高职《机械设计基础》课件

机械设计基础本课程旨在培养学生对机械设计的基本概念和原理的理解,让学生掌握机械设计的基本方法和技能。通过学习各种机械零件和常见机构的设计,帮助学生培养解决实际问题的能力。课程简介培养实践技能本课程着重培养学生的机械设计实践能力，帮助他们掌握常见机械零件的设计方法。理论与实践结合课程内容兼顾理论知识和实际应用，让学生理解设计背后的基本原理。案例分析学习通过大量实际案例分析,帮助学生将所学知识应用到实际工程设计中。增强创新能力培养学生的创新思维,提高他们独立分析和解决问题的能力。课程目标掌握机械基础知识学习机械设计的基本概念、定义和工作原理,了解各种零件和常用机构的特点。掌握机械设计方法学习常用的机械设计计算方法,能进行基本零件的强度、刚度和寿命计算。掌握机械制图技能能够按照标准绘制机械零件和装配图,表达设计思路和制造要求。掌握典型机构设计学习常用传动机构的设计方法,如齿轮、带传动、链传动等,能进行正确选择。主要内容概述基本概念与定义介绍机械设计的基本术语、理论知识和设计方法,为后续学习奠定基础。力的分析与应力应变探讨各种类型的力作用以及应力、应变之间的关系,为机械部件设计提供依据。机械传动系统全面介绍齿轮、带传动、链条等常见传动装置的设计要求及计算方法。设计基本原则讲解机械设计的一般原则、标准化以及常见工艺对设计的要求,指导实际设计。基本概念和定义力学基本概念包括力、力矩、张力、压力等基础概念,需要掌握其定义和计算方法。基本几何形体机械设计涉及到点、线、面、体等几何形体,需要了解其特点和性质。常用材料性能如强度、刚度、硬度、韧性等,是设计时需要考虑的重要参数。国标与设计规范机械设计需严格遵守相关国家标准和行业规范,保证设计合理可行。力的种类与受力分析1外力来自外部的力作用在物体上2内力物体内部力的相互作用3平衡力作用在物体上的力的合力为零4受力分析识别和分析物体所受力的大小和方向在机械设计中，我们需要全面了解各种类型的力以及物体的受力情况。通过对外力、内力和平衡力的分析,我们可以准确地计算出物体所受的应力和变形,从而进行合理的设计。受力分析是机械设计的基础,也是保证设计安全可靠的关键所在。应力与应变的基本关系1应力概念应力指内部力作用在单位面积上的大小,用于评估材料承受的内部负荷。2应变概念应变描述物体在外力作用下的变形程度,可分为拉伸、压缩、剪切等形式。3应力-应变曲线通过实验可以获得材料的应力-应变曲线,从而分析材料的力学特性。轴的设计轴的类型轴主要分为传动轴和支撑轴两大类。传动轴用于传递动力,支撑轴用于支撑旋转件。不同应用场合需要选择适合的轴类型。强度设计在轴的设计中,需要按照最大扭矩、弯矩和切应力进行强度检查,确保轴可承受工作载荷而不会发生断裂。刚度设计除了强度设计外,还需要控制轴的最大挠度,以防止轴在工作时产生过大的变形,影响传动精度。稳定性设计当轴的转速较高时,需要考虑临界转速问题,避免在工作转速范围内出现临界转速导致的轴系振动。键和联接件机械键机械键是用于固定传动件和其他零件的重要联接件。它们具有结构简单、可靠性高、制造工艺简单等优点。根据安装方式不同，分为平键、销键、楔键等多种类型。其设计需要考虑键的强度、材料及尺寸等因素。螺栓连接螺栓连接是通过螺纹紧固件实现零件之间的可拆卸联接。根据不同的应用场景和要求，可选用不同类型的螺栓,如六角头螺栓、内六角螺栓等。在设计时还需考虑连接面的材料、形状以及预紧力等因素。焊接连接焊接连接是通过熔化金属实现零件之间的固定连接。它具有结构简单、强度高、美观耐用等优点,广泛应用于机械制造领域。焊接设计需要考虑焊接工艺、接头形式、焊缝尺寸等因素。铆接连接铆接连接是通过冷加工方式将铆钉压入孔洞内实现零件之间的连接。与螺栓连接相比,铆接更加牢固,适用于承受冲击与振动的场合。设计时需要考虑铆钉的材质、尺寸、排列等因素。轴承的选择与设计轴承类型选择根据载荷情况、速度、精度、成本等因素,选择合适的滚动轴承或滑动轴承。承载能力计算根据所受载荷和使用环境,计算轴承的额定动载荷和额定寿命。安装与润滑合理的安装方式和恰当的润滑能大大提高轴承的使用寿命。机械传动系统概述机械传动系统是由驱动装置、传动装置和受动装置组成的机械设备,用于将动力从驱动端传递到受动端。它是机械设计中的重要组成部分,直接影响设备的性能、效率和可靠性。传动系统的主要功能包括改变运动的方向、改变运动的速度、改变运动的形式等。常见的传动形式有齿轮传动、带传动、链传动等。选择恰当的传动方式是机械设计的关键。齿轮传动的类型与特点直齿齿轮最基本和常用的齿轮类型,用于传递直线轴向动力,具有结构简单、制造容易、价格低廉等特点。斜齿齿轮齿面呈螺旋状,能在轴线不同的转子之间传递动力,传动平稳,具有较高的承载能力。锥齿轮齿面呈锥形,适用于垂直交叉轴的传动,能够传递大功率,广泛应用于汽车、机床等领域。齿轮设计要求与计算材料性能合理选用材料,确保齿轮具有足够的强度和刚度。几何尺寸根据传动比、功率、转速等参数,确定合适的模数和齿数。强度计算计算并验证齿轮的弯曲强度和接触强度,确保安全可靠。加工工艺考虑齿轮的制造工艺,满足精度、表面质量等要求。蜗轮蜗杆传动独特传动结构蜗轮蜗杆传动采用螺旋状蜗杆与圆柱蜗轮相啮合的独特结构,可实现高减速比。宽广的应用范围应用于机械、电机、仪器仪表等领域,广泛使用于提升机、门窗自动化等场合。高效节能传动由于其结构特点,蜗轮蜗杆传动具有高效低噪、体积小、重量轻等优点。设计要点关注在设计中需重点关注蜗杆材料、润滑、蜗轮蜗杆啮合等关键因素。带传动1传动原理带传动通过皮带与两个带轮之间的摩擦力实现动力传递。2优点载荷均匀、运行平稳、减振效果好、成本低、维修简单。3应用场景广泛应用于各种机械设备传动系统,如汽车、风扇、皮带机等。4设计要点需考虑传动比、张紧力、耐磨性、绝缘性等因素。链传动灵活性强链传动具有较高的设计灵活性,可以实现多种杠杆比和传动方式,适用于不同工况场合。传动效率高链条传动的传动效率通常在95%以上,较其他传动方式更为高效。承载能力强链条可以承受较大的受力,特别适用于高载荷和冲击负荷的场合。维护简单链条传动的维护保养相对简单,更换链条等维修工作较为方便。联轴器刚性联轴器刚性联轴器用于两轴线共线的情况,可靠性高但无法补偿轴的偏差。主要包括直接连接型、螺栓联接型和焊接型。万向联轴器万向联轴器可以承受一定的轴向偏差和角度偏差,多用于传动线轴的连接。常见有十字万向节和球面万向节。滑动联轴器滑动联轴器能补偿轴向位移,主要由内外套筒构成。常见有伸缩联轴器和花键联轴器。离合器功能离合器用于控制驱动源与被驱动设备之间的连接和断开,实现平稳启动和停止。工作原理离合器通过摩擦力实现传递扭矩,当离合器啮合时可将动力传递给被驱动设备。常见类型常见的离合器包括摩擦离合器、液压离合器和电磁离合器等。设计要点离合器设计需考虑承载能力、释放力矩、热稳定性等因素,确保可靠平稳工作。制动器作用原理制动器通过摩擦力产生制动力矩,从而实现减速或停止旋转部件的目的。常见的制动器有盘式制动器、鼓式制动器和带式制动器等。种类与特点盘式制动器结构紧凑,制动力矩大,适用于高速重载应用。鼓式制动器密封性能好,适用于恶劣环境。带式制动器结构简单,成本低廉,适用于低速轻载应用。设计要求制动器设计需考虑制动力矩大小、产热特性、耐久性等因素,确保在各种工况下都能可靠制动。同时还需优化结构,降低重量和成本。应用领域制动器广泛应用于汽车、机床、起重机等领域,是保证设备安全可靠运行的重要部件。滑动副设计1表面材料选择根据工作环境选择合适的材料2表面形状设计确保滑动副具有良好的耐磨性和密封性3表面粗糙度控制合理控制以降低摩擦系数4润滑设计确保滑动面间有持续的润滑5力学分析评估滑动副在工作条件下的应力状态滑动副设计是机械设计的一个关键环节,需要综合考虑材料性能、表面形状、润滑条件等因素,以确保滑动副在工作过程中具有良好的耐磨性、密封性和稳定性。合理的滑动副设计可以大大提高机械设备的使用寿命和工作性能。滚动副设计选择合适的滚动副根据实际工作条件和要求,选择合适的滚动轴承或滚轮副。考虑载荷、速度、温度等因素。计算滚动副的静动载荷容量根据选用的滚动副的尺寸和材质,计算其静态和动态载荷容量,确保足以承受实际工作过程中的各种载荷。确定滚动副的寿命根据计算的载荷容量和预期的使用时间,估算滚动副的使用寿命,确保在设计使用期内不会出现故障。设计滚动副的润滑系统根据工作环境和要求,合理设计润滑系统,保证滚动副的长期可靠运行。焊接件的设计设计原则焊接件设计需要考虑焊接工艺的特点,合理选择焊缝形式和尺寸,确保焊件强度和刚度满足要求。结构设计焊接件的结构设计应避免应力集中点,尽量采用平滑过渡和圆角设计,提高焊件的抗疲劳性能。质量控制焊接件设计应考虑焊接质量检测和验收,确保焊接质量达到设计要求,确保使用安全可靠。铸件的设计结构设计铸件的结构设计需考虑铸造工艺的特点,如留出适当的毛坯余量和倾斜角度。铸型设计合理设计铸型结构,确保金属液流动顺畅,有利于铸件内部组织的形成。材料选择根据铸件的使用要求和工艺条件,选择合适的铸造合金材料。热处理合理设计热处理工艺,改善铸件的力学性能和组织结构。机械加工工艺对设计的要求1尺寸公差设计时要考虑制造公差,制定合理的尺寸公差范围,以确保零件能够顺利制造。2加工表面质量选择合适的表面粗糙度等级,以满足产品性能和使用要求。3工艺可行性在设计时考虑零件的加工工艺,包括车削、铣削、磨削等,保证工艺的可操作性。4装配性设计时要考虑零件的装配顺序和方便性,以确保装配过程顺利进行。材料的选择与热处理材料选择根据产品的使用环境、性能要求和加工工艺,选择合适的材料,并考虑成本、加工性和供应等因素。热处理通过控制温度和加热冷却工艺,改善材料的性能,如提高强度、硬度、耐磨性等。标准与规范遵循相关的国家标准和行业规范,确保设计的可靠性和安全性。机械设计的一般原则安全性机械设计必须充分考虑使用安全性能,确保设备在正常使用时不会对操作人员构成危险。可靠性设计时应充分预防各种可能的故障,确保机械装置能够持续稳定运行。经济性设计应尽量降低制造、使用和维修的成本,提高机械的经济效益。可维修性设计时应考虑便于拆装、检修和维护,减少维修时间和成本。机械设计的标准化标准化的重要性机械设计标准化有助于提高生产效率、降低成本、保证安全性,并确保产品的互换性和可维修性。标准化的设计流程机械设计标准化包括材料、结构尺寸、公差、表面粗糙度等方面的规范化,确保设计的一致性和可重复性。标准化的体系框架机械设计标准化体系包括国家标准、行业标准、企业标准等多个层级,涵盖产品设计、制造、检验等全生命周期。实例分析与讨论通过分析和讨论具体的机械设计案例,学生可以更深入地理解设计理论和方法在实际应用中的体现。这不仅帮助学生掌握设计的关键步骤,还培养了他们的分析问题和解决问题的能力。在课堂上,教师会带领学生共同探讨经典的机械设计案例,讲解设计的思路和关键点。学生也可以提出自己的设计方案并进行交流,从而互相启发,不断完善自己的设计能力。课程总结综合回顾总结本课程涉及的基本概念、设计原理和方法,回顾学习的重点内容。知识体系梳理机械设计基础的知识框架,确保学生掌握完整的专业知识。思维启发启发学生运用所学知识进行分析和解决问题的能力,培养创