机械设计基础第00章 绪论课件

1、机械设计基础32+32学时石油工程08级中石化1-2班姓名：李春明 QQ：1 1 3 5 2 3 1 7地点：中国石油大学机电工程学院 机械设计系电话：159 5460 6316，0546-839 9143E-mail： L c h m i n g Machine Design BasisSynthesis and analysis of mechanisms and machines机器和机构综合与分析Kinematics and dynamics运动学和动力学Axiomatic design 公理化设计1 create a complete and nondependent set of

2、performance specifications完整独立的实现2 keep it simple, stupid. 简单化使用教材綦耀光, 刘峰主编. 机械设计基础. 中国石油大学出版社, 2006.2作业：0.1 机械发展的历史回顾 当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。转换能量和借以减轻体力劳动、增大生产率的主要工具机械工业是国民经济的支柱工业之一。机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在水碾中应用了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张衡发明的候风

3、地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。 我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造。指南车18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次工业革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船。哈格里沃斯发明的“珍妮纺纱机”法国陆军技术军官古诺发明了世界上第一辆蒸汽动力车19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。1898年问世的“雷诺”牌汽车“圣路易斯精神”号飞机1927年美国人林德伯格驾驶着它完成了人类首次不着陆飞越大西洋的壮举。“神舟六号”发

4、射时的情景。发射塔、运载火箭都是庞大的机器。火星车有关机械的几个问题什么是机械？其含义包括哪些？各行各业的机器组成有没有共同的特点？ 能否进行总结？其共同特征或者共同之处在何处？ 能否进行专门研究？机械设计基础课程授课目的是什么？智能处理信息可以实现能量转换、或完成有用机械功机器是执行机械运动的可动装置。（设备：不动装置）生产中和生活中有许多机器如抽油机 、刨床、绘图仪。改变物料1、机器机器的分类机 器动力机器工作机器信息机器是能量变换的装置，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、压气机、涡轮机、电动机和发电机等。能完成有用的机械功或者是搬运物品。例

5、如：轧钢机、织布机、缝纫机、汽车、飞机和金属切削加工机床等。能用来处理信息。例如：机械式积分仪、计帐机、打字机和绘图仪。单缸四冲程内燃机组成：气缸体，活塞，连杆，曲轴，齿轮，凸轮，进、排气阀，推杆，弹簧等。能量转换：热能转换成机械能牛头刨床床身1导杆7齿轮5齿轮4滑块6刨头8 机器是根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，可以用来变换和传递能量、物料和信息。 机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能大大提高生产率和改善劳动条件。 机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳动。机器系统

6、的组成 一台完整的机器系统的组成大致可包括： 1）动力系统 为机器运转提供动力，常用的动力系统有电动机、内燃发动机、液压机、气动机等。电动机可以把电能转化成机械能；内燃机可把燃料燃烧的化学能转换成机械能。原动机经历了如下发展过程：蒸汽机、内燃机、汽轮机、电动机人力、畜力水力机、风力机轿车上用的内燃机手扶拖拉机上用的内燃机12缸V型柴油机16缸V型柴油机水平布置的电动机竖直布置的电动机 2）传动系统 用来连接动力系统和执行系统，将动力系统的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。传动部分大多数采用机械传动机构，有时也采用液压或电力传动机构。如：常用的各种减速和变速装

7、置均可作为传动机构。4） 控制和辅助系统 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，它通常由各种计算机和控制器组成。2、机 构机器中的机械运动大多是通过各种“机构”实现的。一部机器通常包含一个或若干个机构，机构是机器的重要组成部分。机构是一切机器的共性组成部分。机构是传递和变换运动的基本单元。具有机器的前两个特征。人为的实物组合、各实物之间具有确定的运动曲柄滑块机构齿轮机构凸轮机构O1连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机构带传动和链传动机构螺旋机构组合机构常用的机构连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机构螺旋机构组合机构机构-传递和变换运动的基本单元。机构的共同特征：组成：一

8、种人为的实物组合运动特性：组成的各部分之间具有确定的相对运动机构具有完全确定的相对运动 机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外还包含电气、液压等其它装置；机构只用于传递运动和力，机器除传递运动和力之外，还应当具有变换或传递能量、物料、信息的功能。 但是，在研究构件的运动和受力情况时，机器与机构之间并无区别 和机器的区别是：不具备机器的第三个特征。 3、构件 组成机构的各个相对运动部分称为构件，它是一个整体或元件的刚性组合，是独立的运动单元。内燃机连杆套筒连杆体垫圈螺母轴瓦连杆盖螺栓4、零 件 组成构件的单元称为零件。它是机器中制造的单元：有通用零件和专用零件。通用零(部)件：螺钉、螺母、垫

9、圈、齿轮、凸轮、弹簧、轴、键、带等。专用零件:汽轮机的叶片、内燃机曲轴、洗衣机的波轮、农机的铧犁等。通用零（部）件专用零件5、部 件 机器中由若干零件所组成而协调工作的、不一定刚性联接的装配单元，称为部件。如：减速器、离合器、减速箱、轴承、联轴器、顶尖、刀架等。零件一般是泛指，即零件和部件。零件=构件=机构=机器 1 2 1 机械设计基础主要研究对象：机器、常用机构及通用零件。0.2 机械设计的一般过程设计的目的：先进、实用满足的要求：1实现预期运动并完成工作2良好的经济性，结构简单、工艺性好、工作效率高、可靠性设计、优化设计。3操作方便、安全可靠、便于维修、后期费用低4符合人机工程原理、造型

10、0.3 课程性质、内容和任务为解决机械设计基础技能的培养而设置的一门技术基础课。机械设计：创造性地规划和设计具有预期功能的新机械或改进原有机械的性能。 研究机械设计的基本知识、基本原理、程序和设计步骤与过程：1 机器（设备）、机构、构件、零件的概念2 平面机构的结构分析与自由度的概念3 常用机构，如平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等的组成、类型、特点及其设计；4 机构的运动方案选择；5 机器动力学：机械调速、回转件的平衡；6 机械零件的工作能力和计算准则，常用材料的选择原则，零件的工艺性、标准化、通用化；7 联接件的设计：螺纹联接、键联接等；8 传动件设计：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、

11、螺旋传动等；9 轴系的设计与计算：轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器、离合器等；10 其它零部件设计：弹簧、减速器等；11 与机械系统相关的现代、创新设计方法。 机构的组成典型机构的类型、特点、功能及运动分析方法6 机械零件的工作能力和计算准则，常用材料的选择原则，零件的工艺性、标准化、通用化；7 联接件的设计：螺纹联接、键联接等；8 传动件设计：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动等；9 轴系的设计与计算：轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器、离合器等；10 其它零部件设计：弹簧、减速器等；11 与机械系统相关的现代、创新设计方法。12 （攻心）产品设计方法要求：较为熟练地掌握以上各通用零部件

12、的设计计算、材料选择和热处理以及结构设计的基本技能。再两周课程设计，会设计通用机械机构的运动设计机构的组成典型机构的类型、特点、功能及运动分析方法机构相同 机器不同机械的动力设计机械系统的动力分析机械速度波动调节机械的平衡A）机械运转过程中若干动力学问题B）改善机械动力性能的设计方法3.机械系统方案设计 创新的主要阶段可行方案最优方案4. 通用零件的工作原理、结构特点、 基本的设计理论和计算方法。 常用的联接（螺纹联接、键联接），机械传动（螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动），轴系零、部件（轴、轴承、联轴器）等,并扼要介绍国家标准和有关规范。 这些常用机构和通用零件的工作原理、设计理

13、论和计算方法，对于专用机械和专用零件的设计也具有一定的指导意义。学习目的和作用 本课程对机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法作了基本介绍，这对于以后在实习、专业课学习以及工作中了解各种机械的传动原理、设备的正确使用和维护及设备的故障分析等方面获得必要的基本知识。一、认识机械,了解机械 机械设计基础课程是培养机械工程类各专业学生具备一般机械设计能力的一门主干技术基础课程，是学习专业课程和从事机械系统设计的必备基础。二、掌握方法,研究机器 各种机械的形态和用途各不相同，但它们都有一些共性研究的方法和关键技术。这些共性的方法和技术，在各种机器的分析和设计中都得到广

14、泛应用。三、开阔思路,设计与创新机械 通过本课程的学习和课程设计实践，培养学生初步具备运用手册设计机械传动装置和简单机械的能力，为日后从事技术革新和产品创新创造条件。机器是由实物组成的有形实体，一旦设计制造完成，保密性差，容易被人仿造，因此就需要不断创新，并加强知识产权的保护，才能保持技术上的先进性。四、更新观念,发展机械学科 当今机械学学科的发展已离不开计算机技术，在学习过程中，充分利用机构分析与计算机快速计算、存贮和比较的功能去解决较为复杂的机构设计问题，把对机械的研究与其他学科的技术（电、液、气、计算机、控制等）充分地结合起来，去推动机械学科的发展。随着科学技术的发展，机械概念得到了进一

15、步的扩展：某些情况下，机件不再是刚体，加入柔性构件，气体、液体等也可参与实现预期的机械运动。利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线路进行通话，当受话器放到原位时断路。机器内部包含了大量的控制系统和信息处理。如工业生产中广泛使用的工业机器人，还有应用在航空航天、水下作业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的 服务型机器人。一、重要性 机械设计一般过程1、设计全面影响产品的性能，设计中的失误将造成极严重的损失； 分析各部分，说明本课程的重要作用（在机械设计的过程中）。另外，从

16、以下几个方面也可以看出机械设计的重要性： 产品设计阶段占总成本5%，却决定总成本的75%。产品质量的下降50%是由设计失误造成的，设计本身的问题往往是根本性的。 自20世纪90年代以来，提高设计已成为当今世界各国的热门话题。 普遍认为：商品竞争靠技术，技术条件相同的条件下，靠设计。日本：20世纪90年代日本工业走向“设计时代”。英国：政府认为“产品设计是英国工业发展的命脉”。法国：工业界疾呼“不重视产品设计，法国工业必将崩溃”2、设计对企业的生存和发展具有重要意义；3、设计直接关系到未来和发展。竞争的焦点之一是设计 21世纪产品竞争的焦点之一是设计成功的设计赢得了市场设计是科技成果转化为生产力

17、的纽带设计是引进技术实现国产化的重要环节没有现代化设计就没有现代化产品开发设计市场销售制造现代企业三部分 产生的利润成马鞍形，两头大中间小。开发设计、售后服务及品牌建设利润大，而制造利润小。很大跨国企业把工厂建在中国，带来资源的消耗和环境的污染。1、机械设计的综合程度越来越高，与其它学科交叉越来越广泛和深入光机电一体化； 体现学科融合的思想。二、机械设计的发展趋势 2、设计理论的不断完善与发展，设计手段和方法的不断更新 优化设计、模糊设计、模块化设计、全寿命周期设计、并行设计、绿色设计、协同设计、大批量定制等新的设计方法。3、新材料、新工艺、新技术推动机械设计的发展；4、机械设计的实验研究技术

18、有了很大的发展和提高，试验与理论相互促进学习方法基础课程技术基础课程专业课程机械设计基础更接近工程实际知识面更宽、适应性更广1）注意各门课程的衔接； 一方面，本课程较多是理论力学、材料力学、机械制图、金属材料等学科的具体应用、拓展及深化；另一方面，它对今后专业课程起到不容忽视的作用2）注意培养工程观点解决问题； 解决问题力求简化（采用假设、忽略，最后修正的原则）。常规问题和非常规问题；典型问题和非典型问题；平面问题和空间问题；力求用相互联系、区别和转化的观点处理这两类问题，尽可能在附加一定条件后将后一类复杂问题向前一类比较简单的问题转化。3）注意理论联系实际； 多观察，多思考。将课程的分析方法和实际相结合，增强动手能力4）注意能力的培养。 注意共性知识的掌握，由获取知识，向创造性的运用知识，培养分析和解决问题的能力方向发展，而不是死记硬背。总结：机械、机器、机构、构件、零件参考书目中文：1 孙桓主编机械原理第五版北京：高等教育出版社，第六版（西工大）2 申永胜 机械原理第五版北京：