机械设计课程概述.docx

机械设计课程概述.docx

《机械设计课程概述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计课程概述.docx（83页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械设计课程概述

课程概述

机械设计课程是高等工科学校机械类本科专业的一门主干技术基础课，是学习专业课程和从事机械产品设计的必备基础。

课程以教学基本要求为出发点，根据学科的要求，增加新零件、新结构和新技术发展的信息，结合授课内容作以补充，以丰富教学内容，并提高教学效果。

在课程内容的选择和处理上，注意处理好经典与现代、基础和先进、理论和实践的关系。

简练地讲解机械零件的设计理论和方法这些最基本的内容，根据不同专业的要求，通过多媒体教学并结合教学的基本内容，将一些新型的零部件、新结构、新材料以及现代设计方法在教学过程中反映出来。

在教学中注意前期课程和后续课程的衔接。

前期课程的内容在本课程中一般不再重复，对学生可能忘记的基础知识，进行必要的补充，特别注意处理好本课程与后续专业课程内容的衔接，帮助学生顺利进入专业课学习。

课程内容

1.机械设计概述机械设计的性质与任务，机械设计的一般程序，机械零件设计概述，机械设计中的一般原则，标准化等。

2.机械零、部件设计中的强度问题载荷和应力，静应力下机械零件的强度，变应力下零件的强度，摩擦、磨损和润滑。

3.联接件设计螺纹联接:

螺纹概述，螺纹种类，螺纹参数，自锁和效率的概念;螺纹联接的主要类型，预紧和防松;单个螺栓联接的强度计算;螺栓组联接的设计;提高螺栓联接措施;键联接﹕键联接的类型和结构、特点和应用﹔失效形式和计算准

则﹔花键联接的类型、定心方式、工作特点、强度计算﹔销联接的作用种类、应用。

4.带传动设计带传动的类型、工作原理、特点和应用，失效形式和计算准则﹔Ｖ带传动的设计计算﹔Ｖ带轮的结构、材料及设计。

5.链传动设计链传动的类型、工作原理、特点和应用﹔链传动的多边形效应、速度的不均匀性和动载荷﹔滚子链国家标准结构、规格、主参数及其选择﹔滚子链的设计计算。

6.齿轮传动齿轮传动类型、特点和应用﹔齿轮传动轮齿的失效形式和计算准则﹔齿轮材料、热处理及材料选择﹔直齿圆柱齿轮传动受力分析及计算载荷﹔直齿圆柱齿轮的强度计算，齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度﹔设计参数的选择及许用

应力﹔斜齿圆柱齿轮传动的特点、受力分析、强度计算﹔直齿圆锥齿轮传动的特点、受力分析、强度计算﹔齿轮结构设计﹔齿轮传动新技术新工艺新材料简介。

7.蜗杆传动蜗杆传动的类型、特点及应用﹔普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸﹔普通圆柱蜗杆传动的受力分析﹔蜗杆传动失效分析，蜗杆传动的强度计算﹔蜗杆与蜗轮的材料选择与结构设计﹔蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算。

8.轴轴的类型，轴的材料及结构设计﹔按扭转强度条件计算﹔按弯扭合成强度条件计算﹔按疲劳强度条件进行计算﹔轴的刚度计算。

9.滑动轴承滑动轴承的结构形式﹔轴瓦的结构和材料﹔滑动轴承的润滑﹔非液体摩擦滑动轴承设计﹔液体摩擦动压径向滑动轴承设计﹔其它轴承简介。

10.滚动轴承概述﹔滚动轴承的类型、代号和选择﹔滚动轴承的载荷、应力、失效形式及计算准则﹔滚功轴承的寿命计算﹔滚动轴承的组合设计。

11.联轴器与离合器﹕联轴器的功用与分类﹔常见联轴器﹔离合器的功用与分类﹔常用离合器。

教学大纲

课程编号：

课程名称：

机械设计/Machinedesign

学时/学分：

64/4（其中含实验6学时）

先修课程：

机械原理，材料力学,工程制图,工程材料,互换性与技术测量

适用专业：

机械类

开课学院（部）、系（教研室：

机电学院机械设计部一、课程的性质与任务

机械设计是一门培养学生具有机械设计能力的学科基础课。

在以机械学为主干学科的各专业教学计划中，它是主要课程。

本课程在教学内容方面应着重基本知识，基本理论和基本方法，在培养实践能力方面应着重设计构思和设计技能的基本训练。

本课程的主要任务是培养学生：

1．掌握通用机械零件的设计原理，方法和机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和简单机械的能力；

2．树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；

3．具有运用标准，规范，手册，图册和查阅有关技术资料的能力；

4．掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；

5，对机械设计的新发展有所了解

二、课程的教学内容、基本要求及学时分配

（一）教学内容

1.机械设计概述

机械设计的性质与任务，机械设计的一般程序，机械零件设计概述，机械设计中的一般原则，标准化等。

2.机械零、部件设计中的强度问题

载荷和应力，静应力下机械零件的强度，变应力下零件的强度，摩擦、磨损和润滑.

3.联接件设计

螺纹联接:

螺纹概述，螺纹种类，螺纹参数，自锁和效率的概念;螺纹联接的主要类型，预紧和防松;单个螺栓联接的强度计算;螺栓组联接的设计;提高螺栓联接措施;键联接﹕键联接的类型和结构、特点和应用﹔失效形式和计算准则﹔花键联接的类型、定心方式、工作特点、强度计算﹔销联接的作用种类、应用。

4.带传动设计

带传动的类型、工作原理、特点和应用，失效形式和计算准则﹔Ｖ带传动的设计计算﹔Ｖ带轮的结构、材料及设计。

5.链传动设计

链传动的类型、工作原理、特点和应用﹔链传动的多边形效应、速度的不均匀性和动载荷﹔滚子链国家标准结构、规格、主参数及其选择﹔滚子链的设计计算。

6.齿轮传动

齿轮传动类型、特点和应用﹔齿轮传动轮齿的失效形式和计算准则﹔齿轮材料、热处理及材料选择﹔直齿圆柱齿轮传动受力分析及计算载荷﹔直齿圆柱齿轮的强度计算，齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度﹔设计参数的选择及许用应力﹔斜齿圆柱齿轮传动的特点、受力分析、强度计算﹔直齿圆锥齿轮传动的特点、受力分析、强度计算﹔齿轮结构设计﹔齿轮传动新技术新工艺新材料简介。

7.蜗杆传动

蜗杆传动的类型、特点及应用﹔普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸﹔普通圆柱蜗杆传动的受力分析﹔蜗杆传动失效分析，蜗杆传动的强度计算﹔蜗杆与蜗轮的材料选择与结构设计﹔蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算。

8.轴

轴的类型，轴的材料及结构设计﹔按扭转强度条件计算﹔按弯扭合成强度条件计算

﹔按疲劳强度条件进行计算﹔轴的刚度计算。

9.滑动轴承

滑动轴承的结构形式﹔轴瓦的结构和材料﹔滑动轴承的润滑﹔非液体摩擦滑动轴承设计﹔液体摩擦动压径向滑动轴承设计﹔其它轴承简介。

10.滚动轴承

概述﹔滚动轴承的类型、代号和选择﹔滚动轴承的载荷、应力、失效形式及计算准则﹔滚功轴承的寿命计算﹔滚动轴承的组合设计。

11.联轴器与离合器﹕联轴器的功用与分类﹔常见联轴器﹔离合器的功用与分类﹔常用离合器。

（二）基本要求

1.要求掌握的基本知识

机械设计一般知识，机械零件的主要类型，性能，结构特点、应用，材料，标准等。

2.要求掌握的基本理论和方法：

机械设计的基本原则。

机械零件的工作原理受力分析、应力状态、失效形式

等。

机械零件工作能力计算准则，体积强度与表面强度，静强度与疲劳强度，刚度与柔度，摩擦，磨损与润滑，寿命与可靠性，以及热平衡，冲击能，稳定性等。

计算载荷，条件性计算，等强度计算，当量法或等效转化法，试算法等。

改善载荷和应力的分布不均匀性，提高零件疲劳强度，降低或增强摩擦，改善局部品质，提高零部件工艺性的途径和方法，以及预应力、变形协调原则等在设计中的应用。

（3要求掌握的基本技能：

设计计算，结构设计和制图技能，实验技能，编制技术，文件技能等．

（三）学时分配

本课程的总教学时数为64学时，教学实验6学时,课内学时分配如下表：

课程内容讲课习题课小计

机械设计总论4学时4学时

键联接2学时2学时

螺纹联接设计6学时1学时7学时

带传动设计4学时1学时5学时

链传动设计4学时1学时5学时

齿轮传动10学时2学时12学时

蜗杆传动设计4学时1学时5学时

轴的设计5学时1学时6学时

滑动轴承设计2学时2学时

滚动轴承设计6学时1学时7学时

联轴器和离合器2学时2学时

合计508学时58学时

（四）课程内容的重点、难点

1.机械零、部件设计中的强度问题

重点：

载荷和应力，机械零件的瘦劳极限，机械零部件中的磨损与润滑，机械零件的工作能力和计算准则。

难点：

计算应力，疲劳极限，极限应力图，影响机械零件疲劳强度的主要因素。

2.联接件设计

重点：

螺纹、螺纹联接及其零件的结构和类型，螺纹联接的受力分析和强度计算，螺纹联接的预紧和防松，提高螺栓联接强度的措施。

难点：

受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接，受剪的铰制孔用螺栓联接，螺栓组联接的设计。

3.带传动设计

重点：

带传动的受力分析、应力分析和弹性滑动﹔Ｖ带传动的设计计算和主要参数对传动性能的影响。

难点：

应力分析和弹性滑动﹔Ｖ带传动的设计计算。

4.链传动设计

重点:

滚子链传动的运动特点、失效形式，滚子链传动的设计计算和主要参数的合理选择。

难点：

链传动的多边形效应、速度的不均匀性和动载荷﹔滚子链传动的失效形式和额定功率曲线。

5.齿轮传动

重点：

齿轮传动轮齿的失效形式和计算准则﹔直齿圆柱齿轮传动受力分析及计算载荷﹔直齿圆柱齿轮的强度计算，齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度﹔设计参数的选择及许用应力﹔斜齿圆柱齿轮传动的特点、受力分析、强度计算﹔直齿圆锥齿轮传动的特点、受力分析、强度计算.

难点：

齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度,设计参数的选择及许用应力,斜齿圆柱齿轮传动的特点、受力分析.

6.蜗杆传动

重点：

普通圆柱蜗杆传动的受力分析,蜗杆传动失效分析，蜗杆传动的强度计算,蜗杆与蜗轮的材料选择,蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算。

难点：

普通圆柱蜗杆传动的受力分析,蜗轮齿面接触疲劳强度计算。

7.轴

重点：

轴的结构设计﹔按扭转强度条件计算﹔按弯扭合成强度条件计算﹔按疲劳强度条件进行计算。

难点：

轴的结构设计﹔按弯扭合成强度条件计算﹔按疲劳强度条件进行计算。

8.滑动轴承

重点：

滑动轴承的结构形式﹔轴瓦的结构和材料﹔非液体摩擦滑动轴承设计。

难点：

非液体摩擦滑动轴承设计。

9.滚动轴承

重点:

滚动轴承的类型、代号和选择﹔滚动轴承的寿命计算﹔滚动轴承的组合设计。

难点：

滚动轴承的寿命计算﹔滚动轴承的组合设计。

10.联轴器与离合器

重点：

联轴器的功用与分类﹔常见联轴器.

难点：

常见联轴器.

三、课程改革与特色

本门课程使用了多媒体教学，开设了实验课和虚拟实验。

同时准备开设综合性实

验.

四、推荐教材及参考书

推荐教材：

《机械设计》，主编：

彭文生、李志明

出版社：

高等教育出版社

出版或修订时间:

2002年7月

《机械设计习题集》主编：

侯玉英、孙立鹏

出版社：

高等教育出版社

出版或修订时间:

2002年7月

参考书：

《机械设计》第四版，主编：

濮良贵

出版社：

高等教育出版社

出版或修订时间:

2003年9月

《DesignofMachinery》，主编：

出版社：

McGrawHill

RobertL.Norton

出版或修订时间：

1999年

课程编号：

课程名称：

机械设计/mechanicaldesign

第一章机械设计总论

教学内容

第一次课（2课时

§1—1机械设计课程的性质和任务

§1—2机械设计概述

1.2.1机器设计应满足的基本要求

1.2.2机器设计的一般程序和方法

1.2..3机械零件设计的一般程序

1.2.4机械零件的失效形式及设计准则

1.2.5机械零件的设计方法

1.2.6标准化、系列化、通用化

第二次课（2课时

§1—3机械零件的疲劳强度计算

1.3.1变应力的基本类型

1.3.2疲劳曲线

1.3.3材料（试件）的极限应力线图

1.3.4零件的极限应力线图

1.3.5单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算

第三次课（2课时

1.3.6单向不稳定变应力时的疲劳强度介绍

1.3.7复合应力状态下机械零件的疲劳强度

§1—4机械设计中的摩擦、磨损和润滑问题介绍

1.4.1机械中的摩擦

1.4.2机械中的磨损

1.4.3机械中的润滑

本章重点及要求

一.机械零件的疲劳强度

1.1能根据零件的工作情况正确分析机械零件所受载荷及应力情况．掌握稳定循环变应力作用下单向应力的描述方法以及r=+1、r=-1、r=0的特例.

1.2掌握塑性金属材料的疲劳曲线（σrN-N曲线、极限应力图（σa—σm线图的内容、

绘制极限应力图。

应用极限应力图确定不同的r下的材料的极限应力．

1.3.掌握变应力作用下机械零件的失效特点及影响机械零件疲劳强度的三个因素，如何考虑这些因素的影响．绘制零件极限应力图。

应用零件极限应力图确定不同的r下的零件的极限应力，并计算零件疲劳强度.

1.4掌握静应力作用下单向及复合应力状态时零件危险剖面上的应力计算方法，稳定循环变应力作用下单向及复合应力状态时安全系数的计算方法．

二.机械零件的工作能力及设计准则

2.1机械零件的失效的概念，常见失效形式的种类，失效特点、产生原因及可采取的措施

2.2设计准则概念及建立依据

第二章齿轮传动

教学内容

第一次课（2课时

§2-1概述

§2-2齿轮传动的受力分析、损伤形式和计算准则

2.2.1齿轮传动的受力分析

2.2.2计算载荷

2.2.3齿轮传动的失效形式

2.2.4齿轮传动的计算准则

§2-3齿轮材料及许用应力

2.3.1齿轮的材料

第二次课（2课时

2.3.2许用应力

§2-3直齿圆柱齿轮传动强度计算

2.3.1齿根弯曲疲劳强度计算

2.3.2齿面接触疲劳强度计算

第三次课（2课时

2.3.3设计参数选择

§2-4斜齿圆柱齿轮传动强度计算

2.4.1受力分析

2.4.2强度计算

第四次课（2课时

§2-4直齿圆锥齿轮传动设计特点

2.4.1受力分析

2.4.2强度计算

第五次课（2课时

§2-5齿轮传动设计实例分析及设计时应注意事项

本章重点及要求

一.了解齿轮传动的轮齿五种损伤形式（轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形的特点、部位、产生机理，防止或减轻损伤的措施，掌握针对不同损伤形式建立的设计计算准则.

二.掌握选用齿轮材料的基本要求，软齿面与硬齿面的材料与常用热处理方法及材料牌号，能根据资料合理地选用齿轮的配对材料.

三.熟练掌握齿轮传动的受力分析方法，直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动和

直齿圆锥齿轮传动中的法向力Fn及其分力（圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa的大小、方向、作用位置及在图上的表示方法，能计算各分力的大小，正确判断各力方

向并在图上（如下图示）画出.

斜齿圆柱齿轮传动受力分析及图上的表示

直齿圆锥齿轮传动受力分析及图上的表示

四．了解裁荷系数K的组成和使用系数KA、动载系数Kv、齿向载荷分布系数Kβ和齿间载荷分配系数Kα的物理意义及其影响因素，减小载荷系数可以采取那些具体措施．

五．掌握直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度与齿根弯曲疲劳强度的基本理论依

据，力学模型、应力类型、变化特性、推导计算公式的思路、公式中各参数（如

ZE、ZH、Zεσ、HPψd等）的意义及应用公式的注意事项．

六．掌握齿轮传动中各主要参敷的选择及许用应力的确定.主要参数包含齿轮精度、齿敷Z、模数m、齿宽系数ψd和螺旋角β的正确选择.

第三章蜗杆传动

本章约为5课时讲完

教学内容

第一次课（2课时

§3-1蜗杆传动的类型及特点

3.1.1蜗杆传动的特点

3.1.2蜗杆传动的类型

§3-2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸

3.2.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数及选择

3.2.2蜗杆传动变位的特点

3.2.3普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算

§3-3蜗杆传动失效形式、受力分析和常用材料

3.3.1蜗杆传动运动特点和失效形式

3.3.2常用材料

第二次课（2课时

3.3.3蜗杆传动受力分析

§3-4蜗杆传动的设计计算

3.4.1齿面接触疲劳强度计算

3.4.2蜗杆的刚度计算

§3-5蜗杆传动效率、润滑和热平衡计算

3.5.1蜗杆传动效率

3.5.2润滑

3.5.3热平衡计算

第三次课（1课时

§2-6蜗杆传动设计实例分析及设计时应注意事项

本章重点及要求

1．了解蜗杆传动的类型、特点及应用。

掌握蜗杆传动的主要参数的名称、参数的

变化对强度、刚度、结构尺寸大小和加工制造等因数的影响。

主要包括：

蜗杆传动模数、压力角与正确啮合条件；蜗杆传动的传动比公式和中心距的计算；蜗杆分

度圆直径d1与蜗杆直径系数q；蜗杆头数Zl与蜗杆分度圆柱导程角γ。

了解蜗杆传动的变位特点，能正确计算蜗杆传动的主要尺寸。

2．根据蜗杆传动相对运动速度大的运动特点、掌握蜗杆传动失效形式、计算准则和材料选择的基本要求，能合理选择蜗杆及蜗轮的材料。

掌握蜗杆传动的受力分析，能够对蜗杆传动的运动和受力情况进行分析。

受力情况表示方法如下图。

蜗轮蜗杆传动受力分析及图上的表示

3．了解蜗杆传动强度计算式建立的依据和方法，了解蜗杆设计式中的参数对传动、结构和效率等方面的影响，能够正确对对蜗杆传动进行设计计算。

4．掌握蜗杆传动的效率和热平衡的计算方法，并能合理地采取散热措施．合理解决蜗杆传动过热的问题。

第四章带传动

本章约为5课时讲完

教学内容

第一次课（2课时

§4-1带传动概述

4.1.1带传动的类型和种类

4.1.2带传动的特点和应用

4.1.3应用范围

§4-2带传动的基本理论

4.2.1带传动的受力分析

4.2.2带传动的运动分析

4.2.3带的应力分析

第二次课（2课时

4.2.4带传动的失效形式和计算准则

§4-3V带传动设计

4.3.1单根带的许用功率

4.3.2带传动的设计与参数选择

第三次课（1课时

§4-4带传动设计实例分析及设计时应注意事项

（与链传动的1课时合并为一次课教学

本章重点及要求

一．掌握带传动的工作原理，从而对带传动的优缺点及其应用范围有所了解，能正确选用。

二．重点掌握带传动的力分析（包括F0、F1、F2、Fe、欧拉公式、Felim和Fc）、应力分析（σ1、σ2、σC和σb）以及应力分布关系、弹性滑动和打滑的原因及二者间的本质区别，从中了解影响带传动能力和疲劳寿命的各个因素。

三．重点掌握带传动的主要失效形式和计算准则，掌握带传动传递能力计算公式的物理意义和有关参数变化对传动能力的影响，能正确选择设计参数。

四．掌握V带传动的设计计算过程。

五.了解带轮的材料、结构及V带传动的张紧装置等。

第五章链传动

本章约为5课时讲完教学内容

第一次课（2课时§5-1链传动概述

5.1.1链传动的特点和应用

5.1.2链传动的类型

§5-2链传动运动特性和受力分析

5.2.1链传动运动特性

5.2.2链传动受力分析

5.2.3链传动动载荷

第二次课（2课时

§5-3滚子链传动设计

5.3.1滚子链传动的主要失效形式

5.3.2滚子链传动的功率曲线

5.3.3滚子链传动的设计计算和主要参数选择

第三次课（1课时

§5-4滚子链传动设计的实例分析及设计时应注意事项

（与带传动的1课时合并为一次课教学

本章重点及要求

一．掌握链传动的工作原理。

与带传动对比，了解的链传动的优缺点及其应用范围，能正确选用。

二．重点掌握链传动的运动特点，即“多边形效应”引起运动不均匀性和动载荷的原因及影响动载荷大小的因数。

便于在设计时正确选择小链轮齿数，链节距等参数。

三．掌握链传动的各种失效形式及产生的原因，了解确定滚子链传动的承载能力大小的主要依据和设计时通常采用的极限功率曲线的来由。

四．重点掌握链传动的主要参数对传动性能的影响，考虑“多边形效应”、结构大小、失效情况等方面因数，合理选择设计参数。

五.了解链传动的受力情况，了解链传动的一般设计步骤，了解链轮的材料、结构及链传动常用的布置方式。

第六章螺纹联接

本章约为8课时讲完

教学内容

第一次课（2课时

§6-1螺纹

6.1.1螺纹的分类与主要参数

6.1.2螺纹副的受力关系效率和自锁

§6-2螺纹联接

6.2.1螺纹连接的主要类型

6.2.2螺纹联接的预紧

6.2.3螺纹联接的防松

第二次课（2课时

§6-3单个螺栓联接的强度计算

6.3.1螺栓联接的失效形式和计算准则

6.3.2受拉螺栓联接

6.3.2.1受拉松螺栓联接

6.3.2.2受拉紧螺栓联接

6.3.2受剪螺栓联接

6.3.3螺纹联接的材料和许用应力

第三次课（2课时

§6-4螺栓组联接的设计

6.4.1螺栓组联接的结构设计

6.4.2螺栓组联接的受力分析

6.4.2.1受轴向载荷的螺栓组联接

6.4.2.2受横向载荷的螺栓组联接

6.4.2.1.1普通螺栓组联接

6.4.2.1.2铰制孔螺栓组