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1、绪论1234机机械机器机构及其组成械机器机构及其组成课程性质、内容、任务课程性质、内容、任务机械设计要求和设计过程机械设计要求和设计过程零件工作能力与设计准则零件工作能力与设计准则56载荷、应力、许用应力载荷、应力、许用应力零件材料与选用原则零件材料与选用原则引言 当当今今社社会会，机机械械设设计计在在工工业业发发展展中中占占有有极极其其重重要要的的地地位位，在在工工业业生生产产中中的的各各个个领领域域应应用用非非常常广广泛泛，机机械械设设计计基基础础课课程程将将带带我我们们走走进进这这些些领领域域，了了解解掌握机械设计的相关专业知识。掌握机械设计的相关专业知识。1.1.11.1.1机器机器
2、在在人人们们的的生生产产和和生生活活中中广广泛泛地地使使用用着着各各种种类类型型的的机机器器。常常见见的的如如内内燃燃机机、机机床床、汽汽车车、火火车车、发发电电机机、洗洗衣衣机机等等等等。什么是机器，其定义如何？下面分析两个实例什么是机器，其定义如何？下面分析两个实例气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮91.内燃机内燃机功功用用:内内燃燃机机是是将将燃燃气气燃燃烧烧时时的的热热能能转转化化为为机械能的机器机械能的机器 组成：见左图组成：见左图活塞下行，进气阀打开活塞下行，进气阀打开燃气被吸入汽缸燃气被吸入汽缸活塞上行，进气阀关闭
3、，压缩燃气活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动下行，经连杆带动曲轴输出转动 活塞上行，排气阀打开，排出废气活塞上行，排气阀打开，排出废气2 2.颚式破碎机颚式破碎机功用：功用：压碎物料压碎物料组成：组成：见右图见右图大带轮大带轮4电动机电动机1V带带3小带轮小带轮2轴板轴板7定颚板定颚板8动颚板动颚板6偏心轴偏心轴5电动机电动机带传动带传动偏心轴转动偏心轴转动 动颚板摆动，与定动颚板摆动，与定颚板一起压碎物料颚板一起压碎物料 机器：机器的种类繁多，各类机器的功用不同，机器：机器的种类繁多，各类机器的功用不同，并由此产
4、生的工作原理和结构特点也不相同，但是各并由此产生的工作原理和结构特点也不相同，但是各类机器都有着共同的特征：类机器都有着共同的特征：（1）都是人为的实物组合；）都是人为的实物组合；（2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动；）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动；（3）能实现能量转换或完成有用的机械功、传递物）能实现能量转换或完成有用的机械功、传递物料和处理信息。料和处理信息。凡具备上述三个特征的实物组合就称为机器。凡具备上述三个特征的实物组合就称为机器。1.1.11.1.1机器机器 半自动钻床半自动钻床实现确定的机械运动，又作有用的机械功实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机内燃机
5、转换能量转换能量 机械手机械手传递物料传递物料 照相机照相机传递信息传递信息 机机构构：机机构构是是实实现现传传递递机机械械运运动动和和动动力力或或改改变变机机械械运运动形式的构件组合体。它只符合机器的前两个特征。动形式的构件组合体。它只符合机器的前两个特征。1.1.2 1.1.2 机构机构 机构：机构：机构只有机器的前两个特征，机构只有机器的前两个特征，仅能传递或转换运动。如仅能传递或转换运动。如 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 1.1.5 1.1.5 机器的组成机器的组成 按各部分实物体功能不同，机器通常由以下几个部分组成按各部分实物体功能不同，机器通常
6、由以下几个部分组成:原原动动机机部部分分：驱驱动动整整部部机机器器以以完完成成预预定定功功能能的的动动力力源源，颚式破碎机的原动机是电动机。颚式破碎机的原动机是电动机。执行部分：执行部分：完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，是具体干活部分，破碎机执行部分是颚头（定颚、动颚）。是具体干活部分，破碎机执行部分是颚头（定颚、动颚）。传动部分：传动部分：解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参数的转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎数的转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎机的传动部分包括机的
7、传动部分包括V带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架组成的连杆机构组成的连杆机构 其他部分：其他部分：控制系统和辅助系统等。控制系统和辅助系统等。机器的组成机器的组成 图图3 机器组成机器组成 零件零件是组成机器的最小制造单元，机器是由若干是组成机器的最小制造单元，机器是由若干个不同的零件组装而成的。分专用零件、通用零件。个不同的零件组装而成的。分专用零件、通用零件。1.1.3 1.1.3 零件零件 图图4 机械零件机械零件 构件构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联接而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来联接而
8、成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的。讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的。1.1.4 1.1.4 构件构件 图图5 连杆连杆1.1.2 2 课程内容、性质、任务课程内容、性质、任务 一、内容一、内容 机械中的常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、基机械中的常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。了解国家标准、规范。本的设计理论和计算方法。了解国家标准、规范。二、性质二、性质 本课程是一门技术基础课。本课程综合运用数学、力学、制图、本课程是一门技术基础课。本课程综合运用数学、力学、制图、金属材料及热处理、互换性
9、与技术测量等课程的知识，去解决常用金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知识，去解决常用机构和通用零部件的设机构和通用零部件的设 计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧重计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧重于工程实际。于工程实际。三、任务三、任务 获得分析、选用和维护简单机械设备的基础知识获得分析、选用和维护简单机械设备的基础知识,并且获得设计并且获得设计简单机械传动装置的能力简单机械传动装置的能力。1.1.3 3.1 1 机械设计基本要求机械设计基本要求功能性要求功能性要求（运动学和动力学方面的要求运动学和动力学方面的要求）可靠性要求可靠性要求经济性要求经济性要求安全性和社会性要求安全性
10、和社会性要求其他特殊要求其他特殊要求1.1.3 3.2 2 机械设计的一般过程机械设计的一般过程(1)计划阶段(2)方案设计阶段(3)总体技术设计阶段(4)零件技术设计阶段(5)改进设计阶段1.4.1 1.4.1 机械零件失效与工作能力机械零件失效与工作能力失效方式：失效方式：1、强度失效、强度失效；2、刚度失效、刚度失效；3、耐磨性失效、耐磨性失效；4、振动稳定性失效振动稳定性失效；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零件工作能力零件工作能力:零件抵抗失效的能力零件抵抗失效的能力。衡量零件工作能力的指标有衡量零件工作能力的指标有强度、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定强度、
11、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定性。性。1.4.1 1.4.1 机械零件失效与工作能力机械零件失效与工作能力断裂过大变形表面失效图图9 机械零件失效方式机械零件失效方式1.4.2 1.4.2 机械设计准则机械设计准则1、设计计算准则：防止零件失效而制定的判定条件。、设计计算准则：防止零件失效而制定的判定条件。计算量计算量许用量许用量强度准则：大多数机械零件的设计依据。强度准则：大多数机械零件的设计依据。刚度准则：刚度指零件抵抗弹性变形的能力。刚度准则：刚度指零件抵抗弹性变形的能力。耐磨性准则耐磨性准则：pp pvpv pp pvpv 热平衡准热平衡准则则:H:H1 1 H H2 2振动稳定性准则
12、振动稳定性准则1.5.1 1.5.1 机械载荷、应力类型机械载荷、应力类型1、常见载荷及类型、常见载荷及类型（外力、弯矩、转矩；静载、变化载外力、弯矩、转矩；静载、变化载）。2、应力类型（静应力、变应力）、应力类型（静应力、变应力）图图10 常见应力常见应力1.5.2 1.5.2 许用应力许用应力 许用应力是零件设计的条件应力。正确确定许用应力，可许用应力是零件设计的条件应力。正确确定许用应力，可使零件在具有足够强度和寿命前提下，做到尺寸小、质量轻。使零件在具有足够强度和寿命前提下，做到尺寸小、质量轻。许用应力的确定，本书主要采用计算法，其基本公式许用应力的确定，本书主要采用计算法，其基本公式
13、 =lim/S 或或=lim/S 式中式中 lim、lim分别是材料的极限正应力、切应力；分别是材料的极限正应力、切应力；S为安全系数。为安全系数。由上式可知，许用应力的确定主要是确定材料的极限应力由上式可知，许用应力的确定主要是确定材料的极限应力和安全系数。和安全系数。（1）静应力作用下的极限应力）静应力作用下的极限应力塑性材料，取材料的屈服点塑性材料，取材料的屈服点s作为极限应力作为极限应力脆性材料，取材料的抗拉强度脆性材料，取材料的抗拉强度b做为极限应力做为极限应力（2）变应力作用下的极限应力）变应力作用下的极限应力在静应力下工作的零件主要的失效形式是断裂或塑性变形在静应力下工作的零件主
14、要的失效形式是断裂或塑性变形 在变应力下工作的零件主要失效形式是疲劳断裂，取材在变应力下工作的零件主要失效形式是疲劳断裂，取材料的疲劳极限作为极限应力。料的疲劳极限作为极限应力。1.5.3 极限应力极限应力1.1.6 6.1 1 机械零件材料机械零件材料一、金属材料一、金属材料1、黑色金属、黑色金属2、有色金属、有色金属有减摩、抗腐蚀、耐热性、电磁性等较好有减摩、抗腐蚀、耐热性、电磁性等较好二、高分子材料二、高分子材料橡胶橡胶弹性、绝缘性好，常作弹性和密封元件、减震元件弹性、绝缘性好，常作弹性和密封元件、减震元件塑料塑料轻、易成形、减摩性好，强度低合成纤维轻、易成形、减摩性好，强度低合成纤维三
15、、陶瓷材料三、陶瓷材料 四四、复合材料、复合材料1.1.6 6.2 2 机械零件材料选用原则机械零件材料选用原则要考虑三个方面的要求要考虑三个方面的要求1、使用要求（首要考虑）：、使用要求（首要考虑）：1 1）零件的工况；）零件的工况；2 2）对零件尺寸和质）对零件尺寸和质量的限制；量的限制；3）零件的重要程度）零件的重要程度2、工艺要求：、工艺要求：1）毛坯制造；）毛坯制造；2）机械加工；）机械加工；3）热处理）热处理3、经济性要求：、经济性要求：1）材料价格；）材料价格；2）加工批量和加工费用；）加工批量和加工费用；3）材料的利用率；）材料的利用率；4）局部品质原）局部品质原则则5）替代（
16、尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料）。）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料）。另外，还要考虑当地材料的供应情况另外，还要考虑当地材料的供应情况1.1.7 7 机械零件设计标准化机械零件设计标准化 标准化定义：在经济、技术、科学及管理等社会实践中，标准化定义：在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复性事物和概念，通过制定、发布和实施标准，达到统对重复性事物和概念，通过制定、发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益。一，以获得最佳秩序和社会效益。零部件的标准化、通用化和产品系列化，这零部件的标准化、通用化和产品系列化，这“三化三化”是我是我国现行的很重要的一项技
17、术政策。国现行的很重要的一项技术政策。1.1.8 8 机械现代设计方法机械现代设计方法优化设计优化设计:建立一反映工程设计问题模型，找出最优方案建立一反映工程设计问题模型，找出最优方案可靠性设计可靠性设计:保证机械及零部件满足给定可靠性指标的一种设计方法。保证机械及零部件满足给定可靠性指标的一种设计方法。稳健设计稳健设计:通过调整设计变量及控制其容差使可控因素和不可控因素当与通过调整设计变量及控制其容差使可控因素和不可控因素当与设计值发生变差时仍能保证产品质量的一种工程方法。设计值发生变差时仍能保证产品质量的一种工程方法。并行设计并行设计:是一种对产品及其相关过程是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持包括设计制造过程和相关的支持过程过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。进行并行和集成设计的系统化工作模式。虚拟设计虚拟设计智能设计智能设计绿色设计绿色设计半自动多轴钻床凸轮机构齿轮机构照相机零件装配机械手