与试验条件不同时的修正。链传动设计可分为一般链速和低速两种情况，一般链速（u 0.6 m/s）时按功率曲线设计计算，低速（u0.6 m/s时按静强度设计计算。链传动张紧的主要目的是避免链条垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，同时可增加链条和链轮的啮合包角，常用的张紧方法有调整中心距和用张紧装置两种。链传动的润滑方式应根据链速和链节距按推荐的润滑方式选择。14轴学时分配：3教学内容： 14.1概述14.1.1轴的功用和类型14.1.2 设计轴的一般步骤14.2轴的材料14.3轴的结构设计14.4轴的强度计算14.4.1 按扭转强度条件计算14.4.2 按弯扭合成强度条件计算14.5轴的刚度计算教学要点：轴的功用是支承轴上旋转零件，并传递转矩和运动。按轴受载荷的性质不同，可将轴分为传动轴、心轴和转轴。轴是机械中的重要零件，轴的设计直接影响整机的质量。轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。轴的结构设计应从多方面考虑，应满足的基本要求有：轴上零件有准确的位置、固定可靠，轴具有良好的工艺性，便于加工和装拆，合理布置轴上零件，以减小轴的工作应力。轴的强度计算包括有以下两种： 按传矩初步计算轴的直径，只是根据传矩计算直径，忽略了弯矩，计算结果是粗略的； 按弯扭合成的当量弯矩校核轴的强度，同时考虑了弯矩核扭矩的作用，由于弯矩和传矩引起的应力性质可能不同，所以引入了折算系数。15 滑动轴承学时分配：3教学内容：15.1 概述15.2 径向滑动轴承的结构15.2.1整体式径向滑动轴承15.2.2剖分式径向滑动轴承15.2.3自动调心式径向滑动轴承15.3 轴承材料和轴瓦结构15.3.1对轴承材料性能的要求15.3.2常用轴承材料15.3.3轴瓦结构15.4非液体润滑滑动轴承的计算15.4.1径向滑动轴承的计算15.4.2推力滑动轴承的计算15.5 流体动压润滑的形成原理15.6 液体静压轴承与气体轴承简介15.6.1液体静压轴承15.6.2气体轴承教学要点：滑动轴承根据摩擦状态不同可分为非液体润滑轴承和完全液体润滑受轴承。完全液体润滑轴承又分为动压润滑轴承与静压润滑轴承。工程上大多用非液体润滑轴承。滑动轴承有多种结构型式：整体式、剖分式、自动调心式等。由于滑动轴承本身有一些独特的优势，适用于一些特殊的场合，如高速、重载、高精。轴承材料和轴瓦结构对滑动轴承的性能影响较大，应综合考虑多方面因素选定轴承材料和轴瓦结构。非液体摩擦滑动轴承计算和校核时，限制压强p，以保证润滑油膜不被破坏；限制pv值，以保证轴承温升不至于太高，因为，温度太高，容易引起边界油膜的破裂。根据流体动压润滑的形成原理设计出的动压润滑滑动轴承，主要用于连续高速运转的场合。动压润滑滑动轴承的设计较复杂，故不在本书中叙述。必要时请参阅有关资料。16滚动轴承学时分配：4教学内容：16.1 概 述16.1.1滚动轴承的基本结构16.1.2 滚动轴承的材料16.2 滚动轴承的主要类型性能和特点16.2.1 滚动轴承的主要类型16.2.2滚动轴承类型的选择16.3 滚动轴承的代号16.4 滚动轴承的失效形式和尺寸选择16.4.1 滚动轴承的失效形式16.4.2基本额定寿命和基本额定动载荷16.4.3 滚动轴承寿命的计算公式16.4.4 滚动轴承的当量动载荷16.4.5 角接触轴承的轴向载荷计算16.4.6 滚动轴承的静载荷的计算16.4.7 不同可靠度时滚动轴承的选择16.5 轴承装置的设计16.5.1 滚动轴承的配置16.5.2 滚动轴承的轴向紧固16.5.3 滚动轴承的调整16.5.4 滚动轴承的配合16.5.5 滚动轴承的预紧16.5.6 滚动轴承的装拆16.5.7 滚动轴承的润滑16.5.8 滚动轴承的密封16.6 滚动轴承与滑动轴承的比较教学要点：滚动轴承是标准件，在类型和尺寸方面已制定了国家标准，并有专业厂家生产。因此，作为设计者的任务是：熟悉滚动轴承的有关国家标准，选择轴承的型号，进行轴承装置的结构设计。在熟悉常用滚动轴承的类型、代号、基本性能和结构特点的基础上，根据轴承所受载荷大小、方向、性质、工作转速高低、轴颈的偏转情况等要求，来选择滚动轴承的类型。通过寿命计算，确定轴承尺寸。另外，轴承装置的结构设计不可忽视，由于轴承装置设计不合理而导致设计失败的情况时有发生，所以，应根据不同类型的轴承、功用、工况、载荷特性等，设计出合理的轴承装置结构形式和结构尺寸。GB272/T1993规定了滚动轴承代号的表示方法，通过学习，应掌握轴承代号中的基本代号，了解前置代号和后置代号。滚动轴承主要承受的是脉动接触应力，主要的失效形式是疲劳点蚀破坏。在滚动轴承寿命计算中，基本额定寿命和基本额定动载荷是两个重要定义；对于同时受径向力和轴向力的轴承，载荷由当量动载荷公式进行计算。当轴承寿命要求不等于基本额定寿命时，或轴承的受力不等于基本额定动载荷时，可通过轴承的寿命计算公式进行计算。计算时，还应加入温度影响系数、载荷系数和可靠度的额定寿命修正系数。当量动载荷计算不同于一般的合力计算，当轴向力较小时，Fa=0，即轴向力忽略不计；当轴向力较大时，才按比例折算入载荷计算式。较小较大的判断是由不同类型的轴承按径向力与轴向力的比值确定的。滚动轴承的尺寸一般是先根据轴的结构来初步确定，然后再进行承载能力的验算。17联轴器、离合器及制动器学时分配：2教学内容：17.1联 轴 器17.1.1联轴器的组成和分类17.1.2固定式刚性联轴器17.1.3可移式刚性联轴器17.1.4弹性联轴器17.1.5联轴器的选择17.2离 合 器17.2.1离合器的组成与分类17.2.2嵌入式离合器17.2.3摩擦式离合器17.2.4磁粉离合器17.2.5定向离合器17.2.6离合器的选择17.3制 动 器17.3.1制动器类型17.3.2制动器的选择教学要点：联轴器、离合器和制动器大多数型号已标准化或规格化，所以它们的设计主要是从标准化、规格化的类型中选择。选择时应根据设计要求对主要参数进行计算，再按设计准则选择满足设计要求的联轴器、离合器或制动器；联轴器是用于联接两轴的。考虑两轴相对的位置主要是机器工作时的两轴相对位置，若机器的刚度不够，工作时受力变形就可能造成两轴相对位置的变化；高速运转的机器所产生的冲击、振动、动载荷、离心力等都会影响两轴的相对位置。刚性联轴器结构简单、成本低，可传递较大的转矩，但它补偿能力差，故对两轴对中性要求很高，一般用于速度低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好的场合；掌握常用类型的联轴器、离合器的结构特点、工作原理、应用场合、合理选择联轴器、离合器是本章学习的重点。18弹簧学时分配：2教学内容：18.1弹簧的功用和类型18.1.1功用18.1.2分类18.2圆柱螺旋弹簧的结构、几何参数、制造、材料及许用应力18.2.1圆柱螺旋弹簧的结构18.2.2几何参数18.2.3制造18.2.4弹簧的材料及许用应力18.3圆柱螺旋弹簧的应力、变形、特性曲线18.3.1弹簧的应力18.3.2弹簧的变形18.3.3 弹簧的特性曲线18.4圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计18.4.1圆柱螺旋压缩弹簧的设计18.4.2圆柱螺旋拉伸