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1、 现如今，我们的生活离不开各种机械，无数复杂的机械走进现如今，我们的生活离不开各种机械，无数复杂的机械走进了寻常百姓的生活中，小到随身携带的腕式手表，大到上班用以代了寻常百姓的生活中，小到随身携带的腕式手表，大到上班用以代步的汽车，如图步的汽车，如图0-10-1所示，都离不开机械的默默工作。你是否思考所示，都离不开机械的默默工作。你是否思考过：究竟什么是机械？机械是按怎样的程序进行设计，又通过怎样过：究竟什么是机械？机械是按怎样的程序进行设计，又通过怎样的方式运转，让我们的生活更加便利的呢？作为的方式运转，让我们的生活更加便利的呢？作为2121世纪的热血青年，世纪的热血青年，是否应该了解和掌握
2、机械设计基本知识，又要学习哪些知识呢？通是否应该了解和掌握机械设计基本知识，又要学习哪些知识呢？通过本章的学习，你会找到答案。过本章的学习，你会找到答案。绪 论0.1 0.1 机械的组成机械的组成0.2 0.2 机械设计的任务、要求和一般程序机械设计的任务、要求和一般程序0.3 0.3 机械设计方法简介机械设计方法简介0.4 0.4 本课程的性质、任务和学习内容本课程的性质、任务和学习内容绪 论u本章重点u机械、机器、机构、构件、零件及部件的概念及分类；u传统设计方法和现代设计方概述；u机器应满足的要求和设计程序；u本课程的内容、性质和任务。u兴趣实践u观察日常生活中各种机器的组成和工作过程，
3、例如洗衣机、自行车、汽车等。u探索思考u机器除了完成相应功能外，还需要一定的使用寿命，影响机器寿命的因素有哪些，如何提高机器工作的可靠性，延长其工作寿命？绪 论 公元一世纪公元一世纪 东汉东汉 “水排水排”用水力鼓风炼铁用水力鼓风炼铁 其中应用了齿轮和连杆机构其中应用了齿轮和连杆机构绪 论古代中国 1818世纪世纪6060年代年代 “珍妮纺纱机珍妮纺纱机”具备动力、传动、工具三个部分的装置，具备动力、传动、工具三个部分的装置，已经是一台机器了。已经是一台机器了。绪 论近代机械绪 论 焊接机器人焊接机器人 北京现代汽车有限公司杨镇工厂（第三工厂）的车身北京现代汽车有限公司杨镇工厂（第三工厂）的车
4、身 车车间，间，290290台机器人替代了人力，约台机器人替代了人力，约5050秒完成一辆车身焊接实现秒完成一辆车身焊接实现了自动化率了自动化率100%100%，整个过程无焊花飞溅。，整个过程无焊花飞溅。现代机械绪 论 机械机械是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、提高生是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、提高生产率的主要工具。产率的主要工具。机械工业是国民经济的支柱工业之一。机械工业是国民经济的支柱工业之一。机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建
5、立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。展紧密相连。绪 论 机械科学与技术的发展或许是我们的限定思维难以展望机械科学与技术的发展或许是我们的限定思维难以展望的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的的，但人们在机械创新的漫漫征程中所积累的机械设计基础机械设计基础知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。知识为我们提供了认识和改造客观世界的基础。绪 论 究竟什么是机械？究竟什么是机械？机械是按怎样的程序进行设计，又通过怎样的方式运转，机械是按怎样的程序进行设计，又通过怎样的方式运转，让我们的生活更加便利的呢？让我们的生活更加便利的
6、呢？作为作为2121世纪的热血青年，是否应该了解和掌握机械设计基世纪的热血青年，是否应该了解和掌握机械设计基本知识，又要学习哪些知识呢？本知识，又要学习哪些知识呢？机械的组成 机械机械就是可以减轻或代替人们的劳动，提高生产率、产就是可以减轻或代替人们的劳动，提高生产率、产品质量和生活水平的工具装置。品质量和生活水平的工具装置。像筷子、扫帚以及钳子一类的物品都可以被称为机械，像筷子、扫帚以及钳子一类的物品都可以被称为机械，它们是它们是简单机械简单机械。复杂机械就是由两种或两种以上的简单机械构成的。通复杂机械就是由两种或两种以上的简单机械构成的。通常把这些比较复杂的机械叫做常把这些比较复杂的机械叫
7、做机器机器。变速变速箱箱(b)(b)离合器离合器(a)(a)发动机发动机(g)(g)车门车门(f)(f)后桥后桥(e)(e)制动器制动器(d)(d)万向节万向节(c)(c)变速器变速器机械的组成汽车整车汽车整车（a a）发动机）发动机（b b）离合器）离合器（c c）变速器）变速器（d d）万向节）万向节（e e）制动器）制动器（f f）后桥）后桥（g g）车门）车门曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构蜗轮与蜗杆蜗轮与蜗杆齿轮系齿轮系轴轴键键轴承轴承凸轮机构凸轮机构带传动带传动将燃烧汽油的热能转化为动能将燃烧汽油的热能转化为动能来驱使汽车行驶来驱使汽车行驶其相当于一个动力开关，可以传递或切
8、断发动机向变速器输入的动力。其相当于一个动力开关，可以传递或切断发动机向变速器输入的动力。主要是为了使汽车平稳起步，适时中断到传动系的动力以配合换档，还主要是为了使汽车平稳起步，适时中断到传动系的动力以配合换档，还可以防止传动系过载可以防止传动系过载是一套用于来协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置，用于发挥发是一套用于来协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。在汽车行驶过程中，变速器可以在发动机和车轮之间产生动机的最佳性能。在汽车行驶过程中，变速器可以在发动机和车轮之间产生不同的变速比。该变速比是通过一系列齿轮或蜗轮、蜗杆组成的轮系实现的不同的变速比。该变速
9、比是通过一系列齿轮或蜗轮、蜗杆组成的轮系实现的组成轮系的齿轮要安装在轴上组成轮系的齿轮要安装在轴上一般齿轮和轴在圆周方向用键进行定位一般齿轮和轴在圆周方向用键进行定位轴靠轴承作为支撑从而能安装固定在变速器箱体上轴靠轴承作为支撑从而能安装固定在变速器箱体上是利用球型等装置以实现不同方向的轴动力输出，它也是汽车上很重要的一个部件。万向节与传是利用球型等装置以实现不同方向的轴动力输出，它也是汽车上很重要的一个部件。万向节与传动轴组合，称为万向节传动装置。在前置发动机前轮驱动的车辆中，万向节安装在既负责驱动又动轴组合，称为万向节传动装置。在前置发动机前轮驱动的车辆中，万向节安装在既负责驱动又负责转向的
10、前桥半轴与车轮之间负责转向的前桥半轴与车轮之间是产生阻碍车辆运动或运动趋势的力（制动力）的部件，其中也包是产生阻碍车辆运动或运动趋势的力（制动力）的部件，其中也包括辅助制动系统中的缓速装置。汽车所用的制动器几乎都是摩擦式括辅助制动系统中的缓速装置。汽车所用的制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类的，可分为鼓式和盘式两大类是指汽车后面那根桥。对于前桥驱动的车辆，后桥仅是随动桥，只起到承载的作用是指汽车后面那根桥。对于前桥驱动的车辆，后桥仅是随动桥，只起到承载的作用车门各零部件间靠焊接或螺纹连接在一起车门各零部件间靠焊接或螺纹连接在一起（第（第2 2 章将讲解连杆机构的相关知识）章将讲解连
11、杆机构的相关知识）（第（第3 3 章将讲解凸轮机构的相关知识）章将讲解凸轮机构的相关知识）（第（第5 5 章将讲解带传动的相关知识，类似传动还有链传动）章将讲解带传动的相关知识，类似传动还有链传动）（第（第11 11 章将讲解制动器的相关知识）章将讲解制动器的相关知识）（第（第7 7 章将讲解蜗轮蜗杆传动的相关知识）章将讲解蜗轮蜗杆传动的相关知识）（第（第6 6 章和第章和第8 8 章将讲解齿轮传动和齿轮系的相关知识）章将讲解齿轮传动和齿轮系的相关知识）（第（第9 9 章将讲解轴的相关知识）章将讲解轴的相关知识）（第（第13 13 章将讲解键连接的相关知识）章将讲解键连接的相关知识）（第（第1
12、0 10 章将讲解轴承的相关知识）章将讲解轴承的相关知识）（第（第11 11 章将讲解离合器的相关知识）章将讲解离合器的相关知识）（第（第12 12 章将讲解螺纹连接的相关知识）章将讲解螺纹连接的相关知识）包含包含包含包含包括包括机械的组成一、机器和机构机器和机构 机器机器：能实现确定的机械运动，又能作有用的机械功或：能实现确定的机械运动，又能作有用的机械功或完成能量、物料与信息转换和传递的装置。完成能量、物料与信息转换和传递的装置。机械的组成 机构机构：只能用来传递运动和力或改变运动形式的机械传：只能用来传递运动和力或改变运动形式的机械传动装置。动装置。机械机械：机构和机器统称为机械。：机构
13、和机器统称为机械。连杆连杆活塞活塞凸轮凸轮带传动带传动机械的组成二、零件、部件和构件 零件零件：机械的制造单元，如螺钉、螺母、曲轴等。：机械的制造单元，如螺钉、螺母、曲轴等。零件零件通用零件通用零件:在各种机器中都能用到的零件。在各种机器中都能用到的零件。专用零件专用零件:在特定类型的机器中才能用到的零件。在特定类型的机器中才能用到的零件。曲轴是各类发动机的主要旋转机构曲轴是各类发动机的主要旋转机构,它它担负着将活塞的上下往复运动转变为担负着将活塞的上下往复运动转变为自身的圆周运动，且通常我们所说的自身的圆周运动，且通常我们所说的发动机转速就是曲轴的转速。发动机转速就是曲轴的转速。机械的组成
14、部件部件：由一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组：由一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合件，如减速器、离合器、制动器等。部件是装配的单元。合件，如减速器、离合器、制动器等。部件是装配的单元。减速器减速器离合器离合器制动器制动器机械的组成 构件构件：机构中形成相对运动的各个运动单元。可以是单：机构中形成相对运动的各个运动单元。可以是单一的零件，也可以是由若干零件组成的运动单元。一的零件，也可以是由若干零件组成的运动单元。连杆组装连杆组装机械的组成三、机器的分类及组成 1 1、机器的分类、机器的分类 （1 1）动力机器，将自然界中的能量转换为机械能而作功）动力机器，将自然界中的能量转换为
15、机械能而作功的机械装置。如风力机、水轮机、蒸汽机等。的机械装置。如风力机、水轮机、蒸汽机等。风力机风力机水轮机水轮机蒸汽机蒸汽机机械的组成 （2 2）工作机器，是指能够代替人的劳动，完成有用的机）工作机器，是指能够代替人的劳动，完成有用的机械功或搬运物品的机械装置。如起重机、飞机、印刷机等。械功或搬运物品的机械装置。如起重机、飞机、印刷机等。起重机起重机飞机飞机印刷机印刷机机械的组成 （3 3）信息机器，是指完成信息传递或变换的机械装置如）信息机器，是指完成信息传递或变换的机械装置如电话机、传真机、编码器等。电话机、传真机、编码器等。电话机电话机传真机传真机编码器编码器机械的组成案例案例0-1
16、0-1洗衣机是利用电能产生机械作用来洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器洗涤衣物的清洁电器，属于工作机，属于工作机器。如果请你设计一台洗衣机，请器。如果请你设计一台洗衣机，请根据洗衣机需要具有的功能根据洗衣机需要具有的功能,分析其分析其应该由哪几部分组成？应该由哪几部分组成？机械的组成 2 2、机器的组成、机器的组成 机器种类繁多，形状各异，但就其功能而言，机器主要机器种类繁多，形状各异，但就其功能而言，机器主要由五个部分组成。由五个部分组成。控制部分控制部分传动部分传动部分动力部分动力部分直接完成直接完成工作任务工作任务执行部分执行部分机箱、润滑、机箱、润滑、照明等照明等电动机电
17、动机内燃机内燃机支撑及辅助支撑及辅助机械的组成原原 动动 机机：汽油机和柴油机。：汽油机和柴油机。传动系统传动系统：离合器、变速箱、：离合器、变速箱、传动轴和差速器。传动轴和差速器。工工 作作 机机：车轮、悬挂系统：车轮、悬挂系统 和底盘。和底盘。控制系统控制系统：方向盘和转向系统、排档杆、刹车及其踏板、：方向盘和转向系统、排档杆、刹车及其踏板、离合器及其油门。离合器及其油门。辅助系统辅助系统：油量表、速度表、里程表、润滑油温度表及蓄电平：油量表、速度表、里程表、润滑油温度表及蓄电平 电流表、电压表等为显示系统；后视镜、车门锁、电流表、电压表等为显示系统；后视镜、车门锁、刮油器等为其它辅助系统
18、；前后灯、仪表盘灯为照刮油器等为其它辅助系统；前后灯、仪表盘灯为照 明系统；转向信号灯和车尾红灯为信号系统。明系统；转向信号灯和车尾红灯为信号系统。机器组成实例机械的组成案例案例0-10-1分析分析机械的组成案例案例0-10-1分析分析自动自动洗衣机洗衣机主要包括洗涤和脱水两大功能，主要包括洗涤和脱水两大功能，应该由以下几部分组成：应该由以下几部分组成：（1 1）动力系统：电动机；）动力系统：电动机；（2 2）传动系统：带传动、齿轮传动；）传动系统：带传动、齿轮传动；（3 3）执行系统：波轮或滚筒；）执行系统：波轮或滚筒；（4 4）控制系统：控制面板；）控制系统：控制面板；（5 5）辅助系统：
19、箱体、盛水桶、脱水桶等。）辅助系统：箱体、盛水桶、脱水桶等。机械的组成四、现代机器简介 现代机器具有的主要特征为：功能增加，柔性提高；结现代机器具有的主要特征为：功能增加，柔性提高；结构简化，精度提高；效率提高，成本降低。构简化，精度提高；效率提高，成本降低。机器人焊接机器人焊接机器人去毛刺机器人去毛刺机械的组成数控加工中的工业机器人数控加工中的工业机器人机械的组成案例案例0-20-2请你考虑一下，设计洗衣机需要做请你考虑一下，设计洗衣机需要做哪些工作？需要怎样的设计程序？哪些工作？需要怎样的设计程序？机械设计的任务、要求和一般程序机械设计的任务、要求和一般程序 机械设计的主要内容包括以下几个
20、方面：机械设计的主要内容包括以下几个方面：（1 1）确定机械的工作原理，选择合宜的机构；）确定机械的工作原理，选择合宜的机构；（2 2）拟定设计方案；）拟定设计方案；（3 3）进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；）进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；（4 4）进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。）进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。机械设计程序一般包括以下几个阶段：机械设计程序一般包括以下几个阶段：（1 1）计划阶段）计划阶段 （2 2）方案设计阶段）方案设计阶段 （3 3）技术设计阶段）技术设计阶段 （4 4）技术文件编制阶段）技术文件编制阶段机械设计的任务、
21、要求和一般程序案例案例0-20-2分析分析洗衣机的设计步骤：洗衣机的设计步骤：（1 1）计划设计阶段，根据洗衣机的功能、经济性的估）计划设计阶段，根据洗衣机的功能、经济性的估计、制造要求方面的大致估计，完成计划任务书。计、制造要求方面的大致估计，完成计划任务书。（2 2）提出设计方案，根据设计要求分析是自动还是半）提出设计方案，根据设计要求分析是自动还是半自动洗衣机，是波轮还是滚筒洗衣机，确定出设计方案。自动洗衣机，是波轮还是滚筒洗衣机，确定出设计方案。（3 3）技术设计阶段，根据确定的设计方案，选择动力）技术设计阶段，根据确定的设计方案，选择动力源，设计相关零部件，确定零部件的连接方式，最后
22、完源，设计相关零部件，确定零部件的连接方式，最后完成零件和装配草图。成零件和装配草图。（4 4）技术文件编写阶段，编写设计计算说明书，使用）技术文件编写阶段，编写设计计算说明书，使用说明书等。说明书等。机械设计的任务、要求和一般程序机械设计方法简介一、传统机械设计方法 （1 1）理论设计）理论设计:根据长期的实践总结出来的设计理论和实根据长期的实践总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计，如标准直齿圆柱齿轮的齿面接触疲劳验数据所进行的设计，如标准直齿圆柱齿轮的齿面接触疲劳强度计算。强度计算。（2 2）经验设计）经验设计:根据对某类零件已有的设计与使用实践而根据对某类零件已有的设计与使用实践而归
23、纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计。的办法所进行的设计。（3 3）模型实验设计：对于一些尺寸巨大且结构复杂的重要）模型实验设计：对于一些尺寸巨大且结构复杂的重要零部件，特别是一些重型整体机械系统与装备，为了提高设零部件，特别是一些重型整体机械系统与装备，为了提高设计质量和缩短研发周期，往往采用模型实验设计的方法。计质量和缩短研发周期，往往采用模型实验设计的方法。二、现代机械设计方法 （1 1）计算机辅助设计）计算机辅助设计 （2 2）有限元分析）有限元分析 （3 3）优化设计）优化设计 （4 4）可靠性设计）
24、可靠性设计 （5 5）绿色设计）绿色设计 电视机让信息以图像电视机让信息以图像+声音的方式出现声音的方式出现在观众面前，不仅改变了我们的生活，甚至在观众面前，不仅改变了我们的生活，甚至可以说改变了历史。电视机显示屏也从传统可以说改变了历史。电视机显示屏也从传统的的CRT、LCD液晶屏发展到如今的液晶屏发展到如今的LED液晶液晶屏，请思考电视机显示屏在该方面的更新换屏，请思考电视机显示屏在该方面的更新换代是采用了哪些现代设计的思想？代是采用了哪些现代设计的思想？机械设计方法简介本课程的性质、任务和学习内容 性质：机械设计基础是一门综合性技术基础课；是性质：机械设计基础是一门综合性技术基础课；是从
25、理论性、系统性很强的基础课向实践性较强的专业课过渡从理论性、系统性很强的基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点。的一个重要转折点。任务：任务：（1 1）掌握零部件的受力分析和强度计算方法。）掌握零部件的受力分析和强度计算方法。（2 2）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、）熟悉常用机构、常用机械传动及通用零部件的工作原理、特点、应用、结构和标准，掌握其选用和基本设计方法，特点、应用、结构和标准，掌握其选用和基本设计方法，具备正确分析、使用和维护机械的能力，初步具有设计简具备正确分析、使用和维护机械的能力，初步具有设计简单机械传动装置的能力。单机械传动装置的能力。（3 3）
26、具有与本课程有关的解题、运算、绘图能力和应用标准、）具有与本课程有关的解题、运算、绘图能力和应用标准、手册、图册等有关技术资料的能力。手册、图册等有关技术资料的能力。本课程的性质、任务和学习内容培养目标：培养目标：（1 1）培养学生综合运用知识的能力）培养学生综合运用知识的能力 本课程是一门综合性课程，综合运用本课程和其他课程本课程是一门综合性课程，综合运用本课程和其他课程所学知识解决机械设计问题是本课程的教学目标，也是设计所学知识解决机械设计问题是本课程的教学目标，也是设计能力的重要标志。能力的重要标志。（2 2）使学生学会知识技能的实际应用）使学生学会知识技能的实际应用 本课程又是一门能够
27、应用于工程实际的设计性课程，除本课程又是一门能够应用于工程实际的设计性课程，除完成教学大纲安排的实验、实训、设计训练外，还应注意设完成教学大纲安排的实验、实训、设计训练外，还应注意设计公式的应用条件，公式中系数的选择范围，设计结果的处计公式的应用条件，公式中系数的选择范围，设计结果的处理，特别是结构设计和工艺性问题。理，特别是结构设计和工艺性问题。本课程的性质、任务和学习内容培养目标：培养目标：（3 3）培养学生总结归纳的能力）培养学生总结归纳的能力 本课程的研究对象多，内容繁杂，所以必须对每一个研本课程的研究对象多，内容繁杂，所以必须对每一个研究对象的基本知识、基本原理、基本设计思路方法进行
28、归纳究对象的基本知识、基本原理、基本设计思路方法进行归纳总结，并与其他研究对象进行比较，掌握其共性与个性，只总结，并与其他研究对象进行比较，掌握其共性与个性，只有这样才能有效提高分析和解决设计问题的能力。有这样才能有效提高分析和解决设计问题的能力。（4 4）培养学生的创新意识）培养学生的创新意识 学习机械设计不仅在于继承，更重要的是应用创新，机学习机械设计不仅在于继承，更重要的是应用创新，机械科学产生与发展的历程，就是不断创新的历程。只有学会械科学产生与发展的历程，就是不断创新的历程。只有学会创新，才能把知识变成分析问题与解决问题的能力。创新，才能把知识变成分析问题与解决问题的能力。本课程的性质、任务和学习内容