机械设计基础电子教案

第一讲绪论

教学目标

（一）实力目标

1.解本课程的内容、性质和任务

2.驾驭学习本课程的方法

（二）学问目标

1.了解机器的组成及其特征

2.熟识机构、构件、零件、部件的概念及其区分

教学内容

1.机械设计基础探讨的对象

2.本课程的作用

3.机械设计的基本要求和一般过程

教学的重点及难点

（一）重点

本课程的探讨对象、内容。

（二）难点

机构、构件、零件、部件的概念及其区分。

教学方法及手段

采纳动画演示，留意启发引导式教学。

一、机器的组成及特性

（一）机器的组成及其特征

以内燃机为例

1、工作原理

内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器。

2、组成

内燃机由三部分组成：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。

3、机器的特性

（二）机构、构件、零件

1、机构

机构是用来传递运动和力，有一个构件为机架，用运动副连接起

来的构件系统。

一台机器可以由一个机构，也可以由多个机构组成。

常用机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等。

构件是指机构的运动单元体。如键、齿轮、螺栓等。

构件可能是一个零件，也可能是由若干个零件组合的刚性体。如

内燃机连杆就是由连杆体、连杆盖、螺母和螺栓等零件组成的构件，

因为组合成连杆的各零件之间没有相对运动。

3、零件及其分类

机械零件是指机器的制造单元体。

机械零件又分通用零件和专用零件。通用零件是指各种机器普遍

用到的零件，如螺栓、螺母、键、销等；专用零件是指某种机器才用

到的零件，如内燃机的曲轴、活塞等。

二、本课程的内容、性质和任务

1、本课程的性质

专业基础课

2、本课程的探讨对象

常用机构和通用零件

3、本课程的探讨内容

4、本课程的任务

三、学习方法

小结：

1.机械设计基础探讨的对象

2.本课程的作用

3.机械设计的基本要求和一般过程

作业及思索：

1、何谓机器，何谓机构？它们有什么区分及联系？

2、参照内燃机的机构分析，说明它是由哪些机构组成的。

第二讲摩擦、磨损及润滑概述

教学目标

（一）实力目标

1.会分析摩擦副类型，会选择润滑方式及润滑剂类型

2.会选择密封方式

（二）学问目标

1.驾驭摩擦副分类及基本性质、磨损过程及润滑的类型及润滑剂

类型

2.驾驭密封方式的选择

教学内容

1.摩擦及磨损

2.润滑

3.密封方法及装置

教学的重点及难点

（一）重点

1.润滑方式及润滑剂类型的选择。

2.密封方法的确定。

（二）难点

密封方法的确定。

教学方法及手段

应用工程实例讲解，总结归纳式教学。

一、摩擦及磨损

摩擦：两接触的物体在接触表面间相对运动或有相对运动趋势时

产生阻碍其发生相对运动的现象叫摩擦

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，即形成磨损。使零件的表面形态及尺寸遭到缓慢而连续破坏f精

度、牢靠性（效率（直至破坏。

润滑：削减摩擦、降低磨损的一种有效手段。

1、摩擦及其分类

干以燃圾界总排液体率推混合总捺

1干摩擦

2液体摩擦

3混合摩擦

2、磨损及其过程

1磨合磨损过程：

2稳定磨损阶段：

3急剧磨损阶段：

3、磨损分类

1磨粒磨损

2粘着磨损

3疲惫磨损（点蚀）

4腐蚀磨损

二、润滑

1、润滑剂及主要性能

润滑剂分液体、单固体、固体和气体润滑剂等。

常用的润滑剂有润滑油和润滑脂。

1润滑油

润滑油是目前运用最多的润滑剂，主要有矿物油、合成油、动植

物油等，其中应用最广的为矿物油。

(1)动力粘度n

(2)运动粘度v：

(3)条件粘度(相对粘度)：恩氏粘度。Et

2、润滑脂

3、固体润滑剂

常用滑剂有石墨、二硫化钳、氮化硼、蜡、聚氟乙烯、酚醛树脂、

金属及金属化合物等。

4、气体润滑剂

包括空气、氢气、氯气、水蒸汽及液体金属蒸汽。

5、润滑剂的选择

2、润滑方法和润滑装置

A油润滑装置

B脂润滑装置

C固体润滑装置

D气体润滑装置

3、密封方法及装置

小结：

1.摩擦及磨损

2.润滑

3.密封方法及装置

作业及思索：

1、按摩擦副表面间的润滑状态，摩擦可分为那几类？各有何特

点？

2、典型的磨损分哪三个阶段？磨损按机理分哪几种类型？

3、润滑油和润滑脂的主要性能指标有哪些？

第三讲平面机构的运动简图

教学目标

（一）实力目标

能依据实物绘制机构运动简图

（二）学问目标

1.了解机构组成原理

2.理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系

教学内容

1.运动副及其分类

2.平面机构的运动简图

教学的重点及难点

（一）重点

平面机构的运动简图的绘制。

（二）难点

绘制简图时构件及运动副的精确表示。

教学方法及手段

多媒体教学，采纳动画演示、实例分析、启发引导的教学方式。

一、机构的组成

1、运动副

运动副：两构件干脆接触并能保持肯定形式的相对运动的联接称

为运动副。

1、高副

2、低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面低副可

分为转动副和移动副。

2、自由度和运动副的约束

1、构件的自由度

平面内自由的构件，有3个自由度，而空间内自由的构件，有6

个自由度。

2、运动副的约束

3、运动链和机构

两个以上的构件以运动副联接而构成的系统称为运动链。机构是

由主动件、从动件和机架三部分组成的。

二、平面机构的运动简图

1、构件的表示方法

1、构件

(1)参及形成两个运动副的构件

QI---.___?

r、

A

2、转动副构件组成转动副时，其表示方法如图。

3、移动副

两构件组成移动副，其导路必需及相对移动方向一样。

11I

22

21।

1

22

2

4、平面高副

小结：

1.运动副及其分类

2.平面机构的运动简图

作业及思索:

1、平面机构中若引入一个高副将带入（）个约束，而引入一个

低副将带入（）个约束。约束数及自由度数的关系是（）。

2、两个做平面平行运动的构件之间为（）接触的运动副称为低

副；而为（）或（）接触的运动副称为高副。

第四讲平面机构自由度

教学目标

（一）实力目标

娴熟驾驭机构自由度计算，并能精确推断机构运动是否确定

（二）学问目标

能精确识别出机构中存在的复合钱链、局部自由度和虚约束，并

做出正确处理

教学内容

平面机构的自由度的计算

教学的重点及难点

（一）重点

平面机构的自由度的计算。

（二）难点

机构中复合较链、局部自由度和虚约束的推断。

教学方法及手段

多媒体教学，留意举引典型实例进行分组探讨、归纳总结。

1、平面机构的自由度

c，3

机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数

旦。

若某机构由N个构件组成，除去机架，机构中共有n=N-1个活

动件。构件在连接之前，全部活动件共有3n个自由度。而在联接后,

构件的自由度由于运动副的约束而削减。设在机构中有PL个低副，

PH个高副，则该机构全部运动副的约束数目共有2PL+PH个。则机构

自由度

F=3n-2PL_PH

2、机构具有确定相对运动的条件

机构具有确定运动的条件:原动件数目W应等于机构的自由度F。

即

W=F=3n-2PL_PH

原动件数V自由度数，机构无确定运动

原动件数〉自由度数，机构在薄弱处损坏

3、计算机构自由度时应留意的事项

1、复合钱链

定义：若两个以上的构件在同一处组成几个转动副，且各转动副

轴线重合，则称该处联接为复合钱链。

计算自由度时，若复合较链由m个构件组成，则联接处有(m—

1)个转动副。

2、局部自由度

定义：机构中某些构件所具有的不影响其余构件运动的自由度，

称为局部自由度。

计算机构自由度时，应将局部自由度除去不计。

$一

D

塔用f

,13

b)

a)

小结：

平面机构的自由度的计算

作业及思索：

1、一个平面运动链的原动件数目小于此运动链的自由度数时，则

此运动链（）。

A.具有确定的相对运动B.只能作有限的相对运动

C.运动不能确定D.不能运动

2、机构具有确定运动的条件是什么？

第五讲平面四杆机构（一）

教学目标

（一）实力目标。

能精确推断详细实例属于哪种平面四杆机构类型

（二）学问目标

熟识平面四杆机构的基本型式、应用及其演化

教学内容

1.平面连杆机构概述

2.平面连杆机构基本类型

3.平面连杆机构的演化

教学的重点及难点

（一）重点

平面四杆机构的基本型式、应用及其演化。

（二）难点

平面四杆机构类型的推断。

教学方法及手段

多媒体教学，采纳动画展示平面连杆机构的运动特点，留意启发

学生理论联系实际。

一、概述

二、四杆机构的基本型式及演化

由四个构件用较链连接而成的机构称为钱链四

杆机构。如图所示，机构中固定不动的构件AD称

为机架，及机架相连的构件AB和CD称为连架杆。

假如连架杆能绕轴线作360°的回转运动，称为曲

柄；若只能在某一角度（小于360°）内摇摆，称为

摇杆。及机架不相连接的构件BC称为连杆。

钱链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。

1、曲柄摇杆机构

雷达天线俯仰角调整机构缝纫机踏板机构

2、双曲柄机构

定义：钱链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄时，此机构称为双

曲柄机构。

惯性筛机车车轮联动机构

3、双摇杆机构

定义：钱链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时，此机构称为双

摇杆机构。

码头起重机

三、平面四杆机构的演化

1、曲柄滑块机构

2、导杆机构

3、摇块机构和定块机构

B

2

0、

(1)摇块机构

(2)定块机构

这种机构常用于冲床、剪床等机器中。

小结：

1.平面连杆机构概述

2.平面连杆机构基本类型

3.平面连杆机构的演化

作业及思索：

1、钱链四杆机构有那几种基本型式？各有什么特点？

2、钱链四杆机构可以通过那几种方式演化成其它型式的四杆机

构？试说明曲柄摇块机构是如何演化而来的？

第六讲平面四杆机构(二)

教学目标

（一）实力目标

理解平面四杆机构工作特性的工程应用。

（二）学问目标

理解平面四杆机构的几个工作特性

教学内容

平面连杆机构几个工作特性

教学的重点及难点

（一）重点

平面四杆机构的工作特性。

（二）难点

急回特性、死点位置。

教学方法及手段

利用动画协助理解急回特性、死点位置概念，工程案例展示其应

用。

1、钱链四杆机构有曲柄的条件

在钱链四杆机构中，曲柄存在的条件为：

（1）曲柄为最短构件，又称最短构件条件；

（2）最短构件及最长构件长度之和小于或等于其他两构件长度之

和，又称构件长度和条件。

2、压力角和传动角

3、急回特性

K=从动件空载行程平均速度="=CO=&=效=180+8

=从动件工作行程平均速要=i=C.Q/r,=三=a=180。一。

K的大小表示急回的程度。钱链四杆机构有无急回运动特性取决

于该机构有无极位夹角夕，6角越大，急回运动特性也越显著。

死点

小结：

平面连杆机构几个工作特性

作业及思索：

1、双摇杆机构的四个构件长度应满意什么条件？

2、曲柄存在的条件是什么？

3、什么是连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的

工作有什么影响？偏置曲柄滑块机构的最小传动角Ymin发生在什么

位置？

4、钱链四杆机构中有可能存在死点位置的机构有哪些？它们存在

死点位置的条件是什么？试举出一些克服死点位置的措施和利用死

点位置的实例。

第七讲凸轮机构

教学目标

（一）实力目标

1.驾驭不同场合下凸轮机构从动件常用运动规律的应用

2.能够绘制位移线图

（二）学问目标

1.了解凸轮机构的组成、特点、分类及应用

2.驾驭从动件的常用运动规律；了解其冲击特性及应用

教学内容

1.凸轮机构的组成、特点、分类及应用

2.从动件的常用运动规律及选择

教学的重点及难点

（-*）重点

凸轮机构的从动件的常用运动规律。

（二）难点

立体凸轮机构运动的实现。

教学方法及手段

利用动画演示机构运动，工程应用案例展示其应用场合。

一、概述

1、凸轮机构的应用

凸轮机构的组成：凸轮、从动件和机架一高副机构。凸轮是凸轮

机构的主动件。

2、凸轮机构的分类

1、按凸轮形态分

(1)盘形凸轮它是凸轮的最基本形式，是一个绕固定轴线转动并

且具有变更半径的盘形构件。如内燃机配气凸轮机构。

(2)移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，则成为移

动凸轮，当移动凸轮沿工作直线往复运动时，推动从动件作往复运动。

如靠模车削机构。

(3)圆柱凸轮

2、按从动件端部形态分

(1)尖顶从动件这种从动件结构简洁，尖顶能及困难的凸轮轮廓

保持接触，因而能实现预期的运动规律。但由于尖顶简洁磨损，所以

只适用于载荷较小的低速凸轮机构。

(2)滚子从动件由于接触处是滚动摩擦，不易磨损，因此是一种

最常用的从动件。

(3)平底从动件由于平底及凸轮面间简洁形成楔形油膜，能削减

磨损，常用于高速重载的凸轮机构中。它的缺点是不能用于具有内凹

轮廓的凸轮机构。

二、常用的从动件运动规律

1、平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数

2、常用的从动件运动规律

小结：

1.凸轮机构的组成、特点、分类及应用

2.从动件的常用运动规律及选择

作业及思索：

1、凸轮机构的类型有哪些？在选择凸轮机构类型时应考虑哪些因

素？

2、用反转法设计盘形凸轮的廓线时，应留意哪些问题？移动从动

件盘形凸轮机构和摇摆从动件盘形凸轮机构的设计方法各有什么特

点？

3、何谓凸轮的偏距圆？

第八讲其它常用机构简介

教学目标

（一）实力目标

驾驭棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机

构在工程实际中的应用

（二）学问目标

1.驾驭棘轮机构、槽轮机构的工作原理、运动特点、功能和适用

场合

2.了解凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构的工作原理、特点、

功能及适用场合

教学内容

1.棘轮机构

2.槽轮机构

3.不完全齿轮机构

教学的重点及难点

（一）重点

棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、工作原理及应用。

（二）难点

棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、工作原理及应用。

教学方法及手段

利用动画演示棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点。

一、棘轮机构

1、棘轮机构的工作原理

棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。

棘轮机构的其它类型：

1.摩擦棘轮（无声棘轮）

由于摩擦传动会出现打滑现象，不适于从动件转有要求精确的地

方。

2、双向棘轮

2、棘轮转角的调整

1、调整摇杆摇摆角度的大小，限制棘轮的转角

2.用遮板调整棘轮转角

3、棘轮机构的特点及应用

二、槽轮机构

1、槽轮机构的工作原理

组成：具有径向槽的槽轮、具有圆销的构件、机架

工作原理：构件1-连续转动；构件2(槽轮)一时而转动，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起先进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，

圆销驱使槽轮传动。

当圆销起先脱出径向槽时，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。

j_

4个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转I周。

6个槽的槽轮机构：构件1转一周，槽轮转7周。

2、槽轮机构的类型、特点及应用

1、平面槽轮机构。

2、空间槽轮机构

3、槽轮槽数Z和拨盘圆柱销数k的选择

运动系数(T)：槽轮每次运动的时间tm对主动构件回转一周的

时间t之比。

当z=3时，k可取1〜5;当z=4或5时，k可取1〜3;当z>6

时，k取1或2。

三、担心全齿轮机构

1、担心全齿轮机构

1、不完全齿轮机构的工作原理和类型

机架

从动轮主动轮

2、凸轮式间歇运动机构

小结：

1.棘轮机构

2.槽轮机构

3.不完全齿轮机构

作业及思索：

1、棘轮机构有几种类型，它们分别有什么特点，适用于什么场合?

2、牛头刨床工作台横向进给机构为什么要选用双向式棘轮机构?

第九讲螺纹联接

教学目标

（一）实力目标

驾驭螺纹联接的主要类型及应用场合

（二）学问目标

1.熟识螺纹的类型、主要参数、特点及应用

2.螺纹联接的预紧和防松方法

教学内容

L螺纹联接的基本学问

2.螺纹联接的预紧和防松

教学的重点及难点

（一）重点

螺纹联接的主要类型及应用场合。

（二）难点

各种螺纹连接的画法、螺纹联接的防松。

教学方法及手段

多媒体教学，结合机械制图、联系工程实际。

一、螺纹连接的基本学问

联接：在机器中，将两个或两个以上的零件联成一体的结构。

机械动连接：机器工作时，被联接零件间有相对运动的联接。

机械静连接：机器工作时，被联接零件间没有相对运动的联接。

机械静连接又分为可拆联接和不行拆联接。

可拆联接：不须毁坏联接中的任何一个零件就可以拆开的联接。

如键联接、螺栓联接等。

不行拆联接：至少必需毁坏联接中的某一部分才可以拆开的联接。

如钾钉连接、焊接等。

1、螺纹的类型

常用螺纹的类型主要有一般螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、

锯齿形螺纹。前两种主要用于联接，后三种主要用于传动。

2、螺纹的主要参数

3、常用螺纹的特点及应用

三角螺纹主要用于联接；矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。

用于联接的三角螺纹又有一般螺纹、英制螺纹以及用于管路系统联接

的圆柱螺纹，即管螺纹。在各种螺纹中，除矩形螺纹外，均已标准化。

4、螺纹联接的主要类型

5、标准螺纹联接件

二螺纹联接的预紧和防松

1、螺纹联接的预紧

预紧力：在螺栓承受工作载荷之前受到的力，以F。表示。

预紧的目的：为了提高联接的牢靠性、紧密性和防松实力。

2、螺纹联接的防松

1、摩擦防松：双螺母、弹簧垫圈、尼龙垫圈、自锁螺母等

2、机械防松：开槽螺母及开口销，圆螺母及止动垫圈，弹簧垫片,

轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等。

3、永久防松：端枷、冲点（破坏螺纹）、点焊

4、化学防松：粘合

小结：

1.螺纹联接的基本学问

2.螺纹联接的预紧和防松

作业及思索：

L简述螺纹连接的主要类型、特点及应用

2.螺纹联接的预紧和防松方法是什么？

第十讲单个螺栓连接

教学目标

（一）实力目标

1.驾驭单个螺栓连接的强度计算

2.螺栓组连接的设计

（二）学问目标

2.驾驭单个螺栓连接的受力分析

3.螺栓组连接的受力分析和结构设计

教学内容

1.单个螺栓联接的强度计算

2.螺栓组联接的结构设计

教学的重点及难点

（一）重点

驾驭单个螺栓连接的强度计算。

（二）难点

螺栓组连接的受力分析和结构设计。

教学方法及手段

多媒体，举工程实例。

一、单个螺栓连接的强度计算

1、受拉螺栓联接

1、松螺栓连接

特点：只能用一般螺栓，有间隙，外载沿螺栓轴线，螺栓杆受P

拉伸作用。

螺栓工作载荷为：F=P

P——轴向外载

o=F/A=4F/nd14＜〔0〕

2、紧螺栓连接

(1)只受预紧力的紧螺栓连接

(2)受横向载荷的紧螺栓联接

(3)承受轴向静载荷的紧螺栓连接

2、受剪螺栓连接

Op＜〔Op〕E

二螺栓组联接的设计及受力分析

1、螺栓组的结构设计

2、螺栓组联接的受力分析

1、受轴向载荷螺栓组联接，如汽缸螺栓

特点：只能用一般螺栓，有间隙，外载/螺栓轴线，螺栓杆受P

拉伸作用。

单个螺栓工作载荷为：F=P/Z

P——轴向外载；Z——螺栓系数

2、受横向载荷的螺栓组联接

特点：一般螺栓，钱制孔用螺栓皆可用，外载，螺栓轴线、防滑

一般螺栓——受。「拉伸作用

校制孔螺栓——受横向载荷剪切、挤压作用。

3、受横向扭矩螺栓组联接

一般螺栓联接取联接板为受力对象，由静平衡条件订=0

则各个螺栓所需的预紧力为:

KT

Qp=S(N)

/(八+々+•••+%)危Z〃

i=l

4、受倾覆（纵向）力矩螺栓组联接

取板为受力对象：由静平衡条件：o-o=0

设单个螺栓工作载荷为明

F]+F?L[+,,•F?L/=M（a）

同理由变形协调条件：

?=7='。叱=＞（这里小=卬

L】LjLmax

一代入（a）式得:

，ax（本题耳）=学”

i=l

小结：

1.单个螺栓联接的强度计算

2.螺栓组联接的结构设计

作业及思索：

1、单个螺栓连接的强度计算方法分几类？

2、如何进行螺栓组连接的受力分析和结构设计?

第十一讲螺栓组连接

教学目标

（一）实力目标

驾驭提高螺栓联接强度的措施

（二）学问目标

L熟识螺纹连接件的材料和许用应力

2.了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计

教学内容

1.螺纹连接件的材料和许用应力

2.提高螺栓联接强度的措施

3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松

教学的重点及难点

（一）重点

提高螺栓联接强度的措施。

（二）难点

提高螺栓联接强度的措施。

教学方法及手段

多媒体教学，结合工程实际分组探讨。

一、螺纹连接件的材料和许用应力

1、螺纹连接件的材料

一般条件下，螺纹连接件的常用材料为低碳钢和中碳钢，如

Q215、Q235、15、35和45钢，受冲击、振动和变载荷作用的螺

纹连接件可采纳合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi和15CrVB

等；有腐蚀、防磁、导电、耐高温等特别要求时采纳lCrl3、2Cr!3、

CrNi2等。螺纹连接件的常用材料的力学性能见表7—7。

2、螺纹连接的许用应力

螺纹连接的许用应力见表7—8。

二、提高螺栓联接强度的措施

1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况

a）悬置螺母——强度140%（母也受拉，及螺栓变形协调，使载

荷分布匀称）

b）环槽螺母——强度t30%（螺母接近支承面处受拉）

c）内斜螺母——强度120%（接触圈削减，载荷上移）

d）（b）（c）结合螺母——强度f40%

e）不同材料匹配——强度140%

2、降低螺栓应力幅（％）

3、减小应力集中

螺纹牙根、收尾、螺栓头部及螺栓杆的过渡处等均可能产生应力

集中。

1）加大过渡处圆角

2）改用退刀槽f20〜40%（螺纹收尾处）

3）卸载槽

4）卸载过渡结构。

4、采纳合理的制造工艺

1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲惫强度f30~40%

2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氟化、氮化、喷丸等。可

提高疲惫强度

3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度170〜100%,此

法具有优质、高产、低消耗功能。

4）限制单个螺距误差和螺距累积误差。

三、滑动螺旋传动简介

螺旋传动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，

主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。

1、螺旋传动的类型

1）传力螺旋一一举重器、千斤顶、加压螺旋。特点：低速、间

歇工作，传递轴向力大、自锁

2）传导螺旋——机床进给汇杠一传递运动和动力，特点：速度

高、连续工作、精度高

3）调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。其特点

是受力较小且不常常转动

按摩擦副的性质分：

1）滑动螺旋：构造简洁、传动比大，承载实力高，加工便利、

传动平稳、工作牢靠、易于自锁。

2）滚动螺旋传动——摩擦性质为滚动摩擦。滚动螺旋传动是在

具有圆弧形螺旋槽的螺杆和螺母之间连续装填若干滚动体（多用钢

球），当传动工作时，滚动体沿螺纹滚道滚动并形成循环。按循环方

式有：内循环、外循环，滚动螺旋两种。

3）静压螺旋——液体摩擦，靠外部液压系统提高压力油，压力油

进入螺杆及螺母螺纹间的油缸，促使螺杆、螺母、螺纹牙间产生压力

油膜而分隔开。

螺旋传动的结构及材料

1、螺母结构

(1)整体螺母

(2)组合螺母

(3)对开螺母

2、螺杆结构

3、材料

螺杆材料的选用原则：(D高精度传动时多选碳素工具钢。(2)

须要较高硬度，如50〜56HRC时，可采纳络镒合金钢；当须要硬

度为35-45HRC时，采纳65Mn钢。(3)一般状况下采纳45、

50钢。

小结：

1.螺纹连接件的材料和许用应力

2.提高螺栓联接强度的措施

3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松

作业及思索：

1、螺栓组联接受力分析中，联接受什么载荷？采纳什么螺栓时,

螺栓只受预紧力。？联接受何种载荷时，螺栓同时受到预紧力。

和工作载荷F?

2、螺栓和被联接件的刚度对螺栓的总拉力F。有何影响？采纳什

么措施可以减小螺栓的刚度和提高被联接件的刚性？

3、联接螺纹都是自锁的，为何螺纹联接中大多数联接仍采纳防松

措施？说明各种防松方法的原理和常用结构。

第十二讲带传动

教学目标

（一）实力目标

L驾驭带传动的受力、应力分析

2.能区分弹性滑动及打滑

（二）学问目标

1.了解带传动的类型及特点。

2.驾驭带传动的应力分布规律

教学内容

1.带传动的工作原理、类型、特点及应用

2.V带和带轮

3.带传动的工作状况分析

教学的重点及难点

（一）重点

带传动工作原理、受力分析、带的应力分布图。

（二）难点

弹性滑动及打滑的区分。

教学方法及手段

利用动画演示弹性滑动、应力分布，实物图片展示带传动的应用

场合。

一、概述

1、带传动的类型

平带V箱圆带多楔带

3^W®施统

O

2、带传动的特点和应用

3、带传动的形式

见表8—lo

二、V带和V带轮的结构

V带有一般V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、

宽V带等。

一般V带的结构和尺寸标准

包布层

2、一般V带轮的结构

三、V带传动的工作实力分析

1、带传动的受力分析

打滑：在肯定的初拉力F。下，带及带轮面间的摩擦力之总和有一

极限值，当传递的圆周力超过该极限时，带将沿带轮表面全面滑动

2、带传动的应力分析

带传动工作时，带中应力由三部分组成：

(1)拉应力3、巴

紧边拉应力？=F"AMPa

松边拉应力^=F2/AMPa

a]>a2

(2)弯曲应力与带绕过带轮时发生弯曲，从而引起弯曲应力外,

因此4只存在于带及带轮相接触的部分。

(3)离心拉应力巴当带在带轮上沿弧面运动时，由于本身质量

将产生离心力，因而在带全长引起离心拉力Fc,以及相应的离心拉

应力吸。

3、带传动的弹性滑动和传动比

弹性滑动及打滑的区分：

弹性滑动是由于带是挠性件，摩擦力引发的拉力差使带产生弹性

变形不同而引起，是带传动所固有的，是不行避开的，是正常工作中

允许的。而打滑是过载引起的，是失效形式之一，是正常工作所不允

许的。是可以避开也是应当避开的。

弹性滑动的影响：影响传动比i,使i不稳定，常发热、磨损。

打滑的影响：使带猛烈磨损，转速急剧下降，不能传递T,不能

正常工作。

小结：

1.带传动的工作原理、类型、特点及应用

2.V带和带轮

3.带传动的工作状况分析

作业及思索：

1、带传动的主要类型有哪些？各有何特点?

2、什么是有效拉力？什么是初拉力？

3、小带轮包角对带传动有何影响？

4、带传动的弹性滑动和打滑的区分？

第十三讲V带设计及带的张紧

教学目标

（一）实力目标

驾驭V带设计方法

（二）学问目标

1.V带设计的参数确定、计算

2.了解带的张紧及维护特点

教学内容

L一般V带传动的设计计算

2.带传动的张紧和维护

教学的重点及难点

（一）重点

V带传动的设计方法和留意事项。

（二）难点

V带传动的设计中参数的确定。

教学方法及手段

采纳多媒体，结合实际。

一、V带传动的设计

1、带传动的失效形式和设计准则

带传动的失效形式：带及带轮之间的磨损、打滑和疲惫破坏。

带传动的设计准则：保证带在工作时不打滑，同时具有肯定的疲

惫强度和寿命。

2、单根V带传递的功率

实际工作条件下，单根v带所传递的功率[P。],

[Po]=（Po+APo）及几

APo=Kbni（1—1/Kj）

3、V带传动的设计步骤和方法

已知：P,口，/或i传动布置要求（中心距a）工作条件

要求：确定带的型号、根数、长度；带轮的Dmin、结构、尺寸、

中心距(a、轴压力Q等。

带传动设计的一般步骤

1.选定带型

设计功率为=七〃

依据Pd和为由图8.12选取带的型号

I

耀

黑

1

(1250

f|000

m800

匚

)630

U-

酒500

烧

士

奔

逝250

160

125

，0°1.2523.155812.52031.55080125200

11.62.546.31016254063100160

计算功率P.(KW)

普通V带选型图

2.确定带轮基准直径4“、dJ2

d(ii>ddimin

"dlmin见表8.6o

%=《1(1-£)=五应1(1一£)

%

九宜取标准值，见表8.3。

3.验算带速

对一般V带Vmax=5-25m/so

4.初定中心距Q带基准长度。。

0.7(dili+de)<4—2(d4i+%2)

Ido=2ao++.2)+')

24aa

由表8.4选取近似的0

实际中心距

5.小带轮包角

%=180°-乙2一乙1x57.3°

a

一般应使4>120°

6.确定V带根数

Z=

Pi—a=180。时载荷平稳时，特定带长的单根V带的基本额

定功率

凡一弯曲影响系数

幻一传动比系数

勺一小带轮包角系数，

7.单根V带的预紧力

(25、尸

6=500x---1m

1储)zv

8.带作用在轴上的压力

9.带轮的结构设计

例题8.1设计某鼓风机用一般V带传动。已知：异步电机额定

功率P=10kW,转速m=1450r/min,n2=400r/min,中心距

a约为1500mm,每天工作24h。

解：1.选定一般V带型号

设计功率，"=心〃=1.3X10=13kW

依据pd和rii由图8.12选取B型带。

2.确定带轮基准直径九,dd2

4“>d"min，取d（ll=140mm

dd2=id（1-£•）=—d（1一£）,

dl〃2dl

取d42=500mm（标准值）

3.验算带速

Vmax=10-63mm在5〜25m/s范围内，合适。

4.初定中心距。带基准长度

0.7（dcli+dll2'）<an<2（d〃+dd2）

取a0=1500mm,id0=2a„+-（ddl+dll2）+（@二3）=4026.9mm,

24a0

由表8.4选取近似的乙=4000mm。

实际中心距=1487mm

5.小带轮包角

%=180。_=©X57.30=166.130>120°,合适o

a

6.确定V带根数

Z==3.62

取Z=4根。

7.单根V带的预取紧力

&+“=260.33N

FQ=500x

8.带作用在轴上的压力

=2067.4N

9.带轮的结构设计

二、带传动的张紧和维护

1、带传动的张紧

1、调整中心距方式

(1)定期张紧

(2)自动张紧轮方式

2、张紧轮方式

2、带的安装及维护

小结：

1.一般V带传动的设计计算

2.带传动的张紧和维护

作业及思索：

1、带传动的失效形式和设计准则是什么?

2、如何对带传动进行张紧及维护？

第十四讲链传动

教学目标

（一）实力目标

驾驭滚子链传动设计计算、熟识链传动的运动特性（速度的不匀

称性及动载荷）及应用

（二）学问目标

L了解链传动的类型、特点和应用

2.链传动的布置及润滑

3驾驭滚子链传动的失效形式

教学内容

L传动链的结构及标准

2.链传动的运动特性

3.滚子链传动的设计计算

4.链传动的布置、张紧及润滑

教学的重点及难点

（一）重点

滚子链传动的失效形式和设计计算。

（二）难点

滚子链传动的设计计算中参数的确定。

教学方法及手段

多媒体演示，结合实例分析。

一、概述

链传动的组成：主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张

紧装置等。

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。但非共轲曲线啮合，靠三段圆弧（五，成员瓦）始终线啮

合。其磨损、接触应力冲击均小，且易加工。

二、传动链的结构及标准

1、滚子链的结构

滚子链由滚子、套筒、销轴、外链板和内链板组成。

套筒及内链板、销轴及外链板分别用过盈协作（压配）；套筒及销

轴、滚子及套筒均采纳间隙协作。

参数：P一节距，b1一内链板间距，C一板厚，5—滚子直径，d2

一销轴直径，Pt一排距

2、滚子链的标准

3、滚子链链轮

结构：1）整体式2）孔板式3）组合式

材料：

主要要求：1）足够的强度；2）足够的耐磨性；3）耐冲击。

常用材料：一般碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金钢。

三、链传动的运动特性

v=v=z'Pn'=Z-Pn2

(m/s)

m60x100060x1000

平均传动比int=i=-=-const

结论：链节在运动中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度变更。造成

链运动速度的不匀称，不恒定作有规律的周期性波动。

瞬时传动比

,W.d,cosy”

i,=-L=--------wconstan4

W2&cos/3

四、滚子链传动的设计计算

1、链传动的主要失效形式

2、滚子链的好用功率曲线

3、链传动的设计计算

1、已知：P,载荷性质，工作条件，Q,n2n求Zi、Z2=>P,

列数，a,润滑方式等。

五链传动的布置、张紧及润滑

1、链传动的布置

2、链传动的张紧

其目的不取决于工作实力，而会由垂度大小确定

方法：①移动轮系，以增大中心距a,如a不能调时；②也可用

张紧轮——留意张紧轮应在靠近主动轮的从动边上。不带齿者可用夹

布胶木制成。宽度比链轮约宽5mm,且直径应尽量及小轮直径相近。

3、链传动的润滑

润滑有利于缓冲、减小摩擦、降低磨损，润滑良好否对承载实力

及寿命大有影响。

I——人工定期；n——滴油润滑；皿——油浴或飞溅润滑；iv

压力喷油润滑

小结:

1.传动链的结构及标准

2.链传动的运动特性

3.滚子链传动的设计计算

4.链传动的布置、张紧及润滑

思索题：

1、链传动和带传动相比有哪些优缺点？

2、影响链传动速度不匀称性的主要参数是什么？为什么?

3、链传动的主要失效形式有哪些？

第十五讲齿轮（一）

教学目标

（一）实力目标

1.会选择齿轮的类型

2.能依据齿轮的参数计算其几何尺寸

（二）学问目标

1.了解齿轮传动的类型、特点及应用

2.理解渐开线的形成及特性

3.驾驭渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算

教学内容

1.齿轮机构的特点及类型

2.渐开线齿轮的齿廓及传动比

3.渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算

教学的重点及难点

重点：渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算。

难点：渐开线的形成及特性。

教学方法及手段

采纳多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习爱好。

一、齿轮传动的特点及基本类型

1、齿轮传动的特点

2、齿轮传动的类型

齿轮传动的类型许多，依据齿轮轴线间相互位置、齿向和啮合状

况，齿轮传动可分为如下图。

r内喷合

-直齿圆柱齿轮传动-外啮合

-火轮齿条

「平面齿轮传动

-内啮合

齿-斜齿圆柱齿轮传动-外哝合

轮-齿轮齿条

传L人字齿齿轮运动

动

「M

r传递相交运动-斜齿

L曲线齿

-空间齿轮传动

「交错轴斜齿轮传动

L传递交错轴运动-蜗杆涡轮

-准双曲面齿轮

齿轮传动最基本的要求是传动平稳、传动比保持恒定不变，同时

要使传动负载实力大，重量轻，结构尺寸合理。

二、渐开线齿轮的齿廓及传动比

1、渐开线的形成

发生线

一渐开线

渐开线

<.

2、渐开线的性质

3、渐开线方程

4、渐开线齿廓的啮合特点

32袍2(O

1(b)

1、四线合一

啮合线、公法线、两基圆的内公切线、正压力的作用线——四线

合一。

2、渐开线齿廓啮合具有可分性。

'12=_02c=处=常数

物0风C\Crhl

3、渐开线齿廓啮合的啮合角不变

4、齿面的滑动

三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算

1、齿轮各部分的名称和符号

o

齿顶圆：连接各轮齿齿顶的圆，其直径用口表示。

齿槽：相邻两齿之间的空间。

齿根圆：过齿槽底部连成的圆，其直径用，表示。

齿厚：随意直径dk的圆周上，轮齿两侧齿廓之间的弧长，用Sk

表示；

齿槽宽：齿槽两侧齿廓之间的弧长，用4表示；

齿距：相邻两齿同侧齿廓之间的弧长，用队表示。

明显，Pk=sk+eko

在直径为或的圆周长为「修，同时又等于以4,即

向k=PkZ或dk=Rkz

71

m=—P

71

2、标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸的计算

齿顶高%二碗

齿根高hf=ha+c=h^m+cm=(。；+c)m

全齿高h=%+hf=(2/z*+c)m

式中从一一齿顶高系数。正常齿，瓦=1；短齿，％="；

一顶隙系数。正常齿，c*=0.25；短齿c*=0.3。

小结：

1、齿轮传动的类型、特点及应用。

2、渐开线的形成及特性。

3、渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸的计算。

作业及思索：

1、渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有哪几个？哪些是有标准的,

其标准值为多少？为什么这些参数为基本参数？

2、一个渐开线齿轮随意圆上的模数是否都一样？通常我们说齿轮

的模数指的是什么？

3、齿距、法向齿距和基圆齿距是怎样定义的？它们之间有什么关

系？

4、渐开线的形态取决于什么？若两个渐开线齿轮的模数和齿数分

别相等，但压力角不同，它们齿廓渐开线形态是否相同？

5、试精确叙述分度圆和标准齿轮的定义。

第十六讲齿轮（二）

教学目标

（一）实力目标

1.能推断一对齿轮是否正确啮合及传动是否连续

2.熟识渐开线齿轮的切齿方法

（二）学问目标

1.理解直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件及连续传动条件

2.驾驭直齿轮不产生根切的最小齿数

教学内容

1.渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动

2.渐开线标准齿轮的切齿原理

3.渐开线齿廓的根切及标准外啮合齿轮的最小齿数

4.变位齿轮传动

教学的重点及难点

重点：直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件及连续传动条件。

难点：实际啮合线段、理论啮合线段的绘制。

教学方法及手段

采纳多媒体教学（加动画演示），讲授时联系实际。

一、渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动

1、渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件

1）两齿轮的模数必需相等

2）两齿轮分度圆上的压力角必需相等

即，

依据正确啮合条件，传动比可改写成

,__^2_<2cosa_G_mz2/2_z2

a）2rblcosarrmzt/2zr

2、渐开线齿轮传动的重合度

重合度：马易及外的比值，用。表示

故连续传动条件为

2=/Pb?l

3、渐开线齿轮的无侧隙啮合

1、外啮合传动

1)标准背装

S；=电=1=《(能实现无侧隙啮合)

af=a

标准中心距：a=/'+0=八+.="'z；z?)

顶隙C=%-%=(〃:+C)〃L〃；/?2=C*〃7—♦1标准值

阻=卷=1=也=2=包=常数

卬24r1A4Z,

2)非标准安装

2、齿轮齿条啮合

二、渐开线齿轮的加工方法

齿轮的切齿方法就其原理来说可概括为仿形法和展成法两种。

1、仿形法

2、展成法

(1)齿轮插刀是一个齿廓为刀刃的外齿轮；

(2)齿条插刀是一个齿廓为刀刃的齿条

(3)齿轮滚刀像梯形螺纹的螺杆，轴向剖面齿廓为精确的直线齿

廓，滚刀转动时相当于齿条在移动。可以实现连续加工，生产率高。

三、渐开线齿廓的根切及标准外啮合齿轮的最小齿数

1、根切现象

2、最小齿数

四、变位齿轮传动

1、变位齿轮

变位齿轮：在不变更被切齿轮齿数的状况下，变更刀具及轮呸

的相对位置而达到不产生根切时切制的齿轮。

2、最小变位系数

当a=20°,ha=l时，xmin=(17-z)/17

X一变位系数，x>0正变位；x<0负变位；x=0零变位。

3、变位齿轮的几何尺寸和传动的类型

1、变位齿轮的几何尺寸

变位齿轮的几何尺寸计算见表107。

2、变位齿轮传动的类型

(1)零传动

若一对齿轮的变位系数之和为零(Xi+X2=0),称零传动。

(2)正传动

若一对齿轮的变位系数之和大于零(X]+X2>0),称正传动。

Zi+z2V2Zmin

适用于实际中心距大于标准中心距的状况，即a，>ao

(3)负传动

若一对齿轮的变位系数之和小于零(X]+X2<0=,称负传动。

Zi+Z2>2zmjn

第十七讲齿轮(四)

教学目标

（一）实力目标

1.能依据工作条件推断齿轮传动的失效形式及建立设计准则，并

进行设计计算

2.会选择合适的齿轮材料

（二）学问目标

L熟识齿轮传动的失效形式及建立设计准则

2.驾驭齿轮传动的受力分析及强度计算

教学内容

1.齿轮传动的失效形式及计算准则

2.齿轮材料及热处理

3.直齿圆柱齿轮传动的强度计算

4.渐开线标准斜齿圆柱齿轮传动

教学的重点及难点

重点：齿轮传动的强度计算。

难点：齿轮传动的受力分析。

教学方法及手段

采纳多媒体教学，结合实际，提高学生的学习爱好。

一、齿轮传动的失效形式和设计准则

齿轮传动：开式传动、闭式传动、半开式传动

1、齿轮传动的失效形式

1、轮齿折断

1）疲惫折断轮齿是受一脉冲交变应力，在轮齿根部的过渡圆角

处发生疲惫裂纹而发生折断。

2）过载折断短时过载或猛烈冲击。

2、疲惫点蚀

3、胶合

避开措施：采纳有添加剂的抗胶合润滑油；提高齿面硬度和降低

粗糙度；

4、齿面磨粒磨损

5、齿面塑性变形

2、计算准则

1.开式齿轮传动

主要失效形式齿面磨损，当磨损量过大，产生轮齿折断。

设计准则：按齿根弯曲强度计算。

2.软齿面闭式齿轮传动

主要实效形式是齿面点蚀，点蚀又及齿面接触强度有关。

设计准则：按齿面接触强度计算，并验算齿根弯曲强度。

3.硬齿面闭式齿轮或铸铁齿轮传动

主要失效形式是轮齿折断。

设计准则：按齿根弯曲强度计算，并验算齿面接触强度。

二、齿轮的常用材料及许用应力

1、齿轮材料的基本要求

材料要求：齿面硬，齿芯韧、良好的加工工艺性及热处理性能。

2、齿轮的常用材料及热处理

1、锻钢

是制造齿轮的主要材料，一般采纳含碳量为0.1%—0.6%的碳素

钢或合金钢。按轮齿表面硬度要求又可分为：HBSW350和

HBS>350两类。

2、铸钢

通常用于尺寸较大（一般d>400〜600mm）、轮坯不宜锻出的齿轮。

3、铸铁

一般用于尺寸较大而低速的齿轮，并多采纳优质铸铁（如灰铁

HT300、球铁QT450—5等）铸造。

4、非金属材料

常用的热处理工艺有：调质、正火（软齿面）；表面淬火、渗碳淬

火、渗氮（硬齿面）

3、许用应力

许用接触力6】H按下式计算

许用弯曲应力口1可按下式计算

三、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算

1、轮齿的受力分析

法向压力：齿轮啮合传动时，若忽视轮齿间的摩擦，则轮齿间存

在着沿着法线方向的作用力，称为法向压力，用Fn表示，又称名义

载荷。

2、计算载荷

3、齿根弯曲疲惫强度计算

轮齿的弯曲强度校核公式为

ba{m

将齿宽系数代入上式，得弯曲强度的设计公式为

(mm)

4、齿面接触疲惫强度计算

四、平行轴斜齿圆柱齿轮传动

1、齿廓曲面的形成及啮合特点

2、斜齿圆柱齿轮传动几何尺寸的计算

3、斜齿圆柱齿轮正确啮合条件和重合度

4、当量齿数

3

zv=z/COSp

5、斜齿圆柱齿轮的强度计算

1、轮齿的受力分析

力的大小：

力的方向：

第十八讲（齿轮五）

教学目标

（一）实力目标

能进行齿轮传动设计计算

（二）学问目标

L熟识齿轮参数的确定

2.驾驭齿轮强度计算

教学内容

1.齿轮的设计计算2.锥齿轮教学的重点及难点

重点：齿轮设计计算。

难点：齿轮传动的