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1、绪论绪论0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念0.2 本课程的性质、内容和任务本课程的性质、内容和任务0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则绪论绪论 人类从使用简单工具到今天能够设计、制造和利用现代机人类从使用简单工具到今天能够设计、制造和利用现代机械改造自然，造福社会，经历了漫长的过程。如今，人们的械改造自然，造福社会，经历了漫长的过程。如今，人们的日常生活和工作中已广泛使用着各种各样的机械，人们也越日常生活和工作中已广泛使用着各种各样的机械，人们也越来越离不开机械。在当今世界，机械的设计水平和机械化程来越离不开机械。在当今世界，机械的设计水平和机械化程度已成
2、为衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。因此度已成为衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。因此努力学习机械方面的基础知识，掌握机械方面的基本技能是努力学习机械方面的基础知识，掌握机械方面的基本技能是十分必要的。十分必要的。返回0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 1.机器与机构机器与机构 为了满足生活和生产的需要，人们普遍使用着各种各样的为了满足生活和生产的需要，人们普遍使用着各种各样的机器，人们熟知的如汽车、火车、飞机、轮船、自行车、洗机器，人们熟知的如汽车、火车、飞机、轮船、自行车、洗衣机、发电机和各种机床等都是机器。机器的种类繁多，其衣机、发电机和各种机床等都是机器。
3、机器的种类繁多，其结构、性能和用途也各不相同，但在机器的组成、运动和功结构、性能和用途也各不相同，但在机器的组成、运动和功能关系上都具有一些共同的特征。下面来分析两种机器实例。能关系上都具有一些共同的特征。下面来分析两种机器实例。返回下一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 图图0-1所示为单缸内燃机，它是由活塞所示为单缸内燃机，它是由活塞1、连杆、连杆2、曲轴、曲轴3、气缸体气缸体(机架机架)4、齿轮、齿轮5和和6、凸轮、凸轮7、推杆、推杆8、进、排气阀、进、排气阀9和和10等组成。它可把燃料燃烧产生的热能转化为机械能。其具等组成。它可把燃料燃烧产生的热能转化为机械能。其具
4、体工作原理如下体工作原理如下:燃气通过进气阀被下行的活塞燃气通过进气阀被下行的活塞1吸入气缸，吸入气缸，然后进气阀关闭，活塞上行压缩燃气，点火使燃气在气缸中然后进气阀关闭，活塞上行压缩燃气，点火使燃气在气缸中燃烧，燃烧的气体膨胀产生压力，推动活塞下行，通过连杆燃烧，燃烧的气体膨胀产生压力，推动活塞下行，通过连杆带动曲轴转动，向外输出机械能。当活塞再次上行时，排气带动曲轴转动，向外输出机械能。当活塞再次上行时，排气阀打开，废气通过排气阀排出。阀打开，废气通过排气阀排出。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 这种内燃机可视为下列三部分的组合这种内燃机可视为下列三部分
5、的组合:主体部分主体部分(由活塞、由活塞、连杆、曲柄和机架构成连杆、曲柄和机架构成)，其作用是将活塞的往复移动转化为，其作用是将活塞的往复移动转化为曲柄的连续转动曲柄的连续转动;控制部分控制部分(由凸轮、推杆和机架构成由凸轮、推杆和机架构成)，其作，其作用是将凸轮的连续转动转变为推杆的往复移动用是将凸轮的连续转动转变为推杆的往复移动;传动部分传动部分(由由齿轮和机架构成齿轮和机架构成)，其作用是改变转速的大小和方向。，其作用是改变转速的大小和方向。又如又如图图0-2所示的颚式碎矿机。它主要是由机架所示的颚式碎矿机。它主要是由机架1、动颚板、动颚板2、杆件杆件3、4、5和曲轴和曲轴6等组成。当电
6、动机等组成。当电动机(图中未示出图中未示出)驱动曲驱动曲轴绕轴心轴绕轴心A连续转动时，动颚板绕轴心连续转动时，动颚板绕轴心F做往复摆动，从而将做往复摆动，从而将矿石轧碎。矿石轧碎。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 从以上两个实例可以看出，尽管这些机器结构、性能和用从以上两个实例可以看出，尽管这些机器结构、性能和用途不同，但却具有以下共同特征途不同，但却具有以下共同特征:都是一种人为的实物组合体都是一种人为的实物组合体;各实体间具有确定的相对运动各实体间具有确定的相对运动;能做有用的机械功或进行功能做有用的机械功或进行功能转换。能转换。凡具备上述三个特征的实物
7、组合体称为机器，也可以说机凡具备上述三个特征的实物组合体称为机器，也可以说机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息等。息等。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 具有前两个特征的实物组合体称为机构，可见，机构是具具有前两个特征的实物组合体称为机构，可见，机构是具有确定相对运动的实物组合体，它的作用是传递运动和力，有确定相对运动的实物组合体，它的作用是传递运动和力，它能实现各种预期的机械运动。机构中接受外部给定运动规它能实现各种预期的机械运动。机构中接受外部给定运动规律的活动构件称为主动件，随主动
8、件的运动而运动的活动构律的活动构件称为主动件，随主动件的运动而运动的活动构件称为从动件，支承活动构件的构件称为固定件件称为从动件，支承活动构件的构件称为固定件(机架机架)。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 从组成上看，机构是机器的主要组成部分，一台机器可由从组成上看，机构是机器的主要组成部分，一台机器可由一个机构组成，也可由多个机构组成。一个机构组成，也可由多个机构组成。图图0-1所示的内燃机中，所示的内燃机中，就包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等多个机构。从功能就包括连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等多个机构。从功能上看，机器能做有用的机械功或完成能量形式的转
9、换，上看，机器能做有用的机械功或完成能量形式的转换，图图0-2所示的颚式碎矿机工作时即是将电能转化为机械能，而机构所示的颚式碎矿机工作时即是将电能转化为机械能，而机构主要用于传递和转换运动。若单从运动上来看，机器与机构主要用于传递和转换运动。若单从运动上来看，机器与机构并无本质区别，因此，常把机器与机构统称为机械。并无本质区别，因此，常把机器与机构统称为机械。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 机械一般由以下几个部分组成机械一般由以下几个部分组成:原动机、传动部分和工作机。原动机、传动部分和工作机。原动机是机械的动力来源，它主要为工作机提供运动和动力。原动机是
10、机械的动力来源，它主要为工作机提供运动和动力。常用的原动机有电动机、内燃机和液压机等。传动部分处于常用的原动机有电动机、内燃机和液压机等。传动部分处于原动机和工作机之间，其作用是将原动机的运动和动力传给原动机和工作机之间，其作用是将原动机的运动和动力传给工作机。工作机是执行工作任务的部分，处于整个传动路线工作机。工作机是执行工作任务的部分，处于整个传动路线的终端。随着微电子技术、计算机技术和自动检测技术等的的终端。随着微电子技术、计算机技术和自动检测技术等的发展，现代机械又增加了控制部分和检测部分，使机械的结发展，现代机械又增加了控制部分和检测部分，使机械的结构、功能达到了更高的水平。构、功能
11、达到了更高的水平。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 2.零件、构件和部件零件、构件和部件 从制造角度来看，机器是由若干个零件装配而成的，零件从制造角度来看，机器是由若干个零件装配而成的，零件是构成机器的基本要素，是机器中不可拆卸的制造单元。从是构成机器的基本要素，是机器中不可拆卸的制造单元。从运动角度来看，机器是由若干个运动的单元所组成，这种运运动角度来看，机器是由若干个运动的单元所组成，这种运动单元称为构件。构件可以是一个单独的零件，如动单元称为构件。构件可以是一个单独的零件，如图图0-1中的中的齿轮，也可以是若干个零件刚性连接而成，如内燃机中的连齿轮，也
12、可以是若干个零件刚性连接而成，如内燃机中的连杆杆(图图0-3)，它是由连杆体，它是由连杆体1、轴套、轴套2、连杆盖、连杆盖3、轴瓦、轴瓦4、螺杆、螺杆5和螺母和螺母6等零件刚性连接而成。等零件刚性连接而成。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 零件按其是否具有通用性可以分为两大类零件按其是否具有通用性可以分为两大类:一类是通用零件，一类是通用零件，它的应用很广泛，几乎在任何一部机器中都能找到它，如齿它的应用很广泛，几乎在任何一部机器中都能找到它，如齿轮、轴、螺母、销钉、键等轮、轴、螺母、销钉、键等;另一类是专用零件，它仅用于某另一类是专用零件，它仅用于某些机器中
13、，常可表征该机器的特点，如内燃机中的活塞些机器中，常可表征该机器的特点，如内燃机中的活塞(图图0-1)、起重机的吊钩等。、起重机的吊钩等。返回下一页上一页0.1 机构、机器与机械的概念机构、机器与机械的概念 工程中也常将一组协同工作的零件分别装配或制造成一个工程中也常将一组协同工作的零件分别装配或制造成一个个相对独立的组合体，然后再装配成整机，这种组合体常称个相对独立的组合体，然后再装配成整机，这种组合体常称为部件为部件(或组件或组件)，如汽车的发动机、变速器及后桥等，车床，如汽车的发动机、变速器及后桥等，车床的主轴箱、尾座、进给箱以及自行车的脚蹬子等部件。将机的主轴箱、尾座、进给箱以及自行车
14、的脚蹬子等部件。将机器看成是由零部件组成的，不仅有利于装配，也有利于机器器看成是由零部件组成的，不仅有利于装配，也有利于机器的设计、运输、安装和维修等。的设计、运输、安装和维修等。返回上一页0.2 本课程的性质、内容和任务本课程的性质、内容和任务 本课程是一门理论性和实践性都很强的专业技术基础课，本课程是一门理论性和实践性都很强的专业技术基础课，是后续专业课程学习或解决工程实际问题的必备基础，是机是后续专业课程学习或解决工程实际问题的必备基础，是机械类和近机类专业的主干基础课程。本课程的研究对象为工械类和近机类专业的主干基础课程。本课程的研究对象为工程机械中的常用机构及一般工作条件下和常用参数
15、范围内的程机械中的常用机构及一般工作条件下和常用参数范围内的通用零部件。主要研究其工作原理、种类、结构特点、基本通用零部件。主要研究其工作原理、种类、结构特点、基本设计理论、设计计算方法和选用及维护等方法设计理论、设计计算方法和选用及维护等方法;通过对本课程通过对本课程的学习，初步具备一般机构和零部件的分析和设计能力。的学习，初步具备一般机构和零部件的分析和设计能力。返回下一页0.2 本课程的性质、内容和任务本课程的性质、内容和任务 本课程的主要任务有以下几点本课程的主要任务有以下几点:(1)了解常用机构的结构、运动特性，初步具有分析和设计了解常用机构的结构、运动特性，初步具有分析和设计常用机
16、构的能力。常用机构的能力。(2)掌握通用零件的工作原理、结构特点、设计计算和维护掌握通用零件的工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识，并初步具有设计简单机械传动装置的能力。等知识，并初步具有设计简单机械传动装置的能力。(3)具有运用标准、规范、手册查阅相关技术资料的能力。具有运用标准、规范、手册查阅相关技术资料的能力。(4)获得本学科实验技能的初步训练。获得本学科实验技能的初步训练。(5)通过本课程的学习为后续专业课程打好基础。通过本课程的学习为后续专业课程打好基础。返回上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 1.机械设计的基本要求机械设计的基本要求 机械设计是人们从
17、生产和生活的实际需要出发，运用设计机械设计是人们从生产和生活的实际需要出发，运用设计理论、方法和技能，经过构思、计算、绘图等过程，创造新理论、方法和技能，经过构思、计算、绘图等过程，创造新机械的活动。机械设计可以是开发新产品，也可以是改造现机械的活动。机械设计可以是开发新产品，也可以是改造现有的机械。尽管机械产品的类型很多，但其设计应满足的基有的机械。尽管机械产品的类型很多，但其设计应满足的基本要求却大致相同，主要有以下几个方面本要求却大致相同，主要有以下几个方面:返回下一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 (1)实现预定功能的要求。这是机械设计最根本的出发点。实现预定
18、功能的要求。这是机械设计最根本的出发点。机械产品必须满足用户对所需要的功能的要求，并在规定条机械产品必须满足用户对所需要的功能的要求，并在规定条件下、规定时间内正常运转。为此，必须正确选择机器的工件下、规定时间内正常运转。为此，必须正确选择机器的工作原理、机构类型和机械传动方案，合理设计零件，满足运作原理、机构类型和机械传动方案，合理设计零件，满足运动性能、动力性能、技术指标和外形结构等方面的要求。动性能、动力性能、技术指标和外形结构等方面的要求。(2)可靠性和安全性要求。机械产品的可靠性是由组成机械可靠性和安全性要求。机械产品的可靠性是由组成机械的零部件的可靠性保证的。只有零部件可靠性高，才
19、能使系的零部件的可靠性保证的。只有零部件可靠性高，才能使系统的可靠性高。安全性要求是要保证操作者的安全和机械设统的可靠性高。安全性要求是要保证操作者的安全和机械设备的安全，并保证设备对周围环境无危害，设置过载保护和备的安全，并保证设备对周围环境无危害，设置过载保护和安全互锁等装置。这是机器正常工作的必要条件。安全互锁等装置。这是机器正常工作的必要条件。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 (3)经济性和社会性要求。经济性要求是指所设计的机械产经济性和社会性要求。经济性要求是指所设计的机械产品在设计、制造方面周期短、成本低品在设计、制造方面周期短、成本低;在使
20、用方面效率高、能在使用方面效率高、能耗少、生产率高、维护与管理的费用少等。应该指出，在机耗少、生产率高、维护与管理的费用少等。应该指出，在机械中采用标准零件，不仅可以优化设计，保证互换性，便于械中采用标准零件，不仅可以优化设计，保证互换性，便于机械的修配，而且有利于保证零件的质量并降低其成本。此机械的修配，而且有利于保证零件的质量并降低其成本。此外，机械产品应操作方便、安全，具有宜人的外形和色彩，外，机械产品应操作方便、安全，具有宜人的外形和色彩，符合国家环境保护和劳动法规的要求。符合国家环境保护和劳动法规的要求。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 (4)
21、推行标准化要求。机械产品规格、参数要符合国家标准，推行标准化要求。机械产品规格、参数要符合国家标准，零部件应最大限度地与同类产品互换通用，产品应成系列发零部件应最大限度地与同类产品互换通用，产品应成系列发展，推行标准化、系列化、通用化，提高标准化程度和水平。展，推行标准化、系列化、通用化，提高标准化程度和水平。(5)其他特殊要求。有些机械产品由于工作环境和要求不同，其他特殊要求。有些机械产品由于工作环境和要求不同，对设计提出了某些特殊要求。例如，对航空飞行器有质量小、对设计提出了某些特殊要求。例如，对航空飞行器有质量小、飞行阻力小和运载能力强的要求飞行阻力小和运载能力强的要求;流动使用的机械流
22、动使用的机械(如塔式起如塔式起重机、钻探机等重机、钻探机等)要便于安装、拆卸和运输要便于安装、拆卸和运输;对机床有长期保对机床有长期保持精度的要求持精度的要求;对食品、印刷、纺织、造纸机械等则要求保持对食品、印刷、纺织、造纸机械等则要求保持清洁，不得污染产品的要求等。清洁，不得污染产品的要求等。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 2.机械设计应遵循的基本原则机械设计应遵循的基本原则 (1)以市场需求为导向的原则。机械设计作为一种生产活动，以市场需求为导向的原则。机械设计作为一种生产活动，与市场是紧密联系在一起的。从确定设计任务、使用要求、与市场是紧密联系在
23、一起的。从确定设计任务、使用要求、技术指标、设计与制造工期到拿出总体方案、进行可行性论技术指标、设计与制造工期到拿出总体方案、进行可行性论证、综合效用分析证、综合效用分析(尤其是实际使用效果的综合分析尤其是实际使用效果的综合分析)、盈亏、盈亏分析直至具体设计、试制、鉴定、产品投放市场后的信息反分析直至具体设计、试制、鉴定、产品投放市场后的信息反馈等都是紧紧围绕市场需求来运作的。设计人员要时刻想着馈等都是紧紧围绕市场需求来运作的。设计人员要时刻想着如何设计才能使产品更具竞争力，能够占领市场，受到用户如何设计才能使产品更具竞争力，能够占领市场，受到用户青睐。青睐。返回下一页上一页0.3 机械设计的
24、基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 (2)创造性原则。创造是人类的本质。人类如果不发挥自己创造性原则。创造是人类的本质。人类如果不发挥自己的创造性，生产就不能发展，科技就不会进步，也不会有人的创造性，生产就不能发展，科技就不会进步，也不会有人类的今天。设计只有作为一种创造性活动才具有强大的生命类的今天。设计只有作为一种创造性活动才具有强大的生命力。因循守旧，不敢创新，只能永远落在别人后面。特别是力。因循守旧，不敢创新，只能永远落在别人后面。特别是在当今世界科技飞速发展的情况下，在机械设计中贯彻创造在当今世界科技飞速发展的情况下，在机械设计中贯彻创造性原则尤为重要。性原则尤为重要。(3)标准
25、化、系列化、通用化原则。标准化、系列化、通用标准化、系列化、通用化原则。标准化、系列化、通用化简称为机械产品的化简称为机械产品的“三化三化”。“三化三化”是我国现行的一项是我国现行的一项很重要的技术政策，在机械设计中要认真贯彻执行。很重要的技术政策，在机械设计中要认真贯彻执行。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 标准化就是对产品标准化就是对产品(特别是零部件特别是零部件)的尺寸、结构要素、材的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法和制图要求等方面的技术指标料性能、检验方法、设计方法和制图要求等方面的技术指标制定出各种大家共同遵守的标准。实行标准化，能
26、以最先进制定出各种大家共同遵守的标准。实行标准化，能以最先进的技术在专门化工厂中对应用面极广、数量巨大的已标准化的技术在专门化工厂中对应用面极广、数量巨大的已标准化的零件的零件(称为标准件称为标准件)进行大量的、集中的制造，以提高质量、进行大量的、集中的制造，以提高质量、降低成本降低成本;采用标准结构和标准件，可以简化设计上作，缩短采用标准结构和标准件，可以简化设计上作，缩短设计周期，提高设计质量。此外，实行标准化还统一了材料设计周期，提高设计质量。此外，实行标准化还统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较，并提高了零件性能和零件的性能指标，使其能够进行比较，并提高了零件性能的可靠性。的可
27、靠性。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 现已发布的与机械零部件设计有关的标准，从使用范围上现已发布的与机械零部件设计有关的标准，从使用范围上来讲，分为国家标准来讲，分为国家标准(GB)、行业标准、行业标准(如机械行业标准如机械行业标准JB)和和企业标准三个等级。国家标准分为强制性国家标准，其代号企业标准三个等级。国家标准分为强制性国家标准，其代号为为GBXXXX(为标准序号为标准序号)-XXXX(为批准年代为批准年代);推荐推荐J隆国家隆国家标准，其代号为标准，其代号为(iB!TXXXX-XXXX。强制性国家标准只占整。强制性国家标准只占整个国家标准中的
28、极少数，但必须严格遵照执行，否则就是违个国家标准中的极少数，但必须严格遵照执行，否则就是违法。推荐性国家标准占到整个国家标准中的绝大多数，如无法。推荐性国家标准占到整个国家标准中的绝大多数，如无特殊理由和需要，也应当遵守这些标准，以期获得良好的效特殊理由和需要，也应当遵守这些标准，以期获得良好的效果。目前，我国的某些标准正在迅速向国际标准化组织标准果。目前，我国的某些标准正在迅速向国际标准化组织标准(ISO)靠拢。靠拢。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 为了组织生产，常将一种产品的主要参数系列化，称为产为了组织生产，常将一种产品的主要参数系列化，称为产品
29、系列化。不同的产品中，可以有些零部件是相同的，这称品系列化。不同的产品中，可以有些零部件是相同的，这称为零部件的通用化。为零部件的通用化。贯彻贯彻“三化三化”的好处主要是的好处主要是:减轻了设计工作量，有利于提减轻了设计工作量，有利于提高设计质量并缩短生产周期高设计质量并缩短生产周期;减少了刀具和量具的规格，便于减少了刀具和量具的规格，便于设计与制造，从而降低其成本设计与制造，从而降低其成本;便于组织标准件的规模化、专便于组织标准件的规模化、专门化生产，易于保证产品质量、节约材料、降低成本门化生产，易于保证产品质量、节约材料、降低成本;提高了提高了互换性，便于维修互换性，便于维修;便于国家的宏
30、观管理与调控以及内、外贸便于国家的宏观管理与调控以及内、外贸易易;便于评价产品质量，解决经济纠纷等。便于评价产品质量，解决经济纠纷等。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 (4)整体优化原则。机械设计要贯彻整体优化原则。机械设计要贯彻“系统论系统论”和优化的思和优化的思想。性能最好的机器其内部零件不一定是最好的想。性能最好的机器其内部零件不一定是最好的;性能最好的性能最好的机器也不一定是效益最好的机器机器也不一定是效益最好的机器;只要是有利于整体优化，机只要是有利于整体优化，机械部件也可以考虑用电子或其他元器件代替。总之，设计人械部件也可以考虑用电子或其他元
31、器件代替。总之，设计人员要将设计方案放在大系统中去考察，寻求最优，要从经济、员要将设计方案放在大系统中去考察，寻求最优，要从经济、技术、社会效益等各个方面去分析、计算，权衡利弊，尽量技术、社会效益等各个方面去分析、计算，权衡利弊，尽量使设计效果达到最佳。使设计效果达到最佳。返回下一页上一页0.3 机械设计的基本要求和原则机械设计的基本要求和原则 (5)联系实际原则。所有的设计都不要脱离实际。设计人员联系实际原则。所有的设计都不要脱离实际。设计人员要考虑当前的原材料供应情况、企业的生产条件、用户的使要考虑当前的原材料供应情况、企业的生产条件、用户的使用条件和要求等。用条件和要求等。(6)人机工程原则。机器是为人服务的，但也是需要人去操人机工程原则。机器是为人服务的，但也是需要人去操作使用的。如何使机器适应人的操作要求，人机合一后，投作使用的。如何使机器适应人的操作要求，人机合一后，投人产出比最高，整体效果最好，这是摆在设计人员面前的一人产出比最高，整体效果最好，这是摆在设计人员面前的一个课题。好的设计一定要符合人机工程学原理。个课题。好的设计一定要符合人机工程学原理。返回上一页图图0-1 单缸内燃机单缸内燃机返回图图0-2 颚式碎矿机颚式碎矿机返回图图0-3 连杆的组成连杆的组成返回