机械设计基础

机械设计基础

FoundationofMachineDesign

机械设计基础机械设计概论机械运动简图设计平面连杆机构设计凸轮机构设计步进机构设计齿轮传动设计蜗杆传动设计轮系设计挠性传动设计螺纹联接设计键联接和销联接轴的设计滑动轴承设计滚动轴承及装置设计联轴器

机械设计概论机械的组成本课程的内容、性质和任务机械设计的基本要求和一般程序机械设计零件的工作能力和计算准则机械设计中常用材料的选用原则许用应力和安全系数§0-1机械的组成为了减轻劳动强度，改善劳动条件，提高生产效率创造和发展了各种机械。国家的发展离不开机械，机械发展的水平可以反映一个国家发展水平。机械的种类繁多，其构造、性能和用途等各不相同。当从机械的组成分析，又有其共同特点，它们都有一些典型的机构和零件组成。机械和机械设计发展的历史由几种简单工具而来:石器时代:石刀、石斧、桔槔、辘轳。牲畜力、风力、火力。18世纪60年代：蒸汽机。作为动力，促进了其它工业的发展。19世纪60年代：直流发电机。19世纪80年代：交流发电机、交流电动机。20世纪初：电动机取代了蒸汽机。蒸汽机是驱动各种工作机械的基础。蒸汽机车内燃机车磁浮列车高速列车电力机车火车发展历史机械的基本概念1.机器的特征1）人为的组合体2）各实体间有确定的相对运动3）能做有效的机械功或能量转换2.机构、零件、构件机构：机器的前两个特征零件：机械制造单元体构件：运动单元体机器(Machine)＋机构(Mechanism)＝机械(Machinery)原动机传动装置—→工作机—→控制系统辅助系统（如仪表、照明等）轿车组成：机器组成：例１----内燃机例2----平面的牛头刨床例3----自行车齿轮机构通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；螺栓、键、花键、销；弹簧等。常用机构:连杆机构凸轮机构部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。零件：组成机器的不可拆的基本单元（即制造的基本单元）。如：滚动轴承、联轴器。用途专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。

如：滚动轴承、螺栓等。§0-2本课程的内容、性质和任务课程内容机械设计的一般原则，机械组成，常用机构、通用零部件的工作原理、运动特点、结构特点、设计方法课程性质机械设计基础是一门介绍常用机构和通用机械零件的基本知识、基本设计方法，培养学生初步具有设计简单机械传动装置的技术基础课。技术基础课基础理论课工程专业课§0-2本课程的内容、性质和任务任务：掌握常用机构的结构、特性等基本知识，初步具有选用、分析机构的能力。掌握通用机械零件的工作原理、特点、应用和简单设计计算方法，并初步具有选用、分析和设计简单机械传动装置的能力。

运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。1、使用要求实现预定功能，工作可靠。2、经济性要求三方面：生产成本低、使用消耗小、维护费用低。措施：1）设计中采用“三化”零部件；标准化、系列化、通用化2）应用成熟的新技术、新材料。3）选用高效率设备，减少动力、燃料消耗。3、外观造型要求颜色、造型4、环保要求噪音、废气、废液。如：CNG汽车。§0-3机械设计的基本要求和一般程序一、机械设计应满足的基本要求二、机械设计的一般程序机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程，一般程序如下：设计任务调研——→总体设计——→技术设计——→试制——→投产试验修改§0-4机械零件的工作能力

和计算准则一、机械零件的工作能力零件的工作能力是指在一定的工作条件下，在预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。主要指标（准则）：强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、耐热性。对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用相应的计算准则。二、机械零件的计算准则1.强度准则

强度是指零件在一定载荷作用下抵抗破坏的能力。若零件强度不够就会出现整体断裂，表面接触疲劳或塑性变形等失效。

2.刚度准则

刚度是指零件在一定载荷下抵抗变形的能力。若刚度不够，变形就会过大，从而影响机械正常工作。例如机床主轴、齿轮轴变形的后果。二、机械零件的计算准则3.耐磨性准则

耐磨性准则是指相对运动的零件工作表面抵抗磨损的能力。若磨损过大，则会削弱零件强度，降低配合精度和效率。

4.振动和噪声准则

研究系统的动力特性，分析其噪声源，采取使系统固有振动频率远离受迫振动频率及提高配合精度等措施降低振动和噪声。§0-5机械设计中常用材料的选择常用材料：钢、铸铁、有色合金（铝合金、铜合金）、非金属材料（尼龙、工程塑料、橡胶）。常用材料的选择原则：满足使用要求符合工艺要求综合经济效益要求一、载荷和应力分类1、载荷分类静载荷：不随时间变化或变化缓慢。动载荷：随时间变化。2、应力分类名义载荷与计算载荷。变应力静应力：r=1σt脉动循环：r=0σt0对称循环：r=-1σt0非对称循环tσ0§0-6许用应力和安全系数静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。aσ0tt0σa在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏衡量应力状态的主要参数：平均应力应力幅

循环特征二、零件的极限应力σlim1.静应力下的极限应力脆性材料→断裂破坏→强度极限σB→σlim=σB

塑性材料→过大塑变→屈服极限σS→σlim=σS2.变应力下的极限应力疲劳破坏图中：

N0--循环基数

-1--对称循环持久极限三、许用应力和安全系数S↑↑→［σ］↓↓→安全↑→结构↑S↓↓→［σ］↑↑→不安全本章英语主题词机械设计machinedesign

（mechanicaldesign）机械零件machinecomponent

（mechanicalcomponent）机械传动mechanicaldrive强度准则strengthcriterion刚度准则rigiditycriterion耐磨性准则wearabilitycriterion