《机械设计基础》教案
关于机械设计课程的说明
讲授任何一门课程,都得首先对它有个轮廓的了解,因而有必要先对机械设计课程作一简要说明。
一、本课程在专业教学计划中的地位与作用
本课程是机械类各专业教学计划中的一主门干课程,属技术基础课。因而它不仅要求学生预先学完工程制图、理论力学、材料力学、工程材料、机械制造基础、机械原理、公差与技术测量等先修课程,而且要求学生结合本课程的学习,能够综合运用所学的基础理论和技术知识,联系生产实际和机器的具体工作条件,去设计合用的零(部)件及简单的机械,以便为顺利地过渡到专业课程的学习及进行专业产品与设备的设计打下初步的基础。因此,本课程具有从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程,从基础课程过渡到专业课程的承先启后的桥梁作用。另一方面,本课程所讨论的内容,主要是通用机械零(部)件的设计和选用方面的基本知识、基本理论和基本方法,所以是一般机械工程技术人员必备的基础。
二、本课程的性质与任务
本课程是一门培养学生机械设计能力的技术基础课,属于设计性的课程。
本课程的主要任务是培养学生:
1. 掌握通用机械零、部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律,具有设计机械传动装臵和简单的机械的能力。
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动训练。
5．对机械设计的新发展有所了解。
三、本课程的教学环节及特殊性
本课程的教学环节除了 (包括自学)外，还应有习题课、讨论课、实验课、现场教学、答疑辅导、设计作业及课程设计等。虽然课堂教学是一个非常重要方面，但它远非本课程的全部，因而企图通过单单学习书本知识就把这门课程学好，最后必将落得一知半解，缺乏实践能力和设计素养，不能达到本课程的学习要求。这一点，务必提醒每个学生都必须充分注意，并随时加以警惕。如果学生在作习
题、设计作业和课程设计时，不注意进行理论和技术分析，不认真查阅手册、图册和有关资料；做实验时不详细弄清实验目的、原理、仪表功能及测试方法；在现场教学中不细心观察零件的结构、材料、制法、工作情况、失效形式和有关机器的运转性能，就不可能学好这门课程，也不可能成为一个优秀的机械设计者。所以学习本课程时必须明确，书本知识固属重要，但在工程实际中，很少是靠单独运用书本知识就能正确解决问题的，而是还需掌握一定的经验资料和具备较强的工程判断能力。因为实际的机械设计问题几乎都不会只有一个答案的，新理论、新技术、新材料、新工艺以及新的市场信息等，都将使答案发生变化。所以一定要善于全面分析、综合协调、灵活处理，并富有想象力、洞察力、探索精神和创新勇气，从而对各式各样的设计问题作出机敏的工程判断。而这些能力是要靠一系列课程的各个教学环节来综合培养的。本课程应该负担培养的部分，则是通过前述全部教学环节来实现的，决不是单单课堂教学就能奏效。
四、本课程的特点
1.论述机械零(部)件设计时的一般顺序及目的
《机械设计》中,除第一篇“总论”是综合论述本课程的主要内容、性质、任务及一般机械设计的共性问题外,以后四篇都是分章论述常用的通用机械零(部)件设计问题。各章内容的一般顺序是:首先介绍零(部)件的主要类型、构造、功能、材料、制法、标准、优缺点、适用场合等基本知识,以便对该章论述的零(部)件有初步的了解,从而为学习设计准备条件。然后论述工作情况、受力分析、应力状态、失效形式、设计准则、设计方法与步骤、参数选择原则、常用参考资料以及有关注意事项等,以便初步掌握零(部)件的设计理论与方法。最后给出释义例题(包括典型的工作图),以便引向设计实践,并给出若干习题,以便试行运用所学的有关知识、设计理论、设计方法及参考资料,进行初步的设计锻炼,从而加深与巩固所学的知识与技能,进一步开发智力,提高设计能力。这样就为进行设计作业、课程设计和某些简单的机械的设计,准备了必要的条件。
2. 机械设计的繁杂性及其对策
由于本课程研究对象和性质上的特点,决定了教材内容本身的繁杂性。只有对这一点有较深的认识和充分的思想准备,才能在整个教学过程中加以正确的处理。教材内容的繁杂性主要表现“关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、
表格多”。形成上述“六多”的主要原因是:
1）由于本课程是建立在前述很多门先修课程的基础之上的(即“血缘”很杂),因而必须和那些先修课程内容时时挂钩,紧密联系，才能把它们综合地运用来为机械设计服务。这就形成了“关系多”的特点。因此在教学过程中，需要经常引导学生回顾检查自己对各有关先修课程内容掌握的程度，并及时复习与深化有关的内容，清除学习道路上的障碍，提高学习效率与质量。
2)由于本课程要分门别类地选择一些典型的通用零(部)件，分章论述(实际上有些章里还包含了几个独立的部分)，而各种零(部)件本身都包含着很多类型，所以就形成了“门类多”的特点。为此，教学时要引导学生从各种零件的工作性能和适用场合等方面多作对比，从它们在机器中的功能、相互影响、装配关系等方面多作分析，找出各零件间的关联；更要从设计理论及方法上找出各章之间的共性和特性，要认真分析各个零件之间的内在联系，特别是要从中总结出某些普遍规律，以便用来解决现在没有学到而将来可能遇到的新型零件的设计问题。所以，绝对不应把一个个的零件孤立起来，否则就难免产生内容零碎杂乱的感觉。
3)由于设计机械零件时，除了需要满足强度、刚度、耐久性、工艺性、体积、质量、经济、安全、方便、美观等一系列一般要求外，有时还要满足绝缘、抗磁、耐酸、防锈等特殊要求。对于部件还常会提出更多的要求，这就形成了“要求多”的特点。因此，教学时务必引导学生学会善于全面分析比较，权衡轻重，区别对待。“要求多”是由于全面考虑、分别论述的结果，而对于具体的零(部)件，则应该用“具体问题具体分析”的方法来处理。
4)由于本课程是设计性课程，内容自应紧密围绕零(部)件的设计问题。设计包括多方面的内容，但其主要部分通常是工作能力设计和结构设计，而工作能力设计一般须进行某些计算(如强度计算、刚度计算、寿命计算、热平衡计算等)，这就形成了“公式多”的特点。因此，教学时务必引导学生学会彻底搞清公式的性质、使用条件、符号意义及代入单位、计算结果的单位等，然后才能正确应用它们。教材中的公式，有解析性的、经验性的、半经验性的、定义性的等，其中有些是在先修课程里学过的，有些则是新遇到的，还有的是只要求会用而不要求懂得其理论根据和推导方法的(如零件曲面接触应力的计算公式是引自弹性力学)。尽管公式很多，但除了一些定义性公式(如许用正应力[σ]=σ
／S；标准直齿圆
lim
柱齿轮的模数m=d／z等)应在理解的基础上记住外，其余公式只要求能正确使用而不必硬记。
5)由于本课程很多内容要用图形表达，这就必然形成“图形多”的特点。因此，教学时务必引导学生把所有的插图一一看懂，并分清哪些是分析图，哪些是结构图，哪些是示意图；哪些是定性的，哪些是定量的；哪些图(曲线图)相当于表格(但比表格直观，可以利用“引出线”直接查找数据而不需插算，只是精确性比用表格差些)等等。这样虽然图形很多，也就不难对付了。
6)由于设计性课程的教材需要附有为了阐明问题和作简单习题所必须的最基本资料(其余的则可查阅手册、图册、标准、规范等)，这就形成了“表格多”的特点。教学时务必引导学生弄清每个表格的适用场合及如何查用，并应注意一些表格下方的“标注”，忽视了这点就会造成查用上的错误，甚至带来严重的后果。还应注意观察与分析表中数据的变化情况(递减还是递增，中间小还是两头小，原因何在)，这会有助于了解有关各量之间的相互影响及概略的变化规律。
五、本课程要求的学习方法
前面已指出，本课程要起到“从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程，从基础课程过渡到专业课程”的作用，因而必须认清这个“过渡”对学习方法提出的特殊要求。机械设计课程的学习方法,不仅和过去学习公共基础课时有根本的差别,而且和学习理论力学、材料力学、机械原理等技术基础课时的方法也大不相同。例如:材料力学由于研究范围的不同,对于一个受有垂直集中载荷的简支梁,并不管梁上的载荷是哪个物体(零件)传给它的,这个物体是怎样安装在梁上的,更不要求设计或选择出两端所需的支承；机械原理研究一个机构时，只要求确定各个构件的长度，并不要求确定构件的结构形状、材料、加工方法、强度、刚度、寿命等。但是到了机械设计课，就得解决一系列的实际问题，直到每个零件能够有效地完成其工作职能，并达到预期的工作寿命。因此，学习机械设计课程时，在学习方法上就面临着一个新的转折点，如果仍旧沿用以前的学习方法，那就会轻重倒臵，不得要领。因而如果在学习方法上“转折”得好，那就会事半功倍，迅速提高联系实际分析问题与解决问题的能力。所以学习方法正确与否，是具有重要意义的。
怎样才能在学习方法上“转折”得好，关键在于是否真正摸清了这门课程的性
质。既然机械设计是一门实践性很强的设计性课程，那就应该除了努力学好课堂教学内容外，还要认真学好各个实践性教学环节的内容，并注意把主要精力用于钻研零件的结构、选材、制法、标准、规范、适用场合、工作情况、受力及应力状态、失效形式及其机理、设计准则、设计方法与步骤，以及可能出现的问题与对策上，而对公式的推导、经验数据的取得、某些曲线的来历等，只需作一般的了解，不必反复深钻，以免偏离重点。譬如在学习过程中，在适当的时候到实验室去亲手拆装一台较简单的机器或一个完整的部件(例如减速器),详细了解一下它的构造、功能、机构、零件、材料、毛坯、加工、装配、润滑、密封、运转、维护等，就会帮助学生较全面地了解这门课程，抓住较好的学习方法。教学时务必告诉学生。
最后，还要特别向学生提醒两点：
一是必须明确，设计决非只是计算，计算虽也重要，但它只是为结构设计提供一个基础，而零件、部件和机器的最后尺寸和形状，通常都是由结构设计取定的，计算所得的数字,最后往往会被结构设计所修改。结构设计在设计工作量中一般占较大比重，因而必须给予足够的重视。
二是必须明白，教材中给出的例题或某个零件的设计步骤及结果，仅为表明如何运用基础知识和经验资料去解决一个实际问题的范例，而不是唯一正确的答案或一切设计方法的终结；论述某个零件的设计方法和步骤，决非仅仅为了使学生学会那个零件的设计，而是为了培养学生掌握这些“武器”,从而具备设计各种有关零件的能力。
《机械设计》教案
第一章绪论
一、本章的主要内容、特点及教学要求
本章主要内容是：机器的作用，组成机器的基本要素（零件）；零件的概括分类；零件（局部）与机器(总体)的关系；机械设计的主要内容及处理有关矛盾的原则；本课程的内容、性质与任务。
本章的特点是：它既是本课程的序幕，又是本课程的总纲。因而它的内容要贯穿全课程的始末，并涉及本课程的前后关系。讲好绪论课对搞好该门课程的教
学工作是至关重要的,必须予以高度重视,做好充分准备,保证把绪论讲好根据教育部<<机械设计课程教学基本要求>>和我院制定的《机械设计教学大纲》,本章的教学要求为:
1）明确《机械设计》在国民经济建设中的重要作用；
2）弄清机械零件设计在机械设计中的地位；
3）了解本课程的内容、性质、特点、与先修及后续课程之间的关系，以及相应的学习方法，从而对整个课程获得一个鸟瞰。
4）使学生对机械设计学科的发展前沿有所了解。
总的来说，本章的教学要求就是要使学生搞清楚“为什么学？”、“学什么？”和“如何学？”这三大问题，并树立起学好本课程的决心与信心。
二、本章重点及难点
本章重点，一是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（局部）和机器（总体）的关系；二是本课程的内容性质与任务。
本章难点是，除了掌握本章的基本内容之外，还应结合本课程的性质与特点，积极探索具有针对性的学习方法。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排1个学时。另外,在课外应再组织学生参观一些实际机械如印刷厂的印刷机、切纸机、零件陈列室的实物模型等。通过现场教学使学生从感性上进一步了解本课程研究的对象和内容,体会学习本课程的目的,并进一步调动他们学习本课程的兴趣和积极性.
第二章机械及机械零件设计概要
一、本章主要内容、特点及教学要求
本章内容概括起来讲可分为两部分：
第一部分是关于及其总体设计的概述，包括§2-1、§2-2及§2-3三节。第二部分是关于机械零件设计的概述，包括§2-4及以后的各节。
本章特点在于从机器设计的总体要求出发，引出与机械零件设计有关的一些原则性问题。这些问题，例如设计机器的一般程序、机械零件失效形式、零件的设计要求、计算准则、设计方法、设计步骤及材料选择等，始终贯穿在本书以后的
各章中。在讲授本章时，由于学生还没有接触到各个具体零件的设计内容，所以不大容易较为深刻地掌握本章的内容，也无法和以后的各章建立联系。
本章的教学要求：
首先就是要从总体上建立起机器设计，尤其是机械零件设计的总括性的概念，即从机器的总体要求出发，引出对机械零件的要求，根据零件的失效形式，拟定出设计准则，在选择出适用的材料后，按一定的步骤，用理论设计或经验设计的方法，设计出机械零件来。这个过程的系统性是很严密的。它对以后各章的学习都具有提纲挈领的作用。其次，要掌握对机器和机械零件的基本要求。这些要求不管列出多少条，从本质上讲却只有两条，第一是提高机器总体效益；第二是避免失效。第一条要求是相对的，随着科学技术的发展，对总体效益的要求总是不断变化的。第二条要求却是最基本的。即在达到设计寿命前的任何时候，对机器和零件总是有避免失效的要求的。
以上要求不可能一下子掌握，因此要求在以后各章节的教学中，不断的结合各章的具体分析来逐步加深。
二、本章重点及难点
本章重点是与机械零件设计有关的几节。本章的难点不在于各节的具体内容，而在于对各节的内容要从总体上以及它们的相互联系上予以理解，了解各节之间在逻辑上的相互关系。本章的难点还在于本章的内容非常原则而不具体，它的具体化要在以后的各章中才能体现。
1．机器的组成（§2-1）
本节概括的介绍了一部机器的组成情况。教学时要注意到，不管是机器的基本组成部分，还是其余部分，都包含有由机械零、部件构成的机械系统。即使在今天高科技时代，高水平的机电一体化机器，其任何部分，包括控制系统在内，也都离不开机械。这一点，一定要牢牢记住。
2．设计机器的一般程序（§2-2）
本节从最一般的概念上介绍了一部机器的设计程序。必须说明，本课程并不能负担起关于整部机器一般设计程序所涉及的所有问题的研究任务。机器的设计程序已成为一门新的专业课程。该章对机器的设计程序仅作一般的简略介绍，其目的除了使学生对机器设计过程有一个总体概念以外，还在于着重说明零件和部
件设计在整部机器中所占的地位及其重要性。本门课程主要服务于机器设计程序中的技术设计阶段。让学生仔细地阅读教材第7页上“（三）技术设计阶段”的内容。不可展开讲。
3．对机器的主要要求（§2-3）
本节是为了能从其中引出对零件的基本要求而设的。对机器的要求在很大程度上是要靠零件满足设计要求来保证的。
4．机械零件的主要失效形式（§2-4）
本节介绍的仅为零件失效形式的主要类型，是从完成零件技术功能的观点来定义失效的，并不涉及社会经济分析问题。事实上，随着科学技术的进步，有时有些机械零、部件甚至整部机器虽然没有出现教材中所列举的任何一种失效形式，但由于它们已不能适应技术发展的需要而必须予以淘汰或报废。从广义上讲，这也是一种失效形式。
5．设计机械零件时应满足的基本要求（§2-5）
本节所提出的五项基本要求中，避免在预定寿命期内失效的要求和结构工艺性要求是最主要的；经济性和质量小得要求是不言而喻的；可靠性要求是随着机器越来越复杂而]提出的新要求的。
对于强度，要明确强度既与零件的断裂有关，也与零件的不允许的残余变形有关。这和以后选择零件材料的极限应力有密切联系。
对于刚度，要明确它涉及到的是零件的弹性变形，不能把它和残余变形相混淆。
对于寿命，要注意主要制约寿命的技术因素是疲劳、腐蚀、和磨损。
对于高温下工作的机器及其零部件，或者对于工程塑料零件，蠕边变形也是影响寿命的一个因素。
本课程是讨论通用机械零件设计问题的，所以只列举了前三个因素。
结构工艺性要求是应给予足够重视的一个基本要求。要让学生正确理解和掌握结构工艺性的要求，必须熟悉从毛坯生产到最后使用的全过程的有关工艺知识。此外，在机械设计工作中，从工作量上来说，处理结构工艺性的问题所花费的精力也是相当可观的。学生在学习本课程时，工艺知识还不够全面，因而要特别强调这一要求。
6．机械零件的计算准则（§2-6）
强度、刚度、寿命及振动稳定性各准则，与先修的力学课程密切相关，比较容易理解。
关于零件的靠性，可以从不同的失效模型研究，得到不同的可靠度规律。本章所述的指数规律，是在不具体考察零件失效的原因，而只从失效的表现来研究零件的可靠性时所采用的规律。
式（2-6是一个概括性很强的公式，随着失效率λ的函数形式的不同，可以得到多种不同的可靠度变化规律。对于它的理解应当是：
a)随着工作时间的延长，零件的可靠度R总是逐渐降低的。这个概念是符合于常识的。从数学上看，零件的失效率λ总是一个正值。
b)失效率和可靠度之间既有严格区别又有相互联系，失效率越高，则在某一固定时刻的可靠度也就愈低。可靠度总是时间的函数，而失效率却既可以是时间的函数，也可以不是时间的函数而为某一常数。因此，说可靠度，必须同时指明工作寿命。两个零件的可靠度只有在同一寿命下才是可比的。
两次失效件的平均工作时间（MTBF）通常是用统计的方法来确定的。
7．机械零件的设计方法（§2-7）
本节从设计方法的类比来讨论设计方法，而不是各种设计方法的具体细节内容。不同零件的设计方法有不同的不表现形式，这在以后各种零件设计的有关章节中再行讨论。
本节提出常规设计方法和现代设计方法两个大类别。不能误解为有了现代设计方法，常规的设计方法就是过时了或不需要了。现代设计方法是在新的设计思想以及有了现代的设计技术物质手段的条件下，由常规设计方法发展而来的，在必要时用来弥补常规设计方法的不足，但它并不能完全取代常规设计方法，因为现代设计方法本身是离不开常规设计方法的。例如优化设计方法中很多约束条件就是要依靠常规设计方法来建立。所以要摆正这两种设计方法件的关系。
学生们一般对理论设计方法易于接受，但对经验设计方法却往往不予重视。经验设计“是很有效的设计方法”。所谓经验，总会随着社会的不断发展而不断积累，经验并不总是陈旧的、过时的东西。相反，它恰恰是在理论还不成熟时，用来解决各种问题的一种可靠的方法。后面各章中就有不少经验设计的内容，很
多经验数据也可以广义理解为经验设计的内容，从这一意义上来说，理论设计也是离不开经验设计的。
模型实验设计是在理论设计知识还不完备，原有的经验又不足以解决设计问题时，人们获取新经验和发展新理论的一种设计方法。
8．机械零件设计的一般步骤（§2-8）
本节只勾划出零件设计步骤的一个轮廓。在实际运用时，由于所掌握的已知条件的多寡不同，它会有相当的灵活性。例如，有时可先做结构设计，然后根据计算准则进行必要的验算。有时还可能要反复地进行若干步骤的工作。
9．机械零件材料的选用原则（§2-9）
由于后续各章将会对各种零件常用的材料作具体介绍。所以本节只重点说明材料的选用原则。选用材料的前提是对材料性能（包括机械、物理和工艺性能）以及经济性的全面了解。选用材料的基本方法，是在分析与总结已有的成功地使用经验及选材不当的教训的基础上，结合对材料的了解，全面衡量，妥善取定。
10．机械零件设计中的标准化（§2-10）
标准化是设计工作中的一个重要的内容，要在熟悉现行的各种有关标准的前提下，在设计中运用和遵守标准。标准是人制订的，是为设计工作服务的。
可以把各种设计标准分为两类：一类是在设计中可以灵活处理的，例如直径标准、长度标准等；另一类通常是要严格遵守的，例如螺纹尺寸标准、齿轮模数标准等。虽然如此，在某些特定条件下，这类标准也可以不予遵守，例如在航空航天工业中，由于部件的尺寸及质量的大小需要严格限制，也不乏采用非标准齿轮模数的情况。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排2学时。以课堂讲授和板书表达为主，注意条理化。
第三章机械零件的强度
一、本章主要内容、特点及教学要求
强度准则是最重要的设计准则。本章把各种零件强度计算的共性问题集中到一起，略去零件的具体内容，而突出阐述强度设计计算的基本理论和方法。以后各章中各种强度的计算方法从本质上来讲都是一样的。不同零件的强度计算公式
在形式上的不同，仅来源于零件本身的特殊性，以及设计工作中沿用的一些惯例，而不是强度计算方法的原则有什么不同。
本章的教学要求：
1．了解疲劳曲线及极限应力曲线的来源、意义及用途，能从材料的几个基本
机械性能(σ
0，σ
s
，σ
-1
)及零件的几何特性，绘制零件的极限应力简化线图。
2．学会单项变应力时的强度计算方法，了解应力等效转化的概念。
3．了解疲劳损伤累计假说（Miner法则）的意义及其应用，认识到以应力和以载荷计算的情况系数之间的联系及差别。
4．学会双向变应力时的强度校核方法。
5．会查用附录中的有关线图及数表。
二、本章重点、难点及注意事项
1．§3-2疲劳曲线内容
绝大多数通用零件都是在变应力下工作的，因此，各式各样的疲劳破坏是通用零件的主要失效形式。
1）式（3-1）式描述疲劳曲线右侧（CD）部分的一种公式。除该式以外，在专门讨论疲劳强度的文献中还会看到其它形式的公式。但式（3-1）式有关公式中形式最简单、参数最少（只有m和C两个）、又能满足工程计算的精确性要求，并且应用起来最为方便的公式，所以在设计中应用最广泛。
2）教材图3-3上N
0和N
D
是两个不同的循环次数。N
是人为规定得值，所以在
不同的文献中，其值常有差异。而N
D
是随着材料所固有的性质的不同，通过实验
来确定的一个常数。由于试验技术上的原因，各文献上对同一材料所介绍的N
D
值也往往有所不同。这主要是因为试验条件及方法不同所致。
在本节中，主要的是要知道N
0和N
D
在定义上是不同的，至于它们的具体数值，
在以后各章节中用到时都会给出的。顺便提一下，对于中碳钢一类的材料，在拉
压、弯曲和扭转条件下，由于N
D 的值不很大，所以常常以N
D
值作为N
值，即N
=N
D
。
2．§3-2极限应力线图
要得到疲劳强度计算时的极限应力线图，应当在各种不同应力循环特性r条件下进行材料的疲劳试验，先求出各不同的r时的疲劳曲线。然后，根据这些不同的疲劳曲线，得到很多个对应于不同循环特形式的材料的疲劳极限σ
rn
。利用这
些σ
rN 才能在σ
a
-σm坐标上绘制出材料的极限应力线图。这是一条曲线，即图3.1
上ADB曲线。可是要得到这一条曲线，需要耗费惊人的物力及时间。因此，人们提出只利用很少的几个试验数据来近似地求得在工程应用上足够精确的极限应力曲线的方法。
图3.1所示的材料的极限应力图，是用光滑的(无应力集中源的）、标准尺寸的试件通过试验的方法求出的，曲线A′D′B为极限应力曲线。为了便于计算，可用A⌒D近似地代替AˉD（由图可知，这样简化，误差很小，但计算公式大大简化）；对于塑性材料承受静应力时，其极限应力为屈服极限σ
s
，故可用CG来表示
其极限应力线（注意CG上任一点所代表的极限应力均为σ
max =σ
a
+σ
m
=σ
s
）；再将
AD延长到G＇,与CG＇交于G＇。经过这样的简化，就得到了A＇D＇G＇和G＇C两条分别对应于变应力及静应力情况下的极限应力线。这就是图3-4所示的材料的简化极限应力图。
教材图3-5是用有应力集中源的试件作实验求得的简化极限应力线图。有应力集中源的试件中的应力是按照公称（名义）应力来计算的，即根据截面尺寸不考虑应力集中作用来计算应力的。由于有应力集中源，致使试件在N
循环时发生破坏的试验载荷要比无应力集中源试件的破坏载荷低得多，因而求得的公称应力值就低得多。根据试验数据，人们发现A′和A以及D′和D点的纵坐标的比值基
本上都等于K
σ。因此，弯曲疲劳极限的综合影响系数K
σ
只是在相同平均应力条件
下，材料的与零件的极限应力幅的比值。这个意思在不少的书籍中表述为：综合影响系数只对应力幅有作用，对平均应力不发生影响。这就是式(3-7a)所表达的意思。（3-7a）的“试件受循环弯曲应力时的材料特性”φσ，其含义就相当于某种材料能把所承受的弯曲平均应力转化成等效的弯曲应力幅的一种特性，所以也叫做“弯曲平均应力转化系数”，亦即弯曲应力的平均应力部分被它乘了之后，就具有与弯曲应力的应力幅同等的疲劳损伤作用了。这个转化可以用图3..2来说明。不过，这样的分析是以应力的循环特性不变的工作情况为前提的。
由图可见，图a中的单向不对称循环变应力，可以分解为图b所示的平均应力。图c的平均应力又可等效转化为图d所示的对称循环变应力了。因此，这个应力的转化过程也可以叫做不对称循环变应力的等效转化。这个应力等效转化的概念，就是把的工作应力，转化成在强度上具有等效影响的对称循环变应力。
式(3-10)是各种文献中计算弯曲疲劳极限的综合影响系数k
σ
的公式的一种。
除此以外，还有其它的k
σ的表达式。k
σ
的计算式是人们根据经验拟合的，也就是
说它是该书的作者根据自己的经验和认识提出的，而不是一个理论公式。不同资料不得混用。
3.§3-2单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力虽然在实际的机械零件中是较少遇见的工作状况，但它的计算方法却是疲劳强度计算的基础。这是因为人们所知道的材料抗疲劳破坏的机械
性能——σ
-1或σ
是在实验室中按照单向稳定变应力的工作状况用试验方法决定
的缘故。因此本节内容非常重要。
我们用平均应力σ
m 和应力幅σ
a
作为描述变应力的一对参量。这等效于用σ
max
σ
min
和r中的任何两个作为参量的描述方法。
首先要明确的是：在一个已知的工作应力点（σ
m ,σ
a
）条件下，由于零件中
应力变化规律的不同，可以求出对应于此工作应力点的无数个极限应力，即极限应力曲线上任何一个点所代表的极限应力都有可能作为该工作应力的极限应力。对于基本的典型的应力变化规律，可以列出r=C, σm=C及σmin=C这三种情况下的极限应力计算方法。其次，零件在任一种应力变化规律下，都有可能出现静应力破坏或疲劳破坏的情况。到底哪一种破坏更易于发生，则取决于应力变化曲线首先和极限应力曲线的那一段相交。如首先和AG部分相交，就说明零件将会首先发生疲劳破坏；如和GC部分相交，则首先会发生静应力破坏。由此道出不同的疲劳强度校核公式。
4．§3-2单向不稳定变应力时疲劳强度计算
单向不稳定变应力时强度计算的依据是疲劳损伤累计假说，即式（3-26）。有些文献上把它叫做Palmgren-Miner假说，或者简单的叫做迈纳尔（Miner）法则。这是一个基于能量观点的假说。该假说认为材料发生疲劳破坏，是材料上所作用的外力对材料所作的功积累到一定值时的必然结果，并认为同等的变应力中每一应力循环都做同样的功，都对材料起同样的损伤作用。因此，设该变应力循环N 次使材料发生疲劳破坏，则每一应力循环中外力所作的功就是引起破坏的总能量的
N
1，这个值就是一次循环的损伤率。虽然Miner法则在许多试验条件下与试验数据不能很好的吻合，但作为概念，它还是反映了总和损伤率的统计关系。因此，
就工程计算精确性的意义上来说还是可用的。
式（3-30）中的应力情况系数K
s
的作用，是把对称循环的不稳定变应力（图3.3a）转化为等效的对称循环稳定变应力。至于转化成具有什么参数的稳定变应力，虽然可以在各级不稳定变应力中任选一级变应力作为典型应力，但实用上通常是选择其中绝对值最大且作用时间也较长的一级变应力作为典型应力。对于那些在零件整个工作寿命中循环很少次数的峰值过载应力，只要它通过了静强度计
算，一般不作为典型应力。公式中以σ
1
作为选取的典型应力值，其它各级变应力
都向σ
1等效转化为相当于对称循环N’次的稳定变应力σ
1
（图3.3b），然后合并
起来最后折算成k
s σ
1
为应力幅的对称循环变化N
次的稳定变应力（图3.3c）。所
以，安全系数计算值S
ca 及强度条件就应当为S
ca
=(σ
-1
/k
s
σ
1
)≥S。这就是教材中的
式(3-31)。
如果原来作用的是不对称循环的不稳定变应力时,就先对各级应力的乘以,再加上该级的应力幅,把各级不对称循环变应力等效对称化,然后再用系数进行等效稳定化.这样就可以当作对称循环稳定变应力来处理.
式(3-32)中的载荷情况系数与的意义相同,只不过是施加于变载荷(使之转化为等效的稳定载荷)情况下的系数而已.
5.§3-2双向稳定变应力时的疲劳强度计算
双向稳定变应力时的计算依据是图3-12及式(3-33).式(3-33)是用于同相位对称循环的弯曲和扭转变应力联合作用的情况.对于一般的平面应力状态,可以应用最大切应力理论进行强度计算.事实上,式(3-33)就是弯曲、扭转联合作用下最大且应力理论也是大致符合于试验结果的.
6．对§3-3机械零件接触强度的说明
和所有其它条件下的强度一样，接触强度计算也包括接触应力的计算、极限应力与许用应力的确定以及强度条件的校核三部分。
极限应力与许用应力的确定，就是根据试验数据来确定接触疲劳极限，然后再根据使用经验确定安全系数，从而计算出许用应力。应当特别指出，用试验方法求接触疲劳极限时，由于试验条件的不同，可能有纯滚动及滚动带滑动两种情况。同样的材料在这两种条件下得到的接触疲劳极限值是有不小的差别的。
接触应力的分析必须借助于弹性力学的方法。对于大多数工程专业的大学生
来说，在学机械设计课程以前是不会安排弹性力学课程的。因此，对这个公式，只要会使用就可以了。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排4个学时。以多媒体手段和板书推导相结合来共同完成该章的教学任务。
第四章摩擦、磨损及润滑概述
一、本章主要内容、特点及学习要求
1．主要内容
本章主要内容是对摩擦学所研究的主要对象（即摩擦、磨损和润滑的基本问题）作简单扼要的介绍，重点在于阐述摩擦和磨损的分类与机理，形成油膜的动压和静压原理，以及弹性流体动力润滑的基本知识。
2．特点
因本章涉及的内容较广，为了使读者对摩擦学有一个概括的了解，因而本章包含的内容是较多的。这里只要求搞清概念，而无需做更深的探讨。
3．教学要求
1）明确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。
2）对于干摩擦、边界摩擦、混合摩擦、流体摩擦的机理与物理要有扼要的了解。
3）初步了解磨损的一般规律（即磨损曲线）及各种磨损（粘附磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损和微动磨损）的机理和物理特征。
4）了解润滑的作用及润滑剂（油、脂）的主要指标。
5）掌握流体动力润滑的基本概念及楔效应承载原理，而对于弹性流体动力润滑和流体静力润滑只需有一个初步了解即可。
二、本章重点、难点及注意事项
1．本章重点为：1）各类摩擦的机理与物理特征；2）各类磨损的机理与物理特征；3）流体动力润滑的基本原理。
2．本章难点为楔效应承载理论及弹性流体动力润滑原理。
3．本章内容分析及学习注意事项
1）概述部分
本部分应了解摩擦学所包含的主要内容和研究对象，以及摩擦、磨损与润滑之间的有机联系。明确摩擦是因其能量损耗的主要原因，磨损是造成零件失效和材料损耗的主要原因，而润滑则是减小摩擦和磨损的最有效的手段。随着科学技术的发展，材料和能源的节约日益重要，，因此形成了一门新兴的学科—摩擦学。它是研究相对运动中相互作用者的表面工作情况的科学和技术。
2)讲授§4-1“摩擦”一节内容时应注意的问题
本节所讨论的摩擦，不是先修课程内容的简单重复，而是更着重于摩擦的机理和物理本质。学习时要注意了解各种摩擦的机理及其状态。
①干摩擦关于干摩擦的理论，主要有机械啮合理论、分子机械理论、静电力理论的粘附理论。目前认为粘附理论对金属摩擦在宏观上提出了最满意地解释。
用粘附理论，结合试验结果，证明了经典摩擦定律的正确性，得出了干摩擦时的摩擦力与表观接触面积无关而与载荷成正比的结论[见教材第四章公式（4-2）及（4-3）]。
重点弄清以下概念：
a）简单粘附理论认为真实接触面积A
r 取决于软金属的压缩屈服极限σ
Sy
和法
向载荷F
n
。但这一结论有一定的局限性。修正粘附理论认为真实接触面积是与金
属材料的塑性变形决定的。这是考虑在有摩擦的情况下，由于接触区同时作用有法向应力及切应力，并假设当最大切应力达到临界值时，材料发生屈服。因此，
真实接触面积A
r
应该是考虑法向载荷的影响所得到的接触面积与摩擦力产生的面积增量之和。
b)简单粘附理论指出摩擦系数f=τ
B /σ
Sy
,其中τ
B
、σ
Sy
皆指两金属中较软者的
应力。对于大多数金属，比值τ
B /σ
Sy
均较接近，因而各种金属的摩擦系数相差很
小。文献[12]对此的解释，认为是由于当两种硬金属发生摩擦时，其τ
B 及σ
Sy
都
较高而真实接触面积A
r 却很小，当软金属对硬金属摩擦时，其τ
B
及σ
Sy
都较低而
A
r
却较大的缘故。事实上，将按简单理论算得的摩擦系数绝对值与通过试验侧得的数值作一比较，，就可以证明它是不完全的。修正后的粘附理论是一种较符合实际的理论，虽然它仍以简单理论的模型为根据并作了若干假设，但它却能解释不少的摩擦现象。
②边界摩擦首先应该了解边界摩擦的性质，即这种摩擦特性主要取决于润滑油和金属表面的化学性质，其特征就在于相对滑动的两金属表面上形成了边界膜。
进而应搞清楚物理吸附膜、化学吸附膜和化学反应膜形成的机理和特点。明确前两种边界膜的润滑性能称为润滑油的油性，后一种则叫极压性。
因为纯粹的边界摩擦只是在理想的光整表面间才能实现，而这种理想的光整表面实际上并不存在，因此不可能有纯粹的边界摩擦。实际上，我们所说的边界摩擦都是边界摩擦与干摩擦的混合。例如，当两摩擦表面间的间隙很小或机器起动机停车时，均会出现这种摩擦状态。
③混合摩擦首先应了解产生混合摩擦的条件，明确混合摩擦是一种兼有干摩擦、边界摩擦和流体摩擦的平均性质的摩擦。例如，在滑动轴承中当轴颈滑动速度不足或润滑不足，而载荷过大时，便可产生这种混合摩擦（如内燃机的连杆销、十字滑快销和活塞销等）；甚至正确设计和计算能达到流体摩擦的轴承在启动、停车及在磨合时间内也不可避免的会产生混合摩擦；此外，如在油中有硬质颗粒，，其尺寸超过了油膜厚度，也会发生混合摩擦。
如何评定混合摩擦时表面微观峰尖与油墨分担载荷的情况，教材中介绍了膜
厚比公式（4-1），即λ=h
min /(R
a1
+R
a2
),它表示随着λ的增加，油膜所承担的载荷也
增加。这是一个主要用于定性，且可粗略用来定量的公式，可供设计是确定摩擦状态的参考。
④流体摩擦本小节中，对液体摩擦只作为一种摩擦状态来介绍，没有涉及一些理论分析问题，因而只需掌握两点：a）由于流体摩擦时摩擦面件的油膜厚度足够大（λ>5），油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配而能自由移动，摩擦表现为油的粘性；b)形成流体摩擦是有一定条件的。
3）讲授§4-2“磨损”一节内容时应注意的问题
①首先应对机件磨损的普遍规律（及图4-6所表示的磨损曲线）有一个初步的认识，从而明确设计者的职责在于采取措施，力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损期的到来。
②教材中所讨论的五种形式的磨损，主要根据J.T.Burwell提出的分类方法。对这五中磨损形式的机理，读者应有一个概括性的认识。其中，粘附磨损、磨粒
磨损和疲劳磨损是应掌握的重点。对腐蚀磨损、冲蚀磨损以及复合形式的磨损（即粘附、磨粒、疲劳和腐蚀磨损形式的复合）—微动磨损则只需有个基本概念即可。
顺便指出，这些磨损形式可随工作条件的变化而转化。对于通常的机械摩擦副，主要是随相对滑动速度和载荷的变化而变化。
③这几种磨损形式中的粘附磨损、磨粒磨损及疲劳磨损，在以后分析齿轮传动、蜗杆传动、滑动轴承和滚动轴承的失效形式时均会碰到，因而要善于把三种磨损形式的机理和有关基本概念与以后有关章节中所讲到的零件具体的联系起来，以便进一步深化概念。
4）讲授§4-3“润滑剂和润滑方法”一节时应注意的问题
①首先应对润滑的作用，润滑剂的种类有一个初步的了解
②对于润滑油、润滑脂的主要质量指标这一小节中，重点是润滑油，对润滑
脂只作一般了解即可。
润滑油的诸质量指标中，重点要了解粘度指标，明确润滑油是牛顿液体，油的粘度是流体润滑中极为重要的一个因素。对常用的粘度单位（动力粘度、运动粘度、条件粘度）的定义、量纲及不同粘度单位的相互换算方法应能掌握，并对润滑油的粘-温特性、粘-压特性有一个初步概念。
关于其它指标，只需建立一个印象，以便需要时查阅有关手册。
③润滑油、润滑脂的添加剂种类很多，主要了解添加剂的作用，特别是油性
添加剂、极压添加剂对提高润滑油边界膜的强度所起的作用。
④润滑油或润滑脂的供应方法在设计中是很重要的，最好能结合生产实际掌
握这一部分内容。
5）流体润滑原理这一节（§4-4）中，流体动力润滑时学习本门课程时需掌握的一个重要内容。学习流体动力润滑时，主要在于搞清两滑动表面间动压油膜的形成原理。对弹性流体动力润滑这一部分内容只要求建立一个初步的概念。这部分内容写的比较概括，为便于理解，这里作一些简单的补充说明。
弹性流体动力润滑理论是计入了高压下油的粘-压特性在流体动压油膜形成中所起的重要作用，以及引起接触区材料弹性变形的压力与流体动力润滑油膜压力的相互关系。例如，对于某些做相对滚动或滚动-滑动的两个受润零件，载荷的传递是通过零件的局部接触来实现的（如外啮合齿轮的轮齿之间，滚动轴承的滚
动体与套圈之间，凸轮与从动件之间等）。因为局部压力很高，这时接触区的局部弹性变形量与油膜厚度差不多具有同样的数量级，因而都不能予以忽略。在这种载荷条件下，接触体的局部弹性变形构成立了受润零件间的油膜形状，而这个油膜形成的流体动压力又起到使接触体产生弹性变形的作用，它们之间相互影响，互为因果，这就构成了弹性流体动力润滑理论的研究内容。
两个受润零件是否能形成弹性流体动力润滑，不仅要看局部受载的大小和形成流体动压油膜的所需的条件如何，而且还取决于接触体材料的弹性和油的粘-压特性。弹性流体动力润滑理论的研究目的是根据这种理论来求出高副接触处的最小油膜厚度。
根据对弹性流体动力润滑理论进行的大量计算结果，发现了如下的普遍规律：
a)在靠近接触区口处突然出现第二峰值压力（见图4-18）。第二峰值压力不可
忽视，因为它的数值很大而范围极窄，可能产生很高的表层下的应力，从而导致零件的点蚀破坏。
比接触区平行部
b)在出口处的油膜厚度出现一种缩颈现象，使得h
min
的油膜厚度h
小25%，这可解释为，当油从高压接触区排出后就迅速扩散开，压力
便急剧下降，此时要保持流动的连续性，通道截面（即油膜厚）即必须减小，因而形成了这一油膜局部收缩现象。
c)为了实现弹性流体动力润滑，必须计算其膜厚比是否能满足要求。
关于流体静力润滑只需了解其原理与流体动力润滑的本质区别即可。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排2个学时。以多媒体手段结合挂图为主来共同完成该章的教学任务。
第五章螺纹联接和螺旋传动
一、本章主要内容、特点、及教学要求
1．本章主要内容包括两部分：第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度的措施；第二部分为滑动螺旋传动的设计计算方法。
2．本章特点是内容包括螺纹联接和螺旋传动两个部分。前者属于联接，后者
属于传动。二者在内容上虽有一定的联系，但在设计要求上却有很大的差别。
3．本章的教学要求
1）对于螺纹联接的基本知识（§5-1～§5-4），应了解螺纹及螺纹联接的类型、特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等，以便在设计时能够正确的选用它们。
2）对于螺纹联接设计及强度计算部分（§5-5～§5-7），应掌握其结构设计原则及强度计算的理论与方法，能正确进行螺拴组的受力分析，能较为合理的设计出可靠的螺栓组联接。
3）对于螺旋传动部分，主要是掌握螺旋传动性能（效率、自锁等）对螺纹选型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算方法，并通过一种基本类型—螺旋起重器的设计，了解滑动螺旋传动的主要设计过程。
二、本章重点、难点、及注意事项
1．本章重点有两个：其一是各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析；其二是螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算。
2．本章中较为复杂的问题是承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。实用中，常把这种螺栓组联接设计成倾覆力矩作用在结合面的垂直对称面内，并做出一些假设（如底板为绝对刚性体、地基与螺栓皆为均质弹性体等），使问题得到简化。
3．本章教学注意事项
1）§5-1～§5-4都是叙述性的内容，对做好螺栓联接的设计是必不可少的基本知识，应当引导学生阅读机械设计手册。
2）螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时，对不太重要的螺纹联接一般只需根据不同情况进行选用，不许自行设计。对重要的螺纹联接，设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径（螺纹小径），螺纹联接的其它部分尺寸由标准选定。但是，这并不排斥在个别特殊情况下，根据特殊的需要而自行设计某种非标准的螺纹联接件。
3）螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计（因为工程实际中螺栓联接通常是成组使用的）。其设计工作包括两部分内容：第一部分内容是正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；第二部分内容是按照单个螺栓联接的强度计
机械设计基础课后习题答案全
7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。 （2 ）求最大盈亏功。根据图7.5做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-” 号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做 ，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭 矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为： （3 ）求飞轮的转动惯量 曲轴的平均角速度：； 系统的运转不均匀系数：； 则飞轮的转动惯量：
图7.5图7.6 7-2 图7.7 图7.8 解：（1）驱动力矩。因为给定为常数，因此为一水平直线。在一个运动循环中，驱
动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即： 因此求得： （2）求最大盈亏功。根据图7.7做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏 功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功； 其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。 由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。 欲求，先求图7.7中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中， 相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，因此有： ，则
根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则 。 （3）求飞轮的转动惯量和质量。 7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮 安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为： 7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。因为是最大动能与最小 动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此： 则飞轮的转动惯量： （2）求飞轮的最大转速和最小转速。
最新机械设计基础教案——第6章 间歇运动机构
第6章 间歇运动机构 （一）教学要求 1． 掌握各种常用机构的工作原理 2． 了解各种机构的组成及应用 （二）教学的重点与难点 1． 工作原理 2． 常用机构的应用 （三）教学内容 6.1 槽轮机构 一、组成、工作原理 1．组成：具有径向槽的槽轮，具有圆销的构件，机架 2．工作原理： 构件1→连续转动；构件2（槽轮）→时而转动，时而静止 当构件1的圆销A 尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。 当构件1的圆销A 开始进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。 当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。 往复循环。 4个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转4 1周。
6个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转 6 1周。 二、槽轮机构的基本尺寸和运动系数 1．基本尺寸 )(s r r l b +-≤ r s ——圆销的半径 2sin ?l r = b ——槽轮回转中心到径向槽底的距离 2cos ?l a = a ——槽轮回转中心到径向槽口的距离 r ——圆销中心到构件1中心的距离 l ——两轮回转中心之间的距离 2．运动系数（τ）：槽轮每次运动的时间t m 对主动构件回转一周的时间t 之比。 π ?τ221==t t m （构件1等速回转） 12? ——槽轮运动时构件1转过的角度 （通常，为了使槽轮2在开始和终止运动时的瞬时角速度为零。以避免圆销与槽发生撞击，圆销进入、退出径向槽的瞬间使O 1A ⊥O 2A ） ∴Z ππ?π?22221- =-= ∴Z Z Z 12122221-=-==π?τ 讨论：1、τ>0，∴Z ≥3 τ=0，槽轮始终不动。 2、2 1121<-= Z τ：槽轮的运动时间总小于静止时间。 3、要使21>τ，须在构件1上安装多个圆销。 设K 为均匀分布的圆销数， Z Z K 2)2(-=τ 三、槽轮机构的特点和应用 优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。 缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。 ②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。 应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。 电影放映机中，用以间歇地移动影片。 自动机中的自动传送链装置。（布图）
机械设计基础说课稿(原)
一、课程的性质、作用和目标 1．课程的性质、作用 根据教育部16号文《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》的精神，以加强素质教育、强化职业道德、增强职业能力为宗旨，培养学生诚信品质、敬业精神、责任意识、遵纪守法意识；培养学生的社会适应性，提高学习能力，学会交流沟通和团队协作，提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创业能力。结合我院的具体情况和办学特色确定《机械设计基础》在数控技术专业中的性质与作用。 我校数控技术专业每届有170人左右学生，就业领域主要面向制造业。其主要就业岗位（群）是数控机床的操作、编程、工艺规程编制与实施；相近就业岗位（群）是生产管理等。机械设计基础是数控专业必修的一门主干职业基础课，为学生毕业后从事上述工作岗位打下坚实的基础。本课程的先修职业基础课程为机械制图、计算机绘图、工程力学、金属材料与成型工艺，并进行了金工实习，后续课程有机械制造技术、液压与气动技术等职业技术课程。对学生完成整个专业的学习，起到承上启下的重要作用。是学生获得职业基础能力的桥梁与纽带。 2．课程目标 本课程使学生掌握常用机构与通用零件的基本原理、性能特点、使用、维护的基础知识和设计方法，培养学生具备选用、维护和改造简单传动装置及零部件的初步能力，同时注重培养学生正确的设计思想与严谨的工作作风。 通过本课程的教学，使学生达到以下基本目标： （１）熟悉常用机构的工作原理、组成及其特点，掌握常用机构的分析和设计的基本方法。 （２）熟悉通用机械零件的工作原理、结构及其特点，掌握通用机械零件的选用和设计的基本方法。 （３）具有对机构分析、设计的初步能力。 （４）学会查用图表、标准、规范和手册等技术资料。 （５）具有综合运用所学知识，设计、改造简单机械和简单传动装置的初步能力。 3．设计课程目标的依据 （１）教材特点 根据教学教学大纲的要求，结合历年来的教学改革经验，选定的文字教材是： 《机械设计基础》第三版陈立德主编普通高等教育“十一五”规划教材，高等教育出版社。 该书依据高职高专教育机械设计基础课程教学基本要求，并吸取第二版在教学实践中所取得的经验修订而成的。教材突出使用性与针对性，培养工程实践能力，采用最新的国家标准。对学生加深课程内容的认识、自主学习、提供了较大的空间，具有较好的系统性、完整性。 主要参考书： 1.《机械设计基础》黄劲枝主编机械工业出版社出版 2.《机械设计基础》丘季清主编西北工业大学出版社出版 （２）本课程与实践的关系(放在前) 机械设计基础课程与实践联系非常紧密，学生毕业后走向工作岗位做实际工作，参与设备的论证、预研制、改造或维修的工作，也难免做设计一类的工作，接触到各式各样的运动机构或各种通用零、部件，课程的学习为将来的职业发展奠定了基础。 二、课程内容和课时分配
机械设计基础
一·观察外形及外部结构 1.减速器起吊装置,定位销,起盖螺钉,油标,油塞各起什么作用？布置在什么位置？ 答：起吊装置为了便于吊运。在箱体上设置有起吊装置箱盖上的起吊孔用于提升箱盖箱座上的吊钩用于提升整个减速器。 定位销为安装方便。箱座和箱盖用圆锥定位销定位并用螺栓连接固紧起。 盖螺钉为了便于揭开箱盖。常在箱盖凸缘上装有起盖螺钉。 油标为了便于检查箱内油面高低。箱座上设有油标。 油塞是用来放油的，把旧的油放出来。所以油塞的位置都是靠在最下方的。2.箱体,箱盖上为什么要设计筋板?筋板的作用是什么,如何布置？ 答：为保证壳体的强度、刚度，减小壳体的厚度。一般是在两轴安装轴承的上下对称位置分别布置。 3.轴承座两侧连接螺栓如何布置,支撑螺栓的凸台高度及空间尺寸如何确定？答：轴承旁边地突台要考虑凸台半径和凸台高度两个参数。 凸台半径和安装轴承旁螺栓的箱体凸缘半径相等； 凸台高度要根据低速轴轴承座外径和螺栓扳手空间的要求来确定，大小等于沉头座直径加上2.5倍的轴承盖螺栓直径 5.箱盖上为什么要设计铭牌？其目的是什么？铭牌中有什么内容？ 主要记载有产家名号、产品的额定技术数据等，中文铭牌上所采用的文字符号应一律使用中国法定的标准，进口产品投放市场需要备中文名牌的也应照此办理 二·拆卸观察孔盖 1.观察孔起什么作用?应布置在什么位置及设计多大才适宜的? 答：通过观察孔可以观察齿轮的啮合情况，并可以向箱体内加润滑油。 应设置在箱盖顶部适当位置；尺寸以便于观察传动件啮合区位置为宜，并允许手进入箱体检查磨损情况。 2.观察孔盖上为什么要设计通气孔？孔的位置为何确定？ 答：通气孔可以调节由于高速运转生热膨胀造成的内外压强差。设置在观察盖上或箱体顶部。 三·拆卸箱盖 1.再用扳手拧紧或松开螺栓螺母时扳手至少要旋转多少度才能松紧螺母，这与 螺栓到外箱壁间的距离有何关系？设计时距离应如何确定？ 答：60度
机械设计基础教案
授课内容：绪 论 目的要求：了解机械设计基础课程研究对象及学习要求 重点难点：重点：课程学习要求难点：课程学习要求 计划学时：2 绪 论 第一节 本课程研究的对象和内容 本课程研究对象：机 械（机器与机构的总称 机器的定义：执行机械运动的装置 机器的分类 —原动机丨〉将其他形式的能量转化为机械能的机器 机器- —工作机—> 利用机械能去变换或传递能量、 物料、信息的机器 机器主体部分由机构组成 曲柄滑块机构：活塞的往复运动通过连杆 转变为曲轴连续转动 凸轮机构：凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀; 齿轮机构：两个齿轮保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作; 机器的功能组成 --- 动力部分 传动部分 控制部分 ___ 执行部分
机械是机器和机构的总称
用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等 只能用于特定场合，如钟表的发条机构 第二节本课程在教学中的地位 一、本课程的特点 是工程制图、工程材料及机械制造基础、理论力学，材料力学、金工实习 等理论知识和实践技能的综合运用，同 时，为后续课程的学习打下基础 通过本课程的学习，可以培养大家初步具备运用手册设计简单机械设备的 能力，为今后操作、维护、管理、革新工程机械设备创造条件 三、怎样学好本课程 1. 重思考，常想几个问题： A.什么样子 B.怎么运动 C.工作原理、方式 D.现实生活中的实际例子 2. 会查表、会用工具书 3. 不注重公式的记忆一一哪些公式要记忆，会在课堂上和考试前提醒 4. 多看一些设计方面的书，如工业设计、机械优化设计等 5. 一定要会几个设计软件二维的： AUTOCA 三维的：Pro/E 、UG 等 机构 的分一 类 —通用机构 一专用机构
《机械设计基础》答案
《机械设计基础》作业答案 第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1 1－2 1－3 1－4 1－6 自由度为 或： 1－10 自由度为： 或： 1－11 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 第二章 平面连杆机构 2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双
曲柄机构还是双摇杆机构。 （1）双曲柄机构 （2）曲柄摇杆机构 （3）双摇杆机构 （4）双摇杆机构 2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s 。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得： 工作行程曲柄的转角01210=? 则空回程曲柄的转角02150=? 摇杆工作行程用时7s ，则可得到空回程需时： （2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s ，则曲柄每分钟的转数为 2-7 设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示。已知滑块的行程mm s 50=，偏距 mm e 16=，行程速度变化系数2.1=K ，求曲柄和连杆的长度。 解：由K=1.2可得极位夹角 第三章 凸轮机构 3-1 题3-1图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知AB 段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角Φ。 3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C 点为圆心的圆盘，试求轮廓上D 点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。
机械设计基础习题与答案
第一章 平面机构的自由度和速度分析 题1-1 在图示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。 题1—2 图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A 转动时，构件2绕活动中心C 摆动，同时带动刀架3上下移动。B 点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。 题1—3 计算题1－3图a ）与 图b ）所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）。 A B C 1 2 3 4 a) 曲柄摇块机构 A B C 1 2 3 4 b) 摆动导杆机构 题解1－1 图
题1－3图a）题1－3图b） 题1—4计算题1—4图a、图b所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出），并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。 题1—5 计算题1—5图所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）,并标出原动件。 题1—5图题解1—5图
题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。 第二章 连杆机构 题2-1在图示铰链四杆机构中，已知 l BC =100mm ，l CD =70mm ，l AD =60mm ，AD 为机架。试问： （1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄， 求l AB 的最大值； （2）若此机构为双曲柄机构，求l AB 最小值； （3）若此机构为双摇杆机构，求l AB 的取值范围。 题2-2 如图所示的曲柄滑块机构： （1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作 行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由； （2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ，最小传动角g min ； （3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置 。 题2-3 图示为偏置曲柄滑块机构，当以曲柄为原动件时，在图中标出传动角的位置， 并给出机构传动角的表达式，分析机构的各参数对最小传动角的影响。 A C D 题2-1图
最新机械设计基础教案——第9章链传动
第 9 章链传动 一）教学要求 1、了解套筒滚子链结构、掌握链运动的不均匀性 2、掌握链传动失效形式 3、了解链传动的设计计算方法 二）教学的重点与难点 1、链传动的多边形效应 2、链传动的失效形式 3、链传动的设计方法 三）教学内容 9.1概述 链传动工作原理与特点 1、工作原理：（至少）两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。但非共轭曲线啮合，靠三段圆弧和一直线啮合。其磨损、接触应力冲击均小，且易加工。 2、组成；主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等。 3、特点（与带、齿轮传动比较） 优点：①平均速比i m准确，无滑动；②结构紧凑，轴上压力Q小；③传动效率高η=98%； ④承载能力高P=100KW ；⑤可传递远距离传动a max=8mm ；⑥成本低。 缺点：①瞬时传动比不恒定i；②传动不平衡；③传动时有噪音、冲击；④对安装粗度要求较高。 4、应用：适于两轴相距较远，工作条件恶劣等，如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。中低速传动：i≤8（I=2~4），P≤100KW， V≤12-15m/s，无声链V max=40m/s。（不适于在冲击与急促反向等情况下采用） 9.2传动链的结构特点 链传动的主要类型 1）按工作特性分：
起重链——用于提升重物——V ≤0.25m/s；牵（线）引链——运输机械——V ≤ 2~4m/s； 传动链——用于传递运动和动力——V ≤12~15m/s。 优点：结构简单、重量轻、价廉、适于低速、寿命长、噪音小、应用广。 2）传动链接形式分：套筒链； （套筒）滚子链—属标准件选用、合理确定链轮与链条尺寸，—短节距精密滚子链； 齿形链；成型链四种。 ①套筒滚子链（结构与特点）动配合，可 相对运动，相当于活动铰链，承压面积A（投影）——宽×长投影组成： 5 滚子；4 套筒；3 销轴；2 外链板；1 内链板动配合。当链节进入、退出啮合时，滚子沿 齿滚动，实现滚动摩擦，减小磨损。套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合（压配）固联，使内、外链板可相对回 转。 为减轻重量、制成“ 8”字形，亦有弯板。这样质量小，惯性小，具有等强度。磨损：——主 要指滚子与销轴截面之间磨损。而内、外板之间留有间隙，保证润滑油进入，此润滑降低磨损。 表9-1，P 越大，承载能力越高。 参数：P—节距，b1—内链板间距，C—板厚，d1—滚子直径，d2—销轴直径，P—排距当低速时也可以不用滚子——称套筒链多排链——单排链用销轴并联——称多排链（或双排链）排数↑→承载能力↑ 但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4 列为宜 链接头型式：链节数为偶数（常用）——内链板与外链板相接——弹性锁片（称弹簧卡）或大节距（称开口销）——受力较好 弹性锁片——端外链板与错轴为间隙配合链节数为奇数——用过渡链节固联——（如图9-4b）产生附加弯矩——受力不利， 尽量不用。 固联——内（外）链板与内（外）链板相接 图9-4c —是板链—弹性好、缓冲、吸振在低速、重载、冲击和经常正反转工作情况。安全过渡链节（图9-4c）——弯板与销滚子链标记：链号—排数×链节数标准号套筒滚子链规格与主要参数——表9-1 2、齿形链——如图9-5 各组齿形链板要错排列，通过销轴联接而成。链板两工作侧边为直边， 夹角为60°或70°，由链板工作边与链轮齿啮合实现传动。齿形链轴可以是圆柱销轴，也可以是其它形式（滚 柱式）——图9-6，b——两个链片、c 图为连接两链片的一对棱柱销轴，链节相对转动时，两棱柱可相互滚动。使铰链磨损减少。 齿形链设导板，以防链条轴向窜动：内导板—导向性好；外导板铰链形式：圆销式；轴互式；滚柱式齿形链的齿形特点：传动平稳、承受冲击好、齿多受力均匀、噪音较小、故称无声链。 允许速度V 高，特殊设计齿形链V=40m/s ，但结构较复杂、价格贵、制造较困难、也较重。摩 托车用链应用于高速机运动精度，要求较高的场合，故目前应用较少。 0.95 ~ 0.98 一般 0.98 ~ 0.99 润滑良好 9.3滚子链链轮的结构与材料（套筒滚子链） 要求掌握：1）链轮齿形的设计要求；2）链轮齿形特点；3）链轮的主要参数； 4）链轮的结构型式有哪些；5）对链轮的材料要求及适用情况
机械设计基础说课稿(原)(完整资料).doc
此文档下载后即可编辑 一、课程的性质、作用和目标 1．课程的性质、作用 根据教育部16号文《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》的精神，以加强素质教育、强化职业道德、增强职业能力为宗旨，培养学生诚信品质、敬业精神、责任意识、遵纪守法意识；培养学生的社会适应性，提高学习能力，学会交流沟通和团队协作，提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创业能力。结合我院的具体情况和办学特色确定《机械设计基础》在数控技术专业中的性质与作用。 我校数控技术专业每届有170人左右学生，就业领域主要面向制造业。其主要就业岗位（群）是数控机床的操作、编程、工艺规程编制与实施；相近就业岗位（群）是生产管理等。机械设计基础是数控专业必修的一门主干职业基础课，为学生毕业后从事上述工作岗位打下坚实的基础。本课程的先修职业基础课程为机械制图、计算机绘图、工程力学、金属材料与成型工艺，并进行了金工实习，后续课程有机械制造技术、液压与气动技术等职业技术课程。对学生完成整个专业的学习，起到承上启下的重要作用。是学生获得职业基础能力的桥梁与纽带。 2．课程目标 本课程使学生掌握常用机构与通用零件的基本原理、性能特点、使用、维护的基础知识和设计方法，培养学生具备选用、维护和改造简单传动装置及零部件的初步能力，同时注重培养学生正确的设计思想与严谨的工作作风。 通过本课程的教学，使学生达到以下基本目标： （１）熟悉常用机构的工作原理、组成及其特点，掌握常用机构的分析和设计的基本方法。 （２）熟悉通用机械零件的工作原理、结构及其特点，掌握通用机械零件的选用和设计的基本方法。 （３）具有对机构分析、设计的初步能力。
机械设计基础课教案
4-1解分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶隙 中心距 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚、齿槽宽 4-2解由可得模数 分度圆直径 4-3解由得
4-4解分度圆半径 分度圆上渐开线齿廓的曲率半径 分度圆上渐开线齿廓的压力角 基圆半径 基圆上渐开线齿廓的曲率半径为0； 压力角为。 齿顶圆半径 齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径 齿顶圆上渐开线齿廓的压力角 4-5解正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径： 基圆直径 假定则解得 故当齿数时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数，基圆小于齿根圆。 4-6解中心距 内齿轮分度圆直径 内齿轮齿顶圆直径 内齿轮齿根圆直径 4-7 证明用齿条刀具加工标准渐开线直齿圆柱齿轮，不发生根切的临界位置是极限点正好在刀具 的顶线上。此时有关系： 正常齿制标准齿轮、，代入上式
短齿制标准齿轮、，代入上式 图 4.7 题4-7解图 4-8证明如图所示，、两点为卡脚与渐开线齿廓的切点，则线段即为渐开线的法线。根据渐开线的特性：渐开线的法线必与基圆相切，切点为。 再根据渐开线的特性：发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，可知： AC 对于任一渐开线齿轮，基圆齿厚与基圆齿距均为定值，卡尺的位置不影响测量结果。 图 4.8 题4-8图图4.9 题4-8解图 4-9解模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径大，所以基圆直径就大。根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率大,基圆大，则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿 厚均为大值。 4-10解切制变位齿轮与切制标准齿轮用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，它们的模数、压 力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。故参数、 、、不变。 变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。因此、 、变大，变小。 啮合角与节圆直径是一对齿轮啮合传动的范畴。
机械设计基础
第一章机械零件常用材料与结构工艺性 Q235:Q:“屈”,235:屈服点值 50号钢:平均碳得质量分数为万分之50得钢 第二章:机械零件工作能力计算得理论基础 (必考或者二选一)+计算 1，在零件得强度计算中,为什么要提出内力与应力得概念？ 因为要确定零件得强度条件 内力:外力引起得零件内部相互作用力得改变量。 应力为截面上单位面积得内力。 2，零件得受力与变形得基本形式有哪几种？试各列出1~2个实例加以说明。轴向拉伸与压缩;剪切与挤压;扭矩;弯曲 △ 第四章螺旋机构P68四选一 1、试比较普通螺纹与梯形螺纹有哪些主要区别？为什么普通螺纹用于连接而梯形螺纹用于传动？ 普通螺纹得牙型斜角β较大,β越大,越容易发生自锁,所以普通螺纹用于连接。β越小,传动效率越高,固梯形螺纹用于传动。 2、在螺旋机构中,将转动转变为移动及把移动转变为转动有什么条件限制？请用实例来说明螺母与螺杆得相对运动关系。 转动变移动升角要小,保证可以自锁;而升角大得情况下,移动可转为转动 3、具有自锁性得机构与不能动得机构有何本质区别？ 自锁行得机构自由度不为0,而不能动得机构自由度为0 4、若要提高螺旋得机械效率,有哪些途径可以考虑？ 降低摩擦,一定范围内加大升角,降低牙型斜角;采用多线螺旋结构 第五章平面连杆 1、为什么连杆机构又称为低副机构？它有那些特点？ 因为连杆机构就是由若干构件通过低副连接而成得 特点就是能实现多种运动形式得转换 2、铰链四连杆机构有哪几种重要形式？它们之间只要区别在哪里？ 1，曲柄摇杆机构 2，双曲柄机构 3，双摇杆机构 区别:就是否存在曲柄,曲柄得数目,以及最短杆得位置不同。 3、何谓“整转副”、“摆转副”？铰链四杆机构中整转副存在得条件就是什么？ 整转副:如果组成转动副得两构件能作整周相对转动,则该转动副称为整转副 摆转副:如果组成转动副得两构件不能作整周相对转动…… 条件:1,最长杆长度+最短杆长度≤其她两杆长度之与(杆长条件) 2,组成整转副得两杆中必有一个杆为四杆中得最短杆。 4、何谓“曲柄”？铰链四杆机构中曲柄存在条件就是什么？ 曲柄就是相对机架能作360°整周回转得连架杆
机械设计基础习题答案
平面机构及其自由度 1、如图a所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。 解 1）取比例尺 绘制其机构运动简图（图b）。 l 图 b） 2）分析其是否能实现设计意图。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
GAGGAGAGGAFFFFAFAF 由图b 可知，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F 故：00)0142(33)2(3=--+?-?='-'-+-=F p p p n F h l 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 3）提出修改方案（图c ）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c 给出了其中两种方案）。
GAGGAGAGGAFFFFAFAF 图 c 1） 图 c 2） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。 解：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F 解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F 3、计算图示平面机构的自由度。
GAGGAGAGGAFFFFAFAF 解：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F
机械设计基础知识点总结
n P t P α γ C D A B ω P 12δδt h s = 12ωδt h v = 2=a 21222δδt h s =12 1 24δδωt h v =22 124t h a δω=2122)(2δδδ-- =t t h h s )(4121 2δδδω-=t t h v 22124t h a δ ω-=绪论：机械：机器与机构的总称。机器：机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。机构：是具有确定相对运动的构件的组合。用来传递运动和力的有一个构件为机架的用构件能够相对运动的连接方式组成的构件系统统称为机构。构件：机构中的（最小）运动单元一个或若干个零件刚性联接而成。是运动的单元，它可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构。零件：制造的单元。分为：1、通用零件，2、专用零件。 一：自由度：构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。 约束：对构件独立运动所施加的限制称为约束。运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。低副：两构件通过面接触而构成的运动副。根据两构件间的相对运动形式，可分为转动副和移动副。F = 3n- 2PL-PH 机构的原动件（主动件）数目必须等于机构的自由度。复合铰链：三个或三个以上个构 件在同一条轴线上形成的转动副。由m 个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应 为（m-1）个。虚约束：重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。局部自由度: 与输出件运动无关的自由度，计算机构自由度时可删除。 二：连杆机构：由若干构件通过低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。优点：(1)面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传力大。(2)低副易于加工，可获得较高精度，成本低。(3)杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制。(4)可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹。缺点：(1)低副中存在间隙，精度低。(2)不容易实现精确复杂的运动规律。铰链四杆机构：具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。整转副：存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。构成：整转副是由最短杆及其邻边构成。类型判定：(1）如果：lmin+lmax ≤其它两杆长度之和，曲柄为最短杆；曲柄摇杆机构：以最短杆的相邻构件为机架。双曲柄机构：以最短杆为机架。双摇杆机构：以最短杆的对边为机架。(2)如果： lmin+lmax ＞其它两杆长度之和；不满足曲柄存在的条件，则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。急回运动：有不少的平面机构，当主动曲柄做等速转动时，做往复运 动的从动件摇杆，在前进行程运行速度较慢，而回程运动速度要快，机构的这种性质就是所谓的机构的“急回运动”特性。 压力角：作用于C 点的力P 与C 点绝对速度方向所夹的锐角α。传动角：压力角的余角γ，死点：无论我们 在原 动件上施加 多大的力都不能使机构运 动，这种位置我们称为死点γ=0。解决办法：（1）在机构中安装大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点；（2）利用多组机构来消除运动不确定现象。即连杆BC 与摇杆CD 所夹锐角。 三：凸轮: 一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。从动件: 被凸轮直接推动的构件。机架: 固定不动的构件(导路)。凸轮类型：(1)盘形回转凸轮(2)移动凸轮 (3)圆柱回转凸轮 从动件类型：(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件(1)直动从动件 (2)摆动从动件 1基圆：以凸轮最小向径为半径作的圆，用rmin 表示。2推程：从动件远离中心位置的过 程。推程运动角δt ；3远休止：从动件在远离中心位置停留不动。远休止角δs ；4回程:从动件由远离中心位置向中心位置运动的过程。回程运动角δh ；5近休止:从动件靠近中心位置停留不动。近休止角δs ˊ；6行程:从动件在推程或回程中移动的距离，用 h 表示。7从动件位移线图：从动件位移S2与凸轮转角δ1之间的关系曲线称为从动件位移 线图。1.等 速运动规 律: 1、特点：设计简单、匀速进给。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。 2、等加速等减速运动规律: 推程等加速段运动方程： 推 程 等减速段运动方程： 柔 性冲击:加速度发 生有限值的突变（适用于中速场合） 3、简谐运动规律: 柔性冲击 四：根切根念：用范成法加工齿轮时，有时会发现刀具的顶部切入了轮齿的根部，而把齿根切去了一部分，破坏了渐开线齿廓，如图这种现象称为根切。 根切形成的原因：标准齿轮：刀具的齿顶线超过了极限啮合点N 。 不根切的条件可以表示为： 不根切的最少齿数为： 标准齿轮：指m 、α、ha*、c* 均取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度圆齿厚s 等于齿槽宽e 的齿轮。 成型法：加工原理：成形法是用渐开线齿形的成形铣刀直接切出齿形。加工：(a) 盘形铣刀加工齿轮。(b)指状铣刀加工齿轮。缺点：加工精度低；加工不连续，生产率低；加工成本高。优点：可以用普通铣床加工。 范成法：加工原理：根据共轭曲线原理，利 用一对齿轮互相啮合传动时，两轮的齿廓互为包络线的原理来加工。加工：(a)齿轮插刀:是一个齿廓为刀刃的外齿轮。(b)齿条插刀（梳齿刀）:是一个齿廓为刀刃的齿条。原理与用齿轮插刀加工相同，仅是范成运动变为齿条与齿轮的啮合运动。(c)滚刀切齿:原理与用齿条插刀加工基本相同,滚刀转动时，刀刃的螺旋运动代替了齿条插刀的展成运动和切削运动。 九：失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。类型：（1）断裂。在机械载荷或应力作用下(有时还兼有各种热、腐蚀等因素作用)，使物体分成几个部分的现象，通常定义为固体完全断裂，简称断裂。静力拉断、疲劳断裂。（2）变形。由于作用零件上的应力超过了材料的屈服极限，使零 1 1PN PB ≤2 sin sin * α α mz m h a ≤ α 2* min sin 2a h z = )]cos(1[212δδπt h s -=)sin(2112δδπδωπt t h v =)cos(2122122δδπ δωπt t h a =
机械设计基础习题及答案
机械设计基础复习题（一） 一、判断题：正确的打符号√，错误的打符号× 1．在实际生产中，有时也利用机构的"死点"位置夹紧工件。( ) 2. 机构具有确定的运动的条件是：原动件的个数等于机构的自由度数。( ) 3．若力的作用线通过矩心，则力矩为零。( ) 4．平面连杆机构中，连杆与从动件之间所夹锐角称为压力角。( ) 5．带传动中，打滑现象是不可避免的。( ) 6．在平面连杆机构中，连杆与曲柄是同时存在的，即只要有连杆就一定有曲柄。 ( ) 7．标准齿轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等。( ) 8．平键的工作面是两个侧面。( ) 9．连续工作的闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算，以控制工作温度。( ) 10．螺纹中径是螺纹的公称直径。（） 11．刚体受三个力作用处于平衡时，这三个力的作用线必交于一点。( ) 12．在运动副中，高副是点接触，低副是线接触。( ) 13．曲柄摇杆机构以曲柄或摇杆为原动件时，均有两个死点位置。( ) 14．加大凸轮基圆半径可以减少凸轮机构的压力角。( ) 15．渐开线标准直齿圆柱齿轮不产生根切的最少齿数是15。( ) 16．周转轮系的自由度一定为1。( ) 17．将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面。( ) 18．代号为6205的滚动轴承，其内径为25mm。( ) 19．在V带传动中，限制带轮最小直径主要是为了限制带的弯曲应力。( ) 20．利用轴肩或轴环是最常用和最方便可靠的轴上固定方法。( ) 二、填空题 1．直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是相等，相等。 2．螺杆相对于螺母转过一周时，它们沿轴线方向相对移动的距离称为 。 3．在V带传动设计中，为了限制带的弯曲应力，应对带轮的 加以限制。 4．硬齿面齿轮常用渗碳淬火来得到，热处理后需要加工。5．要将主动件的连续转动转换为从动件的间歇转动，可用机构。6．轴上零件的轴向固定方法有、、、等。7．常用的滑动轴承材料分为、、三类。8．齿轮轮齿的切削加工方法按其原理可分为和两类。9．凸轮机构按从动件的运动形式和相对位置分类，可分为直动从动件凸轮机构和凸轮机构。 10．带传动的主要失效形式是、及带与带轮的磨损。11．蜗杆传动对蜗杆导程角和蜗轮螺旋角的要求是两者大小和旋向。闭式蜗杆传动必须进行以控制油温。12．软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，其中大齿轮一般经处理，而小齿轮采用处理。
机械设计基础说课
大家好！我是机械工程学院周延昌，今天我进行的是《机械设计基础》说课。 我要从以下6个方面进行说课：1.课程设计与教学目标；2.教学内容分析； 3.教学过程； 4.教学方法与手段； 5.学情分析与学法指导； 6.教学评价。 一、课程设计与教学目标 本课程是机械类专业的一门综合性的专业基础课。该课程由静力学、工程力学、机械原理和机械设计4门课整合而成。 内容：典型机构和通用零件的工作原理；相应的国标；零部件的设计与选用。 本课程是学生最先接触的机械类专业课程之一，机械制图、高等数学是本课程的先修课程，本课程是后续将要学习的专业核心课程普通机加实训、数控编程与操作、机床结构等的基础。在教学中起到承上启下的作用 本课程的任务是使学生掌握常用机构和通用零件的基本理论和基本知识， 初步具有这方面的分析、设计能力，并获得必要的基本技能训练，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。 我们首先来观察一个典型机械插齿机的构造。该机械中包含了齿轮传动，带传动、四杆机构、轴、螺栓等。 参照该机构本课程打破了以陈述性知识讲授为主要特征的学科课程模式，将整个课程分为7个学习情境，每个学习情境是一个相对独立的工作任务。学习情境内容设计由简单到复杂进行编排，前6个学习情境组合在一起就是第7个学习情境——减速器设计。整个过程基于工作过程模式进行课程设计，采用学做一体化教学。 本课程采用以过程考核为主的考核方式。对每一个学习情境进行单独考核。不再考核简单的背诵和记忆力，而是考核学生的实际设计能力，所学知识的综合应用能力，培养学生的团队协作能力。 二、教学内容分析 7个学习情境中每个情境的知识内容与要求、技能内容与要求如图所示。通过该图表明确了所学知识点。 要完成教学任务必须有一定的资源支撑，教学资源从硬件和软件两个方面进行讲解。 硬件资源1)校内有CAD室4个，配有专门的绘图软件。2)绘图室1个，图板、绘图工具若干，足够胜任设计任务。3)校内有机械传动实验室，普车铣加工 车间，数控车铣加工车间，学生设计完之后可以进行实际加工。 软件资源：有教学资源课件，教学视频和自编的学习材料。 三、教学过程 在该图表中给出了各学习情境的课时分配，在理论教学讲解完之后，直接进行设计，真正实现“学、做”一体。 整个教学过程的重点是设计过程，所有知识都是为了设计为服务。
新版《机械设计基础》课后习题参考答案
机械设计基础习题参考答案 机械设计基础课程组编 武汉科技大学机械自动化学院
第2章 平面机构的自由度和速度分析 2-1画运动简图。 2-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。 4 3 5 1 2 解答：原机构自由度F=3?3- 2 ?4-1 = 0，不合理 ，
2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。 b) a) A E M D F E L K J I F B C C D B A 解答：a) n=7; P l=9; P h=2，F=3?7-2 ?9-2 =1 L处存在局部自由度，D处存在虚约束 b) n=5; P l=6; P h=2，F=3?5-2 ?6-2 =1 E、B处存在局部自由度，F、C处存在虚约束2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。 B D C A (a) C D B A (b) 解答：a) n=4; P l=5; P h=1，F=3?4-2 ?5-1=1 A处存在复合铰链 b) n=6; P l=7; P h=3，F=3?6-2 ?7-3=1 B、C、D处存在复合铰链 2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
A B C D E 解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 C 处存在复合铰链。 b) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 B D E C A c) n=3; P l =3; P h =2，F=3?3 -2 ?3-2 = 1 D 处存在局部自由度。 d) n=4; P l =5; P h =1，F=3?4 -2 ?5-1 = 1 A B C D E F G G' H A B D C E F G H I J e) n=6; P l =8; P h =1，F=3?6 -2 ?8-1 = 1 B 处存在局部自由度，G 、G'处存在虚约束。 f) n=9; P l =12; P h =2，F=3?9 -2 ?12-2 = 1 C 处存在局部自由度，I 处存在复合铰链。
机械设计基础试题及答案
A卷 一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同与其相互关系 答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。 2. 简述“机械运动”的基本含义 答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？ 答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。 5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？ 答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构
件破坏。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？ 答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minγ发生在什么位置？ 答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900。压力角（传动角）越小（越大），机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？ 答. 对于盘形凸轮，当外凸部分的理论轮廓曲率半径ρ与滚子半径 r T 相等时：ρ=r T ，凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径ρ’=0）。 在机构运动过程中，该处轮廓易磨损变形，导致从动件运动规律失真。增大凸轮轮廓半径或限制滚子半径均有利于避免实际轮廓变尖现象的发生。 9. 渐开线齿廓啮合有哪些主要特点？ 答. ①传动比恒定；②实际中心距略有改变时，传动比仍保持不变（中
机械设计基础答案
《机械设计基础》作业答案 第一章平面机构的自由度和速度分析1－1 1－2 1－3 1－4 1－5 自由度为： 或： 1－6 自由度为 或： 1－10 自由度为： 或： 1－11
1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知： s mm l AB /100=，s mm l BC /250=，s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。 在三角形ABC 中，BCA AB BC ∠=sin 45sin 0，52sin =∠BCA ，5 23cos =∠BCA ， 045sin sin BC ABC AC =∠，mm AC 7.310≈ 1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径20=r 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离mm l AC 15=，mm l AB 90=，s rad /101=ω，求00=θ和0180=θ时，从动件角速度2ω的数值和方向。 00=θ时 方向如图中所示 当0180=θ时
方向如图中所示
第二章 平面连杆机构 2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。 （1）双曲柄机构 （2）曲柄摇杆机构 （3）双摇杆机构 （4）双摇杆机构 2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s 。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得： 工作行程曲柄的转角01210=? 则空回程曲柄的转角02150=? 摇杆工作行程用时7s ，则可得到空回程需时： （2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s ，则曲柄每分钟的转数为 2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD 在水平位置上下各摆100，且mm l mm l AD CD 1000,500==。（1）试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。