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1、机机 械械 设设 计计 基基 础础 “机械设计基础机械设计基础”是一门技术基础课程。是一门技术基础课程。 主要研究机器中主要研究机器中常用机构常用机构和和通用零件通用零件的工作原理、结构的工作原理、结构特点、基本的工作原理和计算方法。特点、基本的工作原理和计算方法。 通过本课程的学习，能综合运用先修课程的知识（如机通过本课程的学习，能综合运用先修课程的知识（如机械制图、工程力学等），培养初步具有简单机械传动装械制图、工程力学等），培养初步具有简单机械传动装置的认识、维修能力，为进一步学习专业课和今后从事置的认识、维修能力，为进一步学习专业课和今后从事相关工作打下基础。相关工作打下基础。基本要求
2、基本要求 （1）掌握）掌握常用机构常用机构的组成、运动特性，初步具有分析常的组成、运动特性，初步具有分析常用机构的能力。用机构的能力。 （2）掌握）掌握通用机械零件通用机械零件的工作原理、结构特点、设计计的工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识，并具有设计简单机械传动装置的能力。算和维护等知识，并具有设计简单机械传动装置的能力。 （3）具有应用）具有应用标准、规范、手册、图册标准、规范、手册、图册等有关技术资料等有关技术资料的能力。的能力。 （4）获得）获得实验技能实验技能的初步训练。的初步训练。 项目一项目一 机械传动装置概述机械传动装置概述本课程的研究对象本课程的研究对象：机械机械 机械
3、为机械为机器机器与与机构机构的总称的总称任务一任务一 带式输送机机械传动装置的认识带式输送机机械传动装置的认识带式输送机，又称为胶带输送机（俗称带式输送机，又称为胶带输送机（俗称“皮带皮带”），是一种重要的散状物料），是一种重要的散状物料运输设备，输送能力大、耗电量小、连续输送，被广泛应用于各个行业。带式运输设备，输送能力大、耗电量小、连续输送，被广泛应用于各个行业。带式输送机传动装置主要采用输送机传动装置主要采用V带传动和一级闭式齿轮传动，机械传动装置如图带传动和一级闭式齿轮传动，机械传动装置如图1-1所示。所示。带式输送机机械传动装置主要包含带传动、齿轮传动、轴、轴承、键连接带式输送机机械
4、传动装置主要包含带传动、齿轮传动、轴、轴承、键连接、螺纹连接等零部件的设计与选用，是本门课程学习的主要内容。、螺纹连接等零部件的设计与选用，是本门课程学习的主要内容。任务二任务二 机械设计基本知识的认识机械设计基本知识的认识一、机器机器 工厂中：车床、铣床、刨床、磨床、压床等。工厂中：车床、铣床、刨床、磨床、压床等。 农村中：拖拉机、收割机等。农村中：拖拉机、收割机等。 家庭中：冰箱、洗衣机、自行车等家庭中：冰箱、洗衣机、自行车等。 机器具有以下共同特征：机器具有以下共同特征：（1）机器的主体是若干机构的组合；）机器的主体是若干机构的组合；（2）用于传递运动和动力；）用于传递运动和动力；（3）
5、具有变换或传递能量、物料或信息的功能。）具有变换或传递能量、物料或信息的功能。润滑、显示、照明等辅助系统机器的组成动力装置传动装置传动装置执行装置控制系统 传动装置传动装置在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动方式的在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动方式的装置。装置。机械传动装置是本课程研究的主要内容之一。机械传动装置是本课程研究的主要内容之一。 二、二、机构机构 机构是机构是若干构件若干构件的组合，各构件间具有确定的相对运的组合，各构件间具有确定的相对运动，但不具备机器的变换或传递能量、物料、信息的功能。动，但不具备机器的变换或传递能量、物料、信息的功能。 常用机构：常用机构： 连杆
6、机构、凸轮机构、间歇机构、齿轮机构等。连杆机构、凸轮机构、间歇机构、齿轮机构等。连杆机构连杆机构齿轮机构齿轮机构凸轮机构凸轮机构间歇机构间歇机构三、构件和零件三、构件和零件1. 构件构件构件：机构中作相对运动的各个运动单元。构件：机构中作相对运动的各个运动单元。 构件是运动的单元：可能是单一的刚体或是多个零件构件是运动的单元：可能是单一的刚体或是多个零件的刚性组合。如；内燃机中的曲轴或连杆。的刚性组合。如；内燃机中的曲轴或连杆。连杆1连杆体；2连杆盖；3、4、5轴瓦；6螺栓；7螺母；8销曲轴2. 零件零件零件是零件是机器中机器中的制造单元。制造单元。零件分为两类：零件分为两类： （1）通用零件
7、：各种机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴承、弹簧、）通用零件：各种机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴承、弹簧、螺栓等。螺栓等。 （2）专用零件：特定类型机器中所使用的零件，如曲轴、活塞、叶片、）专用零件：特定类型机器中所使用的零件，如曲轴、活塞、叶片、吊钩等。吊钩等。 2. 研究各种研究各种通用机械零件通用机械零件（连接件、传动件、轴系件连接件、传动件、轴系件等等）的结构、特点及工作原理、选用原则、设计和计算方）的结构、特点及工作原理、选用原则、设计和计算方法、使用及维护等。法、使用及维护等。四、本课程研究的内容四、本课程研究的内容 1. 常用机构常用机构（连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间连杆机构
8、、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机构歇运动机构）的组成形式和运动特性、选用原则，以及）的组成形式和运动特性、选用原则，以及机器动力学基础知识。机器动力学基础知识。 2.经济性要求经济性要求。经济性要求贯穿于零件设计的全过程，。经济性要求贯穿于零件设计的全过程，要零件成本低廉要零件成本低廉。五、机械零件的基本设计要求五、机械零件的基本设计要求 1. 使用要求使用要求。设计的零件应在预定的使用寿命周期设计的零件应在预定的使用寿命周期内按规定的工作条件可靠地工作。内按规定的工作条件可靠地工作。六、六、机械零件设计的一般过程机械零件设计的一般过程（1 1）根据零件的功能及使用要求，选择零件类型并拟定）根
9、据零件的功能及使用要求，选择零件类型并拟定计算简图。计算简图。（2 2）分析零件的受力状况，考虑各种因素对载荷的影响）分析零件的受力状况，考虑各种因素对载荷的影响，确定计算载荷。，确定计算载荷。（3 3）根据零件的工作条件，合理选择材料及热处理方法）根据零件的工作条件，合理选择材料及热处理方法，并确定许用应力。，并确定许用应力。（4 4）分析零件可能的失效形式，确定设计准则，确定零）分析零件可能的失效形式，确定设计准则，确定零件的基本尺寸。件的基本尺寸。（5 5）确定零件的主要参数和几何尺寸，确定零件结构。）确定零件的主要参数和几何尺寸，确定零件结构。（6 6）绘制零件工作图，拟定技术要求。）
10、绘制零件工作图，拟定技术要求。产品规划产品规划结构方案设计结构方案设计原理方案设计原理方案设计技术技术设计设计施工设计施工设计可行性报告可行性报告设计任务书设计任务书原理方案图原理方案图结构设计草图结构设计草图总装配图总装配图部装图、零件图部装图、零件图技术文档技术文档投产和售后服务投产和售后服务七、七、机械零件的失效分析及设计计算准则机械零件的失效分析及设计计算准则1.1.机械零件的失效分析机械零件的失效分析 机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低至许用值以下机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低至许用值以下的现象，称为机械零件的失效。的现象，称为机械零件的失效。 强度不够所引起的破坏是最常
11、见的零件失效形式。强度不够所引起的破坏是最常见的零件失效形式。 零件的失效形式有磨损、表面压溃、塑性变形、打滑、过零件的失效形式有磨损、表面压溃、塑性变形、打滑、过量弹性变形、疲劳点蚀、胶合、断裂、振动失效等。量弹性变形、疲劳点蚀、胶合、断裂、振动失效等。七、七、机械零件的失效分析及设计计算准则机械零件的失效分析及设计计算准则2.2.设计计算准则设计计算准则 零件抵抗失效的安全工作限度称为零件的工作能力。零件抵抗失效的安全工作限度称为零件的工作能力。 根据不同失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为零根据不同失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为零件的设计计算准则，主要有强度准则、刚度准则、
12、耐磨性件的设计计算准则，主要有强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则、散热性淮则、可靠性准则。准则、振动稳定性准则、散热性淮则、可靠性准则。任务任务三三 电动机的选择及参数计算电动机的选择及参数计算 带式输送机原动部分为电动机，是整个机器的动力来带式输送机原动部分为电动机，是整个机器的动力来源。电动机已经标准化、系列化，需按照工作机的要求源。电动机已经标准化、系列化，需按照工作机的要求，根据传动方案选择电动机的类型、容量和转速，并在，根据传动方案选择电动机的类型、容量和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。产品目录中查出其型号和尺寸。一、一、电动机的类型和结构形式的选择电动机的类型和结
13、构形式的选择 电动机按照工作电源种类可以分为直流电动机和交流电动机电动机按照工作电源种类可以分为直流电动机和交流电动机，一般工厂都采用三相交流电，因此多采用交流电动机，其中，一般工厂都采用三相交流电，因此多采用交流电动机，其中以普通型异步电动机应用最多。以普通型异步电动机应用最多。 目前应用最广的是目前应用最广的是Y Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机，其系列自扇冷式笼型三相异步电动机，其结构简单、启动性能好、工作可靠、价格低廉、维护方便，适结构简单、启动性能好、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合。用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合
14、。 在经常需要启动、制动和正、反转的场合（如起重机），则在经常需要启动、制动和正、反转的场合（如起重机），则要求电动机转动惯量小、过载能力大，应选用起重及冶金用三要求电动机转动惯量小、过载能力大，应选用起重及冶金用三相异步电动机相异步电动机YZYZ型（笼型）或型（笼型）或YZRYZR型（绕线型）型（绕线型）。二、确定电动机功率二、确定电动机功率 电动机功率的选择直接影响到电动机的工作性能和经济性能电动机功率的选择直接影响到电动机的工作性能和经济性能的好坏。的好坏。如果所选电动机功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，使电如果所选电动机功率小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，使电动机经常
15、过载而提早损坏动机经常过载而提早损坏；如果所选电动机功率过大，则电动机经常不能满载运行，功率因数和效如果所选电动机功率过大，则电动机经常不能满载运行，功率因数和效率较低，从而增加电能消耗、造成浪费。率较低，从而增加电能消耗、造成浪费。确定电动机功率的原则是电动机的额定功率确定电动机功率的原则是电动机的额定功率PePe稍大于电动机工稍大于电动机工作功率作功率PdPd，即，即PePdPePd，这样电动机在工作时就不会过热，这样电动机在工作时就不会过热，一般情况下可以不校验电动机的起动转矩和发热量。一般情况下可以不校验电动机的起动转矩和发热量。三、确定电动机转速三、确定电动机转速 同一类型、相同额定
16、功率的电动机也有几种不同的转速。低同一类型、相同额定功率的电动机也有几种不同的转速。低速电动机的极数多、外廓尺寸及重量较大、价格较高，但可使速电动机的极数多、外廓尺寸及重量较大、价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减小，高转速电动机则与其相反。传动装置的总传动比及尺寸减小，高转速电动机则与其相反。 设计时应综合考虑各方面因素选取适当的电动机转速。三相设计时应综合考虑各方面因素选取适当的电动机转速。三相异步电动机有异步电动机有4 4种常用的同步转速，即种常用的同步转速，即3000r/min3000r/min、1500rmin1500rmin、1000r/min1000r/min、750r/m
17、in750r/min，一般多选用同步转速为，一般多选用同步转速为1500r/min1500r/min或或1000r/min1000r/min的电动机。的电动机。三、确定电动机转速三、确定电动机转速 由工作机的转速要求和传动机构合理传动比范围，推算出电由工作机的转速要求和传动机构合理传动比范围，推算出电动机转速的可选范围，即动机转速的可选范围，即 n nd d= =（i i1 1ii2 2iin n）n nW W 式中：式中：n nd d一电动机可选转速范围；一电动机可选转速范围； i i1 1ii2 2iin n一各级传动机构的合理传动比范围；一各级传动机构的合理传动比范围； n nw w一工作机转速。一工作机转速。 根据选定的电动机类型、结构、容量和转速由设计手册查根据选定的电动机类型、结构、容量和转速由设计手册查出电动机型号，并记录其型号、额定功率、满载转速、中心高出电动机型号，并记录其型号、额定功率、满载转速、中心高、轴伸尺寸、键连接尺寸等。、轴伸尺寸、键连接尺寸等。四、带式输送机电动机的选择和参数计算四、带式输送机电动机的选择和参数计算 V带传动带传动圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动轴和轴承轴和轴承键键螺栓螺栓联轴器联轴器作业：课后练习作业：课后练习