第1章绪论0

1、 绪论绪论1.3 1.3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 1.2 1.2 课课程程的内容、性质和任务的内容、性质和任务 1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述 机械设计基础机械设计基础 机机械械原原理理机机械械设设计计设计：设计：是将来自市场的需求，经过技术人员的创造性思是将来自市场的需求，经过技术人员的创造性思 维、规划和决策过程，最终形成可用于制造的各维、规划和决策过程，最终形成可用于制造的各 种信息。种信息。机械原理：机械原理：研究机械如何组成及如何运动。研究机械如何组成及如何运动。机械设计：机械设计：研究机械各组成部分受载以后强度、刚度及研究机械各组成部

2、分受载以后强度、刚度及 工作能力的问题。工作能力的问题。1 1.1 1 机械的组成概述机械的组成概述机械：机械：机器与机构的总称。机器与机构的总称。1 1.1 1 机械的组成概述机械的组成概述为什么要研究机械？为什么要研究机械？1 1、能承担人力所不能或不便进行的工作；、能承担人力所不能或不便进行的工作；2 2、能极大的提高劳动生产率、改进生产质量；、能极大的提高劳动生产率、改进生产质量；3 3、能大规模的生产，实现高速自动化；、能大规模的生产，实现高速自动化；4 4、机械的发展是国家工业水平的重要标志。、机械的发展是国家工业水平的重要标志。一、机器的组成一、机器的组成: :一个机构或多个机构

3、的组合体。一个机构或多个机构的组合体。1 1.1 1 机械的组成概述机械的组成概述牛头刨床牛头刨床机器机器: :一个机构或多个机构的组合体。一个机构或多个机构的组合体。1 1.1 1 机械的组成概述机械的组成概述单缸内燃机单缸内燃机曲柄滑块机构曲柄滑块机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构运动由往复直线运动由往复直线变换成整周转动变换成整周转动运动由转动转运动由转动转换成直线移动换成直线移动传递回转运动传递回转运动1 1.1 1 机械的组成概述机械的组成概述单击图片播放动画单击图片播放动画机器的组成机器的组成: :原动部分原动部分 传动部分传动部分执行部分执行部分 控制系统控制系统辅助系统（润滑

4、、显示辅助系统（润滑、显示 、照明等、照明等) )机械系统机械系统机器主体机器主体本课程研究对象本课程研究对象1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述原动部分：原动部分：为机器运转提供动力。常用的原动为机器运转提供动力。常用的原动机有机有电动机、内燃机、液压机、气动机电动机、内燃机、液压机、气动机等。等。机器的组成：机器的组成：传动部分：传动部分：把原动机的运动和动力传递给执行部把原动机的运动和动力传递给执行部分分 。常用的有各种。常用的有各种减速和变速机构。减速和变速机构。 执行执行部分：部分：它是一部机器中最接近作业工作端的部它是一部机器中最接近作业工作端的部分。如挖掘机中的分。如挖掘

5、机中的挖掘机构挖掘机构。控制部分：控制部分：用来处理机器各组成部分之间，以及与用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由外部其它机器之间的工作协调关系，它通常由各种各种计算机计算机和和控制器控制器组成。组成。从组成及运动学方面来看从组成及运动学方面来看, ,机器的共同特征：机器的共同特征：是若干个人为实物的组合是若干个人为实物的组合 组成组成各实物之间具有确定的相对运动各实物之间具有确定的相对运动 运动特性运动特性能完成有用的机械功或转换机械能能完成有用的机械功或转换机械能 功、能关系功、能关系1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述根据工作类型的不同，机器

6、分为：根据工作类型的不同，机器分为：v 动力机器动力机器-能量变换的装置，即可将某种形式的能量变换成机械能，或者把机械能变换成其他形式的能量。例如：内燃机、涡轮机、电动机、发电机等；v 工作机器工作机器-完成有用的机械功能或者搬运物品。例如：金属切削机床、轧钢机、织布机、包装机、汽车、飞机、起重机、输送机等；v 信息机器信息机器-用来获得和变换信息。例如：复印机、打印机、绘图机、传真机、照相机等。1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述v机构：人为的实物组合，由构件组成，用来传机构：人为的实物组合，由构件组成，用来传递运动和动力或改变运动形式的装置。递运动和动力或改变运动形式的装置。连杆机

7、构连杆机构齿轮机构齿轮机构v构件：组成机构的各个相对运动部分，可构件：组成机构的各个相对运动部分，可以是单一的整体，也以是单一的整体，也 可以是几个元件的刚可以是几个元件的刚性组合。具有各自特定运动的运动单元。性组合。具有各自特定运动的运动单元。例如：齿轮，连杆。1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述零件：零件：机械加工的最小单元体。例如：轴、连杆体等。机械加工的最小单元体。例如：轴、连杆体等。组成连杆的每个单元均为零件。组成连杆的每个单元均为零件。零件与构件关系：零件与构件关系：一个构件可以是一个零件，也可以一个构件可以是一个零件，也可以 是若干个零件的刚性组合体。是若干个零件的刚性组

8、合体。通用零件通用零件专用零件专用零件传动件传动件联接件联接件支承件支承件其其 它它齿轮、蜗杆、带、链齿轮、蜗杆、带、链螺栓、键、花键螺栓、键、花键轴、轴承轴、轴承联轴器、弹簧、机架联轴器、弹簧、机架水轮机叶片、活塞、曲轴水轮机叶片、活塞、曲轴1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述部件：部件：是机械制造过程中，为完成同一目的而由若干是机械制造过程中，为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。例如：轴承、协同工作的零件组合在一起的组合体。例如：轴承、联轴器、连杆轴。联轴器、连杆轴。1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述由此可知

9、，由此可知，构件是运动的单元，零件是制造的单元。构件是运动的单元，零件是制造的单元。机器、机构、构件、零件的关系：机器、机构、构件、零件的关系：组成组成组成组成组成组成机械机械零件零件构件构件机构机构机器机器v常用的机构有：常用的机构有：v常用的机构有：常用的机构有：凸轮机构凸轮机构v常用的机构有：常用的机构有：凸轮机构凸轮机构v常用的机构有：常用的机构有：v常用的机构有：常用的机构有：螺旋机构螺旋机构抽油机动画抽油机动画单击图片播放动画单击图片播放动画自动装卸装置自动装卸装置单击图片播放动画单击图片播放动画机器人装配机器人装配单击图片播放动画单击图片播放动画机器人焊接机器人焊接单击图片播放动

10、画单击图片播放动画v本课程的研究对象：本课程的研究对象：从机械传动的装置出发，研究机械中具有一般工作条件和常用参数范围内的通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。 第第1 1章章 绪论绪论1.3 1.3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 1.2 1.2 课课程程的内容、性质和任务的内容、性质和任务 1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述 1 1.2 2 本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务一、课程内容：一、课程内容： （1 1）研究各种常用机构和机械传动的结构、工作特点、运动）研究各种常用机构和机械传动的结构、工作特点、运动 和动力

11、特性及其设计计算方法；和动力特性及其设计计算方法； （2 2）从强度、刚度、寿命、结构工艺性和材料选择等方面，）从强度、刚度、寿命、结构工艺性和材料选择等方面， 研究通用零部件的设计计算方法；研究通用零部件的设计计算方法； （3 3）研究机械零部件的工作能力和计算准则，分析机械零件）研究机械零部件的工作能力和计算准则，分析机械零件 设计的基本要求和一般步骤。设计的基本要求和一般步骤。1 1.2 2 本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务本课程中本课程中“设计设计”的含义：的含义： 是指机械装置的实体设计，设计零件的应力、强度的是指机械装置的实体设计，设计零件的应力、强度的分析计算，材

12、料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、分析计算，材料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、标准化以及经济性、环境保护等。标准化以及经济性、环境保护等。机械设计结构的表现形式：机械设计结构的表现形式： 机械工程制图、说明书和计算机程序。机械工程制图、说明书和计算机程序。1.2 1.2 本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务二、课程性质：二、课程性质： 介于基础课程与专业课程之间的主干课程、综合性应用性介于基础课程与专业课程之间的主干课程、综合性应用性很强、是培养学生具有一定设计能力的技术基础课程。很强、是培养学生具有一定设计能力的技术基础课程。 基础课程基础课程技术基础课程技术基础课程专业课

13、程专业课程机械设计机械设计更接近工程实际更接近工程实际知识面更宽、适应性更广知识面更宽、适应性更广v工程制图：工程制图：设计的图形表达；设计的图形表达；v工程材料：工程材料：非金属材料，金属材料及热处理；非金属材料，金属材料及热处理；v机械制造基础：机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺；冷加工工艺，热加工工艺；v公差配合与技术测量：公差配合与技术测量：解决精度设计问题；解决精度设计问题；v理论力学：理论力学：解决力分析与动力计算；解决力分析与动力计算；v材料力学：材料力学：解决强度分析问题；解决强度分析问题；v机械原理：机械原理：解决机械的方案设计。解决机械的方案设计。1.2 1.2 本课程的

14、内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务注意处理好几个关系：注意处理好几个关系： 零件的设计与选用：零件的设计与选用：零件设计的两个主要途径；零件设计的两个主要途径；设计计算与结构设计：设计计算与结构设计：设计绝非只是计算；设计绝非只是计算；性能要求与经济性：性能要求与经济性：永远是一对矛盾；永远是一对矛盾；经验设计与现代设计：经验设计与现代设计：两者均重要，前者是后者的基础。两者均重要，前者是后者的基础。具体的设计方法与一般的设计能力：具体的设计方法与一般的设计能力：前者是学习的形式，前者是学习的形式，后者是学习的目的。后者是学习的目的。本课程的几个特点：本课程的几个特点：1 1.2 2 本

15、课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务机械机械设计设计基础基础关系多关系多要求多要求多门类多门类多图表多图表多公式多公式多4.计算多，有解计算多，有解析式、半解析式析式、半解析式、经验的、半经、经验的、半经验的及定义式验的及定义式5.结构图、分析结构图、分析图、原理图、示图、原理图、示意图、曲线图、意图、曲线图、标准、经验数表标准、经验数表1.与诸多先修课程与诸多先修课程 关系密切关系密切2.强度、刚度、寿强度、刚度、寿命、工艺、质量命、工艺、质量、安全、经济性、安全、经济性3.各类零件，各各类零件，各有特点，设计方有特点，设计方法各异。法各异。实践性强；实践性强；无重点。又都是重点无

16、重点。又都是重点 ；设计问题无统一答案。设计问题无统一答案。（4 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）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。单传动装置的能力。 三、课程任务：三、课程任务：1 1.2 2 本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务（l l）熟悉常用机构的工作原理、组成及其特点，掌握常用机构）熟悉常用机构的工作原理、组成及其特点，掌握常用机构 分析和设计的基本方法；分析和设计的基本方法；（2 2）熟悉通用机械零部件的工作原理、结构及其特点，掌握通）熟悉通用机械零部件的工作原理、结构及其特点，掌握通 用机械零部件选用和设计的

17、基本方法；用机械零部件选用和设计的基本方法；（3 3）具有对机构分析设计和零件计算的能力，并具有运用机械）具有对机构分析设计和零件计算的能力，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；设计手册、图册及标准等有关技术资料的能力；学习方法：学习方法：1 1.2 2 本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务（l l）要理论联系实际；）要理论联系实际；（2 2）要抓住设计这条主线，掌握机械零部件的设计规律；）要抓住设计这条主线，掌握机械零部件的设计规律；（3 3）要努力培养解决工程实际问题的能力；）要努力培养解决工程实际问题的能力；（4 4）要综合运用先修课程的知识，解决工程实

18、际问题。）要综合运用先修课程的知识，解决工程实际问题。 第第1 1章章 绪论绪论1.3 1.3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 1.2 1.2 课课程程的内容、性质和任务的内容、性质和任务 1.1 1.1 机械的组成概述机械的组成概述 1 1.3 3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 一、机械设计：一、机械设计： 根据生产及生活上的某种需要，规划和设计出能根据生产及生活上的某种需要，规划和设计出能实现预期功能的新机械或对原有机械进行改进的创造实现预期功能的新机械或对原有机械进行改进的创造性工作过程。性工作过程。1 1.3 3 机械设计的基本要求

19、及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 二、机械设计的基本要求：二、机械设计的基本要求：（1 1）使用功能要求；）使用功能要求；（2 2）工艺性要求；）工艺性要求；（3 3）经济性要求；）经济性要求；（4 4）其他要求）其他要求总之，尽量做到在满足预期功能的前提下，性能好、效总之，尽量做到在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和造型率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观。美观。1 1.3 3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 三、机械设计的一般步骤：三、机械设计的一般步骤：计划阶段计划阶段方案设计阶段方案设计阶段技术设

20、计阶段技术设计阶段技术文件编制阶段技术文件编制阶段技术审定和产品鉴定阶段技术审定和产品鉴定阶段机械设计是一个创造性的工作过程，同时也是一个基于机械设计是一个创造性的工作过程，同时也是一个基于成功实践经验的工作。成功实践经验的工作。虽然没有一个在任何情况下都有效的设计程序，但根据虽然没有一个在任何情况下都有效的设计程序，但根据人们长期的经验，一台机器的设计过程基本如下：人们长期的经验，一台机器的设计过程基本如下： 机械零件由于某些原因不能正常工作的现象称为机械零件由于某些原因不能正常工作的现象称为失效失效 。v1 1整体断裂整体断裂 过载断裂过载断裂 静应力静应力 疲劳断裂疲劳断裂 变应力变应力

21、v2 2过量变形过量变形 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形v3 3表面失效（腐蚀、磨损、疲劳点蚀）表面失效（腐蚀、磨损、疲劳点蚀）v4 4破坏正常工作条件引起的失效破坏正常工作条件引起的失效机械零件的工作能力准则：机械零件的工作能力准则：1 1.3 3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 为防止零件产生各种可能的失效而制定的计算该零件工为防止零件产生各种可能的失效而制定的计算该零件工作能力所应依据的基本原则称为工作能力准则或设计准则。作能力所应依据的基本原则称为工作能力准则或设计准则。 1 1强度准则强度准则 强度是指零件在载荷作用下，抵抗断裂、塑性变形及强度是指零件在

22、载荷作用下，抵抗断裂、塑性变形及 表面破坏的能力。表面破坏的能力。 表达式：表达式： 提高强度的措施：提高强度的措施： （1 1）增大零件危险剖面的尺寸，合理设计剖面形状；）增大零件危险剖面的尺寸，合理设计剖面形状； （2 2）采用力学性能较高的材料，对材料进行提高强度）采用力学性能较高的材料，对材料进行提高强度及降低内应力的热处理，控制加工工艺以减小或消除微观及降低内应力的热处理，控制加工工艺以减小或消除微观缺陷等；缺陷等； （3 3）力求降低零件上的载荷；）力求降低零件上的载荷； （4 4）妥善设计零件的结构以降低应力集中程度。）妥善设计零件的结构以降低应力集中程度。 1 1.3 3 机械

23、设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 2 2刚度准则刚度准则 刚度是零件受载时抵抗弹性变形的能力。刚度是零件受载时抵抗弹性变形的能力。 表达式为：表达式为：yy 提高刚度的措施：提高刚度的措施： （1 1）改变零件剖面尺寸和形状；）改变零件剖面尺寸和形状； （2 2）缩短支承点间距；）缩短支承点间距； （3 3）合理添置加强肋。）合理添置加强肋。 各类钢材的弹性模量相差很小，所以用合金各类钢材的弹性模量相差很小，所以用合金钢代替普通钢的办法来提高刚度其效果甚微钢代替普通钢的办法来提高刚度其效果甚微。1 1.3 3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 3 3

24、寿命准则寿命准则 寿命准则就是要求零件在预定的工作期限内，能保持寿命准则就是要求零件在预定的工作期限内，能保持正常工作而不致失效。正常工作而不致失效。 由失效分析可知，影响零件寿命的主要因素是磨损、由失效分析可知，影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀和疲劳。腐蚀和疲劳。 4 4振动稳定性准则振动稳定性准则 在设计时使机器中受激振作用的各零件的固有频率在设计时使机器中受激振作用的各零件的固有频率f与与激振源频率激振源频率fp p错开。错开。 原则：原则：fp p 0.85 0.85 f 或或 fp p 1.15 1.15 f 提高振动稳定性措施：提高振动稳定性措施： （1 1）改变固有频率）改变固

25、有频率f 值值 a a、改变零件及系统的刚性、改变零件及系统的刚性 b b、改变支承位置、改变支承位置 c c、减少或增加辅助支承等办法来。、减少或增加辅助支承等办法来。 （2 2）采用防振或减振措施。）采用防振或减振措施。1 1.3 3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 1 1.3 3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 机械零件的结构工艺性：机械零件的结构工艺性：（1 1）合理选择零件的毛坯种类；）合理选择零件的毛坯种类；（2 2）零件的结构要简单合理；）零件的结构要简单合理；（3 3）规定合理的精度及表面粗糙度。）规定合理的精度及表面粗糙度。

26、 机械零件的良好结构工艺性，是指零件在既定的生产条件机械零件的良好结构工艺性，是指零件在既定的生产条件下能方便而经济地生产出来，并便于装配成机械的特性。下能方便而经济地生产出来，并便于装配成机械的特性。 1 1.3 3 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 机械设计一般程序：机械设计一般程序： 市场调研市场调研可行性研究可行性研究原理原理方案方案设计设计试制试制试验试验小 批小 批生 产生 产试销试销投投产产设设计计任任务务书书定定出出最最佳佳方方案案装配图装配图零件图零件图技术文技术文件件样样机机评评价价改改进进考核工考核工艺性收艺性收集用户集用户意见意见产产品品销销售售

27、技术技术设计设计计划阶段计划阶段提出任务提出任务分析对机器的要求分析对机器的要求确定任务要求确定任务要求由分管产品研发的副总由分管产品研发的副总提出，这时对要设计的提出，这时对要设计的机器仅有一个模糊概念机器仅有一个模糊概念由市场部进行市场调查由市场部进行市场调查，以明确机器的功能、，以明确机器的功能、产品的市场定位产品的市场定位以设计任务书的形式明以设计任务书的形式明确地写出设计任务的全确地写出设计任务的全部要求及细节部要求及细节机械设计的一般步骤机械设计的一般步骤方案设计阶段方案设计阶段 方案设计，又称概念设计，是机器设计最重要的环节方案设计，又称概念设计，是机器设计最重要的环节之一。之一。 因为在本阶段确定的方案，不仅决定了设计的成败，因为在本阶段确定的方案，不仅决定了设计的成败，也确定了机器的成本高低。这种成本，是无法通过详也确定了机器的成本高低。这种成本，是无法通过详细设计阶段加以纠正的。细设计阶段加以纠正的。潘存云教授研制潘存云教授研制洗衣机方案设计洗衣机方案设计模拟人工手法模拟人工手法模拟翻腾水流模拟翻腾水流超声波、臭氧超声波、臭氧方案设计阶段流程方案设计阶段流程机械设计的一般步骤机械设计的一般步骤提出可能的解决办法提出可能的解决办法组合几种可能的方案组合几种可能的方案选定最佳方案选定最佳方