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1、0-1 0-1 机械的相关概念机械的相关概念1-1 1-1 课程研究对象、内容和学习方法课程研究对象、内容和学习方法1-2 1-2 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程1-3 1-3 机械零件的失效形式和设计计算准则机械零件的失效形式和设计计算准则1-4 1-4 机械零件的工艺性和标准化、系列化及通用化机械零件的工艺性和标准化、系列化及通用化绪论及第一章绪论及第一章 机械设计概述机械设计概述本章要求：本章要求：了解本课程的性质、任务和内容，掌握了解本课程的性质、任务和内容，掌握 机机械设计的基本要求和零件的失效形械设计的基本要求和零件的失效形 式，明确零件、构件的概念。式，
2、明确零件、构件的概念。教学重点：教学重点：机械设计的基本要求、零件的失效形式机械设计的基本要求、零件的失效形式教学难点：教学难点：机器、机构、机械的区别机器、机构、机械的区别0-1 0-1 机械的相关概念机械的相关概念一、一、什么是机械什么是机械？（一）（一）机器及其组成机器及其组成 1.1.具有以下三个特征的实物组合体称为具有以下三个特征的实物组合体称为机器。机器。（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。（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）可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功或转）可代替或减轻人的劳动
3、，完成有用的机械功或转 换机械能。换机械能。机 器：既能实现确定的相对运动，又能做有用的功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如电动缝纫机、洗衣机、汽车和起重机等。2.2.机器的组成机器的组成根据功能的不同，一部完整的机器由以下四部分组成：根据功能的不同，一部完整的机器由以下四部分组成：（1 1）原动部分：）原动部分：机器的动力来源。机器的动力来源。（2 2）工作部分：）工作部分：完成工作任务的部分。完成工作任务的部分。（3 3）传动部分：）传动部分：把原动机的运动和动力传递给工把原动机的运动和动力传递给工 作机。作机。（4 4）控制部分：）控制部分：使操作者能随时实现或终止机器各使操作者能
4、随时实现或终止机器各 种预定功能的部分。种预定功能的部分。齿轮机构齿轮机构 传递运动传递运动 凸轮机构凸轮机构 转换运动转换运动 它是具有确定相对运动的各种实物的组合。它是具有确定相对运动的各种实物的组合。它只符合机器的前两个特征。如它只符合机器的前两个特征。如（二）机（二）机 构构机构机构主要用来传递或变换运动。主要用来传递或变换运动。机器机器主要用来完成有用的机械功或转换机械能。主要用来完成有用的机械功或转换机械能。机械机械是机器和机构的总称。是机器和机构的总称。常用机构：机器中广泛应用的机构。如：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间 歇运动机构。凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构构件：构件：组
5、成机械的各个相对运动的实物。组成机械的各个相对运动的实物。零件：零件：机械中不可拆的制造单元体。机械中不可拆的制造单元体。单一零件单一零件曲轴曲轴多个零件的刚性组合多个零件的刚性组合连杆连杆构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。二、零件和构件二、零件和构件通用零件：通用零件：各种机械中经常使用的零件各种机械中经常使用的零件专用零件专用零件：只能在一定类型的机械中使用的零件。：只能在一定类型的机械中使用的零件。例如：齿轮、轴、螺栓、键、销、弹簧等。例如：齿轮、轴、螺栓、键、销、弹簧等。例如：活塞、叶片、犁铧、枪栓等。例如：活塞、叶
6、片、犁铧、枪栓等。零件可分为两类：零件可分为两类：1 1-1 -1 课程研究对象、内容和学习方法课程研究对象、内容和学习方法一、课程的地位和作用一、课程的地位和作用 本课程是一门技术基础课，是学习专业课程和从事产品设计的必备基础。本课程的作用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法，使学生具备一般机械设备的维护、改进和设计能力。二、课程研究的对象 机械设计研究的对象就是机器和机构。本课程主要介绍机械设计中的基本共性问题，并重点研究常用机构和一般参数的通用零件的工作原理、结构特点，以及基本的受力分析、计算方法和设计理论。三、课程研究的内容三、课程研究的内容1.常用机构常用机构的工作
7、原理、基本类型、性能特点、几的工作原理、基本类型、性能特点、几何参数和设计方法。常用机构包括平面连杆机构、何参数和设计方法。常用机构包括平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系和带传动等。凸轮机构、齿轮机构、轮系和带传动等。2.通用零、部件通用零、部件的工作原理、结构特点、材料、失的工作原理、结构特点、材料、失效分析及对策、选用及设计方法等。通用零、部效分析及对策、选用及设计方法等。通用零、部件包括齿轮、带及带轮、连接零件及轴系零件等。件包括齿轮、带及带轮、连接零件及轴系零件等。四、课程的学习任务四、课程的学习任务 1.1.掌握物体机械运动的一般规律及常用机构的工作原掌握物体机械运动的一般规律及
8、常用机构的工作原理、运动特性和运动设计的方法；理、运动特性和运动设计的方法；2.2.掌握构建承载能力的计算方法及通用零、部件的基掌握构建承载能力的计算方法及通用零、部件的基本原理、设计计算和选用的基本知识；本原理、设计计算和选用的基本知识；3.3.树立正确的设计思想，了解机械设计的一般规律；树立正确的设计思想，了解机械设计的一般规律；4.4.初步具备简单机械的维护、改进和设计能力；初步具备简单机械的维护、改进和设计能力；5.5.能独立查阅标准、规范、手册及有关技术资料。能独立查阅标准、规范、手册及有关技术资料。五、课程的学习方法 本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基本课程是从理论性、系
9、统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点，应础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点，应注意几个特点：注意几个特点：1.1.本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去。本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去。2.2.本课程的各部分内容都是按照工作原理、结构、强度本课程的各部分内容都是按照工作原理、结构、强度 计算、使用维护的顺序介绍的。计算、使用维护的顺序介绍的。3.3.常采用很多经验公式、参数以及简化计算。常采用很多经验公式、参数以及简化计算。4.4.计算步骤和计算结果不像基础课那样具有唯一性。计算步骤和计算结果不像基础课那样具有唯一性。5.5.逐步培
10、养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解 决设计问题的能力。决设计问题的能力。1-2 1-2 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程机械设计包括以下两种设计机械设计包括以下两种设计:1.1.应用新技术、新方法开发创造新机械；应用新技术、新方法开发创造新机械；2.2.在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。一、设计机械零件的基本要求1.满足预定功能：即能够按照预期的技术要求顺利地执行机械的全部职能。2.满足经济性：指设计、制造成本低，使用效率高，能源和辅助材料消耗少，维护及管理费用低等。3
11、.满足工艺要求：设计机器时尽量减少零件数量，尽可能采用标准件，使装配及维修简单。4.4.满足劳动保护要求：满足劳动保护要求：操作方便有利于减轻劳动强度，操作方便有利于减轻劳动强度，能实现对人员的防护，保证人身安全和身体健康。能实现对人员的防护，保证人身安全和身体健康。5.5.满足其他特殊要求：满足其他特殊要求：如，药品、食品和纺织机械要防如，药品、食品和纺织机械要防止产品污染，航空航天机械要减轻质量等。止产品污染，航空航天机械要减轻质量等。二、机械设计的一般过程二、机械设计的一般过程1.1.机械设计过程的几个阶段：机械设计过程的几个阶段：（1 1）产品规划）产品规划:主要是提出设计任务和明确设
12、计要求。主要是提出设计任务和明确设计要求。（2 2）方案设计：）方案设计：由设计人员构思出多种可行方案进行由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。分析比较，从中优选出一种方案。（3 3）技术设计：）技术设计：设计结果以工程图及计算书的形设计结果以工程图及计算书的形 式表达出来。式表达出来。（4 4）制造及试验：）制造及试验：经过加工、安装及调试制造出经过加工、安装及调试制造出 样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。（5 5）产品正式投产：）产品正式投产：根据鉴定结论，使样机定型。根据鉴定结论，使样机定型。然后，再由生产条件和市场状
13、况确定生产数量。然后，再由生产条件和市场状况确定生产数量。2.2.设计机械零件的一般步骤如下：设计机械零件的一般步骤如下：（1 1）根据机器的具体运转情况和简化的计算方案根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定确定 零件的载荷。零件的载荷。（2 2）根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形 式，从而式，从而确定其计算准则确定其计算准则。（3 3）选择主要参数，定材料）选择主要参数，定材料，根据计算准则，根据计算准则求求出零件出零件 的的主要尺寸主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求。，考虑热处理及结构工艺性要求。（4 4）进行结构设计。进行结构设计。（5
14、 5）绘制零件工作图）绘制零件工作图，制订技术要求，编写计算说明，制订技术要求，编写计算说明 书及有关技术文件。书及有关技术文件。在设计过程中，这些步骤是在设计过程中，这些步骤是相互交错、反复进行相互交错、反复进行的。的。3.设计过程中的注意事项（1）设计过程要有全局观点，不能只考虑设 计对象本身的问题。（2）善于运用创造性思维和方法，考虑多种 方案，避免解决问题的局限性。（3）设计的各阶段应目标明确，注意评价和 优选，以求出既满足功能要求又有最大 实现可能的方案。（4）注意反馈和必要的工作循环。1-3 1-3 机械零件的失效形式及设计计算准则机械零件的失效形式及设计计算准则机械零件的失效：机
15、械零件的失效：机械零件丧失预定功能或预定功能指机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低到许用值以下的现象。标降低到许用值以下的现象。进行机械零件设计时必须根据零件的失效形式分析进行机械零件设计时必须根据零件的失效形式分析失效的原因，提出防止或减轻失效的措施，根据不同的失效的原因，提出防止或减轻失效的措施，根据不同的失效形式提出不同的设计计算准则。失效形式提出不同的设计计算准则。一、失效形式一、失效形式机械零件常见的失效形式有如下几种：机械零件常见的失效形式有如下几种：1.1.断裂断裂（1 1）零件某一危险截面上的应力超过强度极限时发生）零件某一危险截面上的应力超过强度极限时发生 断裂（如螺栓折断
16、）。断裂（如螺栓折断）。（2 2）零件在循环变应力的作用下，危险截面上）零件在循环变应力的作用下，危险截面上的的 应力超过零件的疲劳强度而发生的疲劳断应力超过零件的疲劳强度而发生的疲劳断裂。裂。2.2.过量变形：过量变形：应力超过材料的屈服极限，零件将应力超过材料的屈服极限，零件将发发 生塑性变形。生塑性变形。3.3.表面失效：表面失效：如疲劳点蚀、磨损、压溃和腐蚀等。如疲劳点蚀、磨损、压溃和腐蚀等。4.4.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：如传动带过载如传动带过载发发 生打滑生打滑或二、机械零件的设计计算准则二、机械零件的设计计算准则 同一零件对于不同失效形式的承载能力
17、各不相同一零件对于不同失效形式的承载能力各不相同。根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定同。根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件，称为条件，称为设计计算准则设计计算准则。主要包括以下几种：。主要包括以下几种：1.1.强度准则（整体强度和表面强度）强度准则（整体强度和表面强度）（1 1）整体强度的判断准则表示为：）整体强度的判断准则表示为：应力表示法：应力表示法：安全系数表示法：安全系数表示法：（2 2）表面接触强度的判断准则表示为：）表面接触强度的判断准则表示为：接触应力表示法：接触应力表示法：挤压应力表示法：挤压应力表示法：2.2.刚度准则刚度准则 刚度刚度指零件受载后抵抗变形的能
18、力，其指零件受载后抵抗变形的能力，其设计准则设计准则为为：零件在载荷作用下产生的弹性变形量应小于或等：零件在载荷作用下产生的弹性变形量应小于或等于机器工作性能允许的极限值。于机器工作性能允许的极限值。3.3.耐磨性准则耐磨性准则:使零件的磨损量在预定限度内不超使零件的磨损量在预定限度内不超 过允许量。过允许量。4.4.散热性准则：散热性准则：根据热平衡条件，工作温度根据热平衡条件，工作温度t t不不 应超过许用温度应超过许用温度tt，即，即5.5.可靠性准则可靠性准则:可靠性用可靠度表示。可靠性用可靠度表示。有有 个零件，在预期寿命内只有个零件，在预期寿命内只有 个零件能连个零件能连续可靠工作
19、。续可靠工作。一、工艺性 零件的结构，主要由它在机械中的作用，零件的结构，主要由它在机械中的作用，它和其他零件的关系及制造工艺决定。对它和其他零件的关系及制造工艺决定。对零件工艺性的基本要求如下：零件工艺性的基本要求如下：（1 1）毛坯选择合理。）毛坯选择合理。（2 2）结构简单合理和便于机械加工。）结构简单合理和便于机械加工。（3 3）制造精度和表面粗糙度选择合适。）制造精度和表面粗糙度选择合适。1-4 1-4 机械零件的工艺性和标准化、系列化及通用化机械零件的工艺性和标准化、系列化及通用化二、零件设计的标准化、系列化及通用化二、零件设计的标准化、系列化及通用化 （1 1）标准化：）标准化：
20、有不少零件，由于应用范围广、用量有不少零件，由于应用范围广、用量 大，已经高度标准化形成标准件。大，已经高度标准化形成标准件。（2 2）系列化：）系列化：有很多零件适用范围极为广泛，但在有很多零件适用范围极为广泛，但在 具体设计时随着工作条件的不同，在材料、尺寸、结具体设计时随着工作条件的不同，在材料、尺寸、结构等方面的选择也各不相同，这种情况，则可对其某构等方面的选择也各不相同，这种情况，则可对其某些基本参数规定标准的系列化数列。些基本参数规定标准的系列化数列。（3 3）通用化：）通用化：在不同规格的同类产品或不同类产品中在不同规格的同类产品或不同类产品中 采用同一采用同一 结构和尺寸的零件
21、、部件。结构和尺寸的零件、部件。标准化、系列化、通用化统称为标准化、系列化、通用化统称为“三化三化”。采用采用“三化三化”的意义如下：的意义如下：（1 1）减轻设计工作量，以便把主要精力用在关键）减轻设计工作量，以便把主要精力用在关键 零、部件的设计工作上。零、部件的设计工作上。（2 2）便于大规模地集中生产标准零、部件，合理使）便于大规模地集中生产标准零、部件，合理使 用原材料，保证质量和降低制造成本。用原材料，保证质量和降低制造成本。（3 3）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可 以减少刀具和量具的规格。以减少刀具和量具的规格。（4 4）具有互换性，从而简化机器的安装和维修。）具有互换性，从而简化机器的安装和维修。我国现行标准分为我国现行标准分为国家标准（国家标准（GBGB）、行行业标准业标准和和地方标准地方标准等，国际上则推行等，国际上则推行国际标国际标准化组织（准化组织（ISOISO）的标准。）的标准。