1、机械设计教案机械设计总学时为 64 学时共 4 个学分，因实验为单独设课，所以讲课为 64 学时。一、课程的性质、目的与任务机械设计是以一般通用零部件的设计为核心的设计性课程，而且是论述它们的基本设计理论与方法，用以培养学生具有设计一般机械的能力的技术基础课程。本课程的目的与任务在于培养学生：1、掌握通用机械零部件的工作原理、特点、选用及设计理论与设计计算方法。2、初步树立正确的设计思想，了解设计的一般规律，具有设计机械传动部件及简单机械的能力，以及培养学生独立解决问题和分析问题的能力。3、具有运用标准、规范、手册、图表和查阅有关资料的能力。4、学会典型零件的实验方法，获得实验技能的基本训练。
2、二、课程的内容与基本要求第一章 绪论(一)内容1、机器在经济建设中的作用2、机器的基本组成要素3、本课程的内容、性质、任务(二)基本要求了解机器在经济建设中的作用及机器的组成；明确零件的概括分类及零件与机器的关系。明确本课程的内容、性质和任务；注意本课程与先修课程及后续课程的关系和相应的学习方法。(三)重点、难点及学习注意事项一是机器的主体及其基本组成要素和机械零件的分类，机械零件(局部) 和机器(总体)的关系；二是本课程的内容、性质与任务。学习时的注意要点是，除了掌握本章的基本内容外，还应联系本课程的性质与特点，积极探索具有针对性的学习方法。(四)本章用时 1 个课时第二章、机械及机械零件设
3、计概要(一)内容1、机器的组成2、设计机器的一般程序3、对机器的主要要求4、机械零件的主要失效形式5、设计机械零件时应满足的基本要求6、机械零件的计算准则、设计方法7、机械零件设计的一般步骤8、机械零件材料的选用原则9、机械零件设计中的标准化(二)基本要求1、明确机器的组成，了解机器的要求及其设计程序。2、深刻理解机械零件的失效形式及应满足的基本要求。3、深刻理解机械零件的设计准则及设计方法。4、了解机械零件的一般设计方法，重视结构设计及标准化工作。5、一般了解机械零件的材料及选用原则。(三)重点、难点及学习注意事项本章特点在于从机器设计的总要求出发，引出与机械零件设计有关的一些原则性问题。这
4、些问题，例如设计机器的一放程序、机械零件失效形式、零件的设计要求、设计准则、设计方法、设计步骤及材料选择等，始终贯穿在本书以后的各章中。在本章的学习中，由于学生还没有接触到各个具体零件的设计内容，所以不大容易深刻地掌握本章的内容也无法和以后的各章建立联系。因此，本章的学习首先就是要从总体上建立起机器设计，尤其是机械零件设计的总括性的概念，即从机器的总体要求出发，引出对机械零件的要求，根据零件的失效形式，拟定出设计准则，在选择出适用的材料后，按一定的步骤，用理论设计或经验设计的方法，设汁出机械零件来。这个过程的系统性是很严密的。它对以后各章的学习都具有提纲挈领的作用。其次，还要掌握对机器和机械零
5、件的基本要求。这些要求不管列出多少条，从本质上讲却只有两条：1)提高机器总体效益；2) 避免失效。第一条要求是相对的，随着科学技术的发展，对总体效益的要求总是不断变化的。第二条要求却是最基本的，即在达到设计寿命前的任何时候，对机器和零件总是有避免失效的要求的。以上学习要求可能一下子难于掌握，因此要求学生在以后各章节的学习中，不断地结合各章的具体分析来逐步加深理解。(四)本章用时 2 个课时第三章、机械零件的强度(一)内容1、材料疲劳的两种类别2、高周疲劳和机械零件的疲劳强度计算3、机械零件的接触强度(二)基本要求掌握常用的强度理论，并能正确运用；正确选用强度计算中的极限应力；熟练掌握极限应力线
6、图的绘制与分析；熟练掌握稳定变应力时的疲劳强度计算及等效转化概念；了解单向不稳定变应力的疲劳强度计算。(三)重点、难点及学习注意事项常用强度理论的正确运用及强度计算中极限应力的正确选定；极限应力线图的意义、绘制；稳定变应力时的疲劳强度计算。强度准则是最重要的设计准则。本章把各种零件强度计算的共性问题集中到一起，略去零件的具体内容，而突出阐述强度设计计算的基本理论和方法。使学生了解，以后各章中各种强度计算方法从本质上来讲都是一样的。不同零件的强度计算公式在形式上的不同，仅来源于零件本身的特殊性，以及设计工作中沿用的一些惯例，而不是强度计算方法的原则有什么不同。1对32 疲劳曲线内容的说明绝大多数
7、通用零件都是在变应力下工作的，因此，各式各样的疲劳破环是通用零件的主要破坏形式。1)式(31) 是描述疲劳曲线右侧(CD) 部分的一种公式。除该式以外，在专门讨论疲劳强度的文献中还会看到其它形式的公式。但式(31) 是有关公式中形式最简单、参数最少、又能满足工程计算的精确性要求，并且应用起来员为方便的公式，所以在设计中应用最广泛。2)教材图 33 上 N0 和 ND 是两个不同的循环次数。N 0 是人为规定的值，所以在不同的文献中，其值常有差异。而 ND 是随着材料所固有的性质的不同，通过试验来确定的一个常数。由于试验技术上的原因，各文献上对同一材料所介绍的从值也往往有所不同。这主要是因为试验
8、条件及方法不同所致。2对32 极限应力线图的说明要得到疲劳强度计算时的极限应力线图，应当在各种不同应力循环待性 r 条件下进行材料的疲劳试验，先求出各不同 r 时的疲劳曲线。然后，根据这些不同的疲劳曲线，得到很多个对应于不同循环特性时的材料的疲劳极限 rN。利用这些 rN，才能在 a= m 坐标上绘制出材料的极限应力线因。这是一条曲线，即图 3-1 所示。可是要得到这一条曲线，需要耗费惊人的物力及时间。因此，人们提出只利用很少的几个试验数据来近似地求得在工程应用上足够精确的极限应力曲线的方法。3对32 单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算的说明单向稳定变应力虽然在实际的机械零件中是较少见的工
9、作状况，但它的计算方法却是疲劳强度计算的基础。这是因为人们所知道的材料抗疲劳破坏的机械性能 1 或 0 都是在实验室中按照单向稳定变应力的工作状况用试验方法决定的原故。因此，一定要学好本节的内容。在本节内容中，平均应力 m 和应力幅 a 作为描述变应力的一对参量。首先要明确的是：在一个已知的工作应力点( m， a)条件下，由于零件中应力变化规律的不同，可以求出对应于此工作应力点的无数个极限应力，即极限应力曲线上任何一个点所代表的极限应力都有可能作为该工作应力的极限应力。对于基本的典型曲应力变化规律，可以列出 rc， mc 及时 minC 这三种情况下的极限应力计算方法。其次，零件在任一种应力变
10、化规律下，都有可能出现静应力破坏或疲劳破坏的情况。到底哪一种破坏更易于发生，则取决于应力变化曲线首先和极限应力曲线的哪一段相交。如首先和 AG 部分相交，就说明零件将会首先发生疲劳破坏；如和 GC 部分相交，则首先会发生静应力破坏。由此导出不同的强度校核公式。4对32 单向不稳定变应力时疲劳强度计算的说明单向不稳定变应力时强度计算的依据是疲劳损伤累积假说，迈纳尔(Miner)法则。这是一个基于能量观点的假说。该假说认为材料发生疲劳破坏，是该材料上所作用的外力对材料所作的功积累到一定值时的必然结果，并认为同等的变应力中每一应力循环都作同等的功，都对材料起同样的损伤作用。虽然 Miner 法则在许
11、多实验条件下与试验数据不能很好地吻合，但作为概念，它还是反映了总和损伤率的统计关系。因此，就工程计算精确性的意义上来说还是可用的。5对32 双向稳定变应力时的疲劳强度计算的说明双向稳定变应力时的计算依据是图 312 及式(333) 。式 (333)是用于间相位对称循环的弯曲和扭转变应力联合作用的情况。对于般的平面应力状态，可以应用最大切应力理论进行强度计算。事实上式(333) 就是弯曲、扭转联合作用下最大切应力理论的表达式。由此可见，在变应力条件下最大切应力理论也是大致符合于试验结果的。6对33 机械零件接触强度的说明和所有其它条件下的强度一样，接触强度计算也包括接触应力的计算、极限应力与许用
12、应力的确定以及强度条件的校核三部分。极限应力与许用应力的确定，就是根据试验数据来确定接触疲劳极限，然后再根据使用经验确定安全系数，从而计算出许用应力。应当特别指出，用试验方法求接触疲劳极限时，由于试验条件的不同，可能有纯滚动及滚动带滑动两种情况。同样的材料在这两种条件下得到的接触疲劳极限值是有不小的差别的。(四)本章用时 5 个课时，作业为光盘“机械设计自测 CAI”第三章内容及机械设计作业集选 2 题。第五章、螺纹联接和螺旋传动(一)内容1、螺纹2、螺纹联接的类型及标准联接件。3、螺纹联接的预紧4、螺纹联接的防松5、螺栓联接的强度计算6、螺栓组联接的设计7、螺纹联接件的材料及许用应力8、提高
13、螺纹联接强度的措施9、螺旋传动(二)基本要求1、了解螺纹及螺纹联接的类型、结构、主要参数及应用等基础知识，结合机械设计手册进行学习。2、理解预紧的目的及预紧力矩的计算，明确防松的必要性及其基本方法。3、熟练掌握单个螺栓联接的变形协调关系、受力分析及强度计算。4、熟练掌握螺栓组联接的结构设计、受力分析及强度计算。5、对螺纹联接的材料及许用应力作一般了解，能正确选用；注意螺栓及螺母材料的级别及含义。6、正确理解提高螺栓联接强度的各项措施及原理。7、能参照教材设计螺旋传动。(三)重点、难点及学习注意事项1、 各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析；2、 螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸
14、载荷的紧螺栓联接的强度计算。其中较为复杂的问题是承受倾覆力矩的底板螺栓组联接的设计。3、 提高螺栓联接强度的措施4、 51 和54 都是叙述性的内容，对做好螺栓联接的设计是必不可少的基本知识，应当结合阅读机械设计手册，仔细复习。螺纹及螺纹联接件大都已标准化。设计时，对不太重要的螺纹联接一般只需根据不同情况进行选用，不需自行设计。对重要的螺纹联接，设计计算也只是确定螺栓危险截面的直径(螺纹小径) ，螺栓联接的其它部分尺寸由标准选定。但是，这并不排斥在个别特殊情况下，根据特殊的需要而自行设计某种非标准的螺纹联接件。螺纹联接的设计主要是螺栓组联接的设计(因为工程实际中螺栓联接通常是成组使用的)。其设
15、计工作包括两部分内容：第一部分内容是正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；第二部分内容是按照单个螺栓联接的强度计算公式来设行这个受力最大的螺校的尺寸其余的螺栓则按同样尺寸选用。5、 在设计螺栓组联接时，应正确解决以下几个问题：螺栓组的布置 螺栓组中螺栓的个数及其在接合面上的市置方案，一般可参考现有设备按经验确定。不同的布置方案将影响总的载荷在各个螺栓上的分配。在计算总载荷在各螺栓中的分配时，可以采用这样的步骤：先将总载荷分解，分解后所得到的载荷不外乎轴向力、横向力、扭矩和弯矩等四种基本情况；接着就按这四种情况分别进行载荷分配计算，然后再迭加起来，便得到了总载荷在各螺栓中的分配情况。
16、在这四种基本情况中，承受倾覆力矩的底板螺拴组联接的载荷分配计算是一个难点，学习时要注意所采用的简化假定及受载前后各部分的载荷相应力变化的关系。确定螺栓的拧紧力矩 紧螺栓联接所需要的扳子力矩和由此而产生的预紧力的大小，可以利用机械原理中关于螺旋副摩擦阻力的公式进行计算。拧紧力矩过大，将对强度产生不利的影响，而过小又不能保证联接的可靠性。因此，对于重要的螺拴联接，拧紧力矩或预紧力必需加以控制。所以，进行计算是必要的，而且应将计算的结果标注到相应的装配图纸上。与这一问题相连系的扳手拧紧力矩或预紧力的测定方法，以及拧紧后的防松措施，也必需考虑好。确定螺栓直径 螺柱的直径计算是整个螺栓联接设计的核心部分
17、。因为只要直径定了，就可以根据标准确定螺栓其它部分的尺寸(螺栓的长度可根据被联接零件的厚度和螺母、垫圈等的厚度来确定)。教材中介绍了螺栓直径的简化计算方法，以及螺栓疲劳强度的精确校核方法。在螺栓疲劳强度的精确校核中，螺栓联接的受力变形线图应该给于特别的注意。弄清楚为什么当紧螺栓联接受到轴向拉仲裁荷时，它的预紧力会变小，而螺栓组总载荷并不是预紧力与外载荷的和。在这个基础上，了解为什么降低螺栓刚度、增大被联接件刚度以及增大顶紧力盯以提高螺栓的抗疲劳能力。提高螺栓联接强度的措施 在初步确定以上三个问题的解决方案的基础上，还庇该进一步考虑如何提高螺栓联接的强度。在各类机器中所见到的各种螺纹联接件，大多
18、数是标准化了的。但也有许多重要的螺栓联接，所用的螺栓、螺母或垫圈都有各种非标准的形状。其原因可以从提高螺栓联接强度的措施这一节中找到答案。应该注意的是，提高螺栓联接强度并不是只有加粗直径这一途径。有时候，其它的措施可能更为合理，更为有效。特别是对于受变载荷的螺栓联接。6、螺旋传动(59)学习这一部分内容时，应该注意螺旋传动与前面的螺纹联接的差别。虽然它们都由带螺纹的零件组成，但两者工作情况完全不同，从而在要求上也有很大差别。对螺旋传动来讲，出于要传递运动、主要要求保证螺旋副有较高的传动效率相磨损寿命。从这一基本点出发，去理解它的结构设计、材料和设计计算方法的待点以及与螺纹联接的差别。(四)本章
19、用时 6 个课时，作业为光盘“机械设计自测 CAI”第五章内容及机械设计作业集选 3 题。(五)本章结束布置第一个大作业，螺旋千斤顶的设计。第六章 键、花键、无键联接和销联接(一)内容1、键联接2、花键联接3、无键联接4、销联接(二)基本要求1、了解键及花键的类型、特点、工作原理、结构形式及适用场合。2、学会键及花键的受力分析、定心方式及类型选择。3、掌握键及花键联接的主要失效形式和强度计算。(三)重点、难点及学习注意事项本章重点是键与花键的类型、尺寸选择和强度校核方法。学习本章时应该注意：1根据轴与毂是否有相对轴向移动，平键联接和花键联接都可分为静联接与动联接。由于静联接与动联接的失效形式不
20、同，因而计算准则也不相同。对于静联接与动联接，强度校核公式中的主要区别在于许用值不同。2平键联接和花键联接中，存在着载荷分布不均的问题，在用花键联接或沿周向多于一个平键联接时，还存在着载荷分配不均问题；其它机械零件工作时也常存在这方面的问题。因此，零件的计算模型与零件实际工作情况之间必然存在着差距，该差距的大小与计算模型的简化程度有关。在机械零件的强厦计算中，这方面的影响常用由试验得到的许用应力或用修正系数零来考虑。在平键联接和花键联接中，载荷分配不均的影响是由修正系数来考虑，而载荷分心不均的影响是在许用应力中加以考虑的。(四)本章用时 3 个课时，作业为光盘“机械设计自测 CAI”第六章内容
21、及机械设计作业集选 2 题。第八章 带传动(一)内容本章主要内容是带传动的类型、工作原理、特点及应用，带传动的受力情况、带的应力、弹性滑动和打滑，以及 v 带传动的设计准则和设计方法等。最后对高速带传动和同步带传动作了简单介绍。(二)基本要求1、了解带传动的类型、工作原理、特点及应用。2、正确分析带传动的受力情况及应力。3、正确理解带的弹性滑动及打滑现象。4、掌握带传动的失效形式及设计准则。5、掌握 V 带传动的参数选择和设计方法。5、了解带传动的张紧目的及方法。(三)重点、难点及学习注意事项1、在81 中主要应掌握：1)对带传动的工作原理，重点是从本质上了解带传动是一种摩擦传动。同时明确靠摩
22、擦传递动力时，摩擦面向一定要有足够的正压力，而带与带轮间的正压力是靠把带张紧而产生的。2)对各种带传动的特点，应着重了解平带传动与 v 带传动的特点并加以比较。3)对 v 带的结构，应着重了解各种 v 带的结构特点，并加以比较。4)对普通 v 带的结构及其标准，应注意将帘布芯结构与绳芯结构加以比较。5)在分析 v 带传动的工作原理时，应该联系槽面摩接理论。v 带的工作面是两个侧面，因而与平带相比，在同样的张紧力下，带与带轮间能产生较大的正压力及摩接力，所以能传递较大的圆周力。2带传动工作情况分析(8 2)一节是本章的理论基础，包括以下主要内容：1)带传动的受力情况分析。其核心就是要找出紧边拉力
23、 F1、松边拉力 F2、初拉力 F0、有效拉力 Fe，的关系式。从这些关系式中可以得到以下重要结论：带工作时，带的两边即产生拉力差，绕上主动轮的一边拉力增大而成紧边，绕出主动轮的一边拉力减小而成松边，而巳紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量紧边拉力 F1与松边拉力 F2 之间存在着 F1F 2e f 的关系。有效拉力 Fe 等于带与带轮整个接触面上的总摩擦力 Ff，即等于紧边拉力 F1 与松边拉力 F2 之差，见式 (82)。2)关于最大有效拉力。学习这一部分内容时，应该明确以下几个概念：柔韧体摩擦的欧拉公式(8 5)是在具有打滑趋势时摩擦力达到极限值的条件下推导出来的。式(85) F1F
24、2e f 中，只给出了 F1F 2 的比值，并未给出 F1 和 F2 的实有值。在一定的 F1F 2 的条件下，F 1 与 F2 的具体数值取决于初拉力 F0 的大小，故 F0 对传动有很大约作用，例如 F0 等于 0 时，就根本不能传动。由式(87) 可知，最大有效拉力 Fec 的大小取决于初拉力 F0、包角 和摩擦系数 f 的大小。实际有效拉力的数值与传动中的包角大小和摩擦系数无关，它是一个己知数，是由传递的功率 P 和带的速度 v 决定的。3)关于带的应力分析，应注意以下几点：分析带在工作时的各种应力，包括拉应力 、弯曲应力 b、离心应力 c 的分布情况以及最大应力发生在何处。弯曲应力
25、b 与带的厚度 h 和带轮直径 D 有关，这就是要限制 hD ，待别是要限制小带轮直径 D1 的原因。离心应力 c 实际上是由离心力( 惯性力)引起的拉应力的增量。其根本原因在于带绕带轮作等速圆周运动时，必须有一个使带连续向轮心弯转的力，以产生向心加速度 2v2D，因而就必然产生一个与该力方向相反的离心力。这个离心力就产生了带的拉应力增量，即称为离心应力。离心应力与带的线密度(kgm)和带的速度有关，这就是需要限制带速的原因。根据带工作时应力大小和变化情况，以及保证带传动时不打滑的条件，来分析带传动的失效形式和确定带传动的设计准则。4)带的弹性滑动与打滑，是本章中的一个重点，也是一个难点。为了
26、加深对这一概念的理解，可通过带传动的实验来建立感性认识。学习这一部分内容，应该明确以下几点：带在工作时产生弹性滑动的根本原因在于带本身是弹性体，而且带的紧边与松边之间存在着拉力差。由于带从紧边转到松边时，其拉力减小，要产生弹性收缩；反之，带从松边转到紧边时，其拉力增大，要产生弹性伸长。因而带在工作过程中就不可避免地要产生弹性滑动。带的弹性滑动并不是发生在相对于全部包角的接触弧上，而总是发生在位于滑动角内的那一部分接触弧上。由于弹性滑动的影响，将使实际平均传动比大于理论传动比。但在一般的传动中，因滑动率并不大(1一 2 )。故可不予考虑。打滑是由于要求带所传递的圆周力超过了带与带轮间的最大摩擦力
27、(即最大有效拉力) ，使滑动角扩大到几何包角而引起的，它是必须避免的。3关于 v 带传动的设计计算，着重于学会 v 带传动的设计方法和步骤。应该明确为什么要使小带轮直径 D1D min，带的速度 5m/sv25m/s ，主动轮包角 120( 至少 90)，带的根数 z10 。另外还应搞清楚包角系数 K ，长度系数 KL，计及传动比影响时单根带所能传递的功率增量 P 0 等的意义。当传动比 il 时，应该取 K 1，P 00。本节中计算带传动作用在轴上的压力 Q 主要是为以后进行轴的设计作准备的，它在带传动的设计中是用不着的。4 “v 带轮的设计”一节中，除应了解 v 带轮应满足的要求外，还应着
28、重掌握根据带轮直径来选择其结构型式，根据带的型号来确定轮槽的尺才。见表 812。5在56 一节中。主要是对高速带传动和同步带传动作一般性的介绍。对于高速带传动应着重了解其设计持点。同步带传动是种新型传动，对它应着重了解其工作原理和特点。(四)本章用时 3 个课时，作业为光盘“机械设计自测 CAI”第八章内容及机械设计作业集选 2 题。第九章 链传动(一)内容本章介绍了链传动的工作原理、特点及应用范围；重点分析了链传动的运动不均匀性(即多边形效应)产生的原因和链传动的失效形式；阐明了功率曲线图的来历及使用方法；着重讨论了滚子链传动的设计计算方法及主要参数选择；简要介绍了齿形链的结构特点以及链传动
29、的润滑和张紧的方法。(二)基本要求1、 了解链传动的工作原理、特点、结构、标准及应用。2、 了解滚子链链轮的结构和材料。3、理解链传动的运动特性、受力分析及产生动载荷的原因。4、掌握链传动的失效形式和设计准则。5、掌握链传动参数的合理选择及不同链速时的选型计算。6、了解链传动的布置、张紧和润滑。(三)重点、难点及学习注意事项1在学习91 链传动的待点及应用时，应注意以下几点：1)链传动属于啮合传动，能获得准确的平均传动比，又能实现较大中巾心距的传动。由于刚性链节在链轮上呈多边形分布，引起瞬时传动比周期性变化和啮合时的冲击(常称为多边形效应) ，因而其传动平稳性差，不宜用于分度机构。2)链传动可
30、在多粉尘、油污、泥沙、潮湿、高温及有腐蚀性气体等恶劣环境中工作，如用于掘土机的运行机构中。这是由于它是一种非共轭啮合传动，对链轮齿形加工误差、链条几何形状( 如链节距不均匀性 )误差要求不严。并且对啮合时嵌入的污物有很大的容纳能力。3)链传动不宜用于载荷变化很大和急速反向的传动中。这是由于链传动的紧边工作时形如弦索，它们的自振频率较易与外界干扰力合拍而引起振动。此外，链传动的松边及紧边呈悬垂线状态，在起动、制动及反转时，能引起传动系统的惯性冲击。因此，链传动工作时有噪声，在急速反向传动中更为严重。2学习94 时，着重点了解链传动的“多边形效应” ，也就是说，了解链传动的运动不均匀性及动载荷是怎
31、样产生的。通过学习本节必须认识到，链传动的瞬时传动比在传动过程中是不断变化的。由于刚性链节在链轮上呈多边形分布，在链条每转过一个链节时，链条前进的瞬时速度周期性地由小变到大，再由大变到小。链条沿垂直于运动方向的分速度也在作周期性变化，从而导致运动的不均匀性。链传动运动不均匀及刚性链节啮入链轮齿间时引起的冲击，必然要引起动载荷。当链节不断啮入链轮齿间时，就会形成连续不断的冲击、振动和噪声，这种现象通常称为“多边形效应” 。链的节加越大，链轮转速超高， “多边形效应”就越严重。在设计时，必须对链速加以限制。此外，选取小节距的链条，也有利于降低链传动的运动不均匀性及动载荷。3学习96 时，首先要了解
32、确定滚子链传动的承载能力的主要依据是什么。随着链传动技术纳发展磨损已不再是限定其承载能力的主要失效形式。这是由于链条及链轮材料、热处理工艺的改进，链条零件表面硬度及耐磨性有很大提高的缘故。又因近代润滑技术的发展和对链条工作时铰链润滑状态的试验研究发现，当链条啮入链轮齿问而相对转动 360z(z 为链轮齿数) 时，铰链内部润滑油可形成承载油楔，这时套筒和销轴间处于流体动力润滑状态。实践证明：一个设计和安装正确、润滑得当、质量台乎标准的滚子链传动，在运转中由于磨损产生的伸长率还没有达到全长的 3时，链条元件已产生疲劳破坏或胶合。所以确定滚子链传动的承载能力，通常以抗按劳强度为中心的多种失效形式的功
33、率曲线因为依据，见图 912、913；只有在恶劣的渭滑状态下工作的短传动，磨损才依然作为限定其承裁能力的依据。学习本节时，还必须弄清额定功率曲线图(图 912 和图 913) 的意义和实验条件。图912 为单列滚子链额定功率曲线，曲线 1、2、3 组成的封闭区说明了链传动的各种失效形式都在一定条件下限制其承载能力，曲线 1 是由链板疲劳强度所限定，曲线 2 是由套筒、滚子冲击疲劳强度所限定，曲线 3 是由铰链胶合强度所限定。实际使用的功率曲线为图 913，它较图 912 作了些修正，比较安全。修正的主要依据是，链传动各种失效形式的强度试验数据较分散，特别是胶合强度试验数据离散性较大。由于在高速
34、区内，随着转速的增加，极限功率下降迅速，故图 913 中功率曲线的最右端均有一垂直线，用以限定小链轮的最高转速。4学习96 时，还要了解链传动主要参数对传动性能的影响，学会合理地选择参数，并掌握链传动的设计步骤。链传动的设计计算通常是根据所传递的功率 P、工作条件、链轮转速 n1、n 2 等，选定链轮齿数 z1、 z2，确定链的节距、列数、传动中心距、链轮结构、材料、润滑方式等。(四)本章用时 3 个课时，作业为光盘“机械设计自测 CAI”第九章内容及机械设计作业集选 2 题。第十章、齿轮传动(一)内容1、概述2、齿轮传动的失效形式及设计准则3、齿轮的材料及其选择原则4、齿轮传动的计算载荷5、
35、标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算6、齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择7、标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算8、标准圆锥齿轮传动的强度计算9、齿轮的结构设计10、齿轮传动的润滑(二)基本要求1、了解齿轮传动的特点、应用、材料及其选择原则、结构设计和润滑。2、掌握不同条件下，齿轮传动的失效形式及提高齿轮工作能力的有效措施。3、掌握齿轮传动的基本设计原理，熟悉强度计算公式中各参数的含义及合理取值。4、熟练掌握齿轮传动的受力分析，结合转向、旋向及主从动轮，准确确定各力的作用点、方向和大小。5、熟悉齿轮传动的设计参数选择、许用应力确定和强度计算说明。6、一般了解齿轮的精度及其选择。(三)重点、难点及学习
36、注意事项1本章重点为标准直齿圆柱齿轮传动的设计原理及强度计算方法。2本章难点是如何针对不同条件恰当地确定设计准则和选用相应的设计数据。3学习本章时应当注意：1)检查与复习有关的先修知识。为了排除学习时的障碍，应当切实检查对下列内容掌握的程度，如有必要时应进行认真的复习。“机械原理”方面；啮合原理；渐开线的基本特性；齿轮传动的几何计算；单齿对啮合及双齿对啮合区，啮合区内轮齿啮合线总长；端面重合度与轴向重合度；斜齿轮的当量直齿轮及当量齿数；圆锥齿轮的背锥、当量圆柱齿轮及当量齿数；齿轮的变位及变位齿轮的特性等。“金属材料及热处理”方面：碳钢、合金钢的特性与应用；常化、调质、淬火、渗碳、氯化等热处理的
37、特性及应用。“机械制图” 、 “公差及互换性测量”方面：齿轮传动精度及公差的选定与标注。2)要能根据齿轮传动的工作条件及失效情况，辩证地确定设计准则。具体确定设计准则时，应注意掌握几个基本点：损伤出现于轮齿的什么部位，损伤的基本原因，损伤表明了轮齿的什么能力(或强度)不足，以及保证齿轮传动所需工作寿命应采取的措施等。3)掌握好有关金属材料及热处理的基本句识是学好103 的先决条件。这里必须注意两点：一是选材时要遵循“齿面要硬，齿芯要韧”的基本原则；二是要密切结合生产实际，除了特殊需要外，一般应考虑生产单位所能提供的材料及毛坯，并力求符合技术经济原则。4)学习104 时。主要是注意搞清 KA、K
38、 v、K 、K 4 个系数的基本含义、实质以及它们之间的差别。对减小 K 、K v 的措施有个基本认识即可。要学会查用各个系数的图表。查用图表时应注意有关说明及表注。5) 105 为齿轮强度计算的主要内容，并且是107、10 8 的基础，因而必须切实学好。从设计准则到实用的强度计算公式，有一个如何处理及演化的过程，要综合考虑轮齿的啮合位置( 是单齿对啮合还是双齿对啮合 )及实际啮合状况 (齿轮精度高低、误差大小及轮齿的弹性变形大小)，从齿顶进入啮合起，到齿根退出啮合止 (或相反)，沿整个工作齿廓找几个有代表性的啮合位置，逐一分析，对比轮齿受载情况及产生应力的大小，从而确定按轮齿的哪一个啮合位置
39、计算其强度(齿根及齿面强度 )较为合理，并符合实际情况。对于按照分析所思结论导出设计公式的过程，只要求能够看懂，能说清楚是按什么准则、什么结论建立的，公式中各符号的含义以及如何分别确定它们的代人数值和单位。6)必须注意，轮齿的受力分析是个不能忽视的问题，如果把力的大小或方向搞错了，就会带来一系列的错误，甚至造成严重的后果。所以对轮齿受力（包括后面斜齿、锥齿及蜗杆蜗轮章节的内容）的分析应当着重学习，并多作几次练习。7)凡是影响轮齿形状的因素都要影响到系数 YFa 及 YSa。影响轮齿形状的因素有基准齿形(它包含 4 个参数：、ha*、c*及 )内、外齿，齿数及变位系数。因此查用系数 YFa、Y
40、Sa 的图表时，一定要注意这几个影咱因素是否与设计的情况相符，若有一个不符都不能查用。表l05 所列的系数 YFa、Y Sa 为标准外齿轮 (变位系数 xo)的数值。其它说明见表注。8)实际选定齿轮的设计参数(z 1、 d)时，不必受书上荐用数值的限制。要做到合适，应参考现有机器设备，并逐渐从实践中积累。9)齿轮的精度及公差主要应在“公差及互换性测量”课程中学习，本章只要求能够正确地选择和应用它们。10) “齿轮传动的强度计算说明”中应注意明确两点：一为设计齿轮时应以哪一个许用弯曲应力值或 F(Y Fa YSa)代入设计公式计算才算合理；二为确定齿轮许用接触应力 H 的办法。11)斜齿轮与直齿
41、轮的强度计算基本原理是一样的学习的重点主要是掌握它的计算特点。斜齿轮轮齿上所受的力及其强度都按法面分析计算，故应采用法面上的各个参数。按表 105 查取斜齿轮的系数 YFa、Y Sa 时，必须按当量齿数 zv 查表。搞清强度计算式中引入重合度 ，弯曲强度计算式中引入螺旋角影响系数 Y 的意义。接触强度计算式中仅系数 ZH 的含义与直齿轮的不同。各公式的推导只要能看懂即可。12)对圆锥齿轮传动设计计算的学习重点亦是掌握其特点：处理直齿圆锥齿轮传动设计计算最基本的一点，就是把直齿圆锥齿轮的强度看作是与其平均分度圆处的当量直齿圆校齿轮的强度相当，因而强度计算式及其推导过程都可沿用直齿圆柱齿轮的，只是
42、采用直齿圆锥齿轮平均分度圆处的当量圆柱齿轮的参数而已，这一基本特点应切实掌握。13)教材中对齿轮的结构设计只作了原则性的说明，实际设计时还应从生产条件出发，作全面的工艺性考虑。为了装配圆柱齿轮时不致因轴向错位而导致啮合齿宽减小，往往把小齿轮的齿宽在计算齿宽的基础上再加宽一些。各式齿轮的结构及尺寸可参考生产图纸或有关手册。14)齿轮传动的润滑是个重要问题，而且是一种专门性的学问，1011 只作了简要介绍，若须深入了解时，应学习有关专门性著作。(四)本章用时 6 个课时，作业为光盘“机械设计自测 CAI”第十章内容及机械设计作业集选 4 题。第十一章、蜗杆传动(一) 内容1、蜗杆传动的类型、特点及
43、应用1、 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算2、 普通圆柱蜗杆传动承载能力的计算3、 圆弧圆柱蜗杆传动设计计算5、普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算6、普通圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计(二)基本要求1、了解阿基米德蜗杆及蜗轮的加工方法、齿廓形状、尺寸计算、结构设计及材料。2、对蜗杆传动的精度和润滑作一般了解。3、掌握蜗杆传动的主要参数、模数和压力角的标准值及其所在平面。4、掌握蜗杆传动的失效形式、设计准则。5、熟练掌握蜗杆传动的受力分析、载荷计算；能熟练地运用左（右）手定则，在不同转向、旋向及主从动轮的情况下，正确确定各分力的大小、方向及作用点。6、 握蜗杆传动的强度计算及热平衡核算。
44、(三)重点、难点及学习注意事项1蜗杆的分度因直径 d1 及蜗杆传动的传动比 i12设计蜗杆传动时，除了模数 m 取标准值外，蜗杆的分度圆直径 dl 亦需取标准值。这样做的主要目的是为了限制切制蜗轮时所需的滚刀数目，以提高生产的经济性，并保证配对的蜗杆与蜗轮能正确地啮合。要引起注意的是蜗杆的分度圆直径不等于 mz1，而是 d1mq，式中q 为蜗杆的直径系数。因此其传动比的计算也就不能用 i12d 1/d2 的公式，而只能用i12n 1/n2z 2/z1(蜗杆为主动件) 。2蜗轮齿数 z2 的选择选择蜗轮齿数即时，应注意避免在用蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切，并满足传动比的要求。具体选择时，除了用于分
45、度机构外，一般可采用表 111 中的荐用值。3圆弧圆柱蜗杆传动的齿形角及齿廓圆弧半径 在标准中推荐齿形角 2024，但考虑到蜗杆、蜗轮的加工，啮合时接触线的形状，以及承载能力等，常取 23。 这个参数对承裁能力的影内极大，较小的 值对承载能力是有利的，但太小了，将会产生干涉现象。因此，实际应用中，推荐 (55.5)m。4蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析参看图 1113。分析的目的在于找出蜗杆、蜗轮上作用力的大小和方向。它们是进行强度计算和轴的计算时所必需的。分析的方法类似于齿轮传动的分析方法，但各力的对应关系不同于齿轮传动的情况，这一点要特别注意。5蜗杆传动的强度计算1)蜗杆传动的强度计算
46、是本章的重点。应该明确，由于蜗杆传动的相对滑动速度大，效率低，发热量大，故蜗轮齿面的主要失效形式是胶合，其次才是点蚀和磨损。但目前对胶合和磨损的计算还缺乏妥善的方法，因而通常只仿照圆柱齿轮进行齿面及齿根强度的条件性计算，并在选取许用应力时，根据蜗轮的特性来考虑胶合和磨损失效因素的影响。2)在普通蜗杆传动的强度计算中，蜗轮看成一个斜齿圆柱齿轮，因此，其强度计算是仿照斜齿圆柱齿轮的计算方法进行的。3)这里要注意，由于蜗杆螺旋部分从材质上来看，其强度总是高于蜗轮轮齿的强度，故失效常发生在蜗轮轮齿上，这是蜗杆传动中的薄弱环节。因而在进行齿面接触强度和齿根弯曲强度计算时，是以蜗轮为主的。而进行刚度计算时
47、，由于蜗杆轴较细，且支承间距较长，故应以蜗杆轴为主。6蜗杆传动的热平衡在闭式齿轮传动中，并不是都要进行热平衡计算。而在普通圆柱蜗杆传动中，因为有很大的滑动速度，摩擦损耗大(特别是轮齿的啮合摩擦损耗)，所以传动的效率低，工作时发热量大。由于蜗杆传动结构紧凑，箱体的散热面小，散热能力差，所以在闭式传动中，所产生的热量不能及时散去，泊温就急剧升高，这样就容易使齿面产生胶合。这就是要进行热平衡计算的原因。热平衡计算的基本原理是单位时间内产生的热量等于或小于同时间内散发出去的热量，即 H1H2。在实际工作中，主要是利用热平衡条件，找出工作条件下应该控制的油温 t0。只要油的工作温度能满足要求，蜗杆传动就
48、能正常地进行工作。(四)本章用时 2 个课时，作业为光盘“机械设计自测 CAI”第十一章内容及机械设计作业集选 2 题。(五)本章结束布置第二个大作业，设计一机器的原动和传动部分。第十二章、滑动轴承(一)内容1、 概述2、 径向滑动轴承的典型结构3、轴承材料和轴瓦结构4、不完全液体摩擦滑动轴承的设计计算5、向心动压滑动轴承的工作情况及主要几何参数6、液体动力润滑径向滑动轴承设计计算(二)基本要求1、 了解轴承类型、应用及典型结构2、 了解轴瓦的结构、材料及其选用原则，学会油孔、油槽的合理开设及形状。3、 掌握不完全液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则及设计方法。4、 熟悉液体动力润滑径向滑动轴
49、承的工作情况及主要几何参数。5、 理解液体动力润滑径向滑动轴承的承载能力分析及最小油膜厚度的确定；对其设计计算只要求初步了解。6、 一般了解滑动轴承的常用润滑剂及其选用原则。(三)重点、难点及学习注意事项1本章重点1)轴瓦材料及其选用。2)不完全液体润滑滑动轴承的设计难则及设计方法3)液体动力润滑径向滑动物承的设计。2本章难点为液体动力径向滑动轴承的设计。3本章内容分析及学习注意事项1)首先应结合121 重点了解轴承的分类、滑动轴承的特点及应用场合。2)滑动轴承的典型结构，包括轴瓦结构，可结合陈列的实物或模型，重点了解各类径向滑动轴承及铀瓦结构。3)关于轴瓦，首先应搞清楚为什么要用轴瓦。由于轴瓦的材料和结构对滑动轴承的设计十分重要，因而对轴瓦材料的要求，常用材料的类别应给予一定的重视，掌握这些常用铀瓦材料
