【大学课件】机械原理及设计

机械原理及设计课程概述欢迎学习机械原理及设计课程。本课程将深入探讨机械系统的基本原理和设计方法。我们将涵盖从基础概念到实际应用的广泛内容。课程目标及学习内容理解机械原理掌握机械运动、传动和设计的基本概念和原理。培养设计能力学习机械系统的分析、计算和设计方法。实践应用通过案例分析和实践项目，培养解决实际工程问题的能力。机械运动基础概念运动类型包括平移运动、旋转运动和复合运动。每种运动类型都有其特定的特征和应用场景。运动参数速度、加速度和角速度等关键参数。这些参数决定了机械系统的性能和效率。平面运动分析1瞬心法用于分析平面机构中各构件的相对运动。确定瞬时旋转中心的位置。2图解法通过几何作图来确定机构中各点的速度和加速度。适用于简单机构分析。3解析法利用数学方程求解复杂机构的运动参数。适用于精确计算和复杂系统分析。平面连杆机构分析机构类型识别了解不同类型的平面连杆机构，如四杆机构、曲柄滑块机构等。自由度分析计算机构的自由度，确定其运动特性和约束条件。运动轨迹分析分析连杆机构中各点的运动轨迹，预测机构的工作范围。平面凸轮机构分析凸轮曲线设计学习如何设计凸轮轮廓以实现所需的从动件运动。考虑加速度连续性和压力角。从动件运动分析分析从动件的位移、速度和加速度特性。确保运动平稳和精确。凸轮机构优化优化凸轮机构以提高效率、减少振动和延长使用寿命。轴系传动原理齿轮传动利用啮合齿轮传递动力和改变转速。适用于高效率、精密传动。带传动通过皮带或同步带传递动力。具有减震和过载保护特性。链传动使用链条和链轮传递动力。适用于大功率、长距离传动。齿轮传动分析1齿形设计involute齿形、cycloid齿形等2齿轮参数计算模数、齿数、压力角等3传动比分析计算输入输出转速比4强度校核齿根弯曲强度和齿面接触强度蜗轮蜗杆传动工作原理蜗杆旋转带动蜗轮转动，实现大传动比和自锁功能。适用于精密传动和减速装置。设计要点选择合适的蜗杆头数和蜗轮齿数。考虑传动效率、啮合条件和润滑要求。带传动及链传动带传动特点运行平稳，噪声小，可实现远距离传动。需注意预紧力和打滑问题。链传动优势传动比稳定，效率高，适用于恶劣环境。但需定期维护和润滑。选择原则根据传动功率、速度比和工作环境选择合适的传动方式。联轴器和轴承刚性联轴器用于连接同轴度高的轴，传递扭矩。不允许轴间存在位移。弹性联轴器允许轴间存在微小位移，具有缓冲和减震作用。滚动轴承利用滚动体减少摩擦，适用于高速、重载工况。机械传动效率计算1输入功率分析测量或计算系统输入端的功率。2损耗计算考虑摩擦、滑动等因素导致的能量损失。3输出功率测定测量系统输出端的实际功率。4效率计算输出功率与输入功率之比即为传动效率。机械强度基础知识应力分析了解拉伸、压缩、弯曲和扭转等基本应力类型。掌握应力计算方法和材料强度理论。疲劳强度学习疲劳失效机理和寿命预测方法。了解提高疲劳强度的设计原则和材料选择。轴的设计1受力分析确定轴上的弯矩和扭矩分布。考虑静态载荷和动态载荷。2强度校核计算轴的应力状态，确保满足强度要求。考虑疲劳强度和刚度要求。3结构优化优化轴的几何形状，如台阶、键槽等。减少应力集中，提高可靠性。联轴器和轴承的选择联轴器选择根据传递扭矩、工作环境和安装空间选择合适类型。考虑对心性和补偿能力。轴承类型选择根据载荷类型、转速和工作温度选择合适的轴承。考虑润滑和密封要求。寿命计算计算轴承的额定寿命，确保满足设计要求。考虑工作条件和可靠性因素。螺纹连接设计螺纹类型选择根据载荷和应用选择合适的螺纹类型，如公制螺纹、管螺纹等。强度计算计算螺栓受力，确保满足拉伸、剪切和疲劳强度要求。预紧力确定计算所需预紧力，确保连接可靠性和防松性能。焊接连接设计焊接方法选择根据材料、厚度和要求选择合适的焊接工艺，如电弧焊、TIG焊等。强度计算计算焊缝承受的应力，确保满足静态强度和疲劳强度要求。质量控制制定焊接工艺参数和检验标准，确保焊接质量和可靠性。铆接连接设计铆钉选择根据载荷和材料选择合适的铆钉类型和尺寸。考虑抗剪强度和抗拉强度。布置设计合理设计铆钉排列，确保载荷均匀分布。考虑边距和间距要求。机械零件的材料选择性能要求分析考虑零件的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性等要求。经济性考虑权衡材料成本、加工难度和使用寿命等因素。可加工性评估材料的切削性能、成形性能和热处理性能。机械零件的热处理1退火降低硬度，提高塑性，便于加工。2正火细化晶粒，提高强度和韧性。3淬火提高硬度和耐磨性。4回火降低脆性，提高韧性。机械设计的一般步骤需求分析明确设计目标和技术要求。方案设计提出初步设计方案，进行可行性分析。详细设计进行具体零件设计和计算。优化与验证通过仿真分析和实验验证，优化设计方案。机械设计标准及规范国家标准了解GB系列标准，如材料、零件和图样等相关标准。行业标准掌握特定行业的设计规范和要求。国际标准了解ISO、DIN等国际标准，适应全球化设计需求。机械故障分析与预防1故障模式识别掌握常见故障类型及特征。2原因分析运用故障树等方法分析根本原因。3预防措施制定有效的预防和维护策略。4监测与诊断应用先进技术进行状态监测。机械可靠性分析可靠性定义了解可靠性的概念和重要性。掌握可靠性指标，如平均无故障时间（MTBF）。分析方法学习故障模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等方法。应用概率统计进行寿命预测。机械设计实例分析机械创新设计理念创新思维培养跳出框架思考的能力。鼓励多角度分析问题，提出创新解决方案。可持续设计考虑产品全生命周期，注重节能环保和材料可回收性。智能化设计融合传感器、物联网等先进技术，提升产品智能化水平。课程考核方式1平时作业完成设计练习和小型项目，占总成绩30%。2期中设计完成一个综合设计任务，占总成绩30%。3期末考试闭卷笔试，考核基本概念和设计能力，占总成绩40%。课程总结与展望知识回顾回顾课程主要内容，强调机械设计的核心原理和方法。鼓励学生将所学知识应用于实际问题。未来展望探讨机械设计领域的发展趋势