機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論課件

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1歡迎進(jìn)入《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教室

看一看機(jī)器的外在表現(xiàn)就知道其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

聽一聽機(jī)器的聲音就知道機(jī)器是否生了病并且知道病根在那里。

一旦發(fā)現(xiàn)需要，就能根據(jù)所需設(shè)計(jì)，甚至發(fā)明新的機(jī)械設(shè)備。

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歡迎進(jìn)入《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教室看一看機(jī)器的外在表現(xiàn)就知道其內(nèi)2機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械：機(jī)器與機(jī)構(gòu)總稱。

設(shè)計(jì)：為了滿足特定功能要求而進(jìn)行的

創(chuàng)造過(guò)程。

機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械：機(jī)器與機(jī)構(gòu)總稱。

設(shè)計(jì)：為了滿足特定功3機(jī)械設(shè)計(jì)概論

1機(jī)器的組成機(jī)器的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程。人類為了滿足生產(chǎn)及生活的需要，設(shè)計(jì)和制造了類型繁多、功能各異的機(jī)器。但是，只有在蒸汽機(jī)出現(xiàn)以后，機(jī)器才具有了完整的形態(tài)。機(jī)械設(shè)計(jì)概論1機(jī)器的組成4機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論課件5機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論課件6機(jī)器（三個(gè)特征）：①人為的實(shí)物組合（不是天然形成）②各運(yùn)動(dòng)單元具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

③必須能作有用功，完成物流、信息的傳遞及能量的轉(zhuǎn)換。機(jī)器的組成：原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、傳動(dòng)部分、自動(dòng)控制工作機(jī)機(jī)器（三個(gè)特征）：①人為的實(shí)物組合（不是天然形成）7

一部完整機(jī)器的組成

作為一部完整的機(jī)器，僅具有上述的機(jī)械部分是不夠的，它不能完成預(yù)期的工作。從功能和系統(tǒng)的角度來(lái)看，機(jī)器一般主要由五部分組成，如圖所示機(jī)器的組成

傳動(dòng)部分輔助系統(tǒng)，例如潤(rùn)滑、顯示照明等

原動(dòng)機(jī)部分

執(zhí)行部分控制部分

一部完整機(jī)器的組成作為一部完整的機(jī)器，僅具有上述的機(jī)械8

原動(dòng)機(jī)部分是驅(qū)動(dòng)整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源。一般來(lái)說(shuō)，它是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出絕大多數(shù)呈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，輸出一定的轉(zhuǎn)矩。原動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了如下發(fā)展過(guò)程：人力、畜力→水力機(jī)、風(fēng)力機(jī)→蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)

原動(dòng)機(jī)部分是驅(qū)動(dòng)整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源。一般9機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論課件1012缸V型柴油機(jī)16缸V型柴油機(jī)轎車上用的內(nèi)燃機(jī)拖拉機(jī)上用的內(nèi)燃機(jī)12缸V型柴油機(jī)11

執(zhí)行部分

是用來(lái)完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分。一部機(jī)器可以只有一個(gè)執(zhí)行部分，也可以把機(jī)器的功能分解成好幾個(gè)執(zhí)行部分。

傳動(dòng)部分

用來(lái)連接原動(dòng)機(jī)部分和執(zhí)行部分，用來(lái)將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)。執(zhí)行部分是用來(lái)完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分。一部機(jī)器可以12

例如：把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)；高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速；小轉(zhuǎn)矩變?yōu)榇筠D(zhuǎn)矩等。機(jī)器的傳動(dòng)部分大多數(shù)采用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，有時(shí)也采用液壓或電力傳動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是絕大多數(shù)機(jī)器不可缺少的重要組成部分。

隨著機(jī)器的功能越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器的精度要求也越來(lái)越高，所以機(jī)器除了以上三個(gè)部分外，還會(huì)不同程度地增加其它部分，例如控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等,比如汽車。

例如：把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)；高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速；小轉(zhuǎn)矩變13機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論課件14

機(jī)構(gòu)：有①②兩特征①人為的實(shí)物組合（不是天然形成的）；②各運(yùn)動(dòng)單元具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器和機(jī)構(gòu)最明顯的區(qū)別是：機(jī)器能作有用功，而機(jī)構(gòu)不能，機(jī)構(gòu)僅能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。兩者之間也有聯(lián)系，機(jī)器是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)，最簡(jiǎn)單的機(jī)器只有一個(gè)機(jī)構(gòu)。

機(jī)構(gòu)：有①②兩特征①人為的實(shí)物組合（不是天然形成的）；②各15構(gòu)件零件：從制造的觀點(diǎn)分析機(jī)械時(shí)，零件是組成機(jī)械的最小單元體。任何機(jī)械都由許多零件組合而成的。如內(nèi)燃機(jī)中的連桿由連桿體、連桿頭、軸瓦、螺桿、螺母和軸套等零件組成。

構(gòu)件零件：從制造的觀點(diǎn)分析16構(gòu)件：從運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)分析機(jī)械時(shí)，構(gòu)件是參加運(yùn)動(dòng)的最小單元體。構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可以是由多個(gè)零件組成的剛性系統(tǒng)。

構(gòu)件：從運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)分析機(jī)械時(shí)，構(gòu)件是參加運(yùn)動(dòng)的最小單元體。構(gòu)17本節(jié)重點(diǎn)：什么是機(jī)器、機(jī)構(gòu)機(jī)器的三特征：1）由一系列的運(yùn)動(dòng)單元體所組成。2）各運(yùn)動(dòng)單元體之間都具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3）能轉(zhuǎn)換機(jī)械能或完成有用的機(jī)械功以代替或減輕人們的勞動(dòng)。具有以上1、2兩個(gè)特征的實(shí)體稱為機(jī)構(gòu)。構(gòu)件——由一個(gè)或多個(gè)零件連接而成的運(yùn)動(dòng)單元體。零件——機(jī)器中的制造單元體。

本節(jié)重點(diǎn)：什么是機(jī)器、機(jī)構(gòu)機(jī)器的三特征：18本課程的性質(zhì)

是以一般通用零件的設(shè)計(jì)為核心的設(shè)計(jì)課程，是論述其基本設(shè)計(jì)理論和方法的技術(shù)基礎(chǔ)課程。本課程的主要任務(wù)

1）培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、創(chuàng)新意識(shí)和協(xié)作精神；2）掌握通用零件的設(shè)計(jì)方法和理論，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械、以及改進(jìn)、開發(fā)零件產(chǎn)品的能力；3）具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；4）掌握典型機(jī)械零件的實(shí)驗(yàn)方法，獲得實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練；5）了解有關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策和發(fā)展動(dòng)向。總目上一頁(yè)結(jié)束本課程的性質(zhì)是以一般通用零件的設(shè)計(jì)為核心19對(duì)機(jī)器的主要要求

基本要求1）使用功能要求；2）經(jīng)濟(jì)性要求；3）勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求；4）可靠性要求；5）其它專用要求。總目錄下一頁(yè)結(jié)束對(duì)機(jī)器的主要要求基本要求1）使用功能要求；總目錄下一頁(yè)20§0-3設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序一般程序

計(jì)劃階段方案設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)文件編制對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器需求情況進(jìn)行充分調(diào)查分析，明確機(jī)器功能及約束條件，形成設(shè)計(jì)任務(wù)書。分析機(jī)器功能，確定功能參數(shù)，擬定多種方案并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。確定原動(dòng)機(jī)參數(shù)及各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定主要零件上的載荷大小、特性，依工作能力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則初步完成零件基本尺寸的確定，作出零部件裝配草圖及總裝配圖，完成主要零件的校核計(jì)算。編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書、使用說(shuō)明書及其它技術(shù)文件?！?-3設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序一般程序計(jì)劃階段方案設(shè)計(jì)21機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法*理論設(shè)計(jì)——滿足工作能力要求。

校核計(jì)算：

設(shè)計(jì)計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)——滿足結(jié)構(gòu)工藝要求。模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)總目錄上一頁(yè)下一頁(yè)結(jié)束機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法分為兩種：常規(guī)設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法*理論設(shè)計(jì)——滿足工作能力22機(jī)械零件的主要失效形式整體斷裂正常工作條件破壞總目錄上一頁(yè)結(jié)束過(guò)大的殘余變形零件的表面破壞零件在外載荷作用下，由于某一危險(xiǎn)截面的應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。零件上的應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服極限產(chǎn)生的過(guò)大殘余變形而導(dǎo)致的失效。零件表面在受到各種腐蝕、磨損和接觸疲勞而產(chǎn)生的表面破壞失效。如：滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑得不到保障將產(chǎn)生過(guò)熱、膠合、磨損等形式的失效；帶傳動(dòng)在外載荷超過(guò)極限摩擦力時(shí)將發(fā)生打滑失效等。機(jī)械零件的主要失效形式整體斷裂正常工作條件破壞總目錄上一頁(yè)結(jié)23機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基本要求計(jì)算準(zhǔn)則工作能力要求：強(qiáng)度、剛度、壽命、穩(wěn)定性、耐磨性；結(jié)構(gòu)工藝性及經(jīng)濟(jì)性要求。質(zhì)量小及可靠性要求強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則

壽命準(zhǔn)則振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則可靠性準(zhǔn)則總目錄上一頁(yè)下一頁(yè)結(jié)設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則基本要求計(jì)算準(zhǔn)則工作能力要求：強(qiáng)度、剛度、24機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則就是指零件中的應(yīng)力不得超過(guò)允許的限度。即：

σ≤σlim考慮到各種偶然性或難以精確分析的影響，上式右邊要除以設(shè)計(jì)安全系數(shù)(簡(jiǎn)稱安全系數(shù))，即：

σ≤σlim/S即σ≤[σ]式中：安全系數(shù)S為大于1的數(shù)，S過(guò)大，雖安全但浪費(fèi)材料；S過(guò)小，雖節(jié)省材料但趨危險(xiǎn)，故S的選取應(yīng)適當(dāng)。[σ]稱為許用應(yīng)力。機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則（一）強(qiáng)度準(zhǔn)則25幾個(gè)參數(shù)σ:應(yīng)力σlim即為材料的極限，對(duì)于脆性材料：取σlim＝σB（強(qiáng)度極限），對(duì)于塑性材料：取σlim＝σS（屈服極限）

設(shè)計(jì)安全系數(shù)(簡(jiǎn)稱安全系數(shù))：S[σ]：稱為許用應(yīng)力。幾個(gè)參數(shù)σ:應(yīng)力26載荷和應(yīng)力分類靜載荷———靜應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)變載荷———變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)載荷脈動(dòng)循環(huán)名義載荷——名義應(yīng)力計(jì)算載荷——計(jì)算應(yīng)力載荷和應(yīng)力分類靜載荷———靜應(yīng)力27按照隨時(shí)間變化的情況，應(yīng)力可分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力

不隨時(shí)間變化的應(yīng)力，稱為靜應(yīng)力，實(shí)用中將變化緩慢（使用期限內(nèi)，應(yīng)力變化的次數(shù)<10）的應(yīng)力也看作靜應(yīng)力。例如，鍋爐的內(nèi)壓力所引起的應(yīng)力，擰緊螺母所引起的應(yīng)力等。隨時(shí)間變化的應(yīng)力，稱為變應(yīng)力。其中：隨著時(shí)間的變化，應(yīng)力改變完全無(wú)規(guī)律的稱為隨機(jī)變應(yīng)力，研究隨機(jī)變應(yīng)力屬于“概率工程設(shè)計(jì)”的內(nèi)容，本課程不予討論。應(yīng)力變化具有周期性的變應(yīng)力稱為循環(huán)變應(yīng)力零件承受靜載荷時(shí)，不僅產(chǎn)生靜應(yīng)力，有時(shí)也能產(chǎn)生變應(yīng)力。例如承受靜載荷的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或周期運(yùn)動(dòng)的零件將產(chǎn)生變應(yīng)力。按照隨時(shí)間變化的情況，應(yīng)力可分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力不隨時(shí)間28機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論課件29幾個(gè)參數(shù)σmax

最大應(yīng)力

σmin最小應(yīng)力

σm平均應(yīng)力σm=(σmax

+σmin)/2

σa

應(yīng)力幅σa=(σmax-σmin

)/2

r應(yīng)力循環(huán)特性r=

σmin/σmax

幾個(gè)參數(shù)σmax最大應(yīng)力30各種類型的變應(yīng)力變化曲線如圖所示：式中：σm為平均應(yīng)力；σa為應(yīng)力幅?？偰夸浬弦豁?yè)下一頁(yè)結(jié)束各種類型的變應(yīng)力變化曲線如圖所示：式中：σm為平均應(yīng)力；σa31

對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（r=-1）σmax

=-σmin

脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力(r=0)σmin=0，σm

=0σa

=σmax

=-σmin

，；σmax≠0，

靜應(yīng)力（r=＋1）可看作變應(yīng)力的特例，其σmax=σ