《机械设计--力学》
《机械设计基础》课程标准
《机械设计基础》课程标准一、课程性质与定位本课程是为研究机械类产品的设计、开发、制造、维护保养等提供必要的理论基础，它是机械制造与自动化专业必修的一门专业技术基础课。
该课程定位于高等职业教育，强调对学生进行专业思维能力.专业实践能力和动手能力的培养，按照“必需、够用”为度的原则呈现课程内容的针对性和应用性，注重提高学生分析问题、解决问题的能力，把创新素质的培养贯穿于教学中。
通过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，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。
二、课程设计与理念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机械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。
三、课程目标（一）知识目标1、掌握常用机构的工作原理、特点、应用及设计的基本知识。
2、掌握通用机械零件的工作原理、特点、结构、标准。
3、掌握及通用机械零件的选用和设计的基本方法。
（二）能力目标1、分析机构和选择传动方案的能力。
2、初步具有分析、选用和设计机械零部件及简单机械传动装置的能力。
3、具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
（三）素质目标1、培养学生具有创新精神和实践能力。
2、培养严谨的科学态度和良好的职业道德。
3、在以实际操作为主的项目教学过程中，锻炼学生的团队合作能力；采用项目化教学，按项目的不同采用任务驱动、项目导向等教学模式，培养专业技术交流的表达能力；制定工作计划的方法能力；获取新知识、新技能的学习能力；解决实际问题的工作能力。
四、课程教学内容及学时分配五、教学方法与手段（一）教学方法《机械设计基础》是一门专业基础课，既有较强的理论性，如概念、公式多，又有较强的实践性，如计算题量大、试验繁琐、课程设计等。
工程机械设计中力学公式
动应力强度条件
的容许应力
（8.5）
构件受竖直方向冲击时的动荷系数
H-下落距离
（8.6）
构件受骤加荷载时的动荷系数
H=0
（8.7）
构件受竖直方向冲击时的动荷系数
v-冲击时的速度
（8.8）
疲劳强度条件
-疲劳极限
-疲劳应力容许值
K-疲劳安全系数
9能量法和简单超静定问题
序号
公式名称
公式
（9.1）
外力虚功：
（9.2）
内力虚功：
（9.3）
虚功原理：
变形体平衡的充要条件是：
（9.4）
虚功方程：
变形体平衡的充要条件是：
（9.5）
莫尔定理：
（9.6）
莫尔定理：
（9.7）
桁架的莫尔定理：
（9.8）
变形能：
（内力功）
（9.9）
变形能：
（外力功）
（9.10）
外力功表示的变形能：
（9.11）
内力功表示的变形能：
（9.12）
（2.27）
抗弯截面模量
（截面对弯曲的抵抗矩）
（2.28）
离中性轴最远的
截面边缘各点上
的最大正应力
（2.29）
横力弯曲梁横截
面上的剪应力
被切割面积对中性轴的
面积矩。
（2.30）
中性轴各点的剪
应力
（2.31）
矩形截面中性
轴各点的剪应力
（2.32）
工字形和T形截
面的面积矩
（2.33）
平面弯曲梁的挠
曲线近似微分方程
两端铰支的、细长压杆
的、临界力的欧拉公式
I取最小值
机械设计基础(含工程力学)课程标准
机械设计基础（含工程力学）课程标准课程代码：课程性质：必修课课程类型：B类课（一）课程目标《工程力学》是机械设计与制造专业的一门重要的主干课程。
在整个教学过程中应从高职教育培养目标和学生的实际情况出发，在教学内容的深广度、教学方法上都应与培养高技能人才目标接轨。
通过本课程的学习，使学生达到以下目标：1、深刻理解力学的基本概念和基本定律，熟练掌握解决工程力学问题的定理和公式。
能将实际物体简化成准确的力学模型，应用力学基本概念和定理解决相关力学问题；2、能对静力学问题进行分析和计算，对刚体、物系进行受力分析和平衡计算；3、正确应用公式对受力不很复杂的构件进行强度、刚度和稳定性的计算；4、通过应力状态分析建立强度理论体系。
5、步掌握材料的力学性能及材料的相关力学实验。
掌握基本实验的操作及测试方法（二）课程内容与要求工程力学分为理论力学和材料力学部分。
理论力学部分以静力学为主，包括静力学基础、力系的简化、力系的平衡。
材料力学部分包括杆件的四种基本变形（轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转、弯曲）的内力、应力和变形，应力状态与强度理论，组合变形杆的强度和压杆稳定。
第一篇静力学静力学主要内容有：力的概念，约束与约束反力，受力分析和受力图；力对点的矩，力对轴的矩，力偶与力偶系的简化，力的平移，力系的简化；平衡条件与平衡方程，特殊力系的平衡，空间一般力系的平衡，物体系的平衡，平面静定桁架的内力，考虑摩擦时的平衡。
第二篇材料力学材料力学主要内容有：材料的力学性能，拉伸与压缩时的力学性能，构件的强度、刚度和稳定性，强度条件、刚度条件，应力状态分析与四种强度理论。
课程要求：熟练掌握静力学的基本概念：四个概念、六个公理及推论、一个定理。
能应用静力学的基本理论对刚体进行受力分析；明确平面任意力系的简化；熟练掌握平面力系的平衡方程及其应用；掌握材料力学的基本概念；掌握四种变形方式的内力、应力、内力图；学会四种载荷作用方式下强度、刚度、稳定性计算；理解应力状态与强度理论。
机械力学及机械设计第一章
机械零件的工作能力准则
• 对机器的要求：
机器的全部功能 预定的使用寿命 制造和运转成本 重量与尺寸指标 运输可能性、操作方便性、外形美观等
• 对机械零件的要求：
足够的强度和刚度 一定的耐磨性 无强烈振动 具有耐热性
机械零件设计步骤：
1. 拟定计算简图 2. 确定作用在零件上的载荷大小 3. 选择合适的材料 4. 确定零件尺寸 5. 绘制零件工作图
4. Exhaust stroke 活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。 Once the piston hits the bottom of its stroke, the exhaust valve opens and the exhaust leaves the cylinder to go out the tail pipe.
一个构件可以是一个零件，如曲轴
构件也可由几个零件所组成，如连杆 连杆：连杆体、连杆盖、轴瓦和轴套、螺栓、螺母
常用机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等 通用零件：螺纹联接件、齿轮、轴、轴承、弹簧、蜗轮、带等 专用零几种常用机构的组成形式、运动特性和选用原则
第一章 机械设计概论
一、本课程研究的对象和内容
二、本课程在教学计划中的地位
三、机械设计的基本要求和过程
本课程研究的对象和内容
本课程研究的对象：机械
机械：人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的 组合体 习惯上，用机械作为机器和机构的总称 机器是执行机械运动的装置，用来变化或传递能量、 物料、信息。
内燃机： 活塞往复移动——曲轴连续转动
the linear motion of the pistons is converted into rotational motion by the crank shaft
机械设计参考书目
机械设计参考书目一、引言机械设计作为一门重要的工程学科，涉及到各种机械设备的设计、分析和制造等方面。
为了培养合格的机械设计工程师，掌握一些经典的机械设计参考书目是非常必要的。
本文将介绍一些在机械设计领域中广泛被使用的参考书目，供读者参考和学习。
二、机械设计基础书籍1.《机械设计基础》张乃寅著这本书是机械设计入门经典教材之一，详细介绍了机械设计的基本原理、原则和方法。
通过学习该书，读者可以了解机械设计的基本概念、设计流程和设计原则，为后续的深入学习打下坚实的基础。
2.《机械设计手册》马文藻主编这是一本涵盖广泛的机械设计参考手册，集成了大量的设计数据、计算公式和设计规范。
无论在实际的机械设计工作中还是在学术研究中，这本书都是非常实用的工具书。
三、机械元件设计书籍1.《机械零件设计》梁留振著该书系统地介绍了机械零件的设计原则、设计方法和设计要点。
通过学习该书，读者可以了解各类机械零件的设计原理和设计要求，提高自己的设计能力。
2.《机械设计工程师手册》吴喜之主编这本书是一本涵盖全面的机械设计手册，包括各类机械元件的设计原理、设计计算和设计规范。
在实际的机械设计工作中，这本书可以作为工程师的设计实用手册。
四、机械结构设计书籍1.《机械结构设计及其计算》郭瑞良主编该书详细介绍了机械结构设计的基本原理和计算方法，包括刚度、强度和稳定性等方面的设计。
这本书可以帮助读者掌握结构设计的基本知识和方法，提高结构设计的水平。
2.《机械设计概论》孙春光著这本书综合性地介绍了机械设计的理论和方法，特别是在机械结构设计方面有着详细的介绍。
通过学习该书，读者可以了解机械结构设计的基本原理和方法，并能够应用于实际工程中。
五、机械动力学与传动设计书籍1.《机械动力学》刘天眷主编该书全面介绍了机械动力学的理论、方法和应用，包括刚体动力学、振动与稳定性等方面的内容。
这本书可以帮助读者理解和应用机械动力学的基本原理和方法。
2.《机械传动设计》杨建著这本书主要介绍了机械传动设计的基本原理和设计方法，包括各类传动装置的选型、计算和设计。
机械设计课程设计内容摘要
机械设计课程设计内容摘要一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械设计的基本原理，理解并掌握机械结构设计、材料选择、力学分析等核心知识。
2. 使学生能够运用机械设计的相关知识，结合实际需求，完成简单的机械设计项目。
3. 帮助学生了解机械设计在工程领域的应用，拓展知识视野。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械结构设计与绘图的技能。
2. 提高学生运用力学原理对机械结构进行受力分析和优化设计的能力。
3. 培养学生团队协作、沟通表达的能力，能够就设计方案进行讨论和改进。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣，激发创新意识和探索精神。
2. 引导学生树立正确的工程伦理观念，关注环境保护，遵循可持续发展原则。
3. 培养学生严谨、务实、精益求精的学习态度，为将来从事机械设计工作奠定基础。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过理论与实践相结合的方式，使学生掌握机械设计的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。
课程目标具体、可衡量，便于教学设计和评估。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以确保学生达到预期的学习效果。
二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械设计概述、设计方法、设计流程等，参考教材第一章内容。
2. 机械结构设计：讲解结构设计的基本原则，分析典型机械结构案例，实践结构设计方法，对应教材第二章。
3. 材料选择与应用：介绍常用机械工程材料性能、特点及应用，结合实际案例进行材料选择训练，参考教材第三章。
4. 力学分析：讲解静力学、动力学基本原理，分析机械结构受力情况，优化设计，对应教材第四章。
5. CAD软件应用：教授CAD软件的基本操作，培养学生运用软件进行机械结构设计与绘图的技能，参考教材第五章。
6. 机械设计实例分析：分析典型机械设计案例，使学生了解机械设计在工程领域的应用，对应教材第六章。
7. 设计项目实践：分组进行设计项目实践，包括方案设计、绘图、分析及优化，培养学生团队协作和解决实际问题的能力。
机械设计基础3-静力学基础(3)
100 150 3 50 2 125 2 112.35N
FR的大小： FR FX 2 Fy 2 171.3N
FR与x轴正向所夹锐角α为：
静力学基础
力矩和力偶
0.6 1400cos20 389.32Nm
静力学基础
2.力对轴之矩:是指力使物体绕轴转动效应的量度
平面内所讲的力对点之矩，对空间而言就是力对通过 矩心且垂直于力的作用面的轴之矩
M z (F ) M o (Fxy ) Fxyd
力与轴相交或与轴平行（力与轴在同一平面内）时， 力对该轴的矩为零。
0 0
M C (F ) 0
A、B、C不共线
3.解题步骤
• 选取研究对象，画受力图 • 建立直角坐标系 • 列平衡方程并求解
静力学基础
已知F=15kN，M=3kN.m，求A、B处支座反 力
画受力图，建立坐标系
列平衡方程：
Fx 0 FAx 0
Fy 0
FAy FB F 0
力的作用线的垂直距离d 有关，用F·d 来度量
平面内:力对点之矩为标量 mo F F d
表示
空间内:力对点之矩为失量 mo F F r
静力学基础
力矩的性质
1)力矩的大小和转向与矩心位置有关，同一力对不 同矩心的力矩不同。
2)力沿其作用线滑移时力对点之矩不变。 3)当力的作用线通过矩心时，力臂为零力矩也为零。
将各力分别向X、Y轴投影得：
静力学基础
若某汇交力系由n个力组成，则合力FR可以表示为
《机械设计基础》期末复习知识
《机械设计基础》期末复习知识目录一、内容概览 (2)1.1 机械设计基础课程的目的和任务 (3)1.2 机械设计的基本要求和一般过程 (4)二、机械设计中的力学原理 (5)2.1 力学基本概念 (7)2.2 杠杆原理与杠杆分析 (8)2.3 静定与静不定的概念及其应用 (9)2.4 连接件的强度计算 (10)2.5 转动件的强度和刚度计算 (11)三、机械零件的设计 (12)3.1 零件寿命与材料选择 (13)3.2 轴、轴承和齿轮的设计 (15)3.3 连接件的设计 (16)3.4 弹簧的设计 (18)四、机械系统的设计与分析 (19)4.1 机械系统运动方案设计 (20)4.2 机械系统的动力学分析 (22)4.3 机械系统的结构分析 (24)4.4 机械系统的控制分析 (25)五、机械系统的设计实例 (26)5.1 自动机床设计实例 (28)5.2 数控机床设计实例 (29)5.3 汽车发动机设计实例 (31)六、期末复习题及解答 (32)6.1 基础知识选择题 (33)6.2 应用能力计算题 (33)6.3 设计题及分析题 (34)七、参考答案 (35)7.1 基础知识选择题答案 (37)7.2 应用能力计算题答案 (38)7.3 设计题及分析题答案 (39)一、内容概览《机械设计基础》是机械工程及相关专业的核心课程，旨在培养学生机械系统设计的基本能力和综合素质。
本课程内容广泛，涵盖了机械系统设计中的基本原理、结构分析、传动设计、支承设计、控制设计以及现代设计方法等多个方面。
机械系统设计概述：介绍机械系统设计的基本概念、设计目标和步骤，帮助学生建立整体观念，理解机械系统设计的综合性。
机械零件设计：详细阐述各类机械零件的设计原理和方法，包括齿轮、轴承、联轴器、弹簧等，注重实际应用和标准规范。
机械传动设计：讲解机械传动的分类、特点和应用，重点分析带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动的设计计算方法和实际应用。
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机械设计之力学
紫桥机械设计整理版
QQ ：865864275
机械设计--力学 一、
牛顿三大定律
1.
牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。
2. 牛顿第二定律：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。
3. 牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。
二、 力学公式
1. 力学符号
名称 符号 单位 名称 符号 单位 名称 符号 单位 功率 P 瓦 功 W 焦耳 力 F 牛顿 质量 m 千克 时间 t 秒 速度 V 米/秒 扭矩 T 牛·米 转速 N 转/分 加速度 a 米/秒² 角速度 ω 弧度/秒 惯量 J 千克·米² 重力加速度 g 米/秒² 重力 G 牛顿 减速比 i 无 角加速度 β 弧度/秒² 距离 S 米 摩擦系数 μ 无 密度 ρ 千克/米³ 2. 力学基础公式 名称 公式
名称 公式 说明 重力
G =mg 摩擦力 F =μFn Fn ：压力
惯量
J =mr² 线速度 Vt =Vo +at Vo ：初速度 Vt ：末速度
向心力 F =mr ω²
角速度 V =ωr
力 F =ma 匀加速
S =Vo ·t +1
2
at²
Vo ：初速度 功
W =FS 胡克定律 F =−kX k:劲度系数，X:位移 功率
P =FV
惠更斯公式
T =2π√l
g
T:单摆震动周期，
l ：摆长
扭矩 T =Fr 动量定理 Ft =mVt −mVo 圆周速度
V =(N 60·2πr) 动能定理 FS =12mVt²−12
mVo²
Vo ：初速度 Vt ：末速度 浮力 F =ρVg
V ：体积 1弧度=57.3度 1度=60弧分（角分、分） 1弧分=60弧秒（角秒、秒）
矢量：即有大小，又有方向。
像力、速度等。
标量：只有大小，没有方向。
像长度、质量、时间、能量等。
质点：用来代替物体的有质量的点。
轨迹：运动的质点通过的路线，叫做质点运动的轨迹。
3.
力学推导公式
公式
说明
T =F ·Pb
2π
T =Fr =mar =m(βr)r =mr²β=J β Pb ：螺杆导程
Ta =(Jo ·i 2+Jl )·β=(Jo ·i 2+Jl )·(N 60·2π·1
ta
)
=(Jo ·i²+Jl 9.55)·N ta
所有电动机通用基本公式 Ta ：加速转矩 ta ：加速时间 Jo ：转子惯量 Jl ：负载惯量 必要转矩Tm =（Ta +Tl ）·Sf
Tl ：负载转矩 Sf ：安全系数
Trm =√(Ta +Tl )2·t1+Tl²·t2+(Td −Tl )2·t3
tf
Trm ：有效负载转矩 Td ：减速转矩
P =FV =F(ωr)=T ω=J βω
P =FV =T r ·(N 60·2πr)=TN r ·2πr 60≈TN
9.55
P =J βω=J ·(N 60·2π·1ta )·(N
60
·2π)
=JN²ta ·(2π60)2
=JN²ta ·91.2
动功率计算 ta ：加速时间
4. 惯量计算（不同形状转动）
公式
说明
圆柱惯量：J =1
2
mr²
空心圆柱惯量：J =1
2
m （r12−r2²）
圆柱惯量：J =1
12
mL²
圆环惯量：J=mr²
圆球惯量：J=2
5
mr²
空心圆球惯量：J=2
3
mr²
（1）. Ft=Fo
（2）.Pt=Po
（3）.Tt·i=To
（4）.假设转子质点半径也为：r
Jt=Tt
βt
=
Ft·r
βt
Jo=
To
βo
=
Fo·ir
βt/i
=
Ft·i²r
βt
☞ Jo= i²Jt
t：减速前 o：减速后 m:转子质量J=m·（
Pb
2π）²
Pb：螺杆导程
J=
1
2
m1r1²+
(
1
2m2r2
2)
R2
+m3r1²
☞ J=
1
2
m1r1²+
1
2
m2r1²+m3r1²
减速比：r2/r1=R。