机械设计教案

1教材分析1.教材基本信息教材名称：机械设计出版社：高等教育出版社主编：濮良贵出版时间：2013年5月第9版2.章节内容第一章绪论第二章机械设计总论第三章机械零件的强度第四章摩擦、磨损及润滑第五章螺纹连接机螺旋传动第六章键、花键、物件连接和销联结第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接第八章带传动第九章链传动第十章齿轮传动第十一章蜗杆传动第十二章滑动轴承第十三章滚动轴承第十四章联轴器和离合器第十五章轴第十六章弹簧第十七章机座和箱体2第十八章减速器和变速器3.教学手段和方法教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发教学手段：课件演示、视频课件4.实训教学环节实训一：连接件认知（螺栓、键、销）实训二：传动部件认知（带、齿轮、蜗杆、链传动）实训三：轴系部件认知（轴、轴承、联轴器、离合器等）5.教材优缺点分析优点：《“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材：机械设计（第9版）》是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，是在西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著，濮良贵、纪名刚主编《机械设计》（第八版）的基础上，根据教育部2011年制订的“机械设计课程教学基本要求”和编者多年来的教学实践经验，考虑加强学生素质教育和能力培养，结合拓宽专业面后的教学改革以及我国机械工业发展的需要修订而成的。内容上能够反映现代机械设计的最新技术，具有较强的针对性和实用性。书后附录有常用量的名称、单位、符号及换算关系。教材覆盖面广，较为权威。缺点：配套习题略少，没有配套的实验指导类教材6.参考教材机械设计指导手册（图书馆）机械设计课程设计机械设计习题集3第1次2学时单元标题：第一章绪论第二章机械设计总论课堂类别：理论教学目标：1、了解机器的组成；明确零件的概括分类及零件与机器的关系。2、明确本课程的内容、性质和任务；注意本课程与先修课程及后续课程的关系和相应的学习方法。3、深刻理解机械零件的失效形式及应满足的基本要求。4、深刻理解机械零件的设计准则及设计方法。教学重难点：重点：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；难点：机械零件的失效形式及设计步骤教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：课件演示、视频课件主要教学内容及过程第一章绪论(一)内容1、机器在经济建设中的作用2、机器的基本组成要素3、本课程的内容、性质、任务4机械设计是以一般通用零部件的设计为核心的设计性课程，而且是论述它们的基本设计理论与方法，用以培养学生具有设计一般机械的能力的技术基础课程。本课程的目的与任务在于培养学生：1、掌握通用机械零部件的工作原理、特点、选用及设计理论与设计计算方法。2、初步树立正确的设计思想，了解设计的一般规律，具有设计机械传动部件及简单机械的能力，以及培养学生独立解决问题和分析问题的能力。3、具有运用标准、规范、手册、图表和查阅有关资料的能力。4、学会典型零件的实验方法，获得实验技能的基本训练。第二章机械设计总论(一)内容1、机器的组成：原动机、传动部分、执行部分、控制系统及辅助系统等。2、设计机器的一般程序：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段3、对机器的主要要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、寿命和可靠性要求、其他要求。4、机械零件的主要失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常工作条件引起的失效。5、设计机械零件时应满足的基本要求：1）避免在预定寿命期内失效的要求；2）结构工艺性要求3）经济性要求4）质量小的要求5）可靠性要求6、机械零件的计算准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则设计方法：理论设计、经验设计、模型试验设计7、机械零件设计的一般步骤58、机械零件材料的选用原则9、机械零件设计中的标准化(二)基本要求1、明确机器的组成，了解机器的要求及其设计程序。2、深刻理解机械零件的失效形式及应满足的基本要求。3、深刻理解机械零件的设计准则及设计方法。4、了解机械零件的一般设计方法，重视结构设计及标准化工作。5、了解一般机械零件的材料及选用原则。(三)重点、难点及学习注意事项本章特点在于从机器设计的总要求出发，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、设计准则、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。本章的学习首先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，设汁出机械零件来。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，还要掌握对机器和机械零件的基本要求。这些要求本质上讲有两条：1)提高机器总体效益；2)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。要求学生在以后各章节的学习中，不断地结合各章的具体分析来逐步加深理解。4.教学小结及作业1）机械零件的失效形式有哪些？6第2次2学时单元标题：第三章机械零件的强度课堂类别：理论教学目标：掌握常用的强度理论，并能正确运用；正确选用强度计算中的极限应力；熟练掌握极限应力线图的绘制与分析；熟练掌握稳定变应力时的疲劳强度计算及等效转化概念；了解单向不稳定变应力的疲劳强度计算。教学重难点：重点：常用强度理论的正确运用及强度计算中极限应力的正确选定；极限应力线图的意义、绘制；稳定变应力时的疲劳强度计算。难点：无。教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：课件演示、视频课件主要教学内容及过程第三章机械零件的强度1.强度问题：静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。（材料力学范畴）变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试验而发生的破坏。73.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。4.疲劳破坏的特征：1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。3)疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。4)疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。§3-1材料的疲劳特性一、应力的分类1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。2、变应力:大小或方向随时间而变化。1）稳定循环变应力:以下各参数不随时间变化的变应力。m─平均应力；a─应力幅值max─最大应力；min─最小应力r─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。2）非稳定循环变应力:参数随时间变化的变应力。（1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。（2）随机变应力：随机变化的。二、疲劳曲线1、-N曲线：应力比r一定时，表示疲劳极限（最大应力）与循环次数N之间关系的曲线。8大多数零件失效在C点右侧区域,称高周疲劳区N104高周疲劳区以N0为界分为两个区：有限寿命区(CD)：N＜N0，循环次数N,对应的极限应力N。N——条件疲劳极限。曲线方程为mNNC无限寿命区：N≥N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用表示。当材料受到的应力不超过时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。即寿命是无限的。——疲劳极限（101//）因为CNNmrmrN0所以rNrmrNKNN02、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间的关系曲线。理论疲劳曲线：经过试验得二次曲线如下图。9即在曲线rmamax（寿命为循环基数N0）在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。实际疲劳曲线：在直线CG，上任何一点均有sam''maxA，G，线——疲劳强度线。其上的点表示疲劳极限应力由A,、G,两点坐标可得A，G，线直线方程ma1其中0012（试件受循环弯曲应力时的材料常数）碳钢2.01.0合金钢3.02.0CG，线——屈服强度线。其上的点表示屈服极限由C点坐标和直线斜角可得CG，线方程sma§3-2机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图引入Ｋσ—弯曲疲劳极限的综合影响系数则σ-1—材料对称循环弯曲疲劳极限e11K10σ-1e—零件对称循环弯曲疲劳极限将材料的极限应力线图中直线A,D,G,按比例Ｋσ向下移，CG,,部分按静强度考虑,故不作修正。即得零件的极限应力线图，如下故各点坐标为KDKA2,2,),0(001，C点坐标不变采用同样方法，可得AG直线方程：meaeK1直线CG方程为：smeae弯曲疲劳极限综合影响系数qkK111K—零件的有效应力集中系数。（在正应力作用下）—零件的尺寸系数。（在正应力作用下）—零件的表面质量系数。（在正应力作用下）q—零件的强化系数。（在正应力作用下）二、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算11所以：计算安全系数及疲劳强度条件为：机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C平均应力为常数σm=C最小应力为常数σmin=C1、r=Cr=C时，应该有Crrma11minmaxminmax联解OM、AG直线方程可得M，坐标(ae、me),相加即为M点零件的疲劳极限：mamaammeaeKKmax11max由上式得SKSmaca1maxmaxlimSSamammaxmaxca12如果极限应力点为N’，极限应力为屈服极限s，所以强度条件为：SSmascamaxmaxlim其它加载方式相同。2、Cm联解直线MM2’与直线AG方程，求出M2’点横纵坐标值，并相加：SKKSmamca)(1maxmaxlim3、Cmin即Cammin为与横轴夹角450的斜直线，故可过M作斜线LM’，M3’点即为极限应力点。同样的方法可得:SKKSaca)2)((2minmin1maxmaxlim三、双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa和ta时，由实验得出的极限应力关系式为：式中aa′为同时作用的切向及法向应力13幅的极限值。由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线AM'B上任何一个点即代表一对极限应力σa′及τa′aa如图中M点表示，则由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。§3-4机械零件的接触强度接触应力：当两零件以点、线相接处时，其接触的局部会引起较大的应力。这局部的应力称为接触应力。赫兹公式：其中:综合曲率4.作业3-1、3-212e1a2e1a22212121H1111EEBF2111114第3次2学时单元标题：第五章螺纹联接及螺旋传动5.1螺纹5.2螺纹连接类型和标准连接件5.3螺纹连接的预紧5.4螺纹连接的防松