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1、机械设计教案第1章 绪 论学时分配：2教学内容：1.1 机器机器的定义、作用、组成、机器的特征。1.2 机械零件、部件零件的定义、零件分类、通用零件、专用零件；部件的定义机械、机器、机构、部件、零件之间的关系。1.3 机械设计1.4 机械现化设计方法简介1.5 机械设备的组成与其它传动设计简介教学要点：机械设计是门技术基础课，讨论一般通用零件设计有关设计的理论与方法。1、设计就是把人们想要的“某种东西”具体制造出来的创造性思考，做出决定。它由性能、材料、和制造这三大要素组成。2、设计工作的主要内容包括工作原理的选择、运动设计、动力设计、零部件工作能力设计四部分，处理设计中出现矛盾的原则是：抓住
2、和正确解决主要矛盾；权衡轻重，恰如其分地处理次要矛盾。3、本课程的任务主要是培养学生掌握通用零、部件的工作原理、特点、选用、常规设计理论与方法，一般规律，使同学们具有实际机械传动装置和简单机械的能力；树立正确的设计思路，了解国家当前的技术经济政策；具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；掌握典型零件的实验方法，获得试验技能的基本训练；要对机械设计的新发展有所了解并具有分析问题和解决问题的能力。4、本课程的特点体现在：内容除总论外，有一定的顺序；内容繁杂(关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多)。5、本课程的学习方法就注意它是一门从理论性课程过渡到结合工程实际设计性课程，
3、与其它课程如“材料力学”、“机械原理”的学习方法有根本的差别。6、目前常见或较易见到的设计方法和设计理念有：计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、并行设计、反求设计、虚拟产品设计、质量驱动设计、参数化设计、智能设计、分形设计、基于实例设计、网上设计等。本课程讲的主要是机械零件的强度设计和结构设计，对现代设计方法作一简单介绍，向学生提供参考书目，必要时可开现代设计方法专题讲座。6、一般的机械设备是由动力装置，传动装置，工作执行装置和控制操纵装置组成。传动装置有机械传动，电力传动，液压传动，气压传动和它们的组合等形式。本课程主要讲机械传动。对电力、气压、液压传动的特点和应用作一简单介绍。7、本课程
4、安排为：总学时70，其中课内学时64，其中实验学时6，课程设计3周。第2章 机械设计总论学时分配：4教学内容：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教学要点：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
5、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
6、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 机械零件的强度学时分配：4教学内容：3.1 疲劳极限线图3.2 单向变应力时的强度计算方法3.
7、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 机械零件接触强度教学要点：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；
8、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、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
9、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
10、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、磨损及润滑学时分配：2教学内容
11、：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 流体动压润滑原理教学要点：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，
12、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、
13、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，流动时各油层间存在切应力，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、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
14、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学时分配：6教学内容：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 螺旋传动教学要点：了解螺纹联接的基本知识，掌握螺栓联接结构设
15、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d20.5(d+d1)、螺距P、导程（S）、线数n、螺旋升角、牙型角、牙型斜角。5、常用螺纹的种类、特点与应用，比较具体见表4-1。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
