机械能教案教学设计

机械能教案教学设计（精选8篇）

机械能教案教学设计 篇1

湖 南 农 业 大 学 工 学 院

讲

稿

机械设计、机械设计基础课程设计

课程名称：

机械设计 课程代码：

40330B0 设计时间：

3周学

分：

面向专业：机械设计制造及其自动化

农业机械化及其自动化

主讲教师：

高英武 职

称：

教

授

机械设计、机械设计基础课程设计讲稿

一、课程名称：机械设计

二、课程代码：40330B0

三、设计时间：3周四、学分：3

五、面向专业：机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化

六、教案正文：

2）传动装置的总体设计及传动零件的设计计算

2、传动比的分配

i总i1i2in

允许3～5% 1)各种传动装置允许的传动比范围，表1-8P5表13—2（P188）2)各级传动装置的结构尺寸协调、均匀、合理、不干涉

①带+齿

i带

i带<2.5

大带轮直径不能太大

②齿+链

i链<3

齿轮传动比不为整数,齿数互质

③齿+齿

i齿单<4 检查干涉：单级，如皮带轮半径大于中心高就会产生干涉 3）两级齿轮传动 ① 不干涉

中间轴上大齿轮可能碰到低速轴 ② 浸油润滑

两大齿轮直径不能相差太大

Δd=da2-da4<10 i高=1.1～1.5i低

四）传动装置的运动和动力参数计算P196~197

1、各轴转速 n1 n2 n3

2、各轴的轴功率（输入功率）P1 P2 P3 P1=Pd•η01 P2=P1•η12

3、各轴输入转矩

T1，T2，T3 P10（或2-11）

一般按电机额定功率计算。轴编号后列一栏表

（三）传动零件的设计计算（P198-P202）应注意的问题

1、对带传动 Z≤4 D1>Dmin 教材P155157，D2不能太大，i<2～2.5

2、链传动 选择单排滚子链

节距尽量小，节数为偶数，Z1参看教材P177 链轮齿数要奇数，不能整除链节数

3、齿轮传动：各计算数值必须精确，小数点后三位。

A、精度

7～8级

B、齿宽系数 Φd 直齿：Φd 大 硬小 斜齿：Φd 小 软大

C、设计准则

软齿面 按齿面接触强度设计为主

硬齿面 按齿根弯曲强度设计为主 d、结果要合理

2≤m≤4 动力用齿轮，结构又不太大 e、中心距范围

便于布图（太大图纸画不下，太小结构有问题，如轴承）单级：100

f、两级齿轮传动要检验 i da2da410

ii

不干涉，3齿轮不会与Ⅲ轴相干涉，距离10～15

4、联轴器的选择 P，n

高速宜选 用有弹性元件挠性联轴器，缓冲吸振

低速转矩大，安装精度高，刚性联轴器;如果安装精度不高，无弹性元件挠性联轴器

注意：轴孔与电动机轴颈接近

注意：将计算数据和尺寸整理、保留。

2）铸造工艺性 图3-1 P224~226

最小壁厚，壁厚均匀，有拔模斜底，铸造圆角P20表1-36~40 3）加工工艺性

尽量减少加工面、凸台、凹坑、螺钉、轴承、座底等位置 一根轴上两个轴承要大小、型号一致（加工孔一致）

三）润滑与密封

6、齿轮润滑 用浸油润滑

1）浸油深度为一个全齿高（2.25m），不小于10mm 最高油面在此基础上加高5～10mm 2）装油量的计算

hm=(0.35～0.7)

ps(mm)

3)润滑油的牌号选择P85~86 表7-1，表7-2

7、滚动轴承润滑方式的选择

1）V齿≧2m/s，采用飞溅润滑，参考图16-32结构

箱体与箱盖结合面加油沟与引油结构，把油引入轴承，小齿轮处加挡油盘P250图19-4。

2）V齿<2m/s，采用脂润滑，参考图16-31结构

所有轴承处加封油环，箱体上油沟要把油引入油箱P258图19-11

8、密封P218表16-1 1）、轴的伸出端～表16-13 轴承盖开槽，P166表11-10，毡圈密封P90~92表7-12~19 2）、非伸出端 加密封垫片

四）其它附件(P88~89表7-7~11)

1、轴承盖P166

2、检视窗P161

3、油标 油尺P88~89

4、放油螺塞（细牙）

5、通气器

6、吊耳P161

7、定位销（标准件）锥销P56,表4-4，箱体联接辅助件，P226~229，8、起盖螺钉P227~228 端部制成圆柱形光滑倒角或半球形

9、尺寸标注：外形尺寸，安装尺寸，配合尺寸，参考图例双P265,单P250

10、配合代号 P236表17-2

11、技术要求和技术特性（图纸在下方）P251

12、零件编号、明细表、标题栏在右下角

13、尺寸P8，内容参考图例

14、图代号

（二）规定画法，标注法和简化画法 按国家标准

（三）加深后的装配图 其它内容P232完成装配图

名称+型号+低速级中心距+公称传动比 代号 ZDY 单级硬齿面

ZLY 双级硬齿面 ZSY 三级硬齿面 ZDR 单级软齿面 ZLR 双级软齿面 ZSR 三级软齿面

示例：减速器ZLY560-11.2，560-低速级中心距，11.2-公称传动比

③ 键槽公差P53，表4-1 ④ 中心孔P13

9、形位公差P237 P237，表17-

3、4有推荐项目，具体值P116～121表9-8～12

10、技术要求 热处理

未注圆角、倒角、粗糙度 参考图例

（四）齿轮的零件工作图

一般两个视图表示P252图19-5

11、粗糙度P138表10-

16、17

12、形位公差

① 键槽（与轴一样）

② 齿轮毛坯公差P137表10-12~14

13、啮合特性表P252右上角 三组精度，每组定出一两个

照表上项目填，具体数字查表 P125

机械能教案教学设计 篇2

教案怎样设计,常常因人而异,因课而异,并无固定的模式可套用,就中等职校而言,专业课教案的撰写,更是一门学问。下面,笔者以《机械制图》学科为例,简单谈一谈专业课授课教案的设计:

一、教案的“四备”

《机械制图》是中等职业学校机械类及工程技术类相关专业的一门基础课程,有着极为成熟和丰富的教材体系和教学风格,各地区对该课程的教研活动非常重视,可以说是目前中等职业教育体系中最为成熟的专业基础课程之一。

1、备大纲

教师在备课过程中,首先要深入研究教育部在2009年颁发的《中等职业学校机械制图教学大纲》,明确本课程的教学任务和基本要求,掌握各章节的教学内容,分析大纲与教材之间的内在联系。

必须以《中等职业学校机械制图教学大纲》作为《机械制图》教学的“法律依据”,该课程教学成功与否,应根据教学大纲规定的教学要求进行检查。

2、备教材

教材是教学内容的基本依据,是直接为培养目标服务的。教师必须吃透《机械制图》教材,了解全书的内容及各章节之间的内在联系,依据所授专业的要求来评估教材的深度和广度,在此基础上,再具体分析、确定每一课题的教学目的,特别是重点、难点、疑点,并进一步安排教学过程和组织教学内容,按照基础模块、实践模块、选学模块的要求进行安排。

《机械制图》总是配发相应的《机械制图习题集》,因此教师还应事先做好习题解答,确定布置习题的难易程度、数量等。对教材、习题应达到懂、透、化的境地,在钻研教材的同时,还要收集有关的参考资料和生产实践中的实例,例如来自生产一线的零件图、装配图等,以进一步补充、丰富讲课的内容。

3、备学生

《机械制图》是一门比较特殊的课程,刚起步时,学生的兴趣非常高,相互之间不会有明显的差异,但接触到点线面投影时,差距会开始逐渐显示,进入组合体部分则可能出现明显差距,部分学生甚至表现出“厌学”、“怕学”的情绪。这就要求教师及时了解学生的知识现状、文化基础、接受能力、学习习惯、思想状况和个别差异等,在教案中根据学生的实际情况,设计不同层次的场景和作业。

在教案设计中,教师必须侧重于培养学生的空间想象和思维能力,灌输学生养成规范的制图习惯、自主学习的习惯、应用标准的习惯,渗透团队合作与交流的能力、职业道德和职业情感,提高适应职业变化的能力。

4、备方法

在《机械制图》课程的教学中,很多教师还跳出教师讲、学生听、讲后练、练后讲、讲后评的传统教学模式,对学生的填鸭式灌输多,启发式引导少;对投影理论讲授深,绘图能力培养浅;对解题的正确率要求高,对标准的应用低,凡此种种,都是教学中经常暴露出来的问题,但由于种种原因,却很难得到纠正。

这就要求教师在教案设计中,除传统的教学方法之外,更要引入先进的现代教学手段,例如新内容前设计场景、导入视频,演示时设计Flash课件或HTML5网页,师生解题时设计电子白板等。

二、教案的内容和形式

教案是一套精心设计的教学方案的简称,是备课的结果,是教学的书面指导文件。一般来说,教案有扉页和续页,扉页的内容这里自然不用多介绍,《机械制图》教案的重点应该是续页,续页上教案设计的格式有以下几种主要形式:

1、图文并举式:

图片和文字内容穿插进行,图片主要是例图及步骤图、分析图等。

2、图文分开式:

图片和内容分开设计,分别占1/2或1/3不等,可视具体内容和习惯确定。

3、一分为三式:

两边各占1/8左右,左边注明教学环节及时间分配,右边注明教法及备注,中间为教学内容,注意图文并茂。

4、一分为二式:

左边注明教学内容,占5/6左右,右边占1/6左右,侧重于教法与说明。

5、自由式:

依教学内容而定,各种格式穿插运用,例如基础模块的部分章节可采取小组形式的合作学习,综合实践模块的部分章节可采取测绘的形式学习,那么教案设计在这方面势必有所体现。

三、教案设计应注意的问题

《机械制图》作为一门专业基础课,不是单纯地传授知识,应当把它作为技能训练课,注重培养学生的读图、作图技能。在制图教学中,应结合传统的实物、模型、挂图等教学手段,创作多媒体课件进行演示,利用多媒体计算机的链接功能,扩充课堂信息量,调动学生的“立体思维”,提高教学效率,这就要求教师在备课方面,深思熟虑、精心策划、精讲多练、不断创新,以最佳的教学方法,最大限度的拓宽学生的读图、作图的技能知识和水平。

在设计教案时,我们必须注意以下几方面的问题:

1、必须在“四备”的基础上设计

俗话说,学有规律,教无定法。只有在教学实践中根据教学的具体内容和学生的实际情况,按照前述的“四备”进行设计,灵活地选择和运用恰当的教学方法,并在实践中不断地创新,才能不断地提高《机械制图》课程的教学质量,达到预期的教学目的。

2、源于教材,又高于教材

教案决不是对教材简单的重复或缩写,也不是抄写教学参考书。教材是教材编著者的知识和成果,而教案应该是教师对教材进行消化以后,把教学内容用自己的语言,按自己教学组织的顺序编制而成,教案付出了教师的心血,是教师对教材的再加工和再创造,源于教材,又高于教材,《机械制图》教案更应在继承传统的基础上有所创新、有所发展。

3、繁简要适当

教案有繁有简,但繁简要适当,过繁的教案,不仅设计教案花费的时间过多,在教学中也易出现照本宣科的毛病;过简的教案,往往会使教学内容讲解分析不透,使授课内容显得干瘪而空洞。《机械制图》的教案更是如此,不同的章节,教案的繁简程度也不一同,有些内容的理论性和规范性比较强,例如标准部分;有些内容的实践性比较强,例如点线面部分;有些内容的发散性比较强,例如补图补线部分,这就要求教师采取多种不同的形式进行设计。。

4、教案要兼收并蓄

由于《机械制图》的相关内容比较固定,特别是一些涉及标准的内容和章节,更是讲究规范性和严肃性,不允许自由发挥。因此在设计教案时,必须参考国家标准和其他有关教材,查阅有关资料,以开阔教师自身的知识视野,拓展和诱发设计教案时的创新思路。

教案是课前一种教学设想的方案,能否行之有效,还得经受课堂教学的检验,因此每教完一次课应及时回顾小结,检查教学效果(从授课时学生的表情,课后学生的反映以及学生的作业等方面去分析),及时地写出本教案实施的得失体会,总结经验,找出不足,改进教法,以便“推陈出新”,使教案不断完善。

参考文献

《机械能及其转化》教学设计 篇3

一、学情分析

本节课是在学习了动能和势能的基本概念的基础上，针对机械能及其转化的教学课。对于学生来说，动能和势能方面的知识比较抽象，较难理解，学生通过直接的理性分析得到应有结论的能力有待培养。本节课既是对机械能知识的学习、深化和提高，也是对高中阶段机械能守恒知识的准备和铺垫。

二、教材分析与处理

（一）教材分析与处理

本节内容由“机械能及其转化”“水能和风能的利用”两部分构成，教学的重点是动能和势能之间的相互转化。教学的关键是“实例分析”，所以在指导学生学习的过程中，要注意联系机械能转化在生产、生活中的应用，要学生明确机械能变化的具体过程，学会分析机械能的转化。通过实验和实例让学生感受到机械能转化知识在实际应用中的价值。

对于本节课的教学，要注意做到“三个注重”。在教学过程中，第一要注重实验教学。利用与教材内容相适应的演示实验引导学生从感性入手，明确实验的目的，清楚具体的过程。结合观察到的实验现象，从速度的变化、高度的变化到能量的变化各个角度去认知能量的转化。第二要注重实例分析。让学生分析、讨论生活中的实例，如过山车运行、玩蹦蹦床、拍皮球等过程中物体高度、速度和弹性形变程度的变化，进而讨论动能和势能的变化情况。引导学生掌握分析问题的科学方法，强化学生的感悟、理解、应用进程。通过视频播放我国水能和风能利用情况，使学生不仅了解水力发电过程（能量的转化），也使学生对我国在这方面取得的成就感到自豪，使学生的爱国之感油然而生。第三要注重初、高中知识的衔接。对机械能守恒和机械能不守恒的常见情况进行引导分析，激励学生积极思考，拓展学生对知识的认识。

（二）教学目标

知识和技能：

（1）知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。

（2）能通过生活中的实例认识“物体的动能和势能的相互转化”;能解释与机械能转化有关的现象。

（3）通过实例认识“能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化”。

（4）通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能转化来解决实际问题。

过程与方法：

（1）通过观察典型的物理现象，引导学生发现并分析其中包含的物理知识和物理原理。

（2）培养学生用能量转化的观点分析问题的能力。

情感态度与价值观：

通过“水能和风能的利用”“科学世界”“人造地球卫星”，结合我国航天事业的发展，对学生进行爱国主义教育。

（三）教学重点

知道动能、重力势能和弹性势能统称机械能;通过实验和实例分析，知道动能和势能可以相互转化。

（四）教学难点

通过实验和实例知道动能和势能是如何相互转化的。

三、教学媒体

多媒体课件、自制教具、实验器材。

四、教法、学法与教学手段

（一）通过实验、视频、动画为学生认识和分析动能与势能的相互转化提供直观感性材料。

（二）为学生提供一种分析动能和势能相互转化的思维方法：高度换速度，形变换两“度”（即高度和速度）。以高度的降低换取速度的增加，反之亦然，以高度的降低或速度的减小来换取物体形变的发生或增大，反之亦然。

（三）利用多媒体教学的优势为学生提供资源支持，加大容量，增加练习机会，感悟不同现象中的动能和势能的转化。

五、教学流程图

六、教学过程

（一）导入新课

教师：我们先来看一个勇敢者的游戏。

教师播放视频。惊险刺激的场面，激发学生兴趣，引发学生思考。通过创设学生感兴趣的问题情境，引领学生进入学习状态。

（二）新课教学

1.机械能

教师：请同学们共同回忆一下动能的意义，影响动能大小的因素;重力势能的意义及影响因素;弹性势能的意义及影响因素。

教师在学生充分回顾、交流的基础上，总结提升：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能。在国际单位制中的单位是焦耳（J）。

2.动能和重力势能之间的相互转化

教师演示滚摆实验并引导学生观察、提出问题：你看到了什么现象？为什么滚摆下降后又自动上升？

学生分组进行实验，感受滚摆的运动情况。小组合作，共同探究分析，关注三个要素：滚摆质量、滚摆的运动速度、滚摆离开地面的高度。并注意在全过程中哪些因素变了，哪些因素没变？

学生讨论后交流展示：

没变的是质量，变化的是——速度、高度。

a. 下降：质量不变，速度增大，高度变小。

分析：高度减小则重力势能减小了;下降速度增大了则动能增大了。

学生得出结论：增大的动能是由减小的重力势能转化而来的，即此过程是重力势能转化为动能。

b. 上升：质量不变，速度减小，高度增大。

分析：高度增大了则说明重力势能增大了，而上升速度减小说明动能减小了。

学生得出结论：动能和重力势能之间可以互相转化。

学生利用桌面实验器材探究并交流、展示溜溜球中的能量转化过程。

学生阅读教材《科学世界》内容，通过自主学习，了解并交流人造地球卫星运动中的能量转化。

3. 动能和弹性势能之间的相互转化

教师演示实验，运动的小球与弹簧之间的能量转化。

教师引导学生小组合作，共同分析运动的小球与弹簧之间的能量转化情况。

结论：动能和弹性势能之间可以相互转化。

教师演示拉开的弓把箭射出去的过程。

学生在教师的指导下，小组共同分析并交流分析能量的转化。

师生共同小结：以上实例均说明动能和势能可以相互转化。

4. 机械能守恒——《想想做做》

教师根据实验器材对学生提出问题：铁锁摆回时会碰到鼻子吗？教师引导学生分析研讨，为什么没有碰到鼻子？

师生达成一致：铁锁会与空气摩擦，受到空气阻力的作用，一部分动能或重力势能转化成了空气和铁锁的内能，总的机械能损失了一些。这样就不难解释滚摆和单摆为什么最终会停下来了——滚摆、单摆与空气之间有摩擦，滚摆的摆轴与悬线之间也有摩擦，机械能有一部分转化成了其他形式的能，总量有所减少。

教师引导学生小结：“如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。”这个“如果”表达的就是一种无任何摩擦的理想状态。

5. 风能和水能的利用

教师播放视频，引导学生分析其中的能量转化，适时对学生进行爱科学、爱祖国的教育。

6. 随堂练习

学生以小组为单位，进行活动体验式练习：

（1）单摆中的能量转化

（2）弹力球中的能量转化

（3）罐子爬坡过程中的能量转化

（三）教学小结——说说你的感受或收获

1.机械能中的动能、重力势能、弹性势能可以相互转化。

2.分析机械能转化的思维模式是：质量、高度、形状三因素发生了变化，则它们所对应的某种形式的能在量上就发生了增减，根据这个量的增减来确定能的转化方向。

（四）板书设计

§11.4 机械能及其转化

一、机械能：动能、重力势能和弹性势能的总和

二、动能和势能间可以相互转化

1. 动能 重力势能

2. 动能 弹性势能

三、机械能守恒

1. 条件：只有动能和势能相互转化（不计摩擦或一切阻力）

2. 结论：机械能总和不变

（五）教学评析

随着课程改革的深入，高效课堂已成为理论界与实践界努力研究和探索的热点课题。什么是高效课堂？高效课堂高在哪里？高效就是在有限的时间内，以学生为本，学生探究纠结处，老师讲在核心处，疑问的产生、思想的碰撞以及知识的生成，都在自主、互助、合作中完成，教师创设情境，给予学生这样一个舞台，让学生尽情地去挖掘自己的潜力，从而摆脱教师“一言堂”的困境，甚至达到教学相长的境界。

“以实验+实例为教学主线”，充分体现了“以学生为主体，把课堂还给学生”的理念，是这节课最大的亮点。教师结合教材和学生的生活经验，利用自制教具、多媒体教学等手段，为学生创设自主探究、合作互助的舞台。在学生进行每一次实验和实例的探究、体验过程中，教师注重引导学生观察、分析物理现象和物理过程，尝试用所学知识解释现象，进而推理得出结论。这样的设计，使学生感悟到明确而清晰的推理过程，提高了逻辑思维能力、语言表述能力和综合运用能力，为学生今后的学习和发展奠定了基础。

整个课堂充分体现了生活物理、快乐物理的课程理念，是这节课的又一个亮点。“从生活走向物理，从物理走向社会”是物理课程理念的内容，也是物理教师进行教学设计的目标之一。以“勇敢者的游戏”引入新课的设计，将学生置身于社会环境、生活环境、自然环境中，将书本中的概念、原理与社会、生活和自然联系起来，增加学生的亲切感，有利于学生同化新知识。通过对大量的生活实例进行分析，使学生在积极主动的生活体验中加深对所学知识的理解，同时感受到生活的每一方面都与物理学的发展和进步息息相关。利用多媒体资源、自制教具等，组织学生进行实验探究，引导学生自主学习、互助合作，运用物理知识解决生活中的实际问题，让学生深刻感受到科学的真实性，消除对科学的神秘感，让学生体会到生活中处处有物理。

机械设计基础课教案 篇4

分度圆直径

齿顶高

齿根高

顶 隙

中心距

齿顶圆直径

齿根圆直径

基圆直径

齿距

齿厚、齿槽宽

4-2解由

分度圆直径

可得模数

4-3解 由

得

4-4解

分度圆半径

分度圆上渐开线齿廓的曲率半径

分度圆上渐开线齿廓的压力角

基圆半径

基圆上渐开线齿廓的曲率半径为 0；

压力角为。

齿顶圆半径

齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径

齿顶圆上渐开线齿廓的压力角

4-5解

正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径：

基圆直径

假定

故当齿数 齿根圆。则解

得，基圆小于 时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数

4-6解

中心距

内齿轮分度圆直径

内齿轮齿顶圆直径

内齿轮齿根圆直径

正好在刀具 4-7 证明 用齿条刀具加工标准渐开线直齿圆柱齿轮，不发生根切的临界位置是极限点 的顶线上。此时有关系：

正常齿制标准齿轮、，代入上式

短齿制标准齿轮、，代入上式

图 4.7 题4-7解图

4-8证明 如图所示，、两点为卡脚与渐开线齿廓的切点，则线段。

即为渐开线的法线。根据渐

开线的特性：渐开线的法线必与基圆相切，切点为

再根据渐开线的特性：发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，可知：

AC

对于任一渐开线齿轮，基圆齿厚与基圆齿距均为定值，卡尺的位置不影响测量结果。

图 4.8 题4-8图

图4.9 题4-8解图

4-9解 模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚

相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径

大，所以基圆直径就大。根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率 大,基圆大，则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿 厚均为大值。

4-10解 切制变位齿轮与切制标准齿轮用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，它们的模数、压 力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。故参数、、不变。、、变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。因此、变大，变小。

是一对齿轮啮合传动的范畴。

啮合角 与节圆直径 4-11解

因

螺旋角

端面模数

端面压力角

当量齿数

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应

说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不 连续、传动精度低，产生振动和噪声。

（2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因

螺旋角

分度圆直径

节圆与分度圆重合，4-13解

4-14解

分度圆锥角

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

外锥距

齿顶角、齿根角

顶锥角

根锥角

当量齿数

4-15答： 一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角必须分别相等，即、。

一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向 相反（外啮合），即、、。、一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的大端模数和压力角分别相等，即。

5-1解： 蜗轮 2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即 和。

图 5.图5.6

5-2解： 这是一个定轴轮系，依题意有：

齿条 6 的线速度和齿轮 5 ′分度圆上的线速度相等；而齿轮 5 ′的转速和齿轮 5 的转速相等，因此有：

通过箭头法判断得到齿轮 5 ′的转向顺时针，齿条 6 方向水平向右。5-3解：秒针到分针的传递路线为： 6→5→4→3，齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒针，因此有：。

分针到时针的传递路线为： 9→10→11→12，齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时针，因此有：。

图 5.7

图5.8

5-4解： 从图上分析这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件 为行星架。则有：

∵

∴ ∴

当手柄转过，即 时，转盘转过的角度，方向与手柄方向相同。

5-5解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，构件 为行星架。

则有：

∵，∴

∴

传动比 为10，构件 与 的转向相同。

图 5.9

5.10

图5-6解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1为中心轮，齿轮2为行星轮，构件 为行星架。

则有：

∵，∵

∴

∴

5-7解： 这是由四组完全一样的周转轮系组成的轮系，因此只需要计算一组即可。取其中一组作分 析，齿轮 4、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件1为行星架。这里行星轮2是惰轮，因此它的齿数

与传动比大小无关，可以自由选取。

（1）

由图知（2）

又挖叉固定在齿轮上，要使其始终保持一定的方向应有：（3）

联立（1）、（2）、（3）式得：

图 5.11

图5.12

5-8解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，为行星架。

∵，∴

∴

与 方向相同

5-9解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，为行星架。

∵设齿轮 1方向为正，则，∴ ∴

与 方向相同

图 5.1图5.14

5-10解： 这是一个混合轮系。其中齿轮 1、2、2′

3、组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，为行星架。而齿轮4和行星架 组成定轴轮系。

在周转轮系中：（1）

在定轴轮系中：（2）

又因为：（3）

联立（1）、（2）、（3）式可得： 5-11解： 这是一个混合轮系。其中齿轮 4、5、6、7和由齿轮3引出的杆件组成周转轮系，其中齿轮4、7为中心轮，齿轮5、6为行星轮，齿轮3引出的杆件为行星架

。而齿轮1、2、3组成定轴轮系。在周转轮系中：（1）

在定轴轮系中：（2）

又因为：，联立（1）、（2）、（3）式可得：

（1）当，时，的转向与齿轮1和4的转向相同。

（2）当 时，（3）当，时，转向与齿轮1和4的转向相反。

图 5.1图5.16 的 5-12解： 这是一个混合轮系。其中齿轮 4、5、6和构件 心轮，齿轮5为行星轮，组成周转轮系，其中齿轮4、6为中

是行星架。齿轮1、2、3组成定轴轮系。

在周转轮系中：（1）

在定轴轮系中：（2）

又因为：，（3）

联立（1）、（2）、（3）式可得：

即齿轮 1 和构件 的转向相反。

5-13解： 这是一个混合轮系。齿轮 1、2、3、4组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为

行星轮，齿轮4是行星架。齿轮4、5组成定轴轮系。

在周转轮系中：，∴（1）

在图 5.17中，当车身绕瞬时回转中心 转动时，左右两轮走过的弧长与它们至 点的距离

成正比，即：（2）

联立（1）、（2）两式得到：，（3）

在定轴轮系中：

则当： 时，代入（3）式，可知汽车左右轮子的速度分别为，5-14解： 这是一个混合轮系。齿轮 3、4、4′、5和行星架 中心轮，齿轮4、4′为行星轮。齿轮1、2组成定轴轮系。

组成周转轮系，其中齿轮3、5为在周转轮系中：（1）

在定轴轮系中：（2）

又因为：，（3）

依题意，指针 转一圈即（4）

此时轮子走了一公里，即（5）

联立（1）、（2）、（3）、（4）、（5）可求得

图 5.18

图5.19

5-15解： 这个起重机系统可以分解为 3个轮系：由齿轮3′、4组成的定轴轮系；由蜗轮蜗杆1′和5组成的定轴轮系；以及由齿轮1、2、2′、3和构件

组成的周转轮系，其中齿轮1、3是中心轮，齿轮4、2′为行星轮，构件 是行星架。

一般工作情况时由于蜗杆 5不动，因此蜗轮也不动，即（1）

在周转轮系中：（2）

在定轴齿轮轮系中：（3）

又因为：，（4）

联立式（1）、（2）、（3）、（4）可解得：。

当慢速吊重时，电机刹住，即，此时是平面定轴轮系，故有：

5-16解： 由几何关系有：

又因为相啮合的齿轮模数要相等，因此有上式可以得到：

故行星轮的齿数：

图 5.20

图5.21

5-17解： 欲采用图示的大传动比行星齿轮，则应有下面关系成立：

（1）

（2）

（3）

又因为齿轮 1与齿轮3共轴线，设齿轮1、2的模数为，齿轮2′、3的模数为，则有：

（4）

联立（1）、（2）、（3）、（4）式可得

（5）

当 能取到1。时，（5）式可取得最大值1.0606；当 时，（5）式接近1，但不可因此 图示的 的取值范围是（1，1.06）。而标准直齿圆柱齿轮的模数比是大于1.07的，因此，大传动比行星齿轮不可能两对都采用直齿标准齿轮传动，至少有一对是采用变位齿轮。5-18解： 这个轮系由几个部分组成，蜗轮蜗杆 1、2组成一个定轴轮系；蜗轮蜗杆5、4′组成一个定轴轮系；齿轮1′、5′组成一个定轴轮系，齿轮4、3、3′、2′组成周转轮系，其中齿轮2′、4是中心轮，齿轮3、3′为行星轮，构件

在周转轮系中：

是行星架。

（1）

在蜗轮蜗杆 1、2中：（2）

在蜗轮蜗杆 5、4′中：（3）

在齿轮 1′、5′中：（4）

又因为：，，（5）

联立式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）式可解得：，即。

5-19解： 这个轮系由几个部分组成，齿轮 1、2、5′、组成一个周转轮系，齿轮 1、2、2′、3、组成周转轮系，齿轮3′、4、5组成定轴轮系。

在齿轮 1、2、5′、组成的周转轮系中：

由几何条件分析得到：，则

（1）

在齿轮 1、2、2′、3、组成的周转轮系中：

由几何条件分析得到：，则

（2）

在齿轮 3′、4、5组成的定轴轮系中：

（3）

又因为：，（4）

机械设计基础教案.doc5 篇5

机械设计基础概论

1.机器、机构及机械 机械：机器和机构的总称。机器：一种能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或完成能量、物料和信息转换或传递的装置。机构：能传递运动和动力或改变运动和动力参数、运动形式的机械传动装置

2．机器所具有的特征： 它们是人为的实物组合；它们各部分之间具有确定的相对运动；它们用来代替或减轻人类的劳动去完成有用的机械功或转换能量。

3．机器的组成： 原动机（动力部分）、工作部分、传动部分和操纵控制部分。

4．机器的分类（按用途的不同）： 动力机器：实现其他形式的能量与机械能之间的变换（如电动机）。工作机器：做机械功或搬运物体（如轧钢机）。信息机器：作信息获取或变换。5．机构所具有的特征： 它们是人为的实物组合；它们各部分之间具有确定的相对运动； 6．机器与机构的关系：

机器是由一个或若干个机构组成的。7．零件和部件

零件：机器中不可拆卸的制造单元。（如齿轮）

部件；将完成共同任务的一组协同工作的零件分别装配和制造成的一个组合体。（如滚动轴承）

常用机构：各种机械中普遍使用的机构。（如齿轮机构）

通用零件：在各种机器中都普遍使用的机械零件。（如螺栓）

专用零件：只在某些特定类型的机器中使用的零件。（起重机的吊钩）1．1．2本课程的内容、性质和任务

1．内容：以一般工况条件下的常用机构和通用机械零、部件为研究对象，以它们的工作原理、运动特征、结构形式以及设计、选用和计算方法等为研究内容。2．性质：重要的技术基础课。3．任务：

1．培养学生正确的设计思想和创造性思维方法，了解和贯彻国家的技术经济政策和法规。

2．熟悉常用机构和通用零件的工作原理、结构特点和应用场合。

3．掌握通用零部件的选用和设计的基本方法，初步具有正确运用各类标准、规范、手册、图册、CAD及网络信息等工程技术资料，设计简单机械传动装置的能力。4．适当了解机械设计的革新和发展，扩大学生的视野，使所学知识具有时代气息。1.2 机械设计的基本要求及一般程序

机械设计是为了实现机器的某些特定功能要求而进行的创造过程，它可以开发创造出新产品，或对现有机械局部进行创新改革。概括地说，就是设计人员按照所设计的机械需要具备的功能，运用设计理论、方法和技能，通过创造性思维和实践活动，把该机械的系统及其零部件的参数和具体结构用图纸和文字（实物或电子手段）等技术文件表达出来。1.2.1机械设计的基本要求

1.使用要求

2.可靠性和安全性要求3.经济性要求4.其他要求 1.2.2机械设计的一般程序

1.规划和准备阶段2.方案设计阶段3.技术设计阶段4.试验分析阶段 1.3 机械零件设计的基本知识

1．失效：由于某些原因不能在既定的工作条件和使用期限内正常工作；即丧失工作能力或达不到设计功能的现象。2．机械零件的主要失效形式：

断裂：某一危险截面的应力超过零件的强度极限；断裂分为疲劳断裂和过载断裂。表面失效：静和动的关系；表面失效主要有疲劳点蚀、胶合、磨损、压溃、腐蚀；过量变形：过大的弹性变形和塑性变形。

破坏正常工作条件而引起的失效。1．3．2机械零件的工作能力计算准则.工作能力：在不发生失效的形式下，零件所能安全工作的限度。

1、强度：零件抵抗整体断裂、塑性变形和表面失效的能力。

ζ≤〔ζ〕 η≤〔η〕

ζ：

最大计算正应力（MPa），η：

最大计算剪应力（MPa）

〔ζ〕：许用正应力：

（MPa），〔η〕：许用剪应力（MPa）

2、刚度：零件受载后抵抗弹性变形的能力。

f≤〔f〕

f：零件工作时的广义变形，包括挠度、偏转角、扭转角 〔f〕：零件工作时的广义许用变形。

3、耐磨性：指做相对运动的零件工作表面抵抗磨损的能力。1）磨损的过程

（1）磨合磨损阶段（OA段）（2）稳定磨损阶段（AB段）（3）剧烈磨损阶段（BC段）2）磨损的类型

磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。3）耐磨性计算

p≤〔p〕

p：零件工作表面的压强（MPa）〔p〕：零件工作表面的许用压强（MPa）

pv≤〔pv〕

4、振动稳定性

1．3．3机械零件设计的一般步骤

1、选择材料

2、拟定计算简图

3、工作能力计算

4、机构设计

5、绘制工作图并标注必要的技术条件 1．3．4机械零件的标准化

1.可以简化设计工作，将精力用于关键的非标准零部件的设计上。2.可以组织专门化打规模生产，既保证质量，又降低成本。3.可以减少备品的库存量，具有互换性，从而简化机器的安装和维修。1.4 机械零件的强度

1、载荷及其分类:（1）静载荷：不随时间变化，变化缓慢，变化幅度很小 动载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷（2）名义载荷：根据名义功率和转速计算的；

计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积；

2、应力及其分类

（1）静应力：不随时间变化的或变化缓慢的应力；变应力：随时间显著变化的应力；

稳定变应力：周期、应力幅度和平均应力都不随时间变化的变应力。稳定变应力的主要参数：最大应力、最小应力、平均应力、应力幅和循环特性。

（2）名义应力：用名义载荷计算出的应力；

计算应力：用计算载荷计算出的应力； 1．4．2许用应力 〔ζ〕=ζlim/S 1．4．3机械零件的静强度 1．4．4机械零件的疲劳强度 1.疲劳破坏过程

疲劳断裂具有以下特征：

1）疲劳断裂的最大应力远低于静应力下材料的强度极限；2）不论脆性材料还是塑性材料，其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；3）疲劳断裂是损伤的累积； 2.疲劳极限和疲劳曲线 3.影响疲劳强度的因素

应力集中、绝对尺寸和表面状态 4.疲劳强度计算

1．4．5机械零件的接触强度和挤压强度。1．5 机械零件的材料和选用原则 1．5．1机械零件的材料

1、刚：碳素钢、合金钢

2、铸铁：

3、有色金属合金：

4、其他材料：

1．5．2零件材料先用原则

1、使用要求

2、制造工艺要求

3、经济要求。

第3章

平面机构的组成和运动简图

机构的功用：传递运动和动力或改变运动形式、运动轨迹、实现预期的机械运动。机构分为平面机构和空间机构。

3．1．1构件 构件及其分类: 构件：机构运动的最小单元体

原动件：机构中按外界给定的运动规律独立运动的活动构件 从动件：随原动件的运动而运动的其余活动构件 机架：用来支撑活动构件的固定构件

构件的自由度：一个做平面运动的构件有三个自由度

即沿X、Y轴的移动和绕点K的转动。3．1．2运动副及其分类

运动副：两构件直接接触而又能允许彼此产生相对运动的可动联接。运动副的分类

低副：以面接触构成的运动副

回转副：两构件只能在同一平面内工作相对的转动

回转副：固定铰链：有一个构件是固定的活动铰链：两个构件均是活动的。回转副引入了两个约束，保留了一个自由度（2）移动副：两构件只能沿某一轴线作相对移动

移动副也引入了两个约束，保留了一个自由度 高副：以点或线接触构成的运动副 高副引入了一个约束，保留了两个自由度 3．2平面机构的运动简图

机构运动简图：把与实际机构运动无关系的因素抛开，仅用运动副规定的简单符号和代表构件的简单线条，按一定比例定出各运动副的位置，画出的表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形。3．2．1构件和运动副的表示方法 3．2．2平面机构运动简图的绘制 3．3平面机构的自由度 3．3．1平面机构自由度的计算

机构的自由度：机构相对于机架具有的独立运动数目

N：构件数

n：活动构件数

n=N-1 PL：低副

PH：高副

F：机构的自由度 F =3 n —2 PL— PH

机构的自由度取决于活动构件的数目以及构件间运动副的类型和数目。3．3．2机构具有确定运动的条件 F=0 没有运动的可能性而不是机构 F=3n-2P-P=3×2-2×3-0=0 F=1 且有一个原动件，机构具有确定的运动

F=3n-2P-P=3×3-2×4-0=1 F=2 有一个原动件，机构无确定的运动 F=2 有两个原动件，机构有确定的运动 F=3n-2P-P=3×4-2×5-0=2 机构具有确定运动的条件，（1）F>0（2）F等于原动件个数

自由度的计算的意义在于自由度数目就标志着机构需要的原动件的数目，即输入独立运动的数目，当F小于原动件个数时，机构就会卡死或损坏，当F大于原动件个数时，机构将会出现运动不确定状态，只有当F等于原动件个数时，机构的运动才完全确定。

3．3．3计算机构自由度的注意事项

1、复合铰链：两个以上的构件在同一处用回转副相联接；

处理：A处有K个构件，则有（K-1）个回转副

2、局部自由度：机构中某些构件的局部独立运动并不影响其他构件的运动。

处理：将局部自由度预先排除

3、虚约束：对机构运动不起实际约束效果的重复约束

处理：虚约束须除去不计 第二篇

常用机构 第4章

平面连杆机构

平面连杆机构：所有构件都用低副联接构成的平面机构。

1．平面连杆机构的优点：

1）低副——面接触——压强小——磨损轻——圆柱面、平面——制造简单——加工精度高。2）易于实现基本运动形式之间的转换。3）可使从动件实现多种形式的运动。2．平面连杆机构的缺点：

1）运动传递线路长，低副磨损后间隙不易消除，运动累计误差较大。2）不宜要求从动件精确实现复杂的运动规律。3．平面四杆机构：具有4个构件的连杆机构。

4．2 铰链四杆机构类型及应用

铰链四杆机构：四杆机构的运动副都是回转副 机架：固定不动的杆。

连杆：不与机架直接相联而作复杂平面运动的杆。连架杆：与机架直接相联的杆。

曲柄：能够绕各自的回转副中心作整圆回转运动的连架杆。整轴副：相邻两杆能作相对整周回转的回转副。摇杆：只能在小于360°范围内摆动的连架杆。

根据两个连架杆是否为曲柄可将其分为三种型式： 4．2．1曲柄摇杆机构

两连架杆：一个是曲柄，另一个是摇杆 连续转动←→往复摆动 4．2．2双曲柄机构 两连架杆都是曲柄

两曲柄不等长：等速转动—→变速转动 4．2．3双摇杆机构 两连架杆都是摇杆 摆动—→摆动

4．3链接四杆机构曲柄存在条件

1、曲柄存在条件

欲使AB杆—→曲柄

必须使BC杆与CD杆不能重合为一直线—→即B、C、D三点不能共线—→BCD始终保持为一个三角形。三角形存在的条件：两边之和大于第三边。

铰链四杆机构有曲柄的条件：

杆长条件：最短杆和最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和。最短杆条件：最短杆是连架杆或机架。

2、铰链四杆机构类型的判定 1）在满足杆长条件时

（1）最短杆为机架是双曲柄机构（2）最短杆的对杆为机架式双摇杆机构（3）最短杆的邻杆为机架式曲柄摇杆机构

2)不满足杆长条件时，不论取哪一杆为机架，只能得到双摇杆机构 4．4铰链四杆机构的演化 4．3．1转动副转化为移动副

单移动副机构——对心式曲柄滑块机构、偏置式曲柄滑块机构 两个移动副的四杆机构：

正弦机构：正切机构：双转块机构：双滑块机构： 4．3．2扩大的转动副——偏心轮机构 4．3．3选取不同的构件为机架

1、曲柄摇杆机构

2、对心曲柄滑块机构（1）导杆机构——取1为机架

转动导杆机构

摆动导杆机构（2）摇块机构——取2为机架（3）定块机构——取3为机架 4．5平面四杆机构的基本特征 4．5．1急回运动

1、极位夹角：摇杆在两个极限位置，曲柄两位置所夹的锐角 摆角：摇杆在两个极限位置间的夹角

2、急回运动和行程速比系数

急回运动：曲柄作等速转动，摇杆作变速摆动。行程速比系数：K=V2/V1 θ越大，K也越大，急回特性越明显。4．5．2传力性能

1、压力角和传动角

压力角：该点力的方向与其作用点的速度方向所夹的锐角。压力角越小，有效分力就越大，机构传力性能越好。传动角：压力角的余角，传动角越大，机构传力性能越好。

2、最小传动角的确定

最小传动角：一定出现在曲柄与机架共线的两位置之一 4．5．3死点

在曲柄摇杆机构中，取摇杆为原动件，在连杆与曲柄共线的两位置将出现传动角γ=0°，无论力多大，都不能使曲柄传动。4．6平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计：依据给定的运动条件选定机构的型式，确定机构的运动尺寸。解决问题

（1）实现预期的运动规律

力的作用线通过回转中心，（2）实现预定的轨迹

设计方法：图解法、解析法、实验法。

4．6．1图解法设计四杆机构

1、按照给定连杆的位置设计四杆机构

2、按照给定的行程速比系数设计四杆机构 1）导杆机构： 2）曲柄摇杆机构

4．6．2解析法设计平面四杆机构

首先建立方程式，然后依据已知参数对方程求解。4．6．3实验法设计四杆机构

利用各种模型、模板、线图等，经过反复实验凑出能近似满足要求的机构的设计方法。第6章

齿轮机构

传动原理：靠一对齿轮的轮齿相互啮合来传递空间任意两轴之间的运动和动力。

6．1．1齿轮机构的传动特点

优点：传递的功率大、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑、能保证恒定的瞬时传动比。缺点：制造和安装精度要求高、成本高、不宜用于两轴之间距离较大的传动。

6．1．2齿轮机构的类型

按照一对齿轮轴线间的相互位置、齿向和啮合情况，可以分为： 1．平面齿轮机构（两轴线平行）；

1）轴线平行：直齿圆柱齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字齿圆柱齿轮机构

2）两齿轮啮合情况：外啮合齿轮机构、内啮合齿轮机构、齿轮与齿条机构

2．空间齿轮机构（两轴线不平行）；

1）相交轴圆锥齿轮机构：直齿、斜齿

2）交错轴齿轮机构：交错轴斜齿轮机构、蜗杆机构 3．按轮齿的齿廓曲线形状：渐开线、摆线、圆弧齿轮。6．1．3对齿轮机构传动的基本要求

1、传动准确、平稳

2、强度高，承载能力强 6．2 齿廓啮合基本定律 6．2．1一对齿轮的传动比

传动比：主动轮1与从动轮2的角速度之比，即i12=ω1/ω2 6．2．2齿廓啮合基本定律

齿廓啮合基本定律：相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线O1O

2被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比 节圆：过节点所作的圆。中心距：两齿轮节圆半径之和。6．2．3共轭齿廓

凡满足齿廓啮合基本定律而相互啮合的一对齿轮的齿廓。渐开线、摆线、圆弧线 6.3 渐开线齿廓

6．3．1渐开线的形成和特性

1、渐开线的形成

当一直线l沿半径是rb的圆周作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。半径为rb的圆称为基圆； 直线l则称为渐开线的发生线；

渐开线齿轮的齿廓就是由在同一基圆上产生的两条对称的渐开线构成。

2、渐开线齿廓的特性

1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的弧长；

2）渐开线上各点的法线必与基圆相切，基圆的切线必为渐开线某点的法线； 3）渐开线上各点的压力角的大小不同，离基圆越远，压力角越大； 4）渐开线的形状取决于基圆的大小 5）基圆以内无渐开线

6．3．2渐开线齿廓的啮合特点

1、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律，能够实现定传动比要求 两基圆的内公切线——法线——不发生变化——有固定的点——节点C

2、中心距具有可分性

一对渐开线齿轮制成后，其基圆便已确定．

中心距的可分性：中心距稍有变化，不改变其瞬时传动比的大小

3、传递压力的方向不变 1）啮合线是一直线

啮合线：两齿廓接触点在固定平面的轨迹

直线N１N２——啮合线——两圆的内公切线——法线为同一直线 N１、N２是理论上的两个极限啮合点 2）啮合角与传力方向不变

啮合角：啮合线N１N２与过节点的两轮节圆公切线 tt 之间所夹的锐角 啮合过程中——啮合角将始终保持不变—— 压力方向不变

四线合一：啮合线、过啮合点的公法线、基圆的内公切线、法向压力的作用线。6．4 渐开线标准齿轮的主要参数和基本尺寸计算 6．4．1齿轮各部分的名称及代号

1、齿顶圆与齿根圆

齿顶圆：轮齿齿顶圆柱面所确定的圆。齿根圆：轮齿齿槽底部圆柱面所确定的圆。

2、齿厚、齿槽宽和齿距

齿厚：齿轮任意圆周dK 上一个轮齿的两侧齿廓间的弧长。齿槽宽：齿轮任意圆周dK 上一个齿槽的弧长。

齿距：在端平面上，任意圆周上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长。在齿轮的同一圆周上，齿距等于齿厚与齿槽宽之和。

3、分度圆和基圆

分度圆：为了便于设计、制造和互换使用，在齿轮的顶圆与根圆之间取一度量齿轮尺寸的基准圆，将此基准圆上的pK/Π值规定为标准值，压力角αK也取为标准值，该圆则称为分度圆。

4、齿顶高、齿根高、全齿高

齿顶高：齿顶圆与分度圆之间的径向距离。齿根高：齿根圆与分度圆之间的径向距离。全齿高：齿顶圆与齿根圆之间的径向距离。齿宽与齿面

齿宽：齿轮轮齿轴向宽度。

齿面：位于齿顶曲面和齿根曲面间的轮齿侧表面。6．4．2齿轮的主要参数

1、模数

模数：分度圆齿距与Π的比值 分度圆直径：d=mZ M越大，p也越大，承载能力越强。

m已经标准化

表6-1，优先选用第一系列，括号内的尽量不用。

2、压力角

分度圆上齿廓的压力角为标准值

渐开线的形状由模数、压力角和齿数决定，最基本的参数。

3、齿顶高系数和顶隙系数

标准齿轮：模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数均为标准值，且分度圆上的齿厚等于齿槽宽的齿轮。6．4．3渐开线标准直齿轮的基本尺寸计算

1、外齿轮的几何尺寸计算（表6—2）

2、公法线长度和分度圆弦齿厚（自学）6.5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 6．5．1一对齿轮的正确啮合条件

当前一对齿轮啮合分离后，后续的齿对已接替进入啮合。相邻两齿同侧齿廓沿法线的距离应相等

两轮的法向齿轮相等是一对齿轮相啮合的正确条件

m1= m2= m

α1=α 2= α i12=Z2/ Z1

6．5．2一对齿轮的标准中心距

标准安装：分度圆与节圆重合，保证无侧隙安装。分度圆和压力角，单个齿轮所具有的参数。

节圆与啮合角：对齿轮副而言，安装以后才具有的参数，与安装中心距有关。6．5．3一对齿轮的连续传动条件 轮1为主动，轮2为从动

啮合的始点A：从动轮的齿顶圆和啮合线的交点A； 啮合的终点E：主动轮的齿顶圆与啮合线的交点E AE是一对齿廓啮合点的实际轨迹，即实际啮合线段。连续传动的条件：AE≥pb

重合度：实际啮合线与基圆齿距的比值。

重合度越大，参与啮合的齿对数就越多，传动就越平稳，每对轮齿承受的载荷就越小。6．6渐开线齿廓的切齿原理 6．6．1仿形法

仿形法是利用与齿轮齿槽形状相同的铣刀（盘形和指状），通过普通铣床直接在轮坯上加工出渐开线齿形。

1、切削运动：铣刀绕自己的轴线oo回转，同时，轮坯沿其轴线方向送进，以便切出整个齿宽；

2、分度运动：铣完一个齿槽之后，轮坯退回原处，分度头将它转过360°/Z的角度，再铣第二个齿槽。特点：成本低，加工简便

精度低，生产效率低，适用于单件小批量生产 6．6．2范成法

范成法：利用一对齿轮相啮合时，其共轭齿廓互为包络线的原理来切出渐开线齿形。

1、齿轮插刀：

1）范成运动：模仿一对齿轮做缓慢的定传动比回转运动 2）切削运动：插刀沿齿宽方向所做的往复运动 3）进给运动：插刀的径向进给运动

2、齿条插刀

3、齿轮滚刀

6．7渐开线齿廓的根切现象，最少齿数和变位齿轮 6．7．1根切现象与最少齿数

1、根切现象：用范成法加工齿数较少的标准齿轮时，当刀具的齿顶线（或齿顶圆）超过啮合极限点N1时，将会切去轮齿根部的一部分渐开线齿廓，这一现象成为轮齿的个别切。

问题：抗载能力降低，传动平稳性变差

2、最少齿数：加工标准齿轮时不发生根切的齿数极限值 条件：Zmin≥17

6．7．2变位齿轮简介

1、标准齿轮的优缺点 优点：设计简便，互换性好

缺点：1）被切齿轮的齿数受限，否则出现根切 2）不适合实际中心距≠标准中心距

3）大小齿轮的承载能力不同

2、变位齿轮：通过改变刀具和齿坯相对位置后切制出来的齿轮.xm：变位量。由切削标准齿轮的位置移动的距离 x：变位系数

变位后的齿轮，在分度圆上齿厚与齿槽宽不等 x>0正变位

正变位齿轮

x<0负变位

负变位齿轮 变位齿轮的特点：

变位齿轮的模数和压力角不变，定传动比的性质不变 2）齿厚、齿槽宽、齿顶圆、齿根圆、齿根高都发生变位 6．8平行轴斜齿圆柱齿轮机构

端面：垂直于其轴线的平面

直齿轮渐开面的形成：发生平面S在基圆柱上作纯滚动，平面S上与母线平行的直线KK在空间形成的渐开面。直齿轮传动的缺点：平稳性较差，易产生振动和冲击

6．8．1斜齿圆柱齿轮齿面的形成及特点

斜齿轮渐开面的形成：发生平面S在基圆柱上作纯滚动，平面S上与母线不平行的斜直线KK在空间的轨迹形成的渐开面。基圆柱螺旋角：KK与其圆柱母线所夹的锐角 特点：传动平稳，振动噪声小，适合高速承载传动 6．8．2斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸

1、基本参数：

1）螺旋角：分度圆柱面上的螺旋角

斜齿轮按轮齿倾斜方向：分为左旋、右旋 2）齿距与模数 3）压力角：

4）齿顶高系数和顶隙系数 国标规定：法面参数为标准值

2、几何尺寸计算

一对斜齿轮的啮合从端面来看，相当于一对直齿轮的啮合； 斜齿轮的中心距与螺旋角β有关

6．8．3斜齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件与重合度

1、正确啮合条件：mn1= mn2= m

α

2、重合度 直齿：ε 斜齿：ε=εt+ε端面重合度εt 轴向重合度εββ

n

1=α n2= α β1=-β2

特点：重合度增大，且随齿宽b和轮齿的倾斜程度的增大而增大。

运转平稳，承载能力高，产生轴向力。6．8．4斜齿圆柱齿轮的当量齿轮和当量齿数

以ρ为分度圆半径，以斜齿轮的法向模数mn为模数，取压力角α为标准压力角作一假想的直齿圆柱齿轮，则其齿形与斜齿轮的法面齿形相近，此直齿轮称斜齿轮的当量齿轮。斜齿轮的最少不根切齿数：17cos3β 6．9圆锥齿轮机构

圆锥齿轮用于传递两相交轴间的运动和动力。

两轴间的交角Σ=90°

圆锥齿轮的轮齿均布在一个截锥体上，由大端到小端逐渐变小。单个圆锥齿轮：基圆锥，分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥。相互啮合的一对圆锥齿轮机构有节圆锥

圆锥齿轮传动，一对锥顶重合的节圆锥在作纯滚动

理论齿廓应是球面渐开线。

6．9．2直齿圆锥齿轮齿面的形成原理

一个圆心和基圆锥锥顶O相切的圆平面（发生面）S沿基圆锥作纯滚动时，S上任一条与基圆锥母线OA相切的径向直线OK上的点K 在空间展出一条以锥距R为半径的球面渐开线AK，该曲面能满足定传动比要求。6．9．3直齿圆锥齿轮的背锥和当量齿数

1、背锥

便于研究，取背锥代替圆锥

2、当量齿轮与当量齿数

将背锥展开成平面，则成为两个扇形齿轮，将它们补足为完整的圆锥齿轮，此圆锥齿轮称为原齿轮的当量齿轮，此齿轮的齿数称为当量定数。

（1）正确啮合条件：大端模数和压力角分别相等，且锥距也分别相等。（2）一对直齿圆锥齿轮机构的传动比：（3）直齿圆锥齿轮不根切的最少齿数：

6．9．4直齿圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸计算

1、基本参数

大端模数，压力角为标准值；大端齿顶高系数和顶隙系数分别为1和0.2

2、几何尺寸计算

Σ=90°且节圆锥与分度圆锥重合。

不等顶隙收缩齿圆锥齿轮，齿顶圆锥、齿根圆锥、分度圆锥锥顶

等顶隙收缩齿圆锥齿轮，齿根圆锥和分度圆锥共锥顶，但齿顶圆锥并不与分度圆锥共锥顶。6．10蜗杆机构

6．10．1蜗杆蜗轮的形成

蜗杆机构用于实现两交错轴间的传动，通常两轴交错角Σ=90°。蜗杆与蜗轮的形成：

在蜗杆传动中，常以蜗杆为原动件作减速运动。

蜗杆轮齿的旋向有左旋和右旋之分，常用的是右旋蜗杆。6．10．2蜗杆机构的类型

1、根据蜗杆的外形

圆柱蜗杆机构：制造简单，应用广泛； 环面蜗杆机构：润滑状态好，效率较高； 锥蜗杆机构：啮合性能好，承载能力大，效率高。

2、圆柱蜗杆机构的分类 普通圆柱蜗杆

圆弧圆柱蜗杆

3、普通圆柱蜗杆

阿基米德蜗杆

渐开线蜗杆

延伸渐开线蜗杆和锥面包络蜗杆。6．10．3圆柱蜗杆机构的主要参数

中间平面：垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面

在中间平面，蜗杆与蜗轮的啮合等同于渐开线齿轮与齿条的啮合 在蜗杆传动中，以中间平面上的基本参数和尺寸计算为基准

1、模数和压力角 正确啮合条件

2、蜗杆分度圆直径和蜗杆直径系数

3、传动比i，蜗杆头数z，蜗轮齿数

4、蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角入

5、中心距

6．10．5蜗杆机构的特点

1、传动比大，零件数目少，结构紧凑；

2、传动平稳，啮合的齿对数多，噪声低；

3、具有自锁性，蜗杆为原动件，机构自锁；

4、传动效率低，摩擦大；

5、制造成本高； 第三篇

联接与螺旋传动 第8章

联接

2.概述键、花键、销联接的结构、特点、选择，及其强度计算。

联接：动联接：铰链

静联接：焊接

静联接

可拆联接：不需损坏联接中的任一零件；如螺纹联接、键联接、销联接等。

不可拆联接：不损坏联接中的谋一部分就不能拆开的联接；如焊接、铆接、胶接等。8．1 螺纹

8．1．1螺纹的类型和应用

将一倾斜角为λ的直线绕在圆柱体上便形成一条螺旋线。

使一平面图形（如三角形、矩形）沿着螺旋线运动，运动过程中此图形始终通过圆柱体的轴线，于是便形成螺纹。按照平面图形的形状：

三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹 按照螺旋线的旋向： 左旋螺纹、右旋螺纹 按照螺旋线的数目：

单线螺纹、等距排列的多线螺纹 按照螺纹加工的位置 外螺纹、内螺纹 按照螺纹的作用： 联接螺纹、传力螺纹 按照螺纹的母体形状 圆柱螺纹、管螺纹 8．1．2螺纹的主要参数

1、大径d：与外螺纹牙顶（内螺纹牙底）相重合的假想圆柱面的直径，即公称直径

2、小径d1：与外螺纹牙底（内螺纹牙顶）相重合的假想圆柱面的直径，强度计算中用作危险截面直径的计算直径。

3、中径d2：外、内螺纹的牙厚与牙间相等的圆柱直径

4、螺距P：螺纹相邻两牙对应点间的轴向距离

5、导程S：同一螺旋线上相邻两牙对应点间的轴向距离

S= nP

n：螺纹线数

6、螺纹升角λ：在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。

7、牙型角α：螺纹轴向截面中，螺纹牙型两侧边间的夹角； 牙侧角β：螺纹牙型的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角 8．2 螺旋副的受力分析、自锁和效率 8．2．1矩形螺纹 受力：滑块沿斜面运动

上升

轴向力Q——外力

水平力F——驱动力

滑块沿斜面等速上升

F=Qtan（λ+ρ）

下降

F=Qtan（λ－ρ）

表明：

当λ＞ρ，在力Q的作用下，滑块有加速下滑的趋势，为使滑块等速下滑，必须施加一个向右（反方向）的水平力F。当λ＜ρ时，F为负，为使滑块匀速下滑，必须在滑块上施加一个向左的水平力F，此时F是驱动力 说明：Q无论多大，如不施加驱动力F，滑块不会下滑—→自锁 8．2．2非矩形螺纹 自锁条件：λ≤ρ’ 螺旋副的效率：

当λ不变，β越大，效率越低。

矩形螺纹效率最高，其次锯齿形螺纹、梯形螺纹，三角形螺纹效率最低。8．3机械制造常用螺纹

机械制造常用的三角形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹在我国均已标准化。

8．3．1三角形螺纹——用于联接 1．三角形螺纹

1）普通螺纹——紧固

粗牙螺纹：螺距最大

细牙螺纹：其余螺距，2）管螺纹——有密封要求

非螺纹密封的管螺纹

螺纹密封的管螺纹

米制锥管纹

8．3．2梯形螺纹和锯齿形螺纹 摩擦小、效率高——用于传动

梯形螺纹——对称牙型——锥面贴紧——不易松动——工艺性好——牙根强度高——对中性好 锯齿形螺纹——外对称——便于对中——只能用于单向受力 8．4 螺纹联接的基本类型和标准联接件 8．4．1螺纹联接的基本类型

1、螺栓联接

2、双头螺柱联接

3、螺钉联接

4、紧钉螺钉联接 8．4．2标准螺纹联接件

1、螺栓

2、双头螺柱

3、螺钉

4、紧钉螺钉

5、螺母

6、垫圈 8．5螺纹联接的预紧和防松 8．5．1螺纹联接的预紧

预紧力：联接在承受工作载荷之前，预先受到一个轴向力的作用。

目的：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或相对滑动，同时可提高联接强度 预紧应力的大小：80%ζs 方法：测力距扳手，定力矩扳手 8．5．2螺纹联接的防松

一般情况下，可满足自锁、防松的目的是在冲击、振动、交变载荷、高温等情况下出现松动。防松的根本目的在于防止螺旋副相对运动 8．6螺纹联接的强度计算

螺栓的主要失效形式：

螺栓杆被拉断

螺栓杆被剪断或螺栓杆和被联接件外壁被压溃 经常拆卸时，因磨损而发生滑扣现象 螺纹牙的计算是根据等强度原则；

螺纹联接的计算主要是根据螺栓的强度确定螺栓危险截面的尺寸，即螺纹小径d1，然后从标准中确定d及螺距P。8．6．1松螺栓联接

装配时，螺母不需要拧紧，在承受工作载荷前，螺栓不受力 8．6．2紧螺栓联接

1、仅承受预紧力的紧螺栓联接

装配时，螺母需要拧紧，螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态。根据第四强度理论：

2、承受横向载荷的紧螺栓联接

用普通螺栓联接承受横向载荷时，由于预紧力的作用，将在接合面间产生摩擦力以抵抗工作载荷。即：摩擦力>工作载荷

可用各种剪载零件来承受横向工作载荷，包括销、剪载套、键等。用铰制孔螺栓承受横向载荷；

3、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接

情况1：螺母与被联接件接触，但螺栓和被联接件均未受力，二者都没有发生变形 情况2：螺母拧紧，受预紧力作用； 螺栓受预紧力Q0——产生伸长量δ被联接件受Q0——产生压缩量δ情况3：承受工作载荷后

螺栓受力由Q0 增加到Q，螺栓进一步拉伸，则总拉伸量为δ被联接件由Q0减小到Qr，压缩量减少为δc0－Δδ 螺栓和被联接件这种变形可用线图表示： 对Qr 的要求：

8．7 螺栓联接件的下料和许用应力 材料：Q215、Q235、10、35、45钢等； 许用应力：表8—6 8．8提高螺纹联接强度的措施

螺栓的破坏——螺栓杆部分——疲劳断裂——截面小，应力集中处 8．8．1降低螺栓总拉力的变化范围 总拉力在Q0——（Q0＋ΔQ）之间变化

则减小螺栓的刚度kb或增大被联接件的刚度kc，可降低总拉力的变化范围。采取：腰状杆螺栓、空心螺栓

金属垫片、O型密封元件 8．8．2改善螺纹牙上的载荷分布

螺栓受拉而螺距增大，螺母受压而螺距变小，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布不均匀。大部分载荷集中在前几圈，八圈以后几乎不承受载荷 加厚螺母不能提高螺纹联接强度 采用悬置螺母

8．9键联接和花键联接

8．9．1键连接的分类、结构和应用

键是一种标准件，用于实现轴和轴上零件的周向固定以传递转矩，有些键还能实现轴向固定或轴向滑动的导向。键联接：平键联接、半圆键联接、锲轴联接，切向键联接

1、平键联接

键的两侧面为工作面，工作时靠键与键槽侧面的相互挤压来传递转矩。特点：结构简单、拆装方便、定心性好。平键分为：普通平键、导向平键

普通平键：静联接

A型（两圆头）B型（平头）C型（单圆头）A：键在键槽中固定良好，应力集中大 B：应力集中小，键的尺寸较大 C：用于轴端

导向平键：动联接，需固定，并没有起键螺孔。

2、半圆键

b0＋Δc0 b0

δ

以两侧面为工作面

具有良好的定心性，绕其几何中心摆动，装配方便 键槽较深，对轴的强度削弱大

3、锲键联接 工作面：上下表面

键的上表面和轮毂键槽的底部有1：100的斜度

工作时主要靠键的上表面与轮毂间的摩擦力来传递，能承受单向的轴向力。轴和轮毂轴线间会产生偏心和偏移

使用于定心要求不高，传递和载荷平稳的场合。

4、切向键联接

切向键由一对斜度为1：100的锲键组成 键的窄面为工作面

工作时，靠工作上的挤压力和键与轮毂间的摩擦力来传递转矩 一个切向键：单向传递转矩 两个切向键：双向传递转矩 8．9．2平键联接的选择计算

1、平键尺寸的计算

键的截面尺寸：按轴的直径d从有关标准中选取

键的长度：普通平键：键的长度等于或略小于轮毂的长度

导向平键：按轮毂长度及滑动距离而定 注：键长应符合标准规定的长度系列

2、平键联接的强度校核

主要失效形式：工作面得压溃，过载剪断 设计标准：工作面上的挤压应力

导向平键：失效形式：工作平面的过度磨损 设计标准：工作面上的压力

8．9．3花键联接：轴和轮毂孔向均布的多个键齿构成的联接。工作面：齿的侧面

特点：承载能力高，受力均匀，对轴和轮毂的强度削弱小，对中性和导向性好。适用：定心精度高，载荷大，经常滑移的联接 类型： 矩形花键：常用 渐开线花键：承载能力高 三角形花键：使用于薄壁零件 8．10销联接

用途：固定零件间的相对位置，传递不大的载荷，安全过载装置 类型：

圆柱销：过盈配合，多次装拆合，其定位精度和可靠性下降 圆锥销：1：50的锥度

安装方便，定位精度高，可多次装拆 端部带有螺纹的圆锥销：适用于盲孔或拆卸困难的场合。开尾圆锥销：适用于有冲击、振动的场合。

开有纵向沟槽的圆锥销：弹性变形、不易松脱、因而能承受振动和变载荷。材料：35钢、45钢 第四篇

机械传动 第10章

齿轮传动 10．1齿轮传动的特点及类型 10．1．1特点：

效率高：最高达99.95% 结构紧凑：在同样的使用条件下，所需的空间尺寸小 工作可靠：齿与齿的啮合传动 寿命长：长达一、二十年 传动比稳定：i=Z2/ Z1

制造、安装精度高，价格较贵，不适合传动距离过大的场合。10．1．2类型

1、按照工作条件，闭式齿轮传动，开式齿轮传动

2、按照传递的速度：低速、高速

3、按照承载的大小：轻载、重载

4、按照齿轮的材料及热处理工艺：软齿面

硬齿面 10．1．3对齿轮传动的基本要求

1、传动精确平稳（第六章）

2、足够的承载能力（本章重点讲解）10．2齿轮的失效形式及设计准则 10．2．1齿轮的失效形式——主要指轮齿

1、轮齿折断

弯曲疲劳折断：齿根处的弯曲应力最大，交变应力、应力集中；先裂纹、后折断。过载折断：轮齿在短时过载。

局部折断：不准确的安装，制造，轴的变形。

增大齿根处圆角半径，合理的热处理，合理的选择材料及采用变位齿轮。

2、齿面点蚀

长期交应变力——疲劳裂纹——扩展——麻点状小而浅的坑——点蚀

靠近节线处啮合，相对滑动速度低，油膜不易形成，点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处。闭式齿轮传动的主要失效形式；

提高齿面的硬度，降低表面的粗糙度，增大综合曲率半径，增大润滑油的粘度。

3、齿面胶合

压力大——温度高——润滑油被挤出——两齿面直接接触，相互粘连——较软的齿面形成沟纹——胶合 提高齿面的硬度，降低表面的粗糙度，合理选用材料，合理选用润滑油。

4、齿面磨损 杂质的进入

开式齿轮传动的主要失效形式

5、齿面塑性变形 过大的应力作用 10．2．2设计准则

闭式软齿面齿轮传动——点蚀——按照齿面接触疲劳强度设计——验算轮齿的弯曲疲劳强度 闭式硬齿面齿轮传动——轮齿折断——按照齿根的弯曲疲劳强度设计——验算齿面的接触疲劳强度 开式齿轮传动——磨损和轮齿折断——按照轮齿的弯曲疲劳强度设计——同时降低许用应力 10．3齿轮的材料、热处理及传动精度 10．3．1齿轮常用的材料

要求：较高的抗点蚀，抗磨损、抗胶合、抗塑性变形、抗折断的能力 齿面要硬，齿芯要韧

常用的材料：碳素结构钢，合金结构钢，铸钢，铸块、塑料、尼龙 10．3．2齿轮的热处理

软齿面（齿面硬度≤350HBS）

调质和正火

硬齿面（齿面硬度＞350HBS）

表面淬火、表面渗碳淬火、渗氮淬火。

1、软齿面齿轮的热处理方法——调质和正火

加热后，空冷或油冷

慢慢降温

小齿轮的齿面硬度>大齿轮的齿面硬度，寿命相近

2、硬齿面齿轮的热处理方法——淬火 10．3．3齿轮传动的精度

齿轮公差分为：传递运动的准确性、传动的平稳性、齿面上载荷分布的均匀性 齿厚极限偏差、等级

10．4直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 10．4．1直齿圆柱齿轮受力分析

受力分析——分度圆上啮合——忽略摩擦力——集中力——作用在齿宽中点——沿啮合线 法向力Fn分解为圆周力Ft和径向力Fr 大小：

方向：

Ft：主动轮与运动方向相反，从动轮与运动方向相同 Fr：分别指向各自轮心 10．4．2计算载荷

载荷沿齿宽分布不均匀，附加动载荷——引入载荷系数K 10．5直齿圆柱齿轮传动承载能力计算

10．5．1直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算

1、齿面接触疲劳强度计算

线接触——受载后——弹性变形——面接触 齿面接触应力——参照弹性力学中的赫兹公式

2、影响齿面接触强度的参数和尺寸 1）系数335只适合钢对钢

如钢对铸铁

335—→285 铸铁对铸铁

335—→250 2）从公式中分析得出：ζ设计时按较小值代入计算 3）降低ζH和增大〔ζH〕可提高齿面接触疲劳强度； H1=ζH2

H1〕≠〔ζH2〕 但当两齿轮的材料及热处理不同时，〔ζ

增大齿宽b或中心距a可降低ζH，b过大，造成载荷分布不均匀，因此提高a可行

结论：改变齿轮的几何参数或提高齿面的硬度可提高齿面接触疲劳强度； 10．5．2值齿圆柱齿轮传动的轮齿弯曲疲劳强度计算

1、齿根弯曲疲劳强度计算

假设：1）将齿轮视为悬壁梁；2）全部载荷仅由一对轮齿承担3）集中力作用于齿顶 危险截面的确定：

30°切线法：作与轮齿对称中心线成30°夹角并与齿根过渡曲线相切的直线，认为两切点的连线是危险截面的位置。法向力Fn分解为：

F1：使齿根产生弯曲应力

F2：产生压应力，忽略

2、影响齿根弯曲强度的参数和尺寸

1）一般情况下，Z1≠Z2，YF1≠YF2，ζF1≠ζF2； 2）YF/〔ζF〕的比值不同

设计时代入较大值;3）提高轮齿齿根弯曲疲劳强度的措施：提高m、b、Z1，但提高m 效果显著 4）开式齿轮传动，（0.7---0.8）〔ζF〕 10．5．3齿轮的许用应力 〔ζH〕=ζ

ζHlim /SH

〔ζF〕=ζFlim：图Flim /SF

Hlim：图10—6；

ζ10—7

长期双侧工作，取0.7的系数。SH、SF：表10—5

10．6直齿圆柱齿轮传动的设计

1、齿数比u与齿数Z1

齿数比u其值恒大于1，而传动比i其值可大于1，也可小于1 当i>1时

u=i 当i<1

u=1/i 一般：u<8 降低小齿轮的啮合次数 当 i≤4.5时，i允许有±2.5% 的误差

I＞4.5时，i允许有±4% 的误差 闭式——软齿面——接触疲劳强度——设计

a一定，降低m，增大Z1，增大重合度，提高传动的平稳性，减小齿顶圆直径和毛坯直径，降低成本。Z1=20——40 闭式——硬齿面——弯曲疲劳强度——设计 Z1=17——20

2、模数

传递动力的齿轮传动，模数m不宜过小；按弯曲疲劳强度设计的m必须取标准值。经验公式：闭式齿轮传动m≈(0.007—0.02)α

开式齿轮传动m≈0.02α 齿宽系数：

轮齿越宽，承载能力也越高，但齿宽过大，载荷分布不均匀，造成偏载。

闭式齿轮传动：ψa=0.3—0.6，常用ψa=0.4（0.35）

开式齿轮传动：ψa=0.1—0.3 10．7斜齿圆柱齿轮传动

10．7．1斜齿圆柱齿轮传动的受力分析 忽略齿面间的摩擦力 大小：

方向：

10．7．2斜齿圆柱齿轮传动的强度计算

作用力——法向平面内——当量直齿轮——用直齿轮的方法计算——重合度大，曲率半径大——比直齿轮承载能力大 齿面接触疲劳强度计算

一对钢制标准斜齿轮传动的齿面接触疲劳强度条件；

说明：1）钢对铸铁：260；

铸铁对铸铁：228

2）a圆整为0或5

3）m的确定

4）β的确定

2、齿根弯曲疲劳强度计算 说明：YF按当量齿数查表10-4 10．8直齿圆锥轮传动

10．8．1直齿圆锥齿轮传动的受力分析

将轮齿上的分布力简化为作用于齿宽中点集中载荷。大小：

方向：

10．8．2直齿圆锥齿轮传动的强度计算

1、齿面接触疲劳强度计算

按齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮传动来计算；

说明：1）求出锥距R后，选择Z1、Z2）确定大端模数

3）ψR=0.25—0.3 4）钢对铸铁285，铸铁对铸铁250；

2、齿根弯曲疲劳强度计算

说明：1）YF按当量齿数查表10-4按 2）mm与m的关系 10．9齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率 10．9．1齿轮的结构

1、齿轮轴：将齿轮和轴做成一体

圆柱齿轮：齿根圆到键槽底部的距离e＜2m

圆锥齿轮：小端齿根圆到键槽底部的距离e＜1.6m

2、实心式齿轮：da≤160mm

3、腹板式齿轮：da=160——500mm

4、轮辐式齿轮da＞500mm

说明：齿轮与轴的联接——平键

花键

10．9．2齿轮传动的润滑

齿轮传动——相对滑动——产生摩擦与磨损——效率下降——润滑；

润滑——减小磨损与发热——防锈和降低噪声——工作状态及改变——预期寿命内正常工作 方式：

开式齿轮传动通常用润滑油（脂）人工定期润滑 闭式齿轮传动按圆周速度v确定： v≤12m/s，油池润滑；

深度：圆柱齿轮，一个齿高，不应小于10 mm

圆锥齿轮：浸入全齿宽 多级传动：带油轮

底部距离：≦30——50 mm 2）v＞12m/s，喷油润滑 3）油的粘度的确定：表10-6 10．9．3齿轮传动的效率

功率损耗包括：啮合中的摩擦损耗，搅油损耗，轴承中的摩擦损耗 10．10蜗杆传动

10．10．1蜗杆传动的运动分析与受力分析

1、蜗杆传动的运动分析

目的：确定蜗杆与蜗轮的转向关系及齿面间相对滑动速度 蜗杆主动——利用左右手法则 四指——蜗杆转动的方向

拇指——蜗杆有沿轴线方向运动的趋势 蜗轮——向相反的方向运动 相对滑动速度：

Vs越大，容易形成油膜

齿面间的摩擦因数下降，提高效率，承载能大； Vs过大：易产生磨损和胶合

2、蜗杆传动的受力分析 大小：

方向：

10．10．2蜗杆传动的失效形式，材料和结构

1、蜗杆传动的失效形式和常用材料

失效形式：齿面点蚀，齿面胶合，齿面磨损，轮齿折断；

由于材料和结构的不同，蜗杆螺旋齿部分的强度高于蜗轮轮齿的强度，因而失效总发生在蜗轮。闭式蜗杆传动——蜗轮轮齿——齿面胶合 开式蜗杆传动——蜗轮轮齿——磨损

对蜗杆，蜗轮材料的要求：足够的强度，良好减摩耐磨性，抗胶合能力。蜗杆材料：碳素钢、合金钢

蜗轮材料：铸造锡青铜，Vs=5——15 m/s 铸造铝铁青铜，Vs＜8m/s 灰铸铁，Vs＜2m/s

2、蜗杆和蜗轮的结构

蜗杆——蜗杆轴——蜗杆和轴形成一体

蜗轮：整体式：铸铁蜗轮或d＜100mm的青铜蜗轮

组合式：齿圈用青铜，轮芯用铸铁或钢 10．10．3蜗杆传动的强度计算

失效——胶合、磨损——无完整计算方法 只对蜗轮齿面进行接触疲劳强度计算；

10．10．4圆柱蜗杆传动的效率：润滑和热平衡计算

1、蜗杆传动的效率

功率损耗包括：轮齿啮合的功率损耗、轴承摩擦损耗及溅油损耗。提高效率，可增大导程角λ，即采用多头螺杆；

但λ过大，加工困难；且当λ＞28°时，效率提高很小。当λ≤ρ’自锁，蜗杆传动的效率η＜50%

2、蜗杆传动的润滑

摩擦、磨损、发热易严重——润滑十分重要 油池润滑，蜗杆在下；一个齿高

蜗杆在上：蜗轮半径的1/6——1/3

3、蜗杆传动的热平衡计算

效率低，发热量大，结构紧凑，箱体的散热面积小； 不及时散热——齿面胶合 转化为热量的摩擦损耗功率： 自冷，箱体表面散热功率： 达到热平衡：

超过温度允许值，可采用如下措施

合理设计箱体机构，加散热片，增大散热面积

提高表面传热系数，加装风扇，冷却水管，循环油冷却。第11章

轮系 11．1 轮系的类型

1．轮系：由一系列齿轮组成的传动系统。

2．轮系的作用：获得大的传动比，变速或换向传动。3．轮系的类型：

1）定轴轮系：轮系中所有齿轮的几何轴线位置都是固定不动。

2）周转轮系：轮系中至少有一个齿轮的轴线是绕位置固定的另一齿轮的几何轴线转动。行星轮：轴线绕位置固定的齿轮的轴线转动。

行星架（转臂或系杆）：支承行星轮的构件。

中心轮（太阳轮）：轴线固定不动的齿轮。11．2 定轴轮系及其传动比

1．一对齿轮的传动比：主动轮与从动轮的角速度或转速之比。

2．轮系的传动比：该轮系首轮与末轮（或输入轴与输出轴）的角速度或转速之比。iab=ωa/ωb=na/nb

3．在计算轮系的传动比时，不但要求出首、末两轮速比的大小，而且需确定两轮的转向关系。当首、末两轮轴线平行，用“+”表示两轮转向相同，用“-”表示两轮转向相反；当首、末两轮轴线不平行，用箭头标注两轮转向关系。4．定轴轮系的传动比计算：

惰轮：不影响传动比的大小，仅用于改变转动方向或增大两轴间距离的齿轮。5．首、末两轮转向关系的确定：

1）轮系中所有齿轮的轴线平行，用（-1）m确定；2）首、末两轮轴线平行，用箭头确定后，用“+”或“-”表示； 3）首、末两轮轴线不平行，用箭头标注两轮转向关系； 11．3 周转轮系及其传动比 11．3．1周转轮系的分类

1．按周转轮系自由度分类： 行星轮系→自由度等于1 差动轮系→自由度等于2 2．按中心轮数目分类

2K—H型：两个中心轮，一个行星架。3K型：三个中心轮。

K—H—V型：一个中心轮，一个行星架，一个输出构件。11．3．2周转轮系传动比的计算

周转轮系→运动的轴线→反转法→固定行星架 周转轮系传动比的计算公式： 说明：

齿轮G、齿轮K、行星架H的轴线必须平行； nG、nK、nH为代数值，有正负之分；

周转轮系中有空间齿轮时，等式右边的正负号必须用画箭头的方法确定； 11．4 复合轮系及其传动比

1．复合轮系：由定轴轮系和周转轮系，或由几个单一周转轮系组成的轮系。2．复合轮系传动比的计算方法：区分定轴轮系和周转轮系，分别计算，联立求解。3．区分定轴轮系和周转轮系的方法： 1）先找几何轴线运动的行星轮；

2）支承行星轮的是行星架，行星架的类型很多；

3）中心轮：几何轴线与行星架回转轴线相重合，且直接与行星轮相啮合的定轴齿轮。11．4 轮系的应用

11．5．1实现远距离传动11．5．2获得大传动比11．5．3实现变速运动11．5．4实现运动的合成与分解11．5．5实现换向运动 第12章

带传动

1．阐述带传动的类型、特点、特性和应用。

2．重点分析带传动的受力、应力和失效形式，据此确定出带传动的设计准则，并介绍普通V带传动的设计计算。12．1概述

1、带传动得组成：主动带轮、从动带轮、传动带组成

2、带传动的工作原理：依靠带与带轮之间的摩擦力拖动从动轮一起转动。

3、带传动的应用场合：两轴平行且转向相同的场合

4、带传动的优点：1）适合中心距较大的传动； 2）结构简单，造价低廉； 3）带具有良好的挠性，可缓冲吸振，传动平稳； 4）过载打滑，防止损坏其他零件；

5、带传动的特点：1）同样功率，传动的外廓尺寸大；2）弹性滑动，传动比不能保证恒定； 3）带的寿命较短； 4）有时需要张紧装置；

6、带传动的主要参数：v=5—25m/s i≤7 η=0.92—0.97 P=700kW

7、带的类型：平带传动、V带传动、多锲带传动，同步带传动。传动带均制成无接头的环行。

平带：横截面——扁平矩形；工作面——内表面；结构最简单，带轮制造容易。V带：横截面——等腰梯形；工作面——两侧面；传动能力大，已经标准化。多锲带：平带与V带的共同优点

8、带传动的张紧：自动张紧、定时张紧

9、带传动中几何参数之间的关系 1）包角：带与带轮接触弧所对得圆心角。2）带长： 3）中心距： 12．2带传动工作情况的分析 12．2．1带传动的受力分析

带传动要有一定的初拉力F0——产生正压力——摩擦力Ff

带工作时：绕上主动轮的一边被拉紧，拉力由F0 增加到F1 —→紧边 绕上从动轮的一边被放松，拉力由F0 减小到F2 —→松边 工作时带的总长不变，则

F1－F0= F0－F

2即 F0=（F1+F2）/2 圆周力（有效拉力）：两边拉力之差，即 Fe= F1－F2 带传递的功率为: 分析：最大有效拉力及影响因素

以平带为例，忽略传动带做圆周运动时所产生的离心力的影响。分析：

1）初拉力F0：Fec与 F0成正比，F0越大，摩擦力越大，传动能力越强，带的寿命短。2）包角α：α与Fec成正比，α越大，总摩擦力越大，传动能力越强。3）摩擦因数f：f与Fec成正比。V带传动：

V带传动的最大有效圆周力大于平带传动。12．2．2带的应力分析

1、拉应力：紧边拉应力、松边拉应力

2、离心力所产生的拉应力 3:、弯曲应力

分析：最大应力发生在紧边绕上小带轮处。

传递：带的应力——交变应力——循环一定次数——疲劳破坏

12．2．3带的弹性滑动和打滑

由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动，称为弹性滑动。

弹性滑动-----从动轮的圆周速度v2 总是低于主动轮的圆周速度v1，其降低值用滑动率ε 表示： 带传动的传动比：

由于ε 很小，一般不考虑：

打滑：工作时，当带传动需要的圆周力超过最大有效拉力Fec时，带与带轮间就会发生显著的相对滑动。12．3普通V带传动的设计计算 12．3．1概述 1.V带的组成及作用。顶胶：承受弯曲时的拉伸。

抗拉体：用于承受拉力，由帘布或线绳组成。底胶：承受弯曲时的压缩。包巾：耐磨的橡胶帆布，保护作用。

2、带的各部分名称和参数：

节面：当V带弯曲时，顶胶伸长，底胶缩短，只有在两者中间的的中性层长度不变。节宽 ：带的节面宽度。带弯曲时，节宽保持不变。相对高度：V带的高度h与节宽bd的比值。

带轮的基准直径：与相配用V带的节宽bd相对应的直径。

基准长度：在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度。V带的公称长度以基准长度bd表示。

普通V带：楔角θ =40°，相对高度为0.7的V带。V带标准化，按截面尺寸的不同，分为Y.Z.A.B.C.D.E Y型带承载能力最小，E型带承载能力最大 12．3．2设计准则及单根V带的基本额定功率 1.带传动的主要失效形式：打滑，疲劳破坏。

2.设计准则：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。3.V带的基本额定寿命：

在载荷平稳，包角 =180°、持定长度的条件下，单根V带的基本额定功率值见表12—2 对P0值进行修正，得单根V带所能传递的许用功率。12．3．3普通V带的型号和根数的确定。

1．计算功率： 2．带的型号的确定： 3．带的根数的确定： 12．3．4主要参数的选择和计算。

1.选择带轮直径，验算带速： 2.选择中心距a和带的基准长度、验算小轮的包角： 3.确定带的初拉力： 4.计算压轴力：

总结 设计V带传动的原始数据：传递的功率P、带轮的转速、传动比、传动位置要求、工作条件。设计内容：带的截型、长度、根数、传动中心距、带轮直径、结构尺寸。12．4 V带轮的结构设计

对带轮的要求：质量小，结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量均匀，高的表面精度，轮槽的尺寸和角度具有一定的精度。

带轮的材料：铸铁； 铸钢，高速； 铸铝，塑料，小功率； 结构：实心式 d：轴的直径 孔板式、腹板式 轮幅式： 12．5 其他带传动简介 12．5．1高速带传动。

要求：传动可靠，运转平稳，寿命长。12．5．2同步带传动

优点：传动比恒定，结构紧凑，带速高，传动比大，传递功率大，效率高。缺点：价格高 第14章

轴

1．介绍轴的功用、分类和轴的材料。

2．阐明轴的结构设计、轴的强度和刚度计算方法。14．1 轴的功用和类型

1．轴的功用：用来支承旋转的机械零件并传递运动和动力。2．轴的分类：

1）根据承载性质的不同。

转轴：既传递转矩又承受弯矩

传动轴：主要传递转矩 心轴：只承受弯矩不传递转矩 2）根据轴线的形状不同 直轴：轴线为一直线。

曲轴：轴线为相互平行的直线。挠性钢丝轴：轴线为一曲线。14．2 轴的材料 1．对轴的材料的要求：

具有足够的速度、对应力集中的敏感性小以及良好的工艺性。2．轴的材料：

1）碳素钢：35、45、50、Q235、Q275等 热处理：正火，调质 2）合金钢：20Cr.20CrMnTi 力学性能好，价格高，有特殊要求。

3）球墨铸铁：成本低，吸振性好，对应力集中的敏感性小，强度较高。14．3 按扭转强度初算轴的直径

1．原因：支点间的跨距未知→无法计算弯矩→无法计算当量弯矩

2．轴的设计过程：初估轴的直径→轴的结构设计→确定轴的形状和尺寸→按弯扭合成强度进行强度计算 3．初估轴的直径——最细处的直径——只传递扭矩

圆截面的轴：

对于既传递转矩又承受弯矩的轴，可用上式，但需降低许用扭切应力。得按转矩初算的设计公式：

C：由轴的材料和承载情况确定的常数 14．4 轴的结构设计

轴的结构设计——将轴设计为阶梯形——确定各段的轴颈和长度 轴的结构设计应满足以下要求：

1．轴和轴上零件要有准确的工作位置（定位）

2．轴应便于加工，轴上零件应易于装拆（制造安装要求）3．各零件牢固而可靠地相对固定（固定）4．尽量减小应力集中 14.4.1轴上零件的定位

轴肩：阶梯轴上截面变化处，起轴向定位作用 定位：轴肩、套筒、相关的零件 14.4.2制造安装要求

轴的直径：从一端逐渐向中间增大—→可依次装、拆轴上的零件 倒角：零件易于安装—→轴端和各轴段的端部 砂轮越程槽：轴上磨削的轴段，装滚动轴承处 螺纹退刀槽：车制螺纹的轴段，装圆螺母

要求：轴的形状，尺寸应力要求简单，便于轴的加工，尽量减少轴上零件的数目，减轻重量 轴上与滚动轴承相配合的轴径应符合滚动轴承的内孔尺寸。14.4.3轴上零件的固定 轴向定位

轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、圆锥面、紧定螺钉、弹性挡圈 说明：

1、采用套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应保证轴段的长度小于零件轮毂的长度2-3mm 为了保证轴上零件紧靠定位面，轴肩的圆角半径r 必须小于相配零件的倒角C1 或圆角半径R, 轴肩的高度h必须大于C1 或R。

2、周向固定

键联接、花键联接、过盈配合、紧定螺钉 注意：同一轴上多个键，应加工在同一直线上。14.4.4减小应力集中

零件截面发生突变处—→应力集中

1、各段阶梯的直径变化均匀，避免截面尺寸的剧变。

2、截面变化处采用圆角过渡且半径不应过小。

3、改善结构设计。

14．5 轴的强度计算（弯扭合成法）

绘制零件草图—→轴承的位置、轴上载荷的性质、大小、方向、作用点—→受力分析—→绘出弯矩图、扭矩图—→弯扭合成强度计算。

对于一般钢制的转轴，按第三强度理论。求危险截面的当量应力：

弯曲应力—→对称循环变应力，扭切应力—→脉动循环变应力，二者的循环特性不同，引入修正条件。按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤。

将外载荷分解到水平面和垂直面内，分别求出水平面支反力和垂直面支反力。绘制垂直直面弯矩图和水平面弯矩图。绘出合成弯矩图。绘制转矩T图。

弯扭合成，绘当量弯矩图。求出危险截面的轴径。

说明：

1、有键槽，轴径增大4%。

2、d计计算的轴径，d结结构设计的轴径

d计＞d结—→强度不够、修改、重新计算

d计＜d结—→以结构计算为准。14．6 轴的刚度计算

刚度：挠度、偏转度、扭转角 14.6.1弯曲变形计算

1、等直径的轴可按挠曲线近似微分方程式积分求解

2、对于阶梯轴可按变形解法求解 14.6.2扭转变形的计算

1、等直径轴：材料力学中的扭转变形公式求解

2、阶梯轴：可用求和的公式求解

第15章

轴承

轴承的功用：支承轴及轴上零件，保证轴的旋转精度，减小轴与支承之间的摩擦和磨损，并承受载荷。

15．2 滚动轴承的组成、类型及特点

滚动轴承的特点：摩擦阻力小，启动灵活，运转精度高、润滑和维修方便，标准件，价格低。15.2.1滚动轴承的组成

内圈、外圈、滚动体、保持架组成。

内圈与轴颈配合，随轴一起转动，采用基孔制，过盈配合。外圈与轴承孔配合，外圈一般不转动，采用基轴制，间隙配合 滚动体：滚动体沿着滚道滚动；

球形，圆柱形，圆锥形，腰鼓形，滚针形。保持架：把滚动体均匀分开。

材料：内圈，外圈，滚动体—→轴承钢

保持架—→碳钢 15.2.2滚动轴承的类型及特点 结构特性

接触角：滚动体与外圈滚道接触点的法线与轴承径向平面之间的夹角。

接触角α愈大，轴承承受轴向载荷的能力愈大。2）偏位角：轴承内、外圈中心线的夹角。

2、滚动轴承的分类：

1）按滚动体的形状：球轴承、滚子轴承

球轴承：点接触、承载能力低，耐冲击性高，摩擦阻力小，极限转速高，价格低。滚子轴承：线接触，承载能力高，耐冲击，摩擦阻力大，价格高。2）按滚动体的列数：单列 双列 多列

3）按工作时能否自动调心：调心轴承，非调心轴承 4）按所能承受载荷的方向或接触角的不同：

向心轴承：径向接触轴承（α=0°），只能承受径向载荷； 向心角接触轴承（0°＜α≤45°），随α的增大，轴向承载能力也增大

推力轴承：轴向接触轴承（α=90°），只能承受轴向载荷； 推力角接触轴承（45°＜α≤90°），随α的减小，径向承载能力增大

3、滚动轴承的分类 表15-4 15．3 滚动轴承的代号

滚动轴承的代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品代号，由字母和数字组成 滚动轴承代号的构成：基本代号、前置代号、后置代号

15.3.1基本代号：

基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸；

基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号、内经代号构成 类型代号：用数字和字母表示.表15-6 尺寸系列代号：由轴承的宽（高）度系列代号和直径系列代号组成

轴承的直径系列代号是指结构相同、内经相同而外径和宽度方面不同的系例； 用7，8，9，0，1，2，3，4表示 →增大

轴承的宽（高）度系列代号是指结构相同、内径和直径系列相同的轴承，在宽（高）度方面不同的系列 用0，1，2，3，4，5，6表示 →增大 内径代号：表15-8 15.3.2前置代号和后置代号

前置代号：用字母表示成套轴承的分部件 后置代号：

1）同一类型轴承的不同内部结构 2）轴承的公差等级 3）轴承的径向游隙

15．4 滚动轴承的选择计算 15.4.1滚动轴承类型的选择 选择时主要考虑以下因素： 载荷条件：载荷大小、方向、性质 大载荷 冲击载荷 线接触的滚子轴承 小载荷 中等载荷 点接触的球轴承 纯径向载荷：深沟球轴承、圆柱滚子轴承 纯轴向载荷：推力轴承 既受径向载荷又受轴向载荷：

Fr大、Fa小：深沟球轴承、接触角较小的角接触球轴承、圆锥滚子轴承 Fr小、Fa小：接触角较大的角接触轴承 Fa很大：推力角接触轴承 转速条件：极限转速 n↑ 球轴承 装调性能 调心性能 经济型

15.4.2滚动轴承的失效形式及计算准则 失效形式：

点蚀 塑性变形 磨损 计算准则：

①.10r/min＜n＜nlim 主要失效形式是点蚀，以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算

②.n＜ 10r/min 静应力作用，主要失效形式是塑性变形，以不发生塑性变形为准则的静强度计算 15.4.3滚动轴承的寿命计算 基本额定寿命和基本额定动载荷

寿命：轴承工作时，滚动体或滚道出现疲劳点蚀前所经历的总转速，或轴承在恒定转速 下的总工作小时数。可靠度：同一条件下，一组同一型号的轴承所能达到或超过某一规定寿命的百分率。基本额定寿命：一批在相同条件下运转的同一型号轴承，其可靠度为90%时的寿命。

寿命的单位为总转数，用L10表示

寿命的单位也可用工作小时数，用Lh表示

基本额定动载荷：基本额定寿命为L10=10 转时，轴承所能承受的最大载荷。

6用C表示

向心轴承 基本额定动载荷→径向载荷→径向额定动载荷Cr 推力轴承 基本额定动载荷→轴向载荷→轴向额定动载荷Ca 当量动载荷

轴承受径向和轴向载荷的联合作用，转化为等效的当量动载荷P ⑴、对于只承受线径向载荷的向心轴承 2)对于只承受纯轴向载荷的推力轴承

3）对于同时承受径向载荷和轴向载荷的深沟球轴承和角接触轴承

3、滚动轴承寿命的计算 实验—→寿命的计算式

4、向心角接触轴承轴向载荷的计算 1）向心角接触轴承的内部轴向力

向心角接触轴承（3类、7类）—→受径向力—→产生内部轴向力S S的方向：外圈的宽边指向窄边 S的大小：由表15-13确定

问题：如何考虑外载荷Ka 和S的共同作用 2）向心角接触轴承的轴向载荷计算 安装：两个轴承成对使用对称安装 正装：外圈窄边相对（面对面）反装：外圈窄边相背（背对背）计算时应同时考虑S和Ka 的共同作用 计算向心角接触轴承向载荷Fa 的步骤 1）确定S的方向和大小

2）根据S1+ S2+Ka 的指向，确定压紧与放松的轴承 正装：轴向合力指向的一端为紧端 反装：轴向合力指向的一端为松端 3）确定轴承所收的总轴向力 松端——仅为其内部轴向力，紧端——除去本力的内部轴向力后其余各轴向力的代数和，15.4.4滚动轴承的静强度计算

n＜10r/min 静应力作用，主要失效形式是塑性变形，以不发生塑性变形为准则的静强度计算 基本额定静载荷：承受最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时的载荷，调心球轴承：4600MPa、其它球轴承：4200MPa、所有滚子轴承400MPa 向心轴承——径向额定静载荷 推力轴承——轴向额定载荷 当量静载荷 静强度计算

15．5 滚动轴承的组合设计 15．5．1轴承内外圈的轴向固定方法 15．5．2轴承组的轴向固定

1、两端固定

2、一端固定

一端游动 15．5．3轴承组合的轴向调整

1、轴承间隙的调整

1）调整垫片2）调整环3）调节螺钉

2、轴承组合的轴向调整 15．5．4滚动轴承的预紧

预紧：受载前，受到轴向压紧力作用 目的：提高轴承的刚度和旋转精度 方法:磨窄内圈（用于反装）

磨窄外圈（用于正装）15．5．5滚动轴承的配合与装拆

1、滚动轴承的配合

内圈与轴颈—→采用基孔制—→过盈的过度配合 外圈与轴承座孔—→采用基轴制

2、滚动轴承的装拆 安装、冷压装、热装法 拆卸

轴上定位轴肩的高度应小于轴承内圈高度 15．5．6滚动轴承的润滑与密封 1.、滚动轴承的润滑 润滑剂：润滑脂、润滑油 润滑剂的选择：按dn值选择

小：选用脂润滑

特点：易于密封、承载能力高

大：选用油润滑

特点：摩擦因数小，润滑可靠，有散热和清洗的作用。方式：

油浴润滑：适用中、低速的轴承 飞溅润滑：闭式齿轮传动的主要润滑方式

喷油润滑：适用于转速高、载荷大，要求润滑可靠的轴承 油雾润滑：适用于高速、高温的轴承

2、密封

作用：避免润滑剂的流失，防止灰尘进入 方式：接触式、外接触式

第16章

联轴器、离合器和制动器 16．1 概述

联轴器和离合器的作用：主要用来联接轴与轴，以传递运动和转矩，有时也可用作安全装置。

联轴器和离合器的区别：联轴器在机器运转时使两轴不能分离，只有在机器停止转动并将其拆开后，两轴才能分离；离合器在机器运转过程中，可使两轴随时接合与分离。

制动器的功用：使机器迅速停止运转，也可以用来减低或调整机器运转的速度。联轴器、离合器、制动器已标准化 16．2 联轴器

两轴相对位置的偏移：轴向、径向、偏角 联轴器的分类：刚性联轴器、弹性联轴器 刚性联轴器：

固定式刚性联轴器：不能补偿两轴间的相对位移 移动式刚性联轴器：能补偿两轴间的相对位移

弹性联轴器：利用弹性元件的变形来补偿相对位移，还具有吸振和缓冲的能力。16．2．1固定式刚性联轴器

套筒联轴器：结构简单，径向尺寸小，被联接的两轴能严格地同步转动，有安全保护的作用；拆装不方便。凸缘联轴器：结构简单，能传递较大的转矩，对中精确可靠；不能吸振和缓冲，不能消除连轴之间的安装误差。16．2．2可移式刚性联轴器

1、滑块联轴器：可补偿安装和运转时两轴间的位移。

2、齿轮联轴器：具有径向、轴向和角度位移补偿的功能，位移补偿能力强；结构复杂、笨重，制造成本高。

3、万向联轴器：允许两轴间有较大的夹角。

16．2．3弹性联轴器

1、弹性套柱销联轴器：结构简单，装拆方便，易于制造；寿命较短。

2、弹性柱销联轴器：结构简单，装拆方便，寿命长，具有一定的吸振和缓冲的能力。

3、轮胎式联轴器：具有良好的吸振和缓冲的能力，能有效地降低动载荷。16．3 离合器

根据工作原理：啮合式、摩擦式

要求：接合平移，分离迅速而彻底，操纵方便省力，工作可靠，调整维修方便，耐磨性和散热性能好。牙嵌式离合器 摩擦式离合器 电磁粉末离合器 超越离合器

16．4 联轴器和离合器的选用 联轴器、离合器——标准化、系列化

根据机械的工作要求（同心条件、载荷、速度、安装、维修、使用、外形等），选择类型，再按直径、转速和计算转矩选择型号和尺寸，必要时进行强度校核。16．4．1类型选择

低速、重载、要求对中的大刚性轴—→刚性联轴器（如凸缘联轴器）

低速、刚性小、有偏斜的轴—→可移式刚性联轴器或弹性联轴器（如滑块联轴器、齿轮联轴器或弹性套柱销联轴器）高速、变载，启动频繁的轴—→有缓冲及减振能力的弹性联轴器

2、低速、重载、要求对中—→牙嵌式离合器

低速、刚性小、有偏移的轴—→摩擦式离合器 高速、变载、启动频繁的轴，双向传动—→摩擦离合器

高速、变载、启动频繁的轴，单向传动—→超越离合器 16．4．2型号和尺寸选择

机械能教案教学设计 篇6

新学期已到来，我们又要投入到紧张、繁忙而有序地教育教学工作中，使自己今后的教学工作中能有效地、有序地贯彻新的教育精神，围绕我校新学期的工作计划要求制定八年级上册物理第一章教学计划：

教学目标

1、知识与技能

(1)知道机械运动的概念;

(2)知道参照物的概念，知道判断物体的运动情况时需要选定参照物;

(3)知道物体的运动和静止是相对的;

2、过程与方法(1)体验物体运动和静止的相对性;(2)在观察现象、研究物体运动的相对性过程中，培养学生的分析和归纳能力。

3、情感态度与价值观认识运动是宇宙中的普遍现象。

教学重点

1、机械运动的概念

2、研究物体运动的相对性教学难点

1、参照物的概念

2、认识物体运动的相对性

3、用实例解释机械运动。

教学过程

一、新课引入说到运动，我们并不陌生，我们周围的一切物体都在以不同的方式运动着，没有运动，就没有世界，没有运动，也就没有我们。下面这段录像是我在我们家的阳台上拍下来的一段公路上的情景，请大家一起来欣赏一下：在这段录像中。树木、地面动?今天这节课我们就来学习第一章常见的运动中的第一节机械运动

二、新课教学

(一)机械运动

1、提出问题：在刚才我们观看的录像中：有运动的汽车、行驶的自行车、步行的行人，有静止的楼房、树木、地面是运动的?如何判断楼房、有运动的汽车、,如何判断一个物体是运动的还是静止的?怎样描述物体的运树木、建立辩证唯物主义世界观。(放录像资料)步行的行人，有静止的楼房、,你是如何判断汽车、自行车、人运动和静止是相对的，行驶的自行车、地面是静止的?运动的物体有什么特点?静止的物体有什么特点?

2、总结归纳：在物理学里，我们把一个物体相对于另一个物体位置的变化叫做机械运动(板书)。

(二)参照物

1、平常我们观察物体是否运动时是相对于什么物体而言的呢? 请同学们观察课件：(1)小孩在公路上跑步。(2)飞机在空中飞行(3)汽车在公路上行驶(4)小船在河水中行驶小结：我们判断上述物体的运动时，它们是运动的

2、当我们座在行驶的汽车里，观看车外的景物时，会有什么感觉?(1)请同学们继续观看录像，(2)同学们在乘车的时候是否也观察到过同样的现象呢?(3)为什么树会往后退呢?小结：座在行驶的汽车里，改变。所以观察者认为树往后退。

3、请同学们观察一幅图片，思考问题：

(1)图片：

(2)问题：小明在路边看见路上汽车飞快的从他面前驶过，车上的司机看乘客觉得他不动，看小明，却觉得小明在身后运动。司机为什么会这样感觉呢?

(3)学生回忆类似的场景：觉得它们都在向后退。再看看同车的乘客都觉得他们没有动，感觉呢?

小结：要描述物体的运动，要确定一个标准，与这个标准比较，描述物体怎样运动。这个被选作标准的物体人们把它叫做参照物。

4、请同学们看课件，判断物体的运动状态，并指明所选择的参照物是什么?(1)汽车在公路上的运动(2)两个小孩跑步(3)在河中行驶的小船

所以景物相对于观察者的位置发生了 看路边同方向行驶的自行车，为什么会有这样的(板书)是它们相对于地面的位置发生了改变，这段录像是我乘校车回密云的途中拍下来的一段。观看车外的景物时，乘坐在公共汽车上时。

(4)加油机在空中给受油机加油

5、请同学们观看初中物理上的视频资源《运动的描述、参照物》 小结：关于参照物，必须弄清楚以下四个问题：

(1)我们说一个物体运动还是静止的，首先要确定以哪个物体为参照物。

(2)参照物只是被选做标准的物体，既可以是运动的物体，也可以是静止的物体。

(3)不同的物体做参照物，判断的结果可能是不同的

(4)描述某个物体的运动情况时，不能以这个被描述的物体为参照物。

(5)观察者描述某个物体的运动时，可以以观察者自己为参照物。

(6)研究地面上物体的运动，一般以地面或地面上不动的物体为参照物。(三)判断物体运动和静止的方法：

1、确定参照物

2、确定研究对象

3、判断研究对象和参照物之间的相对位置是否发生改变。

(1)研究对象和参照物之间的相对位置发生改变，则研究对象是运动的

(2)研究对象和参照物之间的相对位置不改变，则研究对象是静止的相对位置发生改变包括距离的改变和方位的改变两个方面。

浅析机械设计与机械制造技术 篇7

1我国机械设计技术

1.1机械设计初期计划设计

机械设计的初期计划设计分析在某种程度上与计算机软件设计分析有相似之处, 机械设计进行前, 设计人员要整理和搜集机械的有关资料, 充分了解需要设计的机械性能和功能, 依据相关资料和数据对机械设计进行初期计划设计。

1.2机械设计的设计方案

机械设计的关键是设计方案, 其直接的影响机械设计的质量和水平。在机械设计的设计方案阶段, 很多问题需要及时、有效地处理。通常应着重处理理论和实践间的矛盾问题。机械设计的设计方案不仅需要符合机器本身的性能和功能需求, 还需要考虑测试人员自身的因素, 这包括测试人员对于机器开发、创新等方面的认识是否充分。设计方案的设计步骤主要有以下几点:机械运动方式、结构特点、工作原理、零件选择的正确性等。

1.3机械设计的主要技术设计

机械设计的主要技术设计时, 对于主要技术方面的要求较高。对于机械设计的主要技术设计阶段, 首先需要核对设计图纸的信息, 认真的进行图纸数据的计算、分析总图与部分图, 并对数据进行整理。其次要对机械设计的技术设计部分进行仔细审核, 确保不出现问题, 如出现问题, 则需要对各个环节进行重新检查。

1.4机械设计的技术发展方向

现代机械产品对于性能和功能的要求越来越高, 这给机械制造业中的机械设计提出更高的要求, 当前, 机械设计在科学技术的发展中起到了越来越重要的地位, 设计质量也不断提高。目前智能化已经成为现代机械产品所必须要具备的。机械产品的智能化需要使用高水平的设计软件对产品进行模拟与设计, 增强机械产品的结构和功能性, 提高设计水平。另外, 机械产品未来还需要具备系统化。现代的机械产品设计需要将产品的各个部分进行系统的有机结合, 使其功能发挥到最优的状态。现在机械产品的设计在未来还应更加模块化。模块化的优势是能够快速的将机械性能与功能进行结合, 大幅度提升产品的优势, 满足机械产品的设计方案需求。现代机械设计的未来发展方向:

1.4.1性能更优的现代机械产品。机械制造业需要设计出性能更好的产品, 这需要机械产品的设计人员对产品的性能和质量设计更加严谨。想要让机械产品的性能更加优越需要通过技术设计、防腐设计、控制设计等技术来共同实现。

1.4.2适应市场的现代机械产品的设计技术。在当前的竞争激烈的市场中, 想要在市场中占据一席之地, 需要机械产品的设计人员开发出新的技术, 改变原有机械产品的使用功能, 提高机械产品的质量。在进行设计时需要加大技术创新, 降低成本和提高智能化水平。只有不断进行技术创新, 才能维持市场的竞争力。

1.4.3现代机械产品注重节能环保的设计。当前, 节能环保已经成为企业发展的目标, 环保保护的意识越来越高, 成为当今社会发展中重要的组成部分。因此, 机械设计人员在进行设计时需要将节能环保和绿色的理念融入到机械产品的设计中去。

2我国机械制造技术

2.1我国先进机械制造技术的特点

目前我国的科学技术不断发展, 机械制造技术在机械制造中起到了决定的作用, 应用于各行各业, 技术与设备的更新需要在原有技术的基础上, 应用先进的技术进行改进和创新, 满足市场越来越高的要求。另外, 先进的机械制造技术对于机械产品的性能和功能提升上有较大的影响。目前我国在工业生产中应用先进的技术, 已取得较大的进步, 极大的提高了生产效率, 对机械制造的技术进行不断的创新, 开拓了市场。最后, 先进的机械制造技术还具有系统性技术综合的特点, 对于机械制造的范围进行扩展, 优化产品及后续生产加工的工序。

2.2我国机械制造技术的发展方向

我国的机械制造技术未来的发展方向有以下三点:

2.2.1机械制造的管理。我国机械制造技术发展的未来方向是严格规范计算机管理制度, 所以计算机管理的加强, 能有促进我国机械制造业的和机械制造技术的发展。

2.2.2机械制造的设计。现在的机械产品设计注重智能化设计, 例如应用各种软件及模拟技术对机械产品进行设计, 有效的提高了产品的性能和结构。

2.2.3机械制造的工艺分析。我国机械制造技术和机械制造工艺向高精密加工和精细加工方向发展。

结束语

总之, 在机械制造、机械设计和机械制造技术三者密切联系, 相关影响, 为机械制造业的发展提供强大的推动作用, 依据两者的特点来说, 机械设计水平对机械制造技术水平影响较大, 机械制造的基础是机械设计, 为机械产品的质量提供保障, 促进机械制造的发展。机械设计和制造技术决定了制造业的未来发展, 有效的促进科技进步。当前我国市场发展形式和科技的发展水平上来说, 对于机械设计和机械制造的发展前景十分广阔, 所以需要在机械设计中, 确保机械制造的质量, 提高机械产品的性能。

摘要：目前, 我国经济高速发展, 科学技术不断提高, 对于机械制造业是一个重大的发展时机。在机械制造业中, 机械设计与机械制造技术之间密不可分, 同时为机械制造业的发展提供巨大的推动作用, 机械设计水平好坏与否直接影响机械制造技术, 而机械设计又要以机械制造技术为基础, 才能更好保证机械产品的质量。机械制造业发展的关键在于, 机械设计和制造技术, 能够创造巨大的经济利益并带动科技的发展。

关键词：机械设计,机械制造,发展

参考文献

[1]辛长德.数控技术在机械制造中应用及发展[J].科技创新与应用, 2012 (8) .

[2]邰金华.机械设计工程数据类型及其管理技术分析[J].锻压装备与制造技术, 2010 (6) .

[3]陈静.机械设计技术的发展现状与趋势[J].中国石油和化工标准与质量, 2011 (1) .

机械能教案教学设计 篇8

【中图分类号】G633.7 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2016）38-0077-02

【作者简介】王俊鹏，江苏省泰州中学（江苏泰州，225300）副校长，正高级教师，江苏省特级教师。

一、教学实录

1.创设情境。

（上课前先播放壶口瀑布壮丽景象的视频）

师：（定格视频）请大家注意观察，本来平缓的水流何以能够飞流直下，汹涌澎湃？

生：水流从高处落下，重力做功，根据前面学过的动能定理，知道其动能增大。

（说明：这里要求学生进行观察，用物理知识和语言表述自然界的现象，在情境中复习了以往所学的知识。）

2.引入模型，提出猜想。

如图1，把摆球拉起一个高度后释放。

师：在摆动过程中，有什么现象？

生：小球向下摆动时，高度（重力势能）减小，速度（动能）增大。向上摆动时，则相反。

在铁架台上水平搁置一根直尺，让小球从直尺同高度处释放。

师：小球来回摆动，看到什么现象？

生：好像小球还能回到原来的释放高度。

师：小球势能减小时，动能增大；势能增大时，动能减小。似乎应该有什么关系……

生：可能其和不变。

师：如果要来探究你的假设正确与否，我们需要做些什么？

生：做实验。选择两个不同的状态来测定小球的势能和动能。

师：选择哪两个状态有要求吗？怎么测定势能和动能？

生：理论上讲没有要求，摆动过程中任意两个状态都可以比较。但为了简便起见，可以选择摆球释放点和摆动的最低点两个特殊位置。通过测高度可以计算出势能。要计算动能，可以测定小球的速度……

师：小球速度怎么测量？以前学习过的哪些知识能够解决这一问题的？

生：用打点计时器和纸带。（摇头，似乎不行！）

（也有人提出用光电门来做）

师：无论是打点计时器还是光电门来测定小球的速度，我们是直接测量速度这一状态量的吗？

生：不是。都是测出距离和时间而间接测量的。

师：对！采用了转换的思想方法。是用过程量（距离、时间）来表达状态量（速度）的。而且在光电门实验中，还用微小时间内的平均速度来近似表示其瞬时速度。如果没有光电门，有没有简便的办法？如果到达最低点时，绳子正好断了，会怎么啦？

生：以最低点的水平速度作为初速度平抛运动。测出其平抛的高度h和水平距离s就能测出速度v。

引导学生设计出在铁架台上小球摆动的最低点安放小刀片，当摆球摆到最低点时把绳子割断，小球平抛出去，落在桌面上的复写纸上。

（说明：这里采用的模型是经过简化的，在学生探究这个模型时，教师可逐步引导学生采用迁移、类比的思想方法来得出测量方式。在这一过程中，学生相互探讨、互动合作，体现了合作交流的人文精神。）

3.实验探究。

引导学生设计实验并小组合作完成各项实验步骤，记录数据表格时，可改变小球释放的高度，多做几次。教师做好引导、释疑和点拨。

4.理论分析。

师：同学们，我们要注意，上面完成了实验，但仅有实验的结果是不够完备的，还应该从理论上进行严密的推导分析。

如图2，质量为m的物体平抛后在高度h1时速度大小为v1，到达高度h2速度大小为v2，请利用学过的知识来推导其物理量的关系。

学生用动能定理分析，验证了实验的结果（机械能守恒）。

师：从本例中，可以分析出守恒的条件是什么？

生：只受到重力作用。

师：前面做实验的摆球也是符合这个条件吗？

生：不是。小球除了受到重力，还受到绳子的拉力。但是拉力不做功。

师：那守恒条件修正为——只有重力做功。

接着，可以观看撑竿跳高的视频，分析其中机械能的变化（动能、重力势能、弹性势能之间的转化），引导学生进一步修正机械能守恒的条件为：只有重力和弹力做功。写出机械能守恒的表达形式。

（说明：理论与实验是物理学的两大基石，在有实验结果的基础上，也一定要用数学工具进行理论推导分析，这样一来可以强化学生思维的严密性，二来可以在推导的过程中强化学生对物理公式的运用。）

5.应用与总结。

学生分析解决给出的例题（具体过程略），教师讲析步骤、方法和注意点。

强调本节课的知识重点：机械能守恒定律的内容、适用条件、表达形式。

物理思想：守恒的思想，转换的思想。

研究方法：情境—问题—猜想—实验—理论分析—完善；间接测量的方法（用过程量来替代状态量）。

二、教学反思

这是我的一节常态课，整节课中，学生的实验探究质量和整个教与学过程是有效且高效的。上课开始时播放的视频，气势宏大，给学生以震撼，达到了激发学生的学习积极性，启动心智的作用和目的。在学生对新课的学习形成了一种急切的期盼、关注的心理之后，我紧扣本节课的教学目标，设计并提炼了符合学生水平的一连串问题，最终让教学水到渠成得出规律。除了以上几点外，我还注意课堂中教师准确的角色定位，时刻关注学生的主体地位，绝不越俎代庖，在教学中也合理利用了现代教育技术等等。

另外，本节课通过问题串的呈现，把科学方法巧妙地融入其中，让学生感受到无论是物理现象的观察、物理数据的测量、物理模型的抽象、物理概念的形成、物理规律的获得、物理理论的建立，还是提出问题、分析问题、解决问题，都离不开逻辑思维方法，而且在讲授过程中，我注意引导学生分析或者明确告知我们采用的思维方法，注意有意识地、明明白白地训练学生的思维方法，培养思维能力。

最后本节课的探究活动是在教师组织和引导下的小团队合作活动，团队精神、民主作风、合作意识和百家争鸣都是科学活动中人文精神的组成部分。实验活动中时刻提醒学生进行实事求是的数据记录，这种态度就是要教会学生追求科学的“真”。陶行知说：“真教育是心心相印的活动。”所以师生互动在本质上就是在教育情境中师生之间人格的相遇、精神的交往、心灵的理解。在“机械能守恒定律”的教学过程中，我通过各种手段，把学生推到主动学习的位置，让学生由生疑、质疑，再到思疑、解疑，通过自我发展主动建构起知识的体系，全过程自始至终都注意人文精神的渗透与教育培养。