机械设计教案

教材分析

1.教材基本信息

教材名称：机械设计

出版社：高等教育出版社

主编：濮良贵

出版时间：5月第9版

2.章节内容

第一章绪论

第二章机械设计总论

第三章机械零件强度

第四章摩擦、磨损及润滑

第五章螺纹连接机螺旋传动

第六章键、花键、物件连接和销联结

第七章钟接、焊接、胶接和过盈连接

第八章带传动

第九章链传动

第十章齿轮传动

第十一章蜗杆传动

第十二章滑动轴承

第十三章滚动轴承

第十四章联轴器和离合器

第十五章轴

第十六章弹簧

第十七章机座和箱体

第十八章减速器和变速器

3.教学伎俩和方法

教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

教学伎俩：课件演示、视频课件

4.实训教学步骤

实训一：连接件认知（螺栓、键、销）

实训二：传动部件认知（带、齿轮、蜗杆、链传动）

实训三：轴系部件认知（轴、轴承、联轴器、离合器等）

5.教材优缺点分析

优点：《“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材：机械设计（第9版）》

是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，是在西北工业大学机械原理及机

械零件教研室编著，濮良贵、纪名刚主编《机械设计》（第八版）基础匕依照教

育部制订“机械设计课程教学基本要求”和编者多年来教学实践经验，考虑加强学

生素质教育和能力培养，结合拓宽专业面后教学改革以及我国机械工业发展需要修

订而成。内容上能够反应该代机械设计最新技术，具备较强针对性和实用性。书后

附录有惯用量名称、单位、符号及换算关系。教材覆盖面广，较为权威。

缺点：配套习题略少，没有配套试验指导类教材

6.参考教材

机械设计指导手册（图书馆）

机械设计课程设计

机械设计习题集

第1次2课时

单元标题：

第一章绪论第二章机械设计总论

课堂类别；理论

教学目标：

1、了解机器组成；明确零件概括分类及零件与机器关系C

2、明确本课程内容、性质和任务；注意本课程与先修课程及后续课程关系和

对应学习方法。

3、深刻了解机械零件失效形式及应满足基本要求。

4、深刻了解机械零件设计准则及设计方法。

教学重难点：

重点：机器主体及其基本组成要素和机械零件分类，机械零件（局部）和机器（总体）

关系；

难点：机械零件失效形式及设计步骤

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

第一章绪论

㈠内容

1、机器在经济建设中伦用

2、机器基本组成要素

3、本课程内容、性质、任务

机械设计是以通常通用零部件设计为关键设计性课程，而且是阐述它们基本设计理

论与方法，用以培养学生具备设“通常机械能力技术基础课程。

本课程目标与任务在于培养学生：

1、掌握通用机械零部件工作原理、特点、选取及设计理论与设计计算方法。

2、初步树立正确设计思想，了解设计通常规律，具备设计机械传动部件及简单机

械能力，以及培养学生独立处理问题和分析问题能力。

3、具备利用标准、规范、手册、图表和查阅关于资料能力。

4、学会经典零件试验方法，取得试验技能基本训练。

第二章机械设计总论

（一）内容

1、机器组成：原动机、传动部分、执行部分、控制系统及辅助系统等。

2、设计机器通常程序：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制

阶段

3、对机器主要要求：使用功效要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、寿

命和可靠性要求、其余要求。

4、机械零件主要失效形式：整体断裂、过大残余变形、零件表面破坏、破坏正常

工作条件引发失效。

5、设计机械零件时应满足基本要求：

1）防止在预定寿命期内失效要求；

2）结构工艺性要求3）经济性要求4）质量小要求5）可靠性要求

6、机械零件计算准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠

性准则

设计方法：理论设计、经验设计、模型试验设计

7、机械零件设计通常步骤

8、机械零件材料选取标准

9、机械零件设计中标准化

（二）基本要求

1、明确机器组成，了解机器要求及其设计程序。

2、深刻了解机械零件失效形式及应满足基本要求。

3、深刻了解机械零件设计准则及设计方法。

4、了解机械零件通常设计方法，重视结构设计及标准化工作c

5、了解通常机械零件材料及选取标准。

（三）重点、难点及学习注意事项

本章特点在于从机器设计总要求出发，引出与机械零件设计关于一些标准性问题。

这些问题，比如设计机器通常程序、机械零件失效形式、零件设计要求、设计准则、

设计方法、设计步骤及材料选择等，一直贯通在本书以后各章中。

本章学习首先要从总体上建立起机器设计，尤其是机械零件设计总括性概念，即从

机器总体要求出发，引出对机械零件要求，依照零件失效形式，确定出设计准则，

在选择出适用材料后，按一定步骤，用理论设计或经验设计方法，设汁出机械零件

来。这个过程系统性是很严密。它对以后各章学习都具备提要挈领作用。其次，还

要掌握对机器和机械零件基本要求。这些要求本质上讲有两条：1）提升机器总体效

益：2）防I卜失效c第一条要求是相正确.伴随科学技术发展,对总体效益要求总是

不停改变。第二条要求却是最基本，即在达成设计寿命前任何时候，对机器和零件

总是有防止失效要求。要求学生在以后各章节学习中，不停地结合各章详细分析来

逐步加深了解。

4.教学小结及作业

1）机械零件失效形式有哪些？

第2次2课时

单元标题：

第三章机械零件强度

课堂类别：理论

教学目标:

掌握惯用强度理论，并能正确利用；正确选取强度计算中极限应力；熟练掌握

极限应力线图绘制与分析；熟练拿握稳定变应力时疲劳强度计算及等效转化概念；

了解单向不稳定变应力疲劳强度计算。

教学重难点：

重点：惯用强度理论正确利用及强度计算中极限应力正确选定；极限应力线图意义、

绘制；稳定变应力时疲劳强度计算。

难点：无。

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

第三章机械零件强度

1.强度问题：

静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力改变次数小于•103通用零

件，均按静应力强度进行设计。（材料力学范围）

变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。

2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间试验而发生破坏。

3.疲劳破坏原因：材料内部缺点、加工过程中刀痕或零件局部应力集中等造成产生

了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，伴随循环次数增加，裂纹不停扩展,

直至零件发生突然断裂。

4.疲劳破坏特征:

1）零件最大应力在远小于静应力强度极限时，就可能发生破坏；

2）即使是塑性材料，在没有显著塑性变形下就可能发生突然脆性断裂。

3）疲劳破坏是一个损伤累积过程，有发展过程，需要时间。

4）疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。

§3-1材料疲劳特征

一、应力分类

1、静应力:大小和方向均不随时间改变，或者改变迟缓。

2、变应力:大小或方向随时间而改变。

I）稳定循环变应力：以下各参数不随时间改变变应力.

m—平均应力；a—应力幅值

max—最大应力；min一最小应力

r一应力比（循环特征）

描述规律性交变应力可有5个参数，

但其中只有两个参数是独立。

2）非稳定循环变应力：参数随时间改变变应力。

（1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性改变称为。

（2）随机变应力：随机改变。

二、疲劳曲线

1、-N曲线：应力比r一定时，表示疲劳极限（最大应力）与循环次数N之间关系

曲线。

大多数零件失效在C点右侧区域,称高周疲劳区N>10"

高周疲劳区以N。为界分为两个区:

有限寿命区(CD)：N<No,循环次数N,对应极限应力bv。

b川一一条件疲劳极限。

曲线方程为

无限寿命区：N2N0时，曲线为水平直线，对应疲劳极限是一个定值，用by表示。

当材料受到应力不超出b?时，则能够经受无限次应力循环而不疲劳破坏。即寿

命是无限。

6——疲劳极限产"。/%)

因为bhNy,&=c

2、等寿命疲劳曲线(极限应力线图)

定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间关系曲线。

理论疲劳曲线：

经过试验得二次曲线以下列图。

对应的

方命为No

即在曲线b,+6“=5nax=4（寿命为循环基数NO）

在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。

实际疲劳曲线:

在直线C6,上任何一点都有

A,G,线疲劳强度线。其上点表示疲劳极限应力

由A,、G,两点坐标可得A,G,线直线方程

%=C,+0Q”

其中“骨,试件受循环弯曲应力时材料常数,

碳钢外二°」一°.2

合金钢%=0.2—0.3

CG,线屈服强度线。其上点表示屈服极限

由C点坐标和直线斜角可得CG,线方程

'f

%=%

§3-2机械零件疲劳强度计算

一、零件极限应力线图

引入K。一弯曲疲劳极限综合影响系数

则“CT-1

。1材料对称循环弯曲疲劳极限

。一垣一零件对称循环弯曲疲劳极限

将材料极限应力线图中直线A,D,3,按百分比Ko向下移,,,部分按静强度考虑,

故不作修正。即得零件极限应力线图，以下

故各点坐标为

4(0,,),4岸,全)，C点坐标不变

采取一样方法，可得AG直线方程:

直线CG方程为：

'f

弯曲疲劳极限综合影晌系数Ka=（匕+-L—j-L

［分Pa）P.

熊一零件有效应力集中系数。（在正应力作用下）

分一零件尺寸系数。（在正应力作用下）

乩一零件表面质量系数。（在正应力作用下）

凡一零件强化系数。（在正应力作用下）

二、单向稳定变应力时机械零件疲劳强度计算

所以:

计算安全系数及疲劳强度条件为:

机械零件可能发生经典应力改变规律有以下三种:

应力比为常数：厂C

平均应力为常数。m=C

最小应力为常数。min=C

1、r=C

厂C时，应该有

_Omax—binin_1-_Qf

联解OM、AG直线方程可得M,坐标（5，。、°，"），相加即为M点零件疲劳极限:

‘一'一'b」（b，”+b，，）JOmax

^max=（Tae+me=T；----；------=~^----；------

由上式得

6im_b(nax

S’.《>s

OGnax

假如极限应力点为N’,极限应力为屈服极限6,所以强度条件为:

C_，im_巴max

———>s

b0,inaxa+6”

其它加载方式相同。

2、

联解直线MM2'与直线AG方程，求出M2'点横纵坐标值，并相加:

S_b|im_%iax_b-1+(K“->g

OMaxK式4+品)

^min=0

3、

即°min=5”-b，=C为与横轴夹角450斜直线，故可过M作斜线LM',M3'

点即为极限应力点。

一样方法可得:

2%+(K“一外""in之5

c=。1而=bfnax

一一

ca(七+削瓯+限广

图3-8时的极限应力

图3-7。1n=C时的极限应力

三、双向稳定变应力时机械零件疲劳强度计算

当零件上同时作用有同相位稳定对称循环变应力sa和ta时，由试验得出极限应力

关系式为：]

rZa1

r-icI

3+㈢"CL^

SJ/

式中az及a，为同时作用切向及左。匕甘

D'B旦_

(T-lc

幅极限值。

因为是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线AM'B上任何一个点即代表

一对极限应力。a'及Ta'

若作用于零件上应力幅a及a如图中M点表示,则因为此工作应力点在

极限以内，未达成极限条件，因而是安全O

§3-4机械零件接触强度

接触应力：当两零件以点、线相接处时，其接触局部会引发较大应力。这局部应力

称为接触应力。

£

中±』

_外8P1)

LIF*]

1L^」

赫兹公式：

其中：综合曲率

11,1

——=---±----

pP\Pl

4.作业

3-1.3-2

第3次2课时

单元标题：

第五章螺纹联接及螺旋传动5.1螺纹5.2螺纹连接类型和标准连接件

5.3螺纹连接预紧5.4螺纹连接防松

课堂类别：理论

教学目标：

经过此次教学，让学生掌握螺纹联接类型及防松方法

教学重难点：

重点：螺纹联接类型及防松原理

难点：无

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

一、螺纹形成

二、螺纹类型

三角t（普通螺纹）、管螺纹一一联接螺纹（精密传动）

按牙型矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹一一传动螺纹

三、螺纹主要参数（图4-3）

1）外径d（大径）（D）2）内径（小径）dl（Dl）

3）中径d24）螺距P5）导程（S）6）线数n

7）螺旋升角力〃=arctgL/血，=arctg

nd1

8）牙型角a9）牙型斜角B

f

螺旋副自锁条件为:W&叭尸吆一'------=circtgf,

cosp

螺旋副传动效率为：

次（夕+。丫）

四、惯用螺纹种类、特点与应用比较

螺纹联接类型及螺纹联接件

一、螺纹联接主要类型

1、螺栓联接

2、双头螺栓联接

3、螺钉联接

4、紧定螺钉联接

螺纹联接件

螺纹联接预紧与防松

一、预紧

螺纹联汽松联接一一在装配时不拧紧，只存受外载时才受到力作用

紧联接一一在装配时需拧紧，即已预先受力，预紧力QP

预紧目标：保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要求。

・•.T=KQ,,d）通常K=0.1~0.3

二、防松：

1、防松目标

实际工作中，外载荷有振动、有改变、材料高温需变等会造成摩擦力降低，螺

纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零，从而使螺纹联接松动，所以，必须进

行防松。

2、防松原理一一消除（或限制）螺纹副之间相对运动，或增大相对运动难度。

3、防松方法及方法

1）摩擦防松一一双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等

2）机械防松：开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用带翅垫

片，止动垫片，串联钢丝等。

3）永久防松：端钾、冲点（破坏螺纹）、点焊

4）化学防松一一粘合

讨论：双头螺栓联接，旋入端怎样防松？

①利用螺尾旋紧产生横向扩张；②利用过盈配合达成横向扩张；③利用杆端预

紧，产生轴向预紧作用

5.课后作业

5-1、5-2

第4次2课时

单元标题：

5.5螺纹组连接设计

课堂类别：理论

教学目标：

经过此次课学习，使学生掌握螺栓组连接设计及强度计算

教学重难点：

重点：螺栓受横向载荷、转矩、倾覆力矩时受力（普通螺栓和绞制孔螺栓两种）

难点：无

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

1螺栓组连接结构设计

1）要设计成轴对称儿何形状。

2）螺栓布置应使螺栓受力合理

3）螺栓布置应有合理间距、边距

4）同一组螺栓连接中各螺栓直径和材料均应相同

5）防止螺栓承受偏心载荷

2、螺栓组连接受力分析

螺栓组受力分析目标：依照螺栓组连接结构和受载情况，求出受载最大螺栓及其受

力。受力分析是在作以下假设条件下进行，即：

a.同组中各螺栓都受相同预紧力

h.螺栓组对称中心与被连接结合面形心重合

c.被连接件为刚体，连接结合面为刚性平面。

d.螺栓变形在弹性范围内。

1）受轴向载荷螺栓组连接

单个螺栓工作载荷为F二P/Z

P——轴向外载

Z——螺栓个数

2）受横向载荷螺栓组连接

特点：普通螺栓，较制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线、防滑

普通螺栓一一受拉伸作用

校制孔螺栓一一受横向载荷剪切、挤压作用。

单个螺栓所承受横向载荷相等FR=k2/Z

3）受横向扭矩螺栓组连接

（1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷

（2）矩形接合面

a）普通螺栓连接

zr=o

由静平衡条件

・•・连接件不产生相对滑动条件为：rJF+于Fr?+…+fF，zNT=KsT

则各个螺栓所需预紧力为

〃,二%二叱

/（4+G+..•+%）应

b）较制孔螺栓连接组

由变形协调条件可知，各个螺栓变形量和受力大小与其中心到接合面形心距离成正

比

FRI_^R2__FRZ

r\r2

由假设一一板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。在材料

弹性范围内，应力与应变成正比

_x.r?—^^niax_

丁丁"一『A

rmaxmax

由静平衡条件27=0

心田+七+…&=7

4、受翻转力矩螺栓组连接

特点：M在铅直平面内，绕0-0回转，只能用普通螺栓，取板为受力对象，由静平

衡条件

设单个螺栓工作载荷为Fi

口+以+…%="

T=T=皿而=白"（这里Lx=4）

AL]"max

••小x（即耳）=华迎

汴

r-l

7.作业

5-3.5-4

第5次2课时

单元标题：

5.6螺纹连接强度计算5.7螺纹连接件材料和许用应力5.8提升螺纹连接强度

方法

课堂类别：理论

教学目标：

经过此次课学习，使学生掌握螺栓受轴向载荷受力分析。

教学重难点：

重点：紧螺栓强度连接。

难点：紧螺栓强度连接。

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

单个螺栓联接强度计算

1、失效形式和原因

a）形式：多数为抗拉疲劳失效，静态失效较少，但严重过载拉断，螺牙剪断，螺

纹压溃等可出现。

b）失效原因：应力集中

应力集中促使疲劳裂纹发生和发展过程

2、设计计算准则与思绪

受拉螺栓：设计准则为确保螺栓疲劳拉伸强度和静强度

受剪螺栓：设计准则为确保螺栓挤压强度和剪切强度

一、松螺栓联接如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无QP,只有工作载荷F起拉伸作用,

防断。

强度条件为：（7=-^—<[（T]MPa—验算用

71,,

或4>、二一（mm）（设计用）一定公称直径d

式中：dl一一螺杆危险截面直径（mm）

[o]——许用拉应力N/mm2（MPa）

二、紧螺栓联接一一工作前有预紧力QP

工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下：

预紧力QP—产生拉伸应力。1复合应力状态°。。

螺纹摩擦力矩T1一产生剪应力T

a）

nQp之gW+口）,、2/QP

r=2L

—=——x-------------=tg^+<Pv）-7-'—-

_143dp42

b）16141

当M1O~0.48-^-=0.48b（或0.5b）

-----------4

L「

接第四强度理论：区“=Vcr2+3r2«1.3b

•,强度条件为：仁=工也<M式中：Q,

预紧力（N）

T1一一螺纹摩擦力矩，起扭剪作用，又称螺纹扭矩，N.mm

1.3一一系数将外载荷提升30%,以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度影响，这么

把拉扭曼合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续。

1、横向载荷紧螺栓联接计算一一主要预防被联接件错动

普通螺栓联接一一防滑

特点：杆孔间有间隙，靠拧紧后正压力由（QP）产生摩擦力来传递外载荷，确保联

接可靠（不产生相对滑移）条件为：设所须预紧力为QP

iJQp23

。”学一工彳乍前后不变，式中：f—接缝面间摩擦系数，i一拉缝界面

力

数目Ks—防滑系数（可靠性系数）Ks=l.l~L3

强度条件验算公式：为式：区.”=产片<[cr]

1/4成「

设计公式为：4>43：?

V加

校制孔螺栓联接一一防滑动

特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷R

进行工作螺栓剪切强度条件为：丁=qW京]MPa

依

螺栓与孔壁接触表面挤压强度条件为：aP=—^—<la]P

nun

R——横向载荷（N）；dO——螺杆或孔直径（mm）

Imin一一被联接件中受挤压孔壁最小长度（mm）,

[T：一一螺栓许用剪应力，MPa,（钢⑶—安全系数，

9"——螺栓或被联接件中较弱者许用挤压应力，MPa

2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算

特点：加载前有预紧力QP、轴向工作载荷F

只适于普通螺栓一一防断，受QP与F联合作用，如汽缸盖螺栓

工作特点：工作前拧紧，有QP；工作后加上工作载荷F

工作前、工作中载荷改变，求工作时总载荷Q二？

Q=Qp+^F=Qf^KcF=Qp+—^—F

+5

Q：,--残余预紧力

强度条件：

验算公式：％.”(MPa)

设计公式：423罟

(mm)一(公称直径)

V乃6]

5.作业

5-8.5-9

第6次2课时

单元标题：

第六章键、花键、无键连接和销连接

课堂类别：理论

教学目标：

经过此次课学习，使学生掌握平键、花键联接设计计算方法，了解其它联接类

型与特点

教学重难点：

重点：平键、花键联接强度计算

难点：无

教学方法与伎俩:

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

一、键联接类型与结构

松键联接一一靠侧面挤压，圆川方向剪切承载，工作前不打紧

1）平键；2）半圆键；3）花键

平键一一普通平键；导键与滑键。普通平键：A型、B型、C型

紧键联接：1）楔键联接；2）切向键联接

1、平键

普通平键一一用于静联接一即轴与轮毂间无相对轴向移动，

结构：两侧面为工作面，靠键与槽挤压和键剪切传递扭矩

轴上槽用盘铳刀或指状铳刀加工

轮毂槽用拉刀或插刀加工。

3）导向平键与滑键一一用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动联接

导向—键不动，轮毂轴向移动

动联接一一键随轮毂移动，滑移距离大时采取滑键

由（轴径）d查手册b（宽）Xh（高）XL（长）一强度验算

2、半圆键--------用于静联接（松联接）

轴槽用与半圆键形状相同铳刀加工，键能在槽中绕几何中心摆动，键侧面为工作面,

工作时靠其侧面挤压来传递扭矩。

特点：工艺性好，装配方便，尤其适适用于锥形轴与轮毂联接

缺点：轴槽对轴强度减弱较大。只适宜轻载联接。

3、楔键联接一一紧联接

普通楔键：上、下面为工作表面，有1：100斜度（侧面有间隙），

4、切向键一一两个斜度为1：100楔键联接，上、下两面为工作面（打入）布置在

圆周切向。

工作原理；靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩。

二、键联接强度校核

失效形式：r压溃（键、轴、毂中较弱者一一静联接）

〔磨损（动联接）

键剪断（较少）

1、平键联接强度校核。

普通平键：

a）则其挤压强度条件为：

N1()007/%200()r

cy-......=-------------=---------Mpa

'klklkid

⑸,]——许用挤压应力MpaT一—扭矩（Nmm）^—工作高度公。h/2

•工作长度d——轴径（mm）

b）剪切强度条件:

导向平键、滑键（动联接）

P=Mpa

[P]—许用比压

N100077%200（）71

T=—=-------------=---------<IrI

blblbld

[r]―键许用剪应力（N/mm2）

花键联接：花键联接是由多个键齿与键槽在轴和轮毂孔周向均布而成

花键齿侧面为工作面一一适适用于动、静联接

类型、特点和应用

1、特点：

2、花键类型①矩形花键③渐开线花键③三角形花键

二、花键联接设计计算

无键联接：用非圆剖面轴与毂孔组成联接一一称成型联接

型面联接轴和毂孔有柱形和圆锥形。

二、胀紧联接

销联接

作用：①主要用于零件间位置定位（定位销必须多于2个）；②传递不大载荷（都

有标准）；③安全保护装置中作剪断元件

类型：按用途定位销、联接销、安全

作业：

习题6-1、6-46-5

第7次2课时

单元标题：

连接件认知

课堂类别：实训

教学目标：

经过此次课学习，使学生认知常见联接类型与特点，熟悉螺栓、键、销连接应

用

教学重难点：

重点：联接件合理选取及计算

难点：无

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、学生分组实训、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：讲授、实训相结合

主要教学内容及过程

1、分组：每组学生20人，共分为三组进行。

2、理论讲授：教师分别讲解常见螺栓种类及应用，普通键联接、花键联接、销联

接等，并率领学生观摩实物及常见联接在汽车上应用。

发动机上螺栓连接、汽车变速箱输入轴及输出轴上花键联接、销联接

3、学生分组实操:

螺纹：拧紧力矩25N/M

4、总结提问阶段:

第8次2课时

单元标题：

第八章带传动8.1概述8.2带传开工作情况分析

课堂类别：理论

教学目标：

经过此次课学习，使学生了解弹性滑动概念，，掌握带传动受力分析和欧拉公

式

教学重难点：

重点：受力分析欧拉公式弹性滑动概念

难点：掌握带应力分布规律

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

一、带传动工作原理及特点

1、传动原理一一以张紧在最少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生

摩擦力来传递运动与动力

2、特点：

二、带传动主要类型与应用

a.平型带传动b.V带传动一一三角带一三角带传动

c.多楔带d.同时带传动

三、V带及其标准，三带胶带结构及标准

V带结构：帘布芯结构；绳芯结构

V型带标准.二角胶带规格、尺寸、使用等要求已经有国家标推

按祓面尺寸从小到大共有以下类型：YZABCDE

四、带传动工作情况分析

1、带传动受力分析：工作前（预紧）一一两边初拉力FO=FO

2）工作时（传递扭矩T）——两边拉力改变：①紧力F0-F1；②松边F0-F2

仅以主动轮边带为对象（隔离体）分析：

依照平衡条件：Z7；）=0Ff^-+F2^--Fl^-=0

444

——=>Ff=6-工=△尸一拉力差=传递有效圆周力。

工作中，紧边伸长，松边缩短，总长不变，但总带长不变。这个关系反应在力关系

上即拉力差相等（增量=减量）

即：K一尸0=冗）一尸2nK+F?=2外

因为拉力差即为接触弧上产生摩擦力总和，必与传递有效圆周力平衡：（取带轮为

隔离体即得）

Fe=Ff=F]-F2=kF

Fe——有效圆周力Ff——摩擦力总和

又依照：周向力与功率关系

带传递功率：P=上上（KW）

100（）

Fe——有效圆周力（N）V——带速（m/s）

Fe

K=-----

由式（6-1）和（6-2）得：1

生=%+彳

讨论：F1与F2与F0和Fe关于，Fe又与P关于，当Pf时，Fet,即Fft,但对

一定带传动其摩擦力Ff有一个极限值Ffmax—由Ffmax决定了带传动传动能力。

带传动最大有效圆周拉力及其影响

fa

与=*nZ=F2e式中：f—摩擦系数（对V型带Tf—fv代）

Fi

/）_n

a一包角（rad）通常为主动轮（小轮包角）。产180。--=~^60。（57.3）

a

e一自然对数底（e=2.718……）

联立"2=6一寸

书=X*

4、临界圆周力Fee

带传动最大有效圆周力（临界值（不打滑时））

『FLEd-击）—（唯导P。功率时要用）

efa—1fu

几二2外（g）=2$—fi）

1+--

e/a

5、影响原因分析---©F0：

②与。：。大接触弧长，Fee大，传递Fee大一传递扭矩T越大

③f：三角带fv>f,・・・V带承载能力大。

弹性滑动与打滑

1、弹性滑动一一不可防止

分析：主动轮上，带边走边收缩（•・•力越来越小），由此带变形逐步下降，带在开

始进入轮时与轮贴紧，而出轮时刖落后于轮，.♦•带速落后于轮速。

Vi>V——带相对于轮相对滑动速度；，

从动轮上，恰恰相反，带边走边伸长，带连高于轮速。V2<V

AV-V2=VS——带对轮相对滑动速度，这种现象称弹性滑动

结论：弹性滑动是在外力作川下经过摩擦力引发拉力差而使得带弹性变形量改变而

引发带在轮面上局部相对滑动现象（使带与轮速度有改变，使从动轮速度低于主动

轮）。

弹性滑动后果：

①从动轮速度V2小于主动轮速度VI,使传动比不恒定。

②传动效率nI。

③带磨损加剧。

2、打滑：一一正常工作时必须防止

打滑总是首先产生在小带轮上，（因为小轮上包角小）

③当PtffFettf,Fe>Ffc时，开始全方面打滑

弹性滑动与打滑区分：

弹性滑动是因为带是挠性件，摩擦力引发拉力差使带产生弹性变形不一样而引发,

是带传动所固有，是不可防止，是正常工作中允许。

而打滑是过载引发，是失效形式之一，是正常工作所不允许。是能够防止也是应该

防止。

弹性滑动影响：影响传动比i,使i不稳定，常发烧、磨损。

打滑影响：使带激烈磨损，转速急剧下降，不能传递T,不能正常工作。

3、滑差率£

二、工作应力分析

「紧边⑦

、拉应力

1——CT【松边/=K/A(Mpa)

A——带横截面积

2、离心应力一/Fc=^-V2—(N)——离心拉力

g

离心拉应力：a；=哼/4=空-(Mpa)式中：q——单位带比质量(N),g一

gA

一重力加速度g=9.8m/s2V——带浅速度(m/s)(巴在整个带长上相同)

3、弯曲应力一一外,作用在带轮段

V:0-,=—=£­—(Mpa)

卜WD

D越小，％越大：h越大，4越大，

带中应力分布情况----

从紧边6f松速6

外＞仆2——只在弯曲部分有外——带全长存在

・•.在A1点最大应力：0mux=6+%+々

巴2位置产生在紧边与小带轮相切处

工作时带中应力是周期性改变，伴随位置不一样，应力大小在不停地改变，.••带轻

易产生疲劳破坏。

思索：打滑是失效形式之一，不允许，应该防止，但乂有过载保护作用，是否矛盾？

（过载保护作用与打滑是否矛盾？）

第9次2课时

单元标题：

8.3普通V带传动设计计算8.4带轮设计8.5V带传动张紧、安装与维护课堂

类别：理论

教学目标：

经过此次课学习，使学生掌握带传动设计计算及带轮设计，熟悉带传动张紧、

安装与维护

教学重难点：

重点：带传动设计计算

难点：无

教学方法与伎俩:

L教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、麻生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

一、失效形式与设计计算

失效形式（主要）1）打滑；2）带疲劳破坏

2、设计准则：确保带在不打滑前提下，具备足够疲劳强度和寿命

二）、单根三角胶带功率一P0

不打滑条件：再=工6”一一临界摩擦状态（静不动下）

由疲劳强度条件：巴-=6+丹+4«。］

6一—与传递功率关于（即与打滑关于）［司一一许用拉应力

6491一4

.・传递极限圆周力：L）

eeJ

pVIv

•・传递临界功率：P=-^=c,A（\-）----

10001e^a1000

单根三角带在不打滑前提下所能传递功率为：

1V

4=（团-）41-刖）•而（KW）

式中：P0一一单根带带传递临界功率（KW）

V——带速（m/s）

Fee----临界圆周力（N）

［（7］一一一定条件下（材料）由疲劳强度决定许用拉应力

设计数据及内容

已知：P,nl,n2或i传动布置要求（中心距a）工作条件

要求是：「带：型号，把数，长度、

，轮：Dmin,结构，尺寸J中心距（a）轴压力Q等

设计步骤与方法（步一主要参数选择方法）

①确定计算功率Pea：七二KA"KA-工况系数，

②选择带型号：Pea,nl

③定带轮直径（验算带速V）

a）由表定小轮直径Dimin（与带型号关于）（计算直径）

或。2=区。1（1一£）二圆整（也可不圆整），£=002

%

b）验算带速VV=^7?,760x1000

要求：5m<V<25m/sf最好带速V=20~25m/s

如V太小，由P=FV可知，传递一样功率〈P时，圆周力F太大，带根数太多，且P1

太小，弯曲t,寿命I,方法：应DIt且轴承尺寸t）

V太大，则离心力太大，带与轮正压力减小，摩擦力I,传递载荷能力I,传递

一样载荷时所需张紧力增加，带疲劳寿命下降，这时方法D1应I,不然寿命太短。

如V不宜,则应重选D1

4）求中心距a和带基准长度Ld

a）初选aO0・7（.+02）<%<20+。2）或按结构尺寸要求定

b）由aO定计算长度（开口传动）

Ld，=2%+?（。1+4）+（*D）

24%

c）按表7-3定相近基础长度Ld

d）由节线长度L求实际中心距。。为+写必—对V

5）验算小轮包角

D-D

«180°一一=——!-x60°（57.3°）%>120°（90°）,

义不满足方法：1）at（i一定时）；2）加张紧轮.♦•通常i=3~5（V带）Max"1。

6）计算带根数Z

P

Z=----------------------<10

（PQ+^PQ）KaKLK

Ka一一包角系数；KL一一长度系数考虑带长度不一样影响原因。

K——材质系数：一一单根胶带考虑传动比i影响功率增量

7）确定带初拉力F0（单根带）

入二500区（2-5-K丫2（N）

“VZKa

8）求带作用于轴压力Q

Q=2ZFQcos殳=Z•2”cos^-幺）=2吊•Zsin4

2

带轮结构设计及带张紧与维护

1)实心式DW(2.5~3)d

2)胶板式300mm

3)孔板式DW300(Dl-D12100mm时)

4)轮辐式D>300

课后作业：8-2、8-3

第10次2课时

单元标题：

第九章链传动

课堂类别：理论

教学目标：

经过此次课学习，使学生了解套筒滚子链结构、掌握链运动不均匀性

教学重难点：

重点：链运动不均匀性和动载荷

难点：掌握链传动受力分析

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

一、链传开工作原理与特点

1、工作原理：两轮间以链条为中间挠性元件啮合来传递动力和运动。

2、组成；主、从动链轮、链条和张紧装置等。

3、特点

优点：①平均速比im准确，无滑动；②结构紧凑，轴上压力Q小；③传动效率而

n=98%；④承载能力高P=100KW；⑤可传递远距离传动amax=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。中低速传动：iW

8（I=2~4）,PW100KW,V^12-15m/so

二、链传动主要类型

套筒链；（套筒）滚子链一属标准件=＞选取、合理确定链轮与链条尺寸

套筒滚子链（结构与特点）

链接头型式：

链节数为偶数（惯用）一一内链板与外链板相接一一弹性锁片（称弹簧卡）或大节

距（称开口销）一一受力很好

链节数为奇数一一用过渡链节固联，受力不利，尽可能不用。

套筒滚子链链轮齿形及特点

端面齿形——是三圆弧一直线，弧源和一直线反

优点：接触应力小、冲击小、磨损少，不易跳齿与脱链

轴面齿形：两侧呈圆弧状，以利链节进入和退出啮合

加工方法：标准刀具加工，通常为成型铳刀（只要P相同，Z不一样全部链轮均能

加工）

三、链轮主要参数

1、链轮主要参数,

节距P,齿数Z,分度圆直径（公称直径）t7=P/sinl800/Z

链轮材料

要求：1）强度；2）耐磨；3）耐冲击（在冲击载荷时）

详细有普通碳素钢，优质碳素钢和合金钢，

2、链传动几何计算

1）、链节数LP（节线长度）

（Z）+Z2）2aZ2-Z12P

02P2兀a

2）、中心距a

g2）2-8（午4）2]

22乃

四、链传动运动特征

链传动与挠在正多边形轮子上带传动极其相同

正多边形边数、（Z）（齿数）

正多边形边长~（P）（节距）

当链轮转过一周，链移动距离一一ZP

当链轮转速为nl、n2时

yy-Z[P%__Z?P/

=（m/s）----平均速度

~60x1000-60x1000

平均传动比

瞬时传动比：*，c°s?*constan4

W24cosp

・•・即使随恒定,而W2随=>（九尸）而改变，・•・it不恒定。

IV

只有当Z1=Z2（di=dz）,0=y,a（中心距）为P整数倍时，，；=舟=M〃siant,因为此

情况下£、/改变处处相同。

结论：链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢速度改变。这就造成链运动速度不均

匀，不恒定作有规律周期性波动。

动载冲击——链传动动载荷

结论：链轮转速（nl）越高，节距（力）越大，（艮J齿数Z1越少），动载冲击越

严重，噪音越大。

当V一定，Z1多，P小，是非常有利。

当P、Z一定，则必须限制n,（疝一极限转速（表8-8）、nK一推荐用最高转速

r/min）,可降低冲击能量:

还应注意：链节与轮相对速度也引发冲击。

链传动受力分析

不计动载荷，链传动中主要作用力有：

1COOP

1、工作拉力Fe_作用于主动边Fe==-

2、离心拉力：Fe=q、V2

3、垂度拉力:

尸=q^cr_=qga="10-2（N）

/8/8（"〃）5

Kf——垂度系数图

F一一下垂度

。一一两轮中心线与水平面夹角

4、紧边拉力Fl=Fe+Fc+Ff

从动力拉力F2;Fc+Ff

5、作用于轴上载荷Q——为主从动边拉力之和，略去离心拉力（对轴压力没有影响）

Q=Fo+2Fff——影响较小

通常取QQ12Fe

一、失效形式

1）各元件疲劳破坏（主要指链板、销轴、套筒、滚子）一一正常润滑及速度主要

失效形式

2）徒节磨损后伸长（主要是销轴较链磨损），造成脱链，跳齿

3）冲击破坏（重复起制动、反转或受重多冲击载荷时，动载荷大，经数次冲击、

销轴、滚子、套筒最终产生冲击断裂，总循环次数N=104）

4）胶合（重载高速）（破坏一一验算nL）一—极限转速

5）鸵齿过分磨损

6）过载拉断一一塑性变形（当低速重载V<0.6m/s,按静强度设计）

二、链传动承载能力

极限功率曲线,

——设计时实际使用功率曲线：

其试验条件：单列，水平布置，载荷平稳，Zl=19,i=3

t=100P,th=15000hAP/PW3%（节距长度增量W3%）额定单功率（单根）P0

当设计Z、i、th、a等不一样时应对P0进行修正。取一系列修正系数：

链传动设计计算

己知：P,载荷性质，工作条件，nl,n2=求Zl、Z2=P,列数，a,润滑方式

一、链传动主要参数选择及步骤

1、链节距和排数

1）计算功率Pc.a=KA.P（KW）

2）要求单排链传递功率P.＞。夕。K-小链轮齿数系数

KzKi.KpZ

KP一一多排链系数，KL一一链长系数：

3）选型：由PO、nl=＞P=定链型号A

4）讨论：当Pt,结构尺寸f,如n一定，承载力1,但运动不平稳性，动载、噪

音也严重。

结论；所以，在满足一定功率条件下，P越小越好，高速链尤其如此。如再考虑经

济性时：

当功率大（CP）,V高时，=选节距（P）小，用多排链

当a小，i大时=＞选节距（P）小，用多排链

当a大，i小时=选节距（P）大，用单列链

2、链轮齿数Zl、Z2及i

Z1不能过少，Z1应为奇数！Z2不能过大！Z过多轻易脱链

结论：齿数过多，过少均不好，必须限制齿数，两面限制：

Z'-=17Z1应为奇数，但未设计V未知，难选，通常选假设V设计后再校核。

Z「以nZ2m4120不能过多,

传动比i「23~45%>6

齿数Z13广2725~232T1717

3、链节数与中心距——LP,a

通常以节距倍数来表示链长LP

1）列选a0

Ta过小时则夕过小（包角）参加啮合齿数少，总LP也少，在一定V下，链节应力

循环次数增加，寿命下降，但a过大，除不紧凑外，且使链松边颤动。

通常推荐：初选aO=（3O~5OP）,anax=80P

2）算LP（链节数）

=詈■+学+（"A）2£=＞圆整为整数（最好为偶数）

P2P2兀4

3）求中心距a'（实际）

P

a--―号）+2年-8?

4

4、轴上压力——Q

1000P

Q«1.2Fe工作压力手6=..(N)

课后作业：9T、9-3

第11次2课时

单元标题：

第十章齿轮传动10.1概述10.2齿轮传动失效形式及设计准则

10.3齿轮材料及选择标准10.4齿轮传动计算载荷

课堂类别：理论

教学目标：

经过此次课学习，使学生掌握主要失效形式，热处理方法，掌握齿轮计算载荷,

掌握直齿轮力分析方法

教学重难点：

重点：齿轮受力分析

难点：掌握应力分布规律

教学方法与伎俩：

1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发

2.教学伎俩：课件演示、视频课件

主要教学内容及过程

一、失效形式

1、笼齿折断：弯曲疲劳折断一一闭式硬齿面齿轮传动最主要失效形式

过载折断一一载荷过大或脆性材料

提升轮齿抗折断能力方法：

减小齿根应力集中、改进热处理、齿根部分进行表面强化处理

2、齿面疲劳点蚀一一闭式软齿面齿轮传动主要失效形式

位置：节线附近

原因：1）单齿对啮合接触应力较大；

2）节线处相对滑动速度较低.不易形成润滑油膜：

3）另外油起到一个媒介作用，润滑油渗透到微裂纹中，在较大接触应力挤压下使

裂纹扩展直至表面金属剥落。

预防方法：1）提升齿面硬度；

2）降低表面粗糙度；

3）采取角度变位（增加综合曲率半径）；

4）选取较高粘度润滑油；

3、齿面磨损一一开式齿轮主要失效形式

类型一一齿面磨粒磨损，

预防方法：

1）提升齿面硬度；

2）降低表面粗糙度；

3）润滑油定时清洁和更换;

4）变开式为闭式。

4、齿面胶合一一高速重载传动主要失效形式一一热胶合，

原因：高速、重载一压力大，滑动速度高一摩擦热大一高温一啮合齿面粘结（冷焊

结点）一结点部位材料被剪切一沿相对滑动方向齿面材料被撕裂。

预防方法：1）采取抗胶合能力强润滑油nt（加极压添加剂）：

2）采取角度变位齿轮传动

3）提升齿面硬度；

4）配对齿轮有适当硬度差

5）改进润滑与散热条件.

5、齿面塑性变形一一低速重载软齿轮传动主要失效形式

材料塑性流动方向与齿面受摩擦力方向一致,

预防方法：1）提升齿面硬度;

2）采取高粘度润滑油或加极压添加剂。

二、设计准则

主要失效形式设计准则

闭式软齿面齿轮传动齿面接触疲劳强度准则

闭式硬齿面齿轮传动齿根弯曲疲劳强度准则

开式齿轮传动采取齿根弯曲疲劳强度准则，并经过增大印和降低

来考