《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 》課件第0章

緒論0.1本課程概述

0.2機(jī)械概述思考與練習(xí)題

0.1.1前言

人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)生活中為了節(jié)省勞動(dòng)、提高效率，不斷改進(jìn)所使用的工具，從而創(chuàng)造、發(fā)展了機(jī)械和機(jī)械學(xué)科。從最早的杠桿、斜面等最簡(jiǎn)單的機(jī)械發(fā)展到起重機(jī)、汽車、飛機(jī)、各種機(jī)床設(shè)備、縫紉機(jī)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代航天器等等種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)、功能全面的機(jī)械。可以說正是機(jī)械科學(xué)的不斷發(fā)展，推動(dòng)著生產(chǎn)力的進(jìn)步和社會(huì)的向前發(fā)展。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)的水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。0.1本課程概述為了承擔(dān)設(shè)計(jì)、制造、使用和管理機(jī)器的任務(wù)，從事生產(chǎn)第一線技術(shù)、管理工作的技術(shù)人才必須熟悉機(jī)器知識(shí)，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、使用和維修的技術(shù)。因此，學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程無疑是十分重要的。0.1.2本課程的研究對(duì)象和內(nèi)容

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是一門綜合性專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本教材是為該課程編寫的，課程的研究對(duì)象和內(nèi)容也就是本教材的研究對(duì)象和內(nèi)容。它們分別是：

第一篇“力學(xué)基礎(chǔ)”的研究對(duì)象為剛體系統(tǒng)和變形固體。其中，靜力學(xué)部分主要研究剛體在載荷作用下的平衡問題，為構(gòu)件承載能力提供依據(jù)。材料力學(xué)部分主要研究變形固體的強(qiáng)度和剛度問題，為機(jī)械零件設(shè)計(jì)確定合理的材料、截面形狀和幾何尺寸提供理論依據(jù)。第二篇“機(jī)械原理”的研究對(duì)象為機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)方式和通用零部件。其中常用機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)部分，主要研究機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、運(yùn)動(dòng)特性及其設(shè)計(jì)的基本原理和方法。通用零部件部分主要研究機(jī)械中通用零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通用零部件的選用、設(shè)計(jì)的基本原理和方法。

第三篇“現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)概述”的研究對(duì)象為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)技術(shù)，主要介紹幾種現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思路。0.1.3本課程的任務(wù)

通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，要求達(dá)到以下基本要求：

(1)熟練運(yùn)用力學(xué)知識(shí)處理簡(jiǎn)單的力系平衡問題和零部件受力分析以及強(qiáng)度、剛度計(jì)算等計(jì)算方法。

(2)熟悉常用機(jī)構(gòu)、常用機(jī)械傳動(dòng)和通用零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)，掌握它們的選用和設(shè)計(jì)的基本原理方法，具備正確分析、使用、維護(hù)機(jī)械的能力，初步具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力。

(3)具備與機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)的解題、運(yùn)算、繪圖的能力，具備運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等技術(shù)資料的能力。熟悉常見現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)計(jì)思路、原理和設(shè)計(jì)方法，能夠結(jié)合生產(chǎn)和生活實(shí)踐，進(jìn)行具有開拓性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。0.1.4本課程在機(jī)械工程中的意義和應(yīng)用

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程主要研究機(jī)械設(shè)計(jì)中的基本問題，是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作的技術(shù)基礎(chǔ)，在日常生活和工程實(shí)踐中都具有廣泛的應(yīng)用。

目前，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作時(shí)，都是首先根據(jù)產(chǎn)品功能需求確定機(jī)構(gòu)組成；其次分析各構(gòu)件在工作過程中的運(yùn)動(dòng)情況及受載時(shí)的平衡問題；然后根據(jù)不同構(gòu)件具體的受載情況，合理選擇材料和熱處理方式，確定構(gòu)件的形狀、結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、制造工藝等；最后，根據(jù)上述各環(huán)節(jié)的結(jié)果繪制零件工作圖。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的這一設(shè)計(jì)流程就是本課程所研究?jī)?nèi)容的系統(tǒng)應(yīng)用過程。0.1.5本課程的學(xué)習(xí)方法

由于本課程是一門綜合性的專業(yè)基礎(chǔ)課，因此在學(xué)習(xí)過程中，除了應(yīng)堅(jiān)持作好課前預(yù)習(xí)，認(rèn)真聽課，及時(shí)復(fù)習(xí)，獨(dú)立完成作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等基本學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)外，還應(yīng)注意：

(1)學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，融會(huì)貫通。本課程是綜合性課程，綜合運(yùn)用本課程及其他課程知識(shí)，解決生產(chǎn)和生活中所遇到的簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)問題是本課程的教學(xué)目標(biāo)。

(2)要做到理論、技能和實(shí)踐相結(jié)合。本課程是一門實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程，大家在學(xué)習(xí)過程中除了要完成課程所安排的實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)訓(xùn)練環(huán)節(jié)外，還要注重理論知識(shí)和實(shí)踐設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)的結(jié)合，尤其是在處理零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝性等問題時(shí)。

(3)要學(xué)會(huì)創(chuàng)新?？茖W(xué)的靈魂在于創(chuàng)新，機(jī)械科學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展本身就是一個(gè)創(chuàng)新的過程，只有靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)并結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，勇于創(chuàng)新，才能將所學(xué)的知識(shí)真正變成改變?nèi)祟惿?，推?dòng)社會(huì)進(jìn)步的力量。

0.2.1機(jī)器、機(jī)構(gòu)和機(jī)械

在人們的生產(chǎn)和生活實(shí)踐中廣泛地使用著各種機(jī)器，如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、各種機(jī)床設(shè)備及計(jì)算機(jī)等。如圖0-1所示的內(nèi)燃機(jī)，是由活塞1、連桿2、曲軸3、齒輪4和5、凸輪6、氣門頂桿7、汽缸缸體8等實(shí)體組成的。當(dāng)可燃混合氣體在缸體內(nèi)燃燒推動(dòng)活塞1時(shí)，與之相連的連桿2就會(huì)將運(yùn)動(dòng)傳至曲軸3，從而使曲軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，向外輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。內(nèi)燃機(jī)的基本功能就是使可燃混合氣體在缸內(nèi)經(jīng)過吸氣—壓縮—燃燒—排氣這一工作循環(huán)，將燃燒所得的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。0.2機(jī)械概述又如圖0-2所示的顎式碎石機(jī)，是由機(jī)架1、偏心軸2、活動(dòng)顎板3、肘板4、帶輪5、固定顎板6等組成的。其中，偏心軸2與帶輪5固連，電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使活動(dòng)顎板3作平面運(yùn)動(dòng)，從而軋碎活動(dòng)顎板3與固定顎板6之間的礦石。顎式碎石機(jī)通過活動(dòng)顎板的平面運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)軋碎礦石的機(jī)械功。

圖0-1內(nèi)燃機(jī)圖0-2顎式碎石機(jī)盡管機(jī)器的種類繁多，其功能、結(jié)構(gòu)、工作原理也各不相同，但從結(jié)構(gòu)和功能上看，各種機(jī)器都具有以下三個(gè)特征：

(1)都是一種人為的實(shí)體組合；

(2)組成機(jī)器的各實(shí)體單元之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

(3)可以代替人的勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功。

同時(shí)具有以上三個(gè)特征的實(shí)體組合稱為機(jī)器，僅具備前兩個(gè)特征的稱為機(jī)構(gòu)。所謂的機(jī)構(gòu)，是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各種實(shí)體的組合，能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，主要用來傳遞和變換運(yùn)動(dòng)。由此可見，機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成的，但從運(yùn)動(dòng)角度來分析，兩者并無區(qū)別，工程上將機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為機(jī)械。0.2.2零件、部件和構(gòu)件

組成機(jī)器的各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元體稱為構(gòu)件；機(jī)械中不可拆的制造單元體稱為零件。構(gòu)件可以是單一零件，如內(nèi)燃機(jī)的曲軸，如圖0-3所示；也可以是多個(gè)零件的剛性組合體，如內(nèi)燃機(jī)的連桿，如圖0-4所示。由此可見，構(gòu)件是機(jī)械中運(yùn)動(dòng)的單元體，零件是機(jī)械中制造的單元體。

零件可分為兩類，一類是通用零件，是各機(jī)器中都經(jīng)常使用的零件，如螺栓、螺母等；另一類是專用零件，是僅在特定類型的機(jī)器中使用的零件，如活塞、曲軸等。

圖0-3曲軸圖0-4連桿隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類綜合應(yīng)用各方面的知識(shí)和技術(shù)，不斷創(chuàng)造出各種新型的機(jī)器，因此機(jī)器也具有了廣泛意義上的定義：一種用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料和信息的，能執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置。0.2.3機(jī)器的組成和機(jī)械的分類

就功能而言，一部完整的機(jī)器一般包括四個(gè)組成部分：動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、控制部分和執(zhí)行部分。動(dòng)力部分是機(jī)器的動(dòng)力來源，常用的有電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等；傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分是機(jī)器的主體，由各種機(jī)構(gòu)組成；控制部分可以使機(jī)器的動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分按一定的順序和規(guī)律運(yùn)動(dòng)，它包括各種控制機(jī)構(gòu)、電氣裝置、計(jì)算機(jī)和液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)等。

根據(jù)用途的不同，機(jī)械可分為四種類型：動(dòng)力機(jī)械、加工機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、信息機(jī)械等