第1章机械设计基础绪论.ppt

《第1章机械设计基础绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章机械设计基础绪论.ppt（44页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 机械的组成机械的组成第二节第二节 机械设计概述机械设计概述 第三节第三节 本课程主要内容、任务及其学本课程主要内容、任务及其学 习方法习方法2021/9/231第一节第一节 机械的组成机械的组成机械机械 是机构和机器的总称。是机构和机器的总称。单缸内燃机单缸内燃机2021/9/2322021/9/233一、机器与机构一、机器与机构机器机器 具有以下三个共同特征：具有以下三个共同特征：1.1.都是人为的各种实物的组合。都是人为的各种实物的组合。例如电动机和内燃机变换能量例如电动机和内燃机变换能量;起重运输机传递物料起重运输机传递物料,计算计算机变换传递信息机变

2、换传递信息.2.2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。3.3.能够变换或传递能量能够变换或传递能量,物料和信息物料和信息.2021/9/234 辅助系统辅助系统 (例如润滑、显示、照明等例如润滑、显示、照明等)原动部分原动部分传动部分传动部分执行部分执行部分控制部分控制部分机机械械传传动动液液压压传传动动电电 传传 动动气气 压压 传传 动动传递动力、扭矩传递动力、扭矩改变运动参数改变运动参数及运动方式及运动方式螺螺旋旋齿齿轮轮蜗蜗杆杆带带链链离离合合器器机机 器器 的的 组组 成成2021/9/235机器的四个组成部分机器的四个组成部分1.1.原

3、动部分原动部分:机器工作的动力源机器工作的动力源4.4.控制部分控制部分:控制机器的开动和停止控制机器的开动和停止,改变运动的速度改变运动的速度和方向等等和方向等等2.2.工作部分工作部分:直接完成机器预定功能的部分直接完成机器预定功能的部分3.3.传动部分传动部分:机器中将原动机的动力和运动机器中将原动机的动力和运动传递给工作部分的中间部分传递给工作部分的中间部分,大多为机械传动系统大多为机械传动系统2021/9/236电动大门示意图电动大门示意图组成组成：电动机（原动机）：电动机（原动机）减速器（传动系统）减速器（传动系统）连杆机构连杆机构ABCDABCD（工作执行系统）（工作执行系统）电

4、气控制系统电气控制系统2021/9/237机构机构根据实现运动形式（根据实现运动形式（往复移动、回转运动等往复移动、回转运动等）的）的机件的外形特点，把相应机件的组合称为机构机件的外形特点，把相应机件的组合称为机构常常见见的的机机构构带传动机构带传动机构链传动机构链传动机构齿轮机构齿轮机构凸轮机构凸轮机构连杆机构连杆机构螺旋机构螺旋机构机械的各个部分都是由机构组合而成2021/9/238这种内燃机可视为下列三种机构的组合这种内燃机可视为下列三种机构的组合:曲柄滑块机构，由活塞曲柄滑块机构，由活塞4、连杆、连杆3、曲、曲轴轴2和机架和机架1构成，作用是将活塞的往复构成，作用是将活塞的往复移动转换

5、为曲柄的连续转动移动转换为曲柄的连续转动;齿轮机构，由齿轮齿轮机构，由齿轮9、10和机架和机架1构成构成，作用是改变转速的大小和转动的方向，作用是改变转速的大小和转动的方向;凸轮机构，由凸轮凸轮机构，由凸轮8、推杆、推杆7和机架和机架1构成，作用是将凸轮的连续转动转变为构成，作用是将凸轮的连续转动转变为推杆有规律的间歇往复移动。推杆有规律的间歇往复移动。2021/9/239二、构件与零件二、构件与零件构件构件组成机械的各个相对运动的机件组成机械的各个相对运动的机件,是机械的是机械的运动单元运动单元.如汽车的轮子如汽车的轮子,车床的主轴车床的主轴.n专用零件专用零件:只在某些机器中使用只在某些机

6、器中使用.如气轮机中的叶片如气轮机中的叶片.起重机的吊钩起重机的吊钩.n通用零件通用零件:机器中普遍使用的零件机器中普遍使用的零件,如齿轮如齿轮,轴轴.螺钉螺钉零件零件机械的机械的制造单元制造单元.n如螺钉如螺钉,螺母螺母,轴等轴等可能是由一个零件构成，可能是由一个零件构成，但通常是由若干个零件刚性联接而成。但通常是由若干个零件刚性联接而成。2021/9/2310由若干零件组成的构由若干零件组成的构件件连杆连杆12341-连杆体连杆体2-螺栓螺栓3-螺母螺母4-连杆盖连杆盖2021/9/2311机械的各个部分都是由机构组合而成机械的各个部分都是由机构组合而成 机构由若干个构件通过机构由若干个构

7、件通过动联结动联结组合而成组合而成机构机构具有机器的具有机器的 1、2 特征。特征。(1)(1)它们都是人为实体它们都是人为实体(构件构件)的组合的组合 (2)(2)各个运动实体之间具有确定的相各个运动实体之间具有确定的相对运动。对运动。构件由若干个零件通过构件由若干个零件通过静联结静联结组装而成组装而成机器与机构的区别在于：机器能实现能量的转换（如内燃机、机器与机构的区别在于：机器能实现能量的转换（如内燃机、发电机、电动机），能代替人的劳动去作有用的机械功。发电机、电动机），能代替人的劳动去作有用的机械功。2021/9/2312第二节第二节 机械设计概述机械设计概述一一.机械设计的基本要求和

8、一般程序机械设计的基本要求和一般程序1、基本要求、基本要求 满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。功能要求功能要求2021/9/2313安全可靠性要求安全可靠性要求 （1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、

9、不丧失稳定性。不丧失稳定性。（2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。健康。（3）对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保）对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。证机器对环境的适应性。2021/9/2314 要求便于加工、装拆以及维护。要求便于加工、装拆以及维护。结构工艺性要求结构工艺性要求经济性经济性 在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用

10、材料，采用合理的结构尺寸和工艺，产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以以降低产品的成本。降低产品的成本。设计机械系统和零部件时，应尽可能设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、标准化、通用化、系列化系列化，以提高设计质量、降低制造成本。，以提高设计质量、降低制造成本。2021/9/23152.2.设计过程三阶段设计过程三阶段:1.1.计划阶段计划阶段:明确机器应该具有的功能明确机器应该具有的功能,制定设计任务书制定设计任务书2.2.方案设计阶段方案设计阶段 确定实现其功能的原理确定实现其功能的原理.从技术和经济从技术和经济方面考虑方面考虑,选择一定的原动机和各个其他部分选

11、择一定的原动机和各个其他部分.绘出原绘出原理图机构运动简图理图机构运动简图3.3.技术设计阶段技术设计阶段 将原理方案具体化结构化将原理方案具体化结构化.考虑机械总考虑机械总体布局和外形体布局和外形.绘制整机装备草图和部件装备草图绘制整机装备草图和部件装备草图.确确定零件的形状定零件的形状,尺寸尺寸,材料等材料等.并对整机和零件进行精并对整机和零件进行精度设计等度设计等2021/9/2316明确设计要求明确设计要求（确定设计对象的预期功能、有关指标及限制条件）（确定设计对象的预期功能、有关指标及限制条件）提出设计方案提出设计方案（拟定粗线条的总体布置，进行概略计算，得出可供比较评价（拟定粗线条

12、的总体布置，进行概略计算，得出可供比较评价的多种设计方案，从中选取最佳方案）的多种设计方案，从中选取最佳方案）总体设计总体设计（进行分析计算和经济评价，最后绘制总体设计图）（进行分析计算和经济评价，最后绘制总体设计图）结构设计结构设计（施工设计，完成施工所需的总装图，零件工作图及技术文件）（施工设计，完成施工所需的总装图，零件工作图及技术文件）试制、鉴定试制、鉴定（通过样机试制，从技术上、经济上作出全面评价）（通过样机试制，从技术上、经济上作出全面评价）产品定型产品定型信信息息反反馈馈2021/9/2317二二.机械零件设计的计算准则和一般步骤机械零件设计的计算准则和一般步骤1.1.计算准则计

13、算准则(1)(1)强度准则强度准则 强度是零件体抗破裂和塑性变形的能力强度是零件体抗破裂和塑性变形的能力.它它分体积强度和接触强度分体积强度和接触强度(2)(2)刚度准则刚度准则 刚度是零件抵抗弹性变形的能力刚度是零件抵抗弹性变形的能力.就是要保就是要保证机器工作时零件弹性变形量不超过许用值证机器工作时零件弹性变形量不超过许用值(3)(3)耐磨性准则耐磨性准则 零件在工作中抵抗各种摩擦的能力零件在工作中抵抗各种摩擦的能力.保证保证零件的磨损量不超过容许值零件的磨损量不超过容许值(4)(4)振动稳定性振动稳定性 零件不发生共振零件不发生共振.使零件的固有频率与周使零件的固有频率与周期性外力的变化

14、频率错开期性外力的变化频率错开 还有耐热性等等还有耐热性等等.2021/9/2318失效分析失效分析磨磨 损相对运动的零件表面因摩擦的存在，而导致零件表面材料的逐渐丧失。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2319表面表面压溃零件表面质量不高或硬度不够时，在外载荷作用下出现的碎裂现象。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2320失效分析失效分析过量塑性变形零件上的应力超过了材料的屈服极限时，零件会发生塑性变形。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失

15、效表面失效2021/9/2321失效分析失效分析打打 滑滑靠表面摩擦力保持工作能力的带传动，当传递的有效圆周力超过临界摩擦力时，就将发生打滑失效。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2322失效分析失效分析疲劳点蚀作用在零件上的脉动循环变应力超过其接触疲劳极限时，出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大使表面金属小片剥落形成疲劳点蚀。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2323失效分析失效分析过量量弹性性变形形零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降

16、低以至不能正常工作。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2324失效分析失效分析胶胶 合合两相对运动的零件在高速重载的作用下，常因接触区温升过高而使润滑油失效，使两零件直接接触，以至局部相互粘结，又被撕裂的现象。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2325失效分析失效分析过量量弹性性变形形零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/

17、9/2326失效分析失效分析断断 裂裂零件在外载荷作用下，某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时所发生的断裂。零件在循环变应力作用下，危险截面上的应力超过零件的疲劳强度时会产生疲劳断裂。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2327失效分析失效分析振振动失效失效高速运转的零件，当其转速等于或接近零件的自振频率时，会发生共振，使振幅急剧增大，导致零件及系统在短时期破坏。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/2328失效分析失效分析过量量弹性性变形形零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了

18、机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。表面压溃过量塑性变形打滑磨损疲劳点蚀胶合断裂振动失效过量弹性变形零件失效表面失效2021/9/23292 2 机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤(1)(1)根根据据零零件件的的使使用用要要求求（如如功功率率、转转速速等等）,选选择择零零件件的类型及结构型式。的类型及结构型式。(2)(2)根根据据零零件件的的工工作作情情况况计计算算作作用用在在零零件件上上的的载载荷荷,分分析析应力状态和性质（拉、压力，剪切力）应力状态和性质（拉、压力，剪切力）。(3)(3)根据零件使用根据零件使用,工艺和经济等要求选择材料及热处理工艺

19、和经济等要求选择材料及热处理 方法方法(4)(4)根根据据零零件件的的主主要要失失效效形形式式确确定定其其计计算算准准则则，并并由由相相应应的公式确定零件的基本尺寸。的公式确定零件的基本尺寸。(5)(5)根据零件作用根据零件作用,制造装备等进行零件的结构设计制造装备等进行零件的结构设计(6)(6)根根据据零零件件之之间间位位置置关关系系,进进行行精精度度设设计计,给给出出零零件件的的尺寸公差尺寸公差,形状公差形状公差,位置公差位置公差,表面粗糙度表面粗糙度(7)(7)绘绘制制零零件件的的工工作作图图，拟拟定定必必要要的的技技术术条条件件，编编写写计计算说明书。算说明书。2021/9/2330机

20、械零件常用材料及其选用原则机械零件常用材料及其选用原则 1、钢、钢 一、常用材料一、常用材料 钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高其机械性能，因此其应用极为处理和表面处理方法提高其机械性能，因此其应用极为广泛。广泛。含碳量含碳量小于小于2%的铁碳合金的铁碳合金称为钢，称为钢，含碳量含碳量大于大于2%的铁碳合金称为铁。的铁碳合金称为铁。2021/9/23312铸铁铸铁 常用的铸铁有灰铸铁常用的铸铁有灰铸铁HT；球墨铸铁球墨铸铁Q

21、T；可锻铸铁；可锻铸铁；合金铸铁等。合金铸铁等。2021/9/23323有色金属合金有色金属合金 有色金属合金具有良好的减磨性、跑合性、抗腐有色金属合金具有良好的减磨性、跑合性、抗腐蚀性、抗磁性、导电性等特殊的性能。蚀性、抗磁性、导电性等特殊的性能。在工业中应用最广的是在工业中应用最广的是铜合金、轴承合金和轻合金。铜合金、轴承合金和轻合金。有色金属合金比黑色金属价贵。有色金属合金比黑色金属价贵。2021/9/2333铜合金有青铜与黄铜。铜合金有青铜与黄铜。黄铜黄铜铜与锡的合金，它具有很好的塑性和流动铜与锡的合金，它具有很好的塑性和流动性，能辗压和铸造各种机械零件。性，能辗压和铸造各种机械零件。

22、青铜青铜锡青铜和无锡青铜两类，锡青铜和无锡青铜两类，它们的减摩性和抗腐蚀性均较好。它们的减摩性和抗腐蚀性均较好。轴承合金（又称巴氏合金、白合金）轴承合金（又称巴氏合金、白合金）铜、锡、铅、锑的合金，其减磨性、铜、锡、铅、锑的合金，其减磨性、导热性、抗胶合性好，但强度低且较贵，导热性、抗胶合性好，但强度低且较贵，主要用于制作主要用于制作滑动轴承的轴承衬。滑动轴承的轴承衬。2021/9/23344、非金属材料、非金属材料 塑料、橡胶、陶瓷、木料、毛毡、皮革、棉丝等。塑料、橡胶、陶瓷、木料、毛毡、皮革、棉丝等。1)橡胶橡胶 橡胶富有弹性，有较好的缓冲、减振、耐热、绝橡胶富有弹性，有较好的缓冲、减振、

23、耐热、绝缘等性能，常用作联轴器和减振器的弹性装置、橡胶缘等性能，常用作联轴器和减振器的弹性装置、橡胶带及绝缘材料等。带及绝缘材料等。2021/9/23352）塑料）塑料 塑料是合成高分子材料工业中生产最早、发塑料是合成高分子材料工业中生产最早、发展最快、应用最广的材料。展最快、应用最广的材料。塑料比重小，易制成形状复杂的零件，而且塑料比重小，易制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、减摩各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、减摩耐磨性、绝热性、抗振性等。耐磨性、绝热性、抗振性等。常用塑料包括聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、常用塑料包括聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料

24、。工程塑料包括聚甲醛、聚四氟酚醛和氨基塑料。工程塑料包括聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、尼龙、尼龙、MC尼龙、尼龙、氯化聚醚等。氯化聚醚等。2021/9/23363）复合材料）复合材料 复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料通过复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料通过不同的工艺方法人工合成多相的材料。不同的工艺方法人工合成多相的材料。它既可以保持组成材料各自原有的一些最佳特性，它既可以保持组成材料各自原有的一些最佳特性，又可具有组合后的新特性，这样就可根据零件对于材又可具有组合后的新特性，这样就可根据零件对于材料性能的要求进行材料配方的优化组合。料性

25、能的要求进行材料配方的优化组合。由于应用于光、热、电、阻尼、润滑、生物等方由于应用于光、热、电、阻尼、润滑、生物等方面新的复合材的不断问世，复合材料的应用范围正得面新的复合材的不断问世，复合材料的应用范围正得到不断的扩大。到不断的扩大。2021/9/23374）陶瓷）陶瓷 陶瓷材料具有高的熔点，温度界限为陶瓷材料具有高的熔点，温度界限为 1,2001,600，使用于现代机械装置设备，特别是高温机械部，使用于现代机械装置设备，特别是高温机械部分。分。此外高硬度的陶瓷材料，具有摩擦系数小、耐磨、此外高硬度的陶瓷材料，具有摩擦系数小、耐磨、耐化学腐蚀、比重小、线膨胀系数小等特性，使之在精耐化学腐蚀、

26、比重小、线膨胀系数小等特性，使之在精密机械中、应用于高温、中温、低温领域，可以作机械密机械中、应用于高温、中温、低温领域，可以作机械零件，也可以做电机零件；零件，也可以做电机零件；以机械装置为代表使用的陶瓷材料叫以机械装置为代表使用的陶瓷材料叫工程陶瓷工程陶瓷。2021/9/2338 二、机械零件材料的选用原则二、机械零件材料的选用原则5、材料的经济性。、材料的经济性。1、载荷及应力的大小、性质及其分布；、载荷及应力的大小、性质及其分布；2、零件的工作情况；、零件的工作情况；3、零件的尺寸及质量；、零件的尺寸及质量；4、零件结构的复杂程度及材料的加工可靠性；、零件结构的复杂程度及材料的加工可靠

27、性；材料的选择应根据以下原则：材料的选择应根据以下原则：2021/9/2339三三 机械设计的新发展机械设计的新发展1.1.由宏观向微观发展由宏观向微观发展 揭示微观机理揭示微观机理2.2.偏重点由零件的静态偏重点由零件的静态(载荷不变载荷不变)设计转向多种零件的设计转向多种零件的综合或者整机的动态设计综合或者整机的动态设计3.3.新的设计方法不断出现新的设计方法不断出现:优化设计优化设计,有限元等等有限元等等4.4.机电一体化时机械产品的发展方向机电一体化时机械产品的发展方向5.5.步入计算机辅助设计时代步入计算机辅助设计时代2021/9/2340第三节第三节 本课程主要内容、任务、学习方法

28、本课程主要内容、任务、学习方法1 1主要内容主要内容 本课程是一门技术基础课，其最显著的本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础理论与工程实际的结合。特点是基础理论与工程实际的结合。1 1）常用机构的组成及工作原理、运动特性和设计的）常用机构的组成及工作原理、运动特性和设计的理论和方法理论和方法 2 2）通用零件的原理和特点、选用和设计）通用零件的原理和特点、选用和设计 3 3）零件的维护和使用一般常识）零件的维护和使用一般常识机械设计机械设计对零件进行强度设计对零件进行强度设计 （功能问题）（功能问题）机械原理机械原理对常用机构进行综合分析对常用机构进行综合分析 （结构问题）（结构问题）

29、2021/9/23412 2学习的任务学习的任务1、熟悉常用机构的工作原理、运动特性以及机构设计、熟悉常用机构的工作原理、运动特性以及机构设计和机器动力学方面的基础知识；和机器动力学方面的基础知识；2、掌握常用机构和通用零件的工作原理、结构、特、掌握常用机构和通用零件的工作原理、结构、特性、选用原则和维护知识；性、选用原则和维护知识；3、具有运用手册、标准规范和查阅有关技术资料的能、具有运用手册、标准规范和查阅有关技术资料的能力；掌握一般参数的通用零件和简单力；掌握一般参数的通用零件和简单 机械传动装置的机械传动装置的设计和计算方法。设计和计算方法。本课程综合运用机械制图、工程材料、工程力学等先修本课程综合运用机械制图、工程材料、工程力学等先修 课。课。2021/9/2342学习知识和培养应用能力相结合学习知识和培养应用能力相结合弄清楚基本概念弄清楚基本概念,原理原理,掌握分析设计的基本方法掌握分析设计的基本方法注重知识融会贯通注重知识融会贯通.3 3 学习方法学习方法2021/9/2343本章总结本章总结学习学习重点重点 1.1.搞清机械、机器、机构等基本概念搞清机械、机器、机构等基本概念 2.2.掌握机器的组成掌握机器的组成 3.3.初步了解机械设计的过程初步了解机械设计的过程2021/9/2344