二维设计基础教案（通用4篇）
使用教材：《二维设计基础》
主编：王雪青 出版社：上海人民美术出版社 出版（修订）时间：05年7月
专业班级：09级艺术设计2班
授课时数：总72 课时；理论：24 课时；实践：48 课时；
授课教师：严明喜
授课时间：2011年至2012学第二学期
主要参考文献：《二维设计基础》 上海人民出版社 王雪青
《平面构成》 西南师范大学出版社 夏镜湖 《平面设计原理》 上海人民美术出版社 黄文利
《构成基础》 辽宁美术出版社 唐泓 课 题：二维设计基础概论
目的要求：了解平面构成的目的与作用
熟悉平面构成的基本要素。
教学重点：二维设计基础的概念 教学难点：“构成”的含义 教学课时：共 4 课时
教学方法：讲授法、讨论法、对比法 教学内容与步骤：
教学前准备:每个学生准备一本A4文件夹,收集和整理成册。
一、组织教学，导入新课
二维设计基础是现代设计基础的一个重要组成部分.指将即有的形态(包括具象形态和抽象形态――点、线、面、体)在二维的平面内，按照一定的秩序和法则进行分解、组合，从而构成理想的训练方法。（平面构成是视觉元素在二次元的平面上，按照美的视觉效果，力学的原理，进行编排和组合，它是以理性和逻辑推理来创造形象﹑研究形象与形象之间的排列的方法,是理性与感性相结合的产物。）
二维设计基础是一种理性的艺术活动，它在强调形态之间的比例、平衡、对比、节奏、律动、推移等的同时，又要讲究图形给人的视觉引导作用。平面构成在于探求二度空间世界的视觉文法，形象之建立，骨骼之组织、各种元素之构成规律与规律之突破，造成既严谨又有无穷律动变化的装饰构图。
二、具体讲授
1、二维的定义: 一维:长度__线形； 二维:长度和宽度__面形； 三维:长度,宽度与高度__体积或空间感；
2、“构成”的含义:（1）、何谓“构成”
在字典中的解释是:构造,解构,重构,组合之意.所谓构成就是指一种造型概念，也是现代造型设计的用语。将不同形态的几个以上的单元（包括不同材料）重新组合成为一个新的单元，并赋予视觉化、力学的概念。（2）、平面构成的含义：
平面构成是现代设计基础的一个重要组成部分，指将两种以上的不同基本形(包括具象形和抽象形——点、线、面)在二维的平面内，按照一定的规则进行分解、组合，从而构成理想形态的组合形式。（3）、由绘画发展而衍生出来的 “构成”
a.古典主义:以写实手法再现对象。
文艺复兴三杰之一的达.芬奇作于1503_1506的<蒙娜丽莎>,卢浮宫博物馆藏.画中人物富于实体感的血肉之躯和神秘的淡远背景融合在一起.b.印象主义:离开画室,以写生的方式捕捉物象,在创作中赋予光色表现更多的优先权,将色彩从形体的束缚中解放出来.代表人物有塞尚,雷诺阿·塞尚《圣维克图瓦山》把一切自然物体简化为某种基本的形状：立方体（房屋），锥体（山体），圆柱体（树干），预示着立体主义的原则。
c.立体主义：20世纪初，在塞尚的思想与原始民族艺术的引发下产生的一种否定透视画法，以立体为基础表现手段的艺术运动。主要特征是打散形体，再按照几何图形将他们重新组合于画面上，这个时期被称为“分析立体主义”代表人物是毕加索和勃拉克。还有费尔南德.莱热（Fernand Leger 1881-1955)和罗贝尔.德劳内（Robert Delaunay,1885-1941)。莱热关心工艺技术方面的东西（机器），现代建筑，电影，戏剧和广告艺术。认为机器不仅从审美上讲的是人的最成功的创造，也是最有意义的创造。他的人体被简化为机器般的圆管形状。这种分格被称为“机械立体主义”。
d.构成主义：用长方形、圆形、直线等构成半抽象或抽象型的画面或雕塑，注重形态与空间之间的影响。《绘画浮雕》，塔特林作，1914—17年，木板上金属及皮革，63x53厘米。塔特林悉心实验的一个典型。这些真实的物体被安排在真实的空间里。每种材料都清晰地显示着各自的质感。它们组合在一起，彼此呼应和联系，产生节奏和意味，构成了一个与客观自然毫无瓜葛的独立的艺术世界。在此，塔特林以其全新的语言，创造出空间中形体的新秩序。
马列维奇是第一位创作纯粹几何图形的抽象画家，长久以来艺术一直支离破碎地与诸多非艺术因素交织混杂在一起，而无法获得真正的纯粹造型。他把绘画从一切多余的及完全不相干的杂质中解放出来，在画中寻找一种最朴素的元素，这一元素就是这个黑色的方块。“我们所钟爱的一切都失去了。我们面前，除了一个白底上的黑方块以外一无所有!”方块：感情，白底：超越此感情的空间。
f.风格派： 风格派的四点特征：（1）风格派追求艺术的“抽象和简化”，纯粹抽象，艺术完全消除与任何自然物体的联系。艺术家们共同关心的问题是：简化物象直至本身的艺术元素；（2）研究基本元素的组合，达到形式美的变化与统一；（3）艺术家对非对称性设计进行深入的研究和运用；（4）造型上，反复运用几何结构；色彩上，重视基本原色和中性色（黑、白、灰）。
《海堤与海·构成十号》，1915年，布上油画，荷兰奥杜罗，库拉穆勒美术馆藏。海面重复的波浪，以及波光的闪烁变化，被提炼为诸多由水平和垂直的短线交叉而成的十字形。这些十字形，朝着上下左右四方连续地排列。线的长短不一呈现出线状图形的充满节奏的颤动。
粗重的黑色线条控制着七个大小不同的矩形，形成非常简洁的结构。画面主导是右上方那块鲜亮的红色，面积巨大，饱和度高。左下方的一小块蓝色、右下方的一点点黄色与四块灰白色有效配合，牢牢控制住红色正方形在画面上的平衡。“借由绘画的基本元素：直线和直角(水平与垂直)、三原色(红黄蓝)和三个中性色(黑、白、灰)，这些有限的图案意义与抽象相互结合，象征构成自然的力量和自然本身。”
e.包豪斯学校和它的教育
把纯抽象传统的影响真正扩大并规范化，在包豪斯学校得到实现和发展。
3、构成作品控制__形式美法则 和谐——美感的基础
作品的形式美的法则：符合美的规律的形式语言，构成程式。变化与统一，对比与调和法则
变化：是指事物产生新的状况，在造型领域中，我们认为出现原有的形象发生改变就是变化。
对比：是让造型产生变化的基本手段。
对比的方式：色彩对比，形态对比，材质对比等等。
统一：是变化的对立面，是事物呈现共同性的结果，是一种和谐的状态。调和：是让造型产生统一感的基本处理手法之一。
造型中的调和是指造型各要素在组织结合时，无论整体与局部，还是部分与部分之间都能相互协调，取得和谐的美感。取得统一的方法：单纯法、近似法
节奏与韵律法则
节奏：形态诸要素的规律性的重复，韵律是形态结构中同一要素随着节奏有规律性的重复呈现形成的一种章法。
韵律：一定的形式要素有规则地连续并规律性地发展变化。节奏和韵律有机结合配合能产生形式美。
秩序法则：秩序是指一种整齐而有条理的状况。“秩”侧重于有条理，不混乱；“序”侧重于有先后，不颠倒之意。在造型中强调作品在视觉上的秩序感。秩序的类型有不规则的秩序和规则的秩序等。
均衡法则：均衡又称平衡。指平面形或立体形中视觉中心的上下左右前后取得面积，色彩，重量等量上的大体平衡状态。也就是说，当均衡中心两边的视觉趣味中心的分量是相当的时候，就取得均衡。
趣味中心可以根据设计者意图来安排，通过有意识加强某一个部分的视觉效果，使其在整体形式中形成“焦点”。
强调趣味中心的几种方式：
夸张：将形态的主体特征加强，夸大，使其成为形式的主体．
引导：通过有意的安排，引导视线逐渐转移到重要的焦点上，形成强调的效果．
特异：让主体处于周围造型关系比较单一的环境中，形成一种不同于其他的视觉效果（形态上特别不同，色彩上和周围特别不同等），从而吸引视线。如图。
三、上届学生作业讲解，幻灯片演示
四、小结
二维设计基础是一门研究形象在二度空间里的变化构成的科学，是探求二度空间的视觉规律、形象的建立、骨格的组织、各种元素的构成规律，造成既严谨又有无穷律动变化的装饰构图。
构成是一种造型概念，也是现代造型设计用语，其含义即将多个单元重新组合成一个新的单元，并赋予视觉化的力学概念。平面构成就是将不同的基本形按照一定的规则在平面上组合成图案。课 题：图形与肌理
目的要求：强调眼、手、脑的结合，尝试用拓印、磨印、实物或绘画出肌理效果等不同方法，把各种凹凸不平材料的肌理效果表现出来，力求完成数件有趣的艺术作品。
培养学生感受美、创造美的兴趣，增强学生热爱大自然美的情感。教学重点：从观察、触摸到动手表现，充分感受不同质地材料的肌理美。教学难点：用不同的方法表现不同的肌理美，更能创造出漂亮的肌理美。教学课时：共 8 课时
教学方法：讲授法、实验法、作业法、讨论法、对比法 教学内容与步骤：
一、材料准备
1、搜集各类凹凸不平的、不同质地的材料
2、制作好的磨印、拓印画面
3、用于表现肌理的绘画工具
二、复习前课内容，导入新课
1、触摸实物
（有几件东西在没有让它们亮相之前，我想让几位同学来用手触摸一下，你有什么感觉呢？）这几件实物分别是：草、树叶、鞋底、布、海螺、表面光滑不同的金属等。
2、说说触摸的感觉，导出肌理概念
（这些物体中，有的表面是光滑的，有的是凹凸不平的。）
（这些凹凸不平的物体中，物体本身就有一种漂亮的纹理，出示海螺，看！上面漂亮的圈圈螺旋纹，这就叫做肌理。）
三、具体讲授
1、工具与工具的轨迹（1）工具的种类
商店可买到的工具:铅笔,钢笔,炭笔,炭精条,色粉笔,水彩笔，颜料„„等等；
自己创造的工具:树枝,麻绳,铁丝„„等等自己发明的工具。(拓展表现区域,表现能力与表现效果)现代化工具:扫描仪,复印机,电脑,数码相机等等。表现手法:拓,印,剪贴,吹,刻,喷等等。（2）图形与肌理
对与一个图形来说,有两个方面的因素十分重要。
A、图形：即它的形状构成特征,也就是图形的点、线、面的成形关系与状况； B、肌理：或者说是材料,质地对图形的反映与体现，即图形是以什么样的痕迹特征，即肌理特征呈现。
这两大因素有时相对独立，又有时相辅相成。
不同的表现手法，可以使同一工具得到不同的表现效果，同样的表现手法，使用不同的工具，表现的可能性更大。
四、实训指导：
1、出示树叶，感受它的肌理
指导学生观察树叶的纹理，用手触摸它的叶脉。（树叶上细细密密的叶脉就象张蜘蛛网一样，有意思！）
提问学生：漂亮的事物把它表现在画面上才好，怎么表现呢？
2、讨论拓印、磨印的方法
（可以照着画下来，那就是写生。）再进一步提问：如果要把纹理一模一样地表现出来呢？有没有更简单的方法？结合磨印、拓印的画面，使学生开始对肌理的表现有种认识，让学生结合学过的知识说说磨印、拓印的方法。（磨印是把纸覆盖于物体表面，用硬质的绘画工具在上面来回磨出来的效果。拓印是把物体的表面涂上颜料，然后盖印在纸上的效果）。让学生当场分别用磨印和拓印对鞋底肌理进行认识，并熟悉磨印和拓印的定义。
3、说说特别的肌理
（大自然孕育了这么多奇妙的万物供我们欣赏。）观察桌上的实物，再通过触摸，把你觉得好看的描述一番。（小组交流，个别提问。）如果要你们表现这肌理，你们主要表达它的哪一面？
五、小结
不同材质及肌理的选择，尝试各种方法将它们的特征表现出来，在这个过程中开拓学生对材质的认知度，不管是现成的材料或者是自然界天然的材质，都能给我们意想不到的效果与感受。
六、作业
练习1：第一个练习从了解工具开始，着重尝试不同的工具，并通过对不同的运动痕迹所得到的不同图形特征的了解，并培养在图形表现过程中控制图形与肌理的能力。
作业步骤：练习尝试不同的常规工具，并试着开发新的工具． 作业数量：8张（8 X 8 cm），裱在Ａ４纸上． 作业提示：在了解不同工具特点的同时，还应该研究对它们的不同使用方法所带来的多种可能性．（不同的握笔，落笔等带来的多种效果）
练习2：肌理是材料与质地在图形上的体现，是图形所具有的材质与“痕迹”特征。有时肌理在图形的体现中同时具有较明确的“造型形态特征”，也有时则仅仅是以“肌理”或者说“痕迹”的方式呈现出来。作业数量：12张 9×9cm 课 题：点线面的定义和构成
目的要求：了解并掌握点、线、面的定义和构成知识
掌握点、线、面的构成在设计中的应用能力
培养学生对于艺术设计的兴趣，提高学生的学习主动性
教学重点：点、线、面的定义和构成
教学难点：点、线、面的构成在设计中的应用 教学课时：共 12 课时
教学方法：问题法、讲授法、实验法、作业法、讨论法、对比法 教学内容与步骤：
一、组织教学，导入新课。
点线面的自然图片和点线面的艺术设计图片的讲授导入新课。
二、具体讲授
在现代平面设计的构成中，点、线、面是一种艺术语言，是从美学的观念形成的一种抽象的装饰语言。在具体的设计作品中，它们可能表现为文字、商标、图形等。凡是具有现代感的艺术作品无论是绘画还是设计，无论采用抽象还是具 象的手法，其整个设计画面的结构关系永远是点、线、面的各种构成形式。
点、线、面是概念的、抽象的、假定的，如果作为造型对象或素材，必须予以直观化。当其被直观化时就被称为纯粹形态．就是视觉元素。点、线、面的显著特点是相对性，是与周围视觉元素相比较而言的。最小的点与线，在放大镜下都可成为面，它本身不代表任何意义，只能从比较、对照、互衬中得出概念的形态。极细小的形象就是点，狭长的形象就是线，而形成一定量感的点、线就是面。
1、点，点的定义及构成
点的定义：是视觉元素中最小的单位。点是相对的，它是与周围的关系相比较而存在的。
点特征：圆点给人饱和、圆满的印象； 方点给人坚实、安定、稳重；
三角点给人产生尖锐感，方向感。
点的排列：为安静的、有喧闹的，有柔和的、有尖锐的
点有大小、形态、肌理效果以及组织形式不同。点的大小相对而言。用不同的工具，不同的手法进行“点”的形态造型。点的形态： 几何形态 自然形态 偶发形态。点具有表明位置的特点。在视线中具有求心的作用 a 单点
单一的点有集中或凝固视线的作用。当画面中仅有一个点时，由于它的刺激性而产生视觉的吸引力，会抓住视线自然而然集中到这一点上。单点的位置很重要．居中可以占据全部视觉空间，会有平静、集中感；偏上，有下落感和不稳定感，形成由上而下的视觉流程：偏下，画面有安定的感觉；偏右上，有视线欲飞出画面的感觉：偏左下，视线有落出画面的感觉。
b 两点
两个以上的点存在于画面中，视觉上会产生动感。当两个点大小相同时，由于两点间的张力，视线会游移在两点间，形成线的视觉流程，暗示出消极的“动线”。
c 复点
三点以上就可以称为复点。复点是形象产生的基础。点的连续会产生节奏、韵律和方向。
由“点”可以组成“线”。当有多个点时，人们的视线会自动将这些点连起来，产生虚线的意象。由“点”可以组成“面”。三点，成三角形；四点，成四边形。人们观察星座时，自动用直线连接星星，产生人们熟悉的形象。点的聚集成为面，点的数目越多，聚集越近，产生虚拟面的感觉就越强。通过点的重复、渐变排列，可以组成一种具有空间感的图案。
d 大小点 点的大小不同时，依据三维空间的视觉习惯，点由大到小，由近到远，人们的视线会首先注意大的点，然后逐渐向较小点移动，最后停留在最小的点上．再由最小的点离开画面。点的大小或配置上的疏密，还为面带来凹凸感，形成曲面、阴影及其他复杂的立体感。
e 不同形状的点
除了理想的圆点以外，点还可以是方形、角形、星形、不规则形等多种形状。任何形只要是相对的小，就有点的效果。
f 方向性的点
除圆点以外，其他的点都具有方向感的特征。点的构成：
等间距排列 点的无序排列
点的大小相同 点的基本形近似 排列灵活 点的空间排列
具有方向性同心性的构成形式 具有秩序性的空间排列
2、线，线的定义和构成
线的定义：线是点移动的轨迹，点的大小决定了线的宽窄。
线除本身特点外，还具有分割平面的特性，形成形象。（1）．单线
南于线的方向性而产生各种感觉。水平线为速度感，垂直线、斜线为下落感、上升感，曲线为运动感。（2）．双线
双线具有强化作用，细线辅助粗线。（3）．复线
重复排列的线形成面。线的疏密排列会产生明暗调子的变化。用线群进行设计时，在线的粗细、长短、明暗等条件相同情况下，间隔密集的线群前进，间隔宽松的线群则会后退，表现出强烈的远近感和立体感。（4）．长短与粗细
长短、粗细线可产生空间感，长、粗线感觉前进，短、细线感觉后退。长短线、粗细线的有序排列可以形成空间感，无序排列可以形成面的起伏感。利用线条方向的微妙变化，也能体现复杂的凹凸感和三维空间效果。（5）．曲与直
有序排列的直、曲线，可以形成凹凸面感；无序排列的直、曲线，不仅可以形成肌理感，更可以表现杂乱的心理状态。
线的构成：等间距排列、对称性、垂直平行排列、重复及等距离、线或自由曲线的构成随意性排列、同心性发射。
线的特性
直线的特性：一般从直线得到的感觉是明快、简洁、力量、通畅、有速度感和紧张感。
曲线的特性：丰满、感性、轻快、优雅、流动、柔和、跳跃、节奏感强。曲线可分为圆和圆弧形态的几何曲线，圆规画出的曲线，用手工画出的自由曲线和用曲线
规画出的曲线。
几何曲线具有现代感和准确的节奏感。自由曲线具有柔和自由感和变化的节奏感。
细线的特性：纤细、锐利、微弱、有直线的紧张感。粗线的特性：厚重、锐利、粗犷、严密中有强烈的紧张感。长线的特性：具有持续的连续性、速度性的运动感。短线的特性：具有停顿性、刺激性、较迟缓的运动感。绘图直线的特性：干净、单纯、明快、整齐。铅笔线和毛笔线的特性：自如、随意、舒展。
水平线的特性：安定、左右延续、平静、稳重、广阔、无限。
垂直线的特性：下落、上升的强烈运动力，明确、直接、紧张、干脆的印象。斜线的特性：倾斜、不安定、动势、上升下降运动感，有朝气。斜线与水平线、垂直线相比，在不安定感中表现出生动的视觉效果。线的不同方向运动在视觉上得到的印象
线在构成中，由于运动的方向不同也会给人不同的印象。左右方向流动的水平线，表现出流畅的形势和自然持续的空间。上下垂流动给人产生力学自由落体感，它和积极的上升形成对照，可产生强烈的向下降落的印象，由左向右上升的斜线，给人产生明快飞跃的一种轻松的运动感。由左向右下落的斜线，使人产生瞬间的飞快速度及动势，产生强烈的刺激感。由于焦点透视的近大远小的原理，线的疏密排列，前疏后密产生深度，前边的愈疏愈近，后边愈密愈远，这样就形成了远近空间。线的紧密排列产生的视觉印象
线如按照一定的规律等距离排列会形成色的空间并置产生出灰面的感觉。线如不同距离间隔排列，或线的粗线变化，将会产生不同的肌理效果。线的形状不同的等距离排列，将会产生凹凸效果。
线的等距离排列产生出灰面，线如断开后会形成点的视觉效果。线的组合
（1）规则的组合
在平面构成中，线为造型要素，若用粗细等同的直线平等设置组事，按照数学中固定的数列来进行构成，这一类的构成图形在造型上比较能够得到统一、有秩序、但变化较少显机械性，因而比较单调和缺少感情。
（2）不规则的组合
若用粗细长短不同的各种线条依照作者的构想意念自由的排列，这一类的构成图形，画面较活泼而富有感情，由于画时手法或者笔法不同会产生很多偶然的效果。
（3）规则和不规则的组合
按照某种固定的形式进行线的组合，在组合图形中作者加以部分变化，使其产生不同的造型方式，也就是规则和不规则的组合造型方式，使构成变得丰富而有创意。
（4）线的分割
以线为造型要素，先组合成一张具有整体感的线的组合画面，再把整体的画面上用直线或是曲线作有规律的和无规律的自由分割。有规律的分割常要用数列关系来推算，无规律的自由分割可根据作者的意念来进行分割。线的分割可分成：平行线分割，直线分割，弧线分割，垂直与水平线分割，放射状分割。
3、面，面的定义及构成
面 :是线移动轨迹的结果，面有长度和宽度。面的形态 :几何形态的面和自然形态的面 面的形态 :平面 曲面 不规则面
面是二维空间所构成的形。点的密集形成虚面，点的扩大形成实面：线的聚合形成虚面，线的封闭形成中空的面。点越密集，面的感觉越强：越稀疏，面的感觉越弱。封闭的线越细，面形的感觉越弱，粗线则会使面形感觉增强。粗细线越填满封闭线的内部空间，面形的感觉越明显。
在视觉形态中，面所占据的空间不同，则形成不同的特性。（1）．可辨性
即可辨认性，面在具有可辨性后，就称之为形或形象。依据其外轮廓的形态，可以分为规范的抽象形、具有习惯性的具象形以及偶然妙得的偶然形。（2）．大与小
大小面形组织在一起时，会有空间感、律动感、节奏感。大的面形在前为主要形象，小的面形往后为次要形象。（3）．虚与实
虚实的面与面的转折或延续，都会形成体和分割空间，并且也会产生一定的量感。虚多实少的面，量轻体薄，实多虚少的面量重体厚。虚实变化丰富而迅速的面，面转折的次数和体的数量就更多。
面的构成：面积量和方向的改变、平行等间距排列、随意排列
4、基本形相遇形成的关系
联 合 剪缺
差 叠
透叠
覆 叠
三、幻灯片播放，优秀作品欣赏
四、小结
形象在构成设计中是表达一定含义的形态构成的视觉元素。形象是有面积、形状、色彩、大小和肌理的视觉可见物。在构成中点、线、面是造型元素中最基本的形象。由于点、线、面的多种不同的形态结合和作用，就产生了多种不同的表现手法和形象。
五、作业 练习
1、点
用不同的工具，不同的手法进行“点”的形态造型。要求从点的大小、形状、肌理效果以及组织形式诸方面进行思考。作业数量：9张 作业尺寸：8×8cm
练习
2、线
用不同的工具，不同的手法进行“线”的形态造型。要求从线的粗细、线形、肌理效果以及组织形式诸方面进行思考。作业数量：9张 作业尺寸：8×8cm
练习
3、面
纸的切割与重构练习。对黑、白色方形进行一次切割、两次切割、多次切割再重组的练习，寻找新的面积、空间组织关系。作业数量：12张 作业尺寸：8×8cm
练习
4、点、线、面构成
结合前面3个练习，将点、线、面的元素构成在一个画面中，元素选择多样化，突出点、线、面的特征。
作业数量：4张 作业尺寸：12-15CM之间 课 题：骨格与基本形
目的要求：学会应用平面构成骨骼的各种形式到艺术设计中去
通过案例的讲解和学生亲自实验让学生感受到平面构成的骨骼的趣味性，提高学生对设计的兴趣
教学重点：平面构成的骨骼：重复；渐变；特异；近似；聚散等 教学难点：平面构成的骨骼在艺术创作中的应用 教学课时：共 12 课时
教学方法：问题法、讲授法、实验法、作业法、讨论法、对比法 教学内容与步骤：
一、复习前课内容，导入新课
上节课我们学过了平面构成的基本三元素_点、线、面。世界万物都由它们组成。它们展现给世人是同样的姿态，但是我们作为艺术创作者是不是应该发现它们的艺术价值，或将它们进行艺术处理，转变成一个个优秀的艺术作品呢？这里就存在着如何转变它们为艺术作品的问题？也就是我们今天要教给大家的。希望大家能够认真学习此课。对于我们今后的艺术创作作用很大。
二、具体讲授
1、骨骼的概念:一切使形有秩序的编排或感觉上经过刻意的编排,这就是骨骼的本能,而形式上像如建筑楼宇中的钢筋骨架,音乐的五线谱等。
自然界也有骨骼的存在，如鱼鳞、树的树叶与树枝的编排、人体的骨骼等。而画家和设计家将形在画面中的各种编排，是有一定的限制或管辖的方式，这种方式或限制，就是骨骼。
平面构成中，骨格是支撑构成形象的最基本的组合形式，使形象有秩序地经过人为的构想，排列出各种宽窄不同的框架空间，把基本形输入到设定的骨格中以各种不同的编排来构成设计，骨格既起到编排形象和管辖形象的空间作用。
2、骨格的分类 骨格分为有规律性和非规律性骨格。
规律性骨格：是以严谨数学方式构成的。基本形依骨格排列，具有强烈的秩序感。如重复骨格、渐变骨格、发射骨格。规律性骨格有水平线和垂直线两个主要元素。若将骨格线在其阔窄、方向或线质上加以变化，可以得出各种不同的骨格排列形状。
非规律性骨格：没有一定的规律，是由规律性骨格随意和自由地衍变而成，随作者在一定的平面框架内进行划分，因此它具有极大的任意和自由性。
3、基本形
概念：（在平面设计中借以表达意图的视觉元素，它是表达构成意图的主要手段，是构成设计的基本单位。）设计由一组重复的或彼此有关联的“形”构成，这些形称之为基本形。基本形由一组相同或相似的形象组成，在构成内部起到统一的作用。基本形设计以简为宜。基本形有助于设计的内在统一，在构成中占有举足轻重的地位。包括点、线、面。基本形的形状、大小、色彩和机理受方向、位置、空间和重心的制约。
基本形之间的关系：在基本形与基本形相遇时，就会产生各种不同的关系供设计者选择，创造出更多的形象。
（1）、分离：形和形保持一定的距离而不接触，呈现出各自的图形。（2）、接触：形和形的边缘恰好相切。
（3）、覆叠：一个形象覆叠在另一个形象上，覆盖在上面的形象不变，而被覆叠的形象就有所变化，覆叠的位置不同也就产生出不同的形象，并产生上与下、前与后的空间关系。
（4）、透叠：形象与形象相互交错重叠，交错重叠部分为交叠；重叠部分具有透明性，不掩盖形象的轮廓也不定分出前后或者上下的空间关系。
（5）、差叠：两个形象相互交叠，交叠部分成为新的形象，其余部分被减去。（6）、减缺：形象与形象相互重叠，覆盖产生了前后上下关系，保留覆盖在上面的形象，后面被上面覆盖所留下的剩余形象为减缺的新形象。
（7）、联合：形象与形象交错重叠，不分前后上下关系，而把两个形象联合起来成为同一个空间平面内的较大的新的形象。
（8）、重合：两个相同的形象，不相互交错，其中一个覆盖在另一个上，成为合二为一，完全重合的形象。
4、平面构成的方法
（1）重复
概念：在同一设计中，相同的形象出现两次或两次以上，称为重复构成。类型
A.骨骼的重复：骨骼的单元,形状,大小方向等是相同的,最基本的骨骼是有两个元素所组成的。水平线加垂直线构成所有骨骼变化步骤.我们将构成骨骼的主要两元素加以变化其宽窄,方向,线质,就可求到各种不同的骨骼形状。
B.基本形的重复：在构成中使用同一基本形的构成图面称为基本形重复。形状的重复 大小的重复 色彩的重复 肌理的重复 方向的重复（2）渐变
概念：一种规律性很强有顺序，有节奏的由远及近，由大及小，由浓及淡的变化一切生物的生长与灭亡，皆在渐变的过程中产生，一个婴儿的长成、太阳由东至西、车辆由远及近等，无一不有渐变感，因此渐变的手法很易取得观者的兴趣与接受。以下就构成各种渐变画面的方法，分类讲解：
A.空间渐变：利用基本形在画面骨骼中、格内的变化； ①方向：若基本形本身具有方向时，则以渐变方向作编排。②位置：利用基本形在格内可陪割除的关系。③前后：即利用前者大，后者小的渐变编排。
④正侧：利用物体在空中改变角度时所产生的透视变化作各种渐变交替。⑤轻重利用填色的变动，深色者为重，浅色者为轻，作渐变编排。B.形状渐变: ①利用前面讲到的增减构成
②位移：利用基本形的分裂或再迁移。③消长：利用自然生长或消失作形状渐变。
渐变所以为人容易接受，它具备以下各种好处，画面中形与形的变动自然，可以将各种不同的形安排在同一画面中，或画面中的形有很大的形状方面的距离，也不会觉得有不相应不调和，因为被渐变的因素连系。假如在将来的设计中，遇到有两个互有形状距离的形须放在同一画面中，我们可采取渐变方法，使得自然协调，美化而令人接受，设计渐变的基本形时，要点是：
a.基本形始与终的形状； b.大小比例与数目； c.渐变的方法及程序处理；
d.部分渐变效果及整个画面的渐变效果。
类型：形状的渐变、方向的渐变、位置的渐变、大小的渐变、色彩的渐变、骨骼的渐变。
从两个单元构成，水平和垂直线，如果将骨骼的单元，产生逐渐的规律性的顺序的变动就构成了渐变骨骼。以下我们试用各种方法求出渐变骨骼的变化可能性来。
A．以骨骼的空间宽窄渐变构成（单元）
疏与密在空间的编排中，密的部分必较少，与疏的部分成宾主。而以密的部分成宾体及焦点，焦点部分即密的部分，位置可变动。单元宽窄渐变的一组线是等距离的，而另一组线产生宽窄渐变，若密集部分的位置迁移可有不同效果，及线的疏密程度比例不同则有不同的效果。
若将线的方向，线质改变可获其它变化效果。
B．双元渐变，横线与直线同时产生宽窄变化，其画面比单元变化复杂。C．分条（单元）渐变将其中的单元线不作连续。D．等级渐变
E．正负渐变：将骨骼线之粗度扩大而成面的感觉，有面感觉的线可作基本形使用，即无须再加基本形。
渐变骨骼的疏密编排能引致视觉的特殊效果，如错觉、空间运动的刺激感我们讨论渐变骨骼与基本形的关系。骨骼有无作用性与用作用性，其基本形编排亦有不同。渐变骨骼与基本形：
有作用性骨骼将基本形越形割除。
无作用性骨骼，基本形放在轴心上，成为基本形互相重叠而重叠程度亦成渐变。加上基本形位置渐变加上基本形大小渐变，也可加上形状渐变，方向渐变等。
（3）近似
概念：在形状、大小、色彩、肌理等方面有着共同的特征。类型:基本形的近似
因为过分重复会引致单调乏味、繁厌之感，若每个基本形都有不同变化时就引起观者的探索趣味。近似就是各基本形有不同的变化而又各有相近似的地方，远看如同出一辙，近看则变化万千；例如一树的树叶，有着在外形上的大致一致而略有不同，如大小、外形、颜色等。近似特指形状、色彩、大小、肌理、位置、方向等近似和无近似有程度之别，近似的范围可有设计者决定。大小、色彩、肌理、位置、方向都能构成基本形的近似效果。
任何近似都有程度之别，如同同一家族为近似范围，同一家族的当然内在外貌上都有相同点，如面孔一定会彼此不同，若以全世界的人类作近似范围，其共同点是两脚走路而与其他动物不同，但若以同一家族为近似比较，近似程度大，为大同小异，而后者近似程度小，成为小同大异。形的近似程度，其大小由设计者来决定。决定根据画面的要求来作出。现在我们来探讨近似基本形的各种变化，并列出各种变化的可能性供大家参考。①同一类的基本形，即同一类形的形状、物体或同一用途的东西。如：同一方形，但有变化。
相同形状的物体，如各种不同的眼睛； 同一用途不用形状如数字或字母； 同有种类的物体如各种水果；
同类的基本形例子很多，只要将同一类型的动地相聚时，使其构成近似变化的效果则可。
②不完美的基本形。人类每天都在试图制造完美的东西，特别是现代化大生产出来的动地，个个都一样。但自然界中有很多不完美的，如路边的石子，是各有不同的形状，但也有其共同点，如将大家的铅笔取出放一块，在视觉上就产生近似的效果，因为每支铅笔使用的损蚀程度不同，因此利用不完美的效果构成近似。
③空间的变动的基本形
当物体在空间改变方向或位置时，在平面上就构成各种不同的形状，或观看者的角度改变带来不同的效果。
④增减变形：
利用两种以上形的相加、相减，假如相加或相减的程度不同，就构成近似的效果。
一组近似基本形的构成，最重要的是留意构成后相聚时所产生的统一感是良好的还是不好的，所以要注意基本形之间是否有极大的相同点（维系）统一，但若过分相同时则变成既不是重复又不是近似，那就引起视觉的不快，若彼此变化太大，则又难以互相协调。
我们作近似练习时，应留意下列数点： a.基本形造型与变化； b.基本形的变化步骤与形状；
c.变化方法及所形成变化要点及个性； d.互相连系的形、方向、位置编排等； e.配色的变化复杂会破坏画面统一；
f.比例要适中，数目过小及过大难有呼应效果，过小及过多会倾向杂乱及走重复。
骨骼的近似与渐变的区别：渐变的规律性强，排列严谨。近似的顾虑性不强，变化较大。
（4）发射
概念：鲜花的结构、太阳的光芒等都称之为发射。发射构成是骨格单位环绕一个共同的中心点向四周重复，具有特殊的视觉效果。发射中心与方向的变化构成不同的图形，造成光学的动感和强烈的视觉效果。具有多方的对称性。
发射的构成：①中心：中心点为发射发焦点所在，可以明显，可以隐晦，可以变换，也可以单元化、多元化。
②发射线与中心点的关系； ③发射线与基本形的关系；
种类：离心式发射、向心式发射、同心式发射：同心圆围绕着发射中心一层一层向外扩展。同心式的变化很多，如多圆中心、螺旋形等。
发射可以说是一种较特殊的重复性造型，因重复的形成重复的骨骼的每一单元都围绕一个共同的中心，而构成发射的图案。发射常具有渐变的特殊视觉效果，当重复的形成骨骼单元环绕中心点时，是根据渐变方向后排列的，因此发射亦可说是另一种形式的渐变造型。当我们作发射造型时：
a.要留心中心点的位置数目（即多元化）明显或隐晦； b.骨骼线的方向及变动，基本形与骨骼线的配合；
c.最后的发射效果是否具有强烈的视觉感。注意骨骼线与基本形的复杂性，不要破坏画面简洁与集中。（即零乱的画面）
（5）特异 概念：构成要素在有秩序的关系里，有意违反秩序，使少数个别的要素显得突出，以打破规律性，叫特异。特异构成是具有比较性的，夹杂于规律性之中。特异部分不应数量过多，应选择放在画面中比较显著的位置，形成视觉的焦点。打破单调格局，使人惊奇。
要打破设计单调的规律，可采用的办法之有一就是变异。在大自然里绿叶丛中的花朵，夜空星群间的明月，荒漠中的植物，都是很明显的变异例子，变异是比较性的，存在与规律中间。所谓规律就是指重复、近似、渐变、发射等。变异可在这些规律中产生出来，变异在设计中可以达到下列各种不同的效果。
类型：（无论哪种类型都必须注意特异构成对形状类型的不同要求。）基本形的特异
a.(解除单调)形状变异，画中有两种以上的基本形，分有规律部分和变异部分，变异部分通常杂比例中占少数，不能与基本形过分相同或数目均等，这样就不可能有变异效果。大小变异比例也不能过分或太接近。同时，还可作色彩变异：这里我们只用黑白，因此留到色彩课中去讨论。但我们可用线框的形与填色的形作比较。
方向变异：基本形具有强烈的方向性时，可利用异方向构成变异但应减少其它变异同时使用。
位置变异：比较明显的位置作变异部分。可同时作大小、形状、色彩的变异。b.焦点作用：如果基本形的变异产生异常的对比，可产生焦点作用。（视觉中心）
有对比性才能构成有焦点的变异，但变异不同与对比，自规律产生些微的变异，也可以获得很近的效果。但不能获得对比，变异的程度任由设计者定，变异相当明显方能突出。
c.转移规律：可从一种规律性骨骼而经转移点再进入另一种规律性骨骼或同样的骨骼时，其转移点部分就成为变异。
d.破坏规律：规律的骨骼可以作故意破坏而得特殊效果。骨格线的特异（6）对比
概念：对比是互为相反因素的东西，同时设置在一起的时候所产生的现象，使它们各自的特点更加鲜明突出。
类型、：a.形状的对比：直线形对弧线形，规律的形状对自由的，简单与繁杂基本形的相加或相减所构成的形状会构成本身对比。
b.大小对比：近者为大，远者为小，因而构成远近对比。大者为重，小者为轻，亦有轻重对比的效果。
c.多少的对比：特指两种或两种以上不同形状的基本形在同一画面，若对方数目有很大的差异，就很易构成多与少的对比。多为主，少为次。
d.色彩的对比：黑——白；中性——彩色等。
e.肌理的对比：所有不同的材料表面纹理，包括自然的及人文的。如光滑——粗糙；粗——细。
f.方向的对比：
g.空间的对比：虚实对比，画面中的形通常有实质感而称为实体，而画面中的空间是虚，亦称为正负对比。（远近、前后、正负）
h.宾主对比：指占优势方面为主或以多少决定主次。对比是比较性，任何东西或事情在互相比较下，获得突出或隐显，如果没有互相比较，事事就不会分高下。那时候，任何事情都不须选择，任何人都缺乏竞争，人类是不会进步的。为什么人有今日的进步，是在于人懂得比较与选择，对比是取得画面而调和的有效方法之一。有效地利用对比可使我们设计充满活力。
（7）密集
概念：密集在设计中是一种常见的组织图画的手法，基本形在整个构图中可自由散布，有疏有密。最疏或最密的地方常常成为整个设计的视觉焦点，在画面中造成一种视觉上的张力，并有节奏感。密集也是一种对比的情况，利用基本形数量排列的多少，产生疏密、虚实、松紧的对比效果。如城市是结集的做具体的实例，建筑物与人口都结集在城市中心，距中心愈远则愈稀疏。（糖和蚂蚁等）在自由的造型中，我们以结集为题来加以讨论。我们以自由性来组织画面，仍可以采用相当程度的规律性揍依托。其程度的区别视具体情况而定。
密集指设计的骨骼方面，可分为三大类：
a.近似发射：可有假设的发射中心点，基本形环集中心点，或由中心点射出。b.近似渐变：可假设视觉中心，基本形向它结集。
以上方法，使基本形趋近线的密集，在次情形下，假设的线在画面中构成骨骼，基本形离线越近则越密，反之则越疏。而假设线在画面中可以各种形状不同来加以变化。
c.近似重复：基本形挤迫或分散，各占近似空间。
近似重复的结集是不定的，画面内不预置什么，设计时随意构成疏密有致，可有焦点及渐移的处理。
聚集与希散：在重复骨骼中的视觉是平均分配。而聚集是过度的密集，在次情形下，所有的形都堆积成一大块，此块可占画面的大部分空间或小部分空间。
扩散是反结集，就是说，彼此分散、孤立，若干形稍有聚近，但无密集的现象。
注意：基本形的面积要细小，数量要多，否则便没有了密集的效果。（8）空间
概念：在平面设计中，为了表达空间立体效果，按透视学的原理，将平行直线集中消失到灭点的方法，表现其空间感。
现在我们一起讨论平面的深度和立体的感觉。而这些感觉当然是依赖视觉的错觉而产生的，因为画面仍是平平一片，并无真实的凹凸或其他。在此种情况下，我们多以面为单位，或（基本形）将面在画面中编排而求得立体感。我们又将各种不同的肌理加在面中，加强其表现力，而肌理又以点或线为宜，如有重复或渐变的点线肌理，或轻或重的点线肌理，都给予平面以不同的作用。立体空间的表现： a.深度的表现
b.立体表现：如利用阴影表现、肌理的变化表现
c.矛盾空间：是指在真实空间所不能产生或不能有的情形，但在假设的空间中存在。
我们所指的矛盾，纯以视觉的错觉而来。在平面上绘有立体感的东西，通常与透视学有关。
（9）肌理
指艘有物体表面的纹理，不同的物体有各自不同的肌理，肌理给我们直觉感知其质感。如木有木的纹理，石头有石头的纹理，同时也有他们不同的质感。因此，肌理对于我们生活的环境有着密切而重要的影响。肌理可分为纯视觉性和触觉性。视觉性肌理是制平面上各种不同的花纹，无须由触觉感知。
视觉肌理分三大类：
a.绘写的——以受绘而成的花纹，又有规律性的或自由的；
b.特技的——以特殊技法求得，略有意外成分带有实验性；如：喷洒、擦刮、熏、流滴、拓印、拨色、蜡上用色渍染。
c.印刷制作的——利用印刷品中的文字或图片作为拼贴的基本材料。触觉性肌理：纯粹的触觉性肌理诉诸触觉的感觉，并可能受光影影响。平面花纹及色彩变动不属触觉肌理范围。但触觉性肌理可与视觉性肌理联合使用。触觉性肌理可分三大类：
a.现代的——现代触觉物料拼贴使用。如沙粒、米粒、草或面条、布料、图钉和铁钉等。
b.改造的——将现代物料稍加改进、拼贴使用。纸团或纸圈，褶皱的纸和布，敲打后有凹凸的金属片等。
c.编制的——将线状或条状物料，织成各种花纹。
5、形式美的法则（1）对称与平衡
对称：形体用对折的方法，基本上可以重叠的图形称为对称。它们是等形等量的配置关系，最容易得到统一，是具有良好的稳定感的最基本形式。、平衡：在衡器上两端承受的重量由一个支点支持，双方获得力学上的平衡状态。
（2）对比与调和
对比：对比是互为相反因素的东西，同时设置在一起的时候所产生的现象，使它们各自的特点更加鲜明突出。
调和不是自然发生的，是人为的，有意识的合理配合。调和、对比是互为相反的因素。
（3）节奏、韵律
节奏和韵律是时间艺术的用语，在音乐中是指音乐的音色、节拍的长短、节奏快慢按一定的规律出现，产生不同的节奏。在构成中为同一形象在一定格律中的重复出现产生的运动感。节奏必须是有规律的重复、连续，节奏容易单调，经过有律动的变化就产生韵律。
韵律是诗歌中常用的名词。原是指诗歌中的声韵和律动，音的轻重、长短、高低的组合，匀称间歇或停顿。在诗歌中相同音色的反复及句末、行末利用同音同韵同调的音可加强诗歌的音乐性及节奏感，在构成中韵律常伴与节奏同时出现。通过有规则的重复变化。比、等比处理使之产生音乐诗歌般的旋律感，运用得好就能增加作品的美感和诱惑力。
（4）统一
统一总是和变化同时存在的。变化是各组成部分的区别，统一是这些有变化的各部分经过有机的组织，使其从整体到得到多样统一的效果。统一的原理如下：
a、接近的原理 使各种不同有变化的各部分，以时间和空间的观点来观察，距离接近的物体较容易产生结合感。各种接近类同的要素相结合，也能够得到统一。如形体的大小类同、色彩的接受、肌理造型特性的接近都容易具有统一感。
b、连续的原理
这个原理在人们的生活中经常看到和使用。把各种不同的形态和各种不同的色彩的物体，用一根直线、曲线或者折线不断地连接起来，形成一个整体也仍能够得到统一。
c、闭合的原理
将同一个造型要素的形态，隔开一定的距离相互向内侧闭合，从视觉上得到的是另外一个整体而统一的形态，原来闭合前的单一的造型要素则被忽视了。
三、图例欣赏，幻灯片播放
四、小结
小时候我们写字一般都要在方格里写，如果是一张白纸摆在我们面前，我们为了把字写得整齐，都会用铅笔在上面打上格子，至少要画上线，其实，这种为了将图形元素有秩序地进行排列而画出的有形或者无形的格子、线、框，就是骨格。
学习二维设计基础的主要任务是使用艺术的手法，把视觉要素按照“数、向、位”的构成规律，重新结构，以点定位、以线分割、以面格局，使其产生秩序、节奏、运动等视觉变换的美感，这样，设计的基础训练才具有了切实的意义。
五、作业
6种骨格形式各做2张，其中渐变2张包括：骨格渐变和基本形渐变。 尺寸：10*10cm 要求：骨格形式表现鲜明，绘图工整，颜色不做要求，但不要太过花俏。课 题：色彩的概念及目的
目的要求：丰富学生的色彩基础知识
提高对色彩美的感受、理解和应用表现能力。
通过案例的讲解和学生亲自实验让学生感受到色彩构成，从而培养学生学习兴趣。
教学重点：从对色彩美的认识感受与表现角度学习色彩对比的色彩基础知识。教学难点：对色彩对比效果的理解与应用 色彩对比的种类与基本规律 教学课时：共 16 课时
教学方法：讲授法、讨论法、对比法、实验法 教学内容与步骤：
一、分析讲解学生的作品，导入新课
颜色是非常客观的，我们可以用准确的数值来表示某种颜色；而颜色同时又是主观的，不同的颜色具有截然不同的感情色彩，而即使是同一种颜色，对于不同地域不同民族的人来说，也有着不同的意义。所以，我们在做设计的时候，往往通过颜色来直接表达我们的主题思想，选择好颜色，可以说是成功的一半。
不过，颜色的选择固然重要，更为重要的是怎么样搭配和使用所选择的颜色。这就如同我们在染发的时候并不应该刻意地追求某一种颜色，而应该选择与自己的脸部颜色相搭配的颜色。而要想准确地把握颜色，首先要了解的，自然是色彩形成的原理，掌握了原理，我们才能熟练地掌握各种颜色所代表的“感情”，从而运用各种各样的配色手段来实现我们的目标。
为了培养出出色的配色感觉，我们不仅要了解关于颜色的知识，更应该养成时时刻刻观察周边环境的良好习惯，还应该经常学习和分析著名设计师们的经典作品。但我们并不应该硬性地规定配色的好与坏，毕竟这个世界上每一个人的审美观念都有所不同。
二、具体讲授
（一）1、色彩现象
不同的传统与民族风俗习惯产生了不同的民族色彩。
色彩的作用：红橙使人兴奋，蓝色使人安静。红橙处有苍蝇，而蓝色处却没有。
色彩三要素为：色相、明度、纯度（颜色的名称、色彩的明暗程度、色彩的含灰量的多少）。
如果说，理论上色彩的变化是无穷多的，那么，人的肉眼却只能从中辨别有数的几百种。这个数量也是相当可观的。就纯单色光谱辐射而言，肉眼可以辨别约 210 种不同的光谱色彩，其中 150 种在日光光谱中可见，另 60 种是混合两种相互对立的色彩（互补色）的光谱辐射后形成的绛红类色彩。
2、色彩的本质
（1）色彩的来源
色彩现象是一种视觉的现象，产生视觉的主要条件是光线，物体是受到光线的照射，才产生出形与色彩。眼睛所以能看见色彩，是因为有光线的作用，才得以看清四周的景物。所以，色彩是光线产生的现象，没有光，眼睛无法产生视觉，没有光线，也就没有色彩。
太阳光通过三棱透镜，折射分离出七种不同色彩的光线：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色彩。如再一次把七色光线透过棱镜进行分化，却不能使其扩散，于是将这一系列的单色光称为光谱。
红色光的波长最长，紫色光的波长最短。红色光外的肉眼看不见的光线，称为红外线；紫色光以外，肉眼看不见的光线，称为紫外线。光谱：七种可见光波长范围： 赤 760 ～ 620nm 橙 620 ～ 585nm 黄 585 ～ 555nm 绿 555 ～ 510nm 青 510 ～ 480nm 蓝 480 ～ 450nm 紫 450 ～ 380nm 760nm 600nm 500nm 380nm ─────┬───────┬─┬─┬─────┬──┬──┬──── 红外线│ 红 │橙│黄│ 绿 │青蓝│ 紫 │紫外光
─────┼───────┴─┴─┴─────┴──┴──┼──── 不可见光谱┤←─────────可见光谱────────→├不可见光谱
再进一步讲，光线是电磁波的一种。光线的色彩性质，与光线的振幅与波长两个因素有密切的关系。振幅大小会产生明暗的区别，波长的长短产生色相的区别。波长越长，越偏向红色；波长越短，越偏向紫色。（2）、光线和色彩的关系
从色彩的现象，我们可以知道，任何物体都有其自身的色彩，这些色彩看来好像是附着于物体的表面，然而一旦光线减弱或消失，任何物体上的色彩也都会失去。有时一个有某种固定色彩的物体，转瞬间却变成了别的颜色。这是为什么呢？
我们知道，外界看到的色彩是以光线为媒体，照射到物体上，经由物体的反射或透射之后，刺激我们的眼睛所产生的现象，所以光线和物体反射的变化，必然在色彩上 产生变化，其变化的结果，我们可以从下面的论述中找到结论。光源色
光源是指包括太阳、电灯等凡是能自行发光的物体。光源所产生的光色，就称为光源色。从太阳、日光灯、蜡烛、霓虹灯等所发出来的色光，其中太阳光呈白色的混色光，日光灯的光有偏兰绿之感，蜡烛光则偏红橙色。物体色 物体在接受光线的照射后，吸收部分光线的颜色，反射其余部分光线的颜色。我们眼睛所感受到的物体的颜色正好是反射出来的光线的颜色。例如红苹果表皮，在日光下只反射红色的光线而吸收其它的色光，因此产生红色的感觉。青椒表皮只反射绿色光而吸收其它色光，因此产生绿色的感觉，这种色彩现象称为表面色。然而，当用绿色光线照射红苹果时，由于光源色中没有红色的因素，也就是说苹果没有红色光可反射，而成为灰黑色，这就是前面提到的物体色瞬间改变的原园。一般对于物体色的确定，是以日光的照射为基本条件的，所以苹果不是黑色，而青椒还是绿色的。透明色
这是一种较复杂的色彩现象。当某种物体呈现透明的晶体状态，如玻璃、水晶。有机玻璃等，经过光线的照射后，本身可以透过光线的色彩而呈现出透射光色来，这种现象产生的色彩称为透过色。当透明物体含有一定的杂质或色素时，由于杂质或色素对于光线的反射作用，对照射的光线便有一定的过滤作用，而形成透明色。所以透明色是透明物体滤掉光源色中的部分光色后，呈现的其余部分光色。复合光
事实上一件物体并非只反射或透过光谱中的一种或两种色光，只是我们所感受到的是色彩的反射或透过出来的某种较多的色光，而其他的色光也会有微量的反射，因此各种物体所产生的颜色，是非单纯颜色的光，它是以“复合”的方式反射或透过的，故而叫做“复合光”。①物体的分子结构； ②物体的性质； ③光线的性质；
④物体表面现象，如光滑、粗糙等影响光的折射、反射、透射程度； ⑤观看时的心理因素等。
根据以上分析，我们可以得出色光关系的如下结论。所有物体的颜色会依光源色的不同而产生变化，而且多数时候呈现出来的颜色并非只是单纯的单色反射光，而是混合了数种单色光而形成的复合光色。把这一理论运用于设计中，尤其是舞台设计、橱窗设计、展示设计、室内设计等，利用各种不同色彩效应的光线，来营造设计不同的色彩气氛及效果。现以一个日常生活中大家都常见的例子便能说明，卖水果的小商贩用红灯来照射红苹果，使水果显得既鲜又成熟；卖烧鹅的小贩，用偏橙色的白炽灯来照射烤鹅，使其油水欲滴，令人垂涎，这都是生活中对光色原理的利用。
另外，在光色关系中，物体色与受光量也是有着密切关系的。一般而言，一件物体表面接受光线照射时，光线越强，它所反射出来的颜色就越饱和、鲜艳，刺激度也越高。相反，光线越弱、颜色就越暗淡、越模糊，刺激度也越低。还有一种特殊的情况是，当投射到眼睛的光线超过一定的限度，就会变成白茫茫的一片，这种现象称为眩光，这是设计中对光的利用非常忌讳的。如橱窗、展示设计等，增加受光量的目的是提高视觉程度，而受光量过度，则适得其反。
3、色彩与视觉的关系
人之所以能够感知到光线并产生形状与色彩的反应，是因为眼睛的视觉作用，才产生的。要了解视觉规律，必须了解眼睛的构造。人眼睛的构造和照相机的构造一样，分为眼帘（镜头盖）、虹膜、瞳孔（光圈）、角膜、晶状体（透镜）、网膜（底片）、视觉神经细胞底层（包括锥状、柱状细胞，即等于底片上的感光药膜）等，只要具有正常视觉功能的眼睛，跟完好的照相机一样，光线一旦进入后，瞳孔就发挥对光量的控制作用，使形象经过角膜的水晶体和玻璃体到达网膜上，便产生形状和色彩。网膜的锥状细胞是感应红、绿、蓝原色光的细胞，可以感知色彩；柱状细胞对光线的明暗度有感知作用。锥状细胞和柱状细胞吸收光线后，将感觉刺激转换成信号，沿着视神经传达到大脑的视觉中枢，而产生色彩的感觉。当一个人的锥状细胞产生病变或先天性功能不全时、便产生感色力不足，称为色盲。锥状细胞对光线的感觉较迟钝，在较弱的光线下不起作用。柱状细胞对光线明暗的感应较敏锐，因此在弱光下依然还可以接受刺激，辨别明暗。这就是光线越弱颜色会越不饱和的原因。
视觉与色彩的关系中，还存在一种视觉现象，当眼睛注视一个物体一段时间，然后突然闭上，而物体的形状依然会在脑海中留下印象来，过几秒钟后才会消失，这种现象称为视觉残象。电影及动画的成相原理便是依此现象完成的。
4、色彩与颜料
人类运用颜料来记录他们的文化传统，从远古以来便一直持续不断地努力，并且应用于生活与宗教活动中。一方面用于对生活的记录；另一方面用于庆祝仪式，部族标识与图腾崇拜等。对于美的追求是一种与生具来的天性，宗教与生活给予人类求美、爱美的原动力，使人类在历史中的美术活动，占有重要地位。从许多自然界中拾得的色料物质被用作染料、涂料、颜料，成为装点社会、美化生活、传播文化的重要材料。
从颜料的来源来看，在化学合成技术尚未出现的时代，所有颜料均来自天然的物质，分为无机颜料和有机颜料两种。无机颜料来自天然的泥土、矿石、金属等原料，耐热、耐光、耐氧化、耐化学侵蚀，坚实而不容易变化，但是其附着物体的能力以及鲜明度较差，必须依赖溶剂来调配，才能达到较好的使用效果。有机颜料取自于动物及植物，如毛、发、分泌物、根、茎、叶、骨、排泄物、肢体、皮肤、皮脂、腺体、牙齿等物，经过各种提炼方法取得，由于其本身兼具有化学合成基础，发色效果好，鲜艳度高，着色力强，但是易与环境因素发生化学变化，色性不稳定，变色、褪色较明显。
由于科学的进步，人工化学合称颜料的运用，使颜料制作简便，成本较低，价格便宜，耐久性及抗褪色性很强，且颜色种类多达３万种以上，并有９千种以上在市上使用。
（二）色彩的表现(重难点：色光与色料的区别)
1、色彩的分类 大千世界的色彩，种类纷繁复杂，为了便于表现和应用，不得不用科学的方法进行分类，现代色彩学按全面、系统的观点，将色彩分为以下两类。
无彩色
无彩色的颜色是指黑色、白色和各种纯灰色。纯灰色可理解为由黑与白混合的各种明暗层次的灰色。值得注意的是，色彩学的划分，无彩色也是一种色彩，就象数学中“ 0 ”也是一个有理数一样。
无彩色的颜色，只有明度的变化，把所有无彩色的颜色概括起来，可得到按比例变化明度层次的颜色，从明度最亮的白色开始，依次为：白、亮灰、浅灰、亮中灰、中灰、灰、暗灰、黑灰、黑等。
有彩色
如果我们把光谱分解的七个颜色，按顺序围成一个圆环，可得到一个供色彩研究及运用的色相环。由于青色和蓝色都属蓝色系，因有时为了研究和运用的方便，常把青色和蓝色合成一个蓝色，可得最基本的六色相环：红、橙、黄、绿、蓝、紫，以及由它们混合所得的所有的色彩。
色彩不仅有不同色相的变化，而且还有不同明度和纯度的变化，色彩的明度、纯度和色相是研究色彩最基本的方向，也是色彩运用的三个最基本的属性。明度色相环的外圈为深色相环，内圈混入了白色为浅色相环。如果混人黑、白色的份量不同，其明度还可作更多层次的变化。
低纯度色相环，其分别加上了相同明度的纯灰色。如混入灰色的份量不同，其纯度还可产生更多层次的变化。
特别色
在实际运用过程中，还有一类不属于上述两类之一的色彩种类，称为特别色。特别色在使用时的视觉效果与上述两类不同，具有特殊性，如金色，银色和萤光色等，印刷上称为特别色。特别色除了有不同的色相外，通过技术上的处理，可产生出不同的光泽效果。此类色彩的提出，是为了适应现代设计和现代印刷的需要，以丰富设计师的表现方法和设计物的视觉效果为目的的。2、色彩的属性
色彩三要素：色相、明度、纯度。因为人的视觉只能辨别出色彩的这三种变化。
色相是颜色的名称。明度是色彩的明暗程度。暗处加黑，明度低；亮处加白，明度高。纯度是色彩的含灰量的多少，含灰量多，纯度低；含灰量少，纯度高。色饱和度实际上就是色的纯度。在自然界中，所有的色彩都或多或少地混入了白色光线。如果我们观察一组投射到黑暗中的日光光谱，我们所得到的色彩是真正“纯”的，百分之百饱和的。彩虹是日光光谱在自然中的再现，但它是“褪了色”的，因为其中掺杂了大量的白色光线。
明度的概念是相当主观的东西，它取决于众多的因素，传统上我们称一种色彩“鲜艳”，即这一色彩具有高的饱和度和明度。“苍白”的色彩是指混有白色、色饱和低而明度较高的色彩。当色彩中混有灰色时，我们说这种色彩“脏”了。这些说法已为画家们广泛应用，我们也可用这些习惯的说法来表达。
色相和色饱和度是色彩的色度指标，或称为色彩的彩度。
天然的和人造的各类物体中的大部分色彩都是或多或少混有白色或灰色的、按不同比例组成的各种光波。色彩的感觉，主要取决于占主导地位的光谱色彩。比如一种色彩由 80 ％的红色、10 ％的绿色和 10 ％的蓝色构成，就是非饱和红色。摄影术语中的“偏色”就用于表示这种比例，并大略地描述所得到的感觉。色相（颜色的名称）
所谓色相是指不同色彩的相貌或区别不同色彩的名称
三原色或三基色──属于没有配色的原来的颜色：红黄蓝RGB，黄品青CMYK。间色──两种原色相配。如橙、绿、紫。复色──两种以上的色相配。如绿橙、绿紫等。
色相的范围相当广泛，光谱色中就有红、橙、黄、绿、育、蓝、紫七个基本色相，而不同的基本色相，按其色彩倾向的不同又可区分出不同的色相，如红色可进一步分为紫红、大红、朱红、橘红等色相。·色相环
3色相：RGB、CMYK 6色相：红橙黄绿青紫
12色相：1888～1967，约翰内斯.伊顿Johannes Itten《色彩论》、伊顿“色相环”（瑞士）
24色相：1853～1932，奥斯特瓦德Wilhelm.Ostwald“色相环”（德国）红、黄、绿、青混合成8组，每组再分3色，得到24色，分三圈放置 100色相：1858～1918，蒙赛尔Albert H.Munsell修正的蒙赛尔“色相环”（美国）
红、红黄、黄、黄蓝、蓝、蓝绿、绿、绿紫、紫 × 10白„...1黑 ·色立体
立体色谱，是用三维空间的关系，将色彩的三要素（H色相、V明度、C彩度）表现出来的一种色彩图谱。它形成了色彩的立体构成推移，称为色立体。色立体则是通过色彩三要素，有规律地排列似球体，产生幻觉空间的韵律感。中心地轴：无彩色中轴
圆周方向：H不同的纬度是不同的色相
竖轴方向：V上白、中灰、下黑，上明度强、下明度弱。从上至下明度值V10,V9,...V0（10表示绝对白，0表示绝对黑）（北极：白，明度高；南极：黑，明度低）半径方向：C彩度外高
外层彩度高、色饱和度高、外纯度高、内纯度低（灰）纯红色5R4/14 VH/C 明度（色彩的明暗程度）
顾名思义，明度是色彩的明暗程度。是由色光或颜色反射光的振幅强度所决定的。暗处加黑，明度低；亮 处加白，明度高。色彩的明度代表某种色彩的亮度，也称做“强度”，这就是在去除了彩色之后还给人以色彩感觉的东西！
在分析色彩的明度时，可从两个方面理解： 一方面是同一色相可以有不同的明度。由于不同强度的光线照射，相同色相产生不同的明度变化，这是一种情况；还有就是在相同强度的光线照射下，如果在同一色相中加入一定程度的白或黑，就会增强或降低其反射度，从而产生不同的明度。加深绿、粉绿等就有不同的明度。另一方面是不同色相的色彩，其自身反射光线的强弱也不同，具有不同的明度。色相环就有明显的明度变化，从黄到紫呈现出由高到低逐渐的明度变化，黄色最亮，紫色最深，红、绿为中明度色。
总结出色彩明度变化的具体方法。要提高或降低色彩的明度，最常用的方法就是加白或加黑，但有时为了不使色彩变粉或变灰暗，便可以加上黄或紫，或者加上一些除白、黑以外的浅色或深色，以达到明度变化的目的，同时也具有微妙的色彩变化。
纯度 ：纯度表示色彩含灰量的多少，含灰量多，纯度低；含灰量少，纯度高。色彩的纯度也叫鲜艳度、饱和度或彩度。顾名思义，即是色彩的纯净程度。是指某一色彩中所含该种色素成分的多少。一般所含色素成份越多，其纯度就越高，相反则纯度就越低。当某色彩所含该色素的成分为100％时，就称为该色相的纯色。降低纯度的方法：
①纯色＋白色，明度提高，纯度降低。②纯色＋黑色，明度降低，纯度降低。
③纯色＋同明度的补色，明度基本不变，纯度降低。④纯色＋同明度的对比色，明度基本不变，纯度降低。⑤纯色＋另一色，明度不变，纯度降低。
⑥纯色＋纯度明度相同的灰色，明度不变，纯度降低。三.色彩的体系（重难点：色彩三要素在色立体上的相互关系）色彩的体系是为了系统、全面地研究。利用和管理色彩而对色彩进行系统化的整理和归纳。由于各家的整理方法有所不同，现把最典型、实用的蒙塞尔色立体介绍如下，以供参考。
蒙塞尔色立体是由美国画家兼色彩学家的蒙塞尔（A.H.Munsell 1858～1918）于1905年创立，1940年由美国光学会测色学会修定，用于工业规定的测色标准。蒙塞尔色立体以五个基本色：红R、黄Y、绿G、蓝B、紫P、加上五个中间色：橙YR、黄绿YG、蓝绿BG、蓝紫BP作为十个以黑、白元色中轴放射出来的色相为色立体的基准。每个色相再分成十等份，总计有100等份，分布于360度圆周中。各色相的180度相对方位是该色的补色。蒙塞尔色立体的色彩标示符号，可按照H（色相）、V（明度）、C（彩度）连结成的记号标示，形成HV／C，无彩色以NV表示，如红色为5R4／14，黄色为5Y8／12，绿色为5G5／8，蓝色为5B4／8，紫色为5P4／12，由其代表数字则可知其明度，彩度的高低，如5R3／7和5BG8／4两色相比，前者明度低，但彩度较高。另外，在国际上使用的还有伊登色系表、奥斯华德色系表，日本色彩研究所PCCS色系表，都以类似的方法把色彩进行了系统化的归纳。电脑中用RGB、MCYK色系。
三、欣赏范例。说说各种色彩带给我们的感受。
四、小结
本章通过对色彩的研究以及色彩在设计中的地位，阐述了色彩构成的概念。同时，从色彩研究领域和色彩可知性两方面来研讨，使学生清除认识色彩构成是有序可依，有规律可循的。
五、作业 作业练习1: 调色:(色彩配置与选择)用红黄蓝三原色与黑白两色调制出100种以上不同的色彩.作业要求:合理地调节这五个色彩的比例关系,配置出尽可能多的色彩.步骤一:从三原色中选择出两种色彩,分别放在纸左右两侧,进行相互间的渐变调配.步骤二:由两色的调配过度到三色配置;步骤三:由一色,两色,三色加白或加黑的配置;步骤四:色彩加灰的配置.作业数量:100_200个色彩配置
作业提示:学会用最少的颜色调配出尽可能多的色彩:学会准确地调出自己想要的色彩;知道某一个色彩源于那哪些色彩,同时学会感受它。作业练习2: 在感受色彩的同时,从自己调配的色彩中,根据自己的爱好和感受选择40张色彩制作色纸。
作业数量:40张(8x8cm)作业提示:培养对色彩的感受能力,为下一步的色面积切割与重组练习作好物质上的准备。在调制色纸时,注意颜色的干湿度。作业练习3：
作业一:做色彩的同类色,临近色,对比色,互补色等关系的对比练习。作业数量:4张(9cmx9cm)作业二:研究色彩的艳度关系,分高艳度,中艳度,低艳度,艳灰度等对比关系做一组练习。
作业数量:4张(9cmx9cm)作业三:研究色彩的明度关系,根据高,中,低不同的明度等级,作一组反映色彩明度调性的对比练习。作业数量:4张(9cmx9cm)课 题： 色彩调和
目的要求：掌握色性和调和的方法
会应用色性和调和的方法
教学重点：色性和调和 教学难点：色性和调和的方法 教学课时：共 8 课时
教学方法：问题法、讲授法、实验法、作业法、讨论法、对比法 教学内容与步骤：
一、组织教学、导入新课
调和，从美学的角度来讲，其意义就是“多样的调和”。再此需要强调的是，调和决不仅仅是指色彩的类似、统一，更不是单调的一致。在调和的概念中，对比也是一种不可缺少的组成部分：没有对比，就无所谓调和，调和与对比是相互依存、互相制约、对比统一的两个因素。概括的来说，色彩的对比是绝对的，调和是相对的，对比是目的，调和是手段。
色彩配色是否调和，一方面取决于视觉生理条件是否得到满足，它在画面中表现为色彩的构图、面积、形状、位置、机理等多方面组织是否恰当，另一方面表现为人的内心愿望是否得到满足。
二、具体讲授
第一部分、色性与调和
1、色性：指某一单独颜色的性质。
下面主要讲解有彩色系中的红，橙，黄，绿，蓝，紫，几种基本色相和无彩色系中黑，白，灰的色性
a：红色在可见光谱中红色的光波最长，折射角度小，但穿透力强，对视觉的影响力最大，此色和知觉度高 ,不易丧失自己，想变成它色非常吃力的。
红色使人联想到太阳，火焰，血液，红花，红旗，从自然产生的景物到人工制造的各种东西，红色都使人感到兴奋，炎热，活泼，热情，健康，感到充实，饱满，有种挑战的意味。红色的个性强又端庄，具有号召性，象征着革命，表现为一种积极向上的情绪
深红色：稳重，庄严
粉红色：温柔，愉快，多情，有着幸福，含羞，梦想的感觉
大红色：表现热情到达顶点时用大红色是最好不过了
红色在节日喜庆时被人们采用，作为欢乐，庆典，胜利时的装饰
由于红色过于强烈，暴露之故，也作为幼稚，野蛮，卑俗，战争，危险的色彩。
在搭配关系中，强烈的红色适合黑，白和不同深浅的灰，与适当比例的绿组合富有生气，充满浓郁的民族韵味，与蓝配合显得稳静，有次序
b：橙色
橙色的波长在红与黄之间，具有红与黄的性质，它的明度仅次于黄，强度仅次于红是色彩中最响亮，最温暖的颜色，橙色是火焰的主要颜色。
橙色：使人联想到：果实，食品，灯光，阳光，鲜花，具有华丽，温暖，愉快，幸福，辉煌的感觉。
c：黄色：
波长适中，是所有色相中最能发光的色，给人以轻快，透明，辉煌，充满希望色彩印象，由于此色过于明亮，被认为轻薄，冷淡，性格非常不稳定，容易发生偏差，稍微碰到它色，就会失去本来的面貌
黄色：也用于果实，花等。黄色在我国古代是帝王的象征，在古罗马是高贵的色，神头上的佛光，在欧美庸俗，低得的下等色 d：绿色：波长居中，是人眼最适合的颜色 f：蓝色 g：紫色 h：白色 i：黑色
2、调性
一组配色或一个画面总的色彩倾向，它包括明度，色相，彩度，的综合因素。a：以明度调子为主的配色
以明度调子为主的配色，充满了清晰感，层次感，富有理性的次序，是三个调子中最基础的调子，与色相调子比，它的这种条理感更为内在。b：以色相调子为主的配色
色相调子是建立在色性之上，所要考虑总的色味倾向和色相对比度,色相调子的确立，就是情绪，性格，心理感觉的确立，在三个调子中它是最强烈，最直接，最亲切，最出效果的调子 c：以彩度调子为主的配色 以色彩的鲜浊构成的配色关系 第二部分 色彩与感觉
1、色彩的冷暖感 暖色：红，橙，黄
冷色：蓝，蓝紫，中性色：绿，紫，白色冷，黑色暖
2、色彩的空间感
可以用色彩的冷暖，明暗，彩度，面积，对比来充分体现 暖色向前进，冷色向后退，因为暖色比冷色波长比较长 亮的向前进，暗的有后退感
同等明度下，色彩的彩度越高越往前，越低越往后 大面积向前，小面积向后
3、色彩的大小感
感觉靠近的前进色，因膨胀而比实际的大，亦称膨胀色，看来远去的后退色，因收缩而比实际小,也叫收缩色。
如：设计中一般暖色系列的色彩面积要小，冷色系列的色和暗色面积要适当大些，这样才易取得色彩的平衡
第三部分 色彩构成——配色的方法与原则
1、什么是好的配色
单一的色彩无所谓美，丑。只有两种色彩组合在一起的时候，才会出现好与不好效果。
我们追求的是一中共同配色的方法和原则，而设计工作者更多的时候要考虑的正是这些多数人所共有的美感。（1）配色的目的
a：纯粹追求美的配色，如美术作品。
b：重视实用化机能的配色，尽管效果并一定美，像黄与黑的安全标志，群青与橘色的环卫工人服，主要是为引起别人的注意。
c：既最求美又注重生活机能的配色，像服装,建筑，室内等设计的配色都属于这类，配色目的决定着配色好与坏的审视标准。（2）调和的概念
配色中应该说具备了调和，悦目，赏心就可算是一种美的配色，调和是指两两个或两个以上的事物或配合得适当,能够相互协调，达到和谐,配色的调和与否，是人产生愉快或不愉快感觉的关键。
调和色彩：指具有某种次序的色彩组合，它不单单指同一，类似给予的舒服，美好的调和感觉，而是多方位追求具有不同特征。
2、不同价值的色彩表现
就配色而言，和谐只是相对的，只要符合人的追求，符合目的需要,即使以往普遍认为不调和的关系，在特定的时空条件下也会成为调和的关系。
3、色彩的组合方式有两大类
第一类:是在统一中求变化,称为“统一调和” 第二类：是在变化中求统一,称为“对比性调和” 第四部分 统一性调和
寻求统一，可以说是人类最基本的，也是最一般的愿望，统一，相当于色彩间同一或类似的色相关系，明度关系，彩度关系，也就是说,相类似者在一起，给人的感觉往往是美的，舒服的,如果说色彩的差别是色彩对比的本质，则共性就是达到调和的根据，在三属性中尽量消除不统一因素，统一的要素越多，就越融合。
1、同一调和（1）同明度的调和
同明度关系下有纯不纯的彩度变化,不同色相的变化（2）同色相调和
同色相关系中变化明度,彩度.（3）同彩度调和
在同彩度关系中变化明度
2、类似调和
类似调和是类似要素的结合,与同一调和相比它具有稍多的变化,但没有脱离统一为主的配色原则（1）类似色相的调和
这种调和实际上是以色相来决定效果,用明度，彩度关系辅助搭配为更为协调的色彩效果，如红色的低中调，黄色的中高调（2）类似明度的调和
此种调和范围较广，在类似明度的调子中可适当选择有对比的色彩或补色色相来丰富画面的效果，但要避免过与强的相变化，与明度变化相冲突。
（3）类以彩度的调和
讲授任何一门课程,都得首先对它有个轮廓的了解,因而有必要先对机械设计课程作一简要说明。
一、本课程在专业教学计划中的地位与作用
本课程是机械类各专业教学计划中的一主门干课程,属技术基础课。因而它不仅要求学生预先学完工程制图、理论力学、材料力学、工程材料、机械制造基础、机械原理、公差与技术测量等先修课程,而且要求学生结合本课程的学习,能够综合运用所学的基础理论和技术知识,联系生产实际和机器的具体工作条件,去设计合用的零(部)件及简单的机械,以便为顺利地过渡到专业课程的学习及进行专业产品与设备的设计打下初步的基础。因此,本课程具有从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程,从基础课程过渡到专业课程的承先启后的桥梁作用。另一方面,本课程所讨论的内容,主要是通用机械零(部)件的设计和选用方面的基本知识、基本理论和基本方法,所以是一般机械工程技术人员必备的基础。
二、本课程的性质与任务
本课程是一门培养学生机械设计能力的技术基础课,属于设计性的课程。本课程的主要任务是培养学生: 1.掌握通用机械零、部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律,具有设计机械传动装臵和简单的机械的能力。
2.树立正确的设计思想,了解国家当前的有关技术经济政策。3.具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。4．掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本动训练。5．对机械设计的新发展有所了解。
三、本课程的教学环节及特殊性
本课程的教学环节除了(包括自学)外，还应有习题课、讨论课、实验课、现场教学、答疑辅导、设计作业及课程设计等。虽然课堂教学是一个非常重要方面，但它远非本课程的全部，因而企图通过单单学习书本知识就把这门课程学好，最后必将落得一知半解，缺乏实践能力和设计素养，不能达到本课程的学习要求。这一点，务必提醒每个学生都必须充分注意，并随时加以警惕。如果学生在作习题、设计作业和课程设计时，不注意进行理论和技术分析，不认真查阅手册、图册和有关资料；做实验时不详细弄清实验目的、原理、仪表功能及测试方法；在现场教学中不细心观察零件的结构、材料、制法、工作情况、失效形式和有关机器的运转性能，就不可能学好这门课程，也不可能成为一个优秀的机械设计者。所以学习本课程时必须明确，书本知识固属重要，但在工程实际中，很少是靠单独运用书本知识就能正确解决问题的，而是还需掌握一定的经验资料和具备较强的工程判断能力。因为实际的机械设计问题几乎都不会只有一个答案的，新理论、新技术、新材料、新工艺以及新的市场信息等，都将使答案发生变化。所以一定要善于全面分析、综合协调、灵活处理，并富有想象力、洞察力、探索精神和创新勇气，从而对各式各样的设计问题作出机敏的工程判断。而这些能力是要靠一系列课程的各个教学环节来综合培养的。本课程应该负担培养的部分，则是通过前述全部教学环节来实现的，决不是单单课堂教学就能奏效。
四、本课程的特点
1.论述机械零(部)件设计时的一般顺序及目的
《机械设计》中,除第一篇“总论”是综合论述本课程的主要内容、性质、任务及一般机械设计的共性问题外,以后四篇都是分章论述常用的通用机械零(部)件设计问题。各章内容的一般顺序是:首先介绍零(部)件的主要类型、构造、功能、材料、制法、标准、优缺点、适用场合等基本知识,以便对该章论述的零(部)件有初步的了解,从而为学习设计准备条件。然后论述工作情况、受力分析、应力状态、失效形式、设计准则、设计方法与步骤、参数选择原则、常用参考资料以及有关注意事项等,以便初步掌握零(部)件的设计理论与方法。最后给出释义例题(包括典型的工作图),以便引向设计实践,并给出若干习题,以便试行运用所学的有关知识、设计理论、设计方法及参考资料,进行初步的设计锻炼,从而加深与巩固所学的知识与技能,进一步开发智力,提高设计能力。这样就为进行设计作业、课程设计和某些简单的机械的设计,准备了必要的条件。
2.机械设计的繁杂性及其对策
由于本课程研究对象和性质上的特点,决定了教材内容本身的繁杂性。只有对这一点有较深的认识和充分的思想准备,才能在整个教学过程中加以正确的处理。教材内容的繁杂性主要表现“关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多”。形成上述“六多”的主要原因是: 1）由于本课程是建立在前述很多门先修课程的基础之上的(即“血缘”很杂),因而必须和那些先修课程内容时时挂钩,紧密联系，才能把它们综合地运用来为机械设计服务。这就形成了“关系多”的特点。因此在教学过程中，需要经常引导学生回顾检查自己对各有关先修课程内容掌握的程度，并及时复习与深化有关的内容，清除学习道路上的障碍，提高学习效率与质量。
2)由于本课程要分门别类地选择一些典型的通用零(部)件，分章论述(实际上有些章里还包含了几个独立的部分)，而各种零(部)件本身都包含着很多类型，所以就形成了“门类多”的特点。为此，教学时要引导学生从各种零件的工作性能和适用场合等方面多作对比，从它们在机器中的功能、相互影响、装配关系等方面多作分析，找出各零件间的关联；更要从设计理论及方法上找出各章之间的共性和特性，要认真分析各个零件之间的内在联系，特别是要从中总结出某些普遍规律，以便用来解决现在没有学到而将来可能遇到的新型零件的设计问题。所以，绝对不应把一个个的零件孤立起来，否则就难免产生内容零碎杂乱的感觉。
3)由于设计机械零件时，除了需要满足强度、刚度、耐久性、工艺性、体积、质量、经济、安全、方便、美观等一系列一般要求外，有时还要满足绝缘、抗磁、耐酸、防锈等特殊要求。对于部件还常会提出更多的要求，这就形成了“要求多”的特点。因此，教学时务必引导学生学会善于全面分析比较，权衡轻重，区别对待。“要求多”是由于全面考虑、分别论述的结果，而对于具体的零(部)件，则应该用“具体问题具体分析”的方法来处理。
4)由于本课程是设计性课程，内容自应紧密围绕零(部)件的设计问题。设计包括多方面的内容，但其主要部分通常是工作能力设计和结构设计，而工作能力设计一般须进行某些计算(如强度计算、刚度计算、寿命计算、热平衡计算等)，这就形成了“公式多”的特点。因此，教学时务必引导学生学会彻底搞清公式的性质、使用条件、符号意义及代入单位、计算结果的单位等，然后才能正确应用它们。教材中的公式，有解析性的、经验性的、半经验性的、定义性的等，其中有些是在先修课程里学过的，有些则是新遇到的，还有的是只要求会用而不要求懂得其理论根据和推导方法的(如零件曲面接触应力的计算公式是引自弹性力学)。尽管公式很多，但除了一些定义性公式(如许用正应力[σ]=σlim／S；标准直齿圆柱齿轮的模数m=d／z等)应在理解的基础上记住外，其余公式只要求能正确使用而不必硬记。
5)由于本课程很多内容要用图形表达，这就必然形成“图形多”的特点。因此，教学时务必引导学生把所有的插图一一看懂，并分清哪些是分析图，哪些是结构图，哪些是示意图；哪些是定性的，哪些是定量的；哪些图(曲线图)相当于表格(但比表格直观，可以利用“引出线”直接查找数据而不需插算，只是精确性比用表格差些)等等。这样虽然图形很多，也就不难对付了。
6)由于设计性课程的教材需要附有为了阐明问题和作简单习题所必须的最基本资料(其余的则可查阅手册、图册、标准、规范等)，这就形成了“表格多”的特点。教学时务必引导学生弄清每个表格的适用场合及如何查用，并应注意一些表格下方的“标注”，忽视了这点就会造成查用上的错误，甚至带来严重的后果。还应注意观察与分析表中数据的变化情况(递减还是递增，中间小还是两头小，原因何在)，这会有助于了解有关各量之间的相互影响及概略的变化规律。
五、本课程要求的学习方法
前面已指出，本课程要起到“从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程，从基础课程过渡到专业课程”的作用，因而必须认清这个“过渡”对学习方法提出的特殊要求。机械设计课程的学习方法,不仅和过去学习公共基础课时有根本的差别,而且和学习理论力学、材料力学、机械原理等技术基础课时的方法也大不相同。例如:材料力学由于研究范围的不同,对于一个受有垂直集中载荷的简支梁,并不管梁上的载荷是哪个物体(零件)传给它的,这个物体是怎样安装在梁上的,更不要求设计或选择出两端所需的支承；机械原理研究一个机构时，只要求确定各个构件的长度，并不要求确定构件的结构形状、材料、加工方法、强度、刚度、寿命等。但是到了机械设计课，就得解决一系列的实际问题，直到每个零件能够有效地完成其工作职能，并达到预期的工作寿命。因此，学习机械设计课程时，在学习方法上就面临着一个新的转折点，如果仍旧沿用以前的学习方法，那就会轻重倒臵，不得要领。因而如果在学习方法上“转折”得好，那就会事半功倍，迅速提高联系实际分析问题与解决问题的能力。所以学习方法正确与否，是具有重要意义的。
怎样才能在学习方法上“转折”得好，关键在于是否真正摸清了这门课程的性质。既然机械设计是一门实践性很强的设计性课程，那就应该除了努力学好课堂教学内容外，还要认真学好各个实践性教学环节的内容，并注意把主要精力用于钻研零件的结构、选材、制法、标准、规范、适用场合、工作情况、受力及应力状态、失效形式及其机理、设计准则、设计方法与步骤，以及可能出现的问题与对策上，而对公式的推导、经验数据的取得、某些曲线的来历等，只需作一般的了解，不必反复深钻，以免偏离重点。譬如在学习过程中，在适当的时候到实验室去亲手拆装一台较简单的机器或一个完整的部件(例如减速器),详细了解一下它的构造、功能、机构、零件、材料、毛坯、加工、装配、润滑、密封、运转、维护等，就会帮助学生较全面地了解这门课程，抓住较好的学习方法。教学时务必告诉学生。
最后，还要特别向学生提醒两点：
一是必须明确，设计决非只是计算，计算虽也重要，但它只是为结构设计提供一个基础，而零件、部件和机器的最后尺寸和形状，通常都是由结构设计取定的，计算所得的数字,最后往往会被结构设计所修改。结构设计在设计工作量中一般占较大比重，因而必须给予足够的重视。
二是必须明白，教材中给出的例题或某个零件的设计步骤及结果，仅为表明如何运用基础知识和经验资料去解决一个实际问题的范例，而不是唯一正确的答案或一切设计方法的终结；论述某个零件的设计方法和步骤，决非仅仅为了使学生学会那个零件的设计，而是为了培养学生掌握这些“武器”,从而具备设计各种有关零件的能力。
《机械设计》教案
第一章 绪论
一、本章的主要内容、特点及教学要求
本章主要内容是：机器的作用，组成机器的基本要素（零件）；零件的概括分类；零件（局部）与机器(总体)的关系；机械设计的主要内容及处理有关矛盾的原则；本课程的内容、性质与任务。
本章的特点是：它既是本课程的序幕，又是本课程的总纲。因而它的内容要贯穿全课程的始末，并涉及本课程的前后关系。讲好绪论课对搞好该门课程的教学工作是至关重要的,必须予以高度重视,做好充分准备,保证把绪论讲好
根据教育部<<机械设计课程教学基本要求>>和我院制定的《机械设计教学大纲》,本章的教学要求为: 1）明确《机械设计》在国民经济建设中的重要作用； 2）弄清机械零件设计在机械设计中的地位；
3）了解本课程的内容、性质、特点、与先修及后续课程之间的关系，以及相应的学习方法，从而对整个课程获得一个鸟瞰。
4）使学生对机械设计学科的发展前沿有所了解。
总的来说，本章的教学要求就是要使学生搞清楚“为什么学？”、“学什么？”和“如何学？”这三大问题，并树立起学好本课程的决心与信心。
二、本章重点及难点
本章重点，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。
本章难点是，除了掌握本章的基本内容之外，还应结合本课程的性质与特点，积极探索具有针对性的学习方法。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排1个学时。另外,在课外应再组织学生参观一些实际机械如印刷厂的印刷机、切纸机、零件陈列室的实物模型等。通过现场教学使学生从感性上进一步了解本课程研究的对象和内容,体会学习本课程的目的,并进一步调动他们学习本课程的兴趣和积极性.第二章 机械及机械零件设计概要
一、本章主要内容、特点及教学要求
本章内容概括起来讲可分为两部分：
第一部分是关于及其总体设计的概述，包括§2-
1、§2-2及§2-3三节。第二部分是关于机械零件设计的概述，包括§2-4及以后的各节。
本章特点在于从机器设计的总体要求出发，引出与机械零件设计有关的一些原则性问题。这些问题，例如设计机器的一般程序、机械零件失效形式、零件的设计要求、计算准则、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。在讲授本章时，由于学生还没有接触到各个具体零件的设计内容，所以不大容易较为深刻地掌握本章的内容，也无法和以后的各章建立联系。
本章的教学要求：
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，设计出机械零件来。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，要掌握对机器和机械零件的基本要求。这些要求不管列出多少条，从本质上讲却只有两条，第一是提高机器总体效益；第二是避免失效。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。
以上要求不可能一下子掌握，因此要求在以后各章节的教学中，不断的结合各章的具体分析来逐步加深。
二、本章重点及难点
本章重点是与机械零件设计有关的几节。本章的难点不在于各节的具体内容，而在于对各节的内容要从总体上以及它们的相互联系上予以理解，了解各节之间在逻辑上的相互关系。本章的难点还在于本章的内容非常原则而不具体，它的具体化要在以后的各章中才能体现。
1．机器的组成（§2-1）
本节概括的介绍了一部机器的组成情况。教学时要注意到，不管是机器的基本组成部分，还是其余部分，都包含有由机械零、部件构成的机械系统。即使在今天高科技时代，高水平的机电一体化机器，其任何部分，包括控制系统在内，也都离不开机械。这一点，一定要牢牢记住。
2．设计机器的一般程序（§2-2）
本节从最一般的概念上介绍了一部机器的设计程序。必须说明，本课程并不能负担起关于整部机器一般设计程序所涉及的所有问题的研究任务。机器的设计程序已成为一门新的专业课程。该章对机器的设计程序仅作一般的简略介绍，其目的除了使学生对机器设计过程有一个总体概念以外，还在于着重说明零件和部件设计在整部机器中所占的地位及其重要性。本门课程主要服务于机器设计程序中的技术设计阶段。让学生仔细地阅读教材第7页上“
（三）技术设计阶段”的内容。不可展开讲。
3．对机器的主要要求（§2-3）
本节是为了能从其中引出对零件的基本要求而设的。对机器的要求在很大程度上是要靠零件满足设计要求来保证的。
4．机械零件的主要失效形式（§2-4）
本节介绍的仅为零件失效形式的主要类型，是从完成零件技术功能的观点来定义失效的，并不涉及社会经济分析问题。事实上，随着科学技术的进步，有时有些机械零、部件甚至整部机器虽然没有出现教材中所列举的任何一种失效形式，但由于它们已不能适应技术发展的需要而必须予以淘汰或报废。从广义上讲，这也是一种失效形式。
5．设计机械零件时应满足的基本要求（§2-5）
本节所提出的五项基本要求中，避免在预定寿命期内失效的要求和结构工艺性要求是最主要的；经济性和质量小得要求是不言而喻的；可靠性要求是随着机器越来越复杂而]提出的新要求的。
对于强度，要明确强度既与零件的断裂有关，也与零件的不允许的残余变形有关。这和以后选择零件材料的极限应力有密切联系。
对于刚度，要明确它涉及到的是零件的弹性变形，不能把它和残余变形相混淆。
对于寿命，要注意主要制约寿命的技术因素是疲劳、腐蚀、和磨损。对于高温下工作的机器及其零部件，或者对于工程塑料零件，蠕边变形也是影响寿命的一个因素。
本课程是讨论通用机械零件设计问题的，所以只列举了前三个因素。结构工艺性要求是应给予足够重视的一个基本要求。要让学生正确理解和掌握结构工艺性的要求，必须熟悉从毛坯生产到最后使用的全过程的有关工艺知识。此外，在机械设计工作中，从工作量上来说，处理结构工艺性的问题所花费的精力也是相当可观的。学生在学习本课程时，工艺知识还不够全面，因而要特别强调这一要求。6．机械零件的计算准则（§2-6）
强度、刚度、寿命及振动稳定性各准则，与先修的力学课程密切相关，比较容易理解。
关于零件的靠性，可以从不同的失效模型研究，得到不同的可靠度规律。本章所述的指数规律，是在不具体考察零件失效的原因，而只从失效的表现来研究零件的可靠性时所采用的规律。
式（2-6是一个概括性很强的公式，随着失效率λ的函数形式的不同，可以得到多种不同的可靠度变化规律。对于它的理解应当是：
a)随着工作时间的延长，零件的可靠度R总是逐渐降低的。这个概念是符合于常识的。从数学上看，零件的失效率λ总是一个正值。
b)失效率和可靠度之间既有严格区别又有相互联系，失效率越高，则在某一固定时刻的可靠度也就愈低。可靠度总是时间的函数，而失效率却既可以是时间的函数，也可以不是时间的函数而为某一常数。因此，说可靠度，必须同时指明工作寿命。两个零件的可靠度只有在同一寿命下才是可比的。
两次失效件的平均工作时间（MTBF）通常是用统计的方法来确定的。7．机械零件的设计方法（§2-7）
本节从设计方法的类比来讨论设计方法，而不是各种设计方法的具体细节内容。不同零件的设计方法有不同的不表现形式，这在以后各种零件设计的有关章节中再行讨论。
本节提出常规设计方法和现代设计方法两个大类别。不能误解为有了现代设计方法，常规的设计方法就是过时了或不需要了。现代设计方法是在新的设计思想以及有了现代的设计技术物质手段的条件下，由常规设计方法发展而来的，在必要时用来弥补常规设计方法的不足，但它并不能完全取代常规设计方法，因为现代设计方法本身是离不开常规设计方法的。例如优化设计方法中很多约束条件就是要依靠常规设计方法来建立。所以要摆正这两种设计方法件的关系。学生们一般对理论设计方法易于接受，但对经验设计方法却往往不予重视。经验设计“是很有效的设计方法”。所谓经验，总会随着社会的不断发展而不断积累，经验并不总是陈旧的、过时的东西。相反，它恰恰是在理论还不成熟时，用来解决各种问题的一种可靠的方法。后面各章中就有不少经验设计的内容，很多经验数据也可以广义理解为经验设计的内容，从这一意义上来说，理论设计也是离不开经验设计的。
模型实验设计是在理论设计知识还不完备，原有的经验又不足以解决设计问题时，人们获取新经验和发展新理论的一种设计方法。8．机械零件设计的一般步骤（§2-8）
本节只勾划出零件设计步骤的一个轮廓。在实际运用时，由于所掌握的已知条件的多寡不同，它会有相当的灵活性。例如，有时可先做结构设计，然后根据计算准则进行必要的验算。有时还可能要反复地进行若干步骤的工作。
9．机械零件材料的选用原则（§2-9）
由于后续各章将会对各种零件常用的材料作具体介绍。所以本节只重点说明材料的选用原则。选用材料的前提是对材料性能（包括机械、物理和工艺性能）以及经济性的全面了解。选用材料的基本方法，是在分析与总结已有的成功地使用经验及选材不当的教训的基础上，结合对材料的了解，全面衡量，妥善取定。
10．机械零件设计中的标准化（§2-10）
标准化是设计工作中的一个重要的内容，要在熟悉现行的各种有关标准的前提下，在设计中运用和遵守标准。标准是人制订的，是为设计工作服务的。
可以把各种设计标准分为两类：一类是在设计中可以灵活处理的，例如直径标准、长度标准等；另一类通常是要严格遵守的，例如螺纹尺寸标准、齿轮模数标准等。虽然如此，在某些特定条件下，这类标准也可以不予遵守，例如在航空航天工业中，由于部件的尺寸及质量的大小需要严格限制，也不乏采用非标准齿轮模数的情况。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排2学时。以课堂讲授和板书表达为主，注意条理化。
第三章 机械零件的强度
一、本章主要内容、特点及教学要求
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。以后各章中各种强度的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。
本章的教学要求：
1．了解疲劳曲线及极限应力曲线的来源、意义及用途，能从材料的几个基本机械性能(σ0，σs，σ-1)及零件的几何特性，绘制零件的极限应力简化线图。
2．学会单项变应力时的强度计算方法，了解应力等效转化的概念。3．了解疲劳损伤累计假说（Miner法则）的意义及其应用，认识到以应力和以载荷计算的情况系数之间的联系及差别。
4．学会双向变应力时的强度校核方法。5．会查用附录中的有关线图及数表。
二、本章重点、难点及注意事项
1．§3-2疲劳曲线内容
绝大多数通用零件都是在变应力下工作的，因此，各式各样的疲劳破坏是通用零件的主要失效形式。
1）式（3-1）式描述疲劳曲线右侧（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（3-1）式有关公式中形式最简单、参数最少（只有m和C两个）、又能满足工程计算的精确性要求，并且应用起来最为方便的公式，所以在设计中应用最广泛。
2）教材图3-3上N0和ND是两个不同的循环次数。N0是人为规定得值，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，通过实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ND值也往往有所不同。这主要是因为试验条件及方法不同所致。
在本节中，主要的是要知道N0和ND在定义上是不同的，至于它们的具体数值，在以后各章节中用到时都会给出的。顺便提一下，对于中碳钢一类的材料，在拉压、弯曲和扭转条件下，由于ND的值不很大，所以常常以ND值作为N0值，即N0=ND。
2．§3-2极限应力线图
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特性r条件下进行材料的疲劳试验，先求出各不同的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形式的材料的疲劳极限σrn。利用这些σrN才能在σa-σm坐标上绘制出材料的极限应力线图。这是一条曲线，即图3.1上ADB曲线。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。
图3.1所示的材料的极限应力图，是用光滑的(无应力集中源的）、标准尺寸的试件通过试验的方法求出的，曲线A′D′B为极限应力曲线。为了便于计算，可用A⌒D近似地代替A¯D（由图可知，这样简化，误差很小，但计算公式大大简化）；对于塑性材料承受静应力时，其极限应力为屈服极限σs，故可用CG来表示其极限应力线（注意CG上任一点所代表的极限应力均为σmax=σa+σm=σs）；再将AD延长到G＇,与CG＇交于G＇。经过这样的简化，就得到了A＇D＇G＇和G＇C两条分别对应于变应力及静应力情况下的极限应力线。这就是图3-4所示的材料的简化极限应力图。
教材图3-5是用有应力集中源的试件作实验求得的简化极限应力线图。有应力集中源的试件中的应力是按照公称（名义）应力来计算的，即根据截面尺寸不考虑应力集中作用来计算应力的。由于有应力集中源，致使试件在N0循环时发生破坏的试验载荷要比无应力集中源试件的破坏载荷低得多，因而求得的公称应力值就低得多。根据试验数据，人们发现A′和A以及D′和D点的纵坐标的比值基本上都等于Kσ。因此，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ只是在相同平均应力条件下，材料的与零件的极限应力幅的比值。这个意思在不少的书籍中表述为：综合影响系数只对应力幅有作用，对平均应力不发生影响。这就是式(3-7a)所表达的意思。（3-7a）的“试件受循环弯曲应力时的材料特性”φσ，其含义就相当于某种材料能把所承受的弯曲平均应力转化成等效的弯曲应力幅的一种特性，所以也叫做“弯曲平均应力转化系数”，亦即弯曲应力的平均应力部分被它乘了之后，就具有与弯曲应力的应力幅同等的疲劳损伤作用了。这个转化可以用图3..2来说明。不过，这样的分析是以应力的循环特性不变的工作情况为前提的。
由图可见，图a中的单向不对称循环变应力，可以分解为图b所示的平均应力。图c的平均应力又可等效转化为图d所示的对称循环变应力了。因此，这个应力的转化过程也可以叫做不对称循环变应力的等效转化。这个应力等效转化的概念，就是把的工作应力，转化成在强度上具有等效影响的对称循环变应力。式(3-10)是各种文献中计算弯曲疲劳极限的综合影响系数kσ的公式的一种。除此以外，还有其它的kσ的表达式。kσ的计算式是人们根据经验拟合的，也就是说它是该书的作者根据自己的经验和认识提出的，而不是一个理论公式。不同资料不得混用。
3.§3-2单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力虽然在实际的机械零件中是较少遇见的工作状况，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——σ-1或σ0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缘故。因此本节内容非常重要。
我们用平均应力σm和应力幅σa作为描述变应力的一对参量。这等效于用σmaxσmin和r中的任何两个作为参量的描述方法。
首先要明确的是：在一个已知的工作应力点（σm,σa）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。对于基本的典型的应力变化规律，可以列出r=C, σm=C及σmin=C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那一段相交。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。由此道出不同的疲劳强度校核公式。
4．§3-2单向不稳定变应力时疲劳强度计算
单向不稳定变应力时强度计算的依据是疲劳损伤累计假说，即式（3-26）。有些文献上把它叫做Palmgren-Miner假说，或者简单的叫做迈纳尔（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做同样的功，都对材料起同样的损伤作用。因此，设该变应力循环N次使材料发生疲劳破坏，则每一应力循环中外力所作的功就是引起破坏的总能量1，这个值就是一次循环的损伤率。虽然Miner法则在许多试验条件下与试验的N数据不能很好的吻合，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。
式（3-30）中的应力情况系数Ks的作用，是把对称循环的不稳定变应力（图3.3a）转化为等效的对称循环稳定变应力。至于转化成具有什么参数的稳定变应力，虽然可以在各级不稳定变应力中任选一级变应力作为典型应力，但实用上通常是选择其中绝对值最大且作用时间也较长的一级变应力作为典型应力。对于那些在零件整个工作寿命中循环很少次数的峰值过载应力，只要它通过了静强度计算，一般不作为典型应力。公式中以σ1作为选取的典型应力值，其它各级变应力都向σ1等效转化为相当于对称循环N’次的稳定变应力σ1（图3.3b），然后合并起来最后折算成ksσ1为应力幅的对称循环变化N0次的稳定变应力（图3.3c）。所以，安全系数计算值Sca及强度条件就应当为Sca=(σ-1/ksσ1)≥S。这就是教材中的式(3-31)。
如果原来作用的是不对称循环的不稳定变应力时,就先对各级应力的乘以,再加上该级的应力幅,把各级不对称循环变应力等效对称化,然后再用系数进行等效稳定化.这样就可以当作对称循环稳定变应力来处理.式(3-32)中的载荷情况系数与的意义相同,只不过是施加于变载荷(使之转化为等效的稳定载荷)情况下的系数而已.5.§3-2双向稳定变应力时的疲劳强度计算
双向稳定变应力时的计算依据是图3-12及式(3-33).式(3-33)是用于同相位对称循环的弯曲和扭转变应力联合作用的情况.对于一般的平面应力状态,可以应用最大切应力理论进行强度计算.事实上,式(3-33)就是弯曲、扭转联合作用下最大且应力理论也是大致符合于试验结果的.6．对§3-3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。
接触应力的分析必须借助于弹性力学的方法。对于大多数工程专业的大学生来说，在学机械设计课程以前是不会安排弹性力学课程的。因此，对这个公式，只要会使用就可以了。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排4个学时。以多媒体手段和板书推导相结合来共同完成该章的教学任务。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
一、本章主要内容、特点及学习要求
1．主要内容
本章主要内容是对摩擦学所研究的主要对象（即摩擦、磨损和润滑的基本问题）作简单扼要的介绍，重点在于阐述摩擦和磨损的分类与机理，形成油膜的动压和静压原理，以及弹性流体动力润滑的基本知识。
2．特点
因本章涉及的内容较广，为了使读者对摩擦学有一个概括的了解，因而本章包含的内容是较多的。这里只要求搞清概念，而无需做更深的探讨。
3．教学要求
1）明确摩擦学所包含的主要内容、研究对象及发展摩擦学的重要经济价值。2）对于干摩擦、边界摩擦、混合摩擦、流体摩擦的机理与物理要有扼要的了解。
3）初步了解磨损的一般规律（即磨损曲线）及各种磨损（粘附磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损和微动磨损）的机理和物理特征。
4）了解润滑的作用及润滑剂（油、脂）的主要指标。
5）掌握流体动力润滑的基本概念及楔效应承载原理，而对于弹性流体动力润滑和流体静力润滑只需有一个初步了解即可。
二、本章重点、难点及注意事项
1．本章重点为：1）各类摩擦的机理与物理特征；2）各类磨损的机理与物理特征；3）流体动力润滑的基本原理。
2．本章难点为楔效应承载理论及弹性流体动力润滑原理。3．本章内容分析及学习注意事项 1）概述部分
本部分应了解摩擦学所包含的主要内容和研究对象，以及摩擦、磨损与润滑之间的有机联系。明确摩擦是因其能量损耗的主要原因，磨损是造成零件失效和材料损耗的主要原因，而润滑则是减小摩擦和磨损的最有效的手段。随着科学技术的发展，材料和能源的节约日益重要，因此形成了一门新兴的学科—摩擦学。它是研究相对运动中相互作用者的表面工作情况的科学和技术。
2)讲授§4-1“摩擦”一节内容时应注意的问题
本节所讨论的摩擦，不是先修课程内容的简单重复，而是更着重于摩擦的机理和物理本质。学习时要注意了解各种摩擦的机理及其状态。
①干摩擦 关于干摩擦的理论，主要有机械啮合理论、分子机械理论、静电力理论的粘附理论。目前认为粘附理论对金属摩擦在宏观上提出了最满意地解释。
用粘附理论，结合试验结果，证明了经典摩擦定律的正确性，得出了干摩擦时的摩擦力与表观接触面积无关而与载荷成正比的结论[见教材第四章公式（4-2）及（4-3）]。
重点弄清以下概念：
a）简单粘附理论认为真实接触面积Ar取决于软金属的压缩屈服极限σSy和法向载荷Fn。但这一结论有一定的局限性。修正粘附理论认为真实接触面积是与金属材料的塑性变形决定的。这是考虑在有摩擦的情况下，由于接触区同时作用有法向应力及切应力，并假设当最大切应力达到临界值时，材料发生屈服。因此，真实接触面积Ar应该是考虑法向载荷的影响所得到的接触面积与摩擦力产生的面积增量之和。
b)简单粘附理论指出摩擦系数f=τB/σSy,其中τB、σSy皆指两金属中较软者的应力。对于大多数金属，比值τB/σSy均较接近，因而各种金属的摩擦系数相差很小。文献[12]对此的解释，认为是由于当两种硬金属发生摩擦时，其τB及σSy都较高而真实接触面积Ar却很小，当软金属对硬金属摩擦时，其τB及σSy都较低而Ar却较大的缘故。事实上，将按简单理论算得的摩擦系数绝对值与通过试验侧得的数值作一比较，就可以证明它是不完全的。修正后的粘附理论是一种较符合实际的理论，虽然它仍以简单理论的模型为根据并作了若干假设，但它却能解释不少的摩擦现象。②边界摩擦 首先应该了解边界摩擦的性质，即这种摩擦特性主要取决于润滑油和金属表面的化学性质，其特征就在于相对滑动的两金属表面上形成了边界膜。
进而应搞清楚物理吸附膜、化学吸附膜和化学反应膜形成的机理和特点。明确前两种边界膜的润滑性能称为润滑油的油性，后一种则叫极压性。
因为纯粹的边界摩擦只是在理想的光整表面间才能实现，而这种理想的光整表面实际上并不存在，因此不可能有纯粹的边界摩擦。实际上，我们所说的边界摩擦都是边界摩擦与干摩擦的混合。例如，当两摩擦表面间的间隙很小或机器起动机停车时，均会出现这种摩擦状态。
③混合摩擦 首先应了解产生混合摩擦的条件，明确混合摩擦是一种兼有干摩擦、边界摩擦和流体摩擦的平均性质的摩擦。例如，在滑动轴承中当轴颈滑动速度不足或润滑不足，而载荷过大时，便可产生这种混合摩擦（如内燃机的连杆销、十字滑快销和活塞销等）；甚至正确设计和计算能达到流体摩擦的轴承在启动、停车及在磨合时间内也不可避免的会产生混合摩擦；此外，如在油中有硬质颗粒，其尺寸超过了油膜厚度，也会发生混合摩擦。
如何评定混合摩擦时表面微观峰尖与油墨分担载荷的情况，教材中介绍了膜厚比公式（4-1），即λ=hmin/(Ra1+Ra2),它表示随着λ的增加，油膜所承担的载荷也增加。这是一个主要用于定性，且可粗略用来定量的公式，可供设计是确定摩擦状态的参考。
④流体摩擦 本小节中，对液体摩擦只作为一种摩擦状态来介绍，没有涉及一些理论分析问题，因而只需掌握两点：a）由于流体摩擦时摩擦面件的油膜厚度足够大（λ>5），油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配而能自由移动，摩擦表现为油的粘性；b)形成流体摩擦是有一定条件的。
3）讲授§4-2“磨损”一节内容时应注意的问题
①首先应对机件磨损的普遍规律（及图4-6所表示的磨损曲线）有一个初步的认识，从而明确设计者的职责在于采取措施，力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损期的到来。
②教材中所讨论的五种形式的磨损，主要根据J.T.Burwell提出的分类方法。对这五中磨损形式的机理，读者应有一个概括性的认识。其中，粘附磨损、磨粒磨损和疲劳磨损是应掌握的重点。对腐蚀磨损、冲蚀磨损以及复合形式的磨损（即粘附、磨粒、疲劳和腐蚀磨损形式的复合）—微动磨损则只需有个基本概念即可。
顺便指出，这些磨损形式可随工作条件的变化而转化。对于通常的机械摩擦副，主要是随相对滑动速度和载荷的变化而变化。
③这几种磨损形式中的粘附磨损、磨粒磨损及疲劳磨损，在以后分析齿轮传动、蜗杆传动、滑动轴承和滚动轴承的失效形式时均会碰到，因而要善于把三种磨损形式的机理和有关基本概念与以后有关章节中所讲到的零件具体的联系起来，以便进一步深化概念。
4）讲授§4-3“润滑剂和润滑方法”一节时应注意的问题 ① 首先应对润滑的作用，润滑剂的种类有一个初步的了解
② 对于润滑油、润滑脂的主要质量指标这一小节中，重点是润滑油，对润滑脂只作一般了解即可。
润滑油的诸质量指标中，重点要了解粘度指标，明确润滑油是牛顿液体，油的粘度是流体润滑中极为重要的一个因素。对常用的粘度单位（动力粘度、运动粘度、条件粘度）的定义、量纲及不同粘度单位的相互换算方法应能掌握，并对润滑油的粘-温特性、粘-压特性有一个初步概念。
关于其它指标，只需建立一个印象，以便需要时查阅有关手册。
③ 润滑油、润滑脂的添加剂种类很多，主要了解添加剂的作用，特别是油性添加剂、极压添加剂对提高润滑油边界膜的强度所起的作用。
④ 润滑油或润滑脂的供应方法在设计中是很重要的，最好能结合生产实际掌握这一部分内容。
5）流体润滑原理这一节（§4-4）中，流体动力润滑时学习本门课程时需掌握的一个重要内容。学习流体动力润滑时，主要在于搞清两滑动表面间动压油膜的形成原理。对弹性流体动力润滑这一部分内容只要求建立一个初步的概念。这部分内容写的比较概括，为便于理解，这里作一些简单的补充说明。
弹性流体动力润滑理论是计入了高压下油的粘-压特性在流体动压油膜形成中所起的重要作用，以及引起接触区材料弹性变形的压力与流体动力润滑油膜压力的相互关系。例如，对于某些做相对滚动或滚动-滑动的两个受润零件，载荷的传递是通过零件的局部接触来实现的（如外啮合齿轮的轮齿之间，滚动轴承的滚动体与套圈之间，凸轮与从动件之间等）。因为局部压力很高，这时接触区的局部弹性变形量与油膜厚度差不多具有同样的数量级，因而都不能予以忽略。在这种载荷条件下，接触体的局部弹性变形构成立了受润零件间的油膜形状，而这个油膜形成的流体动压力又起到使接触体产生弹性变形的作用，它们之间相互影响，互为因果，这就构成了弹性流体动力润滑理论的研究内容。
两个受润零件是否能形成弹性流体动力润滑，不仅要看局部受载的大小和形成流体动压油膜的所需的条件如何，而且还取决于接触体材料的弹性和油的粘-压特性。弹性流体动力润滑理论的研究目的是根据这种理论来求出高副接触处的最小油膜厚度。
根据对弹性流体动力润滑理论进行的大量计算结果，发现了如下的普遍规律： a)在靠近接触区口处突然出现第二峰值压力（见图4-18）。第二峰值压力不可忽视，因为它的数值很大而范围极窄，可能产生很高的表层下的应力，从而导致零件的点蚀破坏。
b)在出口处的油膜厚度出现一种缩颈现象，使得hmin比接触区平行部 的油膜厚度h0小25%，这可解释为，当油从高压接触区排出后就迅速扩散开，压力便急剧下降，此时要保持流动的连续性，通道截面（即油膜厚）即必须减小，因而形成了这一油膜局部收缩现象。
c)为了实现弹性流体动力润滑，必须计算其膜厚比是否能满足要求。关于流体静力润滑只需了解其原理与流体动力润滑的本质区别即可。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排2个学时。以多媒体手段结合挂图为主来共同完成该章的教学任务。
第五章 螺纹联接和螺旋传动
一、本章主要内容、特点、及教学要求
1．本章主要内容包括两部分：第一部分为螺栓联接的设计，包括螺栓联接的预紧、强度计算、螺栓组结构设计、受力分析及提高联接强度的措施；第二部分为滑动螺旋传动的设计计算方法。
2．本章特点是内容包括螺纹联接和螺旋传动两个部分。前者属于联接，后者属于传动。二者在内容上虽有一定的联系，但在设计要求上却有很大的差别。3．本章的教学要求
1）对于螺纹联接的基本知识（§5-1～§5-4），应了解螺纹及螺纹联接的类型、特性、标准、结构、应用场合及有关的防松方法等，以便在设计时能够正确的选用它们。
2）对于螺纹联接设计及强度计算部分（§5-5～§5-7），应掌握其结构设计原则及强度计算的理论与方法，能正确进行螺拴组的受力分析，能较为合理的设计出可靠的螺栓组联接。
3）对于螺旋传动部分，主要是掌握螺旋传动性能（效率、自锁等）对螺纹选型的要求及主要零件（螺杆、螺母）的设计计算方法，并通过一种基本类型—螺旋起重器的设计，了解滑动螺旋传动的主要设计过程。
二、本章重点、难点、及注意事项
1．本章重点有两个：其一是各类不同外载荷情况下，螺栓组中各螺栓的受力分析；其二是螺栓联接的强度计算，尤其是承受轴向拉伸载荷的紧螺栓联接的强度计算。
2．本章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。实用中，常把这种螺栓组联接设计成倾覆力矩作用在结合面的垂直对称面内，并做出一些假设（如底板为绝对刚性体、地基与螺栓皆为均质弹性体等），使问题得到简化。3．本章教学注意事项
1）§5-1～§5-4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，应当引导学生阅读机械设计手册。
2）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，不许自行设计。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），螺纹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。
3）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计这个受力最大的螺栓的尺寸，其余的螺栓则按同样尺寸选用。4）在设计螺栓组联接时，应正确解决以下几个问题
①螺栓组的布臵 螺栓组中螺栓的个数及其在结合面上的布臵方案，一般可参考现有设备按经验确定。不同的布臵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：先讲总载荷分解，分解后所得到的载荷不外乎轴向力、横向力、扭矩和弯矩的等四种基本情况；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。在这四种基本情况中，承受倾覆力矩的地板螺栓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和应力变化的关系。
②确定螺栓的拧紧力矩 紧螺栓联接所需要的扳手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，对于重要的螺栓联接，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。于这一问题相联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。
③确定螺栓直径 螺栓的直径计算是整个螺栓联接设计的核心部分。因为只要直径确定了，就可以根据标准确定螺栓其它部分的尺寸（螺栓的长度可根据杯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，以及螺母按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予特别的注意。弄清楚为什么当紧螺栓受到轴向拉伸载荷时，它的预紧力会变小，而螺栓的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预紧力可以提高螺栓的抗疲劳能力。
④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，还应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，大多数是标准化了的。但是也有许多重要的螺栓联接，所用的螺栓、螺母或垫圈具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。
三、本章内容的分析与补充
1．螺纹（§5-1）
由于各类螺纹大多已标准化，少量未标准化的也有了推荐尺寸。因而，在讲授表5-1时，要从工艺性、工作时的自锁性、强度、适宜于承受载荷的类型、密封性、传动效率等方面进行互相比较，掌握它们的特点及应用范围。这里应该指出：一般的三角形螺纹联接是不能起密封作用的；所有的螺纹联接都不能保证螺杆与螺母之间有较高的同心度。因此，一般地说，不能用它们来满足某种定位的要求。
2．螺纹联接的类型和标准联接件（§5-2）
螺纹联接的种类很多，基本形式有螺栓联接、双头螺柱联接和螺钉联接三种。它们分别适用于不同的情况，包括被联接件的不同厚度和形状、不同的材料以及联结的装拆要求等。紧钉螺钉联接及地脚螺栓联接则是两类特殊用途的联接，因而具有与一般联接螺纹不同的形状。这些联接用的零件都已标准化，设计时应根据有关标准选用。
3．螺纹联接的预紧（§5-3）
预紧力与拧紧力举之间的关系式是根据机械原理课程中关于螺纹的摩擦力矩的计算公式得出的。应该注意到，由于螺纹联接中实际产生的预紧力比扳手一端所施加的拧紧力要大许多倍。因此，重要的螺栓联接要采用适当的方法与工具来控制拧紧力矩，使之既能达到预紧的目的，又不致拧断螺栓。
4．螺纹联接的防松（§5-4）
应该指出，放松的根本点在于防止螺母和螺栓的相对转动。凡能达到这个目的的措施，都可列为防松方法。一般地说，机械防松要比摩擦防松更为可靠，但成本较高，因而只宜用于比较重要的或机器内部不容易检查到的地方。
5．螺纹联接的强度计算(§5-5)对于一般的紧螺栓联接，在进行强度计算时，可以将总拉力增大30%以考虑拧紧时的扭转切应力的影响。由于螺栓的相对刚度不易计算准确，总拉力也不宜计算准确，因此，这一计算时近似的，但可以认为是偏于安全的。另外，在计算时假定应力在危险截面上均匀分布。实际上，在螺纹根部有严重的应力集中，这一点在变应力计算中通过综合影响系数K来考虑。在强度计算公式中，许用应力[σ]由屈服极限σS除以安全系数S得出。而安全系数则由表5-11查出。应该注意，这时在强度计算公式中所使用的载荷必须是计入各种影响后螺栓承受的总的载荷。对于松螺栓联接，这个总载荷就是工作载荷F；对于只承受预紧力的紧螺栓联接，这个总载荷要考虑拧紧力矩的影响，它等于预紧力QP的1.3倍；对于同时承受轴向工作载荷的紧螺栓联接，要考虑受载后补充拧紧的影响。这个总载荷是总拉力Q的1.3倍。对于绞制孔用螺栓联接的强度计算，所用的安全系数也由表5-11给出。
6．螺栓组联接的设计（§5-6）
本节除应掌握螺栓组联接结构布臵的一些原则外，还应注意到有些简化假设是有一定条件的。例如，假设绞制孔用螺栓组联接在受横向载荷时，各个螺栓均匀受力。这种假设只适用于沿载荷作用方向排列的螺栓个数不很多的情况。
下面对受倾覆力矩的螺栓组联接的受力分析做一些补充说明。
1）计算时假定地板是刚性的，倾转时不变形，即仍能保持为平板；地基与螺栓则是弹性的。同时，假定地板在受到倾覆力矩作用时，将绕对称轴线O-O旋转(参阅教材图5-27)。后面的分析及所得到的计算公式都是在这个假定的前提下产生的。这一假定对于刚性（例如刚或铸铁的）底座安装在弹性（例如水泥的）地基上是合适的。如果不是这样，则随着地基和螺栓的刚度的不同，倾转中心的位臵将发生变动。对于图5-27所示的受力情况，如果地基相对螺栓来说，刚度增大，倾转中心将移向右侧，各螺栓和地基所受的载荷情况将随之而变动，其变动情况可以用相同的方法进行分析。
2）螺栓组中受力最大的螺栓的工作拉力Fmax可由式（5-31）计算出，即FmaxMLmaxLi1z2i其中各符号的意义见教材。
这里应注意的是，F只是受力最大的螺栓中的工作载荷，它的总载荷应力Q=F+Q＇，设计时应按总载荷Q来计算螺栓所需的最小直径。
3）为了防止结合面受压最大处压碎或受压最小处出现间隙，应按式(5-32)及(5-33)检查，受载后的σ不超过允许值，σ不小于零，即
pmaxppmaxp
pminppmax0
这里σ代表由于加载而在地基结合面上产生的附加挤压应力的最大值。它由公式（5-34）计算：
pmax1WCmMCmCb CmCmCb其中W为结合面的抗弯截面系数。这里M乘以地基的相对刚度是因为由于而引起得力的变化包括两部分，一为地基的，一为螺栓的，两者的分配比例与它们的刚度大小成正比。
7．螺纹联接件的材料及许用应力（§5-7）
国家标准规定螺纹联接件按材料的机械性能分级（见表5-9，5-10）,螺栓材料机械性能等级的标记代号由“〃”隔开的两部分数字组成，第一部分数字（“〃”前）表示公称抗拉强度（σ）的1/100；第二部分数字（“〃”后）表示公称屈服极限（σ）或公称屈服强度（σ）与公称抗拉强度（σ）比值（屈服比）的10倍。这两部分数字的乘积为公称屈服极限（σ）或公称屈服强度（σ）的1/10。例如强度级别标记为4.6，表示材料的抗拉强度极限为400MPa，屈服比为0.6，屈服极限为240MPa。标准又规定螺母材料的强度不低于与之相配的螺栓材料的强度。螺母材料性能等级的标记由可与之相配的螺栓的最高性能等级标记的第一部分数字标记。这样规定保证了联接的承载能力可达到螺栓或螺钉的最低屈服极限，在这之前不致发生螺母脱扣。因为螺杆的断裂是突然发生的，比较容易发现，螺母脱扣是逐渐发生的，很难发现，增加了由于螺纹组合件失效而造成事故的可能性。所以对螺纹联接，如果失效的话,希望失效的形式是螺杆断裂而不是脱扣。在许用应力中所使用的的安全系数，请参看§5-5种的有关说明。
8．提高螺栓联接强度的措施（§5-8）
本节中所叙述的几条提高螺纹联接强度的措施都是很重要的。对于重要的螺纹联接，特别是承受变载荷的，应该考虑采用这些措施。这时，就不一定采用标准的螺纹联接件了。
为什么悬臵螺母可以改善螺纹牙上的载荷分布不均呢？因为原来螺母受压，螺杆受拉，两者的变形不协调，引起载荷分布不均匀；改为悬臵螺母后，两者都变为受拉，变形比较协调，载荷分布也就比较均匀了。
9．螺旋传动（§5-9）
讲授这一部分内容时，应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，由于要传递运动，主要要求保证螺旋副有较高的传动效率和磨损寿命。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特点以及与螺纹联接的差别。
虽然滚动螺旋传动和静压螺旋传动在精密机械中已有广泛的应用，但限于篇幅，在本节只对它们作简单的介绍，而把主要的重点放在最基本的滑动螺旋传动的设计和计算上。
四、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排8个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。螺旋传动不占计划学时，安排一个设计大作业。安排一次参观，安排做一个实验。
第六章 键、花键、无键联接和销联接
一、本章主要内容及教学要求
本章主要内容为键及花键联接的类型、结构、特点和应用，失效形式和强度计算。
健、花键和销大多已标准化，因此学习本章的主要要求是：
1．了解键联接的主要类型及应用特点，掌握键的类型及尺寸的选择方法，并能对平键联接进行强度校核计算。
2．了解花键联接的类型、特点和应用。掌握花键联接强度校核方法。3．对无键联接、销联接的类型、特点及应用有一定的了解。
二、本章重点、难点及注意事项
本章重点是键与花键的类型、尺寸选择和强度校核方法。应注意以下几点：
1．根据轴与毂是否有相对轴向移动，平键联接和花键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。当静联接与动联接的材料相同时。在选取许用值时应注意，应为联接中最弱材料的许用值。
2．图6-6所示的平键联接受力情况只是为了计算方便而进行的一个简化假设，即认为载荷在键的两侧工作面上均匀分布。实际上这样的载荷分布情况是不可能建立的。若区间作为分离提（图6.1a），可知键并非处于平衡状态，而是要沿顺时针方向转动。因而可以判定键在工作时，两侧面压力的合力N必须共线（图6.1b），键才能处于平衡状态。因此，实际上载荷在键两侧工作面的高度方向上为不均匀分布。此外，由于轴的扭转变形，实际上载荷在键的长度方向上也是不均匀分布的。
3．在花键联接强度计算式（6-5）和(6-6)中，考虑到载荷不可能均匀分布的分配到各个花键齿上,所以引入了一个载荷分配不均匀系数。在制造及安装精度相同的情况下，齿数越多，载荷在各花键齿上的分配就愈不均匀，的取值愈偏于0.7～0.8的下限。与平键联接相似，载荷在每个花键齿的高度方向上和长度方向上也是不均匀分布的。应说明的是，载荷分配不均系数并未考虑上述载荷分布不均的影响。
4.平键联接和花键联接中，存在着载荷分布不均的问题；在用花键联接或沿轴向多于一个平键时，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的简化程度，该差距的大小与计算模型的简化程度有关。在机械零件的强度计算中，这方面的影响常用试验得到的许用应力或修正系数等来考虑。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的，而载荷分布不均的影响是在许用应力中加以考虑的。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排3个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。
第七章 铆接、焊接、铰接和过盈联接
一、主要内容、特点、及教学要求
1．主要内容
本章每节讲解一种联接，因而只是简要阐述了关于铆接、焊接、胶接和过盈联接的基本知识，其中主要是：
1）铆缝的类型、结构、应用场合、受力状况、破坏形式及设计计算概要。2）电弧焊缝的基本类型、结构、应用场合、受力状况、破坏形式及强度计算。3）胶接接头的类型、结构、应用场合、受力状况、破坏形式及设计要点。4）过盈联接的类型及应用，过盈联接的工作原理、装配方法、受力及应力状态、失效形式及设计方法。
2．特点
1）本章所述几种联接的结构设计、工艺要求、强度计算、许用应力等，都与它们各自的专业技术规范或规程密切相关，因而教材提供的资料只适用于一般的情况，具体设计各专业产品时，都应以各该专业的技术资料为依据。
2）焊缝强度计算是根据在多种假设条件下建立的简化了的力学模型，并通过实验取得强度校核用的许用应力。采用这种“条件计算”的原因是：焊缝受力时附近的应力分布情况非常复杂（图7.1、7.2、7.3），应立集中及内应力很难准确决定，而通过热处理等工艺措施又可得到一定的改善。在这种情况下，采用“条件计算”既可使计算程序大为简化，又能保证焊缝经得起实践的考验。
3）胶接强度的计算方法一般较为复杂，目前还未达到适合工程需要的简明而通用的程度，同时在通用机械中，胶接还应用较少，故本章未予详细介绍。3．学习要求
了解关于前述几种联接的基本知识（类型、结构、应用场合、常用材料、有关标准和工艺要求），掌握他们的受力状况、破坏形式和基本的设计计算方法。
二、本章重点及注意事项
1．重点
本章重点是前述几种联接的受力状况、破坏形式及设计要点。2．注意事项
1）要明确在联接设计中，必须同时满足联接强度和联接零件本身的强度这两个要求，并学会相应的计算方法。
2）要正确理解焊缝强度计算公式的条件性，掌握某些计算公式（如表7-2中图i对应的强度计算公式）与一般力学计算公式的差异。
3）过盈联接中，联接零件强度计算的理论基础是厚壁圆筒的应力分析，如对此项理论还不够熟悉，应先复习材料力学中的这一部分，以便为顺利进行学习准备条件。
4）过盈联接最大径向压力的计算公式（7-11a）只适用于弹性变形范围，而不适用于塑性变形范围。另外，它没有计入离心力的影响，因而也不适用于高转速的过盈联接。
5）当过盈联接的配合部位p很大而有可能进入塑性范围时，应按式（7-15）、（7-16）给出的条件进行检验，以判断联接是否仍可正常工作。
6）过盈联接设计计算的步骤较多，学习时应自行理出一个线索，并搞清何时计入式(7-12)中的2u及何时不计入2u的原因。
7）采用过盈联接时，应注意对配合部位的应力吉中情况采取适当的措施（参考图15-19），以提高廉洁的工作能力。
8）由于本章只是简要介绍有关前述几种联接的基本知识和一般资料，如与专业需要或工作中使用到其中某个部分时，还应适当加学有关的专业规范和技术资料，决不应移花接木，混淆使用条件。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排0个学时，为了内容完整，要求学生自学。
第八章带传动
一、本章主要内容、特点及教学要求
1.主要内容
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要介绍。
2.特点 本章特点是讨论一种以柔韧体(带)为中间体的摩擦传动。带必须具有初拉力才能在工作时产生摩擦力和松、紧边的拉力差(有效拉力)。同时，由于带是柔韧体，它本身不可避免的弹性变形，必然在带轮上产生弹性滑动。此外，与啮合传动相比，摩擦传动还有一种特别的失效形式一一打滑。
3.教学要求：
1）了解带传动的类型、特点和应用场合。
2)熟悉普通V带的结构及其标准、V带传动的张紧方法和装臵。
3)掌握带传动的工作原理、受力情况、弹性滑动及打滑等基本理论、V带传动的失效形式及设计准则。
4)了解柔韧体摩擦的欧拉公式、带的应力及其变化规律。5)学会V带传动的设计方法和步骤。
二、本章重点、难点及注意事项
1.在§8-1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。同时明确靠摩擦传递动力时，摩擦面间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，应该联系槽面摩擦理论。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擦力，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F1、松边拉力F2、初拉力Fo、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： ①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，而且紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量，紧边拉力Fl与松边拉力F2之间存在着
F1ef的关系。F2②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Fl与松边拉力F2之差，见式(8-2)。
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： ①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。②式（8-5）F1Fef中，只给出了1的比值，并未给出F1与F2的实有值，例F2F2如F1487.5…无数个不同的实有值的比值，此时，可由F1F22时，可以有，，2415F2分别得出2、4、7.5等不同值的有效拉力Fe。
③在一定的F1/F2的条件下，F1与F2的具体数值取决于初拉力Fo的大小,故F0对传动有很大的作用，例如Fo 等于O时，就根本不能传动。④由式(8-7)可知，最大有效拉力 Fec 的大小取决于初拉力Fo、包角α和摩擦系数f的大小。⑤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：
①分析带在工作时的各种应力，包括拉应力σ、弯曲应力σb离心应力σc的分布情况以及最大应力发生在何处。②弯曲应力σb 与带的厚度h和带轮直径D有关,这就是要限制h/D,特别是要限制小带轮直径D1的原因。
③离心应力σc 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，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上的拉应力增量，即称为离心应力。④离心应力与带的线密度(kg/m)和带的速度有关，这就是需要限制带速的原因。⑤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：
①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。②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。
③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(ε=1%～2%)，故可不予考虑。
④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(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D1≥Dmin，带的速度 5m/s 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寸。 应该说明的是，V带两侧面夹角为40°。而轮槽揳角常是34 °, 36°或38°。其原因是V带在带轮上弯曲时,截面形状发生了变化,外边(宽边)受拉而变窄，内边(窄边)受压而变宽，因而使带两侧面的夹角变小。带轮直径越小，这种变化越显著。为使带侧面和轮槽有较好的接触，应使轮槽模角小于40°,且随着带轮直径的减小而减小，见表8-12。 5.在§8-6一节中，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特点。同步带传 动是一种新型传动，对它应着重了解其工作原理和特点。 三、本章教学工作的组织及学时分配 本章的教学内容安排4个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。安排一个结构设计作业、安排一次参观。 第九章 链传动 一、本章主要内容、特点及教学要求 本章主要介绍链传动的工作原理、特点及应用范围；着中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；着中论述了滚子链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及链传动的润滑和张紧的方法。主要教学要求是： 1）了解链传动的工作原理、特点及应用。2）了解滚子链的标准、规格及链轮的结构特点。3）掌握滚子链传动的设计计算方法。 4）对齿形链的结构特点以及链传动的布臵、张紧和润滑等方面有一定的了解。 二、本章重点及注意事项 1．在讲授§9-1链传动的特点及应用时，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，如用于掘土机中的运行机构中。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．讲授§9-4时，应重点了解链传动的“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时怎样产生的。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，链条沿垂直于运动方向得分速度也在作周期性变化，从而导致运动的不均匀性。可以证明链传动的瞬时传动比为is12R2cosR2cos。在传动中γ角与β角不是时时是相等的，因此其瞬时传动比也不断变化。只有在z1=z2，链传动中心距恰好是节距的整数倍（即γ角与β角的变化完全相同）时，瞬时传动比方为常数。 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”。链的节距越大，链轮转速越高，“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§9-6时，首先要了解确定滚子链传动的承载能力的主要依据是什么。随着链传动技术的发展，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，当链条啮入链轮齿间而相对转动360°/z（z为链轮齿数）时，铰链内不润滑油可行成承载油楔，这是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、质量合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，通常以抗疲劳强度为中心的多种失效形式的功率曲线图为依据，见图9- 12、9-13；只有在恶劣的润滑状态下工作的链传动，磨损才依然作为限定其承载能力的依据。讲授本节时，必须设法让学生弄清额定功率曲线图（图9-12和图9-13）的意义和实验条件。图9-12位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，曲线实际使用的功率曲线为图9-13，较图9-12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。由于在高速区内，随着转速的增加，极限功率下降迅速，故图9-13中功率曲线的最右段均有一垂直线，用以限定小链轮的最高转速。 图9-13所示的额定功率曲线图，是在特定条件下用国产10种型号的单列A系列滚子链作试验，在避免出现各种失效形式的前提下，按试验数据绘制而成的。它代表不同链节距的单列链条，在不同转速n1和不同润滑条件下所能传递的功率，是滚子链传动设计的依据。 4．讲授§9-6时，还要了解链传动主要参数对传动性能的影响，引导学生学会合理的选择参数，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、n2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。 1）合理选定链轮齿数是设计中的一项重要任务。小链轮齿数z1选得多一些，一般来说对链传动是有利的。这是由于z1的增加，多边形效应减小，从动轮速度变化率降低。当z1>21时，v2v1v2100%可小于1%。小链轮齿数z1选得太多，则大链轮齿数z2将更多，不仅增大了传动尺寸和重量，而且会缩短链条使用寿命。这是由于在链节距伸长量Δp相同的条件下，齿数愈多，链轮上的节圆直径增量Δd愈大，链条移向齿顶，越易从链轮上脱落。因此z增加则节距的允许相对伸长量（Δp/p）%降低，链传动的寿命减小，故常取z2max≤120。 小链轮齿数z最好与链条节数互为质数，这样才能轮流更换链轮齿和链节的啮合，从而得到较为均匀的磨损。 2）链节距p已标准化。它不仅反映了链条和链轮各部分尺寸的大小，而且是决定链传动承载能力的重要参数之一。 根据链传动额定功率P及小链轮转速查功率曲线图9-13（注意n1限制范围），在图上选择两种相近的节距，经过比较后择优选定其中的一种。为了使结构紧凑，传动平稳，尽可能选用较小间距的单列链；速度小而功率大时，可选用小节距的多列链，如石油钻采机械上广泛选用两列以上的多列链，可以传递1000kW以上的功率。 三、本章教学工作的组织及学时分配 本章的教学内容安排4个学时。以多媒体手段介绍结构图，减少推导。安排一个结构设计作业、安排一次参观。 第十章 齿轮传动 一、本章主要内容、特点及教学要求 1．本章主要内容为齿轮传动的基本设计原理及强度计算方法。 2．本章特点是：齿轮传动是机械传动的学习重点，内容较多，涉及的先修知识较广，设计程序较繁，所用的参数、系数及其相关资料也较多，需要特别细致地分析研究与区别对待。 3．本章教学要求是：熟悉齿轮传动的特点及应用，掌握不同条件下齿轮传动的失效形式、设计准则、基本设计原理、设计程序及强度计算方法，掌握不同类型、不同尺寸齿轮的结构设计。 二、本章重点、难点及注意事项 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的确定设计准则和选用相应的设计数据。 3．本章应当注意： 1）督促学生复习有关的先修知识，排除学习时的障碍。应当切实检查下列内容掌握的程度。 ①“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。 ②“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、氮化等热处理的特性及应用。 ③“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，辩证的确定设计准则。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知识是学好§10-3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；而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）讲授§10-4时，主要是注意讲清楚KA、Kβ、KV、Kα个系数的4个系数的基本含义、实质以及它们之间的差别。对减小Kβ、KV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。查取齿轮的KV（图10-8）时，应注意横坐标v为齿轮的节线速度、对标准圆柱齿轮，v就是齿轮分度圆处的圆周速度。在查取系数Kβ时，一般应按小齿轮相对支承的位臵、齿宽系数Фd大小、齿宽及齿轮的精度等级，先从表10-4中查取接触强度计算用的齿向载荷分布系数KHβ，然后再按KHβ的值从图10-13中查取弯曲强度计算用的齿向载荷分布系数KFβ 5)§10-5为齿轮强度计算的主要内容,并且是§10- 7、§10-8的基础。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臵(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臵,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臵计算其强度(齿根及齿面强度)较为合理,并符合实际情况。 对于按照分析所得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入数值和单位。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。所以对轮齿受力的分析应当着重学习,并多作几次练习。 直齿圆柱齿轮的受力分析比较简单,但它是斜齿轮和圆锥齿轮受力分析的基础。学习直齿圆柱齿轮的受力分析时(参看图10-14)就应明确记住:力的作用点为节点P,正压力Fn在法面αbcP内沿啮合线指向齿面,主动轮的圆周力Ftl的方向与齿轮的转向相反,径向力Fr1的方向沿半径指向轴线,从动轮所受的力与主动轮上的力大小相等,方向相反。各力的数值按式(10-3)计算。 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:n、ha、c、及,内、外齿,齿数及变位系数。因此 查用系数YFa、Ysa 的图表时,一定要注意这几个影响因素是否与设计的情况相符,若有一个不符,都不能查用。表10一5所列的系数YFa、Ysa为标准外齿轮(变位系数z=O)的数值。其它说明见表注。 8)实际选定齿轮的设计参数(z1及Фd)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经验。 计算许用应力时所用的σlim、KN值都是通过实验确定的。其中极限应力σ1im是按失效概率为 1%确定的,也就是说安全系数S取为1时,从概率的意义上说，会在设计的使用期间失效的齿轮 只占1%。对接触疲劳强度计算,由于点蚀破坏后只引起噪声、振动增大,并不立即导致不能继续工作的后果,故可取S=SH=1。但是,如果一旦发生断齿,就会引起严重的事故,因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取S=SF=1.25～1.5。 图10-20、10-21中,相应于材料的每一个硬度值,σlim的值分别给出了代表材料质量等级的3条线ME、MQ和ML。其中ME表示齿轮材料和热处理质量达到很高要求时的极限应力取值线；MQ表示齿轮材料和热处理质量达到中等要求时的极限应力取值线；ML表示齿轮材料和热处理质量达到最低要求时的极限应力取值线。在对齿轮材料质量的情况不甚清楚的前提下, 宜在MQ线上查取齿轮材料的极限应力值。 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)从教材第212页“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[σ]F/(YFaYSa)]代入设计公式计算才算合理；二为确定齿轮许用接触应力[σ]H的办法。11)斜齿轮与直齿轮的强度计算基本原理是一样的,因而学习的重点主要是掌握它的计算特点。斜齿圆柱齿轮强度计算的特点为： ①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10-5查取斜齿轮的系数YFa、YSa时,必须按当量齿数zv查表。 ②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Yβ的意义。 ③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。式(10-18)不必深究。 12)§10-7中另一个重要内容是轮齿的受力分析。与直齿轮比较(对比图10-14)，因斜齿轮的齿向偏斜了一个β角（图10-24），轮齿的法面abcP也跟着转过一个β角,但正压力Fn仍作用在法面内并指向齿面。正压力Fn分解成Ft、Fr、Fa三个相互垂直的分力。力的作用点及主动轮上的作用力Ft1、Fr1的方向仍按对直齿轮的规定进行确定。主动轮的轴向力Fa1的方向,应根据分析理解来判断,亦可按左旋齿用左手(右旋齿用右手)四指弯曲表示主动齿轮的回转方向,则大拇指伸直的方向就是Fa1的方向(不适用从动轮)。从动轮所受各力仍按作用力与反作用力大小相等、方向相反的规律确定。 各力的数值按式（10-14）计算。Fn的计算式除教材给出的推导方法外,还可如下推得：参看图10-24，先在啮合平面b´beP内把Fn分解为Fa及在端面a´b´cP内的分力Fn,然后再将Fncosb在端面内分解为Fr及FtFncosbcost，从而得到FnFtcosbcost。不论用何种方法分解，所得F、F、F、的数值均不变。 t r a13）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柱齿轮的强度相当，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。 14）直齿圆锥齿轮的受力分析，应注意掌握它与直齿圆柱齿轮的不同之点(见图10-34)。圆锥齿轮的轮齿向一端下倾了一个δ角。正压力Fn亦分解为 Ft、Fa、Fr三个方向相互垂直的分力。只是必须注意一点,求从动轮的各分力时,由于主、从动轮的轴线相互垂直,因而主动轮的径向力Fr1就与从动轮的轴线平行,得Fr1与Fa2大小相等,方向相反；而轴向力Fa1则垂直从动轮的轴线，得Fa1与Fr2大小相等,方向相反。主动轮的Ft1、Fr1 的方向仍沿用直齿圆柱齿轮受力分析的规定来确定,Fa的方向不论是主动轮还是从动轮都是由锥顶指向大端(使主、从动轮相互分离。若是分析的结果,轴向力是使主、从动轮相互挤紧,那就错了)。 15）对变位齿轮传动的设计仅要求有个原则性的认识，能搞清下列三个基本点即可： ①变位齿轮的弯曲强度或接触强计算公式皆沿用标准齿轮的计算公式，但应注意，变为后的齿形及轮齿的啮合情况都有改变，系数YFa、YSa、ZH之值要按所定变位系数之值查相应的图表。 ②如何通过变位来提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。③按节圆及其参数(α´、β´)作受力分析。 16）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。 17）齿轮传动的润滑是个重要问题 , 而且是一种专门性的学问，§10-11只作了简要介绍,若须深入了解时, 应学习有关专门性著作。 18）作习题时应当注意，本章编入的习题较多，但并不要求都做，除第1题必须做之外，其它题可根据读者的工作性质或学习的专业，从中挑选较为合适的进行练习即可,也可自行拟订题目。做题之先应仔细学习例题,注意搞清解题步骤和切实学会查用有关图表数据。作题时应针对题目性质选取合适的配对齿轮的材料、热处理(包括硬度)、精度、z1及d等,尽可能反映设计的合理性。计算完毕后最好绘制一张齿轮工作图，例如图10-32。 三、本章教学工作的组织及学时分配 本章的教学内容安排10个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。安排一次习题课、安排一个结构设计作业、安排一次参观。 第十一章 蜗杆传动 一、本章主要内容、特点及教学要求 1.主要内容 蜗杆传动是用来传递空间互相垂直的两相错轴之间的运动和动力的,是一种大传动比的传动机构。本章主要介绍普通圆柱蜗杆传动及圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、承载能力计算及热平衡计算。附带介绍几种新型蜗杆传动的特点及应用。 2.特点 1)蜗杆传动在啮合传动中有相当大的滑动 , 因而它的失效形 式主要是胶合、磨损及点蚀。 2）普通圆柱蜗杆共分为阿基米德蜗杆(ZA型)、渐开线蜗杆(ZI型)、法向直廓蜗杆(ZN型)和锥面包络蜗杆(ZK型)四种,国标推荐采用ZI和ZK这两种蜗杆。普通圆柱蜗杆传动在中间平面内相当于齿条与齿轮的传动, 其承载能力可仿照圆柱齿轮承载能力的计算方法进行计算。 3）圆弧圆柱蜗杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似,只是齿廓形状有所区别。在中间平面上,蜗杆的齿廓为凹弧形,而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形,见图11-8 所示。 4）对一般闭式的动力蜗杆传动,必须进行热平衡计算。3.教学要求 1)掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法。2)学会进行蜗杆传动的力分析及其强度计算。3）了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法。 4)了解蜗杆传动的类型、变位及蜗杆的刚度计算等。 二、本章重点及注意事项 1.蜗杆的分度圆直径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d1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i12 d2nz的公式,而只能用i1212(蜗杆为主动件)。d1n2z12.蜗轮齿数z2的选择 选择蜗轮齿数Z2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,除了用于分度机构外,一般可采用表11-1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p在标准中推荐齿形角α=20°～24°，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α=23°。 ρ这个参数对承载能力的影响很大,较小的ρ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ρ=(5～5.5)m。 4.蜗杆传动的受力分析 蜗杆传动的受力分析参看图11-13。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。 蜗杆传动的强度计算是本章的重点。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。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)圆弧圆柱蜗杆传动的受力情况与普通圆柱蜗杆传动相似，由于传动时是凹、凸弧齿廓相啮合,且齿形角α=23°,故轮齿强度高于普通圆柱蜗杆。在进行圆弧圆柱蜗杆传动的设计计算时，可先按传动的输入功率Pl、转速nl和传动比i按图11-16初步确定传动的中心距a,并按表11-10确定传动的几何参数,然后校核其蜗轮的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度。 4)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,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，油温就急剧升高 , 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HI≤H2。 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to。只要油的工作温度能满足要求,蜗杆传动就能正常地进行工作。 7.在使用表11-8时,注意表中青铜和铸铁的基本许用弯曲应力为应力循环次数N=106时的值，当N≠106 时,需将表中数值乘以寿命系数KFN；当N>25×107 时,取N=25×107；当N<105时,取N=105。使用表11-7时,注意表中锡青铜的基本许用接触应力为应力循环次数N=107时的值,当N≠107时，需将表中数值乘以寿命系数KHN；当N>25×107时,取N=25×107；当N< 2.6×105时,取N=2.6× 105。 8.表11-2推荐的普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数匹配主要用于标准系列的蜗杆减速器, 如需设计非标准的蜗杆传动,除应按算得的中心距a的值选择蜗杆传动的模数及相应的蜗杆分度圆直径d1 外, 蜗轮的齿数及实际中心距可不受表值的限制。 9.在设计普通圆柱蜗杆传动时,如传递的功率较大、滑动速度又不太大时,可考虑用铝铁青铜 ZCuA110Fe3做蜗轮材料。在选取铝铁青铜的许用接触应力时,要先假设一个滑动速度Vs,从表11-6中查取蜗轮的许用接触应力[σ]H。在计算出蜗杆传动的中心距a,并选择了相应的蜗杆传动参数后, 应按公式(11-22)计算滑动速度比Vs。如算得的Vs小于或接近于原先的假设值时,所设计的蜗杆传动是可用的,否则就要重选 [σ]H并进行再一次的设计计算。 三、本章教学工作的组织及学时分配 本章的教学内容安排4个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。安排一次参观。 第十二章滑动轴承 一、本章主要内容、特点及教学要求 1.主要内容 本章对滑动轴承的特点、典型结构、轴瓦的材料和选用原则作了一般介绍,着重讨论了不完全液体润滑和液体动力润滑径向滑动轴承的设计准则和设计方法,较详细地分析了流体动力润滑的基本方程及其在液体动力润滑径向轴承设计计算中的应用。最后还对液体静压轴承、无润滑轴承、多油模轴承等作了简要介绍。 2.特点本章特点在于液体润滑径向滑动轴承的设计准则和设计方法与其它各章有本质的区别,验算的项目也相随有所差异,学习时应给予特别的注意。 3.教学要求 1)了解滑动轴承的特点和应用场合。 2)对滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及其选用原则有一较全面的认识。3)掌握不完全液体润滑滑动轴承和液体动力润滑径向滑动轴承的设计原理及设计方法。 二、本章重点、难点及注意事项 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准则及设计方法。3)液体动力润滑径向滑动轴承的设计。2.本章难点为液体动力径向滑动轴承的设计。3.本章内容分析及注意事项 1)首先应结合§12-1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轴瓦结构。 3)关于轴瓦,首先应搞清楚为什么要用袖瓦。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,掌握这些常用轴瓦材料的性能、特点及其选用原则。 轴瓦上开油孔或油槽的原则及具体开油槽的方法必须搞清楚,这是轴瓦结构设计的一个重要问题。 4)在不完全液体润滑滑动轴承设计计算的一节中,对于不完全液体润滑轴承的失效形式和设计准则(注意与第四章相联系)，重点应明确p≤[p]，pV≤[pV]，V≤[V] 的物理实质在于保证摩擦表面间的吸附油膜不致破裂。因为p间接地表示了轴瓦中的压应力,所以从强度和疲劳观点出发需要限制p,另外,从宏观角度看,为了控制两摩擦表面的局部接触压力,以减小磨损,也需要限制p的值,而pV,从理论上讲表征了轴承单位承压面积上单位时间内产生的摩擦热量,能否保证形成吸附油膜等,因而是不完全液体润滑滑动轴承承载能力的→个重要指标；验算V的原因,教材中已作了说明,这里就不赘述了。 不完全液体润滑径向滑动轴承和止推滑动轴承的设计计算虽方法类同,但应注意它们在计算p,V及确定[p]，[pV] 时的区别。 5)关于§12-7内容的说明 本节主要要求掌握以下几个基本内容 : ①流体动力润滑基本方程及其在设计计算中的应用在推导一维流动的动压轴承的基本方程时要注意基本假设,即推导公式时的前提。具体的推导过程并不主要,重要的是根据式（12-8）以得出形成动压油膜的基本条件。由此,使第四章中有关液体动力润滑的物理解释得到严密的理论证明。②液体润滑径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程学习这一段内容的中心目的,是为了使学生理解滑动轴承动压油膜形成过程中各阶段里的物理现象,以加深认识。 ③径向滑动轴承的几何关系和承载量系数 a)径向滑动轴承几何计算的核心在于求出油膜厚度的表达式,其中特别是hmin的表达式。在式(12-12)中引入了两个无量纲量,即相对间隙Ф和偏心率χ。χ的大小在径向轴承理论中有重要意义,它实际上反映了轴承的承载能力。 b)滑动轴承的承载量系数 在§12-7中讨论的基本方程[式(12-8)]是假定z轴方向无限长,实际上使用的均为有限宽轴承,因而在计算滑动轴承的承载能力时,必须考虑侧漏的影响。由式(12-22)可见,滑动轴承的承载能力取决于轴承的包角(指进油口与出油口之间的夹角),偏心率和宽径比。 这里需要说明的是,为什么滑动轴承计算中大量采用了无量纲量。因为由相似分析可知,有量纲的问题, 在用相对单位度量时,就可转化为相同的无量纲问题。为了数据的推广和应用,在分析轴承的性能和数据时, 常整理成无量纲之间的函数依赖关系,这样就可把针对某特定结构、参数的轴承计算所得的性能数据,推广 到与此轴承结构、参数相似的一系列轴承上去。因而对轴承的承载能力引入了无量纲系数CP[见式(12-22)] , 称之为承载量系数。对于理解承载量系数,应注意如下几点:(a)Cpf(,,B/d)； F2(b)承载量系数Cp ,其中F为承载力(即外载荷)。因而只有在工作情况和 2VB参数（如η ,V,B,)不变的情况下,Cp与F的大小变化才相一致。当工作情况、参数不同时,则两者不一定相一致,即承载量系数大,不一定承载力也大； (c)在同样运转情况下(如F,V 不变),比较具有不同结构参数的轴承的承载能力的大小时,不难看出,具有较大hmin的轴承或者具有较小偏心距e的轴承,承载能力较大； (d)只有其它情况均不变时 ,hmin 越小(即χ越大),则承载力就越大。然而由于两相对运动表面的加工不平度,轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差的限制，hmin不能无限缩小,因而提出了许用油膜厚度 [h]的问题。为了工作可靠,必须满足式(12-25)。 ④学习轴承的热平衡计算这部分内容要注意以下几个问题： a)首先要搞清为什么要进行热平衡计算；其次,再搞清楚为什么热平衡计算最后归结为控制其泊的入口温度,即应满足35°≤ti≤40℃。 b)在式(12-28)中,轴承的耗油量系数也是一个无量纲量。由于计算单位时间内的耗油量很复杂,精确计算耗油量应包含三个部分,即承载区的油泄流量,非承载区的油泄流量以及油沟处的油泄流量。故在轴承设计中往往采用大量分析计算 作出了不同B/d时的QVBd曲线,学习时应注意B/d、χ耗油量系数与B/dx的关系,并对曲线的变化形态作出物理解释。 c)在式(12-28)中,有关轴承中的摩擦系数计算公式的推导,请参阅濮良贵主编《机械设计》第五版中304页。 ⑤学习参数选择这一部分内容时,主要应理解宽径比B/d、相对间隙ψ和粘度对轴承工作性能的影响,并掌握其选择原则。 6)§12-8简介了无润滑轴承、多油模轴承及液体静压滑动轴承等。教学时应注意如下几点: ①无润滑轴承大多采用各种工程塑料制造 , 应了解这些材料 的性能及特点。主要设计参数的选择原则和承载能力的简化估算方法。 ②多油模轴承的类型、结构特点及工作原理。 ③液体静压轴承的承载原理及特点(包括定量供油和定压供油)。要了解多油腔静压轴承的工作原理。对于节流器,重点在于搞清节流器的作用。教材中虽然仅介绍了毛细管节流器的结构简图,但其它型式的节流器,如小孔节流器、滑阀节流器、薄膜反馈节流器等，不难从有关阐述静压技术的书籍中查到。 三、本章教学工作的组织及学时分配 本章的教学内容安排4个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。 第十三章滚动轴承 一、本章主要内容、特点及学习要求 1.本章主要内容为滚动轴承的选择和轴承装臵的设计。 2.本章特点是：滚动轴承是一个多种元件的组合体(部件)，是由专门工厂大量生产的标准件，而且是用试验与统计的方法按90%的可靠度来规定它的基本额定动载荷的，因而在计算理论和方法上都与其它各章有着较大的区别。 3.本章的教学要求可以概括为两点：一是要能正确地选择轴承的代号(包括类型、结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征)；二是要能根据选定的轴承(代号)合理地设计出轴承装臵，以保证正确地使用轴承。 二、本章重点、难点及注意事项 1.本章重点是轴承尺寸的选择,也就是如何最后确定所需轴承的代号。2.本章难点是向心推力轴承(指角接触球轴承与圆锥滚子轴承,下同)的受力分析。这是由于向心推力轴承的受力分析较为复杂,后面将对这个问题作一些补充分析与说明。 3.注意事项 1)为了能够正确地选择轴承的类型,必须注意了解滚动轴承的主要类型、性能、特点及代号等；为了能够正确地使用轴承,必须注意分析对比各种轴承装臵的结构特点和适用场合(包括考虑轴承的类型、工况、装拆、固定、调整、预紧、润滑、密封等)。 2)为了正确选择轴承的尺寸,必须注意对滚动轴承寿命值的概率意义有深刻的理解,搞清寿命计算的理论和方法的特点。 3)正确的受力分析是轴承寿命计算的基础。在选择轴承尺寸时,首先要根据外载荷弄清楚每一个轴承所受到的径向载荷和轴向载荷值。这里,向心推力轴承所受的径向载荷与轴向载荷的计算,又是这一部分的难点,应该予以特别注意。 4)进行滚动轴承寿命计算时所用的载荷是当量动载荷。当量动载荷可由表13-5确定载荷系数X 和Y之后,根据轴承的轴向载荷和径向载荷利用公式(13-8)求得。因此,应充分掌握表13-5的使用方法①。 5)对于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承,或者慢慢地摆动以及转速极低的轴承，均应按照轴承的静强度来选择轴承的尺寸。 6)正确地进行轴承装臵设计对于保证轴承的正常工作是非常重要的。为了满足同样的要求，可能有不同的设计方案。讲授这一部分内容时要注意引导学生分析比较，多看一些图册作为参考。 三、本章内容的分析与补充 1．滚动轴承类型的选择(§13—3)本节叙述进行滚动轴承类型选择时要考虑的主要因素，包括轴承所受的载荷、轴承的转速、调心性能的要求、轴向游动的要求以及安装和拆卸的要求等。在这些因素中，轴承所受的载荷(包 括大小和方向)和转速的大小一般是最主要的。调心性能和轴向游动的要求，只是在某些特殊情况(例如多支点长轴或工作时有较大的温度差时)才需要考虑。但是在任何情况下，轴承应保证轴相对于轴承座体有确定的轴向位臵。因此，一般不能在同一根轴的两边都采用没有轴向限位作用的圆柱滚子轴承。另外，对某些在特殊条件下使用的轴承，还可能提出特殊的要求，例如当径向尺寸受限制时，可能要使用滚针轴承或不包括内圈的圆柱滚子轴承；当轴向尺寸受限制时，可能要使用内圈分为两半的角接触球轴承等等。2．滚动轴承的工作情况(§13—4)这一节首先分析了轴承工作时轴承元件上的载荷分布及应力变化的情况。通过分析可知，固定套圈上承受最大载荷部位附近的区域承受较严重的变应力，容易产生疲劳破坏。这一现象当内圈固定，外圈转动时更为严重。 本节还讨论了向心推力轴承承受轴向载荷的大小对轴承中各滚动体上载荷分布情况的影响。现对这部分内容强调以下几点： 1)接触角α和载荷角β。接触角α是由向心推力轴承本身的结构所确定的一个角度。它是每一个滚动体与外圈滚道接触处的法线方向与轴颈的半径方向之间的夹角，而载荷角β则是分配到该轴承上的径向载荷与轴向载荷的合力与径向载荷之间的夹角，因而是由外载荷所确定的。 2)当一个向心推力轴承受到径向载荷R与轴向载荷A的共同作用时,将有若干个滚动体同时受载。由于有接触角α,每一个滚动体对所受载荷的反力都可以分解为两个分力。一个为径向分力,另一个为轴向分力。而对于一个处于平衡状态的轴承,它的所有受载滚动体的径向分力之和(合力)一定与该轴承所受的径向载荷R平衡。所有受载滚动体的轴向分力之和(合力)一定与该轴承所受的轴向载荷A平衡。 3)分析表明,随着作用到轴承上的轴向载荷的增大,受载滚动体的数目将增多。应该看到,受载滚动体的数目过少,例如少于一半,是不正常的,可以说并没有发挥轴承的潜力。因此,在一定范围内增加作用在轴承上的轴向载荷,对轴承的工作寿命并没有不利的影响。这也从某种程度上解释了为什么在表13-5中的系数 Y的值,在一定条件下等于零。3.滚动轴承尺寸的选择(§13-5)滚动轴承尺寸的选择通常依据安装轴承处的结构尺寸、轴承承受载荷的大小、轴承的寿命和可靠性的要求进行的。一般情况下,首先初选轴承的尺寸,然后进行轴承寿命的验算。因此,关于滚动轴承寿命的计算方法是本节的主要内容,这也是本章的重点内容之一。l 〉基本额定寿命 轴承的寿命是指轴承的套圈或滚动体的疲劳寿命。一批相同轴承的疲劳寿命总是离散的,并服从一定的统计规律。因此,轴承的寿命必然与疲劳失效的概率或可靠度有关。可靠度为90%时的轴承寿命称为基本额定寿命,用L10表示。图13-11中表示一组在相 同条件下运转的轴承的寿命分布(作用在轴承上的载荷恰好等于基本额定动载荷)。从分布曲线可以看出，轴承最长的实际寿命可超过最短寿命的20倍，有50% 的轴承实际寿命可达基本额定寿命的5倍以上。 2)基本额定动载荷 轴承的基本额定动载荷是反映滚动轴承承载能力的一项重要性能参数，其含义为：在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命恰好为106转。对于一个具体的滚动轴承,基本额定动载荷是其固有的一个确定值，该值是由实验并经过理论分析得到的。各类滚动轴承的基本额定动载荷的值可由滚动轴承产品样本或滚动轴承手册中查得。 国家标准(见78页注①)对向心轴承的基本额定动载荷用径向基本额定动载荷Cr表示，对推力轴承用轴向基本额定动载荷Ca表示。为了简化叙述，教材中统一用C表示Cr和Ca。上述国标中所谓的向心轴承是指主要用于承受径向载荷的，公称接触角为00≤α≤ 45 0的滚动轴承；而推力轴承是指主要用于承受轴向载荷的，公称接触角为45<α≤ 90的滚动轴承。3)滚动轴承寿命计算公式 教材中给出了两个轴承寿命计算公式,公式(13-4)和公式(13-18)。前者用于计算轴承的基本额定寿命L10； 而后者用于计算轴承的修正额定寿命Ln。基本额定寿命的计算是最基本的内容,公式(13-4)应熟练掌握。用公式(13-18)计算的修正额定寿命,是仅考虑了不同可靠度要求的修正额定寿命。因为滚动轴承的可靠度计算方法是各类机械零件可靠度计算方法中最为成熟的,并且已列入国家标准,因此在本章中给以特别介绍。关于考虑了其它影响因素后,修正额定寿命的计算方法可查阅国家标准(见78页注①)。 4)滚动轴承的当量动载荷 国家标准(见78页注①)。对于向心轴承的当量动载荷用径向当量动载荷Pr表示；对于推力轴承用轴向当量动载荷Pa表示。为了简化叙述，教材中统一用P表示Pr和Pa，因此计算公式也统一为公式(13-8)。对于不同的滚动轴承,公式(13-8)中的X、Y系数值应根据目前最新国家标准查得。教材的表13-5 中列出的一部分常用滚动轴承的X、Y值是摘自1989年版《滚动轴承产品样本》,前已说明,实用中应按目前最新国家标准查取。 5)角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷R与轴向载荷A的计算 根据轴上所受外载荷计算每一个支点(轴承)上所受的径向载荷R与轴向载荷A是轴承寿命计算的重要步骤。这一工作对于角接触球轴承和圆锥滚子轴承而言,由于接触角α≠0。而使情况复杂化。 将轴上所受的径向外载荷分解为两个分别作用在两个支点上的平行分力R1与凡是容易做到的。但由于接触角α的存在会使R1 和R2的作用点的位臵发生变动(参阅图13-13)。当两轴承间的距离不是很小时,这种变动量相对来说不是很大,因而可以用两端轴承各自宽度的中点分别作为R1和R2的作用点。根据轴系所受的外载荷来确定两端轴承各受多少径向载荷和轴向载荷是按以下原则进行的。①当Fr、Ft、Fa等外载荷已定时，R1、R2 已定。 课题：如何学习服装设计 绍兴县职教中心 王钢燕 一 教学对象：中职【服装设计与工艺】专业一年级上半学期学生 二 教学时间：2课时 三 教学内容：第一章·服装与服装设计的基本概念 中第一节·服装设计的含义中如何学习服装设计 四 教学方法：讲解，分析，多媒体片断播放，图示，讨论 五 教学目标： 通过教师的讲解，让学生明确如何学习服装设计及学习方法的掌握 六 教学重点：如何学习服装设计 七 教学难点：学习方法的掌握 八 教学过程： （一）导入：（以提问的方式） 在前面的课程中，我们了解了服装，服装设计等基础知识，那么我们该如何学习服装设计呢？ （二）从学生的回答中总结学习的方法： 1、热爱专业 热爱是最好的老师 2、树立理想 有理想才会有奋斗的目标和动力。 （结合1、2点学生畅谈为何选择 服装专业及自己的专业理想） 3、有毅力 服装设计并非如有些同学所想象的那样洒脱与浪漫，许多服装设计师都认为这是一项寂寞和枯糙的工作，需要专注，需要有毅力，需要具有吃苦的精神，需要忍耐力和恒心。 4、开放与认真细心兼具 要成为优秀的服装设计师，思维必须开放——要主动发散思维思考，因为想得开阔了，设计才会新颖独特；要成为优秀的服装设计师，心思也一定要细密。任何细节都不能忽视，设计过程不能留下哪怕是细小的败笔。 5、敏锐地观察生活 要尽快让自己变得敏感起来，培养敏锐的观察力，注意观察生活中的点点滴滴，而这往往就是服装设计的灵感源泉。 （小游戏的形式：闭上眼睛描述班上某位同学的穿着） 6、经常保持手的锻炼 服装设计是需要动手的艺术，绘画、设计手法的表达、结构与版型，工艺等都少不了手上的功夫，光想不练是表达不了服装设计的创作思想的。 （让效果图、款式图、打版等与设计的重要关系） 7、时刻关注时尚潮流 服装设计是一个走在时尚前端的工作，服装设计师要有敏锐的潮流意识。在学习服装设计专业时，我们要时刻关注时尚潮流，让自己紧跟时尚。 （讨论当前的流行元素，关注时尚的小建议，推荐时尚杂志） 8、重视资料和信息的收集和整理 学习服装设计，要重视专业资料和各类信息的收集和整理，收集是为了积累和吸收，也是为了获取更多的灵感。 （介绍收集的方法：剪贴，受绘等） 9、不断提高审美能力 服装设计是美的艺术，因此学习服装设计必须树立起自我的审美观，并接触多方文化领域，如绘画、摄影、音乐、舞蹈、雕刻、建筑、歌剧等等，许多灵感往往来源于此。 （用多媒体播放灵感于各领域的服装设计） 10、在模仿中学习、提高 要善于学习和吸收，多跑市场，多了解品牌，多看好的服装作品，多看别人的设计，多了解别人的东西，多揣摩，多分析，多学习，多借鉴，服装设计往往从模仿中开始，于模仿中积淀，在模仿中提高。 （讲授模仿的方法和重要性） 11、学会交流与合作 服装设计的流程中有许多地方需要进行思维碰撞，要学会与人沟通、交流和合作，要学会站在别人的角度看问题，要树立起团队合作意识。 这方面的能力，需要在学习期间就开始有意识注意锻炼和培养，并努力使之成为一种学习和工作习惯，这对今后开展工作会十分有益。 12、有大胆创新的思维 所有的艺术设计都需要创新，服装设计也不例外。我们要不断的开拓自己的灵感，要敢做敢想——做别人没做到的，想别人没有想过的。 （可以让学生就某一命题进行简单的设计思维的训练） 13、不断提高综合素养 设计类的专业对个人的综合修养都有一定的要求，服装设计也是如此，特别要提高思维上的注意力、感知力、想象力、灵活性、形象记忆力等。同时对知识结构的要求也比较高，我们要试着去了解每个历史时期各国家主要流行的款式风格特点，以及影响它们的因素。 （用多媒体播放较有特色的服装款式，让学生总结各服装的风格） （三）、小结 同学们，要成为一名服装设计师不是一件容易的事，不仅需要有一定的天赋，更需要懂得学习的方法，并为之付出辛勤的努力。 应用与拓展练习 题目：写爸爸或妈妈 一、教学目的、要求： 1.写爸爸或者妈妈关心和爱护自己的.一两件事，基础训练七作文教案。 2.事例典型，叙述具体。 3.具有真情实感。 二、教学时间： 2课时 三、教学准备： 教学小黑板 四、教学过程： ㈠启发谈话，导入新课。 ㈡明确习作要求，明确： 1.看看题目，这次作文要求写什么内容?(写爸爸或妈妈关心和爱护自己的一两件事，小学五年级语文教案《基础训练七作文教案》。) 2.写的时候要注意什么问题： ⑴事例要典型，叙述要具体。⑵要有真情实感。 ㈢交流作文内容： 爸爸妈妈关心爱护你们的事情一定是很多很多的。你们看到了这个作文题，最想写的是哪一两件事情呢?也就是你最感动、最难忘的是哪件事情呢?(学生自由发言) ㈣指导列提纲。 要写的事情选定以后，再想想，通过写这一两件事，表达怎样的中心思想，材料怎样一步一步地安排，作文的题目是什么。都想清楚了，就列出提纲，然后作文。 ㈤交流作文。 请几位写不同内容的学生朗读自己的作文，读后师生酌情评议。 ㈥指名读作文，讨论修改。 【二维设计基础教案】推荐阅读： 二维设计基础教学大纲09-17 二维设计基础总结发言稿06-07 C语言《二维数组》说课稿10-30 二维动画制作理论教学大纲09-22 二维动画广告宣传片制作合同11-22 机械设计基础教案.doc11-16 室内设计色彩基础教案11-27 《服装设计基础》--色彩基础10-05 机械设计基础11-29 [美术设计]素描基础05-24服装设计基础教案三要点 篇3
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