机械设计(吴宗泽教材)1#总论w
华中农业大学《机械设计》课程大纲
机械设计课程编码：3073009106课程名称：机械设计总学分： 3.5 总学时：56课程英文名称：Machine Design先修课程：材料力学、机械原理适用专业：机械设计制造及自动化、农业机械化及自动化、机械电子工程一、课程性质、地位和任务机械设计是一门论述基本设计理论和方法的学科基础课；是以通用零部件的设计为核心的设计性课程。
通过机械设计课程教学，使学生掌握设计规律和相关技术措施，培养学生具备初步设计能力。
在本科教学中，机械设计课起着从基础课过渡到专业课的桥梁和纽带作用。
是机械设计制造及自动化、农业机械化及自动化和机电一体化专业的主要必修课程。
其主要任务是：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，进而具有综合运用所学知识，研究改进或开发新的基础件及设计简单机械的能力；2、具备运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料和获取相关信息的能力；3、初步建立正确的设计思想方法和工作方法，注重了解国家技术经济政策和国内外发展情况；二、教学目标要求1、了解机械设计课程的特点、学习目的以及适合课程特点的学习方法。
2、理解各章中的基本概念、术语、定义及设计公式的含义和运用条件。
3、掌握机械设计的基本要求、设计原则和方法。
4、掌握机械零件的工作原理、载荷分析、应力分析和失效分析。
5、正确运用先修课的知识和基本理论，对传动件进行工作能力计算和强度校核。
6、结合工艺学方面知识，重视并正确进行零、部件的结构设计。
7、树立总体观念，合理选择工作原理，注重各零件间的协调与配合。
三、理论教学内容及安排第一篇总论本篇集中论述机械设计的基本理论、方法以及具有共性的相关内容。
包括设计要求、设计准则、设计方法、一般设计步骤以及强度理论的运用。
第1章绪论（1学时）教学目标：了解课程的研究对象、内容、课程的性质、任务。
1.1 机械工业在现代化建设中的作用1.2 课程性质的内容、性质与任务第2章机械设计总论（2学时）教学目标：了解机器组成、机械设计的一般步骤、机械零件的设计准则、常用材料、标准化等基础知识。
机械设计课程标准
《机械设计基础》课程标准课程名称：机械设计基础适用专业：机械制造及自动化专业教学模式：“教、学、做”一体化教学计划学时：72第一部分课程概述一、课程的性质《机械设计基础》是电气工程及自动化专业（电机与电器方向）学生必修的一门重要的专业基础课，将机械原理与机械零件的内容有机地结合在一起，它以机械中常用机构和通用零件为基础，为培养学生处理一般工程问题的能力和学习有关后继课、专业课打下基础。
《机械设计基础》课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点，在教学中具有承上启下的作用，课程知识掌握的程度直接影响到后续课程的学习。
通过本课程的学习，可以使学生掌握常用机构和通用零件的基本理论和基本知识，初步具有分析、设计能力，并获得必要的基本技能训练，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风，为学习有关专业课程以及参与技术改造奠定必要的基础。
先修课：高等数学、机械制图、工程力学后续课：电机与电器制造工艺学、模具设计与制造二、课程的基本理念1．坚持以教育培养目标为依据，遵循“结合理论联系实际，以应知、应会”的原则，以培养锻炼职业技能为重点。
2．注重培养学生的专业思维能力和专业实践能力。
3．把创新素质的培养贯穿于教学中。
采用行之有效的教学方法，注重发展学生专业思维和专业应用能力。
4．培养学生分析问题、解决问题的能力。
三、课程的设计思路1．以专业教学计划培养目标为依据，以岗位需求为基本出发点，以学生发展为本位，设计课程内容。
2．让学生在了解常用机构及零部件的基本知识及设计方法和设计理论的基础上，能进行简单机械及传动装置的设计，培养学生初步解决工程实际问题的能力。
3．在课程实施过程中，充分利用课程特征，加大学生工程体验和情感体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。
第二部分课程目标一、课程总体目标通过本课程的学习，使学生获得正确分析、使用和维护机械的基本知识、基本理论及基本技能，初步具备运用手册设计简单机械的能力，为学习有关专业机械设备课程以及参与技术改造奠定必要的基础。
教学日历1(1)
3
5 6 7 8 9
4．3 4． 10 4． 17 4． 24 5系统结构设计 10 11 12 13 14 15 16 5．8 5． 15 5． 22 5． 29 6．5 6． 12 6． 19
1． 结构设计概论 2. 3. 3. 轮类零件的结构设计 滚动轴承支撑轴系的结构设计 滚动轴承支撑轴系的结构设计 3 3 3 3 3 3
机械设计基础 A(3)—机械设计
教学日历 48 学时 上课时间：星期二第 2 大节 周次 日期 授课内容 第一篇 机械设计总论
1．概述 2．机械设计的基本知识
2007 年 3 月 5 日—2007 年 6 月 22 日 学时数 备 注
1
3．6
3．本课程的学习方法和基本要求 4．机械零件的疲劳强度设计理论： 轴类零件的疲劳强度与刚度设计 以当量弯矩法为主 4．轴类零件的疲劳强度与刚度设计 以当量弯矩法为主
3
思考 1-2 作业：1-4
2
3． 13
第二篇 机械零部件的工作能力设计
1． 带传动和链传动 V 带传动设计：类型、设计计算、参数选择 1．带传动和链传动 2．齿轮传动 （1）齿轮的受力分析 （2）齿轮的失效分析 2．齿轮传动 （3）齿轮的弯曲疲劳强度设计
1＋2
3
3． 20
3
4
3． 27
（齿根弯曲应力的模型建立方法等） （4）齿轮的接触疲劳强度设计 （齿面接触应力的模型建立方法等） 2．齿轮传动 3.蜗杆传动： 以普通蜗杆传动设计为主 3.蜗杆传动： 以普通蜗杆传动设计为主 4．轴毂联接： 以结构设计为主 5．滚动轴承的选型 讨论课 6．滚动轴承的选型 7．滚动轴承的工作能力设计 注：不要求一个支点多个轴承 放假
结构现场课 4．机械连接设计 罗纹连接、螺旋传动，联轴器、离合器 4．机械连接设计 螺纹连接：反转力矩、变载荷不要求 5.机械结构的创新设计 6. 摩擦学设计 含流体动压滑动轴承的基本概念
机械设计课程设计 (带传动—单级圆柱斜齿减速器)
一、设计题目:四、设计计算和说明：2确定传动装置的总的传动比和分配传动比（齿轮传递效率）,4η=0.96（卷筒效率）,5η=0.99(凸轮连轴器)aη= 0.96*30.98*0.97*0.99*0.96=0.83所以dP=1000aFVη=2250 1.310000.83⨯⨯=3.5kw确定电动机转速卷筒轴工作转速为：n=601000VD⨯Ω=6010001.3240⨯Ω⨯=103.45 minr取传动比：V带的传动比为'1i=2—4，一级圆柱斜齿传动比为'2i=3—6，所以总的传动比'ai=6—24，故电动机转速的可选范围为：'dn='ai⨯n=(6—24) ⨯103.45=621～2483minr最符合这一条件的电机为Y112M—4该电机的主要参数为：电机选用Y112M—4（主要参数：额定功率：4KW；满载转速：n=1440r/min；启动转矩T=2.0；最大转矩2.0）.安装尺寸如下：电动机选好后试计算传动装置的总传动比，并分配各级传动比。
电动机型号Y112M—4，满载转速1440minr2.1 总传动比：有式ai=mmn=1440103.45=4.64分配传动比因为0ai i i=•式中i，i分别为带传动和减速器的传动比。
为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步选0i=3，则一级4η=0.965η=0.990.83aη=3.5dP kw=n=103.45minr'dn=621～2483minr电动机选用Y112M—4传动装置的总的传动比和分配传动比所用公式皆引自《机械设计课程设计指导书》第18~~22页主要参数：3 V带传动装置：2.2.4各轴的输入转矩：dT=9550dmnP=23.21NM1T=d T0i01η=23.21*3*0.96=66.85NM2121266.85*4.64*0.98*0.97294.86N miT Tη=••==•卷筒轴输入3224294.86*0.98*0.99286.07N mT Tηη=••==•2.2.5各轴的输出转矩：'112'222'33266.85*0.9865.513294.86*0.98288.96286.07*0.98280.35N mN mN mT TT TT Tηηη=•==•=•==•=•==•运行和动力参数计算结果整理于下表：已知原动机为Y112M—4型（主要参数：额定功率：4KW；满载转速：n=1440r/min；启动转矩T=2.0；最大转矩2.0）电动机到I轴的传动比为3.0。
机械设计常用书籍
机械设计常用书籍
1.机械设计手册
《机械设计师手册》上册（第2版）吴宗泽主编
机械工业出版社《机械设计师手册》下册（第2版）吴宗泽主编
机械工业出版社
2．MISUMI 标准件选型手册
1〉FA工厂自动化用零件
2〉FA用电子电气配线零部件
3〉模具用零件（附光盘）
3．气动选型手册
1〉《亚德客气动器材》选型手册（模型软件在官网下载）
2〉SMC《综合产品选型样本》（模型软件在官网下载）
4．导轨、滚珠丝杆
1）上海导全自动化设备有限公司（海格斯工业）《产品选型手册》
2）THK 中国（官网上可下载模型软件）
《直线运动系统》
《直线运动系统辅助手册》
4．拖链
1)IGUS。
第一章 绪论
主要内容： 机器的作用，组成机器的基本要素，零 件的概括分类；零件与机器的关系；本课程的内容、 性质与任务。 基本要求： 明确机械设计在现代化建设中的重要作 用；明白零件设计在机械设计中的地位；了解课程的 内容、性质与特点、与先修课程和后续课程的关系。 重 点： 组成机器的基本要素和机械零件的分 类，零件与机器的关系；本课程的内容、性质与任务。
第一章 绪论
八、参考资料
《机械设计》 孔志礼、马星国主编 科学出版社
《机械设计习题与解析》 修世超、李庆林主编 科学出版社 《机械设计》 邱宣怀主编 高等教育出版社 高等教育出版社
《机械设计课程设计手册》 吴宗泽主编
第一章 绪论
三、本课程的任务
1）培养学生掌握通用零件的设计原理、方法 和机械设计的一般规律； 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）具有使用标准、规范、手册、图册及查阅 资料的能力； 4）掌握典型零件的实验方法，获得实验技能 的基本训练； 5）了解机械设计的新发展。培养创新能力。
情 报 学
工 程 力 学
数学
机 构 学
流
方 辩 体 法 证 力 论 法 学
化学
电 磁 学
热 力 学
基 础 工 程 学
物理学
泉水
基 础 科 学
第一章 绪论
第二节 机器的基本组成要素
一、机器的基本组成要素
静联结 动联结 与动力 源组合
零件
构件
机构
机器
机器的基本组成要素就是机械零件 。
第一章 绪论
任何机械设计都是由若干个零件组成，机器的 性能好坏就取决于它的主要零件和关键零 件的性能好坏。要想设计出好 的机器，必须首先设计好它的 零件。因此，机械零件的设计 是机械设计的基础，是机械设 计的重要组成部分。
机械设计课程设计说明书_链板式运输机传动装置设计
121410'12u δ-=+2.35mm=5.28mmcos142.66mm =)3199.42mm cos14⨯=200mm ）按圆整后的中心距修正螺旋角 1438'25.1714116.04==查取齿形系数和应力校正系数14⨯0.01382cos1423.01=⨯=231065.1.3.初步确定轴的最小直径先初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢（调质），根据《机械设计（第八版）》表15-3，取0112A =，得mm A 9.171440445.5d 30min ==，输入轴的最小直径为安装联轴器的直径12d ，为了使所选的轴直径12d 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩2A ca T K T =，查《机械设计（第八版）》表14-1，由于转矩变化很小，故取 1.3A K =，则2 1.33611046943ca A T K T N mm ==⨯=⋅A 0=112 d min =17.9㎜查《机械设计课程设计》选LT3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为125000N mm ⋅，半联轴器的孔径mm d 201=，故取mm d 2021=-，半联轴器长度mm 52=l ，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm 。
5.1.4.轴的结构设计（1）. 拟定轴上零件的装配方案如下(2). 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）.为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径mm 27d 32=-2）初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据mm d 2732=-，由《机械设计课程设计手册》初步选取0基本游隙组，标准精度级的角接触球轴承7206C ，其尺寸为mm mm mm B D 166230d ⨯⨯=⨯⨯，,306543mm d d ==--而mm l 1643=-。
这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，由《机械设计课程设计》查得7206C 型轴承的定位轴肩高度mm h 5.2=，因此取mm 53d 54=- 3）取安装齿轮处的轴段6-7的直径mm d 2576=-；为使套筒可靠地压紧轴承，5-6段应略短于轴承宽度，故取mm 15l 65=-。
机械设计(吴宗泽教材)#带传动资料
(5 2)
第5章 带传动
§5.1.3 带传动的工作原理
1.带传动的受力分析
取小轮一端带为分离体：T=0带轮所受力矩：
D1 D1 D1 F F1 F2 0 2 2 2 得：F Fe F1 F2
带传动功率：
(5 1)
Fe v p 1000
kW
带的摩擦传动原理(小结）
B*
静弧
B
n1
动弧
A
第5章 带传动
§5.1.3 带传动的工作原理
（2）.带的打滑
产生的原因 造成的后果 外载荷增加，使得
Fe Fec Ff max
带的磨损急剧增加、从动轮的转速急剧下 降，直至传动失效。
打滑的特点
可以避免的
如何避免带发生 打滑？
带打滑时的现象？
第5章 带传动
带的弹性滑动和打滑 小结
将（5-3）代入（5-9）
D2 D1 1 180 60 a
1 有效拉力 Fe F1 F2 F （ 5 9） 1 1 ） （ e
e 1 1 e Fec 2 F0 2 F0 最大的有效拉力： e 1 1 e
Fe F1 F0 2 Fe F2 F0 2
(5 3) (5 4)
KW
5.1.3 带传动的工作原理 1.带传动的受力分析
柔韧体的欧拉公式：
F1 F2e
(5 8)
e--自然对数的底（e=2.718…） --带在带轮上的包角 rad （平行传动时为小轮包角）
D2 D1 1 a
特点
第5章 带传动
§5.1.1 概述
2.带传动的类型
按照传动比分类：定传动比，有级变速；无级变速
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课程的任务
培养学生掌握通用零件的设计原理、方 法和机械设计的一般规律； 树立正确的设计思想，了解国家当前的 有关技术经济政策； 具有使用标准、规范、手册、图册及查 阅资料的能力； 掌握典型零件的实验方法，获得实验技 能的基本训练； 了解机械设计的新发展。培养创新能力。
第一章 机械设计概论
• 例题：铆钉联接，两块钢 板材料均为Q215， F=500000N，
200MPa 180MPa p 400MPa
• 求：各部分尺寸。
• 解：分析失效方式及计算公式
F d 2 F 1。钉剪切 1 2 4 d 4 F p F ds p 2 板挤压 p 2 d s F F (b d ) s 3 板拉断 3 s (b d ) F d 4 板边剪切 F 2(e ) s 4 d 2 2 s (e ) 2
原动机部分
传动部分
控制系统
执行部分
设计机器的一般程序
计划阶段 方案设计
技术设计
试制、试验、鉴定、生产
信 息 反 馈 、 修 改
技术文件的编制
对整个机器的整体要求
• 使用功能的要求 • 经济性要求 “三化”--标准化、系列化、通用化 • 劳动保护要求 • 可靠性要求 • 其它专业要求
机械零件设计的基本要求
ca
计算应力
lin
S
安全系数
许用应力
二.疲劳强度
• 对数坐标的疲劳曲线 • 有限寿命区间 • 疲劳极限
三.接触应力（ P38）
载荷 曲率半径
F 1 1 ( ) B 1 2 2 1 12 1 2 E2 E1
H
材料•ຫໍສະໝຸດ 械 设计 总 论（ 1——3章）
绪 论
第一章 机械设计概论 第二章 机械零件的疲劳强度
绪
论
一.课程的性质 二.课程的内容 三.课程的任务
一.课程的性质
• 本课程是一门以一般通用零件的 设计为核心的设计性课程,论述它 们的基本设计理论与方法,培养学 生具有设计一般机械能力的技术 基础课程。
• 综合运用已学知识：制图 力学 金属学 （材料及工艺）公差配合等 • 了解、应用机械设计的新理论、新方法
主讲 王乐煦
教材：
讲义--《机械设计》 吴宗泽主编 高教出版社 手册--《机械设计课程设计手册》 吴宗泽、罗圣国主编 高教出版社 习题集--《机械设计习题集》（第二版） 吴宗泽主编 高教出版社 实验指导书--《机械设计实验》自编
参考书：
《机械设计》--许镇宇等主编 高教出版社
学期成绩评定内容：
• • • • A： 课后 作业 B： 期末考试成绩 C： 设计作业 D： 实验报告
通用零件：各种机械中经常用
机械零件 可以分为 两大类 专用零件：在特定类型的机器
中才能用到的零件。 例如： 飞机螺旋桨 内燃机曲轴 到的一般参数的零件。 例如： 螺钉 齿轮 链轮 直轴
二课程内容
• 一般参数（尺寸，精度，温度，压力
等）的通用零件
• • • • 联接零件：螺钉、键、花键、过盈 机械传动件：带、链、齿轮、蜗轮 轴系零部件：轴、轴承、联轴器 其它零部件：弹簧、机座、减速箱
• • • • • 避免在预期寿命期内失效 结构工艺性的要求 经济性要求 质量小的要求 可靠性要求
失效
零部件不能满足工作要求称为失效。
整体断裂：拉，压，弯，扭 过大的残余应力：加工，热处理 过大的残余应力
机 械 零 件 的 主 要 失 效 形 式
零件表面的破坏：磨损，热处理
破坏正常工作条件引起的失效： 打滑，共振，胶合
刚度准则 寿命准则
振动稳定性 0.85f >fp 或 1.15f<fp 可靠性准则 R=N/N0
第二章 机械零件的疲劳强度 （自学） •疲劳强度的基本理论 与计算 •提高疲劳强度的措施 •接触疲劳强度
一.基本定义
公称载荷：稳定理想情况下的载荷 计算载荷；考虑载荷不稳定及阻力变化 等情况的载荷 几何因素：长度，面积，体积，惯性矩。 安全系数： 极限应力
机械零件的计算准则
设计准则 强度准则 计算公式 失效形式 典型零部件
齿轮、带 lim/S 断裂、疲劳 轴、 破坏、残余 轮等 变形 弹性变形 轴、蜗杆等 y[y] 满 足 额 定 寿 腐 蚀 、 磨 滚动轴承等 损、疲劳 命 共振产生的 滚 动 轴 承 、 工作失常 齿轮、滑动 轴承
• F1= F2= F3= F4= F5 = F 由1： d=18.8 取d为18 由2： S=6.6 取S为7 由3： b=54.7 取b为55 由4：e= 29.3 取e为30
‘等
强原则’
课后习题
分析自行车的主要失效 形式及设计准则
黄华星19#608
设计作业 project
• 根据题目，进行调研，初步确定基本参 数（功率、转数等） • 确定方案，画出草图 • 自选题目：下周三课后（或周四3：00 ） 和 老师讨论（精仪系3405）
一.机器的基本组成 二.设计机器的一般程序与基本要求 三.机械零件的主要失效形式和计算 准则
设计问题的综合性
机械设计
社会学 心理学 经济学
科学技术
工艺性
造型艺术
分析工作原理
类型选择
受力分析
改进与发展
结果分析与设计 机械设计的内容
失效分析
结果分析与设计
建立计算准则
简化模型
机器的组成：
辅助系统，例如：润滑、显示、照明等