機械設計教案.doc

_教材分析1.教材基本信息教材名稱：機械設計出版社：高等教育出版社主 編：濮良貴出版時間：2013年5月第9版2.章節(jié)內(nèi)容第一章緒論第二章機械設計總論第三章機械零件的強度第四章摩擦、磨損及潤滑第五章螺紋連接機螺旋傳動第六章鍵、花鍵、物件連接和銷聯(lián)結第七章鉚接、焊接、膠接和過盈連接第八章帶傳動第九章鏈傳動第十章齒輪傳動第十一章蝸桿傳動第十二章滑動軸承第十三章滾動軸承第十四章聯(lián)軸器和離合器第十五章軸第十六章彈簧第十七章機座和箱體第十八章減速器和變速器3.教學手段和方法 教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā) 教學手段：課件演示、視頻課件 4.實訓教學環(huán)節(jié)實訓一：連接件認知（螺栓、鍵、銷） 實訓二：傳動部件認知（帶、齒輪、蝸桿、鏈傳動） 實訓三：軸系部件認知（軸、軸承、聯(lián)軸器、離合器等）5.教材優(yōu)缺點分析 優(yōu)點：“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材：機械設計（第9版）是“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材，是在西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編著，濮良貴、紀名剛主編機械設計（第八版）的基礎上，根據(jù)教育部2011年制訂的“機械設計課程教學基本要求”和編者多年來的教學實踐經(jīng)驗，考慮加強學生素質教育和能力培養(yǎng)，結合拓寬專業(yè)面后的教學改革以及我國機械工業(yè)發(fā)展的需要修訂而成的。內(nèi)容上能夠反映現(xiàn)代機械設計的最新技術，具有較強的針對性和實用性。書后附錄有常用量的名稱、單位、符號及換算關系。教材覆蓋面廣，較為權威。缺點：配套習題略少，沒有配套的實驗指導類教材6.參考教材機械設計指導手冊（圖書館）機械設計課程設計機械設計習題集第1次 2學時單元標題：第一章 緒論 第二章機械設計總論課堂類別：理論教學目標：1、 了解機器的組成；明確零件的概括分類及零件與機器的關系。2、 明確本課程的內(nèi)容、性質和任務；注意本課程與先修課程及后續(xù)課程的關系和相應的學習方法。3、 深刻理解機械零件的失效形式及應滿足的基本要求。4、深刻理解機械零件的設計準則及設計方法。教學重難點：重點：機器的主體及其基本組成要素和機械零件的分類，機械零件(局部)和機器(總體)的關系；難點：機械零件的失效形式及設計步驟教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程第一章緒論(一)內(nèi)容1、機器在經(jīng)濟建設中的作用2、機器的基本組成要素3、本課程的內(nèi)容、性質、任務機械設計是以一般通用零部件的設計為核心的設計性課程，而且是論述它們的基本設計理論與方法，用以培養(yǎng)學生具有設計一般機械的能力的技術基礎課程。本課程的目的與任務在于培養(yǎng)學生：1、掌握通用機械零部件的工作原理、特點、選用及設計理論與設計計算方法。2、初步樹立正確的設計思想，了解設計的一般規(guī)律，具有設計機械傳動部件及簡單機械的能力，以及培養(yǎng)學生獨立解決問題和分析問題的能力。3、具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖表和查閱有關資料的能力。4、學會典型零件的實驗方法，獲得實驗技能的基本訓練。第二章 機械設計總論(一)內(nèi)容1、機器的組成：原動機、傳動部分、執(zhí)行部分、控制系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等。2、設計機器的一般程序：計劃階段、方案設計階段、技術設計階段、技術文件編制階段3、對機器的主要要求：使用功能要求、經(jīng)濟性要求、勞動保護和環(huán)境保護要求、壽命和可靠性要求、其他要求。4、機械零件的主要失效形式：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞、破壞正常工作條件引起的失效。5、設計機械零件時應滿足的基本要求：1）避免在預定壽命期內(nèi)失效的要求；2）結構工藝性要求 3）經(jīng)濟性要求 4）質量小的要求 5）可靠性要求6、機械零件的計算準則：強度準則、剛度準則、壽命準則、振動穩(wěn)定性準則、可靠性準則設計方法：理論設計、經(jīng)驗設計、模型試驗設計7、機械零件設計的一般步驟8、機械零件材料的選用原則9、機械零件設計中的標準化(二)基本要求1、明確機器的組成，了解機器的要求及其設計程序。2、深刻理解機械零件的失效形式及應滿足的基本要求。3、深刻理解機械零件的設計準則及設計方法。4、了解機械零件的一般設計方法，重視結構設計及標準化工作。5、了解一般機械零件的材料及選用原則。(三)重點、難點及學習注意事項本章特點在于從機器設計的總要求出發(fā)，引出與機械零件設計有關的一些原則性問題。這些問題，例如設計機器的一般程序、機械零件失效形式、零件的設計要求、設計準則、設計方法、設計步驟及材料選擇等，始終貫穿在本書以后的各章中。本章的學習首先要從總體上建立起機器設計，尤其是機械零件設計的總括性的概念，即從機器的總體要求出發(fā)，引出對機械零件的要求，根據(jù)零件的失效形式，擬定出設計準則，在選擇出適用的材料后，按一定的步驟，用理論設計或經(jīng)驗設計的方法，設汁出機械零件來。這個過程的系統(tǒng)性是很嚴密的。它對以后各章的學習都具有提綱挈領的作用。其次，還要掌握對機器和機械零件的基本要求。這些要求本質上講有兩條：1)提高機器總體效益；2)避免失效。第一條要求是相對的，隨著科學技術的發(fā)展，對總體效益的要求總是不斷變化的。第二條要求卻是最基本的，即在達到設計壽命前的任何時候，對機器和零件總是有避免失效的要求的。要求學生在以后各章節(jié)的學習中，不斷地結合各章的具體分析來逐步加深理解。4.教學小結及作業(yè)1）機械零件的失效形式有哪些？第2次 2學時單元標題：第3章 機械零件的強度課堂類別：理論教學目標： 掌握常用的強度理論，并能正確運用；正確選用強度計算中的極限應力；熟練掌握極限應力線圖的繪制與分析；熟練掌握穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算及等效轉化概念；了解單向不穩(wěn)定變應力的疲勞強度計算。教學重難點：重點：常用強度理論的正確運用及強度計算中極限應力的正確選定；極限應力線圖的意義、繪制；穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算。難點：無。教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程第三章 機械零件的強度1.強度問題：靜應力強度：通常認為在機械零件整個工作壽命期間應力變化次數(shù)小于103的通用零件，均按靜應力強度進行設計。（材料力學范疇）變應力強度：在變應力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。2.疲勞破壞定義：金屬材料試件在交變應力作用下，經(jīng)過長時間的試驗而發(fā)生的破壞。3.疲勞破壞的原因：材料內(nèi)部的缺陷、加工過程中的刀痕或零件局部的應力集中等導致產(chǎn)生了微觀裂紋，稱為裂紋源，在交變應力作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴展，直至零件發(fā)生突然斷裂。4.疲勞破壞的特征：1）零件的最大應力在遠小于靜應力的強度極限時，就可能發(fā)生破壞；2）即使是塑性材料，在沒有明顯的塑性變形下就可能發(fā)生突然的脆性斷裂。3) 疲勞破壞是一個損傷累積的過程，有發(fā)展的過程，需要時間。4) 疲勞斷口分為兩個區(qū)：疲勞區(qū)和脆性斷裂區(qū)。3-1 材料的疲勞特性 一、應力的分類1、靜應力:大小和方向均不隨時間改變,或者變化緩慢。2、變應力:大小或方向隨時間而變化。1）穩(wěn)定循環(huán)變應力: 以下各參數(shù)不隨時間變化的變應力。sm平均應力； sa應力幅值smax最大應力； smin最小應力r 應力比（循環(huán)特性）描述規(guī)律性的交變應力可有5個參數(shù)，但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。2）非穩(wěn)定循環(huán)變應力: 參數(shù)隨時間變化的變應力。 （1）規(guī)律性非穩(wěn)定變應力:參數(shù)按一定規(guī)律周期性變化的稱為。 （2）隨機變應力：隨機變化的。二、疲勞曲線1、-N曲線：應力比r一定時，表示疲勞極限（最大應力）與循環(huán)次數(shù)N之間關系的曲線。大多數(shù)零件失效在C點右側區(qū)域,稱高周疲勞區(qū)N104高周疲勞區(qū)以N0為界分為兩個區(qū)：有限壽命區(qū)(CD)： NN0，循環(huán)次數(shù)N,對應的極限應力。條件疲勞極限。曲線方程為 無限壽命區(qū)：NN0時，曲線為水平直線，對應的疲勞極限是一個定值，用 表示。當材料受到的應力不超過時，則可以經(jīng)受無限次的應力循環(huán)而不疲勞破壞。 即壽命是無限的。疲勞極限（）因為 所以 2、等壽命疲勞曲線（極限應力線圖） 定義：循環(huán)次數(shù)一定時，應力幅與平均應力間的關系曲線。理論疲勞曲線：經(jīng)過試驗得二次曲線如下圖。 即在曲線 （壽命為循環(huán)基數(shù)N0） 在曲線內(nèi)為無限壽命。曲線外為有限壽命。實際疲勞曲線： 在直線CG，上任何一點均有 A，G，線 疲勞強度線。其上的點表示疲勞極限應力由A,、G,兩點坐標可得A，G，線直線方程 其中 （試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)）碳鋼合金鋼CG，線 屈服強度線。其上的點表示屈服極限 由C點坐標和直線斜角可得CG，線方程 3-2 機械零件的疲勞強度計算一、零件的極限應力線圖引入 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)則-1材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限-1e零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限將材料的極限應力線圖中直線A,D,G,按比例向下移，CG,部分按靜強度考慮,故不作修正。即得零件的極限應力線圖，如下故各點坐標為 ，C點坐標不變采用同樣方法，可得AG直線方程： 直線CG方程為： 彎曲疲勞極限綜合影響系數(shù) 零件的有效應力集中系數(shù)。（在正應力作用下）零件的尺寸系數(shù)。（在正應力作用下）零件的表面質量系數(shù)。（在正應力作用下）零件的強化系數(shù)。（在正應力作用下）二、單向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算所以：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：機械零件可能發(fā)生的典型的應力變化規(guī)律有以下三種： 應力比為常數(shù)：r=C 平均應力為常數(shù)m=C最小應力為常數(shù)min=C1、r=C r=C時，應該有 聯(lián)解OM、AG直線方程可得M，坐標(、),相加即為M點零件的疲勞極限：由上式得如果極限應力點為N，極限應力為屈服極限，所以強度條件為：其它加載方式相同。2、 聯(lián)解直線MM2與直線AG方程，求出M2點橫縱坐標值，并相加：3、即 為與橫軸夾角450的斜直線，故可過M作斜線LM，M3點即為極限應力點。同樣的方法可得:三、雙向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算當零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應力sa 和ta時，由實驗得出的極限應力關系式為：式中 ta及sa為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。由于是對稱循環(huán)變應力，故應力幅即為最大應力?；【€ AMB 上任何一個點即代表一對極限應力a及a若作用于零件上的應力幅sa及ta如圖中M點表示，則由于此工作應力點在極限以內(nèi)，未達到極限條件，因而是安全的。3-4 機械零件的接觸強度接觸應力：當兩零件以點、線相接處時，其接觸的局部會引起較大的應力。這局部的應力稱為接觸應力。 赫茲公式：其中: 綜合曲率4.作業(yè)3-1、3-2第3次 2學時單元標題：第五章螺紋聯(lián)接及螺旋傳動5.1螺紋 5.2螺紋連接類型和標準連接件5.3螺紋連接的預緊 5.4螺紋連接的防松課堂類別：理論教學目標：通過本次教學，讓學生掌握螺紋聯(lián)接類型及防松方法教學重難點：重點：螺紋聯(lián)接類型及防松原理難點：無教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程一、螺紋的形成二、螺紋的類型 三角形（普通螺紋）、管螺紋聯(lián)接螺紋（精密傳動）按牙型 矩形螺紋，梯形螺紋，鋸齒形螺紋傳動螺紋三、螺紋的主要參數(shù)（圖4-3）1）外徑d（大徑）（D） 2）內(nèi)徑（小徑）d1(D1)3）中徑d2 4）螺距P 5）導程（S） 6）線數(shù)n7）螺旋升角 8）牙型角 9）牙型斜角螺旋副的自鎖條件為：螺旋副的傳動效率為：四、常用螺紋的種類、特點與應用比較螺紋聯(lián)接的類型及螺紋聯(lián)接件一、螺紋聯(lián)接主要類型1、螺栓聯(lián)接2、雙頭螺栓聯(lián)接3、螺釘聯(lián)接4、緊定螺釘聯(lián)接螺紋聯(lián)接件 螺紋聯(lián)接的預緊與防松一、預緊螺紋聯(lián)接 松聯(lián)接在裝配時不擰緊，只存受外載時才受到力的作用 緊聯(lián)接在裝配時需擰緊，即已預先受力，預緊力QP預緊目的：保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求。 ） 一般K=0.10.3二、防松：1、防松目的實際工作中，外載荷有振動、有變化、材料高溫需變等會造成摩擦力減少，螺紋副中正壓力在某一瞬間消失、摩擦力為零，從而使螺紋聯(lián)接松動，因此，必須進行防松。2、防松原理消除（或限制）螺紋副之間的相對運動，或增大相對運動的難度。3、防松辦法及措施1）摩擦防松雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等2）機械防松：開槽螺母與開口銷，圓螺母與止動墊圈，彈簧墊片，軸用帶翅墊片，止動墊片，串聯(lián)鋼絲等。3）永久防松：端鉚、沖點（破壞螺紋）、點焊4）化學防松粘合討論：雙頭螺栓聯(lián)接，旋入端如何防松？ 利用螺尾旋緊產(chǎn)生橫向擴張；利用過盈配合達到橫向擴張；利用桿端預緊，產(chǎn)生軸向預緊作用5.課后作業(yè)5-1、5-2第4次 2學時單元標題：5.5螺紋組連接的設計 課堂類別：理論教學目標：通過本次課的學習，使學生掌握螺栓組連接的設計及強度計算教學重難點：重點：螺栓受橫向載荷、轉矩、傾覆力矩時的受力（普通螺栓和絞制孔螺栓兩種）難點：無教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程1 螺栓組連接的結構設計1) 要設計成軸對稱的幾何形狀。2) 螺栓的布置應使螺栓的受力合理3) 螺栓的布置應有合理的間距、邊距4) 同一組螺栓連接中各螺栓的直徑和材料均應相同5) 避免螺栓承受偏心載荷2、螺栓組連接的受力分析螺栓組受力分析的目的：根據(jù)螺栓組連接的結構和受載情況，求出受載最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假設條件下進行的，即：a. 同組中的各螺栓都受相同的預緊力b. 螺栓組的對稱中心與被連接結合面的形心重合c. 被連接件為剛體,連接結合面為剛性平面。d. 螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)。1）受軸向載荷螺栓組連接 單個螺栓工作載荷為F=P/Z P軸向外載 Z螺栓個數(shù) 2）受橫向載荷的螺栓組連接特點：普通螺栓，鉸制孔用螺栓皆可用，外載垂直于螺栓軸線、防滑普 通 螺 栓 受拉伸作用鉸制孔螺栓受橫向載荷剪切、擠壓作用。單個螺栓所承受的橫向載荷相等 FR=R/Z3）受橫向扭矩螺栓組連接（1）圓形接合面：單個螺栓所受橫向載荷 （2）矩形接合面 a)普通螺栓連接 由靜平衡條件連接件不產(chǎn)生相對滑動的條件為：則各個螺栓所需的預緊力為b)鉸制孔螺栓連接組 由變形協(xié)調條件可知，各個螺栓的變形量和受力大小與其中心到接合面形心的距離成正比由假設板為剛體不變形，工作后仍保持平面，則剪應變與半徑成正比。在材料彈性范圍內(nèi)，應力與應變成正比 由靜平衡條件4、受翻轉力矩螺栓組連接 特點：M在鉛直平面內(nèi)，繞O-O回轉，只能用普通螺栓，取板為受力對象，由靜平衡條件 設單個螺栓工作載荷為Fi 7.作業(yè)5-3、5-4第5次 2學時單元標題：5.6螺紋連接的強度計算 5.7螺紋連接件的材料和許用應力 5.8提高螺紋連接強度的措施課堂類別：理論教學目標： 通過本次課的學習，使學生掌握螺栓受軸向載荷的受力分析。教學重難點：重點：緊螺栓強度連接。難點：緊螺栓強度連接。教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程單個螺栓聯(lián)接的強度計算1、失效形式和原因a）形式：多數(shù)為抗拉疲勞失效，靜態(tài)失效較少，但嚴重過載拉斷，螺牙剪斷，螺紋壓潰等可出現(xiàn)。b）失效原因：應力集中應力集中促使疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展過程2、設計計算準則與思路受拉螺栓：設計準則為保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度受剪螺栓：設計準則為保證螺栓的擠壓強度和剪切強度一、松螺栓聯(lián)接如吊鉤螺栓，工作前不擰緊，無QP，只有工作載荷F起拉伸作用，防斷。強度條件為： MPa 驗算用或 （mm） （設計用）定公稱直徑d 式中：d1螺桿危險截面直徑（mm） 許用拉應力 N/mm2 (MPa) 二、緊螺栓聯(lián)接工作前有預緊力QP工作前擰緊，在擰緊力矩T作用下：預緊力QP產(chǎn)生拉伸應力 復合應力狀態(tài)螺紋摩擦力矩T1產(chǎn)生剪應力a) b) 接第四強度理論：強度條件為： 式中：QP預緊力（N） T1螺紋摩擦力矩，起扭剪作用，又稱螺紋扭矩，N.mm 1.3系數(shù)將外載荷提高30%，以考慮螺紋力矩對螺栓聯(lián)接強度的影響，這樣把拉扭的復合應力狀態(tài)簡化為純拉伸來處理，大大簡化了計算手續(xù)。1、橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接計算主要防止被聯(lián)接件錯動普通螺栓聯(lián)接防滑特點：桿孔間有間隙，靠擰緊后正壓力由（QP）產(chǎn)生摩擦力來傳遞外載荷，保證聯(lián)接可靠（不產(chǎn)生相對滑移）的條件為：設所須的預緊力為QP 工作前后不變，式中：f接縫面間的摩擦系數(shù)， i拉縫界面數(shù)目 KS防滑系數(shù)（可靠性系數(shù)） KS=1.11.3強度條件驗算公式：為式：設計公式為： 鉸制孔螺栓聯(lián)接防滑動特點：螺桿與孔間緊密配合，無間隙，由光桿直接承受擠壓和剪切來傳遞外載荷R進行工作螺栓的剪切強度條件為： MPa 螺栓與孔壁接觸表面的擠壓強度條件為： R橫向載荷（N）；d0螺桿或孔的直徑（mm）lmin被聯(lián)接件中受擠壓孔壁的最小長度（mm），螺栓許用剪應力，MPa，（鋼，安全系數(shù)， 螺栓或被聯(lián)接件中較弱者的許用擠壓應力，MPa2、軸向載荷緊螺栓聯(lián)接強度計算特點：加載前有預緊力QP、軸向工作載荷F 只適于普通螺栓防斷，受QP與F聯(lián)合作用，如汽缸蓋螺栓工作特點：工作前擰緊，有QP；工作后加上工作載荷F工作前、工作中載荷變化，求工作時總載荷Q=？ -殘余預緊力強度條件：驗算公式： （MPa） 設計公式： （mm）(公稱直徑) 5.作業(yè) 5-8、5-9第6次 2學時單元標題：第6章 鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接課堂類別：理論教學目標： 通過本次課的學習，使學生掌握平鍵、花鍵聯(lián)接設計計算方法，了解其它聯(lián)接的類型與特點教學重難點：重點：平鍵、花鍵聯(lián)接強度計算難點：無教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程一、鍵聯(lián)接的類型與構造松鍵聯(lián)接靠側面擠壓，圓用方向剪切承載，工作前不打緊1）平鍵；2）半圓鍵；3）花鍵平鍵普通平鍵；導鍵與滑鍵。 普通平鍵：A型、B型、C型緊鍵聯(lián)接：1）楔鍵聯(lián)接；2）切向鍵聯(lián)接1、平鍵普通平鍵用于靜聯(lián)接即軸與輪轂間無相對軸向移動，構造：兩側面為工作面，靠鍵與槽的擠壓和鍵的剪切傳遞扭矩 軸上的槽用盤銑刀或指狀銑刀加工 輪轂槽用拉刀或插刀加工。3）導向平鍵與滑鍵用于動聯(lián)接，即軸與輪轂之間有相對軸向移動的聯(lián)接導向鍵不動，輪轂軸向移動動聯(lián)接鍵隨輪轂移動，滑移距離大時采用滑鍵由（軸徑）d 查手冊 b（寬）h（高）L（長）強度驗算 2、半圓鍵用于靜聯(lián)接（松聯(lián)接）軸槽用與半圓鍵形狀相同的銑刀加工，鍵能在槽中繞幾何中心擺動，鍵的側面為工作面，工作時靠其側面的擠壓來傳遞扭矩。特點：工藝性好，裝配方便，尤其適用于錐形軸與輪轂的聯(lián)接缺點：軸槽對軸的強度削弱較大。只適宜輕載聯(lián)接。3、楔鍵聯(lián)接緊聯(lián)接普通楔鍵：上、下面為工作表面，有1：100斜度（側面有間隙），4、切向鍵兩個斜度為1：100的楔鍵聯(lián)接，上、下兩面為工作面（打入）布置在圓周的切向。工作原理；靠工作面與軸及輪轂相擠壓來傳遞扭矩。二、鍵聯(lián)接的強度校核失效形式： 壓潰（鍵、軸、轂中較弱者靜聯(lián)接） 磨損（動聯(lián)接）鍵的剪斷（較少）1、平鍵聯(lián)接的強度校核。普通平鍵：a) 則其擠壓強度條件為： Mpa許用擠壓應力 Mpa T扭矩（Nmm）k工作高度 k=oh/2l工作長度 d軸徑（mm）b）剪切強度條件：導向平鍵、滑鍵（動聯(lián)接） MpaP許用比壓 鍵的許用剪應力（N/mm2）花鍵聯(lián)接：花鍵聯(lián)接是由多個鍵齒與鍵槽在軸和輪轂孔的周向均布而成花鍵齒側面為工作面適用于動、靜聯(lián)接類型、特點和應用1、特點：2、花鍵類型 矩形花鍵 漸開線花鍵 三角形花鍵二、花鍵聯(lián)接的設計計算無鍵聯(lián)接：用非圓剖面的軸與轂孔構成的聯(lián)接稱成型聯(lián)接型面聯(lián)接 軸和轂孔有柱形的和圓錐形的。二、脹緊聯(lián)接銷聯(lián)接作用：主要用于零件間位置定位（定位銷必須多于2個）；傳遞不大的載荷（均有標準）；安全保護裝置中作剪斷元件類型：按用途 定位銷、聯(lián)接銷、安全作業(yè)：習題6-1、6-4、6-5第7次 2學時單元標題：連接件認知課堂類別：實訓教學目標： 通過本次課的學習，使學生認知常見聯(lián)接的類型與特點，熟悉螺栓、鍵、銷連接的應用教學重難點：重點：聯(lián)接件的合理選用及計算難點：無教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、學生分組實訓、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：講授、實訓相結合主要教學內(nèi)容及過程1、 分組：每組學生20人，共分為三組進行。2、 理論講授：教師分別講解常見的螺栓種類及應用，普通鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等，并帶領學生觀摩實物及常見聯(lián)接在汽車上的應用。發(fā)動機上螺栓連接、汽車變速箱輸入軸及輸出軸上的花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接3、 學生分組實操：螺紋：擰緊力矩25N/M4、 總結提問階段：第8次 2學時單元標題：第八章帶傳動 8.1概述 8.2帶傳動工作情況分析課堂類別：理論教學目標：通過本次課的學習，使學生了解彈性滑動的概念，掌握帶傳動受力分析和歐拉公式教學重難點：重點：受力分析 歐拉公式 彈性滑動的概念難點：掌握帶應力分布規(guī)律教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程一、帶傳動的工作原理及特點1、傳動原理以張緊在至少兩輪上帶作為中間撓性件，靠帶與輪接觸面間產(chǎn)生摩擦力來傳遞運動與動力2、特點： 二、帶傳動的主要類型與應用a.平型帶傳動 b.V帶傳動三角帶三角帶傳動c.多楔帶 d.同步帶傳動三、V帶及其標準，三帶膠帶構造及標準V帶構造：簾布芯結構；繩芯結構V型帶標準，三角膠帶規(guī)格、尺寸、使用等要求已有國家標準按截面尺寸從小到大共有如下類型：Y Z A B C D E 四、帶傳動的工作情況分析1、帶傳動的受力分析：工作前（預緊）兩邊初拉力F0=F02）工作時（傳遞扭矩T）兩邊拉力變化：緊力 F0F1；松邊F0F2僅以主動輪邊帶為對象（隔離體）分析：根據(jù)平衡條件： =傳遞的有效圓周力。工作中，緊邊伸長，松邊縮短，總長不變，但總帶長不變。這個關系反應在力關系上即拉力差相等（增量=減量）即： 由于拉力差即為接觸弧上產(chǎn)生的摩擦力的總和，必與傳遞有效圓周力平衡：（取帶輪為隔離體即得） Fe有效圓周力 Ff摩擦力的總和又根據(jù)：周向力與功率的關系帶傳遞的功率： （KW）Fe有效圓周力（N） V帶速（m/s）由式（6-1）和（6-2）得： 討論：F1與F2與F0和Fe有關，F(xiàn)e又與P有關，當P時，F(xiàn)e，即Ff，但對一定的帶傳動其摩擦力Ff有一個極限值Ffmax由Ffmax決定了帶傳動的傳動能力。帶傳動的最大有效圓周拉力及其影響 式中：f摩擦系數(shù)（對V型帶ffV代）包角（rad）一般為主動輪（小輪包角） e自然對數(shù)的底（e=2.718） 聯(lián)立 4、臨界圓周力Fec帶傳動的最大有效圓周力（臨界值（不打滑時）（推導P0功率時要用） 5、影響因素分析F0：與：大接觸弧長，F(xiàn)ec大，傳遞Fec大傳遞扭矩T越大f： 三角帶fvf，V帶承載能力大。彈性滑動與打滑 1、彈性滑動不可避免分析：主動輪上，帶邊走邊收縮（力越來越?。?，由此帶的變形逐步下降，帶在開始進入輪時與輪貼緊，而出輪時則落后于輪，帶速落后于輪速。V1V帶相對于輪的相對滑動速度；，從動輪上，恰恰相反，帶邊走邊伸長，帶連高于輪速。V2Ffc時，開始全面打滑彈性滑動與打滑的區(qū)別：彈性滑動是由于帶是撓性件，摩擦力引發(fā)的拉力差使帶產(chǎn)生彈性變形不同而引起，是帶傳動所固有的，是不可避免的，是正常工作中允許的。而打滑是過載引起的，是失效形式之一，是正常工作所不允許的。是可以避免也是應該避免的。彈性滑動的影響：影響傳動比i，使i不穩(wěn)定，常發(fā)熱、磨損。打滑的影響：使帶劇烈磨損，轉速急劇下降，不能傳遞T，不能正常工作。3、 滑差率二、工作應力分析1、 拉應力 （Mpa） A帶的橫截面積2、離心應力 （N）離心拉力離心拉應力： （Mpa） 式中：q單位帶比質量（N），g重力加速度 g=9.8m/s2 V帶的線速度（m/s） （在整個帶長上相同） 3、彎曲應力，作用在帶輪段V： （Mpa） D越小，越大；h越大，越大，帶中應力分布情況，從緊邊松邊只在彎曲部分有 帶全長存在在A1點最大應力： 位置產(chǎn)生在緊邊與小帶輪相切處工作時帶中的應力是周期性變化的，隨著位置的不同，應力大小在不斷地變化，帶容易產(chǎn)生疲勞破壞。思考：打滑是失效形式之一，不允許的，應當避免的，但又有過載保護作用，是否矛盾？（過載保護作用與打滑是否矛盾？）第9次 2學時單元標題：8.3普通V帶傳動的設計計算 8.4帶輪設計 8.5 V帶傳動的張緊、安裝與維護課堂類別：理論教學目標：通過本次課的學習，使學生掌握帶傳動設計計算及帶輪的設計，熟悉帶傳動的張緊、安裝與維護教學重難點：重點：帶傳動設計計算難點：無教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程一、失效形式與設計計算失效形式（主要） 1）打滑；2）帶的疲勞破壞 2、設計準則：保證帶在不打滑的前提下，具有足夠的疲勞強度和壽命二）、單根三角膠帶的功率P0不打滑條件：臨界摩擦狀態(tài)（靜不動下）由疲勞強度條件： 與傳遞功率有關（即與打滑有關）許用拉應力 傳遞極限圓周力： 又 傳遞的臨界功率： 單根三角帶在不打滑的前提下所能傳遞的功率為： （KW） 式中：P0單根帶帶傳遞的臨界功率（KW） V帶速（m/s） Fec臨界圓周力（N） 一定條件下（材料）由疲勞強度決定的許用拉應力設計數(shù)據(jù)及內(nèi)容已知：P，n1，n2或i傳動布置要求（中心距a）工作條件要求是： 帶：型號，把數(shù)，長度 輪：Dmin，結構，尺寸 中心距（a） 軸壓力Q等設計步驟與方法（步主要參數(shù)的選擇方法）確定計算功率Pca ： KA工況系數(shù)，選擇帶型號：Pca，n1定帶輪直徑（驗算帶速V）a) 由表定小輪直徑D1min（與帶的型號有關）（計算直徑）或圓整（也可不圓整），b) 驗算帶速V 要求：，最佳帶速V=2025m/s 如V太小，由P=FV可知，傳遞同樣功率P時，圓周力F太大，帶的根數(shù)太多，且P1太小，彎曲，壽命，措施：應D1且軸承尺寸） V太大，則離心力太大，帶與輪的正壓力減小，摩擦力，傳遞載荷能力，傳遞同樣載荷時所需張緊力增加，帶的疲勞壽命下降，這時措施D1應，否則壽命太短。如V不合適，則應重選D14） 求中心距a和帶的基準長度Lda) 初選a0 或按結構尺寸要求定b) 由a0定計算長度（開口傳動） c) 按表7-3定相近的基礎長度Ld d) 由節(jié)線長度Ld求實際中心距對V 5）驗算小輪包角 ， 不滿足措施：1）a (i一定時)；2）加張緊輪一般i=35（V帶） 6）計算帶的根數(shù)Z 300課后作業(yè)：8-2、8-3第10次 2學時單元標題：第9章 鏈傳動課堂類別：理論教學目標：通過本次課的學習，使學生了解套筒滾子鏈結構、掌握鏈運動的不均勻性教學重難點：重點：鏈運動不均勻性和動載荷難點：掌握鏈傳動的受力分析教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程一、鏈傳動工作原理與特點1、工作原理：兩輪間以鏈條為中間撓性元件的嚙合來傳遞動力和運動。2、組成；主、從動鏈輪、鏈條和張緊裝置等。3、特點優(yōu)點：平均速比im準確，無滑動；結構緊湊，軸上壓力Q??；傳動效率高=98%；承載能力高P=100KW；可傳遞遠距離傳動amax=8mm；成本低。缺點：瞬時傳動比不恒定i；傳動不平衡；傳動時有噪音、沖擊；對安裝粗度要求較高。4、應用：適于兩軸相距較遠，工作條件惡劣等，如農(nóng)業(yè)機械。中低速傳動：i8(I=24)，P100KW，V12-15m/s。 二、鏈傳動的主要類型套筒鏈；（套筒）滾子鏈屬標準件選用、合理確定鏈輪與鏈條尺寸套筒滾子鏈（結構與特點）鏈接頭型式：鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)（常用）內(nèi)鏈板與外鏈板相接彈性鎖片（稱彈簧卡）或大節(jié)距（稱開口銷）受力較好鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)用過渡鏈節(jié)固聯(lián)，受力不利，盡量不用。套筒滾子鏈鏈輪齒形及特點端面齒形是三圓弧一直線，弧、和一直線優(yōu)點：接觸應力小、沖擊小、磨損少，不易跳齒與脫鏈軸面齒形：兩側呈圓弧狀，以利鏈節(jié)的進入和退出嚙合加工方法：標準刀具加工，一般為成型銑刀（只要P相同，Z不同的所有鏈輪均能加工）三、鏈輪的主要參數(shù)1、鏈輪的主要參數(shù)，節(jié)距P，齒數(shù)Z，分度圓直徑（公稱直徑）鏈輪的材料要求：1）強度；2）耐磨；3）耐沖擊（在沖擊載荷時）具體有普通碳素鋼，優(yōu)質碳素鋼和合金鋼，2、鏈傳動的幾何計算1）、鏈節(jié)數(shù)LP（節(jié)線長度） 2）、中心距a 四、鏈傳動的運動特性鏈傳動與撓在正多邊形輪子上的帶傳動極其相似正多邊形邊數(shù)（Z）（齒數(shù)）正多邊形邊長（P）（節(jié)距）當鏈輪轉過一周，鏈移動距離ZP當鏈輪轉速為n1、n2時 （m/s）平均速度平均傳動比 瞬時傳動比： 即使W1恒定，而W2隨（）而變化，it不恒定。只有當Z1=Z2（d1=d2）,a（中心距）為P的整數(shù)倍時，因為此情況下、變化處處相同。結論：鏈節(jié)在運動中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度變化。這就造成鏈運動速度的不均勻，不恒定作有規(guī)律的周期性的波動。動載沖擊鏈傳動的動載荷結論：鏈輪轉速（n1）越高，節(jié)距（力）越大，（即齒數(shù)Z1越少），動載沖擊越嚴重，噪音越大。當V一定，Z1多，P小，是非常有利的。當P、Z一定，則必須限制n，（nL極限轉速（表8-8）、nK推薦用最高轉速r/min），可降低沖擊能量：還應注意：鏈節(jié)與輪相對速度也引起沖擊。鏈傳動的受力分析不計動載荷，鏈傳動中主要作用力有：1、 工作拉力Fe作用于主動邊 2、離心拉力：Fe=q、V2 3、垂度拉力： （N）Kf垂度系數(shù)圖F下垂度兩輪中心線與水平面的夾角4、緊邊拉力 F1=Fe+Fc+Ff 從動力拉力 F2=Fc+Ff5、作用于軸上載荷Q為主從動邊拉力之和，略去離心拉力（對軸壓力沒有影響） Q=Fe+2Ff f影響較小一般取Q1.2Fe 一、失效形式1）各元件的疲勞破壞（主要指鏈板、銷軸、套筒、滾子）正常潤滑及速度主要失效形式2）鏈節(jié)磨損后伸長（主要是銷軸鉸鏈磨損），造成脫鏈，跳齒3）沖擊破壞（反復起制動、反轉或受重多沖擊載荷時，動載荷大，經(jīng)多次沖擊、銷軸、滾子、套筒最終產(chǎn)生沖擊斷裂，總循環(huán)次數(shù)N=104）4）膠合（重載高速）（破壞驗算nL）極限轉速5）輪齒過度磨損6）過載拉斷塑性變形（當?shù)退僦剌dV6齒數(shù)Z1312725232117173、鏈節(jié)數(shù)與中心距LP，a通常以節(jié)距倍數(shù)來表示鏈長LP1）初選a0a過小時則過?。ò牵﹨⒓訃Ш淆X數(shù)少，總的LP也少，在一定的V下，鏈節(jié)應力循環(huán)次數(shù)增加，壽命下降，但a過大，除不緊湊外，且使鏈松邊顫動。一般推薦：初選a0=(3050P)，amax=80P2）算LP（鏈節(jié)數(shù)） 圓整為整數(shù)（最好為偶數(shù)）3）求中心距a（實際） 4、軸上壓力QQ1.2Fe 工作壓力 （N） 課后作業(yè)：9-1、9-3第11次 2學時單元標題：第十章齒輪傳動10.1概述 10.2齒輪傳動的失效形式及設計準則10.3齒輪的材料及選擇原則10.4齒輪傳動的計算載荷課堂類別：理論教學目標：通過本次課的學習，使學生掌握主要失效形式，熱處理方法，掌握齒輪的計算載荷，掌握直齒輪力分析的方法教學重難點：重點：齒輪受力分析 難點：掌握應力分布規(guī)律教學方法與手段：1.教學方法：教師講授、案例分析、集體討論、個別回答、師生互動啟發(fā)2.教學手段：課件演示、視頻課件主要教學內(nèi)容及過程一、失效形式1、輪齒折斷：彎曲疲勞折斷閉式硬齒面齒輪傳動最主要的失效形式過載折斷載荷過大或脆性材料提高輪齒抗折斷能力的措施：減小齒根應力集中、改善熱處理、齒根部分進行表面強化處理2、齒面疲勞點蝕閉式軟齒面齒輪傳動的主要失效形式位置：節(jié)線附近原因：1）單齒對嚙合接觸應力較大；2）節(jié)線處相對滑動速度較低，不易形成潤滑油膜；3）另外油起到一個媒介作用，潤滑油滲入到微裂紋中，在較大接觸應力擠壓下使裂紋擴展直至表面金屬剝落。防止措施：1）提高齒面硬度；2）降低表面粗糙度；3）采用角度變位（增加綜合曲率半徑）；4）選用較高粘度的潤滑油；3、齒面磨損開式齒輪的主要失效形式類型齒面磨粒磨損，防止措施：1）提高齒面硬度；2）降低表面粗糙度；3）潤滑油定期清潔和更換；4）變開式為閉式。4、齒面膠合高速重載傳動的主要失效形式熱膠合，原因：高速、重載壓力大，滑動速度高摩擦熱大高溫嚙合齒面粘結（冷焊結點）結點部位材料被剪切沿相對滑動方向齒面材料被撕裂。防止措施：1）采用抗膠合能力強的潤滑油（加極壓添加劑）；2）采用角度變位齒輪傳動3）提高齒面硬度；4）配對齒輪有適當?shù)挠捕炔?）改善潤滑與散熱條件。5、齒面塑性變形低速重載軟齒輪傳動的主要失效形式材料塑性流動方向與齒面受摩擦力方向一致， 防止措施：1）提高齒面硬度；2）采用高粘度的潤滑油或加極壓添加劑。二、設計準則主要失效形式 設計準則閉式軟齒面齒輪傳動 齒面接觸疲勞強度準則 閉式硬齒面