《机械设计基础》课件 绪论1课

第一章机械设计基础概论第一节机械工业发展概况

中国是世界上机械发展最早的国家之一

在中国古代时期的有些机械已具备了机器的基本组成要素，即原动机、传动机构和工作机构三个组成部分。从三国时期到元代中期，我国的机械加工、农业机械、纺织机械、造船和仪器制造等多方面都组在了世界的前列不少机械传到了国外，对世界科学技术的发展产生了一定的影响。我国古代在机械方面的卓越成就由此可见一斑。公元一世纪东汉“水排”用水力鼓风炼铁，其中应用了带和连杆机构古代中国晋代

“连磨”用一头牛驱动八台磨盘，其中应用了齿轮系。

新中国的建立，特别是改革开放以来，为我国的科学技术发展开辟了广阔的道路。机械行业得到了迅猛的发展。

在机械制造方面，各种先进技术如数控技术、电火花技术、线切割技术、激光技术得到了大量的应用。

机械设计方面，从过去只能从事简单的模仿设计到现在对先进设备的自行设计。建立我国完整的标准体系，计算机辅助设计技术的普遍应用，等等。所有这些，均标志着我国机械工业正朝着世界先进水平迈进。【教学内容】：机器的组成及概念；机器和机械零件设计的基本知识及现代设计方法；本课程的性质、内容、任务及学习方法等。【基本要求】：明确本课程研究的对象和内容、学习方法；掌握机械、机器、机构、构件和零件等概念的含义；了解机械零件的失效形式及设计计算准则、机械零件设计的标准化、系列化及通用化。【教学重点及难点】：机械、机器、机构、构件和零件等；现代机器的组成。第二节机器的组成普通车床第二节机器的组成数控车床第二节机器的组成数控加工中心清洗飞机的机器人1、机器和机构机器——通常把能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置称为机器。机构——只能实现运动和力的传递与变换的装置称为机构。机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。机械——机器和机构的统称。机构：

机构——只能实现运动和力的传递与变换的装置称为机构。一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。凸轮机构齿轮机构连杆机构

构件是从研究机械运动观点来看，零件是从机械制造方面来看。通用零件：螺钉、齿轮、轴、轴承、弹簧等专用零件：内燃机曲轴、活塞等。2、构件和零件构件——组成机器的各个相对运动的单元称为构件，构件是运动的单元体。零件——机械中不可拆的制造单元体。构件可以是单一零件，也可以是多个零件的组合体。构件与零件的关系连杆的分解典型机器的分析：内燃机65438712910组成1、汽缸体2、活塞3、进气阀4、排气阀5、连杆6、曲轴7、凸轮8、顶杆9、10齿轮工作原理：1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸；2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。内燃机的工作过程配气机构的工作原理潘存云教授研制设计：潘存云进气压缩爆炸排气内燃机的工作过程：活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：内燃机各部分的作用：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构各部分协调动作的结果：化学能机械能第三节机器应满足的要求和设计制造程序一、机器应满足的要求⑴使用要求：实现预定功能，达到规定性能的要求。⑵经济性要求：贯穿在设计、制造、使用的全过程中，以求获得最高经济效益的要求。⑶社会要求：（人机工学要求、安全运行要求、工艺美学要求等）⑷可靠性要求：在规定使用寿命和工况条件下机器完成规定功能的能力。⑸其他特殊要求：例如，机床有长期保持精度的要求；食品机械有防止污染的要求；大型设备有便于运输与安装的要求等。二、机器设计制造的一般程序新产品从设计到投放市场，一般要经过六个阶段：⑴可行性研究阶段；⑵方案设计阶段；⑶技术设计阶段：⑷施工设计阶段：⑸样机试验阶段：⑹投产销售阶段：需求分析机械方案设计机械方案运动分析机械方案动力分析机械造型设计机械工作能力设计确定工艺方案确定工艺参数机械结构设计机械零件设计的一般流程第四节机械零件设计的基本知识一、机械零件设计的基本准则失效：机械零件由于某种原因丧失正常工作能力。归纳起来，产生失效的原因主要是由于强度、刚度、耐磨性、振动稳定性等不满足工作要求。为次，应根据失效原因制定设计准则，并以此作为防止失效和进行设计计算的依据。接下来，我们来认识相关概念：（一）强度⑴体积强度：零件体积强度不足会产生断裂或过大的塑性变形，体积强度就是抵抗这两种失效的能力。设计计算时应使零件危险截面上的最大应力σ、τ

不超过材料的许用应力[σ][τ]、使危险截面上的安全系数Sσ、Sτ不小于许用安全系数[Sσ][Sτ]，即1-11-2（一）强度⑵表面强度：表面强度可分为表面挤压强度和表面接触强度。

以面接触的两零件，设计计算时，应使零件的最大挤压应力σH不超过材料的许用挤压应力。以线接触的两零件，设计计算时，应使零件的最大接触应力σH不超过材料的许用挤压应力。即，1-3（二）刚度刚度：是指零件在载荷作用下抵抗变形的能力。如果零件的刚度不足，产生过大的弹性变形，会影响机器的正常工作（如机床主轴刚度不足会影响零件的加工精度）。这类零件应进行刚度计算，计算时须使零件在载荷作用下产生最大的弹性变形量不超过允用变形量，即1-4（三）耐磨性耐磨性：是指在载荷作用下相对运动的两零件表面抵抗损的能力。

在滑动摩擦条件下工作的机械零件，常因为过度磨损而失效。影响磨损的因素很多而且比较复杂，因此，到目前为止对于磨损失效还没有一个完善的计算方法。通常只进行条件性计算，通过限制影响磨损的主要条件防止产生过大的磨损量。为防止产生过大的磨损应满以下条件：压强不超过许用值p≤［p］速度不超过许用值v≤［v］压强与速度乘积不超过许用值pv≤［pv］（四）震动稳定性

机械零件周期性产生弹性变形的现象称为振动。当作用在零件上的周期性外力的变化频率接近或等于零件自身的自激振动频率时，便发生共振，导致零件失效。这种现象称之为“失去振动稳定性”。振动稳定性准则：应使受激振作用零件的自激振动频率远离外力变化的频率。即f

＜0.85f或fF＞1.15f

式中：f――零件的自激振动频率

fF――外力变化的频率.按特性应力分为静应力：不随时间变化或变化较缓慢的应力变应力：随时间变化的应力变应力随机变应力不稳定循环变应力稳定循环变应力非对称循环变应力脉动循环变应力对称循环变应力tsts尖峰载荷ts周期ts周期二、机械零件的疲劳强度（一）应力的类型和特点二、机械零件的疲劳强度静应力

非对称循环变应力

对称循环变应力

脉动循环变应力

几种常见的应力形式：各参数之间的关系：（二）疲劳断裂的特征和疲劳曲线疲劳曲线（-N曲线）——即应力比г一定时，表示疲劳极限与循环次数N之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示：可以看出：随N的增大而降低。但是当N超过某一次数时（图中N0），曲线趋于水平。即不再减小。则N0——称为循环基数。以N0为界分为两个区：注：大多数钢的疲劳曲线形状类似上图所示。但是，高强度合金钢和有色金属的（-N）曲线没有水平部分，不存在无限寿命区，因此，工程上常以认为规定一个循环基数，而将此基数下的条件疲劳极限作为表征材料疲劳强度的基本指标。也记为

1）无限寿命区：当N≥N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。在工程设计中，一般可以认为：当材料受到的应力不超过时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。——即寿命是无限的。2）有限寿命区：为了区别于，把曲线上非水平段（N＜N0）的疲劳极限称为条件疲劳极限。当材料受到的工作应力超过时，在疲劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。——即寿命是有限的。（注：不同应力比г时的疲劳曲线具有相似的形状。但г越大，越大）。г↑↑第五节零件的结构工艺性一、工艺性设计机械零件时，不仅应使其满足使用要求，即具备所要求的工作能力，同时还应当满足生产要求，使所设计的零件具有良好的工艺性——在一定的生产规模和生产条件下，花费劳动量最小，加工费用最少（工时少、设备少）的零件，就认为具有良好的工艺性。否则就可能制造不出来，或虽能制造但费工费料很不经济。——工艺性要求包括加工工艺和装配工艺零件结构既要满足使用上的要求，又要方便制造。下面列举一些常见的工艺结构，供画图时参考。一、铸造零件的工艺结构1、拔摸斜度在铸造零件毛胚时，为了方便从砂型中取出模样，一般沿模样拔模方向作成约1：2的斜度，称为拨模斜度。2、铸造圆角在铸造毛胚个表面的相交处，都有铸造圆角，这样既方便起模，又能防止浇铸铁水时，将砂型冲坏，还可以避免铸件在冷却时产生裂痕或缩孔。3、铸件壁厚二、零件加工面的工艺结构1、倒角和倒圆在浇铸零件时，为了避免各部分冷却速度的不