机械设计基础第0章 绪论

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31一月2023机械设计基础武汉理工大学物流工程学院机械设计与制造系王晓娟wxj@1341959600431一月2023FoundationofMachineDesign

教材：黄华梁,彭文生主编：《机械设计基础》（第四版）高等教育出版社，2008年参考书：杨可桢，程光蕴主编：《机械设计基础》高等教育出版社第0章绪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机械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。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。我们将通过几个例子了解机械的组成、工作过程及它们所具有的共性。机器例１----内燃机机器例2----平面的牛头刨床机器例3----自行车小结

机械一般是由一些典型的机构和零件组成。本课程就是以这些典型的机构和零件为研究对象。多缸内燃机齿轮减速器挖掘机机器的组成(ComposingofaMachine)：一台发展完善的现代化机器可由四部分组成：(1)原动机(PrimingMover)(2)传动机构(TransmissionMechanism)：(3)执行机构(ExecutiveMechanism)(4)控制系统(ControlSystem)：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。名词术语机器(Machine)

人类制造出来的、各组成部分具有确定相对运动的、可完成人们期望的预定职能（转换能量或做机械功等）的实物组合。内燃机、牛头刨床、自行车等就是常见的机器。机构(Mechanism)

实现某种特定运动的构件组合，是机器中的主体部分。比如：内燃机中的活塞、连杆、曲轴和气缸体组成曲柄滑块机构；凸轮、顶杆和气缸体组成凸轮机构。机械(Machinery)

从研究运动和受力来看，机器与机构并无区别。因此，习惯上用“机械”一词作为机器和机构的总称。即：机械=机器+机构

名词术语构件组成机器的运动单元。

（包括运动速度为零的单元），亦称为“杆”，内燃机中，活塞、连杆、曲轴、凸轮、气缸体等都是构件。零件机器中不可分拆的基本制造单元。

通用零件（各类机器中广泛应用的零件，如齿轮、螺栓、轴承等）。专用零件（仅出现在某些类机器中的零件，如曲轴、连杆、汽轮机叶片等）。构件与零件的区别？§0-2本课程的内容、性质和任务一、本课程的性质多数工程领域的工程技术人员，也会经常接触到各种类型的机械，他们应当具备一定的机械基础知识。因此，如同《机械制图》、《电工学》一样，《机械设计基础》是高校工科有关专业的一门重要的技术基础课。

技术基础课基础理论课工程专业课

二、本课程的任务为学习有关专业机械设备课程提供必要的理论基础。使学生获得常用机械的工作原理，设备的正确使用与维护以及设备故障分析方面的基本知识。使学生学会使用手册和有关规范，具有设计机械传动装置和简单机械的能力。三、本课程的内容

本课程实际上是《机械原理》和《机械零件》两课的合二为一。着重研究常用机构和机械中一般参数、一般工况的通用零件，具体内容如下：机械原理部分——研究常用机构(连杆、凸轮、齿轮、轮系和间歇运动机构)、机械运动理论的一些基本知识。机械零件部分——研究机械设计基础知识，常用联接(如螺纹联接、键联接)，机械传动（齿轮传动、带、链传动、蜗杆传动和螺旋传动），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。§0-3机械设计的基本要求现实中的机械多种多样，因而相应的具体设计要求可能有所不同，但共同的基本要求都是适用、可靠、经济、美观。适用满足预期的功能要求，技术性能良好、便于操作和维护。例如轿车要求有良好的乘坐、驾驶舒适性，良好的加速性能等。机器是需要人操纵控制的，机器用一段时间总是会出现材料老化、零件磨损等问题的，因此适用还包含有良好的操作性和维护性要求。可靠要有良好的性能稳定性和安全防护装置。前者是指在预期的使用期限内，完成预定功能的概率要高；后者是指在误操作或偶然事件作用下要能避免伤人损机。§0-3机械设计的基本要求经济机器的研制费用、使用费用尽可能低，生产效率尽可能高，使用寿命尽可能长。也就是要求有尽可能好的综合经济效果。美观造型优美、色调宜人。不同的使用者对造型是否优美有不同的评价，因此设计时必需明确产品的使用对象；对工业设备来讲，色调宜人的含义应是：使人的中枢神经既不是太紧张，也不是太松弛，从而使人发挥最高的效能。

上述的８字要求说起来容易，做起来困难，它涉及到设计工作的方方面面。因此，要成为一个优秀的设计人员，必需在学好本课程的基础上学习更多的有关课程。§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。（绕度、偏转角、扭转角）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§0-6许用应力和安全系数

按各种准则进行设计计算，应先确定零件工作时所承受的载荷和应力的性质。一、载荷和应力载荷分为静载、变载。应力分为静应力、变应力（也可由静载产生）。衡量应力状态的主要参数：平均应力应力幅

循环特征几种典型的变应力状态：

静应力：σm=σmax=σminσa=0γ=1对称循环变应力：σm=0σa=σmax=－σminγ=－1几种典型的变应力状态：脉动循环变应力：σm=σa=σmax／2σmin=0γ=0非对称循环变应力：σm=(σmax+σmin)/2σa=(σmax-σmin)/2γ=σmin/σmax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--对称循环极限应力三、许用应力和安全系数S↑↑→［σ］↓↓→安全↑→结构↑S↓↓→［σ］↑↑→不安全课程特点与学习方法多科综合本课程涉及的常用机构、通用零件，从分析研究到设计计算，直至完成工作图，要用到多门基础课和技术基础课的知识(如机械制图、工程材料、机械制造基础、理论力学和材料力学等)。学习中要注意温习相关先修课的知识。各章内容联系不紧，显得零乱不系统因本课涉及机构和零件较多，学习者如用习惯的基础课系统性来看待本课，会产生“不系统”、“没有统一研究规律”的错觉。实际上，本课程的全部内容可归结为两个问题：“机构怎样才能实现人们需要的、理想的运动”，“零件怎样才能正常工作”。学习中注意把握这两个思路，就能在学习中逐步适应本课程的学习规律。课程特点与学习方法设计步骤和结果不唯一与基础课问题结论的唯一性不同，对于机械设计问题，从机构选型到选择材料、确定参数，往往都可在一定范围内变化，设计计算步骤也因具体情况而变，设计结果往往是不唯一的(这也正是机械设计的乐趣所在)。

机械设计中，计算重要但不唯一学习者必需逐步培养把理论计算和结构设计、工艺考虑等结合起来解决问题的能力。一般情况下，计算结果仅是必要条件，最终结果要视具体结构和工艺而定。课程特点与学习方法综上所述，要学好本课程，应注意如下几点：下足功夫按照学习指导中的推荐