机械设计基础第四版胡家秀

机械设计基础第四版胡家秀机械设计概述机械零件设计基础机械传动设计机构设计基础连接与紧固设计轴系零部件设计液压与气压传动设计基础目录CONTENTS01机械设计概述定义机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。重要性机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素。机械设计努力的目标是：在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出最好的机械，即做出优化设计。机械设计的定义与重要性机械设计的历史与发展历史机械设计的发展历史可以追溯到古代，随着人类对自然规律认识的深入和手工技艺的提高，古代机械设计经历了直觉设计阶段、经验设计阶段和常规设计阶段。发展现代机械设计在传统设计的基础上，引入了计算机辅助设计、优化设计、有限元分析等先进的设计方法和技术，使得机械设计更加精确、高效和智能化。机械设计的基本原则经济性原则机械设计必须考虑制造成本和使用成本，力求以最低的成本实现预定功能。可靠性原则机械设计必须保证机器或设备的可靠性，即在规定的使用条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。功能原则机械设计必须满足机器或设备的预定功能要求，这是设计的核心。安全性原则机械设计必须保证机器或设备在使用过程中的安全性，防止发生人身事故和设备事故。环保性原则机械设计必须考虑对环境的影响，力求减少污染和资源消耗，实现可持续发展。02机械零件设计基础分类机械零件可分为通用零件和专用零件两大类。通用零件如螺栓、轴承等，在各种机械中都有广泛应用；专用零件则根据特定机械的设计需求进行定制。功能机械零件在机械设备中发挥着连接、支撑、传动、密封等多种功能，是构成机械设备的基本单元。机械零件的分类与功能零件在工作过程中必须能够承受各种载荷而不发生破坏，因此需要满足一定的强度要求。强度准则零件在受力时不能产生过大的变形，否则会影响机械设备的正常运行和精度。刚度准则对于需要长期运行的机械设备，零件的耐磨性至关重要，否则会导致设备过早损坏。耐磨性准则对于高速运转或高精度要求的机械设备，需要确保零件的振动稳定性，以避免因振动产生的噪音和精度损失。振动稳定性准则机械零件的设计准则金属材料如钢、铸铁、铜合金等，具有优良的力学性能、加工性能和耐磨性，是制造机械零件的主要材料。非金属材料如塑料、橡胶、陶瓷等，具有密度小、耐腐蚀、绝缘等优点，在某些特定场合下可替代金属材料。复合材料由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法复合而成，具有优异的综合性能，如比强度高、耐疲劳性好等，是近年来发展迅速的新型材料。在选择机械零件材料时，需要综合考虑零件的受力情况、工作环境、制造工艺及成本等因素。机械零件的材料选择03机械传动设计

传动类型及其特点摩擦传动利用摩擦力传递动力和运动，如带传动、摩擦轮传动等。具有结构简单、制造容易、运转平稳、过载打滑等特点。啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动，如齿轮传动、链传动等。具有传动比准确、结构紧凑、效率高、寿命长等特点。液压传动利用液体的压力能传递动力和运动，如液压泵、液压马达等。具有传动平稳、无级调速、易于实现自动化等特点。传动比的分配原则根据工作机的要求、原动机的特性以及传动装置的结构和制造工艺等因素，合理分配各级传动的传动比，以保证整个传动系统具有良好的工作性能。传动比的定义主动轮转速与从动轮转速之比，或主动轮齿数与从动轮齿数之比。传动比的计算方法根据齿轮齿数、链轮齿数或带轮直径等参数，通过公式计算得出各级传动的传动比。传动比的计算与分配传动装置的布局原则根据机器的总体布局和工作要求，合理安排各传动元件的位置和相互关系，使传动路线简短、紧凑，并便于安装、调整和维修。结构设计要点在满足强度和刚度要求的前提下，尽量减小结构尺寸和重量；采用标准化、系列化和通用化的零部件，提高设计效率和降低成本；考虑润滑、密封和散热等问题，保证传动装置的正常运行和延长使用寿命。传动装置的布局与结构设计04机构设计基础连杆机构凸轮机构齿轮机构蜗杆机构机构类型及其特点由若干刚性构件通过低副（转动副、移动副）连接而成的机构，可实现多种运动规律和复杂轨迹。由两个或多个齿轮组成的高副机构，可实现定比传动和变速传动。由凸轮、从动件和机架组成的高副机构，通过凸轮的轮廓形状控制从动件的运动规律。由蜗杆和蜗轮组成的高副机构，可实现大传动比和自锁功能。用规定的符号和线条表示机构中各构件的相对位置和相对运动关系的简化图形。机构运动简图根据机构运动简图，利用自由度计算公式确定机构的自由度，以判断机构是否具有确定的运动。自由度计算机构运动简图及自由度计算VS研究机构在已知原动件运动规律下的从动件运动规律，包括位移、速度和加速度分析。机构力分析研究机构在已知外力作用下的内力分布和变化规律，包括静力分析和动力分析。通过力分析可确定机构的受力状况，为机构的强度、刚度和稳定性设计提供依据。机构运动分析机构运动分析与力分析05连接与紧固设计123被连接件之间可以相互分离，不破坏任何零件。例如螺纹连接、键连接、销连接等。可拆连接被连接件之间不能相互分离，或者分离后会破坏零件。例如焊接、铆接、过盈配合等。不可拆连接利用弹性元件实现被连接件之间的连接，具有缓冲、减振和降低噪音等功能。例如橡胶连接、弹簧连接等。弹性连接连接类型及其特点03螺旋传动的类型与应用包括滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动等，应用于机床进给机构、升降机构等。01螺纹连接类型包括螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接等。02螺纹连接的预紧与防松通过拧紧力矩或转角控制预紧力，采用锁紧装置或涂胶等方式实现防松。螺纹连接与螺旋传动包括平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接等，适用于轴与轴上零件之间的周向固定并传递转矩。键连接类型包括矩形花键、渐开线花键和三角形花键等，适用于轴与轴上零件之间的定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。花键连接类型包括圆柱销、圆锥销和开口销等，适用于轴上零件的定位、固定或连接，也可用于两个零件的相互定位。销连接类型键连接、花键连接和销连接06轴系零部件设计轴的类型根据承载方式可分为转轴、心轴和传动轴；根据轴线形状可分为直轴、曲轴和挠性轴。轴的结构设计需考虑轴上零件的装拆、定位、固定、调整以及加工工艺等要求，合理确定轴的结构形式和尺寸。轴的强度与刚度计算根据轴的受力情况，进行弯扭组合变形下的强度与刚度计算，确保轴的安全可靠。轴的类型与结构设计轴承类型01包括滑动轴承和滚动轴承两大类。滑动轴承按润滑方式可分为自润滑轴承和油润滑轴承；滚动轴承按滚动体形状可分为球轴承和滚子轴承。轴承选择02需根据工作条件、载荷性质、转速高低以及安装维护等因素，选择合适的轴承类型和规格。轴承的寿命计算03根据轴承的载荷谱和额定动载荷，进行轴承的寿命计算，确保轴承的使用寿命满足要求。轴承的类型与选择联轴器用于连接两轴并传递运动和转矩，可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。刚性联轴器结构简单、成本低，适用于两轴对中精度较高、无冲击载荷的场合；挠性联轴器能补偿两轴的相对位移，适用于两轴对中精度较低、有冲击载荷的场合。离合器用于在机器运转过程中将两轴接合或分离，可分为牙嵌式离合器、摩擦式离合器和电磁式离合器等类型。离合器需满足工作可靠、结合平稳、分离迅速彻底以及调节维护方便等要求。制动器用于降低机器运转速度或使其停止运转，可分为摩擦式制动器和电磁式制动器等类型。制动器需满足制动迅速、平稳可靠以及调节维护方便等要求。联轴器、离合器和制动器07液压与气压传动设计基础液压传动是利用液体作为工作介质来传递动力和运动的传动方式。它依靠液体的压力能来实现能量的转换、传递和控制。一个完整的液压传动系统通常由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油等五部分组成。液压传动的工作原理及组成液压传动的组成液压传动的工作原理气压传动是以压缩空气为工作介质来传递动力和运动的传动方式。它利用空气压缩机将空气压缩成高压气体，然后通过管道和控制元件将压缩气体输送到执行元件，从而驱动执行元件完成各种动作。气压传动系统通常由气源装置、执行元件、控制元件、辅助元件等四部分组成。气压传动的工作原理气压传动的组成气压传动的工作原理及组成在选择液压元件时，需要根据系统的工作压力、流量、温度等参数以及使用环境等因素进行综合考虑。同时