项目一走进机械设计

机械设计是根据社会需求所提出的机械设计任务，综合应用当代各种先进技术成果，运用各种适用的设计方法，设计出满足使用要求，技术先进、经济合理、外形美观、综合性能好，并能集中反映先进生产力的产品；也可能是在原有的机械设备基础上作局部改进，以优化结构，增大机械的工作能力，提高效率，降低能耗，减少污染等，这些都是机械设计范畴应该考虑的问题。机械设计是一门综合的技术，是一项复杂、细致和科学性很强的工作，涉及许多方面，要设计出合格的产品，必须兼顾众多因素。下面简述几个与机械设计有关的基本问题。

●1.1任务一感受机械设计的魅力

本课程的任务是使学员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，同时培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求： （1）熟悉常用机构的组成、工作原理及其特点，掌握通用机构的分析和设计的基本方法。（2）熟悉通用机械零件的工作原理、结构及其特点，掌握通用机械零件的选用和设计的基本方法。（3）具有对机构分析设计和零件设计计算的能力，并具有运用机械设计手册、图册及标准等有关技术资料的能力。（4）具有综合运用所学知识和实践的技能，设计简单机械和简单传动装置的能力。

项目二机构运动简图绘制与原理分析

机构是用运动副连接起来的构件系统，其中有一个构件为机架，是用来传递运动和力的。机构还可以用来改变运动形式。机构各构件之间必须有确定的相对运动。然而，构件任意拼凑起来是不一定具有确定运动的。 构件究竟应如何组合，才具有确定的相对运动?这对分析现有机构或机构的创新设计是很重要的。

●2.1任务一 绘制内燃机机构运动简图

机构运动简图可用于机构的运动分析和动力分析，而且机械设计之初也首先是设计机械的机构运动简图，所以对机构运动简图的绘制必须十分重视，能正确阅读和绘制是本专业人员的基本技能。绘制时只要搞清运动传递路线、分析构件数、运动副以及运动副所在的位置，就不难将其机构运动简图正确地绘制出来。

●2.2任务二计算平面机构自由度

平面机构的自由度分析和计算也是本项目学习的重点。复合铰链、局部自由度和虚约束的判断是正确计算自由度的关键。

项目三铰链四杆机构的运动特性分析

平面连杆机械的应用非常广泛，在日常生活和生产中经常遇到各种型式的连杆机构，尽管它们的外形千变万化，但经分析、演化，都可归为少数几种基本类型，所以在学习过程中，对四杆机构的基本型式及其演化这部分内容要特别注意。

●3.1任务一判别铰链四杆机构的类型

平面连杆机构的基本形式为平面铰链四杆机构，它有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种形式。平面铰链四杆机构的类型取决于组成机构的各杆长关系和对机架选择。

●3.2任务二分析铰链四杆机构的演化形式

铰链四杆机构可以演化为其他型式的四杆机构。演化的方式通常采用移动副取代转动副、变更机架、变更杆长和扩大回转副等途径。

●3.3任务三分析平面四杆机构的工作特性

掌握平面铰链四杆机构的曲柄存在条件、压力角、传动角、死点、行程速比系数等基本概念是分析和设计平面铰链四杆机构的基础。曲柄存在条件取决于各杆长的相对关系和机架的选择；压力角、传动角是机构动力分析的基础，影响机构的动力学性能；了解死点的特性，克服其缺点，利用其优点；行程速比系数反映了机构的急回运动性质。

项目四内燃机配气机构设计

各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构，其设计比较简便。只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来，从动件就能较准确的实现预定的运动规律。本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。 1、实现预期的运动规律。只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到各种预期的运动规律，且结构简单，紧凑、运动可靠，凸轮机构广泛用于各种机械装置中。 2、适合传递力不大场合。由于凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，故压强较大，容易磨损，且凸轮的轮廓曲线加工较为困难。 3、凸轮种类繁多。主要有盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等。

●4.1任务一 认知凸轮机构

凸轮机构的组成、分类及特点。凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。凸轮机构的种类很多，各具特色。

●4.2任务二探究凸轮机构的运动特性

从动件常用的运动规律。凸轮的轮廓是由从动件运动规律决定的，因此了解从动件常用的运动规律及其特点是十分重要的。只有某种运动规律的加速度曲线是连续变化的，这种运动规律才能避免冲击。

●4.3任务三“图解法”设计凸轮机构

图解法绘制凸轮轮廓的基本方法。图解法绘制凸轮轮廓是按照相对运动原理来绘制凸轮的轮廓曲线的，也就是“反转法”。

项目五间歇传动机构原理分析

重点掌握间歇机构工作原理，应用

●5.1任务一探究棘轮机构传动

重点掌握棘轮机构应用和工作原理

●5.2任务二认知槽轮轮机构及其它间歇机构

重点掌握槽轮机构应用和工作原理

项目六带传动的工作特性分析与设计

带传动和链传动都是挠性传动。带传动和链传动通过环形挠性元件，在两个或多个传动论之间传动运动和动力。 带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带及机架组成。当原动机驱动主动带轮转动时，由于带与带轮之间摩擦力，使从动带轮一起转动，从而实现运动的动力的传递。

●6.1任务一认知带传动

着重介绍普V带的标准.选用

●6.2任务二分析带传动的工作性能

摩擦型带传动在工作前已有一定的初拉力，工作时靠带与带轮间的摩擦力工作，带的两边形成松边和紧边，两边的拉力差是带传递的有效圆周力。

●6.3任务三设计普通V带传动

带传动的失效形式是打滑和带的疲劳损坏，设计准则是在保证带传动不打滑的条件下，使带具有足够的疲劳强度（寿命）。

项目七链传动的工作特性分析

链传动由两轴平行的大、小链轮和链条组成。链传动与带传动有相似之处：链轮齿与链条的链节啮合，其中链条相当于带传动中的挠性带，但又不是靠摩擦力传动，而是靠链轮齿和链条之间的啮合来传动。因此，链传动是一种具有中间挠性件的啮合传动。

●7.1任务一认知链传动

链传动是具有中间绕性件的啮合传动，兼有带传动和齿轮传动的特点。根据工作性质，链传动可分为传动链、起重链和曳引链，一般机械传动中，常用的是滚子传动链。 滚子链已标准化，其最重要的参数是链节距，链节距越大，链的各部分尺寸也越大，承载能力也越高。

●7.2任务二分析链传动的工作性能

链传动设计可分为一般链速和低速两种情况，一般链速（≥ 0.6 m/s）时按功率曲线设计计算，低速（＜0.6 m/s）时按静强度设计计算。

项目八齿轮传动工作特性分析与设计

齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合传动来传递运动和动力，是现代机械中应用最广泛的一种传动，具有适用范围大，可实现任意两轴间的传动；效率高、传动平稳；传动比准确；工作安全可靠、寿命长；结构紧凑的优点。本任务主要是学会齿轮传动的特点、应用分类；清楚齿轮啮合的基本定律、齿轮渐开线；掌握渐开线标准齿轮各部分的名称、参数和几何尺寸的含义。

●8.1任务一认知齿轮传动与渐开线齿廓啮合特点

渐开线的形成决定了渐开线的性质，由于渐开线齿廓具有众多的优点，所以渐开线齿轮是目前使用最广的齿轮；

●8.2任务二设计直齿圆柱齿轮传动

通过学习要能根据齿轮传动的工作条件及失效情况，确定设计准则。掌握某一特定条件下的主要失效形式，分析产生的原因，选用相对应的设计准则，同时应掌握提高齿轮传动承载能力的方法和措施；

●8.3任务三 分析蜗轮蜗杆传动

了解蜗杆传动的特点。合理选择蜗杆传动的参数。

项目九轮系的工作原理分析

有一系列相互啮合的齿轮来传递运动和动力，可以使一个主轴带动几个从动轴转动，以实现分路传动或获得多种转速，也可实现较远轴之间的运动和动力传递，可以获得大的传动比，实现合成与分解。

●9.1任务一计算平面定轴轮系传动比

本章介绍了轮系的分类和应用，通过学习要掌握定轴轮系的传动比的计算方法和转向的确定方法。

●9.2任务二计算周转轮系传动比

学习的重点是轮系的传动比计算和转向的判定。在运用反转法计算周转轮系的传动比时，应十分注意转化轮系传动比计算式中的转向正负号的确定，并区分行星轮系和差动轮系的传动比计算的特点。

项目十轴的结构设计

机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。

●10.1任务一分析轴的结构

轴的结构设计应从多方面考虑，应满足的基本要求有：轴上零件有准确的位置、固定可靠，轴具有良好的工艺性，便于加工和装拆，合理布置轴上零件，以减小轴的工作应力。

●10.2任务二设计一级齿轮减速器Ⅱ轴

轴是机械中的重要零件，轴的设计直接影响整机的质量。轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。具体的说，轴的设计步骤有：① 选择轴的材料；② 初步估算轴的直径；③ 进行轴的结构设计；④ 精确校核（强度、刚度、振动等）；⑤ 绘制零件的工作图。

项目十一轴承的选用及组合应用

轴承支承轴及轴上零件，保证轴的旋转精度。根据轴承工作的摩擦性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承具有工作平稳、无噪音、径向尺寸小、耐冲击和承载能力大等优点，适用于一些特殊的场合，如高速、重载、高精。而滚动轴承是标准零件，成批量生产成本低，安装方便，广泛应用。滚动轴承的类型选择；寿命计算；组合设计是比较难掌握。因此，滚动轴承的寿命计算和组合设计是本章讨论的重点。

●11.1任务一认知滚动轴承

滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋转精度高和润滑简便。广泛应用于各种机器中。

●11.2任务二分析计算滚动轴承的工作情况

在熟悉常用滚动轴承的类型、代号、基本性能和结构特点的基础上，根据轴承所受载荷大小、方向、性质、工作转速高低、轴颈的偏转情况等要求，来选择滚动轴承的类型。通过寿命计算，确定轴承尺寸。另外，轴承装置的结构设计不可忽视，由于轴承装置设计不合理而导致设计失败的情况时有发生，所以，应根据不同类型的轴承、功用、工况、载荷特性等，设计出合理的轴承装置结构形式和结构尺寸。

●11.3任务三滚动轴承的组合设计

了解滚动轴承的配合安装、密封与润滑

项目十二各联接件的选用

机器是零部件通过联接实现的有机组合体。在机械中，联接是指为实现某种功能，使两个或两个以上的零件相互接触，并以某种方式保证一定的位置关系。

●12.1任务一认知螺纹连接

螺纹联接是利用具有螺纹的零件构成的连接，螺纹连接的结构简单、装拆方便，工作可靠，应用非常广泛，螺纹联接和螺旋传动都是利用螺纹零件工作的，螺旋传动将回转运动变成直线运动，是一种常用的机械传动形式。

●12.2任务二设计一级齿轮减速器Ⅱ轴联轴器螺栓

螺栓联接强度计算时，应首先分析螺栓联接情况，然后选用相应公式计算，最后根据计算结果按标准选取螺栓直径。螺栓其余部分尺寸及螺母、垫圈等，一般可根据螺栓公称直径直接从标准中选定。

●12.3任务三设计一级齿轮减速器Ⅱ轴联轴器连接键

轴毂连接是指轴与轴上传动件如齿轮、涡轮、带轮以及联轴器等之间的连接，连接的作用是传递力、力矩和运动。常用的有键连接、花键连接、销连接、过盈配合连接等，其中键连接为主要的连接形式。本任务主要介绍平键类型选用。

●12.4任务四 选用联轴器、离合器、制动器

联轴器和离合器通常用来联接两轴并在其间传递运动和转矩。有时也可以作为一种安全装置用来防止被联接件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。用联轴器联接轴时只有在机器停止运转，经过拆卸后才能使两轴分离。而离合器联接的两轴可在机器工作中方便地实现分离与接合。制动器则是用来降低机械的运转速度或迫使机械停止运转的部件。掌握常用类型的联轴器、离合器的结构特点、工作原理、应用场合、合理选择联轴器、离合器是本章学习的重点。