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1、绪论绪论-概论概论 第一章第一章 绪绪 论论本章主要解决本章主要解决3个问题：个问题：1）为什么学？）为什么学？2）学什么？）学什么？3）怎么学？）怎么学？承担人力所不能或不便的工作；承担人力所不能或不便的工作；提高生产效率和产品质量；提高生产效率和产品质量；便于社会化大生产。便于社会化大生产。机械的作用机械的作用社会生产力社会生产力机械化机械化自动化自动化国家工业化水平的标志。国家工业化水平的标志。概述：概述：o 目前，我国制造业和装备制造业的工业增加值已目前，我国制造业和装备制造业的工业增加值已居世界第居世界第4位。但总体规模只相当于美国的位。但总体规模只相当于美国的1/5和日和日本的本的
2、1/4强；强；o 重大的先进的重大的先进的基础机械基础机械，即制造装备的装备，主，即制造装备的装备，主要包括机床、工业机器人、自动化生产线等；要包括机床、工业机器人、自动化生产线等；o 重要的机械重要的机械基础元件基础元件，主要是先进的液压、气动、，主要是先进的液压、气动、轴承、密封、模具、刀具等。轴承、密封、模具、刀具等。装备制造业装备制造业：概述：概述：o 机床是机械工业的基本生产设备；机床是机械工业的基本生产设备；o 机械产品的零件通常都是用机床加工出来的，机机械产品的零件通常都是用机床加工出来的，机床的品种、质量和加工效率直接影响着其他机械产床的品种、质量和加工效率直接影响着其他机械产
3、品的生产技术水平；品的生产技术水平；o 机床工业的现代化水平和规模，是一个国家工业机床工业的现代化水平和规模，是一个国家工业发达程度的重要标志之一。发达程度的重要标志之一。机床技术机床技术（工作母机）：（工作母机）：概述：概述：概述：概述：各种机床各种机床车床、车床、铣床、磨床、刨床铣床、磨床、刨床铣床铣床车床车床磨床磨床龙门刨床龙门刨床o 集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体；等多门学科于一体；o 是一个国家高科技实力和发展水平的体现，是是一个国家高科技实力和发展水平的体现，是当代科技的研究热点；当代科技的研究热点；o 在人类生产、
4、生活中有着广泛的用途。在人类生产、生活中有着广泛的用途。机器人技术：机器人技术：概述：概述：概述：概述：点焊机器人点焊机器人工业机器人工业机器人焊接、焊接、搬运、喷漆、装配搬运、喷漆、装配搬运机器人搬运机器人喷漆机器人喷漆机器人汽车装配机器人汽车装配机器人概述：概述：空间机器人空间机器人星球探测器、星球探测器、飞船飞船美勇气号火星探测器美勇气号火星探测器美国美国“阿波罗阿波罗”月球车月球车美国国家航空航天局多用途载人飞船美国国家航空航天局多用途载人飞船神州五号载人飞船神州五号载人飞船概述：概述：无人机无人机水下机器人水下机器人军用机器人军用机器人天上、水下、天上、水下、运输、侦察运输、侦察侦察
5、机器人侦察机器人战斗中搬运机器狗战斗中搬运机器狗概述：概述：外科手术机器人系统外科手术机器人系统医用机器人医用机器人手术、手术、康复康复下肢康复机器人下肢康复机器人概述：概述：迎宾机器人迎宾机器人机器人服务员机器人服务员拟人机器人拟人机器人迎宾、服务、指挥迎宾、服务、指挥指挥机器人指挥机器人各类元器件：各类元器件：概述：概述：注塑模具注塑模具液压马达液压马达液压缸液压缸冲压模具冲压模具各类元器件：各类元器件：概述：概述：铣削加工铣削加工车削加工车削加工滚齿加工滚齿加工1.1 机械的组成及本课程研究对象机械的组成及本课程研究对象 其它辅助系统：例如润滑、显示、照明等其它辅助系统：例如润滑、显示、
6、照明等动力系统动力系统传动系统传动系统执行系统执行系统控制系统控制系统1.1.1 1.1.1 机械的组成：机械的组成：1.从功能方面看从功能方面看四个基本部分及其它辅助部分四个基本部分及其它辅助部分车床车床CL6140机械加工设备的组成机械加工设备的组成动力系统动力系统电动机电动机传动系统传动系统床头箱、滚珠丝杠等床头箱、滚珠丝杠等执行系统执行系统溜板箱、刀具等溜板箱、刀具等 示教板示教板输入控制命令输入控制命令或控制程序或控制程序控制系统控制系统控制操作机各关控制操作机各关节内伺服电机的节内伺服电机的运动运动工业机器人的组成工业机器人的组成操作机操作机每个关节内有电动机每个关节内有电动机和减
7、速器和减速器工作部分工作部分控制控制动力、传动、执行动力、传动、执行抽油机组成抽油机组成抽油机的组成抽油机的组成动力动力控制控制传动传动执行执行2.从制造安装方面看：从制造安装方面看：任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。的零件组合在一起的组合体。例如：轴承，联轴器，减速器，发动机。例如：轴承，联轴器，减速器，发动机。机械部件：机械部件：专用零件：专用零件：汽轮机的叶片、汽缸缸体等；汽轮机的叶片、汽缸缸体等；通用零件：通用零件：齿轮、螺
8、栓等。齿轮、螺栓等。机械零件：机械零件：是机械制造过程中不可分拆的最小单元是机械制造过程中不可分拆的最小单元 工业机器人工业机器人机械结构机械结构6自由度工业机器人自由度工业机器人工业机器人的组成工业机器人的组成工业机器人工业机器人关节结构关节结构机器人关节机器人关节模块化关节模块化关节工业机器人的组成工业机器人的组成齿轮齿轮 花键花键 轴承轴承机床的组成机床的组成车床床头箱车床床头箱箱体箱体 变速系统变速系统1.1.2 机械设计课的研究对象：机械设计课的研究对象：研究机械中一般工作条件下及常用参数范围内研究机械中一般工作条件下及常用参数范围内的通用零部件的的通用零部件的工作原理、结构特点、基
9、本设计理工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法论和设计计算方法。通用零部件分通用零部件分4类类1）连接零件）连接零件 螺纹（螺栓螺母）、键销、异形连接等；螺纹（螺栓螺母）、键销、异形连接等；2）传动零件）传动零件 带、链、齿轮、蜗轮蜗杆、减速器等；带、链、齿轮、蜗轮蜗杆、减速器等；3）轴系部件）轴系部件 轴、轴承、联轴器、离合器、制动器等；轴、轴承、联轴器、离合器、制动器等；4）其他零件）其他零件 弹簧、机架等弹簧、机架等课程的任务：课程的任务：培养学生初步掌握机械设计的能力培养学生初步掌握机械设计的能力1.2 课程的性质和任务课程的性质和任务1）机械系统的总体方案设计；）机械系统的总
10、体方案设计；2）零部件工作能力设计：强度、刚度等设计计算；）零部件工作能力设计：强度、刚度等设计计算；3）结构设计：构造、工艺等。）结构设计：构造、工艺等。课程性质：课程性质：设计性课程设计性课程 技术基础课技术基础课 二级齿轮减速器二级齿轮减速器连接件连接件 螺栓、键螺栓、键传动件传动件 齿轮齿轮轴系件轴系件 轴、轴承轴、轴承其他件其他件 机架等机架等各种通用零件的应用：各种通用零件的应用：结构、工艺结构、工艺1.3 机械设计课的特点和学习方法机械设计课的特点和学习方法 实践性实践性综合性综合性课程的特点课程的特点:由单科向综合由单科向综合由抽象向具体由抽象向具体由理论到实践由理论到实践研究
11、零件的工作原理、类型、特点和使用场合；研究零件的工作原理、类型、特点和使用场合；分析零件的工作条件，受力情况；分析零件的工作条件，受力情况；研究零件的失效形式，提出设计准则；研究零件的失效形式，提出设计准则；选择零件的材料、热处理方式；选择零件的材料、热处理方式；进行强度或寿命计算，确定零件的主要参数；进行强度或寿命计算，确定零件的主要参数；选择其他参数，进行零件的结构设计。选择其他参数，进行零件的结构设计。各章节的知识体系各章节的知识体系:学习方法学习方法运用前修知识运用前修知识抓住设计主线抓住设计主线理论联系实际理论联系实际解决工程问题解决工程问题理论力学理论力学 建立力学模型、进行受力分
12、析；建立力学模型、进行受力分析；材料力学材料力学 强度计算，求强度计算，求、；金属工艺学金属工艺学 零件的加工方法、工艺性；零件的加工方法、工艺性；金属材料及热处理金属材料及热处理选零件材料、热处理方式；选零件材料、热处理方式；机械制图机械制图 按国家制图标准设计；按国家制图标准设计；公差与互换技术公差与互换技术保证零部件功能、装配、保证零部件功能、装配、互换性。互换性。前修的课程前修的课程:教学过程的安排：教学过程的安排：课堂教学：课堂教学：讲大课、习题课；讲大课、习题课；实践教学：实践教学：实验、大作业、小作业；实验、大作业、小作业；课课 外：外：科技创新制作；科技创新制作；自自 学：学：
13、有些内容课堂不讲，需要课后自学；有些内容课堂不讲，需要课后自学；答答 疑：疑：每周安排一次答疑；每周安排一次答疑；累加成绩：累加成绩：大作业大作业25分、上机分、上机5分、期末考试分、期末考试70分、分、实验单独记分。实验单独记分。2.1 机械设计的基本要求和一般程序机械设计的基本要求和一般程序 使用功能要求：使用功能要求：运动、精度、寿命；运动、精度、寿命；工艺性要求：工艺性要求：毛坯制造、机械加工、热处理；毛坯制造、机械加工、热处理；经济性要求：经济性要求：优化、标准化、模块化；优化、标准化、模块化；其他专用要求：其他专用要求：特殊环境、特殊条件。特殊环境、特殊条件。2.1.1 机械设计的
14、基本要求机械设计的基本要求 第二章第二章 机械设计概论机械设计概论新捷达新捷达高尔夫高尔夫7 7标准化：标准化：零件互换零件互换 计划阶段计划阶段：确定设计任务等（市场调研）确定设计任务等（市场调研）方案设计阶段：方案设计阶段：总体方案设计（多方案比较，择优选定）总体方案设计（多方案比较，择优选定）技术设计阶段：技术设计阶段：技术设计（运用现代机械设计理论与方法）技术设计（运用现代机械设计理论与方法）技术文件编制阶段：技术文件编制阶段：编写技术文件（提供生产、检验的依据）编写技术文件（提供生产、检验的依据）2.1.2 机械设计的一般程序机械设计的一般程序 试制及审定鉴定阶段：试制及审定鉴定阶段
15、：技术审定与产品鉴定（质量把关）技术审定与产品鉴定（质量把关）卧式铣床卧式铣床可铣槽、铣平面、切断等可铣槽、铣平面、切断等 立式铣床立式铣床可铣键槽、铣平面、镗孔等可铣键槽、铣平面、镗孔等 市场调研：市场调研：使用功能、市场容量使用功能、市场容量市场定位：市场定位：需求、生产能力需求、生产能力绿化洒水车绿化洒水车高空作业车高空作业车大货车大货车长途运输长途运输皮卡车皮卡车家庭、小业主、客货两用家庭、小业主、客货两用2.2 机械零件的载荷和应力机械零件的载荷和应力2.2.1载荷载荷 静载荷：静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷不随时间变化或变化缓慢的载荷;变载荷：变载荷：随时间作周期或非周期变化
16、的的载荷。随时间作周期或非周期变化的的载荷。载载荷荷 载载荷荷 时间时间 时间时间 1.静载荷与变载荷静载荷与变载荷（按载荷的大小和方向）（按载荷的大小和方向）2.名义载荷和计算载荷名义载荷和计算载荷名义载荷名义载荷F：根据原动机或工作机的额定功率计算出的根据原动机或工作机的额定功率计算出的作用于机械零件上的载荷；作用于机械零件上的载荷；载荷系数载荷系数K：原动机、工作机、传动件工作的不均匀性原动机、工作机、传动件工作的不均匀性对零件受载的影响；对零件受载的影响；计算载荷计算载荷Fca：载荷系数载荷系数 K 与名义载荷与名义载荷F 的乘积的乘积。2.2.2应力应力静应力：静应力：大小和方向不随
17、时间变化或变化缓慢。大小和方向不随时间变化或变化缓慢。（由静载荷产生）（由静载荷产生）断裂和塑性变形断裂和塑性变形变应力：变应力：大小和方向随时间变化。大小和方向随时间变化。（由变载荷产生）（由变载荷产生）疲劳疲劳1.静应力与变应力静应力与变应力应应力力 时间时间 时间时间 应应力力 对称对称脉动脉动 循环变应力循环变应力非对称非对称2.变应力分类变应力分类 稳定循环变应力稳定循环变应力 3.极限应力极限应力 按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质及应力种类而采用材料的某个应力极限。及应力种类而采用材料的某个应力极限。脆性材料：脆性破坏脆性材料：脆性破
18、坏塑性材料：塑性变形塑性材料：塑性变形在静应力作用下：在静应力作用下：在变应力作用下：在变应力作用下：主要失效形式：疲劳破坏主要失效形式：疲劳破坏4.许用应力和安全系数许用应力和安全系数许用应力：许用应力：设计零件时计算应力允许达到的最大值，其值大小设计零件时计算应力允许达到的最大值，其值大小等于极限应力与安全系数的比值。等于极限应力与安全系数的比值。安全系数确定法：安全系数确定法：表格法；经验数据法；部分系数法等。表格法；经验数据法；部分系数法等。接触应力：接触应力：当两零件以点、线相接触时，其接触的局当两零件以点、线相接触时，其接触的局部会引起较大的应力。部会引起较大的应力。点、线接触时：
19、点、线接触时：均可用赫兹接触应力公式计算。均可用赫兹接触应力公式计算。5.接触应力接触应力线接触时的情况：线接触时的情况：3.强度：强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效（磨损、腐蚀除外）的能力；面失效（磨损、腐蚀除外）的能力；4.刚度：刚度：零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。课程中应用到的几个基本概念：课程中应用到的几个基本概念：1.工作能力：工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度；零件不发生失效时的安全工作限度；2.3 机械零件的主要失效形式和设计计算准则机械零件的主要失效形式和设计计算准则2.失效：
20、失效：机械零件在设计预定的期间内，并在规定条件机械零件在设计预定的期间内，并在规定条件下，不能完成正常的功能时，称之为失效；下，不能完成正常的功能时，称之为失效；1.断裂：断裂：脆断、疲劳；脆断、疲劳；2.塑性变形：塑性变形：材料屈服；材料屈服；3.过量的弹性变形：过量的弹性变形：刚度、刚度、支承形式；支承形式；4.表面失效：表面失效：磨损、疲劳点蚀、胶合、塑性流动、磨损、疲劳点蚀、胶合、塑性流动、压溃和腐蚀等；压溃和腐蚀等；5.破坏正常工作条件引起的失效：破坏正常工作条件引起的失效：如带传动中的打如带传动中的打滑，高速轴的共振等。滑，高速轴的共振等。2.3.1 机械零件的主要失效形式机械零件
21、的主要失效形式1.强度准则：强度准则：，螺纹连接、螺旋传动、齿螺纹连接、螺旋传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等设计时采用；轮传动、蜗轮蜗杆传动等设计时采用；2.刚度准则：刚度准则：，长径比长径比l/d大的细长轴、大的细长轴、薄板等设计时采用；薄板等设计时采用；3.寿命准则：寿命准则：滑动轴承、滚动轴承等设计时采用；滑动轴承、滚动轴承等设计时采用；4.振动稳定性准则：振动稳定性准则：大型高速齿轮传动、受压细长大型高速齿轮传动、受压细长杆件如螺旋起重器设计等。杆件如螺旋起重器设计等。设计零件时，保证零件不产生失效所依据的基本原则设计零件时，保证零件不产生失效所依据的基本原则2.3.2 机械零件设计准则
22、机械零件设计准则2.4 机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则：铝：铝(LY12)、铜、铜(ZCuSn10P1).黑色金属黑色金属有色金属有色金属铁铁钢钢高分子材料高分子材料复合材料复合材料陶瓷陶瓷金属材料金属材料非金属材料非金属材料2.4.1 常用材料常用材料：塑料、橡胶、合成纤维：塑料、橡胶、合成纤维：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢(如：如：08F 45 60 1Cr18）：灰铸铁、球墨铸铁：灰铸铁、球墨铸铁(如：如：HT300 QT500-5)：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强度高、弹性模量大、质量轻：强度高、弹性模量大、质
23、量轻载荷的大小和性质：载荷的大小和性质：材料的强度和延展性；材料的强度和延展性；零件的工作情况：零件的工作情况：环境、腐蚀、高低温；环境、腐蚀、高低温；零件的结构及加工性：零件的结构及加工性：铸造、锻造或焊接；铸造、锻造或焊接；材料的经济性：材料的经济性：生产批量、加工方法。生产批量、加工方法。2.4.2 材料的选用原则材料的选用原则机械零件设计中的标准化12.5 机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化2.标准化的意义标准化的意义：有利于组织专业化的大生产有利于组织专业化的大生产；能提高产品质量，降低生产成本能提高产品质量，降低生产成本；有利于简化设计工作，缩短周期，提高设计质量有利于简
24、化设计工作，缩短周期，提高设计质量；便于零件的互换和机器的维修。便于零件的互换和机器的维修。1.标准化定义：标准化定义：根据对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检根据对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法和制图方法等要求，制定出各式验方法、设计方法和制图方法等要求，制定出各式各样的大家共同遵守的标准。各样的大家共同遵守的标准。3.标准的分类标准的分类国标及行业标准分为：国标及行业标准分为：强制标准和推荐标准强制标准和推荐标准强制性国家标准：记为强制性国家标准：记为GB、JB等。等。推荐性国家标准：记为推荐性国家标准：记为GB/T、JB/T等。等。国际标准国家标准行业标准企业标准等国
25、际标准国家标准行业标准企业标准等如：如：ISO GB JB、HBQB2.6 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 零件的结构应与生产条件、批量及尺寸相适应零件的结构应与生产条件、批量及尺寸相适应；零件的造型应简单化零件的造型应简单化；零件的结构应适合进行热处理零件的结构应适合进行热处理；零件的结构应保证加工的可能性、方便性和准确性零件的结构应保证加工的可能性、方便性和准确性；零件的结构应保证装拆的可能性和方便性零件的结构应保证装拆的可能性和方便性。机械零件的结构工艺性贯穿于毛坯制造、切削加机械零件的结构工艺性贯穿于毛坯制造、切削加工、热处理及装配等各个阶段。工、热处理及装配等各个阶段。铸造工艺性铸造工艺性锻压工艺性锻压工艺性焊接工艺性焊接工艺性热处理工艺性热处理工艺性切削加工工艺性切削加工工艺性装配工艺性装配工艺性谢谢