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1、第1章机械设计基础绪论第一节第一节 机械的组成机械的组成第二节第二节 机械设计概述机械设计概述 第三节第三节 本课程主要内容、任务及其学本课程主要内容、任务及其学 习方法习方法第1章机械设计基础绪论第一节第一节 机械的组成机械的组成机械机械 是机构和机器的总称。是机构和机器的总称。单缸内燃机单缸内燃机第1章机械设计基础绪论第1章机械设计基础绪论一、机器与机构一、机器与机构机器机器 具有以下三个共同特征：具有以下三个共同特征：1.1.都是人为的各种实物的组合。都是人为的各种实物的组合。例如电动机和内燃机变换能量例如电动机和内燃机变换能量;起重运输机传递物料起重运输机传递物料,计算计算机变换传递信
2、息机变换传递信息.2.2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。3.3.能够变换或传递能量能够变换或传递能量,物料和信息物料和信息.第1章机械设计基础绪论 辅助系统辅助系统 (例如润滑、显示、照明等例如润滑、显示、照明等)原动部分原动部分传动部分传动部分执行部分执行部分控制部分控制部分机机械械传传动动液液压压传传动动电电 传传 动动气气 压压 传传 动动传递动力、扭矩传递动力、扭矩改变运动参数改变运动参数及运动方式及运动方式螺螺旋旋齿齿轮轮蜗蜗杆杆带带链链离离合合器器机机 器器 的的 组组 成成第1章机械设计基础绪论机器的四个组成部分机器的四个组成部分
3、1.1.原动部分原动部分:机器工作的动力源机器工作的动力源4.4.控制部分控制部分:控制机器的开动和停止控制机器的开动和停止,改变运动的速度改变运动的速度和方向等等和方向等等2.2.工作部分工作部分:直接完成机器预定功能的部分直接完成机器预定功能的部分3.3.传动部分传动部分:机器中将原动机的动力和运动机器中将原动机的动力和运动传递给工作部分的中间部分传递给工作部分的中间部分,大多为机械传动系统大多为机械传动系统第1章机械设计基础绪论电动大门示意图电动大门示意图门柱减速器电动机连杆机构大门围墙组成：电动机（原动机）组成：电动机（原动机）减速器（传动系统）减速器（传动系统）连杆机构连杆机构ABC
4、DABCD（工作执行系统）（工作执行系统）电气控制系统电气控制系统第1章机械设计基础绪论机构机构根据实现运动形式（根据实现运动形式（往复移动、回转运动等往复移动、回转运动等）的）的机件的外形特点，把相应机件的组合称为机构机件的外形特点，把相应机件的组合称为机构常常见见的的机机构构带传动机构带传动机构链传动机构链传动机构齿轮机构齿轮机构凸轮机构凸轮机构连杆机构连杆机构螺旋机构螺旋机构机械的各个部分都是由机构组合而成第1章机械设计基础绪论这种内燃机可视为下列三种机构的组合这种内燃机可视为下列三种机构的组合:曲柄滑块机构，由活塞曲柄滑块机构，由活塞4、连杆、连杆3、曲、曲轴轴2和机架和机架1构成，作
5、用是将活塞的往复构成，作用是将活塞的往复移动转换为曲柄的连续转动移动转换为曲柄的连续转动;齿轮机构，由齿轮齿轮机构，由齿轮9、10和机架和机架1构构成，作用是改变转速的大小和转动的方成，作用是改变转速的大小和转动的方向向;凸轮机构，由凸轮凸轮机构，由凸轮8、推杆、推杆7和机架和机架1构成，作用是将凸轮的连续转动转变为构成，作用是将凸轮的连续转动转变为推杆有规律的间歇往复移动。推杆有规律的间歇往复移动。第1章机械设计基础绪论二、构件与零件二、构件与零件构件构件组成机械的各个相对运动的机件组成机械的各个相对运动的机件,是机械的运动单元是机械的运动单元.如汽车的轮子如汽车的轮子,车床的主轴车床的主轴
6、.n专用零件专用零件:只在某些机器中使用只在某些机器中使用.如气轮机中的叶片如气轮机中的叶片.起重机的吊钩起重机的吊钩.n通用零件通用零件:机器中普遍使用的零件机器中普遍使用的零件,如齿轮如齿轮,轴轴.螺钉螺钉零件零件机械的制造单元机械的制造单元.n如螺钉如螺钉,螺母螺母,轴等轴等可能是由一个零件构成，可能是由一个零件构成，但通常是由若干个零件刚性联接而成。但通常是由若干个零件刚性联接而成。第1章机械设计基础绪论由若干零件组成的构由若干零件组成的构件件连杆连杆12341-连杆体连杆体2-螺栓螺栓3-螺母螺母4-连杆盖连杆盖第1章机械设计基础绪论机械的各个部分都是由机构组合而成机械的各个部分都是
7、由机构组合而成 机构由若干个构件通过动联结组合而成机构由若干个构件通过动联结组合而成机构机构具有机器的具有机器的 1、2 特征。特征。(1)(1)它们都是人为实体它们都是人为实体(构件构件)的组合的组合 (2)(2)各个运动实体之间具有确定的相各个运动实体之间具有确定的相对运动。对运动。构件由若干个零件通过静联结组装而成构件由若干个零件通过静联结组装而成机器与机构的区别在于：机器能实现能量的转换（如内燃机、机器与机构的区别在于：机器能实现能量的转换（如内燃机、发电机、电动机），能代替人的劳动去作有用的机械功。发电机、电动机），能代替人的劳动去作有用的机械功。第1章机械设计基础绪论第二节第二节
8、机械设计概述机械设计概述一一.机械设计的基本要求和一般程序机械设计的基本要求和一般程序1、基本要求、基本要求 满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。功能要求功能要求第1章机械设计基础绪论安全可靠性要求安全可靠性要求 （1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、作时
9、间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。不丧失稳定性。（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。健康。（3）对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保）对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。证机器对环境的适应性。第1章机械设计基础绪论 要求便于加工、装拆以及维护。要求便于加工、装拆以及维护。结构工艺性要求结构工艺性要求经济性经济性 在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导造三方面作为一个系
10、统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。以降低产品的成本。设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。系列化，以提高设计质量、降低制造成本。第1章机械设计基础绪论2.2.设计过程三阶段设计过程三阶段:1.1.计划阶段计划阶段:明确机器应该具有的功能明确机器应该具有的功能,制定设计任务书制定设计任务书2.2.方案设计阶段方案设计阶段 确定实现其功能的原理确定实现其功能的原理.从技术和经济从技术和经济
11、方面考虑方面考虑,选择一定的原动机和各个其他部分选择一定的原动机和各个其他部分.绘出原绘出原理图机构运动简图理图机构运动简图3.3.技术设计阶段技术设计阶段 将原理方案具体化结构化将原理方案具体化结构化.考虑机械总考虑机械总体布局和外形体布局和外形.绘制整机装备草图和部件装备草图绘制整机装备草图和部件装备草图.确确定零件的形状定零件的形状,尺寸尺寸,材料等材料等.并对整机和零件进行精并对整机和零件进行精度设计等度设计等第1章机械设计基础绪论明确设计要求明确设计要求（确定设计对象的预期功能、有关指标及限制条件）（确定设计对象的预期功能、有关指标及限制条件）提出设计方案提出设计方案（拟定粗线条的总
12、体布置，进行概略计算，得出可供比较评价（拟定粗线条的总体布置，进行概略计算，得出可供比较评价的多种设计方案，从中选取最佳方案）的多种设计方案，从中选取最佳方案）总体设计总体设计（进行分析计算和经济评价，最后绘制总体设计图）（进行分析计算和经济评价，最后绘制总体设计图）结构设计结构设计（施工设计，完成施工所需的总装图，零件工作图及技术文件）（施工设计，完成施工所需的总装图，零件工作图及技术文件）试制、鉴定试制、鉴定（通过样机试制，从技术上、经济上作出全面评价）（通过样机试制，从技术上、经济上作出全面评价）产品定型产品定型信信息息反反馈馈第1章机械设计基础绪论二二 .机械零件设计的计算准则和一般步
13、骤机械零件设计的计算准则和一般步骤1.1.计算准则计算准则(1)(1)强度准则强度准则 强度是零件体抗破裂和塑性变形的能力强度是零件体抗破裂和塑性变形的能力.它它分体积强度和接触强度分体积强度和接触强度(2)(2)刚度准则刚度准则 刚度是零件抵抗弹性变形的能力刚度是零件抵抗弹性变形的能力.就是要保就是要保证机器工作时零件弹性变形量不超过许用值证机器工作时零件弹性变形量不超过许用值(3)(3)耐磨性准则耐磨性准则 零件在工作中抵抗各种摩擦的能力零件在工作中抵抗各种摩擦的能力.保证保证零件的磨损量不超过容许值零件的磨损量不超过容许值(4)(4)振动稳定性振动稳定性 零件不发生共振零件不发生共振.使
14、零件的固有频率与周使零件的固有频率与周期性外力的变化频率错开期性外力的变化频率错开 还有耐热性等等还有耐热性等等.第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析磨磨 损损相对运动的零件表面因摩擦的存在，而导致零件表面材料的逐渐丧失。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论表面压溃表面压溃零件表面质量不高或硬度不够时，在外载荷作用下出现的碎裂现象。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析过量塑性变形零件上的应力超过了材料的屈服极限时，零件会发生塑性变形。表面压溃过量
15、塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析打打 滑滑靠表面摩擦力保持工作能力的带传动，当传递的有效圆周力超过临界摩擦力时，就将发生打滑失效。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析疲劳点蚀作用在零件上的脉动循环变应力超过其接触疲劳极限时，出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大使表面金属小片剥落形成疲劳点蚀。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析过量弹性变形过量弹性变形零件在载荷作用下产生
16、的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析胶胶 合合两相对运动的零件在高速重载的作用下，常因接触区温升过高而使润滑油失效，使两零件直接接触，以至局部相互粘结，又被撕裂的现象。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析过量弹性变形过量弹性变形零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析断断 裂裂零件在外载荷作用下，某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时所发生的断裂。零件在循环变应力作用下，危险截面上的应力超过零件的疲劳强度时会产生疲劳断裂。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效第1章机械设计基础绪论失效分析失效分析振动失效振动失效高速运转
