机械设计课程教案文档格式.docx

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2.联接部分

3.传动部分

4.轴系部分

5.其他部分

时间分配

15min

30min

重

点

难

思

考

题

1.机器的主体及其基本组成要素和机械零件的分类；

机械零件（MachineElements）和机器的关系

2.本课程的内容、性质与任务。

参

文

献

1.《机械设计》（第七版）濮良贵主编，高等教育出版社，2001。

2.《机械设计（面向21世纪课程教材）》吴宗泽主编，高等教育出版社，2000年

课程教案附页

内容

时间分配

二、性质

是以一般通用零件的设计为核心的设计性课程。

三、任务

1.培养学生具有正确的设计系想、勇于创新探索、实事求是、袁杰协作、艰奋斗的精神。

2.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，进而具有综合运用所学知识，研究改进和开发新的基础件及设计简单的机械的能力。

3.具有运动标准、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.掌握国家当前的有关技术经济政策，并对机械设计的新发展有所了解，本课程的性质和任务。

第二章机械设计总论

3

1.了解设计机器的一般程序和设计要求

2.掌握机械零件的失效形式，设计准则及设计计算方法。

3.掌握零件的材料及选材原则。

4.掌握机械设计中的标准化。

2-1机器的组成

机器的组成：

原动机部分、执行部分、传动部分

2-2设计机器的一般程序

1.计划阶段

2.方案设计阶段

3.技术设计阶段

4.技术文件编制阶段

2-3机械设计应满足的要求

1.使用功能要求

2.经济型要求：

制造经济性和使用经济性

3.劳动保护和环境保护要求

4.可靠性要求

5.其他专用要求

5min

10min

1.机械零件的失效形式，设计准则及设计计算方法。

2.零件的材料及选材原则。

2-4机械零件的主要失效形式

一、主要失效形式

1.强度失效

2.刚度失效

3.耐磨性失效

4.振动稳定性失效

5.破坏正常工作条件引起的失效

2-5机械零件的设计准则

1.强度准则

2.刚度准则

3.寿命准则

4.振动稳定性准则

5.可靠性准则

2-6机械零件的设计方法

一、常规设计方法

1.理论设计：

分设计计算和校核

2.经验设计

3.模型实验设计

二、现代设计方法

优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等。

2-7机械零件设计应满足的基本要求

1.强度、刚度、要求寿命

2.结构工艺性要求

3.经济性好

4.质量小的要求

5.可靠性要求

2-8机械零件设计的一般步骤

1.选择零件的类型和结构

2.计算作用在零件上的载荷

3.根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定条件的形状和主要尺寸。

4.选择合适的材料

5.根据设计准则，确定零件的基本尺寸

6.结构设计

7.绘制工作图并标注必要的技术条件

20min

2-9机械了零件的材料及其选用

一、机械零件的常用材料

1.金属材料

2.高分子材料

3.陶瓷材料

4.复合材料

二、机械零件材料的选择原则

1.载荷、应力的大小和性质

2.零件的工作情况

3.零件的尺寸及质量

4.零件结构的复杂程度及材料的加工可能性

5.材料的经济性

6.材料的供应情况

2-10机械零件设计中的标注化

一、标准化的优越性

二、标准的类型

国家标准、行业标准、地方标准和企业标准

第三章机械零件的强度

§

3-1材料的疲劳特性、§

3-2机械零件的疲劳强度计算

3-3机械零件的疲劳强度

2

掌握极限应力图和单向稳定变应力时强度计算。

3－1载荷、应力

一、零件上的载荷

静载荷:

大小和方向不随时间变化或变化缓慢的载荷；

动载荷：

随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。

§

3-2机械零件的静强度计算

（StaticStrengthofMachineryElements）

针对：

静应力

失效形式:

脆性断裂、塑性变型

强度条件：

许用应力法；

安全系数法

3-3机械零件的疲劳强度

（FatigueStrengthofMachineryElements）

针对：

变应力下工作的零件

失效形式:

疲劳破坏

极限应力图绘制及应用。

一、材料的疲劳特性

1.疲劳曲线

材料疲劳曲线之一：

在一定的应力比r下，疲劳极限（以最大应力表征）与应力循环次数N的关系曲线。

材料疲劳曲线之二：

在一定的应力循环次数N下，极限平均应力与极限应力幅值的关系曲线。

疲劳曲线σ-N

曲线CD段：

其上任何一点所代表的疲劳极限，称为有限寿命疲劳极限，用符号σrN表示。

D点以后的线段：

代表无限寿命疲劳阶段（N＞ND）

2.极限应力线图

直线A′G′的方程可由已知两点坐标求得

ψσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，根据经验碳钢ψσ=0.1～0.2,合金钢ψσ=0.2～0.3。

二、机械零件的疲劳强度计算

零件的极限应力图（曲线AGC）

材料试件:

表面要抛光,无任何应力集中,尺寸一定

零件:

有应力集中影响,尺寸不定,因此引入综合影响系数Kσ不对称循环时,Kσ是试件的与零件的极限应力幅的比值。

25min

3-4机械零件的抗断裂强度、§

3-5机械零件的接触强度

1.单向不稳定变应力时的疲劳强度计算

2.双向稳定变应力时的疲劳强度计算

3.影响机械零件疲劳强度的主要因素

4.提高机械零件疲劳强度的措施

5.机械零件的抗断裂强度

6.机械零件的接触强度

1.材料疲劳曲线,疲劳极限

2.r=c;

σm=c;

σmin=c三种情况下的极限应力的计算方法

3.疲劳损伤累积假说

4.影响机械零件疲劳强度的主要因素

第四章摩擦磨损及润滑概述

1．掌握摩擦的分类

2．掌握磨损的过程和分类

3．掌握润滑的目的、方式及润滑剂的性能指标

4．了解流体润滑原理

第四章摩擦、磨损及润滑概述

4-1摩擦

1、干摩擦

2．边界摩擦

3．混合摩擦

4．流体摩擦

4-2磨损

一、磨损的过程

1．磨合阶段（缩短）

2．稳定磨损阶段（延长）

3．剧烈磨损阶段（推迟）

1．磨损产生的过程和分类

2．润滑的目的、方式及润滑剂的性能指标

二、磨损的分类

1．磨粒磨损

2．粘附磨损

3．流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损

4．疲劳磨损

5．腐蚀磨损

4-3润滑剂、添加剂和润滑方式

一、润滑剂

1．润滑的作用：

降低摩擦，减小磨损，防锈，散热，缓冲吸振，密封。

2．润滑剂的类型

1）气体润滑剂：

空气等

2）液体润滑剂：

润滑油等

3）半固体润滑剂：

黄油等

4）固体润滑剂：

石墨等

3．润滑油的性能指标

粘度，润滑性，极压性，闪点，凝点，氧化稳定性。

4．润滑脂的性能指标：

锥入度、滴点

二、添加剂

为了提高油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些分量虽小但对润滑剂性能改善巨大的物质，这些物质加添加剂。

三、润滑方法

滴油润滑、油环润滑、飞溅润滑、压力循环润滑

第五章螺纹联接和螺旋传动

5-1螺纹、5-2螺纹联接的基本类型和标准联接件、

5-3螺纹联接的预紧、5-4螺纹联接的防松

1．掌握螺纹的类型及参数；

2．了解螺纹联接的基本类型以及其间的区别；

3．掌握螺纹联接预紧的目的和方法；

4．掌握螺纹联接防松的原理和方法。

5-1螺纹

一、螺纹的类型、特点和应用

联接螺纹：

三角形螺纹

传动螺纹：

矩形、梯形和锯齿形螺纹

粗牙螺纹和细牙螺纹

二、螺纹的主要参数

大径、小径、中径、螺距、导程、螺纹升角、牙形角、接触高度。

5-2螺纹联接的基本类型和标准联接件

一、螺纹联接的基本类型、特点和应用

1．螺栓联接：

普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接

2．双头螺柱联接

3．螺钉联接

4．紧定螺钉联接

二、标准螺纹联接件

螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫片等。

1．螺纹联接类型间的区别；

2．防松的必要性、基本原理和具体措施

5-3螺纹联接的预紧

1．预紧的目的：

增强联接的可靠性和紧密性。

2．预紧力的大小：

不得超过其材料的屈服极限的80%。

3．控制预紧力的方法：

测力矩扳手；

定力矩扳手；

测量螺栓伸长量。

4．拧紧力矩和预紧力的关系：

5-4螺纹联接的防松

1．螺纹联接出现松脱的原因：

振动、冲击或动载荷作用下；

高温或温度变化较大的情况下。

2．防松的根本问题：

防止螺旋副在载荷作用下发生相对转动。

3．防松的方法：

摩擦防松、机械防松和铆冲防松等。

5-5螺栓组联接的设计

5-6单个螺栓联接的强度计算

1．螺栓组结构设计的一般原理；

2．掌握螺栓联接强度计算方法；

一、螺栓组联接的结构设计

1、机构设计的目的：

2、机构设计的一般原则：

二、螺栓组联接的受力原则

1、受力分析的目的：

2、受力分析的方法：

一、单个螺栓的受力分析、失效形式和设计准则

轴向力塑性变形或断裂，保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度

横向力贴合面上的压溃或螺栓杆的剪断，

保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。

45min

1．螺栓联接的设计计算方法（螺栓的受力分析、失效形式和设计准则、试算方法）。

2．紧螺栓联接的强度计算

5-6单个螺栓联接的强度计算（续）

5-7提高螺纹联接强度的措施

1．了解螺纹联接和螺旋传动的不同工作要求。

2．了解提高螺栓联接强度的措施。

二、松螺栓联接的强度计算

三、紧螺栓联接的强度计算

根据第四强度理论进行紧螺栓联接的强度计算

1、仅承受预紧力的紧螺栓联接

2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接

3、承受横向工作剪力的紧螺栓联接

1、降低影响螺栓疲劳强度的应力副：

降低螺栓刚度；

增大被联接件刚度

2、改善螺纹牙上载荷分布不均现象：

悬置螺母；

环槽螺母；

内斜螺母

3、减少应力集中的影响：

增大过渡圆角半径；

采用卸载结构。

4、采用合理的制造工艺方法：

冷螺栓头部；

滚压螺纹

5、在设计、制造和装配上应力求避免螺纹联接承受附加的弯曲应力。

35min

1．具有查阅手册，选标准件，查表格的能力。

2．承受预紧力和轴向工作载荷的螺栓联接的强度计算。

5-8螺旋传动

螺旋传动的设计

一、螺旋传动的类型和应用

1、传动螺旋2、传导螺旋3、调整螺旋

二、滑动螺旋的结构和材料

1、滑动螺旋的结构

2、滑动螺旋的材料

三、滑动螺旋传动的设计计算

1、耐磨性计算

2、螺杆强度计算

3、螺纹牙强度

4、螺母外径与凸缘的强度计算

5、螺杆受压稳定性计算

5、验算自锁条件

四、滚动螺旋传动简介

五、静压螺旋传动简介

滑动螺旋、滚动螺旋传动、静压螺旋的特点和应用场合。

第六章键、花键和销联接

1、了解键联接的主要类型和应用特点；

2、掌握平键联接的强度校核方法；

3、了解花键联接的类型、特点和应用；

4、了解销联接的类型、特点和应用。

6-1键联接

一、键联接的功能、分类、结构形式应用

1、键联接的功能：

2、键联接的类型、结构特点和应用

（1）平键联接

（2）半圆键联接：

（3）楔键联接：

（4）切向键联接：

二、平键联接的选择

1、类型的选择：

根据键的结构特点、使用要求和工作条件来选择。

2、尺寸的选择：

截面尺寸b×

h：

按轴的直径从键标准中选定。

键长L：

等于或略小于轮縠的长度，且符合标准长度系列。

（查手册）

1．普通平键的基本知识。

2．平键、花键联接强度计算。

三、平键联接的强度计算

1、失效形式和设计准则

静联接：

工作面被压溃，按工作面上的挤压应力进行强度校核。

强度条件：

动联接：

工作面的过渡磨损，按工作面的压力进行条件性的强度计算。

四、键槽尺寸、公差及其标准

6-2花键联接

一、花键联接的类型、特点和应用

1、矩形花键

2、渐开线花键

二、花键的选择和强度计算

1、花键的选择：

根据轴的尺寸在标准中选择花键尺寸。

2、失效形式和设计准则

6-3无键联接

1、型面联接

把安装轮縠的那一段轴作成非圆形截面的柱体或非圆形截面锥体，并在轮縠上制成相应的孔。

2、胀紧联接

在轴与縠孔见装入胀紧联接套。

工作时，利用压紧力所引起的摩擦力来传递转矩。

6-4销联接

类型：

1、根据用途不同：

定位销、联接销、安全销

2、根据形状不同有：

圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等

第八章带传动

8-1概述

8-2带传动工作情况的分析

1.了解带传动的类型、特点和应用情况；

2.熟悉普通V带的结构和标准；

3.掌握带传动工作原理、受力分析和应力分布、弹性滑动和打滑等基本理论；

一、带传动的组成和工作原理

1、组成：

小带轮、大带轮和皮带

2、工作原理：

是一种带有中间绕性件的摩擦传动。

二、带传动的类型

1、平带传动：

2、V带传动：

3、多楔带传动4、圆带传动

三、V带的类型和结构

1、V带的类型

2、普通V带的结构

3、V带的型号

4、V带的基准长度

1.带传动的工作原理、受力分析及应力分析。

2.带传动的失效形式和设计准则；

单根V带的许用功率

一、带传动的受力分析

不工作时，带传动两边的拉力相等，都等于初拉力

。

工作时，带传动两边的拉力不相等，紧边拉力为

，

二、带传动最大有效拉力及其影响因素

带传动中，当带有打滑趋势时，其摩擦力是最大，即带传动的有效拉力也最大，此时带两边的拉力可根据柔韧体摩擦的欧拉公式得出：

影响最大有效拉力的因素：

1）初拉力：

初拉力越大，最大有效拉力越大。

2）包角：

包角越大，最大有效拉力越大。

3）摩擦系数：

摩擦系数越大，最大有效拉力越大。

三、带的应力分析

带工作时：

带中共有三种应力作用。

1、拉应力

2、弯曲应力

3、离心应力

四、弹性滑动和打滑

1、概念

1）、弹性滑动：

由于带的弹性变形引起的带鱼带轮间的滑动

是带传动正常工作时的固有性能，是不可避免的。

2）、打滑：

由于过载引起的带鱼带轮间的相对滑动。

打滑会使带