机械设计基础连接件的设计与计算

《机械设计基础》课程设计任务书一、课程设计的目的《机械设计基础》课程设计是机械类专业学生在学完《机械设计基础》课程后进行的一个重要的实践教学环节。

其目的在于：1、进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过实际设计，使学生初步掌握机械设计的一般方法和步骤，培养学生的工程设计能力和创新思维能力。

2、培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生的综合分析能力和动手能力。

3、使学生熟悉和掌握运用有关设计资料（如标准、规范、手册、图册等）进行设计计算和绘图的方法，提高学生的查阅资料和使用工具的能力。

4、通过课程设计，培养学生严谨的科学态度和认真负责的工作作风。

二、课程设计的任务设计一个简单的机械传动装置，如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等的组合，或者其他简单的机械结构。

具体的设计任务如下：1、设计题目根据给定的设计参数和工作条件，确定传动装置的类型和结构形式，并进行总体方案设计。

2、设计内容（1）传动装置的总体设计根据给定的工作条件和要求，确定传动装置的总体布局，选择合适的传动比，计算各轴的转速、功率和转矩。

（2）传动零件的设计计算根据总体设计方案，对主要传动零件（如带轮、齿轮、链轮、蜗杆蜗轮等）进行设计计算，确定其主要结构参数和尺寸。

（3）轴的设计计算根据各轴所传递的转矩和转速，对轴进行结构设计和强度计算，确定轴的直径、长度、键的尺寸等。

（4）轴承的选择和计算根据轴的受力情况，选择合适的轴承类型和型号，并进行寿命计算。

（5）连接件的选择和计算选择合适的联轴器、键等连接件，并进行强度计算。

（6）箱体及附件的设计设计箱体的结构和尺寸，选择合适的润滑和密封方式，确定附件（如观察孔、通气孔、放油孔等）的位置和尺寸。

3、设计要求（1）设计计算说明书一份设计计算说明书应包括设计任务、设计方案的选择和确定、主要零件的设计计算过程、设计结果的分析和讨论等内容。

说明书应书写工整、条理清晰、计算准确、图文并茂。

（2）装配图一张（A1 或 A0 图纸）装配图应能正确表达传动装置的工作原理、各零件的装配关系和结构形状，标注必要的尺寸、配合、公差和技术要求等。

连接件受力经验计算公式
1. 螺栓连接受力计算公式
- 轴向受力: F = π/4 * d^2 * σb
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
其中, d为螺栓直径, σb为螺栓材料的抗拉强度, τ为螺栓材料的剪切强度。

2. 焊缝受力计算公式
- 焊缝长度受力: F = a * l * σw
- 焊缝面积受力: F = a * σw
其中, a为焊缝面积或长度, l为焊缝长度, σw为焊缝材料的极限强度。

3. 键连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * l * p
其中, d为键直径, l为键长度, τ为键材料的剪切强度, p为键与轴承的接触压力。

4. 铰链连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * b * p
其中, d为铰链直径, b为铰链宽度, τ为铰链材料的剪切强度, p为铰链与轴承的接触压力。

以上公式是基于理想工况下的简化计算方法,实际应用中还需考虑安全系数、应力集中等影响因素进行修正。

此外,对于复杂的连接形式,可能需要采用有限元分析等数值计算方法。

机械设计基础带连接知识点在机械设计中，连接是不可或缺的一环。

合理的连接设计可以确保机械装置的正常运行和性能表现。

本文将介绍机械设计中的一些基础连接知识点。

一、刚性连接刚性连接是通过固定连接剪力或者压力传递的一种连接方式。

常见的刚性连接方式包括焊接、螺纹连接等。

焊接是最常见的刚性连接方式，通过熔化和凝固的金属填充物将两个零件连接在一起。

螺纹连接则是通过螺纹的间隙摩擦实现连接。

二、非刚性连接非刚性连接是通过弹性变形或者摩擦力传递的一种连接方式。

常见的非刚性连接方式包括销销连接、键连接等。

销销连接是将一个销和两个孔配合使用，在销和孔之间产生摩擦力来传递力矩。

键连接则是通过在轴和轴套之间插入键来传递力矩。

三、轴与套的连接在机械设计中，轴与套的连接是非常常见的一种连接方式。

常见的轴与套的连接方式有以下几种：1. 尺寸配合连接：轴和套之间根据设计要求配合尺寸进行连接，如过盈配合、间隙配合等。

过盈配合要求轴的尺寸稍大于套的尺寸，以产生一定的压缩应力，使轴与套之间形成紧密连接。

间隙配合则要求轴和套之间有一定的间隙，方便装拆和调整位置。

2. 键连接：当轴需要承受较大的力矩时，常常采用键连接。

键连接是在轴和套之间插入一条键，使轴和套之间产生较大的摩擦力和咬合力，以传递力矩。

3. 锥形连接：锥形连接适用于需要随时拆卸的轴与套连接。

通过锥形的装配，可以实现紧固和拆卸的方便性。

常见的锥形连接方式有圆台形连接和棱台形连接。

四、联轴器的连接联轴器是机械传动系统中常用的连接装置。

它可以实现轴与轴之间的连接，具有传动可靠、防止轴间相对错位、减缓震动和吸收冲击的作用。

常见的联轴器包括齿轮联轴器、弹性联轴器、万向节联轴器等。

在联轴器的选择和设计中，需要根据具体的工作要求、转矩传递等参数来确定最适合的联轴器类型。

五、机械连接件的设计考虑因素在设计机械连接件时，需要考虑以下几个因素：1. 力传递和传递方式：根据所需的力传递特性，选择合适的连接方式。

§10—4 螺纹联接的基本类型及 螺纹紧固件
一、螺纹联结基本类型 二、螺纹紧固件
一、螺纹联接的基本类型
1、螺栓联接 a) 普通螺栓联接：
被连接件通孔不带螺纹，被联接件不太厚， 装拆方便。螺杆带钉头，螺杆穿过通孔与螺母配合 使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消 失，结构简单，可多次装拆，应用较广。
牙根强度弱，加工困难，常被梯形螺纹代替。
梯形螺纹特点： =2=30。比矩形螺纹效率略低。 牙根强度高，易于对中，易于制造，剖分螺母 可消除间隙，在螺旋传动中有广泛应用。
有粗牙普通螺纹M10和M68，请说明在静载 荷下这两种螺纹能否自锁（已知摩擦系数f = 0.1~0.15） 查得： 解： 1、首先求螺纹升角λ 。
粗牙螺纹
细牙螺纹
2、管螺纹 特点：用于管件连接的三角螺纹，=55,螺纹面间 没有间隙，密封性好，适用于压强在1.6MPa以下的 连接。管螺纹广泛用于水、汽、油管路联接中。
管螺纹除普通细牙螺纹外，还有60º 55º 、 的圆柱 管螺纹和60º 55º 、 的圆锥管螺纹。 管螺纹公称直径是管子的公称通径。
L=nP(n=2) L=nP(n=2) L=nP(n=2)
dd d dd 2 2 d2 dd 1 1 d1


P P P

d 1 1 d 1 d d 2 2 d 2 d d d d
hh h
LL L
4）螺 距 P — 相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应 两点间的轴向距离。 5）导程（S）— 同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面 的母线上的对应两点间的轴向距离。 6）线数n —螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4。 螺距、导程、线数之间关系：S=nP
M10螺纹： 螺距P=1.5mm，中径d2=9.026mm； M68螺纹： 螺距P=6mm， 中径d2=64.103mm。 M10螺纹升角：

螺钉无头，无螺母，直接拧入被连接 件中，通过拧紧使螺钉产生预紧力。
螺柱连接
由一端带孔的螺柱和两个螺母组成， 一个螺母固定在被连接件上，另一个 螺母拧紧使螺柱伸出端产生预紧力。
螺纹连接的预紧与防松
预紧
在装配时，通过拧紧螺母或螺钉 ，使螺栓、螺柱或螺钉产生预拉 力，以提高连接的刚性和紧密性 。
防松
为防止螺纹连接在承受外载荷时 松动，采取各种措施来阻止松动 。常用的防松方法有弹簧垫圈、 自锁螺母、开口销等。
坏或磨损现象。
润滑
定期对键连接进行润滑 ，以减少摩擦和磨损，
延长使用寿命。
紧固
对于松动的键连接，应 及时进行紧固，防止出
现意外事故。
更换
对于磨损严重的键连接 ，应及时进行更换，防
止出现安全事故。
05
螺纹连接与键连接的发展趋势
新型螺纹连接的开发与应用
自锁螺纹连接
这种新型螺纹连接具有自锁功能，能 够在无外力的情况下保持紧密，防止 松动。广泛应用于需要高稳定性的机 械装置。
02
键连接
键连接的类型与特点
平键连接
平键连接是最常见的键连接类型，主要用于传递扭矩和旋 转运动。它具有结构简单、工作可靠、装拆方便等优点， 但承受的载荷较小。
楔键连接
楔键连接主要用于固定轴的位置，并传递扭矩。楔键连接 具有较高的承载能力和定位精度，但装拆不太方便。
花键连接
花键连接是一种多齿的键连接，能够承受较大的载荷。花 键连接具有较高的承载能力和较高的效率，但制造较复杂 ，成本较高。
键连接在机械中的应用
固定轴与轮毂
键连接主要用于固定轴与轮毂之 间的连接，如汽车变速箱中的轴
和齿轮等。
传递扭矩

第10章连接10-1 试证明具有自锁性的螺旋传动，其效率恒小于50％。

证明：螺旋传动的效率，自锁时有螺旋升角小于等于当量摩擦角，即ψρ'≤，故有，则：其中，。

因此，。

命题得证。

10-2 试计算M120、M20×1.5螺纹的升角，并指出哪种螺纹的自锁性较好。

解：M20螺纹的螺距p＝2.5 mm，由于相同公称直径情况下，螺距小则螺纹升角小，因此M20×1.5的螺纹自锁性较好。

10-3 用12英寸扳手拧紧M8螺栓。

已知螺栓力学性能等级为4.8级，螺纹间摩擦系数f＝0.1，螺母与支承面间摩擦系数f0＝0.12，手掌中心至螺栓轴线的距离l＝240 mm。

试问当手掌施力125 N时，该螺栓所产生的拉应力为若干？螺栓会不会损坏？（由设计手册可查得M8螺母dw＝11.5 mm，d0＝9 mm）。

解：查取手册可知M8螺栓的有关几何参数：螺距p＝1.25 mm，中径d2＝7.188 mm，小径d1＝6.647 mm则其螺纹升角：当量摩擦角：拧紧螺母时力矩：，且T＝FL，代入数据可得此时的轴向载荷：根据已知螺栓等级可得，该螺栓的屈服极限为。

拉应力：因此螺栓会损坏。

10-4 一升降机构承受载荷Fa为100 kN，采用梯形螺纹，d＝70 mm，d2＝65 mm，P＝10 mm，线数n＝4。

支承面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。

试计算：（1）工作台稳定上升时的效率，已知螺旋副当量摩擦系数为0.10。

（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩。

（3）若工作台以800 mm／min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。

（4）欲使工作台在载荷Fa作用下等速下降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩应为多少？图10-1解：（1）梯形螺纹的螺纹升角：当量摩擦角：故工作台稳定上升时的效率：。

（2）稳定上升时加于螺杆的力矩：。

（3）螺杆的转速：所需的功率：。

（4）由（1）可知螺纹升角＞当量摩擦角，该梯形螺旋副不具有自锁性。

b)
a) 矩形螺纹
b) 非矩形螺纹
矩形螺纹相当于平滑块与平斜面的作用，非矩形螺纹相 当于楔形滑块与楔形斜面的作用。可将摩擦力的增大视为摩 擦因数和摩擦角的增大。此摩擦角称为当量摩擦角。 f f arctan fv arctan fv v cos cos 2 2
二、螺纹参数（以圆柱螺纹为例）
1．d— 大径、螺纹的公称直径。
2．d1—小径、螺纹的危险剖面直径。
3． d2—中径、是确定螺纹的几何 参数及配合性质的直径。 4．n—线数、 单线螺纹 n=1，有自锁性，用于连接。 多线螺纹 n≥2，效率高，用于传动。为便于加工，n≤4。 5．P—螺距、螺纹相邻两牙在中径线上对应点之间的轴 向距离。
2．螺旋副的效率 拧紧螺母使其旋转一周的输入功：
W 2 T d F tan( ) 1 2Q
有效功：（相当于将重物FQ升举一个导程S）
W F S d F tan 2 Q 2 Q
效率：
W ta n 2 W ta n ( ) 1
当摩擦角ρ一定时，螺旋副的效率只取决于螺纹升角 ψ的大小。但过大的升角会造成加工困难，故ψ一般应不 大于20º ～25º 。
6．S—导程 螺纹上任一点沿螺旋线旋转一周所 移动的轴向距离。 单线螺纹: S=P 多线螺纹：S=nP 7．ψ—螺纹升角
螺旋线的切线与垂直螺 纹轴线平面间的夹角。各直 径处的ψ不同，ψ指螺纹中径 处的升角。 S arctan （7-1） d2
8．α—牙形角
s ψ
πd1 πd2 πd
通过螺纹轴线的平面内螺纹牙两侧边的夹角。
常用螺纹 1．三角螺纹 （1） 普通螺纹 普通螺纹是公制螺纹，α＝60o，自锁性好，牙根厚，强 度高，多用于连接。根据螺距大小可分为普通粗牙螺纹和普 通细牙螺纹。 1）粗牙螺纹： 一般连接多采用粗牙螺纹。 2）细牙螺纹： 螺距小，自锁性好，强度高； 但不耐磨，易滑扣，不宜经常装 拆。多用于仪器中的调整螺旋， 薄壁零件连接，受冲击及变载荷 的连接。

预紧力Fa →产生拉伸应力σ

Fa
0.5
∴ 强度条件为： 1.3Fa [ ] e 2 d1 4
d1
按第四强度理论，当量应 力： e 2 3 2 1.3
1、承受横向工作载荷的普通螺栓强度
工作原理：依靠预紧力作用下 在被连接件之间产生的摩擦力 承受横向工作载荷。 摩擦力： F f F0 fm 保证连接可靠，要求：
§10-4 螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件
一、螺纹连接的基本类型 1.螺栓连接： 普通螺栓连接：应用广泛，两被连接件不太厚， 便于从两边装配。 铰制孔用螺栓连接：受横向载荷。 2.双头螺栓连接：被连接件之一较厚，常拆卸。 3.螺钉连接：被连接件之一较厚,不常拆卸，且不易 做成通孔的场合。
4.紧定螺钉连接：用于固定两零件的相对位置，并可 传递不大的力和转矩。
—设计公式
d1—螺纹小径（mm） [σ]—许用拉应力 N/mm2 (MPa) Fa
二、紧螺栓连接
紧螺栓连接——承受横向工作载荷和承受轴向工作载荷两种情况
承受工作载荷前拧紧，在拧紧力矩T和轴向载荷Fa（预紧力F0 ） 作用下，螺栓发生拉扭变形，螺栓工作在复合应力状态。
1 2 d1 4 d2 Fa tan(ψ ' ) 螺纹摩擦力 Fa 2d 2 T1 2 tan(ψ ' ) 矩T1→产生 1 2 d1 WT d13 d1 剪应力τ 16 4
θ
一、受力分析
1、矩形螺纹
三点假设：
1.螺纹拧紧过程相当于滑块沿斜面上升的过程；
2.拧紧过程中螺纹各圈的变形量相等；
F Fa
3.力作用在螺纹中径上。
拧紧过程：
FR Fn
ρ

按螺旋的作用分
按母体形状分
螺旋线旋向：
V母 ω母
左旋（特殊时用）
右旋（常用） 左右手法则：
V母 ω母
右旋
V母
V母
ω母
左旋
ω母
螺母旋入
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 n线螺纹: S = n P 多线螺纹 一般: n ≤ 4
联接的基本物理原理：
1、形锁合（如：普通平键、销等） 2、摩擦锁合（如过盈配合、楔键等） 3、材料锁合（如：焊接）
联接的分类：
静联接（被联接件间相对固定）
动联接（被联接间能按一定运动形式作相对运动）
可拆联接：指联接拆开时，不破坏联接中的零件，重新安装， 可继续使用的联接（键联接、销联接、螺栓联接）。
Fa 螺母
Fn=Fa 当β≠ 0º时，摩擦力为：
F'
f
Fn
f
cos
Fa
螺杆 Fn
f 'Fa
轴
摩擦系数为 f 的非矩形螺纹所产 线
生的摩擦力与摩擦系数为 f ’ ，的
β
螺母 Fa
α
矩形螺纹所产生的摩擦力相当。 故称 f ’ 为当量摩擦系数。
β 螺杆 Fn Fa
f ' f tg' cos
(于(67螺))纹牙螺轴型线纹的角平升面角α的夹ψ轴角向中截径面d内2t圆g螺ψ柱纹上=牙，型πn螺相dP旋邻2 线两的侧切边线的与夹垂角直。牙
型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
S
ψ

即
1.3F0
d12
[ ]
4
设计公式为
d1
4 1.3F0
[ ]
（2）受横向外载荷的紧螺栓联接
载荷与螺栓轴向垂直，靠被
联接件间的摩擦力传递。螺栓
内部危险截面上既有轴向预紧
力F0形成的拉应力σ，又有因螺 栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1
而形成的扭转剪应力τ。
螺栓预紧力
F0

Kf f
FR m
防偏载措施：
复习思考题
1．在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 ( )。
A .三角形螺纹 B. 梯形螺纹 C .锯齿形螺纹 D . 矩形螺纹
2．当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且 联接不需要经常拆卸时，往往采用( )。
A 螺栓联接 B 螺钉联接 C 双头螺柱联接 D 紧 定螺钉联接
3.两被联接件之一较厚，盲孔且经常拆卸时，常用（）。 A.螺栓联接 B.双头螺柱联接 C.螺钉联接
A.螺纹上的应力集中 B.螺栓杆横截面上的扭转应力 C.载荷沿螺纹圈分布的不均匀性 D.螺纹毛刺的部分挤压
13.螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有 何特点？ 14.为什么螺纹连接通常要采用防松设施？常用的防松方法 和装置有哪些？ 15.常见的螺栓失效形式有哪几种？失效发生的部位通常在 何处？
（二）受剪切螺栓联接
螺栓受载前后不需预紧， 横向载荷靠源自栓杆与螺栓 孔壁之间的相互挤压传递。
➢挤压强度条件
p

FR
ds
[ p ]
➢剪切强度条件


FR
m ds2
/4
[]
四、螺栓组联接的结构设计和受力分析
工程中螺栓成组使用，单个使用极少。因此，必须研 究栓组设计和受力分析，它是单个螺栓计算基础和前提 条件。

机械设计基础课程实验教案一、引言1.1实验课程的重要性1.1.1增强理论知识的应用能力1.1.2培养学生的动手能力和创新思维1.1.3加深对机械设计原理的理解1.1.4提高解决实际工程问题的能力1.2课程实验的目标1.2.1掌握基本的机械设计原理和方法1.2.2学会使用常用的机械设计软件和工具1.2.3培养团队合作和沟通能力1.3课程实验的内容安排1.3.1实验一：机械零件的绘制与装配1.3.2实验二：机械传动系统的设计与分析1.3.3实验三：机械结构的优化与改进1.3.4实验四：机械系统的创新设计二、知识点讲解2.1机械设计的基本原理2.1.1杠杆原理及其应用2.1.2传动原理及其分类2.1.3轴承和连接件的选用2.1.4机械效率与能量损失2.2机械设计的方法与步骤2.2.1设计需求的明确和分析2.2.2设计方案的提出和评估2.2.3设计计算和参数优化2.2.4设计验证和实验测试2.3常用机械设计软件介绍2.3.1CAD软件的基本操作和应用2.3.2CAE软件的仿真分析和应用2.3.3PDM软件的数据管理和协同设计2.3.4CAPP软件的工艺规划和制造指导三、教学内容3.1实验一：机械零件的绘制与装配3.1.1绘制机械零件的三视图3.1.2装配图的绘制和标注3.1.3零件图的尺寸标注和技术要求3.1.4零件图的装配和拆解3.2实验二：机械传动系统的设计与分析3.2.1选择合适的传动方式和机构3.2.2计算传动系统的参数和性能指标3.2.3设计传动系统的布局和结构3.2.4分析传动系统的运动学和动力学特性3.3实验三：机械结构的优化与改进3.3.1分析现有机械结构的优缺点3.3.2提出结构优化和改进的方案3.3.3进行结构优化和改进的设计计算3.3.4验证结构优化和改进的效果四、教学目标4.1知识与技能目标4.1.1掌握机械设计的基本原理和方法4.1.2学会使用常用的机械设计软件和工具4.1.3能够进行简单的机械传动系统设计和分析4.2过程与方法目标4.2.1培养学生的实验操作能力和数据分析能力4.2.2培养学生的创新思维和问题解决能力4.2.3培养学生的团队合作和沟通能力4.3情感态度与价值观目标4.3.1培养学生对机械设计的兴趣和热情4.3.2培养学生的工程意识和责任感4.3.3培养学生的创新精神和实践能力五、教学难点与重点5.1教学难点5.1.1机械设计的基本原理和方法的理解和应用5.1.2常用机械设计软件和工具的使用和操作5.1.3机械传动系统的设计和分析5.2教学重点5.2.1机械设计的基本原理和方法的应用5.2.2常用机械设计软件和工具的熟练使用5.2.3机械传动系统的设计和分析的能力培养六、教具与学具准备6.1教具准备6.1.1准备机械设计相关的实物模型和组件6.1.2准备机械设计相关的挂图和图表6.1.3准备机械设计相关的教学视频和动画6.1.4准备机械设计相关的实验器材和工具6.2学具准备6.2.1准备机械设计相关的教材和参考书籍6.2.2准备机械设计相关的笔记本和绘图工具6.2.3准备机械设计相关的计算器和电脑软件6.2.4准备机械设计相关的实验报告和资料6.3教学辅助材料6.3.1准备机械设计相关的教学PPT和讲义6.3.2准备机械设计相关的习题和案例6.3.3准备机械设计相关的实验指导和实验报告模板6.3.4准备机械设计相关的评价标准和评分细则七、教学过程7.1导入新课7.1.1引入机械设计的基本概念和原理7.1.2引导学生思考机械设计的重要性和应用7.1.3提出本节课的教学目标和内容7.1.4激发学生的学习兴趣和动机7.2课堂讲解与演示7.2.1讲解机械设计的基本原理和方法7.2.2演示机械设计软件和工具的使用7.2.3分析机械传动系统的设计和分析案例7.2.4引导学生参与课堂讨论和互动7.3实践操作与指导7.3.1分组进行机械零件的绘制与装配实验7.3.2指导学生进行机械传动系统的设计与分析7.3.3引导学生进行机械结构的优化与改进7.3.4监督学生的实验操作和进展八、板书设计8.1板书内容8.1.1机械设计的基本原理和方法8.1.2机械设计软件和工具的使用8.1.3机械传动系统的设计与分析8.1.4机械结构的优化与改进8.2板书结构8.2.2使用图表和图示辅助讲解8.2.3使用关键词和重点语句突出重点8.2.4使用不同颜色和字体区分不同内容8.3板书呈现方式8.3.1采用逻辑顺序和层次感呈现板书内容8.3.2使用简洁明了的语言和符号表达8.3.3与讲解和演示相结合，增强学生的理解和记忆8.3.4与学生互动，引导学生参与板书的设计和讲解九、作业设计9.1课后作业9.1.1完成机械零件的绘制与装配实验报告9.1.2完成机械传动系统的设计与分析实验报告9.1.3完成机械结构的优化与改进实验报告9.1.4复习机械设计的基本原理和方法9.2作业要求9.2.1要求学生按时完成作业，并提交实验报告9.2.3要求学生进行数据的分析和讨论9.3作业评价与反馈9.3.1对学生的作业进行评分和评价9.3.2提供具体的反馈和建议，帮助学生改进9.3.3鼓励学生的创新思维和实践能力9.3.4引导学生进行反思和自我评价十、课后反思及拓展延伸10.1课后反思10.1.1反思教学过程中的优点和不足10.1.2反思学生的参与度和学习效果10.1.3反思教学方法和策略的有效性10.1.4反思教学目标和内容的达成情况10.2拓展延伸10.2.1提供相关的机械设计案例和项目10.2.2引导学生进行更深入的机械设计研究和探索10.2.3鼓励学生参与机械设计相关的竞赛和活动10.2.4提供相关的机械设计相关的学习资源和资料重点和难点解析一、教学难点与重点二、教学内容三、教学过程四、板书设计五、作业设计每个重点环节的详细补充和说明如下：一、教学难点与重点1.1机械设计的基本原理和方法的理解和应用详细补充：在讲解机械设计的基本原理和方法时，可以通过实例和案例来帮助学生理解和应用。

计算计算内容计算结果项目(一)、设计任务书（一）设计题目设计带式运输机的传动装置，其工作条件是：1.鼓轮直径D=420mm2.传送带运行速度v=0.9m/s3.鼓轮上的圆周力F=3.3KN4.工作年限10年每天8小时5.小批生产参考方案：电动机→V带传动→二级圆柱齿轮减速器→工作机（鼓轮带动运输带）图（1）传动方案示意图1——电动机 2——V带传动 3——展开式双级齿轮减速器4——链传动 5—连轴器 6——滚筒传送带（二）设计任务：设计一带式运输机的传动装置，按照给定的传动方案：1.选择适当的原动机2.设计计算传动零件（带、齿轮及选择联轴器）3.设计计算部分支承零件和连接件4.完成减速器设计装配图一张，零件图一张379(1)高速轴的设计k为齿轮与内壁的距离k=10mm c为保证滚动轴承放入想以内c=5mm 初取轴承宽度n1=20mm n2=24mm n3=24mma. 确定各轴段长度L1=20mmL2=15mmL3=45mmL4=126mmL5=20mmL6=36mmL7=48mm(带)则轴承跨距为L= L1+ L2+L3+L4+L5=20+15+45+126+20采用齿轮轴结构轴的材料采用45号钢调质处理轴的受力分析如图轴的受力分析简图，弯矩扭矩图轴的受力计算水平面受力计算垂直面的受力计算L AB=L=236mmL AC=n12+c+k+22.5=10+5+10+22.5L BC=L AB−L AC=236−47.5L BD=L6+L7=36+48a 计算齿轮的啮合力F t0=2000T0d∅=2000×30.7732F t1=2000T1d1=2000×47.5142.151F r1=F t1tanαcos18。

22ˊ52〞=2254.28tan20cos18。

22ˊ52〞F a1=F t1tanβ=2254.28×tan18。

22ˊ52〞b 求水平面内的支承反力，做水平面内的弯矩图R AX=F t1L BCL AB=2254.28188.5236R BX=F t1−R AX=2254.28−1800.56M CX=R AX L AC=1800.56×47.5c求轴在垂直面内的支反力，做垂直面的弯矩图R AY=F r1L BC−L BD F t0+F a1d12L AD=864.60×188.5−1923.13×84+749.07×42.R BY=F r1−R AY+F t0=864.60−72.97+1923.13M CY+=R AY L AC−F a1d12=72.97×47.5-749.07×42.1512L AC=47.5mmL BC=188.5mmL BD=84mmF t0=1923.13NF t1=864.60NF r1=2254.28NF a1=749.07NR AX=1800.56NR BX=453.72NM CX=85526.6N·mmR AY=72.97NR BY=2714.76NM CY+=-12320.95N·mm11M CY−=R BY L BC +F a1d 12+F t0L CD=2714.76×188.5+749.07×42.1512+1923.13×272.5M B =F a1d 12−F t0L BD =749.07×42.1512−1923.13×84 d 求支承反力，做轴的合成弯矩，转矩R A =√R AX 2+R AY 22=√1800.562+72.9722 R B =√R BX 2+R BY 22=√453.722+2714.7622M C+=√M CX 2+M CY+22=√.62+(−12320.95)2 M C−=√M CX 2+M CY−22=√.62+.212M B =-.90 N ·mm T= N ·mm 轴的初步计算 轴的材料为45号调质钢σb =650MPa,[σ−1]=58.7Mpa α=0.6 危险截面C 带入数据计算 d ≥√10√M 2+∂T 22[σ]3=√√.512+(0.6×)258.7根据经验公式 d e =(0.8～1.2)d m =(0.8～1.2)×32参考带轮标准轴孔直径，取减速器高速端的轴端直径d e =32mmb.确定各轴段直径d1=45mmd2=52mm （根据滚动轴承）d3=60mm(根据危险截面的最小直径)d4=52mmmmd5=45mmd6=38mmd7=32mm(3) 中间轴尺寸中速轴简图轴各段的大致长度轴的受力分析，弯矩，扭矩轴在各平面受力计算b.确定各轴段长度L1=39mmL2=45mmL3=10mmL4=111mmL5=39mm支承跨距为轴的受力分析如图LAB=L= L=2(c+k)+45+10+101+n2=2(5+10)+45+101+24LAC=c+k+45+242=5+10+45+242LBC= LAB- LAC=200-49.5LBD= c+k+101+242=5+10+101+242计算齿轮啮合力F t2=2000T2d2=2000×165.96151.423F r2=F t2tanαcosβ=2192.01tan20cos18。

机械设计基础第一章机构自由度计算机构自由度是机械设计中的重要概念，用于描述机构的自由运动能力。

在机械设计中，机构是由多个刚性杆件和连接件组成，起到连杆传动或者变换运动的作用。

机构的自由度计算是机械设计的基础，它能够帮助工程师确定机构的设计方案，确保机构能够完成预期的运动任务。

机构的自由度是机构中自由运动的最大数量。

也就是说，机构在特定约束下能够独立运动的最大自由度数目。

在机构设计中，自由度计算通常用于确定机构的可运动数量，以及判断机构设计是否满足要求，为机械设计提供指导。

机构的自由度计算基于以下几个原则：1.机构中刚性杆件的数量与连接件的数量是一致的。

每个连接点都需要一个连接件连接至少两个刚性杆件。

2.每个刚性杆件的两个连接点分别属于两个连接件，除非这个杆件是机构的基座。

3.每个连接点至少有一个约束，包括固定约束（连接点位置固定）、转动约束（杆件绕连接点旋转）和滑动约束（杆件在连接点滑动）。

在实际的机构设计计算中，可以通过以下步骤进行机构自由度的计算：1.确定机构中的刚性杆件数量和连接点数量。

2.根据连接点的约束情况，计算机构中的自由度。

-如果连接点有固定约束，则自由度减1-如果连接点有转动约束，则自由度减1-如果连接点有滑动约束，则自由度减2-如果连接点既有转动约束又有滑动约束，则根据实际情况确定减1或者减23.将所有刚性杆件加起来得到总刚性杆件数量，减去连接件数量，即可得到机构的自由度。

需要注意的是，在机构自由度的计算中，每个连接点只能属于一个连接件，而且一个连接件只能连接两个刚性杆件。

如果机构中存在复杂的连接关系，可以将其分解为多个简单的子机构，再分别计算子机构的自由度。

机构自由度的计算在机械设计中具有重要的意义，它能够帮助机械工程师理解机构的运动特性，优化机构设计方案。

通过合理的自由度计算，可以保证机构能够顺利完成预期的运动任务，提高机械系统的性能。

因此，机构自由度的计算是机械设计中不可忽视的一环。

第10章连接10.1复习笔记【通关提要】本章介绍了零件连接形式：螺纹连接、键连接和销连接，主要阐述了螺纹的类型和几何参数、螺纹连接的基本类型、螺栓连接的受力分析和强度计算、螺旋传动、键连接的类型和强度计算以及销连接。

学习时需要重点掌握螺栓连接的受力分析和强度计算、键连接的强度计算，此处多以计算题的形式出现；熟练掌握螺纹和螺纹连接的类型和应用、提高螺纹连接强度的措施、键连接的类型、应用及布置等内容，多以选择题、填空题、判断题和简答题的形式出现。

复习时需把握其具体内容，重点记忆。

【重点难点归纳】一、螺纹参数（见表10-1-1）表10-1-1螺纹的分类和几何参数二、螺旋副的受力分析、效率和自锁（见表10-1-2）表10-1-2螺旋副的受力分析、效率和自锁三、机械制造常用螺纹（见表10-1-3）表10-1-3机械制造常用螺纹四、螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件（见表10-1-4）表10-1-4螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件五、螺纹连接的预紧和防松1．拧紧力矩（见表10-1-5）表10-1-5拧紧力矩2．螺纹连接的防松（见表10-1-6）表10-1-6螺纹连接的防松六、螺栓连接的强度计算（见表10-1-7）表10-1-7螺栓连接的强度计算七、螺栓的材料和许用应力1．材料螺栓的常用材料为低碳钢和中碳钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用力学性能较高的合金钢。

2．许用应力及安全系数许用应力及安全系数可见教材表10-7和表10-8。

八、提高螺栓连接强度的措施（见表10-1-8）表10-1-8提高螺栓连接强度的措施九、螺旋传动螺旋传动主要用来把回转运动变为直线运动，其主要失效是螺纹磨损。

按使用要求的不同可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。

1．耐磨性计算（1）通常是限制螺纹接触处的压强p，其校核公式为p＝F a/（πd2hz）≤[p]式中，F a为轴向力；z为参加接触的螺纹圈数；h为螺纹工作高度；[p]为许用压强。

（2）确定螺纹中径d2的设计公式①梯形螺纹d≥2②锯齿形螺纹2d≥其中，φ＝H/d2，z＝H/P，H为螺母高度；梯形螺纹的工作高度h＝0.5P；锯齿形螺纹的工作高度h＝0.75P。

机械设计基础中的联轴器选择与设计在机械设计中，联轴器是一种用于连接两个或多个旋转轴的装置。

它具有重要的作用，可以传递扭矩和角动量，并允许轴的相对运动。

本文将探讨在机械设计中联轴器的选择和设计。

一、联轴器的选择联轴器的选择取决于多个因素，包括传递扭矩、转速、轴的直径和长度、安装空间等。

下面将介绍几种常见的联轴器类型及其适用范围。

1. 钳形联轴器钳形联轴器适用于中小功率传动和速度不高的场合。

它的优点是结构简单，安装方便。

但是由于存在滑动与磨损，限制了其应用范围。

通常用于风机、压缩机等设备。

2. 弹性联轴器弹性联轴器适用于中等转速和较大扭矩的传动。

它具有良好的减震和缓冲性能，可以吸收轴的偏差和振动，延长设备寿命。

常见的弹性联轴器有齿式联轴器、丸销联轴器等。

3. 锁紧联轴器锁紧联轴器适用于高速高扭矩传动。

它通过锁紧机构将轴与轴套固定在一起，具有良好的刚性和传递效率。

常见的锁紧联轴器有套筒联轴器、鳍片联轴器等。

除了上述类型的联轴器，还有一些特殊应用的联轴器，如磁性联轴器、油膜联轴器等。

根据具体传动要求和设备特点，选择合适的联轴器至关重要。

二、联轴器的设计联轴器的设计涉及到轴的直径和长度、键槽尺寸、轴套的材料等。

下面将介绍设计联轴器时应注意的几个方面。

1. 轴的直径和长度根据联轴器的扭矩要求和转速要求，可以计算出轴的直径和长度。

在计算时需要考虑扭矩的大小、材料的强度和轴上的连接件等因素。

2. 键槽尺寸键槽的尺寸应根据联轴器的连接要求进行设计。

键槽的宽度、深度和形状都需要满足联轴器的要求，以确保连接的可靠性和传递效率。

3. 轴套材料轴套直接接触联轴器，其材料的选择也十分重要。

常见的轴套材料有钢、铸铁、铜等。

根据具体要求选择耐磨、耐腐蚀和传热性能好的材料。

总结：联轴器的选择和设计直接关系到传动系统的性能和可靠性。

在选择联轴器时，需考虑传递扭矩、转速等因素，并根据具体要求选择合适的联轴器类型。

在设计联轴器时，需注意轴的直径、长度、键槽尺寸和轴套材料等关键参数。

机械设计基础——联接
FS
Fs
F
F
T
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机械设计基础
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(3)、承受轴向静载荷的紧螺栓联接强度计算
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机械设计基础
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①工作特点：工作前拧紧，有F0；工作后加上工作载荷F 工作前、工作中载荷变化
②工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F
③解决问题： a) 保证安全可靠的工作，F0=？ b) 工作时螺栓总载荷， F=？
机械设计基础——联接
计算螺栓小径时采用试算法来选用
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机械设计基础
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螺栓组连接的结构设计 螺栓组连接的受力分析与计算
§1.4 螺栓组连接的设计
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机械设计基础
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1 、连接结合面的几何形状常设计成轴对称的简单几何形状
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机械设计基础
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2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理
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机械设计基础
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3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距
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机械设计基础
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定力矩扳手
测力矩扳手
机械设计基础——联接
4、装配时控制预紧力的方法
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机械设计基础
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定力矩扳手
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机械设计基础
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二、螺纹连接的防松
（一） 、摩擦防松
1 、双螺母 在螺母和螺栓之间形成内力，保证摩擦力。 结构简单、使用方便。 可靠性不高。 用于平稳、低速、重载。
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机械设计基础
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2 、弹簧垫圈 其反弹力使螺纹间保持一定压力，切口处的尖端也能阻止螺母转动脱落。 不十分可靠，用于不太重要的连接。
挤压强度： 剪切强度：
机械设计基础——联接
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机械设计基础
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《机械设计基础课程设计》教学大纲课程编号：sk034211课程名称：机械设计基础课程设计英文名称：Course Design of Machine Design课程类型：实践教学课程要求：必修学时/学分：2周/2适用专业：新能源科学与工程专业一、课程设计性质与任务机械设计基础课程设计综合运用《机械设计基础》课程所学习的理论知识，对典型的传动装置进行设计，其中包括连接件设计、传动件设计、轴系零件设计及箱体类零件设计。

主要设计任务有：典型零部件的设计计算与选择、零部件结构设计、总装配图设计、设计计算说明书。

通过课程设计，加深对理论课教学内容的理解，学习机械设计的一般方法，培养设计能力。

二、课程设计与其他课程或教学环节的联系先修课程：工程制图、工程材料、理论力学、材料力学、机械设计基础、几何量精度设计与检测等。

为后续专业课程学习与毕业设计奠定基础。

三、课程设计教学目标1.通过课程设计，加深对理论课教学内容的理解，更好掌握机械设计基础的基础理论与基础知识。

2.通过课程设计，掌握相关工程问题的解决方法，培养机械设计能力。

3.通过课程设计，培养运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。

4.通过设计计算说明书的编写，培养资料分析与归纳的能力。

5.通过设计及答辩过程，锻炼表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力。

四、教学内容、基本要求与学时分配五、考核及成绩评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，最终成绩由平时表现、图纸及说明书质量、答辩情况等组合而成。

各部分所占比例如下：平时表现：30%。

主要考核设计过程中态度是否端正，能否按时出勤，独立完成设计。

图纸及说明书质量:50%o主要考核结构设计是否做到正确合理，表达清楚，线条清晰, 内容齐全。

说明书撰写是否规范正确，内容是否齐全，书写工整。

答辩情况:20%o主要考核能否正确描述设计原理及所解决问题，正确回答与设计相关的问题。

八、课程设计参考资料[1]机械设计课程设计.王连明.哈尔滨工业大学出版社，2006.[2]机械设计课程设计.宋宝玉.高等教育出版社，2006[3]机械设计基础（第六版）.杨可桢，程光蕴主编.高等教育出版社，2013.。