机械设计基础教案.doc（通用8篇）
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
机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程是机械类、近机械类专业学生必修的技术基础课, 在教学计划中起着承前启后的作用, 是学生学习后续专业课程的基础。三门课程不仅具有较强的理论性, 同时具有较强的实践性和应用性, 在培养机械类、近机械类工程技术人才中, 具有增强学生机械理论基础, 培养学生实践能力和创新能力的重要作用。
我校机械原理及机械设计教研室承担全校机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教学任务, 通过几十年的教学实践, 课程建设取得了较好的成绩, 三门课程先后在2003年、2004年和2008年被评为河南省精品课程, 机械原理、机械设计先后在2012年、2013年成为河南省精品资源共享课程。
为了进一步加强课程建设, 自2008年开始, 我们陆续编写出版了三门课程的教材和配套作业集, 现已出版《机械原理》《机械设计基础》《机械原理作业集》《机械设计基础作业集》和《机械设计作业集》5本教材。
1 教材编写指导思想
在教材编写过程中, 我们遵循的指导思想是, 以教学大纲为依据, 以培养学生的综合设计能力为主线, 紧扣学科前沿发展动态, 注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力, 为培养应用型高级技术人才奠定良好基础。同时, 力求使教材体现我校办学特色, 结合普通高等院校的学生特点与需求, 遵循适用、够用的原则, 符合地方普通高等院校特点。
2 教材的主要特点
在内容取舍方面, 注意传授知识与培养能力并重;加强逻辑思维能力与形象思维能力的共同培养, 特别加强结构设计能力和计算机应用能力的培养。机械原理着重讲解有关基本概念、基本理论和基本方法, 以传统的机构结构分析、机构运动分析、机器动力学及常用机构的分析与设计为重点, 为提高学生的设计思维和设计创新能力、机构选型、分析与设计的综合能力, 适当增加了有关机构变异创新、组合创新和机械系统运动方案设计的内容;在机构分析与设计的方法上, 既保留了形象直观、易于理解且仍有实际应用价值的图解法, 也介绍了解析法。在机构运动分析的章节中, 不仅介绍了解析法数学模型的建立, 而且介绍了程序设计的方法, 并给出了相应的程序框图和子程序, 这样利于学生熟悉解析法计算、上机的全过程, 真正让学生掌握学过的程序设计知识, 也使学生充分感受到图解法和解析法各自的优势。机械设计内容则重点介绍各种通用机械零部件的设计原理、设计方法及机械设计的一般规律。为了提高学生的结构设计能力, 特别增加了结构设计章节。
在内容的阐述方面, 我们特别注重教学方法的选择。对于学生必须掌握的内容, 尽量讲解详细、分析透彻;而对于一些偏难、繁杂的数学推导, 则适当简化;对教学中学生难以掌握的难点、疑点, 由浅入深, 循序渐进, 重点论述, 使之符合学生认知规律。教材在各章首辅以内容提示, 在各章末增加学习要点, 对各章节的内容进行梳理、总结, 突出重点, 便于学生自学。教材中的图形简洁、形象、直观, 在机械设计教材中, 还增加了机械零件实物图形。为了使学生更好地理解教学内容, 增加了一些典型例题。在传统板书教学的基础上, 结合当前多媒体教学特点, 我们将教材与多媒体教学课件协调配合, 以提高学生听课效率。
作业是课程内容的重要补充, 用以巩固课堂知识。学生通过作业掌握课程基本内容, 学会举一反三, 从而更灵活地应用知识。为了达到这样的目的, 我们编写的作业集, 在题目的内容、覆盖知识点及难易程度等方面与教材一致, 重要的知识点都有对应的作业题, 而且有选择题、判断题、填空题、问答题、设计计算题和结构题等多种题型, 在难度上由浅入深、循序渐进, 题目的数量有一定余量, 可供不同要求、不同层次的学生选择使用。学生在完成作业集的作业后, 即可掌握机械原理、机械设计和机械设计基础解题的基本方法, 掌握课程的主要内容。作业集采用活页形式, 既方便学生作业, 也有利于教师批改, 并使作业规范化。
3 教材的使用情况
《机械原理》等5本教材自出版以来, 面向全国发行, 累计印数达到32 000册, 并在20余所高校中使用或参考, 受到师生广泛好评。师生普遍认为:教材重点突出, 叙述详细, 取材精炼, 深入浅出, 较好地满足了当前高等教育教学的实际需求。
4 体会
通过几年的努力, 机械原理、机械设计和机械设计基础三门课程的教材建设取得了一定的成绩, 教师通过编写教材提高了教学水平。
4.1 教材编写应考虑学生特点与基础
我校是地方普通高等院校, 学生的层次、水平与重点院校不同, 在编写教材的过程中, 要充分考虑学生的知识水平、接受能力, 对课程内容的叙述要更为详细, 过难、过繁的内容要适当简化。
4.2 教材编写应注重实用性
三门课程实践性强, 与生产实际联系紧密, 在教材编写中要注重理论联系实际, 树立工程观念, 如在教材的例题中, 有不同的设计方案, 对不合理的设计有不同的改进方案, 使学生真正理解设计不是千篇一律的, 强化学生的工程意识, 提高设计能力。
4.3 编写教材应遵循教学规律
要尊重学生的认知规律, 先易后难、循序渐进, 根据课程的内在联系, 使教材各部分之间前后呼应、紧密配合。教材的内容要主次分明、详略得当, 文字通俗易懂, 语言自然流畅, 便于组织教学。
5 结束语
【关键词】机械设计基础；教学方法；现代教育
《机械设计基础》是机械类专业的基础课，它的教学成败将直接影响本专业其他课程的理论学习和实践。我们在进行该课的教学过程中，存在着两大难点：一方面是概念多，内容抽象，并且实践性强，极易使学生产生厌学和弃学心理；另一方面是进入高职院校的学生大部分学习基础差，其中有为数不少的学生在高中时就“厌学”，在他们心中，到高职读书不是“我要读书”，而是父母“要我读书”， 缺乏学习兴趣和学习动力。如何在学习《机械设计基础》学科中，帮助他们在建立兴趣和学习自信心的同时.激发他们的思维，培养他们的创造能力，这是摆在所有高职院校专业教师面前的重要任务。在这里本人就高职《机械设计基础》这门课程的教学谈谈自己的看法。
一、导入形象直观，培养学生的学习兴趣。
心理学研究表明，人对事物感知的印象是先入为主，首次认知对后继学习能否顺利进行至关重要。课堂教学的有效导入可控制学生的非智力因素，使学生把注意力较快地集中到学习任务上来。利用学生的好奇心理，结合具体教学内容，有针对性地选择教学媒体，可体现教学的直观性原则。利用这一年龄段学生具有强烈好奇心、凡事易凭兴趣、自我约束能力还不够强的特点，充分组织好每堂课的教学导入，让学生在好奇、兴奋中，无意识地学习某些知识，对学生学好这门课是一项不可缺少的教学手段。虽然许多知识需要有意识记忆，但作为教师，可以有意识地利用学生的“无意识”，引发其“有意识”的产生，达到教与学的目的。夸美纽斯说：“兴趣，是创造一个欢乐和光明的教学环境的重要条件之一。”兴趣是环境和文化的产物，是后天习得的，它是一个人获得知识、发展能力不可或缺的心理素质，又是学习的动力。因此，在课堂教学中，重视培养学生的学习兴趣，创设轻松愉快、生动活泼的课堂气氛，是激发学生学习动力的关键。
1.以“奇”生趣。例如在学习机器的组成一节时，机器能够转换能量，有四个部分组成，分别是动力装置、执行部分、传动部分和操纵或控制部分。讲完之后让学生举例自己常见的机器，如汽车、机床、飞机、拖拉机、三轮车等等，分析它们的组成，这些机器都有动力装置进行能量转换。然后老师设问：“同学们看过《三国演义》吗？”顿时课堂气氛活跃，因为《三国演义》对同学们来说是再熟悉不过了。《三国演义》第一百二回云：诸葛亮造木牛流马，方腹曲头，一脚四足，皆不食水，可以昼夜转运不绝，上山下陵各尽其便。这种交通运输工具是机器吗?是与否的回答异常活跃。老师再追问：“这种交通运输工具有原动机吗？它是什么样的？是发动机、电动机？”回答显然是否定的。这种交通运输工具是一个不消耗能量，经过科学家多少年论证不存在的永动机。经过一番举例讨论后，使学生感到新奇，又很好地掌握了课堂知识，从而激发了学生的学习兴趣。
2.动画生趣。如在学习铰链四杆机构、凸轮机构、间歇运动机构时，采用动画课件，把曲柄摇杆机构的急回特性、死点位置、凸轮机构的从动件运动规律，以及间歇运动机构的特点生动形象地进行演示，这样就在教学过程中使师生之间的信息交流和反馈得以加强。声、像、文、图并茂的教学信息，也增强了教学的艺术效果，增强了学生对学习内容的认识和理解，提高了课堂教学效率。
二、良好的教学方法在《机械设计基础》课教学中的作用
1.启发式教学
高职学生年龄在十八九岁，正是思想活跃的阶段，那种传统的讲授、满堂灌的教学方法对现在的学生是肯定行不通的。而且讲授过多枯燥难懂的理论知识，会阻碍学生主观能动性的发挥。因此在教学中我们应采用启发式教学，提倡“以学生为主体，教师为主导”的教学模式，要允许学生对不理解的问题随时举手发问，并对学生抢接话题发表自己的见解给予肯定，鼓励和引导学生积极参与到课堂教学的每一个环节中来，调动其听课的积极性。
例如在讲齿轮传动、链传动、带传动等内容时，每次在讲一种新的传动时，我们可以让学生思考一下，在日常生活中有哪些传动的实例？自己在哪些地方见过这些机构？它们的工作特点是什么？这样带着问题听课，并在讲解中不断提出新问题，在教师的启发下，学生得到一个自由发挥的空间，调动积极思维，发现解决问题的方法，始终体现主体地位，发挥主观能动性。
2.项目教学法
项目教学法，是指将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目组织和展开教学，使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。一般由确定项目任务、制定工作计划、实施计划、成果展示与评估几部分构成。在项目教学中，学习过程成为一个人人参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的能力及团队精神和合作能力等。例如项目教学法在铰链四杆机构教学中的实际应用 ：
（1）教学项目的确定。铰链四杆机构是中国劳动社会保障出版社《机械基础》模块六“平面连杆机构”中的课题1，介绍铰链四杆机构的三种基本形式、判断条件及应用，它是课题2铰链四杆机构演化学习的基础，也是后续学习凸轮机构、间歇运动机构的铺垫。由于平面连杆机构能以简单的结构实现复杂的运动规律,而且更以其独特可靠的低副联接形式，倍受广大机械设计人员的瞩目。其在工业、农业、冶金、化工、纺织、食品等机械中的应用实例不胜枚举。如此重要的教学内容，应该探寻一种形式新颖、方法独特的教学方法，以达到良好的教学效果。
（2）工作计划的制定。学生通过观看视频资料和其它班作品，组长组织成员交流探讨填写教师事先发放的学材。然后抽取制作任务。确定本组团队名称及口号；根据组员各自的特点进行角色分配，推选出陈述员、自评员、互评员、信息员，各角色各施其责；依据任务确定设计尺寸,绘制构件图样，讨论设计制作方案。编写制作产品说明书。策划本组学习成果展示方案。
（3）工作计划的实施。小组成员根据计划分工，进行各自的工作,其中遇到的问题可通过教师预先准备的资料查找。在这一过程中，教师的主要任务是关注学生的考虑是否正确，是否周全，并进行新思维的启发，鼓励学生朝目标方向努力。引导他们进一步思索探究,使学生自己在实践中理解知识、掌握知识和运用知识。教师的角色是引导者和协作者,指挥引导学生掌握项目所需知识，完成技能训练。
（4）成果展示与评估。各组陈述员依次上台展示成果、按照本组产品说明书讲解作品；自评员阐述本小组自评结果并给出自评成绩；对应小组的互评员阐述本小组互评结果并给出互评成绩;教师根据制作过程、学习成果以及展示过程的点评，对学生知识目标达成情况给予评价；然后客观公正填写学习质量评价表。填写时评价的结果均用A、B、C、D四个等级来表示、作为本次课各小组的学习成绩。通过开展相互观摩学习,可以巩固本次课学习的新知识，师生共同检测本次课知识目标达成情况；同时渗透德育和职业教育，进一步达成方法能力目标和社会能力目标。
三、现代化教育技术在教学中运用
传统的教学方法只是教师——学生——教材三点一线的简单形式，使学生感到枯燥乏味、难以理解，最终失去学习兴趣。而多媒体教学具有教学信息传输量大、可以有效提高教学效果的特点。对于问题具有化繁为简、化静为动等作用，从而使教学方法生动灵活。
对刚刚从初中升人职高的学生来说，《机械设计基础》课本中新出现的运动副、构件、机构、曲柄、摇杆等术语，他们知之甚少，也缺乏直观的印象。因此教師在教学中要充分利用学校的多媒体资源，将教学内容中抽象的、无法观察的结构和形状逼真地展示在学生面前，充分激发学生的学习兴趣与学习主动性，建立学生的感性认识，从而获得传统教学手段无法达到的效果。在教学方法和教学手段上更应该充分直观地体现零部件的具体构造和运动情况。我在教学中结合专业教学特点，制作了《机械设计基础》多媒体课件，逐步在教学中使用。这样，一方面增大了信息量，另一方面又增强了学生的学习兴趣，使教学质量和效果有了明显提高。
现在的学生大多是“90后”，他们的思想观念、世界观、人生观与过去的学生相比已经有很大的不同，教师也要不断改变、提高自己的认知观念和知识水平.以便更好地适应新的教学环境。我们不仅需要现代化的教学手段，而且需要全新的观念和理论去重新审视和指导教学活动的各个领域和环节，以促进教育的改革与发展，培养高素质人才。这都需要我们在今后的课程教学实践中不断探索，以求完善。
教育家叶圣陶先生说：“所谓教师之主导作用，盖在善于引导启迪，俾使学生自奋其力，自致其知，非谓教师滔滔讲说，学生默默取受。”实践证明，教师滔滔讲说，呕心沥血，方法不当，事倍功半。尤其机械设计基础这门枯燥、繁杂且不系统的课程，若照本宣科，不进行教学信息的双向交流，学生必学之无味，学之困难。所以只有 将“教”与“学”配合好才能更好的完成教学。
第1课时
一、教学目标：
1．通过本节习题课的复习，进一步熟悉全章的基本内容，提高解决问题的能力。2．本章要求同学们：
①理解机械波的产生，知道机械波传播的物理实质。
②理解波的图象的物理意义，能够利用波的图象解决实际问题。
③知道什么是波的波长、周期（频率）和频率，以及波长、周期（频率）和波速的关系，理解它们的决定因素。
④知道什么是波的衍射和干涉，知道产生衍射和干涉的条件。⑤知道什么是多普勒效应，并能利用多普勒效应解释简单的生活现象。
二、复习重点：
波的三大关系的综合应用: ①波的图象、质点振动方向和波的传播方向之间的关系； ②波长、周期（频率）和波速的关系v=λ/T或v=λf； ③空间距离和时间的关系s=vt.三、教学方法：
复习提问，讲练结合，课件演示
四、教具
学案，计算机，大屏幕，课件
五、教学过程
（一）知识回顾
Ⅰ 机械波的形成
机械振动在介质中的传播叫机械波，形成机械波要有机械振动做为波源，还要有传播机械波的介质，机械波是通过介质将振动的形式和能量传播出去，波源和介质是形成机械波的必要条件。
机械波传播的是波源的运动形式和波源提供的能量，介质中的各个质点并没有随波迁移。从局部看，介质中的各个质点都在各自的平衡位置附近振动，从整体看，介质中距波源较近的质点先振动，并且带动距波源较远的质点随之振动，向外传播波源的运动形式和波源提供的能量。介质中的各质点都做受迫振动，所以介质中各质点振动的周期和频率都与波源的振动周期和频率相同，这个周期和频率就叫做机械波的周期和频率，波的传播是需要时间的，在波传播过程中，介质中各个质点振动的周期和频率是相同的，但它们振动的步调不同，在波传播方向上后面的质点总是追随前面质点的振动，其步调总比前面质点滞后一些。
机械波分横波和纵波两种，介质中各质点振动方向与波的传播方向垂直的波叫横波，介质中各质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波叫纵波。
Ⅱ 描述波的物理量──波长，周期（频率）和波速
波长的意义可从两个角度去理解，反映了研究波的两种方法，从振动的角度来讲，两个相邻的，在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长，如相邻的两个波峰或波谷间的距离就是一个波长，从波传播的角度来讲，振动在一个周期里在介质中传播的距离等于一个波长。
波的周期和频率就是介质中各个点振动的周期和频率，它等于波源的周期和频率，波的周期和频率与波传播的介质无关并在波传播过程中保持不变。
波传播振动这种运动形式，某一时刻，介质中的A点处在波峰（或振动的某一位置），随着波的传播，可以看到波峰沿着波的传播方向移动，经过一段时间介质B点达到波峰，即振动由A传到B点，波传播的距离和所有时间的比叫波速。
由波长意义可以得出波的公式：，它是表示波传播规律的一个基本公式，在机械波中，波的周期和频率由波源的周期和频率决定，在波传播过程中是不
变的，波速是由介质的性质决定的，不同介质波速不同。波从一种介质进入另一种介质时，周期和频率不变，波长与波在介质中的波速成正比。
Ⅲ 波的图象
波在介质中传播时，介质中不同质点的位移随时间变化的情况是不同的，介质中某一点的振动位移既跟时间有关，又跟它距波源的距离有关，为了表示波在介质中的传播情况，通常选定某一时刻，用纵坐标表示该时刻各个质点离开平衡位置的位移，横坐标表示介质中各个质点的平衡位置，用平滑的曲线连接此时刻各质点位移矢量的末端，这就是该时刻波的图象。波的图象是一条正弦或余弦曲线，从波的图象中可以看出：在波的传播方向上的介质中各点在某时刻离开平衡位置的位移；波的波长；介质中各质点振动的振幅，若知道波的传播速度，则可由波的公式波的周期和频率。
波的传播具有时间的周期性和空间的周期性，时间的周期性是指每隔一个周期或一个周期整数倍的时间，波形总是重复出现的，这是因为每隔一个周期整数倍的时间，介质中各个质点振动情况总是重复的；空间的周期性是指沿波的传播方向上每隔一个波长整数倍的距离的质点振动情况总是相同的，因此如果将波的图象沿着波的传播方向平行移动一个波长的整数倍距离，波形也是相同的。
Ⅳ 波的干涉和衍射，波的干涉和衍射是波特有的现象
波的干涉是频率相同的两列波叠加，使介质中某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强的减弱的区域互相间隔，形成稳定分布的现象。
波的衍射是波绕过障碍物偏离直线传播的现象，障碍物或孔的尺寸比波长小，或跟波长差不多时，才有比较明显的衍射现象。
Ⅴ 多普勒效应
由于波源或观察者相对于介质有相对运动时，观察者所接收到的波频率有所变化的现象就叫做多普勒效应．多普勒效应是波动过程所具有的共同特性，不仅声波（机械波）有多普勒效应，光波也具有多普勒效应。，求出
（二）例题精讲
【例1】如图1所示，一列沿x轴正方向传播的机械横波在某一时刻的图象，从图中可看出这列横波的振幅是______米，波长是_______米，P点处的质点在此时刻的运动方向是________。
分析解答：从波的图象可直接读出振幅0.04m，波长2m，判断P处质点此时刻的运动方向有两种方法：其一是前质点带动后质点振动法，离波源较远的后质点总要追随，模仿离波源较近的前质点的振动，只是其振动步调比前质点滞后一些，从图1中看出，波沿x轴正方向传播，介质中的A点与P点相比，A是前质点，P是后质点，相差λ/4距离，P质点经过T/4时间将到达A质点现在的位置处，由此判断出P质点是向y轴正方向运动的。其二是波形平移法，如图1所示，将原波形（实线）沿波的传播方向推进一段很小距离得到推进后的波形（虚线），比较质点在原波形上的位置P和在推后波形上的位置P’，显然原在P处的质点到达了P’处，同样得出此时刻在P处的质点是沿正方向运动的。
点评：根据波的图象可直接读出该时刻介质中各质点对平衡位置的位移，质点振动的振幅和波长，要熟练掌握根据波传播方向，判断质点振动方向可有两种基本方法、即前质点带动后质点振动法和波形平移法，根据质点的振动方向判断波传播方向，可采取上述相反的方法判断。
【例2】如图2所示，a、b是水平绳上的两点，相距42厘米，一列正弦波沿绳传播，方向从a到b，每当a点经过平衡位置向上运动时，b点正好到达上方最大位移处，则此波的波长可能是（）
A.168厘米 B.184厘米 C.56厘米 D.24厘米-0.04
图1 0.04
分析解答：题中给出，每当a点经过平衡位置向上运动时，b点正好到达上方最大位移处，则ab间距离为3λ/4或或„„，如图2所示，写出通式，(k=0,1,2„„)，由此可得到波长的可能值：当k=0时，42==56厘米，此为波长最大值，k=1时，λ=24厘米，故本题选项C、D都正确。，λ
图2 点评：由质点振动的周期性和波速、波长、频率的关系v=lf，将导致求解波的问题中，波速、波长、频率（周期）的多解问题，本题是在已知波传播方向的情况下讨论波长的多解问题，若不知传播方向，还要讨论波沿反方向传播时波长的可能值，将两个方向传播时，波长的可能值含在一起才是完整的，否则，将漏解。
【例3】如图3所示，实线是一列简谐波在某一时刻的波形图，虚线是0.2S后它的波形图，这列波可能的传播速度是_________。
分析解答：从图中先读出λ=4m，由于本题没有给出波传播方向，所以波向x轴正方向和波向x轴反方向传播两种情况都要考虑。
⑴设波沿x轴正方向传播，则由图可知，在Δt=0.2S时间内，图中实线波形向右移动，„„，可得到虚线波形图，则波传播的距离可能值为，（n=0,1,2„„），波传播速度的可能值为，n=0,1,2„„。
本题还可以通过分析介质中各质点振动情况，求出波的可能周期或频率，利用波长、波速、频率（周期）的关系得到波的传播速度，图中实线波形变成虚线波形需经过(n+)T时间，则(n+)T=Δt=0.2S，可能的周期值为T=Δt/(n+)，可能的波速值为v=λ/T=λ(n+)/Δt=20(n+)(m/S)，n=0,1,2„„。
⑵设波沿x轴负方向传播，图中实线波形向左移动，„„可得到虚线波形，则波传播距离可能值为S=(n+)λ，(n=0,1,2„„)，波传播速度的可能值为 n=0,1,2„„。
图中实线波形变成虚线波形，可能的周期值为T=Δt/(n+)，可能波速值为v=λ/T=λ(n+)/Δt=20(n+)(m/S)，n=0,1,2„„。
点评：从本题分析解答可以看出，在波传播过程中，如果没有条件限制，其波速有多解性，解题时一定要认真分析，不要发生漏解。
第2课时
【例4】如图4所示，是一列简谐横波在t=0时刻的波形图，并且此时波沿x轴正方向传播到x=2.5cm处，已知从t=0到t=1.1s时间内，P点第三次出现在波峰位置，则P点的振动周期是_____S，经过______S另一质点Q第一次到达波峰。
图4 分析解答：由于波沿x轴正方向传播，媒质中前质点带动后面质点振动，质点P将在T/4后到达零位置质点现在的位置，所以质点P运动方向向下，经过3T/4将出现在第一次波峰处，故P质点第三次到达波峰经历时间为(2+)T=1.1S，所以T=0.4S，波速v=l/T=2/0.4=5(m/s)，由图可知此时位置1的质点在波峰，它要传到位置6的Q质点所经历的时间t=S/v=6－1/5=1S，所以经过1S质点Q第一次到达波峰。
【例5】如图5所示，S1、S2是两个相干波源，它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。关于图中所标的a、b、c、d四点，下列说法中正确的有
图5 A.该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，d质点振动既不是最强也不是最弱
B.该时刻a质点振动最弱，b、c、d质点振动都最强
C.a质点的振动始终是最弱的，b、c、d质点的振动始终是最强的
D.再过T/4后的时刻a、b、c三个质点都将处于各自的平衡位置，因此振动最弱 解：该时刻a质点振动最弱，b、c质点振动最强，这不难理解。但是d既不是波峰和波峰叠加，又不是波谷和波谷叠加，如何判定其振动强弱？这就要用到充要条件：“到两波源的路程之差是波长的整数倍”时振动最强，从图中可以看出，d是S1、S2连线的中垂线上的一点，到S1、S2的距离相等，所以必然为振动最强点。
描述振动强弱的物理量是振幅，而振幅不是位移。每个质点在振动过程中的位移是在不断改变的，但振幅是保持不变的，所以振动最强的点无论处于波峰还是波谷，振动始终是最强的。
本题答案应选B、C 【例6】如图6两个正弦波沿同一条直线向相反方向传播，在相遇阶段，波形将怎样变化？
解：根据波的独立传播原理和叠加原理可作出如右图形。点评：
独立传播原理：几列波相遇时，能够保持各自的运动状态继续传播，不互相影响。
叠加原理：介质质点的位移、速度、加速度都等于几列波单独转播时引起的位移、速度、加速度的矢量和。
（三）同步练习
⒈关于机械波和机械振动的关系，下列说法中正确的是（）A.有机械振动就有机械波 B.有机械波就一定有机械振动 C.机械波中各质点的振动频率相同
D.机械波在传播过程中介质中的各质点是同时开始振动的
⒉声波在钢轨中传播的速度大于在空气中传播的速度，则当声音由空气传到钢轨中时（）
A.频率变小，波长变大 B.波长变小，频率变大
图6
C.频率不变，波长变大 D.频率不变，波长变小
⒊一列简谐波在x轴上传播，在某时刻波形图如图7所示，已知此时质点E的运动方向向下，则（）
A.此波沿x轴正方向传播 B.质点C此时向下运动
C.质点A将比质点B先回到平衡位置 D.质点D的振幅为零
⒋均匀介质中沿波的传播方向上A、B两点相距L，振动从A传到B所用时间小于两个周期，某时刻A处于负的最大位移处，而B恰在平衡位置向正方向运动，则这列波的波长是_____。
（四）能力训练
5、在图8所示的坐标中，有一列横波沿x轴的负方向传播速度为6m/s，当位于x1=3cm的A质点恰在平衡位置，且振动方向向上，位于x2=6cm的质点B正处于x轴下方最大位移处，求：
（1）这列波的最小频率。画出最小频率所对应的波形。（2）若不受最小频率的限制写出波长的表达式。
6、一列简谐横波，在波传播方向上有相距为S=1m的两个质点a和b，当质点a在正的最大位移处时，b质点刚好通过平衡位置向位移负方向运动。
（1）试确定这列波的波长可能值。
（2）这列波的波长最大值是多少？此种情况下波向什么方向传播？ 【参考答案】
⒈B、C；⒉C；⒊B；⒋4L/3，4L/7
5、（1）波形略。（2）λ=2„„）
6、（1）波由a→b传，λ=
图7
图8
cm（n=0，1，m（n=0，1，2„„）；波由b→a传，λ=
m（n=0，1，2„„）；（2）4m,由b→a
【章节点评】
篇一：中职类机电专业《机械基础》教案
附表八
江
苏
省
职
业
学
校
理论课程教师教案本
（2011— 2012学年
第 二 学期）
专业名称
机电技术应用课程名称 机械基础
授课教师
学
校 扬州生活科技学校
授课主要内容或板书设计 篇二：中职机械基础教案[1] 第1章机械工程材料基础 工程材料（常用）：钢铁材料、有色金属材料（如铝、铜）及非金属材料（如塑料、橡胶等）。金属材料的使用性能：物理性能、化学性能和力学性能。
一、金属材料的力学性能
金属材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。1.强度和塑性
2.硬度：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。3.冲击韧性脆性材料、韧性材料 4.疲劳强度
二、金属材料的其他性能简介
1.物理性能:密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁等。2.化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性
3.工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能。
热处理是通过加热、冷却的方法，以改变金属内部组织为手段，以改变金属的力学性能为目的的工艺方法，一、铁碳合金
铁碳合金就是以铁和碳为主要组成元素的合金，其中碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的铁碳合金称为白口铸铁。
二、钢的热处理
钢的热处理是将钢件在固态范围内，采用适当方式进行加热、保温、冷却，以获得所需组织与性能的工艺，钢的热处理可分为整体热处理和表面热处理，整体热处理包括退火、正火、淬火和回火。表面热处理包括表面淬火和化学热处理
三、热处理新技术：
1.激光热处理
2.真空热处理
3.形变热处理
金属材料是由金属元素或以金属元素为主而组成的并具有金属特性的工程材料。包括黑色材料和有色材料两大类。
一、常用的钢铁材料 1.碳钢
碳钢按碳含量可分为低碳钢（ωc＜0.25%）、中碳钢（ωc=0.25%～0.6%）、高碳钢（ωc＞0.6%）。
2.低合金高强度结构钢 3.合金钢
合金钢是指合金元素的各类和含量高于国标规定范围的钢。4.铸铁
铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。
二、有色金属 1.铝与铝合金
1）钝铝2）铝合金分为变形铝合金、铸造铝合金两大类。2.铜与铜合金
1)钝铜
2）铜合金：青铜、黄铜
3.轴承合金：用来制造滑动轴承中轴瓦及轴瓦内衬的合金称为轴承合金。
一、塑料 1.塑料的特性 2.塑料的分类及用途
二、橡胶
三、陶瓷 1.陶瓷的特性 2.特种陶瓷的类型
四、复合材料 1.复合材料的特性
2.复合材料的分类和用途
五、新材料简介 1.纳米材料 2.超导材料 第2章
机器的组成和机械设计简介 引言
机械是人类进行生产劳动的主要工具，也是社会生产力发展的重要标志。
远古就已知利用杠杆、滚子、绞盘等简单进行从事建筑和运输。到18世纪蒸汽机的发明、促进了产业革命。
一、机器的组成
(一）机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递、物料、与信息。机器的特征：
1.任何机器都是由许多构件组合而成的。2.各运动实体之间具有确定的相对运动。
3.能实现能量的转换、代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功。
机器：就是人为的实体（构件）的组合，它的个部分之间具有确定的相对运动并能代替或减轻人类的体力劳动，完成有用的机械功或实现能量的转换。
按用途分：机器分为发动机（原动机）和工作机。发动机（原动机）是将非机械能转换成机械能的机器。
工作机是用来改变被加工物料的位置、形状、性能、尺寸和状态的机器。(二）机器的组成
机器基本是由原动机部分、执行部分和传动部分三部分组成。
（三）对机器的主要要求
1.使用功能要求 2.经济性要求
3.劳动保护和环境保护要求 4.可靠性要求 5.其他专用要求
（四）机器的设计方法
1.计划阶段 2.方案设计阶段 3.技术设计阶段 4.技术文件编制阶段
二、机构及机构运动简图
（一）机构
机构是用来传递运动和力的构件系统
机器与构件的区别：机器的主要功用是利用机械能做功或实现能量的转换；机构的主要功用在于传递或改变运动的形式。
（二）构件和零件 1.构件
构件是机构中的单元体，也就是相互之间能作相对运动的物体。构件按其运动状况，可分为固定构件和运动构件。2.零件
零件是构件的组成部分。
构件和零件的区别在于：构件是运动的单元，零件是加工制造的单元。
（三）运动副
使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接，称为运动副。篇三：[精品]中职机械基础教案
第1章
机械工程材料基础 工程材料（常用）：钢铁材料、有色金属材料（如铝、铜）及非金属材料（如塑料、橡胶等）。金属材料的使用性能：物理性能、化学性能和力学性能。
一、金属材料的力学性能
金属材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。
1.强度和塑性
2.硬度：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。3.冲击韧性脆性材料、韧性材料 4.疲劳强度
二、金属材料的其他性能简介 1.物理性能:密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁等。
2.化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性 3.工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能。
热处理是通过加热、冷却的方法，以改变金属内部组织为手段，以改变金属的力学性能为目的的工艺方法，一、铁碳合金
铁碳合金就是以铁和碳为主要组成元素的合金，其中碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的铁碳合金称为白口铸铁。
二、钢的热处理
钢的热处理是将钢件在固态范围内，采用适当方式进行加热、保温、冷却，以获得所需组织与性能的工艺，钢的热处理可分为整体热处理和表面热处理，整体热处理包括退火、正火、淬火和回火。表面热处理包括表面淬火和化学热处理
三、热处理新技术：
1.激光热处理
2.真空热处理
3.形变热处理
金属材料是由金属元素或以金属元素为主而组成的并具有金属特性的工程材料。包括黑色材料和有色材料两大类。
一、常用的钢铁材料 1.碳钢
碳钢按碳含量可分为低碳钢（ωc＜0.25%）、中碳钢（ωc=0.25%～0.6%）、高碳钢（ωc＞0.6%）。
2.低合金高强度结构钢 3.合金钢
合金钢是指合金元素的各类和含量高于国标规定范围的钢。
4.铸铁
铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。
二、有色金属 1.铝与铝合金
1）钝铝2）铝合金分为变形铝合金、铸造铝合金两大类。
2.铜与铜合金
1)钝铜
2）铜合金：青铜、黄铜
3.轴承合金：用来制造滑动轴承中轴瓦及轴瓦内衬的合金称为轴承合金。
一、塑料 1.塑料的特性 2.塑料的分类及用途
二、橡胶
三、陶瓷 1.陶瓷的特性 2.特种陶瓷的类型
四、复合材料 1.复合材料的特性
2.复合材料的分类和用途
五、新材料简介1.纳米材料2.超导材料
第2章
机器的组成和机械设计简介
引言
机械是人类进行生产劳动的主要工具，也是社会生产力发展的重要标志。
远古就已知利用杠杆、滚子、绞盘等简单进行从事建筑和运输。到18世纪蒸汽机的发明、促进了产业革命。
一、机器的组成
(一）机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递、物料、与信息。
机器的特征：
1.任何机器都是由许多构件组合而成的。2.各运动实体之间具有确定的相对运动。
3.能实现能量的转换、代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功。
机器：就是人为的实体（构件）的组合，它的个部分之间具有确定的相对运动并能代替或减轻人类的体力劳动，完成有用的机械功或实现能量的转换。
按用途分：机器分为发动机（原动机）和工作机。
发动机（原动机）是将非机械能转换成机械能的机器。
工作机是用来改变被加工物料的位置、形状、性能、尺寸和状态的机器。
(二）机器的组成
机器基本是由原动机部分、执行部分和传动部分三部分组成。
（三）对机器的主要要求
1.使用功能要求2.经济性要求
3.劳动保护和环境保护要求4.可靠性要求
5.其他专用要求
（四）机器的设计方法
1.计划阶段
2.方案设计阶段3.技术设计阶段
4.技术文件编制阶段
二、机构及机构运动简图
胡市小学 杨霞 教学目标：
1、流利、有感情地朗读课文，通过朗读感受长城的雄伟气势。
2、了解长城高大坚固、气势雄伟等特点。
3、激发学生的民族自豪感 教学重点：
通过朗读感受长城的雄伟气势，感受作者对祖国的热爱之情及对祖国古代劳动人民的赞叹之情。
教学难点：激起学生的民族自豪感，掌握介绍景点的方法、学会在写作中运用。
教学准备：课件、长城资料 课时：第二课时
教学过程：
一、欣赏图片，导入
师：同学们，据登上月球的科考学家说过:在月球上用肉眼看地球，能看见的建筑物只有一座，那就是我国的长城。今天老师给大家带来了很多美丽的图片，你们想看吗？ 生：想
师：坐端正，我们来美美地欣赏一下吧。（配乐播放图片）师：这些图片漂亮吗？ 生：漂亮
师：上一节课，我们已经初步感知了长城，今天这节课，咱们再一次跟随作者，登----生：长城，一起去游---生 ：长城
一起去感受、欣赏、赞美----生---长城
师：请同学们打开书，翻到17课，用自己喜欢的方式读一读课文，找出作者在游览长城后发出了感叹的句子？ 生：“这样气魄雄伟的工程，在世界历史上是一个伟大的奇迹” 师：老师发现你不但找的正确，读地也很好。掌声送给他。师：气魄雄伟是什么意思？
生：壮观 生：有气势
师：奇迹是什么意思？ 生：意想不到 生：不平凡的事情 师：作者在游览长城后为什么会发出这样的感叹呢？请同学们大声的朗读课文，找找文中哪些地方体现了长城的气魄雄伟？为什么说长城是世界历史上一个伟大的奇迹？
二、品析第一自然段
1、生自由读
师：找到了吗？文中哪些地方体现了长城的气魄雄伟？（让学生自由说）
生：远看长城，它像一条巨龙在崇山峻岭之间蜿蜒盘旋。。师：这段话中你体会到了什么？ 生：长城很长。
师：你又是从哪些词语当中体会到长城很长？ 生：长龙，蜿蜒盘旋，一万三千里
师：真是个会读书的好孩子，知道抓住文中的关键词来体会句子的意思，掌声送给他。
师：作者又是运用了什么方法说明长城的长呢？
生：比喻，作者把长城比作长龙，写出了长城的长。
师：这里作者把长城比作长龙，在修辞手法中叫比喻，在说明文中，这样的方法叫做打比方。
还有什么方法说明长城的长？ 生：列数字，一万三千多里
师；一万三千多里，同学们知道有多长吗？看到这幅图，从东头的山海关，到西头的嘉峪关，这里长城跨越了多少个省份呀？我们来数数。（师生一起观看地图）
师：再用你们的慧眼看看文中还有哪些词语说明了长城很长？ 生：前不见头、后不见尾 师：同学们真棒。
师：谁能读出长城的长？ 生读
师：同学们，看到这幅长城的远景图，随着山脉的样子，长城时而弯曲，时而延伸，起起伏伏，这样的姿态文中用了一个什么词语来形容？ 生；蜿蜒盘旋
师：不动笔墨不读书，我们一起在书上写写这个词语，蜿蜒盘旋 师：蜿蜒盘旋什么意思呀 生；曲折，延伸的样子。
（你真棒，能够结合图画来解释词语。）
师：长城像条巨龙在崇山峻岭之间蜿蜒盘旋，多美呀，多有气势呀，让我们读出长城的美，长城的气势。生读
师：目睹这一万三千多里的长城，难怪作者会发出这样的感叹（以手指示学生读）：这样气魄雄伟的万里。。
师：远看长城它像一条长龙，近看长城又有什么样的特点呢？请同学
在小组长的带领下读一读第二自然段，到文中找一找近看长城，长城有什么特点？长城上还建造了什么？有什么作用？这样的设计怎么样？你认为古代劳动人民怎样？（一边找一边勾画，有什么体会写在文字的空白处）
2、生自由读
（老师发现很多同学在读过程中，有一个很好的习惯，就是边读边画）师：近看长城又是怎样的呢？ 生：高大坚固
师：你是从哪里体会到长城高大坚固的？
生：这一段长城修筑在八达岭上，高大坚固，是用巨大的条石和城砖筑成的
师：巨大的条石和城砖，这是修筑长城的材料，长城从修建到现在已经有两三千年的历史了，同学们，历经两三千年的风风雨雨，长城还依然屹立在中华大地上，你说这体现它什么特点？ 生：坚固。
师：文中除了描写长城高大坚固外，还写了它什么特点？ 生：城墙顶上铺着方砖。。师：你体会长城的什么特点？ 生：平整，宽
师：还有什么特点呢？
生：城墙外延有两米多高的垛子。。。师：这是描写长城的什么？ 生：构造
师：你能根据课文中的描述，在这幅图中把垛子，瞭望口，城台标出来吗？（生上台）
师：真是个会读书的孩子，看来你已经读懂了长城的构造，那你还能说说这些构造有什么作用吗？
生：成排的垛子（抵御外来的侵略，当年秦始皇就是为了抵御匈奴的侵略，把长城连在一起的）瞭望口（用来瞭望，观察敌情的）射口（因为古代大部分是射弓箭的，所以这个就是用来射击的）方形的城台（古代不会像我们现代这样这么发达，有手机，他们都是通过烽火来传递消息，比如说只要有敌人来了他们就点燃烽火，其他城台上的人就可以看到，有时，这个城台士兵还可以在里面休息）师：真棒，掌声送给他。真是个聪明的孩子。
师：古代打仗的时候，他们都用烽火传递消息，下面我给大家讲个故事，你就知道烽火台的重要作用了，这个故事叫“烽火戏诸侯”（西周皇帝周幽王为了博取宠妃褒姒一笑，命人在烽火台上点上烽火，西周国周围的各诸侯以为西周京都有敌情，纷纷赶来，可是到来后见到什么事也没有，各诸侯被戏弄，悻悻而归。后来真的敌军来犯，点上狼烟，各诸侯都不相信，因此西周不堪重击而灭亡。）从这个故事中我们知道这个烽火台是很重要的。师：同学们，长城上的设计怎么样？ 生：巧妙
师：你又体会到了什么？
生：古代的劳动人民很聪明。我们因该为有这样聪明的劳动人民而感
到-----生:“自豪”
师：就让我们带着那份自豪来读读这段话吧。生读
师：这样高大坚固的长城，这样巧妙地设计，难怪作者会发出这样的感叹（教师指示读）：这样气魄雄伟的工程。。。
师：站在高大坚固的长城上，踏着脚下的方砖，扶着墙上的条石，作者想到了什么呢？请一位同学来朗读这一段，其他同学，仔细倾听，找找答案。
师：作者为什么会跨越时空，想起数千年前的筑城人呢？相机理解“站、踏、扶、很自然地”等词语的妙用。
3.作者为什么会想到数千年前的筑城人了吗？读读下面的这两句话你就知道答案了。
生读（你们读得真流利。）师：这段话中你体会到了什么？ 生：劳动人民修长城很艰难？
师：哪些词语让你体会到古代劳动人民修长城很艰难？ 生：数不清的条石，一块有两三千斤重。
师：两三千斤重，同学们，这相当于一辆大卡车的重量呀。一个人能抬起来吗？ 生：不能
师：这样千斤重的条石只需要一两块吗？ 生：数不清
师：读到这里，你体会到什么？
生：修建长城需要很多的人，工程量很大，而且很艰难。师：真是个聪明的孩子，一点就通 师：那你能读出他的艰难吗？ 生读
师：还有哪个地方让你体会到古代劳动人民修长城很艰难？ 生：那时候没有火车，汽车，没有起重机 师：还没有？你说 生：推土机。。
师：从这里你体会到了什么？
生：当时条件很艰苦，劳动人民没有像我们现在的人那么多得工具来搬石头。
师：谁能读出劳动人民的艰难？ 生读
师：除了这些，劳动人民还会遇上什么困难？ 生：陡峭的山岭
生： 恶劣的天气 生：一不小心就掉下了山岭 生：监工的毒打（出示资料袋）
师：在这么艰难的环境下，靠得是什么把那千斤重的条石搬上那陡峭的山岭的？
生：无数的肩膀，无数的手，一步一步地抬上这陡峭的山岭。师：谁能读出他的不容易？
生读
师：数不清的巨大条石，就靠着——
师：没有火车，没有汽车，没有起重机，就靠着—— 师：让我们再一次的读出它的不容易。生读
（你们的朗读，不但读出了声，还读出了情）
师：是的，修筑长城是多么不易，但是它还是以他的傲然的身姿挺立在的大地上。这样气魄雄伟的工程，不是一个两个人完成，而是（出示句子：多少劳动人民的血汗和智慧，才凝结成这前不见头，后不见尾的万里长城。）
师：这样气魄雄伟的工程，不是一段两段，而是绵延万里。那数不清的巨大条石，能够被抬上这崇山峻岭之上，因此我们要说（出示句子：多少劳动人民的血汗和智慧，才凝结成这前不见头，后不见尾的万里长城。）
师：让我们一起满怀赞美、满怀敬佩，深情地对古代劳动人民说-------（多少。。）
师：此时此刻，站在高大坚固的城墙上，踏着脚下的方砖，扶着墙上的条石，你的眼前仿佛看到了什么？你听到了什么？（请你们拿出你的笔写下你的的感受吧！）
生：一群人拖着疲惫的身子，在那迈着艰难的步子。。
生：一位监工，在那里不断地抽打正在抬着条石的劳动人民。。生：一位劳动人民由于没有站稳，摔倒了悬崖下。。
是啊!我们的长城就是这样在劳动人民肩挑背磨的情况下修建起来的。让我们一起激动地、自豪的对全世界说：（这样气魄。。。）师：长城，不仅震撼着我们，也震撼着世界：
美国前总统尼克松登上了长城，他情不自禁的赞叹道——长城是一个奇迹，一个伟大的民族创造的伟大的奇迹.法国总统密特朗这样说过：没到过金字塔就等于没到过埃及，没到过长城等于没到过中国。
美国总统克林顿这样说：长城是一个奇迹，一个伟大的民族创造的伟大的奇迹。
以色列前总统说：设计者太伟大了，长城不愧为世界奇迹。师：让我们和作者，和世界伟人一起赞叹：“这样气魄。。。” 师：同学们全体起立，让我们怀着对长城的敬仰之情，一起为我们的长城，为我们的民族放声高歌： 长城啊长城！
你向人们描绘着中华山河的锦绣，你向人们诉说着中华文明的悠久，你向人们展示着中华民族的智慧和力量。今天，我终于登上了长城！我站在崇山峻岭的高峰之巅，我站在气魄雄伟的城楼之上，向着群山，向着大海，纵情高呼：我爱长城！我爱中华！师：歌唱家也用嘹亮的歌声唱出了对长城的赞美(播放音乐)同学们，虽然我们的课马上就要结束了，但是长城的故事说不完，长城的历史道不尽，如果你还想对长城有更多的了解，你可以课后搜集长城相关的更多资料，你们定会了解到更多的奇迹。
板书：
17、长城
远看 长 一条龙
一、课程设计质量的提高办法
《机械设计基础》课程设计通常选择一般用途的机械传动装置或者简单机械作为设计内容。目前采用较广的是将以齿轮减速器或蜗杆减速器为主体的机械传动装置作为设计课题。因为减速器能够较全面地反映本课程所学的内容, 主要包括电机、带传动、齿轮传动、轴、轴承、联轴器、螺栓、键、销、润滑、密封、减速器附件及箱体等, 偏重零件方面的设计。课程设计的工作量为减速器总装配图 (0#图纸) 1张, 齿轮和轴类零件工作图 (3#图纸) 各一张, 设计计算说明书一份 (16k纸25页左右) 。内容较多而且设计过程比较复杂, 需要把设计出的参数变为具体的结构, 要求学生在两周内完成确实有一定的难度。那么, 如何帮助学生顺利完成课程设计, 如何提高课程设计的质量呢?本文结合多年的教学经验进行简单介绍。
1. 要求学生重视课程设计。
学生往往认为课程设计是一门考查课, 比开卷考试还容易应付, 无非就是把课程的内容按照一定的顺序抄写一遍, 因而敷衍了事, 把更多的精力都用在了复习其他课程上, 对课程设计缺乏积极性和主动性。部分学生还以查阅资料为幌子逃课、迟到、早退等, 甚至同学之间相互抄袭, 瞎编乱造, 忽略了知识体系的系统性和完整性, 结果当然是课程设计质量不令人满意, 故而必须要求学生从思想上重视课程设计。
2. 要求教师严格管理课程设计过程。
教师对课程设计的管理不够严格, 不关心学生的出勤率以及迟到早退现象, 或者把考勤任务直接交给班干部, 而班干部又碍于班级同学的情面, 不向指导老师如实汇报出勤率, 这就给部分同学提供了钻空子的机会。课程设计占用两周时间, 教师应该严格卡住时间点, 比如:第1周, 完成执行机构运动简图的绘制, 完成减速器箱体、润滑以及附件的设计, 完成总装图的手绘图, 并及时进行检查, 及时改正存在的错误, 防止学生走弯路;第2周, 绘制零件图, 完成设计计算说明书, 要求学生按时完成给定的任务, 提高他们的独立工作能力, 加深对理论知识的理解掌握, 防止个别同学平时不努力做, 专搞最后突击、抄袭。两周的课程设计结束, 要组织学生进行答辩, 对于那些回答问题模糊不清, 说话支支吾吾、语无伦次, 图纸上漏洞百出的同学要严厉批评, 要求其认真整改, 问题严重的同学要重新进行课程设计。
3. 要求学生自己动手拆装减速器。
减速器在现代机械中应用非常广泛, 但是大部分学生从来都没有接触过, 对其详细结构当然也缺乏感性认识。只有通过实物装拆, 才能使学生对减速器的结构有更加直观的认识, 才能进一步分析减速器中力和运动的传递途径。装拆的重点是轴系零部件的结构及装配关系, 使学生能够在设计中结合实际, 选择合适的结构和尺寸, 条件允许的话, 还可以组织学生去减速器生产厂家参观或者观看陈列室。此外, 对于箱体的设计也非常重要, 箱体结构复杂, 其各个尺寸, 如箱体壁厚、箱座凸缘厚、箱体深度、轴承端盖外径、凸台高度、外箱壁至轴承座端面的距离等, 单凭想象或查资料很难设计, 有了实物才容易理解, 方便学生绘制总装图和零件图。
4. 要求学生重视传动方案的选择。
传动装置用于将原动机的运动和动力传给工作机构, 并协调二者的转速和转矩, 以满足工作机对运动和动力的要求。传动方案的拟定主要包括传动装置的选择、总传动比的确定、各级传动比的分配、传动装置的运动和动力参数的计算等。传动方案拟定是机器总体设计的主要组成部分, 方案设计的优劣对机器的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸等均有一定程度的影响, 因此确定一个较优的传动方案至关重要, 需要对各种方案进行仔细分析比较, 还要考虑工作环境、载荷平稳性、生产条件等多个方面。当采用几种传动形式组成的多级传动时, 需要考虑各级传动机构的布置顺序, 各级机构所适应的速度范围等, 还需要考虑各种传动形式的优点和缺点, 如:带传动工作平稳, 具有缓冲吸振、过载保护等优点, 适宜放在高速级, 但是它的承载能力较低, 结构尺寸比较大;链传动因多边形效应而存在运动不均匀、有一定的冲击振动, 适宜放在低速级;斜齿轮传动的平稳性比直齿轮好, 承载能力也较强, 适宜放在高速级, 但是在传动中会有附加轴向力产生;锥齿轮加工比较困难, 一般放在高速级, 并限制其传动比大小, 以减小其直径和模数;蜗杆传动的传动比大, 传动平稳, 但是效率低, 适宜放在高速级, 以减小传递的转矩, 获得较小的结构尺寸从而提高效率。
5. 重点检查图纸中存在的问题。
课程设计的两周结束后, 要求学生把设计结果以图纸和说明书的方式上交, 并在答辩时正确完整地回答老师提出的问题。这样一来, 学生就需要完全清楚整个设计过程, 并在图纸上正确表达出来, 在说明书中提供有关参数的合理选择。关于画图部分, 用到了机械制图课程中所学的知识, 如主视图、俯视图、左视图, “长对正、高平齐、宽相等”, 尺寸标注、公差配合、表面粗糙度等内容, 学生必须严格按照制图的有关标准去执行。此外还应注意一些容易出错儿的细节问题, 如两个齿轮啮合处、螺纹联接处、滚动轴承处、油标及油塞的位置、轴承端盖上螺钉的位置、三个视图的投影关系等。还需提醒学生注意, 总装图中的尺寸标注主要包括特性尺寸、配合尺寸、安装尺寸和外形尺寸, 其他的尺寸都标在零件图上;轴承与孔的配合, 只标轴的配合性质;齿轮与孔的配合, 标轴和孔的配合性质;零件序号的编写、明细表、标题栏的填写一定要遵守国标规定;图中的数字、字母、汉字、符号等也要按照要求书写。
6. 重视答辩与成绩评定。
答辩是课程设计的最后一个环节, 是对学生工作成果的一次全面检查, 通过提问题的方式引发学生思考, 帮助他们提高对机械设计过程的理解和认识水平, 因此务必组织学生进行答辩。在答辩过程中, 可以发现学生设计中存在的问题, 要求学生进行改正, 提高设计质量。成绩评定要采用以答辩为主, 参照平时表现 (包括出勤情况、学习态度、钻研精神、遵守纪律情况等) , 设计计算说明书及图纸质量综合评定的方法。
《机械设计基础》课程设计是教学实践环节中很重要的一环, 是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段, 只有这些工作都做好了, 才能保证课程设计的教学效果。
摘要：《机械设计基础》课程设计是近机类专业课程体系中的重要实践环节之一, 提高课程设计的教学质量对培养学生分析和解决工程设计问题的能力起着十分重要的作用。本文根据多年的工作经验, 给出了几种提高课程设计质量的办法。
关键词：机械设计基础,课程设计,减速器
参考文献
[1]朱龙英.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社, 2009, 1.
一、课程设计的选题
高级技工班和五年制大专班学生学习机械设计基础的时间相对短、内容少,而且本课程是《机械制图》《金属材料》和《工程力学》的后续课程,其中糅合了机械类专业课程中的机械原理、机械零件和机械设计几个部分的内容,所以学时较短,理论深度也不够。因此根据课程特点、学生情况及设计课时数少(两周)的情况,在选题时应该遵循以下几条原则:
1.课程设计选题要和课程紧密衔接,以训练学生对理论知识的综合运用能力
课程设计的覆盖面宜宽而广,不宜窄而深。同时要注意由于“机械设计基础”是一门专业基础课,故题目的内容应尽量避免涉及学生没学过的内容,以免学生在其他方面消耗过多的时间,而影响了对课程设计主要内容的学习。
2.题目内容要新颖实用,以激发学生兴趣
课程设计的时间短,又恰好赶在期末考试之前,枯燥无味的题目往往不能激发学生的积极性,因此要注意选择实用性较强的题目,让学生感到学有所用,充分认识到该课程的重要性。中高职班的学生往往要经过几周的机械加工操作训练,在训练过程中,他们对设备使用熟练,但是对原理却并不了解,所以很愿意学习以摸清其中的奥秘。
3.题目难度要适中,避免过易或过难
根据教学大纲的要求,课程设计时间为两周,因此所选择的题目必须保证在10天左右能够完成。如果过于简单,则题目综合性不够、范围过窄,无法达到综合训练的目的;如果过难,则会挫伤学生的学习积极性,可能会过分依赖教师,加重教师负担,同时也会使教师陷在某一问题的时间过多不利于对更多学生的答疑解惑。
根据上述选题原则,我们开设并逐步完善了两个课题:①一般用途的单级齿轮减速器;②一般用途的外啮合双齿轮泵。这两个课题既体现了上述选题原则,又具有各自的特点。题目①包含了本课程中传动比的分配,轴的结构设计和强度设计、齿轮的设计和强度校核、轴承的寿命计算和各种标准件的选择,所应用的知识不超过本课程范围,而且在今后生产实践中也非常有用;题目②中也包含了轴的选材、轴的工作能力的设计、齿轮的设计、泵体的结构设计,尤其注重密封的设计等内容,这些知识点依然在我们所学的范围之内,但侧重点有所不同。当然由于课题的规模较大,与平时学生所做的设计作业不同,所有的细节完全由学生设计是有难度的,因此将参考的箱体结构提供给学生,并对学生提出读图要求,让学生在读图过程中了解各个结构的用途,提高设计能力。
二、课程设计的实施
1.课程设计的总体介绍
学生初次接触课程设计,常常对任务毫无头绪而无从下手,浪费了不少时间。因此在课程结束后、课程设计前,都要对课程设计进行总体介绍。给学生讲清什么是课程设计,为何要搞课程设计,怎样进行课程设计以及常用设计方法等。对学生我们提倡“少问多思”,要求理论概念清晰,所用依据可靠正确,符合实际工作要求。强调在设计过程中温故知新,还要培养团队精神。为了能准确反映课程设计成果,锻炼学生撰写科研报告的能力,要严格规定课程设计内容:一级齿轮减速器或齿轮泵的装配图一张(1号图样);零件工作图1～2张(轴类或齿轮工作图,用2号或3号图样);计算说明书1份(10～12页左右)。使学生明确怎样做,有效避免拿到设计题目无从下手而浪费时间的情况。
2.时间安排
将机械设计基础课程设计时间定为两周,除去周末,有十个工作日的时间。时间具体安排见表1。
整个课程设计大致分为五个阶段:
(1)第一阶段为准备阶段,要求学生准备好相关的资料和工具,对任务书进行认真的研究和分析,仔细观察各种减速器和齿轮泵的结构和型式,比较优缺点,以便选择一种最适当的结构和型式,拟订设计步骤和进度。
(2)第二阶段即初步设计计算阶段,是学生最感困难的阶段,所以老师的指导作用就非常重要,按具体的设计要求引导学生进入设计状态是顺利进行课程设计的关键。在这个阶段,指导老师要多做示范,具体指导学生怎样查阅资料、如何选择电动机、分配传动比,计算各种初始数据和绘制整机布置简图。这个阶段的特点是教师多讲、学生多听。
(3)装配图设计阶段,这个阶段是考验和锻炼制图基本技能的阶段。首先考虑图面布置,使视图和各种技术数据在图面中不过于拥挤,也不过于稀疏。然后就可以就要绘制整机的装配图了,在完成三个视图的过程中进行轴系零部件的选择和结构设计。草图完成后,经校阅、修改并由指导老师审核后进行描深、加剖面线,最后标注尺寸和配合、列出技术条件、编写零件明细表和标题栏。这个阶段是对前阶段专业课程的温故知新阶段,也是整个课程设计的主体阶段。需要引导学生熟练地运用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范,并熟悉有关国家标准,培养机械设计的基本技能,这个阶段的工作完成可以说整个课程设计已经进行了大半。
(4)根据装配图和计算数据绘制零件工作图,这个阶段也可以说是上一个阶段的延续。
(5)整理并编写计算说明书。说明书大概需要10～12页,内容包括:封面;评定表;设计任务书;目录(标题、页次);传动方案的分析和拟定(附传动方案简图);电动机的选择;传动装置运动及动力参数计算;传动零件的设计计算;轴的设计计算;滚动轴承的选择和计算;润滑方式、润滑油牌号及密封方式的选择;箱体及附件的结构设计和选择;设计小结(简要说明对毕业设计的体会、设计的优缺点及改进意见等)以及参考资料(资料编号、作者、书名、出版单位、出版年月)。
三、课程设计的考核
机械设计基础课程设计是一门综合性很强的课程,为了全面评估学生的能力,重点从以下几个方面进行考核:
一是装配图中零件结构是否符合要求、尺寸和标准是否正确、视图布局是否合理、图面是否整洁等等,占总分的40%;
二是为防止抄袭现象,在审核过程中老师要准备10个问题,让学生当场予以解答,以考核其运用知识的能力,占总分的30%;
三是设计结束后要写出课程设计说明书,作为整个课程设计评分的书面依据和存档材料。主要考核课程设计说明书的内容:传动比分配是否合理、主要零部件的设计计算是否符合要求、标准件的选择是否正确、书写和装订格式是否规范等,占总分的20%。
四是日常考勤占10%。
五是考核等级分为:优秀(90分以上)、良好(80分以上)、中等(70分以上)、及格(60分以上)和不及格(60分以下)。
四、课程设计的效果分析
根据这几年来的实际操作,对课程设计过程的效果分析如下:
1.考核成绩统计(见表2)
2.考核情况剖析
(1)合格率为94%,说明绝大部分学生对于先前所学的相关课程进行了良好实践,完整了相关知识体系,能够达到课程设计的基本要求。
(2)优秀率近15%,这和机械设计基础的考试成绩优秀率8%左右相比,有了一定程度的提高。说明在课程设计过程中,又有一部分学生理解和把握了机械设计课程的相关内容和知识点。
(3)不合格率为6%,在巡回指导和最后考核过程中发现,这部分学生的问题主要在于态度不够端正,前阶段课程的基础很不扎实,制图基本功薄弱,知识点没有能够真正掌握和领会。
3.主要问题
(1)由于学生缺少实际生产经验,在课程设计指导书上给出了设计要求,指导老师也针对性的进行讲解,学生就基本照搬老师的讲解,在传动比的分配和相关参数的选择上往往比较盲目,或基本遵循中庸原则,缺少灵活性。
(2)在装配图的设计中,指导老师也会给学生相关的参考图册,学生依照图册结构进行设计,缺乏创新,在课程设计说明书中也缺乏自己的见解。
(3)在传动零件的强度计算中,学生多是照本宣科,按步骤机械计算,对于公式的理解和公式中参数选择不能真正领会。
(4)在润滑和密封中,润滑方式的选择和密封件的选择在回答问题过程中,说不出选择的具体理由,存在着盲目的现象。
(5)课程设计是分小组进行,同一个小组完成一组原始数据的设计,这使得有一小部分学生不主动思考完全依赖同组的其他同学。
在机械设计基础课程结束后,让学生完成以上的课程设计加深了所学知识、扩大了知识面,而且开阔了视野,加强了解决实际问题的能力。这是对理论知识和生产实际的补充和检验,能够培养学生综合运用机械设计课程和其它先修课程的有关理论和实际知识的能力,将之前所学过的知识进行系统整合和运用,完整了知识体系,使这些知识得到巩固、加强和发展,并将理论知识加以实际运用,使学生在思考问题、提出设想、解决问题方面得到了综合训练,初步培养了学生的设计能力和独立工作能力,为以后步入工作岗位打下良好的基础。但是在课程设计实践中出现的诸多问题也不能忽视,因此,在实践过程中还需不断进行探索和创新,使课程设计在培养技工院校学生的理论水平和设计能力上发挥其应有的作用和意义。
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