機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概論

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1、第一章 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概論 1.1 機(jī)械的概念 1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序 1.3 機(jī)械零件的常用材料 1.4 機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則 1.5 本課程的研究?jī)?nèi)容、性質(zhì)及任務(wù) 1.1 機(jī)械的概念 機(jī)器、機(jī)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)組成機(jī)器、機(jī)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)組成 機(jī)械是各類(lèi)機(jī)器的通稱(chēng)。它是人類(lèi)改造自然、發(fā)展進(jìn)步的主要工具。在日常生活和工作中，我們接觸到很多機(jī)器。 例如： 氣缸體氣缸體 連桿連桿 曲軸曲軸 齒輪齒輪 活塞活塞 齒輪齒輪 構(gòu)件：構(gòu)件：機(jī)器的種類(lèi)繁多、外形萬(wàn)變、用途各異。 但從機(jī)器的結(jié)構(gòu)組成、機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，這些不同的機(jī)器都是由能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的單元體組合而成，這些單元體稱(chēng)為構(gòu)件。

2、機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)：具有特定結(jié)構(gòu)形狀和運(yùn)動(dòng)特征的構(gòu)件組合稱(chēng)為機(jī)構(gòu)。 機(jī)器組成示例：機(jī)器組成示例： 各機(jī)構(gòu)的功能：各機(jī)構(gòu)的功能： 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：將活塞的往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 齒輪機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的傳遞。 凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)：將凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為頂桿的往復(fù)移動(dòng)。 綜合：綜合：通過(guò)上述三個(gè)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作便能 將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)換為曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。 結(jié)論：結(jié)論：機(jī)器是由各種機(jī)構(gòu)組成的。一部機(jī)器可能 由多種機(jī)構(gòu)組成，如上述的內(nèi)燃機(jī)就是由曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組合而 成；也可能僅由一個(gè)最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)組成，如電動(dòng)機(jī) 就是只包含一個(gè)由定子和轉(zhuǎn)子所組成的雙桿回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

3、。 機(jī)器的共同特征：機(jī)器的共同特征： 從上述例子以及對(duì)其他不同機(jī)器的分析可以得到機(jī)器的共同特征： （1）它們都是人們根據(jù)某種使用要求而設(shè)計(jì)創(chuàng)造的一種裝置。 （2）它們必須執(zhí)行確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 （3）用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換等動(dòng)力學(xué)任務(wù)。 相對(duì)于機(jī)器而言，機(jī)構(gòu)主要反映機(jī)器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換的特征。 構(gòu)件和零件構(gòu)件和零件: 機(jī)械都是由機(jī)械零件組成的。機(jī)械零件是指機(jī)械中每 一個(gè)單獨(dú)加工的單元體，例如上圖(a)所示的曲軸。 構(gòu)件可以是單一的機(jī)械零件，也可以是若干機(jī)械零件的 剛性組合。例如圖( b)所示，它是由連桿體、 連桿蓋、螺栓和螺母等零件組合而成的。這些零件之間 沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，

4、是一個(gè)運(yùn)動(dòng)整體，故屬一個(gè)構(gòu)件。 因此，構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的單元，零件是制造單元。 隨著機(jī)械的功能和類(lèi)型的日益增多，作為組成機(jī) 械的最基本單元的零件更是多種多樣。通常將機(jī)械零件 分為通用機(jī)械零件和專(zhuān)用機(jī)械零件兩大類(lèi)。 機(jī)器的組成 作為一部完整的機(jī)器，僅具有上述的機(jī)械部分是不夠的 它不能完成預(yù)期的工作。從功能和系統(tǒng)的角度來(lái)看，機(jī)器 一般主要由以下五部分組成： 原動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)裝置 執(zhí)行部件 輔助系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 機(jī)器組成 以轎車(chē)的組成為例： 基本要求 1） 使用功能要求； 2） 經(jīng)濟(jì)性要求； 3） 勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求； 4） 可靠性要求； 5）其它專(zhuān)用要求。 1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序 1.2.1

5、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 對(duì)機(jī)器的主要要求 基本要求 工作能力要求：強(qiáng)度、剛度、壽命、穩(wěn)定性、耐磨性； 結(jié)構(gòu)工藝性及經(jīng)濟(jì)性要求。 質(zhì)量小及可靠性要求 設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求 1.2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序 設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序 一般程序 計(jì)劃階段 方案設(shè)計(jì)階段 技術(shù)設(shè)計(jì)階段 技術(shù)文件編制 對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器需求情況進(jìn)行充分調(diào)查分析，明確機(jī)器功能及約束條件，形成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。 分析機(jī)器功能，確定功能參數(shù)，擬定多種方案并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 確定原動(dòng)機(jī)參數(shù)及各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定主要零件上的載荷大小、特性，依工作能力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則初步完成零件基本尺寸的確定，作出零部件裝配草圖及總裝配圖，完成主要零件的校核計(jì)算。

6、 編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)及其它技術(shù)文件。 結(jié) 束 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 設(shè)計(jì)步驟 1、根據(jù)機(jī)器具體工作情況確定作用在零件上的名義載荷及計(jì)算載荷。 名義載荷： 用力學(xué)公式計(jì)算出的載荷。 計(jì)算載荷： 考慮實(shí)際工作條件影響的載荷。 2、選擇零件材料。 3、由失效形式確定計(jì)算準(zhǔn)則并依此確定零件主要尺寸。 4、根據(jù)工藝性進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 5、根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行詳細(xì)校核計(jì)算。 6、繪制零件工作圖，寫(xiě)出計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 1.2.3 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化 所謂零件的標(biāo)準(zhǔn)化，就是通過(guò)對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖等要求，制定出共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)越性表現(xiàn)為： 1）標(biāo)準(zhǔn)零

7、件集中加工，成本大大降低，質(zhì)量得到保證； 2）材料和零件的性能指標(biāo)得到統(tǒng)一，提高了零件的可靠性； 3）采用了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及零、部件，使設(shè)計(jì)工作得到簡(jiǎn)化，同時(shí)縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。此外，由于具有較好的互換性，從而簡(jiǎn)化了機(jī)器的維修工作。 目前采用的標(biāo)準(zhǔn)有：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO, 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 1.3 機(jī)械零件的材料及其選用 常用的材料 1、金屬材料力學(xué)性能較好，能滿足機(jī)械零件的多種性能和用途要求，應(yīng)用廣泛。 2、高分子材料原料豐富，耐腐蝕性較好，主要用于化工設(shè)備和冷凍設(shè)備中。 3、陶瓷材料硬度高，耐磨，耐腐蝕，熔點(diǎn)高，主要用于切削刀具等結(jié)構(gòu)中。 4、復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度和彈

8、性模量，主要用于航空、航天等領(lǐng)域。 常用材料 機(jī)械零件的材料選用原則 材料的選擇原則 1、載荷、應(yīng)力的大小和性質(zhì) 2、零件的工作情況包括環(huán)境、溫度等 3、零件的尺寸及質(zhì)量 4、零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工可能性 5、材料的經(jīng)濟(jì)性包括材料的相對(duì)價(jià)格、加工費(fèi)用、材料的利用率等的考慮。 1.4機(jī)械零件的主要失效形式及設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則 整體斷裂 正常工作條件破壞 過(guò)大的殘余變形 零件的表面破壞 零件在外載荷作用下，由于某一危險(xiǎn)截面的應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。 零件上的應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服極限產(chǎn)生的過(guò)大殘余變形而導(dǎo)致的失效。 零件表面在受到各種腐蝕、磨損和接觸疲勞而產(chǎn)生的表面破壞失效。 如：滑動(dòng)

9、軸承的潤(rùn)滑得不到保障將產(chǎn)生過(guò)熱、膠合、磨損等形式的失效；帶傳動(dòng)在外載荷超過(guò)極限摩擦力時(shí)將發(fā)生打滑失效等。 1.4.1機(jī)械零件的主要失效形式 1.4.2機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則 壽命準(zhǔn)則 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 可靠性準(zhǔn)則 1.5 本課程的研究?jī)?nèi)容、性質(zhì)及任務(wù) 本課程研究的內(nèi)容：本課程研究的內(nèi)容： 常用機(jī)構(gòu)、常用的傳動(dòng)和通用的零部件的工作常用機(jī)構(gòu)、常用的傳動(dòng)和通用的零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法和國(guó)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用等內(nèi)容。家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用等內(nèi)容。 本課程的性質(zhì)本課程的性質(zhì) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是建立在畫(huà)法幾何及機(jī)械制機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是建立在畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料及金圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料及金工等課程的基礎(chǔ)上的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課。工等課程的基礎(chǔ)上的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課。 本課程的任務(wù)： （1）了解常用機(jī)構(gòu)（平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等）及通用零、部（軸承、軸、聯(lián)軸器及離合器）的工作原理、類(lèi)型、特點(diǎn)及應(yīng)用等基本知識(shí)。 （2）掌握常用機(jī)構(gòu)的基本理論和設(shè)計(jì)方法，掌握通用零、部件的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與設(shè)計(jì)方法。 （3）具備機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技能和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械及傳動(dòng)裝置的基本技能。