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1、机械设计基础教学教案 课程编号：2110052 课程名称：机械设计基础 英文名称：Fundamental Mechanical Design 学时与学分：学时：70+10 学分：4 撰稿人：徐颖 审定人：张春丽 课程的目的和任务 课程的目的和任务 机械设计基础 是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课，为学生学习后续课程及解决生产实际问题奠定基础。本课程教学内容方面应着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养学生实践能力方面应着重设计技能的基本训练，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。本课程的主要任务是：本课程的主要任务是：（1）掌握常用机构的基本原理、运动特性和机构动力学的基
2、本知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有一定的了解；（2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，初步具有设计简单机械及普通机械传动装置的能力；（3）具有运用标准、规范、手册、图册等有关资料的能力；（4）能通过实验验证理论，并巩固和加深对理论的理解。课程的基本要求 课程的基本要求 （1）要求掌握的基本知识：机械设计的一般知识。机械和机械零件的主要类型、性能、特点、应用、机械零件的常用材料、标准和结构工艺性。摩擦、磨损、润滑和密封的一般知识。（2）要求掌握的基本理论和方法 机构的组成、工作原理和运动特性。机械动力学的基本知识。机械动力学的基本原理、防
3、震、减振的途径。通用机械零件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等。通用机械零件的设计计算准则：强度、刚度、耐磨性、寿命、热平衡等。简化计算、当量法、试算法等。改善载荷和应力分布不均匀的方法，提高零件疲劳强度的措施，改善摩擦学性能的途径。（3）要求掌握的基本技能 绘制机构简图，零部件的设计计算及工作图的绘制；查阅标准、规范、手册等技术资料；编写技术文件等。与其它课程的联系与分工 与其它课程的联系与分工（1）本课程的先修课程主要有：机械制图、金属材料与热处理、互换性、理论力学、材料力学等；（2）本课程着重讨论常用机构与通用机械零件设计的相关问题，培养学生机械设计的基本技能。为今后的各专业学习
4、和专业课程设计奠定基础。本课程的性质及适用对象 本课程的性质及适用对象 必修课，近机械类各专业，如：自动化、纺织工程和交通运输等。课程重点：根据机械原理和机械设计基础理论知识，正确选用和分析常用机构和通用零件。课程难点：应用理论知识解决实际工程应用问题。解决方法：把一般原理和方法与研究实际机器和机构时的具体应用联系起来，以日常生活和生产实践中见到的各种机构和机器为例，引导学生进行观察和分析。课堂教学采用多媒体课件，通过机构运动动画、零件加工模拟、工程案例等给学生以直观印象。实践教学减少了一些理论验证性实验，增设了一些综合创新实验项目，从而加强工程实践训练，突出动手能力和分析问题等能力的培养。课
5、程的内容与教学要求：一、理论教学（课程的内容与教学要求：一、理论教学（64 学时）学时）1绪论（绪论（2 学时）学时）主要教学内容：本课程的内容、性质和任务 机器、机构、构件和零件 常用机构、通用零件 本课程的特点和学习方法 本课程在教学中的地位 教学要点：（1）重点介绍本课程的性质、研究对象、学习目的、课程特点和学习方法，简单介绍机械设计的一般步骤和方法。（2）特别注意讲清楚机械、机器与机构之间的区别，通用零件与专用零件的分类。2平面机构的运动简图和自由度（平面机构的运动简图和自由度（6 学时）学时）主要教学内容：平面运动副及其分类 平面机构运动简图 平面机构自由度的计算 教学要点：（1）重
6、点介绍机构、运动副、运动链、自由度与约束及机构具有确定运动的条件等基本概念、机构运动简图的绘制和机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件；（2）简单介绍速度瞬心（包括绝对瞬心和相对瞬心）的基本概念和用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心位置的方法。（3）平面机构自由度分析和计算是本章学习的重点。复合铰链、局部自由度和虚约束的判断是正确计算自由度的关键。（4）讲解机构运动简图绘制时，应安排一次机构运动简图测绘实验，以提高教学效果。3平面连杆机构（平面连杆机构（6 学时）学时）主要教学内容：（1)铰链四杆机构的基本形式和特性；（2)曲柄存在条件；（3)铰链四杆机构的演化；（4)四杆机构的设计；教学要
7、点：（1）重点介绍四杆机构的组成、基本形式、压力角和传动角、死点位置、急回特性及其计算、曲柄存在的条件、杆机构的基本演化方法和典型杆机构的设计方法；（2）简单介绍平面多杆机构。（3）平面四杆机构的设计是本章的一个难点。不同的设计任务和设计要求，应采用不同的设计方法。（4）图解法直观，易理解，常用于解决给定位置的设计任务。解析法精确，借助解析法程序、优化设计程序，大提高解析法的设计能力，已能完成复杂要求的的设计任务。4凸轮机构（凸轮机构（4 学时）学时）主要教学内容：（1)凸轮机构的应用和类型；（2)从动件的常见运动规律；（3)凸轮机构的压力角；（4)图解法设计凸轮机构过程；教学要点：(1）重点
8、介绍凸轮机构的组成、分类及特点。凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。掌握凸轮机构的优点、缺点。（2）介绍从动件常用的运动规律。凸轮的轮廓是由从动件运动规律决定的。只有某种运动规律的加速度曲线是连续变化的，这种运动规律才能避免冲击。等速运动规律在某些点的加速度在理论上为无穷大，所以有刚性冲击；而等加速等减速运动规律在某些点的加速度会出现有限值的突然变化，所以有柔性冲击。（3）介绍图解法绘制凸轮轮廓的基本方法。图解法绘制凸轮轮廓是按照相对运动原理来绘制凸轮的轮廓曲线的，也就是“反转法”。掌握用“反转法”绘制凸轮轮廓的三个主要步骤。（4）设计凸轮机构应注意的问题。在选择滚子
9、半径，必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力。为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。如果最大压力角超过了许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律，以获得新的凸轮轮廓曲线，来保证凸轮轮廓上的最大压力角不超过压力角的许用值。5齿轮机构（齿轮机构（6 学时）学时）主要教学内容：（1)齿轮机构的应用、特点和类型（2)齿廓啮合基本定律（3)渐开线齿廓（4)齿轮各部分的名称及渐开线标准齿轮的基本尺寸（5)渐开线标准齿轮的啮合（6)渐开线齿轮的切
10、齿原理（7)根切现象、最少齿数及变位齿轮（8)平行轴斜齿轮机构（9)圆锥齿轮机构（10)补充内容：变位齿轮传动类型 教学要点：（1）齿轮传动的最基本要求之一是其瞬时角速度比必须保持恒定。通过分析一对齿轮的传动关系导出了齿廓啮合基本定律，同时引出了共轭齿廓、节点和节圆等基本概念；（2）渐开线的形成决定了渐开线的性质，由于渐开线齿廓具有众多的优点，所以渐开线齿轮是目前使用最广的齿轮；（3）渐开线齿轮的各部分的名称、符号和计算公式等由标准规定，不宜随意改动；（4）标准齿轮采用标准压力角、标准模数、标准齿顶高系数和径向间隙系数；（5）渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合条件是模数相等、压力角相等，外啮合斜齿轮还
11、应满足螺旋角大小相等，方向相反。（6）重合度的大小，反映出同时啮合的齿对数的多少，斜齿轮有较大的重合度；（7）当用范成法加工齿轮时，若被加工的齿轮齿数较少时会出现根切，由此引出了最少齿数的概念；（8）变位齿轮的许多的优点，在实现齿轮机构中广为使用，应进一步增加部分内容；（9）斜齿轮的法面参数为标准的，端面参数与法面参数存在一定的关系。斜齿轮的端面仍为渐开线齿轮，所以渐开线直齿中的计算公式可以直接用于斜齿轮的端面齿轮；（10）本章是本课程的重点和难点内容之一，应安排齿轮机构范成实验和齿轮参数测绘实验，以强化对本章内容的理解。6轮系（轮系（4 学时）学时）主要教学内容：（1)轮系的类型和应用（2)
12、定轴轮系及其传动比（3)周转轮系及其传动比（4)混合轮系简介（5)轮系的应用 教学要点：（1）介绍轮系的分类和应用，通过学习要掌握定轴轮系、周转轮系以及混合轮系的传动比的计算方法和转向的确定方法，并对新型行星齿轮传动及特点有所了解。（2）本章学习的重点是轮系的传动比计算和转向的判定。在运用反转法计算周转轮系的传动比时，应十分注意转化轮系传动比计算式中的转向正负号的确定，并区分行星轮系和差动轮系的传动比计算的特点。（3）混合轮系传动比计算的要点是如何正确划分出各个基本轮系，划分的关键是先找出轮系中的周转轮系部分。（4）轮系的组成情况和运动传递情况十分丰富。7间歇运动机构（间歇运动机构（2 学时）
13、学时）主要教学内容：（1）棘轮机构的应用和特点（2）槽轮机构的应用和特点（3）不完全齿轮机构的应用和特点（4）凸轮间歇运动机构的应用和特点 教学要点：（1）连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系，以及棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构等，是构成机械运动的常见基本机构。通过学习应掌握各种机构的特点，各个机构能实现何种运动规律；通过机构间的比较，掌握各机构间的相同点和不同点。同一个运动规律，可以由多种不同的机构来实现。设计时，根据设计要求的运动规律，首先应选定某种运动机构，再进行机构的参数设计。也可以选定多个机构进行设计，再比较各自的性能指标，最终确定选用的哪个机构。（2）除已学的机
14、构外，还有大量的不常用的机构和特殊用途的机构，平时应注意观察，了解并掌握这些机构的特点，充实自身的机构知识。另外，与平面机构相对应的空间机构（如空间槽轮机构等），种类也十分丰富，也应了解、掌握。（3）当单一基本机构不能满足设计要求时，可考虑采用组合机构。一般来说，组合机构能完成复杂的运动规律，同一个运动规律，能实现的组合机构更多，选择、设计难度更大。另外，机构越复杂、构成机构的构件越多，机构的可靠性就越低，制造成本就越高。所以，应综合评价一个组合机构的优劣。（4）在机械的创新设计设计中，机构的创新设计占据十分重要的地位。掌握基本机构的特点和机构组合的基本方法，是机械创新设计的前提和基础。8机械
15、运转速度波动的调速（机械运转速度波动的调速（2 学时）学时）主要教学内容：（1)机械运转速度波动调节的目的和方法（2)飞轮设计的近似方法（3)飞轮主要尺寸的确定（4)补充内容：（5)机械系统的等效动力学模型（6)机械速度波动的调节 教学要点：（1）机械的速度波动是绝对的，普遍存在的，而速度恒定是相对的。不同的机械对速度稳定性的要求也是不同的。当机器对速度有控制要求时，应增加调速功能。调速的方法不外乎是通过改变驱动力所作的功或改变阻力所作的功来实现。（2）机械的效率主要取决于组成机械的机构效率，不同机构的效率有其一定的范围。在设计传递动力的机械时，应选用机械效率较高的机构；对于传递运动的装置，可
16、采用效率相对较低的机构。对于同一种机构，不同的材料、不同的制造精度、不同的工作环境，其机械效率也不同。从提高机械效率的角度来说，应尽可能地提高机构的效率和减少组成机械的机构数。9回转件的平衡（回转件的平衡（2 学时）学时）主要教学内容：（1）回转件平衡的目的（2）回转件的平衡计算（3）回转件的平衡试验 教学要点：机械的惯性载荷将严重影响机械工作的平稳性、影响机械的运动质量、降低机械零件的工作寿命，同时还将引起机械本身及周围环境的冲击和振动，甚至造成非常危险的后果。惯性载荷与速度有关，对于高速运转的机械来说，应十分重视惯性载荷问题。另外，造成构件的质心偏离回转中心的原因很多，如：几何形状、制造精
17、度、安装误差、材质不均等。当测出不平衡量（质径积）和方位后，一般采用增减质量法进行平衡。但也有的机器其工作原理就是利用惯性载荷的。10机械零部件设计概述（机械零部件设计概述（2 学时）学时）主要教学内容：（1）机械零部件的主要工作性能：强度、刚度、耐磨度、可靠性等（2）强度计算准则（3）机械零部件常用材料及其选择。（4）公差与配合、表面粗糙度和优先数系（5）零件的表面粗糙度 教学要点：（1）机械零件设计的主要任务是合理确定零件的形状和尺寸，选择适当的零件材料。设计时，应根据实际情况确定零件的设计准则，此外，还要处理好：材料及热处理问题、公差与配合问题、表面粗糙度问题、工艺性问题和标准化问题等；
18、（2）机械零件的主要失效形式有 7 种，设计时，应分析出某种零件在某种环境下的主要失效形式，据此确定零件的设计准则；（3）机械零件强度问题是零件设计中的主要问题和重要问题。其中，变应力下的疲劳极限问题是建立零件设计准则的基础，应十分重视；（4）关于摩擦、磨损及润滑问题的研究内容十分丰富，对提高机械零件的使用寿命、改善工作环境等有着十分重要的意义，应进一步充实这方面的内容；（5）机械整机设计、机械零件设计都存在一个继承和发展的问题，只有了解掌握了已有知识、方法后，才有可能进行创新、发展，所以，第一步的任务是学习现有的知识和方法，通过观察、收集、总结、实践积累设计经验，提高自身的设计素质。11联接
19、（联接（4 学时）学时）主要教学内容：（1）螺纹参数（2）螺旋副的受力分析、效率及自锁（3）机械制造常用的螺纹（4）螺纹联接的基本类型和螺纹紧固件（5）螺纹连接的预紧和防松（6）螺纹连接的强度计算（7）螺栓联接的材料和许用应力（8）提高螺纹联接强度的措施（9）螺旋传动（10）键联接和花键联接（11）销联结（12）螺纹标注（13）滚珠丝杠副的特征代号及标注 教学要点：（1）联接可分为可拆联接和不可拆联接两种。常见的可拆联接有螺纹联接、键联接和销联接等，常见的不可拆联接有焊接和粘接，过盈联接一般做成不可拆联接。（2）联接螺纹采用三角形螺纹，传动螺纹主要采用梯形螺纹和锯齿形螺纹。这三种螺纹均已标准化
20、。（3）螺纹联接有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种基本类型。螺纹联接件品种很多，大都已标准化，常用的有螺栓、螺钉、双头螺柱、紧定螺钉、螺母和垫圈。（4）大多数螺纹联接在装配时都需要预紧，主要目的是增加联接的刚性、紧密性和防松能力，在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，则必须采取防松措施。防松方法有摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副防松三类。（5）螺栓联接强度计算时，应首先分析螺栓联接情况，然后选用相应公式计算，最后根据计算结果按标准选取螺栓直径。螺栓其余部分尺寸及螺母、垫圈等，一般可根据螺栓公称直径直接从标准中选定。（6）螺旋传动主要用于把回转运动变为直线运动，同时可传递运
21、动和动力。根据用途可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋；根据摩擦情况可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋，其中滑动螺旋应用最广。（7）键和花键是最常用的轴毂联接方式，均已标准化。设计和使用时应根据定心要求、载荷大小、使用要求和工作条件等合理选择。（8）根据工作前是否有预紧力，键联接可分为松联接和紧联接。松联接的工作表面是键的侧面，靠挤压工作，属于这类联接的有平键（普通平键、导键和滑键）和半圆键联接；紧联接的工作表面是上下面，靠摩擦力工作，常用的有楔键和切向键联接。（9）平键的选用方法是根据轴径 d 确定键的截面尺寸 bh，根据轮毂宽度 B 确定键长L，必要时进行强度校核。普通平键联接的主要失效形式
22、是轮毂压溃。（10）销主要用于定位，也可用于联接，传递不大的载荷；焊接和粘接用于不可拆联接；过盈联接、弹性环联接和成形联接主要用于轴和毂孔的联接，属于无键联接。12齿轮传动（齿轮传动（4 学时）学时）主要教学内容：（1）轮齿的失效形式及设计准则（2）齿轮材料及热处理（3）齿轮传动的精度，齿轮传动的计算载荷（4）直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动的受力分析（5）直齿圆柱齿轮传动齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算（6）斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动的强度计算（7）齿轮的构造、齿轮传动的润滑和效率 教学要点：（1）齿轮传动设计运用到前面已学过的“齿轮机构基本原理”、“工程力学”、
23、“金属材料及热处理”、“公差与互换性”、“机构制图”等多方面的知识；（2）通过学习要能根据齿轮传动的工作条件及失效情况，确定设计准则。掌握某一特定条件下的主要失效形式，分析产生的原因，选用相对应的设计准则，同时应掌握提高齿轮传动承载能力的方法和措施；（3）齿轮传动设计是一个很复杂的设计问题，为了便于教学，本书作了大量的简化。通过学习应掌握齿轮传动设计的基本原理和一般方法，对于重要的齿轮传动设计问题，应参照机械设计手册等设计资料，采用国际规定的设计方法进行计算；（4）直齿圆柱齿轮传动设计是斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动设计的基础，即，斜齿轮、锥齿轮的强度计算最终将转为相应的等效的直齿圆柱齿轮
24、的强度问题，所以，应着重掌握直齿圆柱齿轮传动的设计问题；（5）齿轮传动中的受力分析是齿轮强度计算的基础，特别是斜齿轮、锥齿轮中的圆向力、径向力和轴向力三者的关系及相应的计算公式。13蜗杆传动（蜗杆传动（4 学时）学时）主要教学内容：（1）蜗杆传动的特点和类型（2）蜗杆传动的主要参数和几何尺寸（3）蜗杆传动的失效形式、材料与结构（4）蜗杆传动的受力分析及强度计算 教学要点：（1）了解蜗杆传动的特点。传动比大，结构紧凑，具有自锁性，工作平稳噪声低，冲击载荷小。但传动的效率低，发热大，易发生磨损和胶合等失效形式，蜗轮齿圈常需用比较贵重的青铜制造，因此蜗杆传动成本较高。（2）合理选择蜗杆传动的参数。除
25、模数外，蜗杆的分度圆直径也应取为标准值，目的是为了限制蜗轮滚刀的数目，并便于滚刀的标准化，并保证蜗杆与配对蜗轮的正确啮合。蜗轮齿数的选择应避免用滚刀切制蜗轮时产生根切现象，并满足传动比的要求。蜗杆头数的选择应考虑到效率和传动比。（3）蜗杆传动的受力分析和强度计算。蜗杆传动受力分析的方法与齿轮传动的分析方法类似，但是各力的对应关系与齿轮传动的不同。在蜗杆传动的强度计算时，考虑到蜗杆传动的相对滑动速度大，效率低，发热大，因此蜗轮齿面的主要失效形式是胶合，其次才是点蚀和磨损。然而，目前还没有妥善的方法对胶合和磨损进行计算，所以一般只是仿照圆柱齿轮进行齿面和齿根强度的条件性计算，在选取许用应力是考虑胶
26、合和磨损的影响。（4）蜗杆的热平衡计算。蜗杆传动结构紧凑，箱体的散热面积小，所以在闭式传动中，产生的热量不能及时散发出去，容易产生胶合，所以与一般的闭式齿轮传动不同，蜗杆传动一般需进行热平衡计算。热平衡计算的基本原理是单位时间产生的热量不大于单位时间能散发出去的热量。在实际工作中，一般是利用热平衡条件，找出工作条件下应控制的油温，通过控制油的工作温度，来保证蜗杆传动的正常工作。14带传动和链传动（带传动和链传动（6 学时）学时）主要教学内容：（1）带传动的类型和应用（2）带传动的受力分析及应力分析（3）带传动的弹性滑动和传动比（4）普通 V 带传动的设计计算（5）V 带轮的结构（6）链传动的类
27、型和应用 教学要点：（1）带传动根据工作原理可分为摩擦型带传动和啮合型带传动两种。摩擦型带传动应用最广，布置形式多为开口布置。（2）摩擦型带传动在工作前已有一定的初拉力，工作时靠带与带轮间的摩擦力工作，带的两边形成松边和紧边，两边的拉力差是带传递的有效圆周力，最大有效圆周力可以通过柔韧体摩擦的欧拉公式计算出来。（3）带的工作应力为变应力，由带拉力产生的拉应力1、离心力产生的拉应力c和带在带轮上环绕而产生的弯曲应力b三部分组成。为避免1过大，应限制最小带速，为避免c过大，应限制最大带速，为避免b过大，应限制小带轮的最小计算直径。（4）带传动的失效形式是打滑和带的疲劳损坏，设计准则是在保证带传动不
28、打滑的条件下，使带具有足够的疲劳强度（寿命）。（5）带传动的打滑和弹性滑动是两个截然不同的概念。打滑是可以避免的，弹性滑动是不可避免的。弹性滑动造成从动轮圆周速度降低，降低率用滑动率表示。（6）普通 V 带传动设计计算的主要内容是确定 V 带的型号、长度、根数、中心距、带轮直径、材料、结构以及对带轮轴的压力等。设计中应注意带轮最小直径、传动中心距、带根数的选取和小带轮包角与带速的验算（7）链传动是具有中间绕性件的啮合传动，兼有带传动和齿轮传动的特点。根据工作性质，链传动可分为传动链、起重链和曳引链，一般机械传动中，常用的是滚子传动链。（8）滚子链已标准化，其最重要的参数是链节距，链节距越大，链
29、的各部分尺寸也越大，承载能力也越高。链条的长度用链节数表示，为避免使用过渡链节，链节数一般取偶数。链轮的基本参数是配用链条的参数，常用齿廓为“三圆弧一直线”齿廓。（9）多边形效应是链传动的固有特性，链节距越大，链轮齿数越少，链轮转速越高，多边形效应就越严重。由于多边形效应，链传动不宜用于有运动平稳性要求和转速高的场合。（10）链传动的失效主要是链条的失效，其承载能力受到多种失效形式的限制。如果规定链条的寿命，把小链轮在不同转速下由于各种失效形式所限定的传递功率做出曲线，即得到该链的极限功率曲线。把特定试验条件下得到的极限功率曲线作适当修改，可得到链的额定功率曲线，利用它可进行链的选型或实际承载
30、能力的校核，但应注意实际工作条件与试验条件不同时的修正。（11）链传动设计可分为一般链速和低速两种情况，一般链速（v0.6m/s）时按功率曲线设计计算，低速（v0.6m/s）时按静强度设计计算。（12）链传动张紧的主要目的是避免链条垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，同时可增加链条和链轮的啮合包角，常用的张紧方法有调整中心距和用张紧装置两种。（13）链传动的润滑方式应根据链速和链节距按推荐的润滑方式选择。15轴（轴（4 学时）学时）主要教学内容：（1）轴的功用和类型（2）轴的材料（3）轴的结构设计（4）轴的强度和刚度计算（5）轴的临界转速的概念 教学要点：（1）轴的功用是支承轴上旋转零件，
31、并传递转矩和运动。按轴受载荷的性质不同，可将轴分为传动轴、心轴和转轴。（2）轴是机械中的重要零件，轴的设计直接影响整机的质量。轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。（3）轴的结构设计应从多方面考虑，应满足的基本要求有：轴上零件有准确的位置、固定可靠，轴具有良好的工艺性，便于加工和装拆，合理布置轴上零件，以减小轴的工作应力。（4）轴的强度计算包括有以下两种：按转矩初步计算轴的直径，只是根据转矩计算直径，忽略了弯矩，计算结果是粗略的；按弯扭合成的当量弯矩校核轴的强度，同时考虑了弯矩和扭矩的作用，由于弯矩和转矩引起的应力性质可能不同，所以引入了折算系数。16滑动轴承（滑动轴承（2 学时）
32、学时）主要教学内容：（1）摩擦状态（2）滑动轴承的结构型式（3）轴瓦及轴承材料（4）润滑剂和润滑装置（5）非液体摩擦滑动轴承的计算（6）动压润滑的形成原理 教学要点：（1）滑动轴承根据摩擦状态不同可分为非液体润滑轴承和完全液体润滑轴承。完全液体润滑轴承又分为动压润滑轴承与静压润滑轴承。工程上大多用非液体润滑轴承。滑动轴承有多种结构型式：整体式、剖分式、自动调心式等。由于滑动轴承本身有一些独特的优势，适用于一些特殊的场合，如高速、重载、高精。（2）轴承材料和轴瓦结构对滑动轴承的性能影响较大，应综合考虑多方面因素选定轴承材料和轴瓦结构。（3）非液体摩擦滑动轴承计算和校核时，限制压强 p，以保证润滑
33、油膜不被破坏；限制pv 值，以保证轴承温升不至于太高，因为，温度太高，容易引起边界油膜的破裂。（4）根据流体动压润滑的形成原理设计出的动压润滑滑动轴承，主要用于连续高速运转的场合。动压润滑滑动轴承的设计较复杂，故不在本书中叙述。必要时请参阅有关资料。17滚动轴承（滚动轴承（4 学时）学时）主要教学内容：（1）滚动轴承的基本类型和特点（2）滚动轴承的代号（3）滚动轴承的失效形式及选择计算（4）滚动轴承的润滑和密封（5）滚动轴承的组合设计 教学要点：（1）滚动轴承是标准件，在类型和尺寸方面已制定了国家标准，并有专业厂家生产。因此，作为设计者的任务是：熟悉滚动轴承的有关国家标准，选择轴承的型号，进行
34、轴承装置的结构设计。（2）在熟悉常用滚动轴承的类型、代号、基本性能和结构特点的基础上，根据轴承所受载荷大小、方向、性质、工作转速高低、轴颈的偏转情况等要求，来选择滚动轴承的类型。通过寿命计算，确定轴承尺寸。另外，轴承装置的结构设计不可忽视，由于轴承装置设计不合理而导致设计失败的情况时有发生，所以，应根据不同类型的轴承、功用、工况、载荷特性等，设计出合理的轴承装置结构形式和结构尺寸。（3）GB272/T1993 规定了滚动轴承代号的表示方法，通过学习，应掌握轴承代号中的基本代号，了解前置代号和后置代号。（4）滚动轴承主要承受的是脉动接触应力，主要的失效形式是疲劳点蚀破坏。（5）在滚动轴承寿命计算
35、中，基本额定寿命和基本额定动载荷是两个重要定义；对于同时受径向力和轴向力的轴承，载荷由当量动载荷公式进行计算。当轴承寿命要求不等于基本额定寿命时，或轴承的受力不等于基本额定动载荷时，可通过轴承的寿命计算公式进行计算。计算时，还应加入温度影响系数、载荷系数和可靠度的额定寿命修正系数。（6）当量动载荷计算不同于一般的合力计算，当轴向力较小时，Fa=0，即轴向力忽略不计；当轴向力较大时，才按比例折算入载荷计算式。较小较大的判断是由不同类型的轴承按径向力与轴向力的比值确定的。（7）滚动轴承的尺寸一般是先根据轴的结构来初步确定，然后再进行承载能力的验算。18联轴器和离合器（联轴器和离合器（2 学时）学时
36、）主要教学内容：（1）联轴器和离合器的类型和应用（2）刚性和弹性联轴器的主要类型、结构、标准和选用（3）离合器的主要类型与结构 教学要点：（1）联轴器、离合器和制动器大多数型号已标准化或规格化，所以它们的设计主要是从标准化、规格化的类型中选择。选择时应根据设计要求对主要参数进行计算，再按设计准则选择满足设计要求的联轴器、离合器或制动器；（2）联轴器是用于联接两轴的。考虑两轴相对的位置主要是机器工作时的两轴相对位置，若机器的刚度不够，工作时受力变形就可能造成两轴相对位置的变化；高速运转的机器所产生的冲击、振动、动载荷、离心力等都会影响两轴的相对位置。刚性联轴器结构简单、成本低，可传递较大的转矩，
37、但它补偿能力差，故对两轴对中性要求很高，一般用于速度低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好的场合；（3）掌握常用类型的联轴器、离合器的结构特点、工作原理、应用场合、合理选择联轴器、离合器是本章学习的重点。19弹簧弹簧(2 学时学时)主要教学内容：（1）弹簧的功用和类型（2）圆柱螺旋弹簧的结构、几何参数、制造、材料及许用应力（3）圆柱螺旋弹簧的应力、变形、特性曲线（4）圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计（5）其他弹簧简介；教学要点：（1）弹簧在机械设备中广泛应用，其主要功用有：控制运动、缓冲与吸振、储能和测量力的大小。弹簧的种类很多，设计时应根据设计要求选择正确的弹簧类型。（2）弹簧的特性曲线是弹簧的载
38、荷与变形之间的关系曲线，是弹簧设计、检验的重要依据。为了正确选择弹簧类型，必须掌握不同类型弹簧的特性曲线。（3）在圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计时，设计的主要任务是确定弹簧的钢丝直径、弹簧中径和有效圈数，应掌握不同类型弹簧设计的步骤。弹簧的主要设计要求是刚度要求，对于同一个设计任务，可以由不同的钢丝直径、弹簧中径和有效圈数组合出多个能满足设计要求的结果。弹簧的其它设计要求可能是多方面的，设计时，还应根据这些要求，从多个设计结果中选定最后的设计结果。此外，旋绕比 C 和刚度 k 是弹簧的重要指标，应了解它们之间的内在联系以及对弹簧性能的影响。（4）对于在变载荷下工作的重要弹簧，应进行疲劳强度校核
39、，可查阅相关的技术资料 二、实践教学二、实践教学（共（共 10 学时）学时）每个学生要做 5 个实验，共 10 个学时。学生应完成实验大纲中规定的必开实验和从选开实验中选择。实验内容主要是：对机构和机械零件的认识、齿轮范成、凸轮机构、机构运动参数测试、机械传动装置和机器的效率测定等方面。通过实验环节，学生应掌握典型机械零件的实验基本方法，获得实验基本技能的训练。实验成绩应作为课程成绩的一部分。实验的具体要求和规定请参见机械设计基础实验教学大纲。实验要求：根据实际情况按照划分的小组进行。在教师指导下，按实验书规定的目的、要求等项目进行实验。1机构运动简图测绘实验（2 学时）根据实物和模型,测绘机
40、构运动简图；验证和巩固机构自由度的计算,并明确自由度数与原动件数的关系。2渐开线齿廓范成原理实验（2 学时）了解范成法切齿原理，明确根切现象产生的原因和变位齿轮。3齿轮基本参数测量实验（2 学时）了解标准齿轮与变位齿轮各个参数的变化与测量方法。4机械传动实验（2 学时，综合性实验）测定带传动的滑动率和传动效率，绘制滑动曲线和效率曲线，并分析两曲线之间的关系，以及张紧力、转距、转速对滑动率和传动效率的影响。5.减速器拆装实验（2 学时，综合性实验）按照正确顺序拆装一种减速器，分析减速器的结构特点和各个零部件的功用；测定减速器的主要参数，绘制传动示意图。推荐教材和参考书：推荐教材和参考书：教材：杨可桢，程光蕴，机械设计基础（第四版），北京：高等教育出版社，2005 参考书：杨可桢，程光蕴，机械设计基础学习指导书（第六版），北京：高等教育出版社，先修课程：机械制图、金工实习、工程力学 修课对象：近机类工科专业本科生 考核方式：多级测评：平时学习与作业占总成绩的 10%；实验占总成绩的 10%；期末考试（闭卷）占总成绩的 80%。