机械设计教案docWord格式文档下载.docx
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2.1机器总体设计概述
设计机器的一般程序，对机器的主要要求。
2.2机械零件设计概述
机械零件的主要失效形式，机械零件应满足的基本要求，机械零件的设计准则。
2.3机械零件的设计方法
理论设计，经验设计，模型设计，现代设计方法。
2.4机械零件设计的一般步骤
2.5机械零件材料的选用原则
2.6机械零件设计中的标准化
1、机械设计一般程序分为四个阶段，参照表2-1说明各阶段的主要工作及阶段性目标。
在课程设计时，要重复讲设计的一般程序，强调机械设计工作程序的重要性。
2、机械零件的主要失效形式有四个方面。
整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。
机械零件的设计准则主要有：
强度准则、刚度准则、寿命准则、稳定性准则、可靠性准则等。
强调整体断裂具有突发性，损失最大。
强度准则是机械零件设计的最基本准则。
各种零件的强度设计是本课程的重点。
结合工程失效的实例，说明强度设计的重要性。
3、说明理论设计的概念以及理论设计在机械设计中的基础地位。
尽管理论设计计算结果常被结构设计所修正，但理论设计的基础地位是不可动摇的，是我们学习的重点。
结构设计是机械设计中的重要内容，理论设计计算的结果，要通过结构设计具体化，转化成设计图纸，才能成为设计的结果。
设计方法有多样性，对现代设计方法要有一定了解。
4、要说明设计计算在机械设计中是非常重要的，但是没有那一台机器是完全计算出来的，很多时候计算结果要被结构设计改变。
结构设计是结合工程实际的过程，要特别注意。
5、在机械零件设计的一般步骤中，要特别强调以下设计思路：
确定载荷分析失效形式确定设计准则计算基本尺寸结构设计零件工作图设计设计计算说明书。
6、机械零件的材料选择的基本原则是满走需要，此外再考虑其它因素。
7、机械零件设计中的标准化是一个结合工程实际的问题，要结工程实际，说明标准化的重要性和重要意义。
第3章机械零件的强度
3.1疲劳极限线图
3.2单向变应力时的强度计算方法
3.3疲劳损伤累积概说（Miner法则）
3.4双向变应力时强度校核方法
3.5机械零件接触强度
1、载荷的分类为：
静载荷、变载荷；
应力种类分：
静应力和变应力两种，变应力又分稳定变应力和不稳定变应力，稳定变应力基本参数包括最大应力、最小应力，平均应力，应力幅、最小应力、平均应力应力幅、应力循环特性。
根据学生材料力学基础，列举一些工程实例，作应力循环分析。
2、静应力时机械零件的强度计算。
静应力时零件的主要失效形式：
塑性变形、断裂。
单向应力下的塑性零件强度条件为静应力不大于材料的屈服极限或计算安全系数不大于许用安全系数；
复合应力时的塑性材料零件按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算；
脆性材料与低塑性材料，脆性材料极限应力：
（强度极限），塑性材料极限应力：
（屈服极限）复合应力下工作的零件按第一强度条件。
3、变应力作用下机械零件的失效形式：
疲劳（破坏）（断裂），机理是损伤的累积，影响因素较多，不仅与应力的大小有关，还与应力循环次数N，应力幅有关。
4、σ—N曲线，寿命系数的概念。
材料的疲劳曲线和极限应力图。
材料的疲劳极限为循环变应力下应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力。
疲劳寿命（N）——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N称为疲劳寿命。
疲劳曲线表示r一定时，材料的疲劳极限与应力循环次数N之间关系；
材料的疲劳极限应力图表示同一种材料在不同的r下的疲劳极限图，简化极限应力图可简化计算（曲线不好求，而直线好求），可根据材料和三个试验数据而做出。
5、机械零件的疲劳强度计算的基本理论，零件的极限应力线图，综合影响系数表示了材料极限应力幅与零件极限应力幅的比值；
零件的极限应力图在材料的极限应力图上几个特殊点以坐标计入影响，得到零件极限应力线图上的几个特殊点后即得零件的简化极限应力图。
。
重点讲单向稳定变应力时，在不同的应力状态下，零件的极限应力和安全系数的计算。
对单向不稳定变应力时的强度计算，介绍Miner法则。
对双向稳定变应力作用时的疲劳强度计算，作简要介绍，提醒学生，在课程设计中进行轴的安全系数详细校核时要用到这部分内容，对照例题能设计即可。
6、影响机械零件疲劳强度的主要因素，主要有实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、应力集中、环境介质等方面往往有差异，使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤以应力集中、零件尺寸和表面状态三项因素对机械零件的疲劳强度影响最大，说明式3-12中几个系数的物理意义。
7、对机械零件的抗断裂强度作一简要介绍，引用实例介绍低应力脆断概念。
8、机械零件的接触强度。
高副零件工作时，理论上是点接触或线接触→实际上由于接触部分的局部弹性变形而形成面接触→由于接触面积很小，使表层产生的局部应力却很大。
该应力称为接触应力。
计算依据：
弹性力学的赫兹（Hertz）公式，在齿轮强度计算中直接使用。
第4章磨擦、磨损及润滑
4.1摩擦、磨损的分类与机理
4.2润滑剂和润滑方法
4.3流体动压油膜和静压油膜的形成原理
4.4流体动压润滑原理
了解摩擦学所包含的主要内容，研究对象及发展摩擦学的重要经济价值。
了解磨损的一般规律及各种磨损的机理和物理特征，了解润滑的作用及润滑剂的主要质量指标。
重点理解流体动润滑的基本概念及楔效应承载原理。
1、摩擦—两接触的物体在接触表面间相对滑动或有一趋势时产生阻碍其发生相对滑动的切向阻力。
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。
润滑—减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。
摩擦学（Tribology）—包含力学、流变学、表面物理、表面化学及材料学、工程热物理学等学科，是一门边缘和交叉学科。
本节只讨论金属摩擦副的滑动摩擦，根据摩擦面间存在润滑剂的状况，滑动摩擦分干摩擦、边界摩擦（边界润滑）、流体摩擦（流体润滑、混合摩擦（混合润滑）。
2、磨损是摩擦的直接结果，→使材料损耗↓，工作精度↓，可靠性↓，一般是有害的，但工程上也有利用磨损作用的场合。
典型的磨损过程包括磨合磨损过程、稳定磨损阶段、急剧磨损阶段，实际机械零件在使用过程中，这三个过程无明显界限。
磨损的类型分为：
粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损等。
3、润滑剂的作用：
除了降低摩擦，减小磨损外，还起到冷却、降温，减缓锈蚀，缓冲吸振、清污和密封等作用。
润滑油的性能指标包括：
粘度、油性、凝点、闪点和燃点、极压性能、氧化稳定性。
润滑脂的主要性能指标包括：
针入度、滴点、安全性。
、固体润滑剂—用固体粉末代替润滑油膜。
润滑剂的添加是为改善润滑剂的性能而加进润滑剂中的某些物质，常用的有：
极压添加剂、油性添加剂。
4、粘性定律与润滑油的粘度。
粘度——流体抵抗变形的能力。
粘性定律：
流体（有一定粘度）在两个平行板之间（不可压缩），施力F于A板使之以速度v移动，另一极B静止不动，两板间润滑油作层流运动，y处油层流动速度为μ，流动时各油层间存在切应力τ，与该处的速度梯度成正比，牛顿流体粘性定律。
粘度常用单位有：
动力粘度η、运动粘度v、条件粘度（相对粘度）—恩氏粘度°
Et。
影响润滑油粘度的主要因素是温度和压力。
5、流体润滑简介。
两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜而完全隔开，而由流体膜产生的压力来平衡外载荷，称为流体动力润滑。
弹性流体动力润滑—考虑弹性变形和压力两个因素对粘度影响的流体动力润滑。
流体静力润滑是利用外部供油（气）装置，将一定压力的流体送入两摩擦表面之间以建立压力油膜的润滑。
第5章螺纹联接与螺旋传动
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基本内容：
5.1螺纹
5.2螺纹联接的类型和标准联接件
5.3螺纹联接的预紧与防松
5.4螺纹联接设计的强度计算
5.5螺栓组联接的设计
5.6螺纹联接件的材料与许用应力
5.7提高螺纹联强度的措施
5.8螺旋传动
了解螺纹联接的基本知识，掌握螺栓联接结构设计原理及强度计算的理论和方法。
掌握螺旋传动性能对螺纹选型的要求及主要零件的设计计算方法。
1、联接分两种形式：
静联接—被联接件间不充许产生相对运动，自身分不可折联接和可折联接：
动联接—被联接零件间可产生相对运动—各种运动副联接。
2、螺纹的形成：
把一锐角为ψ的直角三角形绕到一直径为d的圆柱体上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上形成一条空间螺旋线。
3、螺纹的类型：
按结构分内螺纹，外螺纹；
按所起作用分，螺纹又分为：
联接螺纹，传动螺纹；
按螺距（以每英寸牙数来表示）分米制螺纹，英制螺纹；
按国家标准标准螺纹和非标准螺纹；
按母体的形状分圆柱螺纹，圆锥螺纹；
按螺纹的旋向分左旋和右旋；
按螺纹的牙型分三角形、矩形、梯形、锯齿形、其他特殊形状；
按螺旋线的数目分单线、双线、多线等。
4、螺纹的主要参数有：
外径d（大径）（D）、内径（小径）d1（D1）、中径d2≈0.5（d+d1）、螺距P、导程（S）、线数n、螺旋升角ψ、牙型角α、牙型斜角β。
5、常用螺纹的种类、特点与应用，比较具体见表。
6、螺纹联接的类型及螺纹联接件。
螺纹联接主要类型有四种即：
螺栓联接（普通螺栓联接、铰制孔用螺栓联接）、双头螺栓联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。
特殊联接：
地脚螺栓联、吊环螺钉联接。
螺纹联接件螺栓联接。
7、螺纹联接的预紧与防松。
预紧目的：
保持联接正常工作。
如汽缸螺栓联接，有紧密性要求，防漏气，预紧力要大些。
靠摩擦力工作时，也要加大预紧力。
控制预紧力与不控制预紧力的概念和应用场合。
预紧力一般靠Q测力矩板手来控制。
螺纹联接松动，螺纹联接就会失效，严重时会造成重大事故。
防松的根本问题是防止螺纹副之间的相对运动。
常用防松办法及措施有摩擦防松、机械防松、永久防松、化学防松等。
8、螺纹联接的强度计算是本章重点。
（1）松螺栓强度计算。
（2）仅受预紧力的紧螺栓联接，是螺栓强度计算的基础，式5-14是基本式，一定要熟记，式中的1.3系数要特别提醒学生注意。
以后的各种受力情况下的强度设计，实际上就是求出螺栓所受最大拉力的过程，将最大拉力代替式中的F0即可进行要求的计算。
（3）承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接，重点是受力变形图。
承受工作载荷的紧螺栓联接中，螺栓实际承受的最大拉力F2不等于预紧力F0与工作载荷F的和，即：
F2≠F0+F，而是残余预紧力F1与工作载荷F的和，即：
F2=F1+F。
螺栓相对刚度的概念。
（4）承受工作剪力的紧螺栓联接，按挤压和剪切强度计算。
（5）螺栓组联接设计是本章的难点。
设计计算的关键是找出受力最大的螺栓进行计算。
螺栓组计算中的几个强度条件：
最大拉应力条件、防滑条件、接合面挤压强度条件。
设计计算时，针对不同的失效形式，分别是计算出螺栓所受的应力大小，按受力最大的螺栓进行强度计算。
（6）螺栓组结构设计是注意三问题，一是螺栓受力要小且均匀，二是布置要合理，三是不产生附加弯曲应力。
9、螺栓材料与许用应力计算。
对照课本自学。
10、提高螺栓联接强度的措施。
改善螺纹牙间载荷分布不均状况、减小应力集中的影响、降低螺栓应力幅、减小应力集中的影响、（工艺方法）采用合理的制造工艺
12、螺旋传动。
传动形式有螺杆转螺母移、螺杆又转又移（螺平固定）、螺母转螺杆移、螺母又转又移（螺杆固定）。
传动类型按用途分三类：
传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋；
按摩擦副的性质分：
滑动螺旋、滚动螺旋传动、静压螺旋。
滑动螺旋的设计计算：
结构：
①支承结构—螺杆长径比小时，直接用螺母支承；
螺杆长径比大时，且水平布置，在两端与中间附加支承。
②螺母结构有整体式、部分式、组合式。
常用材料要求强度耐磨性，配对后f小，加工性好，螺杆硬度高于螺母。
耐磨性计算（设计）主要限制螺纹工作面上比压P要求小于材料的许用比压。
自锁性验算——对有自锁性要求的螺旋副。
螺杆的强度计算按弯扭（压扭，拉扭）复合强度条件计算——第四强度理论。
螺母螺纹牙强度是由于一般螺母材料强度低于螺杆（如螺母材料与螺杆相同，则应验算螺杆）。
稳定性计算—当螺杆较细长且受较大轴向压力时，可能会双向弯曲而失效（稳定性），螺杆相当于后杆，螺杆所承受的轴向压力Q小于其临界压力Qca。
传动效率计算。
精度选择主要是螺杆，高精度级—5.6、精密级——7、一般级—8、低精度级—9。
第6章键与花键联接
6.1键联接
6.2花键联接的类型、特点和应用
6.3无键联接的类型、特点和应用
6.4销联接的类型、特点和应用
教学要点：
了解键联接的原理、特点和应用，掌握普通平键联接的设计和强度校核方法。
了解花键、无键及销联接的原理、特点和应用。
1、键联接。
键是一种标准件，通常用于联接轴与轴上旋转零件与摆动零件，起周向固定零件的作用以传递旋转运动成扭矩。
键联接的主要类型有：
平键联接（按用途。
平键分为：
普通平键A、B、C，薄型平键A、B、C，导向平键、滑键），半圆键联接、楔键联接（普通楔键A、B、C，勾头楔键），切向键联接四种。
2、键联接的强度校核。
失效形式：
压溃（键、轴、毂中较弱者——静联接），磨损（动联接）键的剪断（较少）。
主要介绍平键联接的强度校核（普通平键：
挤压强度条件和剪切强度条件），半圆键联接强度校核（同平键）。
3、花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔的周向均布而成，花键齿侧面为工作面—适用于动、静联接。
按齿形分：
矩形花键（分轻、中、重、补充系列，定心方式有外径定心、侧面定心、内径定心）、渐开线花键（齿廓为渐开线，定心方式有齿形定心、圆柱面定心、外径定心）、三角形花键（内花键齿为三角形，加工方便，定心方式：
齿侧定心）。
4、花键联接的设计计算。
设计：
选花键类型→按轴径D定花键尺寸（矩形：
Z—D×
d×
b）→验算联接强度。
①键齿的压溃（静联接）；
②磨损（动联接）；
③齿根剪断，故一般进行挤压强度或耐磨性验算。
5、无键联接：
用非圆剖面的轴与毂孔构成的联接—称成型联接。
包括：
型面联接、胀紧联接。
6、销联接：
主要用于零件间位置定位，传递不大的载荷（均有标准），安全保护装置中作剪断元件。
按用途分为定位销、联接销、安全销；
按形状分圆柱销、圆锥销（1：
50锥度）、特殊型式销—带螺纹锥销、异尾锥销、弹性销、开口销、槽销和开口销等多种形式。
材料：
常用35、45（也用A3）。
选择时按联接和定位零件（轴、厚度）及传递载荷而定，查手册，凭经验定位销售经验定尺寸，不进行强度校核。
安全销—直径接过载时被剪断的条件确定。
7、过盈联接：
利用两个被联接件本身的过盈配合来实现：
包容件，被包容件。
利用包容件与被包容件的径向变形使配合面间产生很大压力，从而靠摩擦力来传递载荷。
装配方法有压入法、温差法。
第7章铆接、焊接与胶接
0（自学）
7.1铆接的类型、结构及应用场合
7.2焊接的基本类型、结构及应用场合
7.3胶接的类型、结构、应用场合及设计要点
7.4过盈联接的类型及应用
1、铆接是利用铆钉把两个以上的被铆件联接在一起的不可拆联接。
铆钉和被铆件铆合部分一起构成铆缝（强固铆缝、强密铆缝、紧密铆缝）。
铆缝的受力及破坏形式包括：
铆钉被剪断、板边被剪坏、钉孔接触面被压坏、板沿钉孔被拉断、板边被撕裂，注意设计计算要点。
2、焊接是利用局部加热的方法将被联接件联接成为一个整体的一种不可拆联接。
焊接可以分为两大类：
压力焊、熔融焊。
焊接件常用材料焊接的金属结构常用材料及Q215、Q235、Q255；
焊接的零件则常用Q275、15~50号碳钢，以及50Mn、50Mn2、50SiMn2等合金钢。
设计中注意焊接件的工艺及设计要点。
3、胶接是利用胶粘剂在一定条件下把预制的元件联接在一起，并具有一定的联接强度的不可拆联接。
设计胶接接头时应注意：
（1）尽可能使胶层受剪或受压；
（2）尽可能使胶层应力分布均匀；
（3）胶层厚度为0.1~0.2mm时，胶层强度最高；
（4）胶接面积宜取大些以利于金属强度的充分利用。
4、胶接剂的品种很多，基本组合成分为：
环氧树脂、环氧树脂——酚醛树脂、酚醛树脂、聚酰胺—环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚酰亚胺等。
5、胶接与铆接、焊接的比较，了解它们各自的优缺点。
第8章带传动
8.1概述
8.2带传动工作情况分析
8.3V带传动的设计计算
8.4V带带轮的结构设计
8.5V带传动的张紧装置
8.6其它带传动简介
了解各类机械传动性能特点及常用参数范围，掌握根据使用要求选择机械传动类型的原则。
掌握带传动的设计准则、设计方法和步骤；
掌握带传动受力分析和运动分析方法和带轮结构设计原则和方法。
1、传动装置是实现能量传递机运动转换的装置，有能量的分配与传递；
运动形式的改变；
运动速度的改变。
传动类型的选择的主要指标：
η高；
外廓尺寸小、质量小，运动性能良好及符合生产条件等；
主要考虑因素：
P的大小，η高低；
V的大小；
i的大小；
外廓尺寸；
传动质量、成本的要求。
2、带传动原理—以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力。
适用于中心距较大的两轴之间传递运动与动力，普通V带适用带速5~25m/S，带传动一般适于高速级。
3、带传动的主要类型有、平型带传动、V带传动（三角带传动）、多楔带、同步带传动。
4、V带的类型：
普通V带、窄V带、组合V带、齿形V带、大楔角V带、宽V带等，主要有帘布芯、绳芯结构两种。
带弯曲时既不伸长又不缩短的层—中性层—又称节面；
带节面宽度bp；
基准长度Ld——位于带轮基准直径上的周线长度——对称公称长度Ld。
V型带标准，三角胶带规格、尺寸、使用等要求已有国家标准
5、带传动的工作情况分析：
工作前（预紧）—两边初拉力F0=F0；
工作时（传递扭矩T）—两边拉力变化：
紧力→F1，松边F0→F2。
Fe=F1-F2——是有效圆周力。
最大有效园周力分析：
欧拉公式，书中式8-7。
由欧拉公式分析影响带传动最大有效圆周拉力的因素：
F0、f和α。
6、带的应力分析：
，带的工作应力为变应力，由带拉力产生的拉应力σ1、离心力产生的拉应力σc和带在带轮上环绕而产生的弯曲应力σb三部分组成。
为避免σ1过大，应限制最小带速；
为避免σc过大，应限制最大带速，所以带传动的速度一般为5~255~25m/S；
为避免σb1过大，应限制小带轮的最小计算直径，最小带轮直径按表8-3选用。
7、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和寿命。
8、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。
带传动的传动比不准确。
9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。
11、设计数据及内容：
已知：
P，n1，n2或i传动布置要求（中心距a）工作条件
要求：
带：
型号，把数，长度
轮：
Dmin，结构，尺寸中心距（a）轴压力Q等
设计计算步骤与方法：
（1）、确定计算功率：
Pca=KAP KA—工况系数，表8-6
（2）、选择带型号：
根据Pca，n1查图8-8，窄V带查8-9
（3）、定带轮直径（验算带速V）
（4）、求中心距a和带的基准长度Ld，
（5）、验算小轮包角，打滑首先产生在小轮上。
（6）计算带的根数Z
（7）、确定带的初拉力F0（单根带）
（8）、求带作用于轴的压轴力Q
（9）、带轮结构设计。
12、带轮结构设计要求重量轻，结构工艺性好，无过大的铸造内应力、质量分布均匀，高速时要经动平衡，轮槽表面要经过精细加工（表面粗糙度一般为1.6），以减轻带的磨损。
各轮槽尺寸与角度要有一定的精度，以使载荷分布较均匀。
带轮材料一般为铸铁、铸钢—钢板冲压件、铸铝或塑料。
通常分为实心式、胶板式、孔板式、轮辐式、冲压式。
13、为保证带经一段时间使用后，不会因带的伸长而产生松驰现象，必有张紧装置。
常用的有滑道式、摆架式、加张紧轮法。
14、其它带传动主要介绍一下同步齿形带的特点和应用场合。
第9章链传动
9.1链传动的特点及应用
9.2传动链的结构特点
9.3链轮的结构和材料
9.4链传动的运动分析
9.5链传动的受力分析
9.6链传动的设计计算
9.7链传动的布置、张紧和润滑
掌握链传动的设计准则、设计方法和步骤；
掌握链传动的受力分析和运动分析方法；
掌握链轮结构设计原则和方法。
1、链传动以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。
其磨损、接触应力冲击均小，且易加工。
由主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等组成。
适于两轴相距较远，工作条件恶劣等中低速传动。
瞬时传动比不恒定。
2、链传动的主要类型按工作特性分起重链、牵（线）引链、传动链；
按传动链接形式分套筒滚子链（滚子、套筒、销轴、外链板、内链板）、齿形链（圆销式、轴互式、滚柱式）。
3、滚子链链轮对齿形要求：
保证链节平稳进入和退出啮合、减少啮合时冲击和接触应力、链条节距因磨损而增长后、应仍能与链轮很好地啮合、要便于加工。
链
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