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靠凸轮上沟槽或凸脊的
特定形状来驱使从动件实现所需的间歇运动。
其优点是：
传动平稳无噪声，适用于高速、中
载和高精度分度的场合。
缺点是：
加工和装配困难，但随着制造技术水平的提高，应用必将
日趋广泛。
四、齿轮设计要点
1）齿轮传达室动依靠齿廓之间啮合传递运动和动力，是应用最广的一种机械传动。
渐开线齿
廓的几何特性使齿轮传动具有传动比恒定、传递压力方向不变和传动中心距可分性。
2）圆柱齿轮传动包括直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮传动，一般用于平行轴间传动。
齿轮模数
m、齿轮压力角a、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*、齿数z和螺旋角?
是圆柱齿轮的主要参数；
对于斜齿圆柱齿轮，指的是法向参数mn、an、han*。
上述参数决定了圆柱齿轮的基本几何尺
寸，其中模数m、压力角a和齿数z决定齿廓形状。
齿轮模数决定轮齿的大小及其承载能力。
齿数影响齿轮的大小、传动比及传动的平稳性。
螺旋角是反映轮齿倾斜程式度及方向的重要
参数，它影响轴向力Fx的大小和方向；
对于直齿，?
=0。
标准圆柱齿轮是指齿轮模数、齿轮
压力角、齿顶高系数、顶隙系数均为标准值，而且分度圆上齿厚等于槽宽的齿轮。
3）圆柱齿轮正确啮合的条件是：
两齿轮的模数和压力角分别相等；
对于外啮圆柱齿轮，还要
求两齿轮螺旋角大小相等、旋向相反。
一对标准圆柱齿轮啮合，分度圆与节圆重合时的中心
距a称为标准中心距。
圆柱齿轮连续传动的条件为重合度ε≥1。
标准确性圆柱齿轮采用标准
确性中心距安装，能够满足满足连续传达室动的条件。
斜齿圆珠笔柱齿轮传达室动的重合度
ε比参数相等的直齿圆柱齿轮传动的大，因此适合用于高速重载传动。
4）齿轮在切齿加工和检验中，
一般测量公法线长度
W（斜齿圆柱齿轮测理法向公法线长度
Wn）
以确定齿轮是否合格。
当被加工齿轮的齿数
Z<
Zmin用展成法加工轮齿会发生根切。
采用变位
加工的办法可以避免根切。
5）变位系数
x是变位齿轮的重要参数，当
x<
0，为负变位齿轮。
与变位前的标准齿轮相比，
变位齿轮的基本几何尺寸，除分度圆直径、基圆直径和齿距不变外，其余一般都发生变化。
高变位齿轮传动，变位系数和为零，且x1>
0，x2<
0，x1=x2≠0,该传动类型特别适用于齿轮传
动的维修。
6）GB/T10095.1—2001规定，圆柱齿轮精度等级为1～12级（普通机械中齿轮常用的精度等
级为6～8级）；
三个公差组，每组包括若干检验项目的公差或极限偏差。
7）齿轮的主要失效形式有轮齿折断、齿面疲劳点蚀、齿面磨损和齿面胶合。
适当降低齿面粗
糙度、采用齿面强化处理工艺和合适的润滑剂，有利于减轻失效程度。
轮齿折断是最严重的
失效形式，限制炝根弯曲应力计算齿轮传动的平稳性。
限制炝面接触性。
齿面点蚀常出现在
润滑良好的闭式齿轮传动中，其影响齿轮传动的平稳性。
限制齿面接触应力、提高齿面接触
疲劳强度是避免点蚀的重要措施。
选择齿轮材料的主要依据是齿轮承受的载荷、运转速度、
工作环境以及结构和经济性等要求。
8）齿轮常用的材料是优质碳素结构钢合金结构钢，多为锻造；
直径较大、形状复杂的重要齿
轮用铸钢或墨铸铁；
不重要的齿轮用灰铸铁。
9）圆醉齿轮传动轮齿间的作用力可分解为圆珠笔周力Ft、径向力Fr和轴向力Fx（直齿轴向
力为零），轴向力方向与轮齿的螺旋线方向和齿轮转向有关，可用左右手定则来判定。
10）对于软齿面闭式齿轮传动，先用齿面接触疲劳强度设计公式（6-23）粗估中心距，确齿
轮传动参数和几何尺寸后再按公式（6-26）校核齿根弯曲疲劳强度；
对于硬齿面闭式齿轮传
动，先用齿根弯曲疲劳强度设计公式（6-25）粗估模数，确定齿轮传动参数和几何尺寸后再
按公式（6-24）校核齿面接触疲劳强度。
对于开式齿轮传动或铸铁齿轮只用齿根弯曲疲劳强
度设计公式（6-25）粗估模数并适当放大，不需要再校核齿面接触疲劳强度。
11）圆柱齿轮的结构形式有齿轮轴、实心式、腹板式和轮辐式等。
一般根据齿顶圆直径大小
选定，结构尺寸一般由经验公式确定。
正确维护是齿轮传动正常工作的必要条件。
保证正常
润滑、保持环境清洁、监控运转状态和及时维修正确调整是其重要内容
五、其他齿轮设计要点：
1）锥齿轮传动用于传递两相交轴之间的运动和动力；
蜗杆传动用于传递两空间交错轴之间的
运动和动力。
常用轴交角为Σ﹦90o。
蜗杆传动由于蜗杆头数可以很少，所以传动比大，结构
紧凑；
但啮合轮齿间的相对滑动速度大，摩擦损耗大，效率低，不适于传递大功率。
2）直齿锥齿轮以其大端参数为标准为标值。
按顶隙的不同，直齿锥齿轮可分为等顶隙收缩齿
和不等顶隙收缩齿两类。
前者的轮齿强度较高，根据国家标准，现多采用等顶隙收缩齿。
3）在两轴交角Σ
=δ1+δ2=90o时，直齿锥齿轮的传动比
4）锥齿轮传动中，所分解出的三对作用力和反作用力分别为：
F12=-Fx1，Fx2=-Fr1,Fr2=Fx1;
而蜗杆传动中所分解出的三对作用力和反作用力则分别
F12=-FX1，FX2=Ft1,Fr2=-Fr1
。
应熟
练掌握转向判别和各力方向的判别。
5）蜗杆传动以中间平面的参数为标准值，其正确啮合条件为
6）为减少蜗轮滚刀的所需数量，蜗杆的直径为标准值。
应特别注意：
蜗杆直径d1=mq,
而不是
d1=mz1.因此，蜗杆传动的传动比
i12=同理，中心距
a=（d1+d2）/2
≠m（z1+z2）/2
7）蜗杆的分度圆柱导程角
tanr=
可见，
r
角随蜗杆头数
z1
的增多而增大。
在
r角的取值
范围内，r角越大，则传动效率越高，而自锁性降低。
8）蜗杆传动的设计计算中，只需对蜗轮进行齿面接触疲劳强度计算。
但蜗杆传动的传动效率
低，温升高，因此对连续工作的闭式蜗杆传动还需进行热平衡计算。
六、轮系设计要点
（1）按照所有齿轮的轴线是否都固定分为定轴轮系、行星轮系和组合轮系。
（2）定轴轮系的传动比计算
1）传动比大小的计算公式为；
2）传动比符号的确定；
①首、末两轮轴线不平行的定轴轮系，齿数比之前不加“+”、“-”号，只按逐对标转向的
方的方法碇各轮的转向。
②首、末两轮轴线平行的定轴轮系，按逐对标转向的方法确定各轮的转向、若首、末轮转向
相同，则齿数比前符号为“+”；
反之，为“-”。
③所有齿轮轴线都平行的定轴轮系，按（-1）m确定传动比的符号。
（3）行星轮系传动比的计算
1）转化为定轴系。
2）然后在转化系中按
（4）组合轮系传动比的计算
1）划分基本轮系。
2）分别计算各行星轮系的传动比。
3）计算定轴轮系的传动比。
4）联立求解。
（5）轮系的功用
七、带传动设计要点：
带传动是依靠带与带化之间的摩擦或啮合来传递运动和动力，其中普通V带、窄V带应用最
广；
根据带轮直径大小不同，带轮可采用实心式、腹板式、孔板式和椭圆轮辐式，带轮轮槽
直径尺寸由带的截面尺寸确定。
带所能提供的摩擦力与初拉力、摩擦系数、小带轮包角有关；
带所受应力有拉应力、离心应力、弯曲应力，最大应力为三者之和；
带的失效形式是打滑和疲劳破坏，因此带的设计准则是在不打滑的前提下带具有一定的疲劳强寿命。
八、链传动设计要点：
链传动是依靠链与链轮之间的啮合来传递运动和动力；
滚子链的结构和尺寸均已标准化，
其中链节距为主要参数，链轮的端面齿形和轴面齿形已由国家标准规定，链轮材料选择要考虑其强度、耐磨性和抗冲击性能；
链传动的主要失效表式是链板疲劳、铰链磨损、铰链胶合和链条静力拉断；
链传动应限制其最高速度。
九、联接设计要点：
机械上各种常用联接（如螺纹联接、键联接、销联接等）的类型、特点应用及设计计算。
螺纹联接包括螺栓（普通螺栓、铰制孔用螺栓）联接、双头螺柱联接、螺钉联接及紧定螺钉联接；
对螺纹联接的结构和尺寸之间的关系有明确的规定；
拧紧可提高联接的紧密性、紧固性和可靠性；
在冲击、振动和变载荷作用下的螺纹联接必须采取摩擦防松、机械防松、不可拆防松等措施；
普通螺栓联接的失效形式一般为螺栓杆螺纹部分的塑性变形或断裂，故应当进行抗拉强度计算；
铰制孔用螺栓联接的失效形式，一般为螺栓杆被剪断、螺栓杆或孔壁被压溃，故应当进行剪切强度和挤压强度计算；
在横向或轴向工作载荷的作用下，螺栓的受力状况有所区别。
用于轴毂的联接主要包括键联接、花键联接和销联接。
主要内容有：
根据工作条件，选择适
当的键联接的类型；
按照轴的公称直径d，从标准中选择平键的剖面尺寸b×
h，根据轮毂长
主L1选择键和L，对于静联接取L=L1（5～10）mm，并应符合标准长度系列；
键联接的主要
失效形式是压溃（静联接），故分别按照挤压应力бp或p进行条件性的强度计算。
其他常用联接主要掌握类型和应用特点。
十、轴和轴承设计要点：
轴的分类和材料，轴的结构设计和强度计算。
轴承是机器中用来支承轴上零件的重要零件，它能保证轴的回转精度，减少回转轴与支承间的摩擦和磨损。
按摩擦性质不同，轴姑可分为滚动轴承和滑动轴承；
按承载方向不同，轴承可分为向心轴承和推力轴承。
滑动轴承的核心部分是轴承衬（或轴瓦），其主要失效形式是磨损、胶合和疲劳破坏。
因此，要求滑动轴承的材料具有足够的抗疲劳强度，同时具有良好的塑性、顺应性，跑合性、减摩
托车性和耐磨性。
常用的滑动轴承村料有轴承合金、粉末冶金材料（塑料）等。
滚动轴承是标准件，一般由内、外圈、滚动体和保持架组成。
滚动轴承种类繁多，按承载方向、滚动体的形状以及内外径的不同可作多种分类。
设计时根据具体工作条件选用合适的轴承并进行强度（寿命）核算和组合设计。
滚动轴承的代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示了轴了的类型、内径、宽度和外径等重要参数。
滚动轴承类型的选择要考虑轴承受载的大小、方向和性质，轴承转速条件以及轴承的安装窨等多方面的因素。
一般情况下，载荷较小且平稳时，选用球轴承；
有冲击和振动时，选用滚子轴承；
受纯径向载荷时，选用向心轴承；
受纯轴向载荷时，选用推力轴承；
同时受径向、轴向载荷时，选用角接触轴承；
高速运转时，选用球轴承；
轴的刚性差或安装存在误差时，选用调心轴承；
径向尺寸受安装条件限制时，选用轻系列轴承或滚针轴承；
轴向尺寸受到限制时，选用窄系列轴承。
滚动轴承寿命校核中有3个重要概念分别为寿命、基本额定寿命和基本额定动载荷。
滚动轴的主要失效形式有疲劳点蚀、塑性变形和磨损。
针对疲劳点蚀应对轴承进行寿命核算，控制塑性变形由静强度校核完成，而减少磨损则由限制极限转速来实现。
计算出的轴承寿命应大于轴承的预期寿命：
Lh≥[Lh]
滚动轴承的极限转速应满足
n≤nlim
滚支轴承的组合设计主要是解决轴承的固定、调整、预紧、配合、装拆以及润和密封等方面的问题。
十一、摩擦设计要点：
摩擦可分为内摩擦与外摩擦;
还可分为静摩擦和动摩擦.滑动摩擦、流体摩擦（流体润滑）、边界摩擦（边界润滑）及混合摩擦（混合润滑）.
润滑的主要作用是降低摩擦,减少磨损,防止腐蚀,提高效率,改善机器运转状况,延长机器的
使用寿命.
常用的润滑剂有润滑油、润滑脂、固体润滑剂（如二硫化钼、石墨等）、气体润滑剂（如空气等）.
常用的润滑方式有:
手工加油润滑、滴油润滑、油环润滑、浸油润滑与飞溅润滑、压力润滑等.
常用密封方式有:
接触式密封（毡圈密封、唇形密封圈密封）和非接触式密封（间隙密封、挡油
环密封、迷宫式密封）.
十二、常用零部件设计要点：
联轴器和离合器是机械传动中的重要零件,主要功用是联接轴与或轴与其他回转零件,以伟递
运动和转矩.
联轴器和离合器的区别:
联轴器拆卸要在机器停止运转后,才能进行;
离合器则可以在机器的
运转过程中进行分离或结合.
制动器是用来强制机器迅速停止运转或降低机器运转速度的机械装置.
本章主要内容
弹簧是重要的弹性零件,具有缓冲吸振、控制运动、储存能量、测量载荷等功能;
其所受
载荷与其变形的关系曲线,称为弹簧的特性曲线,是弹簧的类型选择、试验及检验的重要依据;
对压缩弹簧,应当进行强度、刚度计算并进行稳定性校核.
十三、回转件的平衡设计要点
静平衡条件:
mbrb+m1r1+m2r2+m3r3=0
1﹒回转件的静平衡,就是确定校正质量的质径积mbrb的大小和方向.图解法确定质径积mbrb
的方法为:
以一定比例尺按r1、r2、r3的方向作向量代表质径积m1r1、m2r2、m3r3，最后的
封闭向量即代表校正质量的质径积的大小和方向。
rb
一般尽可能大些，可使
mb小些。
2．回转件的动平衡
在校正平面Tˊ内，加上校质量，列其平衡方程为，按一定的比例尺作图，最后的封闭边代
表质径积mˊbrˊb。
选定rˊb后即可确定Tˊ的校正质量mˊb。
同理在校正平面T＂内，加上校正质量，其平衡方程为按一定的比例尺作图，可确定校正平
面T＂的校正质量m＂b。
回转件的动平衡，又称为双面平衡。
动平衡的回转件也一定是静平衡的；
但静平衡的回转件则不一定是动平衡的。
二、机械速度波动的调节
1、周期性速度波动的调节
（1）周期性速度波动的概念在周期中的某一时间间隔中，驱动力所作的功和阻力所作的功
不相等，速度是波动的，但主轴的角速度在经过一个运动周期T后，又恢复到初始状态，机
械这种有规律的波动称为周期性速度波动，在周期性速度波动时，一个运动周期内，机械的
动能没有改变，驱动能没有改变，驱动力所作的功等于阻力所作的功。
（2）飞轮的设计方法设计步骤：
求驱动力矩Md，确定最大盈亏功Wmax,求飞轮的转动惯量
IF。
2、非周期性速度波动的调节
速度波动是随机的，不规则的，没有一定的周期，称为非周期性速度波动。
非周期性速度波动一般靠调速器来调节。
《机械设计基础》学习领域课程标准
一．课程定位
机械设计基础是机类专业必修的一门专业技术基础课，其任务是使学生获得金属材料
及热处理、力学、机械原理及机械零件的的基本知识和基本技能，通过学习学会选材、学会使用手册查阅资料、选用标准；
研究机械零部件在载荷等因素作用下的平衡问题及承载能力，
具有设计机械传动及简单机械装置的能力，同时为后续课程的学习和解决工程实际问题打下坚实的基础。
二．学习目标
（一）知识目标
熟悉工程材料的牌号、性能、应用，机械零部件的强度、刚度、稳定性，常用机构的工作原理、特点、应用及设计的基础知识；
熟悉通用机械零件的工作原理、特点、结构和标准；
掌握通用机械零件的选用和设计的基本理论与方法。
（二）能力目标
1、专业能力目标
能看懂机械零件常用材料的牌号；
能熟悉工程材料的性能；
能正确选用选用工程材料的牌号；
能熟练进行构件的静力学分析；
能熟练进行零件的强度和刚度计算；
能正确分析生产实际中常用机构的特性；
能正确分析机械零件失效形式；
能进行分析设计常用机械零件；
能正确设计传动装置。
2、方法能力目标
具有较好的学习新知识的技能的能力；
具有解决问题的方法能力和制订工作计划的能力；
具有查找机械设计手册和机械设计资料的能力；
具有获取现代机械设计各方面信息的能力。
3、社会能力目标
具有较强的职业道德；
具有较强的计划组织能力和团队协作能力；
具有较强的人与人沟通和交流的能力。
三．学习领域设计
学习领域设计的基本思路
机械设计基础学习领域设计的基本思路是依据课程典型工作任务、专业能力目标、方法
能力目标、社会能力目标、将学习领域分为四个项目（学习情景），第一个项目设计概论、
第二个项目机构设计、第三个项目零部件设计、第四个项目传动装置设计，这四个项目的前
后排序是从简单到复杂、从单一到综合符合学生的认知规律，众所周知零件是制造的最小单
元，构件是运动的最小单元，因此机械设计以零部件作为载体，从选材、应力分析、结构设
计、传动装置设计为主线把工程力学、工程材料、机械原理、机械零件模块的内容进行解构
和重构，并按工作过程为导向有机地融合在学习领域四个项目之中，具体的情境描述、内容
排序、情境设计见下表：
学习情境描述、内容排序及学时分配见下表：
学习情境名称
情境描述
参考学
时
以机械零部件为载体，引导讲授与本项目工作任务相关联的机械
1．设计概论
设计概述、常用机械零部件材料的牌号与选用、
构件的静力学分
18
析、机械设计要求和步骤。
2．机构设计
以机械零部件为载体，通过典型案例为切入点，
分析平面连杆机
22
构、凸轮机构、间歇运动机构等三项由简单到复杂工作任务，引
导讲授机构的组成、工作原理、设计方法和具体应用。
以机械零部件为载体，通过实施联接、轴、轴承、联轴器与离合
器四项由简单到复杂的具体工作任务，引导讲授与本项目相关联
3．零部件设计
38
的零部件的类型、特点、工作原理、强度校核、结构设计及具体
应用。
以机械零部件为载体，通过实施带传动、齿轮传动、齿轮系传动
三项由简单到复杂的具体工作任务，引导讲授与本项目相关的传
4.传动装置设计
24
动零部件的类型、特点、工作原理，传动装置传动比计算分配、手册资料的查阅和传动装置的设计。
合计102
四．学习情境设计
学习情境1：
设计概论参考学时18
学习目标
知识
熟悉工程材料的牌号、性能、应用，掌握静力学基本知识，熟悉机械设计的一般程序。
目标
专业
能力
能熟悉机械设计的一般程序。
方法具有较好的学习新知识的技能的能力；
能力具有解决问题的方法能力和制订工作计划的能力；
目标具有获取现代机械设计各方面信息的能力。
社会
学习
学习内容（工作任务、载体）
学时
单元
教学方法建议
安排
1.1
本课程的性质和研究对象、主要内容和任务
引导文教学法、六步教
2
学法
1.2
机械零件的常用材料
6引导文教学法、六步教
1.3构件的静力学分析
1.4机械设计概述
媒体学生的基础
万能材料实验机、机械设计教
机械制图与CAD
学仪器、示教板、多媒体教学
计算机应用
设备、教学课件、软件、视频
互换性与公差配合
教学资料、网络教学资源、机
金属工艺学
械设计一体化教室
安全操作知识
学习情境2：
机构设计
学法、案例教学法
项目教学法、六步教学
8
法、
六步教学法、案例教学
法
教师的能力
具备熟练应用行动导向教学方法的能力
具备操作万能实验机的能力具备熟练操作多媒体软硬件设备能力
具备按照教学情景实施教学的能力
具备机械设计与制造能力
参考学时22
掌握常用机构的工作原理、特点、应用及设计方法。
能够绘制生产实际机构的运动简图；
专业能正确分析生产实际中常用机构的特性；
能力能正确掌握机构工作原理和维护方式；
目标能正确设计常用机构。
方法具有解决问题的方法能力和制订工作计划的能力；
能力具有查找机械设计手册和机械设计资料的能力；
具有较强的计划组织能力和团队协作
升级会员 