機械設計基礎電子教案

機械設計基礎電子教

案正式

精品資料

第一講緒論

教學目標

（一）能力目標

1,解本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務

2.掌握學習本課程的方法

（二）知識目標

L了解機器的組成及其特征

2,熟悉機構、構件、零件、部件的概念及其區(qū)別

教學內(nèi)容

1.機械設計基礎研究的對象

2.本課程的作用

3.機械設計的基本要求和一般過程

教學的重點與難點

（一）重點

本課程的研究對象、內(nèi)容。

（二）難點

機構、構件、零件、部件的概念及其區(qū)別。

教學方法與手段

采用動畫演示，注重啟發(fā)引導式教學。

一、機器的組成及特性

（一）機器的組成及其特征

以內(nèi)燃機為例

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1、工作原理

內(nèi)燃機是將燃氣燃燒時的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的機

器。

2、組成

內(nèi)燃機由三部分組成：連桿機構、齒輪機構、凸

輪機構。

3、機器的特性

（二）機構、構件、零件

1、機構

機構是用來傳遞運動和力，有一個構件為機架，

用運動副連接起來的構件系統(tǒng)。

一臺機器可以由一個機構，也可以由多個機構組

成。

常用機構：連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、間

歇運動機構等。

2、構件

構件是指o如鎮(zhèn)、齒輪、螺栓

等。

合的剛性體。如內(nèi)燃機連桿就是由連F體、連桿蓋、

螺母和螺栓等零件組成的構件，因為組合成連桿的各

零件之間沒有相對運動。

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3、零件及其分類

機械零件是指機器的制造單元體。

機械零件又分通用零件和專用零件。通用零件是

指各種機器普遍用到的零件，如螺栓、螺母、鍵、銷

等：專用零件是指某種機器才用到的零件，如內(nèi)燃機

的曲軸、活塞等。

二、本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務

1、本課程的性質(zhì)

專業(yè)基礎課

2、本課程的研究對象

常用機構和通用零件

3、本課程的所究內(nèi)容

4、本課程的任務

三、學習方法

小結：

1.機械設計基礎研究的對象

2.本課程的作用

3.機械設計的基本要求和一般過程

作業(yè)與思考：

1、何謂機器，何謂機構？它們有什么區(qū)別與聯(lián)

系？

精品資料

2、參照內(nèi)燃機的機構分析，說明它是由哪些機

構組成的。

第二講摩擦、磨損及潤滑概述

教學目標

（一）能力目標

1.會分析摩擦副類型，會選擇潤滑方式及潤滑劑

類型

2.會選擇密封方式

（二）知識目標

1.掌握摩擦副分類及基本性質(zhì)、磨損過程及潤滑

的類型及潤滑劑類型

2.掌握密封方式的選擇

教學內(nèi)容

1.摩擦與磨損

2.潤滑

3.密封方法及裝置

教學的重點與難點

（一）重點

1.潤滑方式及潤滑劑類型的選擇。

2.密封方法的確定。

（二）難點

密封方法的確定。

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教學方法與手段

應用工程實例講解，總結歸納式教學。

一、摩擦與磨損

摩擦：兩接觸的物體在接觸表面間相對運動或有

相對運動趨勢時產(chǎn)生阻礙其發(fā)生相對運動的現(xiàn)象叫摩

擦

磨損：由于摩擦引起的摩擦能耗和導致表面材料

的不斷損耗或轉(zhuǎn)移，即形成磨損。使零件的表面形狀

與尺寸遭到緩慢而連續(xù)破壞f精度、可靠性I效率！

直至破壞。

潤滑：減少摩擦、降低磨損的一種有效手段。

1、摩擦及其分類

1干摩擦

2液體摩擦

3混合摩擦

2、磨損及其過程

1磨合磨損過程：

2穩(wěn)定磨損階段：

3急劇磨損階段：

3、磨損分類

1磨粒磨損

2粘著磨損

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3疲勞磨損(點蝕)

4腐蝕磨損

二、潤滑

1、潤滑劑及主要性能

潤滑劑分液體、單同體、固體和氣體潤滑劑等。

常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂。

1潤滑油

潤滑油是目前使用最多的潤滑劑，主要有礦物油、合成油、動植物油等，

其中應用最廣的為礦物油。

(1)動力粘度n

(2)運動粘度v

(3)條件粘度(相對粘度)：恩氏粘度Et

2、潤滑脂

3、固體潤滑劑

常用滑劑有石墨、二硫化鋁、氮化硼、蠟、聚氟乙烯、酚醛樹脂、金屬及

金屬化合物等。

4、氣體潤滑劑

包括空氣、氫氣、氨氣、水蒸汽及液體金屬蒸汽。

5、潤滑劑的選擇

2、潤滑方法和潤滑裝置

A油潤滑裝置

B脂潤滑裝置

C固體潤滑裝置

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D氣體潤滑裝置

3、密封方法及裝置

小結：

1.摩擦與磨損

2.潤滑

3.密封方法及裝置

作業(yè)與思考：

1、按摩擦副表面間的潤滑狀態(tài)，摩擦可分為那幾類？各有何特點?

2、典型的磨損分哪三個階段？磨損按機理分哪幾種類型？

3、潤滑油和潤滑脂的主要性能指標有哪些？

第三講平面機構的運動簡圖

教學目標

（一）能力目標

能根據(jù)實物繪制機構運動簡圖

（二）知識目標

1.了解機構組成原理

2.理解自由度、運動副、約束的概念及三者的關系

教學內(nèi)容

1.運動副及其分類

2.平面機構的運動簡圖

教學的重點與難點

（一）重點

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平面機構的運動簡圖的繪制。

（二）難點

繪制簡圖時構件及運動副的準確表示。

教學方法與手段

多媒體教學，采用動畫演示、實例分析、啟發(fā)引導的教學方式。

一、機構的組成

1、運動副

運動副：兩構件直接接觸并能保持一定形式的相對運動的聯(lián)接稱為運動

副。

1、高副

2、低副兩構件通過面接觸組成的運動副稱為低副。平面低副可分為轉(zhuǎn)動

副和移動副。

2、自由度和運動副的約束

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1、構件的自由度

平面內(nèi)自由的構件，有3個自由度，而空間內(nèi)自由的構件，有6個自由

度。

2、運動副的約束

3、運動鏈和機構

兩個以上的構件以運動副聯(lián)接而構成的系統(tǒng)稱為運動鏈。機構是由主動

件、從動件和機架三部分組成的。

二、平面機構的運動簡圖

1、構件的表示方法

1、構件

(1)參與形成兩個運動副的構件

2、轉(zhuǎn)動副構件組成轉(zhuǎn)動副時，其表示方法如圖。

3、移動副

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兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動方向一致。

4、平面導］副

I

口

2、機構運動簡圖的繪制步驟

b)

小結：

1.運動副及其分類

2.平面機構的運動簡圖

作業(yè)與思考:

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1、平面機構中若引入一個高副將帶入（）個約束，而引入一個低副將帶

入（）個約束。約束數(shù)與自由度數(shù)的關系是（）。

2、兩個做平面平行運動的構件之間為（）接觸的運動副稱為低副；而為

（）或（）接觸的運動副稱為高副。

第四講平面機構自由度

教學目標

（一）能力目標

熟練掌握機構自由度計算，并能準確判斷機構運動是否確定

（二）知識目標

能準確識別出機構中存在的復合錢鏈、局部自由度和虛約束，并做出正確

處理

教學內(nèi)容

平面機構的自由度的計算

教學的重點與難點

（一）重點

平面機構的自由度的計算。

（二）難點

機構中復合錢鏈、局部自由度和虛約束的判斷，

教學方法與手段

多媒體教學，注重舉引典型實例進行分組討論、歸納總結。

1、平面機構的自由度

，J

機構的自由度：機構中各構件相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)目。

若某機構由N個構件組成，除去機架，機構中共有n=NT個活動件。構件

在連接之前，全部活動件共有3n個自由度。而在聯(lián)接后，構件的自由度由于運

動副的約束而減少。設在機構中有P個低副，P,個高副，則該機構全部運動副

的約束數(shù)目共有2P+P,個“則機構自由度

F=3n-2PP

2、機構具有確定相對運動的條件

機構具有確定運動的條件：原動件數(shù)目W應等于機構的自由度F。即

W=F=3n-2PP

原動件數(shù)〈自由度數(shù)，機構無確定運動

原動件數(shù)）自由度數(shù)，機構在薄弱處損壞

3、計算機構自由度時應注意的事項

1、復合錢鏈

定義：若兩個以上的構件在同一處組成幾個轉(zhuǎn)動副，且各轉(zhuǎn)動副軸線重

合，則稱該處聯(lián)接為復合錢鏈。

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a)b)

計算自由度時，若復合較鏈由m個構件組成，則聯(lián)接處有(m-1)個轉(zhuǎn)動

A'dl

田J。

2、局部自由度

定義：機構中某些構件所具有的不影響其余構件運動的自由度，稱為局部

自由度。

計算機構自由度時，應將局部自由度除去不計。

小結：

平面機構的自由度的計算

作業(yè)與思考:

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1、一個平面運動鏈的原動件數(shù)目小于此運動鏈的自由度數(shù)時，則此運動鏈

（）。

A.具有確定的相對運動B.只能作有限的相對運動

C.運動不能確定D,不能運動

2、機構具有確定運動的條件是什么？

第五講平面四桿機構（一）

教學目標

（一）能力目標。

能準確判斷具體實例屬于哪種平面四桿機構類型

（二）知識目標

熟悉平面四桿機構的基本型式、應用及其演化

教學內(nèi)容

1.平面連桿機構概述

2.平面連桿機構基本類型

3.平面連桿機構的演化

教學的重點與難點

（一）重點

平面四桿機構的基本型式、應用及其演化。

（二灘點

平面四桿機構類型的判斷。

教學方法與手段

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多媒體教學，采用動畫展示平面連桿機構的運動特點，注重啟發(fā)學生理論

聯(lián)系實際。

一、概述

二、四桿機構的基本型式及演化

由四個構件用錢鏈連接而成的機構稱為錢鏈四桿機

構。如圖所ZF,機構中固定不動的構件AD稱為機架，與機

架相連的構件AB和CD稱為連架桿。如果連架桿能繞軸線

作360。的回轉(zhuǎn)運動，稱為曲柄；若只能在某一角度（小于

360°）內(nèi)擺動，稱為搖桿。與機架不相連接的構件BC稱為

連桿。

錢鏈四桿機構可按有無曲柄、搖桿，分為以下三種基本型式。

1、曲柄搖桿機構

雷達天線俯仰角調(diào)整機構縫紉機踏板機構

2、雙曲柄機構

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定義：錢鏈四桿機構中，若兩連架桿均為曲柄時,此機構稱為雙曲柄機

構。

1--------——1

工/、、、、、、

om

慣性篩機車車輪聯(lián)動機構

3、雙搖桿機構

定義：錢鏈四桿機陶中,若兩連架桿均為搖桿時，此機構稱為雙搖桿機

構。

以

11

11

碼頭起重機

三、平面四桿機構的演化

1、曲柄滑塊機構

、，1-H--

-/

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2、導桿機構

3、搖塊機構和定塊機構

(1)搖塊機構

(2)定塊機構

這種機構常用于沖床、剪床等機器中。

小結：

1.平面連桿機構概述

2.平面連桿機構基本類型

3.平面連桿機構的演化

作業(yè)與思考：

1、錢鏈四桿機構有那幾種基本型式？各有什么特點？

2、錢鏈四桿機構可以通過那幾種方式演變成其它型式的四桿機構?試說明

曲柄搖塊機構是如何演化而來的?

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第六講平面四桿機構（二）

教學目標

（一）能力目標

理解平面四桿機構工作特性的工程應用。

（二）知識目標

理解平面四桿機構的幾個工作特性

教學內(nèi)容

平面連桿機構幾個工作特性

教學的重點與難點

（一）重點

平面四桿機構的工作特性。

（二）難點

急回特性、死點位置。

教學方法與手段

利用動畫輔助理解急回特性、死點位置概念，工程案例展示其應用。

1、較鏈四桿機構有曲柄的條件

在較鏈四桿機構中，曲柄存在的條件為:

（1）曲柄為最短構件，又稱最短構件條件;

⑵最短構件與最長構件長度之和小于或等于其他兩構件長度之和，又稱

構件長度和條件。

2、壓力角和傳動角

3、急回特性

G

“從動件空載行程平均速度vccitt(p180+e

.從動件工作行程平均速度一、，-CCh"/"(p-180-0

II1I12

K的大小表示急回的程度。皎鏈四桿機構有無急回運動特性取決于該機構

有無極位夾角e,e角越大，急回運動特性也越顯著。

4.5.4死點

小結:

平面連桿機構幾個工作特性

作業(yè)與思考:

1、雙擦桿機構的四個構件長度應滿足什么條件?

2、曲柄存在的條件是什么?

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3、什么是連桿機構的壓力角、傳動角？它們的大小對連桿機構的工作有什

么影響？偏置曲柄滑塊機構的最小傳動角ymin發(fā)生在什么位置？

4、錢鏈四桿機構中有可能存在死點位置的機構有哪些？它們存在死點位置

的條件是什么？試舉出一些克服死點位置的措施和利用死點位置的實例。

第七講凸輪機構

教學目標

（一）能力目標

1.掌握不同場合下凸輪機構從動件常用運動規(guī)律的應用

2.能夠繪制位移線圖

（二）知識目標

1.了解凸輪機構的組成、特點、分類及應用

2.掌握從動件的常用運動規(guī)律；了解其沖擊特性及應用

教學內(nèi)容

1.凸輪機構的組成、特點、分類及應用

2.從動件的常用運動規(guī)律及選擇

教學的重點與難點

（一）重點

凸輪機構的從動件的常用運動規(guī)律。

（二）難點

立體凸輪機構運動的實現(xiàn)。

教學方法與手段

精品資料

利用動畫演示機構運動，工程應用案例展示其應用場合。

一、概述

1、凸輪機構的應用

凸輪機構的組成：凸輪、從動件和機架一高副機構。凸輪是凸輪機構的主

動件。

2、凸輪機構的分類

1、按凸輪形狀分

(1)盤形凸輪它是凸輪的最基本形式，是一個繞固定軸線轉(zhuǎn)動并且具有變

化半徑的盤形構件。如內(nèi)燃機配氣凸輪機構。

(2)移動凸輪當盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠時，則成為移動凸輪，

當移動凸輪沿工作直線往復運動時，推動從動件作往復運動。如靠模車削機

構.

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⑶圓柱凸輪

2、按從動件端部形狀分

(1)尖頂從動件這種從動件結構簡單，尖頂能與復雜的凸輪輪廓保持接

觸，因而能實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。但由于尖頂容易磨損，所以只適用于載荷較

小的低速凸輪機構。

(2)滾子從動件由于接觸處是滾動摩擦，不易磨損，因此是一種最常用的

從動件。

(3)平底從動件由于平底與凸輪面間容易形成楔形油膜，能減少磨損，常

用于高速重載的凸輪機構中。它的缺點是不能用于具有內(nèi)凹輪廓的凸輪機構。

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1、平面凸輪機構的基本尺寸和運動參數(shù)

2、常用的從動件運動規(guī)律

小結：

1.凸輪機構的組成、特點、分類及應用

2.從動件的常用運動規(guī)律及選擇

作業(yè)與思考：

1、凸輪機構的類型有哪些？在選擇凸輪機構類型時應考慮哪些因素？

2、用反轉(zhuǎn)法設計盤形凸輪的廓線時，應注意哪些問題？移動從動件盤形凸

輪機構和擺動從動件盤形凸輪機構的設計方法各有什么特點？

3、何謂凸輪的偏距圓？

第八講其它常用機構簡介

教學目標

（一）能力目標

精品資料

掌握棘輪機構、槽綸機構、凸輪式間歇運動機構、不完全齒輪機構在工程

實際中的應用

（二）知識目標

1.掌握棘輪機構、槽輪機構的工作原理、運動特點、功能和適用場合

2.了解凸輪式間歇運動機構、不完仝齒輪機構的工作原理、特點、功能及

適用場合

教學內(nèi)容

1.棘輪機構

2.槽輪機構

3.不完全齒輪機構

教學的重點與難點

（一）重點

棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構的組成、工作原理及應用。

（二）難點

棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構的組成、工作原理及應用。

教學方法與手段

利用動畫演示棘輪機構和槽輪機構的工作原理和特點。

一、棘輪機構

1、棘輪機構的工作原理

棘輪機構主要由棘輪、主動棘爪、止回棘爪和機架組成。

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棘輪機構的其它類型：

1.摩擦棘輪（無聲棘輪）

由于摩擦傳動會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不適于從動件轉(zhuǎn)有要求精確的地方。

2、雙向棘輪

2、棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)

1、調(diào)節(jié)搖桿擺動角度的大小，控制棘輪的轉(zhuǎn)角

2.用遮板調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角

3、棘輪機構的特點與應用

二、槽輪機構

1、槽輪機構的工作原理

組成：具有徑向槽的槽輪、具有圓銷的構件、機架

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工作原理：構件1T連續(xù)轉(zhuǎn)動；構件2（槽輪）T時而轉(zhuǎn)動，時而靜止。當

構件1的圓銷A尚未進入槽輪的徑向槽時，槽輪的內(nèi)凹鎖住弧被構件1的外凸

圓弧卡住，槽輪靜止不動。

當構件1的圓銷A開始進入槽輪徑向槽的位置，鎖住弧被松開，圓銷驅(qū)使

槽輪傳動。

當圓銷開始脫出徑向槽時，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被構件1的外凸圓弧

卡住，槽輪靜止不動。

4個槽的槽輪機構：構件1轉(zhuǎn)一周，槽輪轉(zhuǎn)4周。

6個槽的槽輪機構：構件1轉(zhuǎn)一周，槽輪!轉(zhuǎn)不周.

2、槽輪機構的類型、特點及應用

1、平面槽輪機構。

2、空間槽輪機構

3、槽輪槽數(shù)Z和撥盤圓柱銷數(shù)k的選擇

運動系數(shù)（t）:槽輪每次運動的時間tm對主動構件回轉(zhuǎn)一周的時間t之

比。

K（Z-2）

T=-----i

2Z

當z=3時，k可取1~5;當z=4或5時，k可取1~3;當z>6時，k取1

或2。

三、不安全齒輪機構

1、不安全齒輪機構

1、不完全齒輪機構的工作原理和類型

精品資料

機架

從動輪主動輪

2、凸輪式間歇運動機構

小結：

L棘輪機構

2,槽輪機構

3.不完全齒輪機構

作業(yè)與思考：

1、棘輪機構有幾種類型，它們分別有什么特點，適用于什么場合？

2、牛頭刨床工作臺橫向進給機構為什么要選用雙向式棘輪機構?

第九講螺紋聯(lián)接

教學目標

（一）能力目標

掌握螺紋聯(lián)接的主要類型及應用場合

（二）知識目標

1.熟悉螺紋的類型,主要參數(shù)、特點及應用

2.螺紋聯(lián)接的預緊和防松方法

教學內(nèi)容

1.螺紋聯(lián)接的基本知識

精品資料

2.螺紋聯(lián)接的預緊和防松

教學的重點與難點

（一）重點

螺紋聯(lián)接的主要類型及應用場合。

（二）難點

各種螺紋連接的畫法、螺紋聯(lián)接的防松。

教學方法與手段

多媒體教學，結合機械制圖、聯(lián)系工程實際。

一、螺紋連接的基本知識

聯(lián)接：在機器中，將兩個或兩個以上的零件聯(lián)成一體的結構。

機械動連接：機器工作時，被聯(lián)接零件間有相對運動的聯(lián)接。

機械靜連接：機器工作時，被聯(lián)接零件間沒有相對運動的聯(lián)接。機械靜連

接又分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接。

可拆聯(lián)接：不須毀壞聯(lián)接中的任何一個零件就可以拆開的聯(lián)接。如鍵聯(lián)

接、螺栓聯(lián)接等。

不可拆聯(lián)接：至少必須毀壞聯(lián)接中的某一部分才可以拆開的聯(lián)接。如鉀釘

連接、焊接等。

1、螺紋的類型

常用螺紋的類型主要有普通螺紋、管螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形

螺紋。前兩種主要用于聯(lián)接，后三種主要用于傳動。

2、螺紋的主要參數(shù)

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3、常用螺紋的特點及應用

三角螺紋主要用于聯(lián)接；矩形、梯形和鋸齒形噱紋主要用于傳動。用于聯(lián)

接的三角螺紋又有普通螺紋、英制螺紋以及用于管路系統(tǒng)聯(lián)接的圓柱螺紋，即

管螺紋。在各種螺紋中，除矩形螺紋外，均已標準化。

螺紋的牙型

4、螺紋聯(lián)接的主要類型

5、標準螺紋聯(lián)接件

二螺紋聯(lián)接的預緊和防松

1、螺紋聯(lián)接的預緊

預緊力：在螺栓承受工作載荷之前受到的力，以Fo表示。

預緊的目的：為了提高聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。

2、螺紋聯(lián)接的防松

1、摩擦防松：雙螺母、彈簧墊圈、尼龍墊圈、自鎖螺母等

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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：端鐘、沖點（破壞螺紋）、點焊

4、化學防松：粘合

小結：

1.螺紋聯(lián)接的基本知識

2.螺紋聯(lián)接的預緊和防松

作業(yè)與思考：

1.簡述螺紋連接的主要類型、特點及應用

2.螺紋聯(lián)接的預緊和防松方法是什么？

第十講單個螺栓連接

教學目標

（一）能力目標

1.掌握單個螺栓連接的強度計算

2.螺栓組連接的設計

（二）知識目標

2.掌握單個螺栓連接的受力分析

3.螺栓組連接的受力分析和結構設計

教學內(nèi)容

1.單個螺栓聯(lián)接的強度計算

2.螺栓組聯(lián)接的結構設計

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教學的重點與難點

(一)重點

掌握單個螺栓連接的強度計算。

(二)難點

螺栓組連接的受力分析和結構設計。

教學方法與手段

多媒體，舉工程實例。

-、單個螺栓連接的強度計算

1、受拉螺栓聯(lián)接

1、松螺栓連接

特點：只能用普通螺栓，有間隙，外載沿螺栓軸線，螺栓桿受P拉伸作

用。

螺栓工作載荷為：F=P

P.軸向外載

o=F/A=4F/Id<(o)

2、緊螺栓連接

(1)只受預緊力的緊螺栓連接

(2)受橫向載荷的累螺栓聯(lián)接

(3)承受軸向靜載荷的緊螺栓連接

2、受剪螺栓連接

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二螺栓組聯(lián)接的設計與受力分析

1、螺栓組的結構設計

2、螺栓組聯(lián)接的受力分析

1、受軸向載荷螺栓組聯(lián)接，如汽缸螺栓

特點：只能用普通螺栓，有間隙，外載/螺栓軸線，螺栓桿受P拉伸作用。

單個螺栓工作載荷為：F二P/Z

P——軸向外載；Z——螺栓系數(shù)

2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接

特點：普通螺栓，較制孔用螺栓皆可用，外載,螺栓軸線、防滑

普通螺栓——受Q拉伸作用

錢制孔螺栓一受橫向載荷剪切、擠壓作用。

3、受橫向扭矩螺栓組聯(lián)接

普通螺栓聯(lián)接取聯(lián)接板為受力對象，由靜平衡條件2T=0

則各個螺栓所需的預緊力為：

4、受傾覆(縱向)力矩螺栓組聯(lián)接

取板為受力對象：由靜平衡條件：ZNLo=0

設單個螺栓工作載荷為F

FL+FL+…尸L=M(a)

II22ZZ

同理由變形協(xié)調(diào)條件:

精品資料

J（這里A=L

L>

mai

代入（a）式得:

Li

ML

F（木題/）=

ma?I

小結：

1.單個螺栓聯(lián)接的強度計算

2.螺栓組聯(lián)接的結構設計

作業(yè)與思考：

1、單個螺栓連接的強度計算方法分幾類？

2、如何進行螺栓組連接的受力分析和結構設計？

第十一講螺栓組連接

教學目標

（-）能力目標

掌握提高螺栓聯(lián)接強度的措施

（二）知識目標

1.熟悉螺紋連接件的材料和許用應力

2.了解提高螺紋聯(lián)接強度的常用措施和螺旋傳動的設計

教學內(nèi)容

1.螺紋連接件的材料和許用應力

2.提高螺栓聯(lián)接強度的措施

3.滑動螺旋傳動簡介螺紋聯(lián)接的預緊和防松

精品資料

教學的重點與難點

（一）重點

提高螺栓聯(lián)接強度的措施。

（二灘點

提高螺栓聯(lián)接強度的措施。

教學方法與手段

多媒體教學，結合工程實際分組討論。

一、螺紋連接件的材料和許用應力

1、螺紋連接件的材料

一般條件下，螺紋連接件的常用材料為低碳鋼和中碳鋼，如Q215、Q235、

15、35和45鋼，受沖擊、振動和變載荷作用的螺紋連接件可采用合金鋼，如

15Cr>40Cr、30CrMnSi和15CrVB等；有腐蝕、防磁、導電、耐高溫等特殊要

求時采用1CH3、2Cr!3、CrNi2等。螺紋連接件的常用材料的力學性能見表7

-7。

2、螺紋連接的許用應力

螺紋連接的許用應力見表7-8。

二、提高螺栓聯(lián)接強度的措施

1、改善螺紋牙間載荷分布不均狀況

a）懸置螺母—強度140%（母也受拉，與螺栓變形協(xié)調(diào)，使載荷分布殳

勻）

b）環(huán)槽螺母—強度130%（螺母接近支承面處受拉

c）內(nèi)斜螺母——強度個20%（接觸圈減少，載荷上移）

精品資料

d）（b）（c）結合螺母強度T40%

e）不同材料匹配——強度140%

2、降低螺栓應力幅（。0）

3、減小應力集中

螺紋牙根、收尾、噱栓頭部與螺栓桿的過渡處等均可能產(chǎn)生應力集中。

1）加大過渡處圓角

2）改用退刀槽120~40%（螺紋收尾處）

3）卸載槽

4）卸載過渡結構。

4、采用合理的制造工藝

1）用擠壓法（滾壓法）制造螺栓，疲勞強度T30-40%

2）冷作硬化，表層有殘余應力（壓）、氟化、氮化、噴丸等?？商岣咂?/p>

強度

3）熱處理后再進行滾壓螺紋，效果更佳，強度T70~100%,此法具有優(yōu)

質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗功能。

4）控制單個螺距誤差和螺距累積誤差。

三、滑動螺旋傳動簡介

螺旋傳動是利用由螺桿和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的，主要用于

將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力的場合。

1、螺旋傳動的類型

1）傳力螺旋=舉重器、千斤頂、加壓螺旋。特點：低速、間歇工作，傳

遞軸向力大、自鎖

精品資料

2）傳導螺旋一一機床進給匯杠一傳遞運動和動力，特點：速度高、連續(xù)工

作、精度高

3）調(diào)整螺旋一一機床、儀器及測試裝置中的微調(diào)螺旋。其特點是受力較小

且不經(jīng)常轉(zhuǎn)動

按摩擦副的性質(zhì)分：

1）滑動螺旋：構造簡單、傳動比大，承載能力高，加工方便、傳動平穩(wěn)、

工作可靠、易于自鎖。

2）滾動螺旋傳動一一摩擦性質(zhì)為滾動摩擦。滾動螺旋傳動是在具有圓弧形

螺旋槽的螺桿和螺母之間連續(xù)裝填若干滾動體（多用鋼球），當傳動工作時，

滾動體沿螺紋滾道滾動并形成循環(huán)。按循環(huán)方式有：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)，滾動螺

旋兩種。

3）靜壓螺旋一一液體摩擦，靠外部液壓系統(tǒng)提高壓力油，壓力油進入螺桿

與螺母螺紋間的油缸，促使螺桿、螺母、螺紋牙間產(chǎn)生壓力油膜而分隔開。

7.7.2螺旋傳動的結構及材料

1%螺母結構

（1）整體螺母

（2）組合螺母

（3）對開螺母

2、螺桿結構

3、材料

精品資料

螺桿材料的選用原則：（1）高精度傳動時多選碳素工具鋼。（2）需要較

高硬度，如50?56HRC時，可采用銘鎰合金鋼；當需要硬度為35?45HRC時，

采用65Mn鋼。（3）一般情況下采用45、50鋼。

小結：

1.螺紋連接件的材料和許用應力

2.提高螺栓聯(lián)接強度的措施

3.滑動螺旋傳動簡介螺紋聯(lián)接的預緊和防松

作業(yè)與思考：

1、螺栓組聯(lián)接受刀分析中，聯(lián)接受什么載荷。采用什么螺栓時，螺栓只受

預緊力F?聯(lián)接受何種載荷時，螺栓同時受到預緊力F和工作載荷F?

2、螺栓和被聯(lián)接件的剛度對螺栓的總拉力F。有何影響?采用什么措施可

以減小螺栓的剛度和提高被聯(lián)接件的剛性？

3、聯(lián)接螺紋都是自鎖的，為何螺紋聯(lián)接中大多數(shù)聯(lián)接仍采用防松措施?說

明各種防松方法的原理和學用結構.

第十二講帶傳動

教學目標

（一）能力目標

1.掌握帶傳動的受力、應力分析

2.能區(qū)別彈性滑動與打滑

（二）知識目標

1.了解帶傳動的類型與特點。

2.掌握帶傳動的應力分布規(guī)律

精品資料

教學內(nèi)容

1.帶傳動的工作原理、類型、特點及應用

2.V帶和帶輪

3.帶傳動的工作情況分析

教學的重點與難點

（一）重點

帶傳動工作原理、受力分析、帶的應力分布圖。

（二）難點

彈性滑動與打滑的區(qū)別。

教學方法與手段

利用動畫演示彈性滑動、應力分布，實物圖片展示帶傳動的應用場合。

一、概述

1、帶傳動的類型

精品資料

2、帶傳動的特點和應用

3、帶傳動的形式

見表8-1o

二、V帶和V帶輪的結構

V帶有普通V帶、窄V帶、聯(lián)組V帶、齒形V帶、大楔角V帶、寬V帶

等。

8.2.1普通V帶的結構和尺寸標準

Q府色身構卜）接發(fā)經(jīng)構

2、普通V帶輪的結構

三、V帶傳動的工作能力分析

1、帶傳動的受力分析

a；b)

打滑：在一定的初拉力F,下，帶與帶輪面間的摩擦力之總和有一極限值，

當傳遞的圓周力超過該極限時，帶將機崎侖表面全面滑動

2、帶傳動的應力分析

帶傳動工作時，帶中應力由三部分細宓

(1)拉應力°、

助拉應力Q,=F/AMPa

松邊拉應力&-F/AMPa

O>O2

⑵彎曲應力°。帶繞過帶輪B寸發(fā)生彎曲，從而引起彎曲應力°。，因此°。

只存在于帶與帶輪榴翻蛇勺部分。

2Ey

Q=__L0.

9D

⑶離心拉應力當帶在帶輪上沿弧面運動時，由于本身質(zhì)量將產(chǎn)生

離心力，因而在帶全長引起離心拉方，以及相應的離心拉應丹。。

Fq-vi

O=-A.---------

cAA

精品資料

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1,使i不穩(wěn)定，常發(fā)熱、磨損。

打滑的影響：使帶劇烈磨損，轉(zhuǎn)速急劇下降，不能傳遞T,不能正常工

作。

小結：

1.帶傳動的工作原理、類型、特點及應用

2.V帶和帶輪

3.帶傳動的工作情況分析

作業(yè)與思考：

1、帶傳動的主要類型有哪些？各有何特點？

2、什么是有效拉力？什么是初拉力？

3、小帶輪包角對帶傳動有何影響？

4、帶傳動的彈性滑動和打滑的區(qū)別？

第十三講V帶設計及帶的張緊

精品資料

教學目標

（一）能力目標

掌握V帶設計方法

（二）知識目標

1.V帶設計的參數(shù)確定、計算

2.了解帶的張緊與維護特點

教學內(nèi)容

1.普通V帶傳動的設計計算

2.帶傳動的張緊和維護

教學的重點與難點

（一）重點

V帶傳動的設計方法和注意事項。

（二）難點

V帶傳動的設計中參數(shù)的確定C

教學方法與手段

采用多媒體，結合實際。

一、V帶傳動的設計

1、帶傳動的失效形式和設計準則

帶傳動的失效形式：帶與帶輪之間的磨損、打滑和疲勞破壞。

帶傳動的設計準則：保證帶在工作時不打滑，同時具有一定的疲勞強度和

壽命。

2、單根V帶傳遞的功率

實際工作條件下，單根V帶所傳遞的功率[P],

[P]=(P+AP)KK

△P=Kn(1—1/K)

0bIi

3、V帶傳動的設計步驟和方法

已知：P.n,n,或i傳動布置要求(中心距a)工作條件

要求：確定帶的型號、根數(shù)、長度；帶輪的Dmin、結構、尺寸、中心距

(a、軸壓力Q等。

帶傳動設計的一般步驟

1.選定帶型

設計功率P

根據(jù)P，和n由圖8.12選取帶的型號

MU

普通V帶選型陰

2.確定帶輪基準直徑d、d

d>d

或見表8.6

在GtaO

精品資料

d,宜取標準值，見表8.3

3.驗算帶速

ndn

___dl1<v,

60X1000max

對普通V帶V=5-25m/s

4.初定中心距帶基準長鷹心

0.7(a+a)<a<2(a+a

I=2a+—C/+d)+^12_L(i^L

io02dldi4a

o

1

由表8.4選取近似的4

ah。4-_d___dll

頭際中心x距02

5.小帶輪包角

d-d

a=18()o--2dix57.3。

ia

一般應使>126

6.確定V帶根數(shù)

P、

Z=(p+Np\k

IIaI

△p-kn(1--)

1blk

P,-a=180?時載荷平穩(wěn)時，特定帶長的單根V帶的基本額定功率

K—彎曲影響系數(shù)

k

i—傳動比系數(shù)

精品資料

八0一小帶輪包角系數(shù)

7.單根V帶的預緊力

<25P

F=500x--1”

。gJzv

8.帶作用在軸上的壓力

F=2FZsinfi

oo2

9.帶輪的結構設計

例題8.1設計某鼓風機用普通V帶傳動。已知：異步電機額定功率P=

10kW,轉(zhuǎn)速n^MSOr/minnHOOr/min,中心距a約為1500mm,每天工作

24h?

解：1.選定普通V帶型號

設計功率P=KP=13xlO=13kW

根據(jù)P,和n,由圖8.12選取理帶。

2,確定帶輪基準直徑dd

d>d,取d2i=140mm

取d,二500mm（標準值）

3.驗算帶速

ndn

v=J，，4v.

60x10002

=10.630101在5~2501左范圍內(nèi)，合適

4.初定中心距a帶基準長爵廨

0.7（J+d）<a<1C/+d）

精品資料

a=1500mm,/=2?+—C/+d—L—=4026.9mm,由表8.4

"JO02dl"4(1

e

選取近似的d=4000mm。

/—/

實際中心距an“0+"2.=1487mn，

5.小帶輪包角

a-18Oo-iu_^44.x57.3?-166.13o>12Oo,合適。

?a

6.確定V帶根數(shù)

=3.62

取Z=4根。

7.單根V帶的預取緊力

F=500x(空-1L+機=260.33、

。Ia)

8.帶作用在軸上的壓力

=2/7ZS,N

FQ0W=2067.4N

9.帶輪的結構設計

二、帶傳動的張緊和維護

1、帶傳動的張緊

1、調(diào)整中心距方式

(1)定期張緊

精品資料

(2)自動張緊輪方式

2、張緊輪方式

2、帶的安裝與維護

小結：

1.普通V帶傳動的設計計算

2.帶傳動的張緊和維護

作業(yè)與思考：

1、帶傳動的失效形式和設計準則是什么?

2、如何對帶傳動進行張緊與維護？

精品資料

第十四講鏈傳動

教學目標

（一）能力目標

掌握滾子鏈傳動設計計算、熟悉鏈傳動的運動特性（速度的不均勻性及動

載荷）及應用

（二）知識目標

1.了解鏈傳動的類型、特點和應用

2.鏈傳動的布置與潤滑

3掌握滾子鏈傳動的失效形式

教學內(nèi)容

1.傳動鏈的結構及標準

2.鏈傳動的運動特性

3.滾子鏈傳動的設計計算

4.鏈傳動的布置、張緊與潤滑

教學的重點與難點

（一）重點

滾子鏈傳動的失效形式和設計計算。

（二）難點

滾子鏈傳動的設計計算中參數(shù)的確定。

教學方法與手段

多媒體演示，結合實例分析。

—屐

精品資料

鏈傳動的組成：主、從動鏈輪、鏈條、封閉裝置、潤滑系統(tǒng)和張緊裝置

工作原理：（至少）兩輪間以鏈條為中間撓性元件的嚙合來傳遞動力和運

動。但非共切吉合，靠I調(diào)圓弧（aa,ab,cd,bc）—直線嚙合。其磨損、接

觸應力沖擊均小，且易加工。

二、傳動鏈的結構及標準

1、滾子鏈的結構

滾子鏈由滾子、套筒、銷軸、外鏈板和內(nèi)鏈板組成。

套筒與內(nèi)鏈板、銷軸與外鏈板分別用過盈配合（壓配）；套筒與銷軸、滾

子與套筒均采用間隙配合。

參數(shù)：P—節(jié)距，b—內(nèi)鏈板間距，CT反厚，d—滾子直徑，d,—銷軸直

徑，一排距

2、滾子鏈的標準

3、滾子鏈鏈輪

結構：1）整體式2）孔板式3）組合式

材料：

主要要求：1）足夠的強度；2）足夠的耐磨性；3）耐沖擊。

常用材料：普通碳素結構鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼、合金鋼。

三、鏈傳動的運動特性

(m/s)

E60xl()(X)60xl()(X)

平均傳動比i=，=區(qū)=/=const

?n7'?、

5?

結論：鏈節(jié)在運動中，作忽上忽下、忽快忽慢的速度變化。造成鏈運動速

度的不均勻，不恒定作有規(guī)律的周期性波動。

瞬時傳動比

.Wdcosy

i=L=—2------nconstan4

1WdcosP

2I

四、滾子鏈傳動的設計計算

1、鏈傳動的主要失效形式

2、滾子鏈的實用功率曲線

3、鏈傳動的設計計算

1s已知：P,載荷性質(zhì)，工作條件，pn。一求Z、Z-P,列數(shù)，a,潤

滑方式等。

五鏈傳動的布置、張緊與潤滑

1、鏈傳動的布置

精品資料

2、鏈傳動的張緊

其目的不取決于工作能力，而會由垂度大小決定

方法：①移動輪系，以增大中心距a,如a不能調(diào)時；②也可用張緊輪一

一注意張緊輪應在靠近主動輪的從動邊上。不帶齒者可用夾布膠木制成。寬度

比鏈輪約寬5mm,且直徑應盡量與小輪直徑相近。

3、鏈傳動的潤滑

潤滑有利于緩沖、減小摩擦、降低磨損，潤滑良好否對承載能力與壽命大

有影響。

1——人工定期；TT——滴油潤滑；川一油浴或飛濺潤滑；IV——壓力

噴油潤滑

小結：

1.傳動鏈的結構及標準

2.鏈傳動的運動特性

3.滾子鏈傳動的設計計算

4.鏈傳動的布置、張緊與潤滑

思考題：

1、鏈傳動和帶傳動相比有哪些優(yōu)缺點？

2、影響鏈傳動速度不均勻性的豐要參數(shù)是什么？為什么？

3、鏈傳動的主要失效形式有哪些？

第十五講齒輪（一）

教學目標

（一）能力目標

精品資料

1.會選擇齒輪的類型

2.能根據(jù)齒輪的參數(shù)計算其幾何尺寸

（二）知識目標

1.了解齒輪傳動的類型、特點及應用

2.理解漸開線的形成及特性

3.掌握漸開線齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸的讓算

教學內(nèi)容

1.齒輪機構的特點及類型

2.漸開線齒輪的齒廓及傳動比

3.漸開線標準直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸的計算

教學的重點與難點

重點：漸開線齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸的計算。

難點：漸開線的形成及特性。

教學方法與手段

采用多媒體教學（加動畫演示），結合教具，受高學生的學習興趣。

一、齒輪傳動的特點及基本類型

1、齒輪傳動的特點

2、齒輪傳動的類型

齒輪傳動的類型很多，按照齒輪軸線間相互位置、齒向和嚙合情況，齒輪

傳動可分為如下圖。

精品資料

r內(nèi)嚙合

-直齒圓柱齒輪傳動-外嚙合

L齒輪齒條

r-平面齒輪傳動

r內(nèi)嚙合

-斜齒圓柱齒輪傳動-外嚙合

-齒輪齒條

-人字齒齒輪運動

直齒

r傳遞相交運動］斜齒

曲線

-空間齒輪傳動

r交錯軸斜齒輪傳動

-傳遞交錯軸運動卜蝸桿渦輪

L迤怒曲面齒輪

齒輪傳動最基本的要求是傳動平穩(wěn)、、傳動比保持恒定不變，同時要使傳動

負載能力大，重量輕，結構尺寸合理。

二、漸開線齒輪的齒廓及傳動比

2、漸開線的性質(zhì)

3、漸開線方程

4、漸開線齒廓的嚙合特點

精品資料

1、四線合一

嚙合線、公法線、兩基圓的內(nèi)公切線、正壓力的作用線—四線合一。

2、漸開線齒廓嚙合具有可分性。

coONOCr

I=-=-a*'=-*—==吊數(shù)

8coONOCr

111Ibl

3、漸開線齒廓嚙合的嚙合角不變

4、齒面的滑動

三、漸開線標準直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸的計算

1、齒輪各部分的名稱和符號

精品資料

齒頂圓：連接各輪齒齒頂?shù)膱A，其直徑用d表示。

齒槽：相鄰兩齒之間的空間。

齒根圓：過齒槽底部連成的圓，其直徑用d.表示。

齒厚：任意直徑d的圓周上，輪齒兩側(cè)齒廓之間的弧長，用表示;

齒槽寬：齒槽兩側(cè)齒廓之間的弧長，用e表示；

k

齒距：梯斷囪醐嚙廓之間的弧長，用P痂。

顯然，P=3ec

在直徑為d的圓周長為應同時又等于nd,即

7id=PZ或岑嘴?名

游四

2、標準直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)及幾何尺寸的計算

齒頂身h-h-iu

止＜.h=h+c=h*m+c*m=(A*+c*)m

faaa

全齒高h=h+h,=(2h+c)m

式中k齒頂高系數(shù)。正常齒蕾四；短齒,何8

c2-頂隙系數(shù)。正常齒，c*=0.25;短齒C'=0.3。

精品資料

小結：

1、齒輪傳動的類型、特點及應用。