北科大《机械设计》教学课件第1章 绪论.pdf

北京科技大学机械工学系北京科技大学机械工学系PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 概概论论1 1-1 1 机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成1 1-2 2 本课程的内容本课程的内容本课程的内容本课程的内容性质和任性质和任性质和任性质和任务务务务1 1-3 3 机械设计的基本要求机械设计的基本要求机械设计的基本要求机械设计的基本要求和设计过程和设计过程和设计过程和设计过程1 1-4 4 机械零件的工作能力及其计算准则机械零件的工作能力及其计算准则机械零件的工作能力及其计算准则机械零件的工作能力及其计算准则1 1-5 5 机械零件的载荷、应力、和许用应力机械零件的载荷、应力、和许用应力机械零件的载荷、应力、和许用应力机械零件的载荷、应力、和许用应力1 1-6 6 机械零件材料的选机械零件材料的选机械零件材料的选机械零件材料的选用原则用原则用原则用原则1 1-7 7 机械设计的新发展要机械设计的新发展要机械设计的新发展要机械设计的新发展要PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1-1 机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 机机器器内燃机内燃机（3）用于完成包括机械力、运）用于完成包括机械力、运动和能量转换等动力学任务。动和能量转换等动力学任务。（1）都是人们根据某种使用要求）都是人们根据某种使用要求而设计创造的一种装置。而设计创造的一种装置。（2）它们必须执行确定的机械）它们必须执行确定的机械运动。运动。（1）人为的实物组合体；）人为的实物组合体；（2）各部分之）各部分之间间须须有有确定的确定的相对相对运动；运动；（3）代替代替人人类类完成完成有有用的机用的机械械功或功或转换能量。转换能量。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 机机构构：（1）都是人们根据某种）都是人们根据某种使用要求而设计创造的使用要求而设计创造的一种装置。一种装置。（2）它们必须执行确定）它们必须执行确定的机械运动。的机械运动。（1）人为的实物组合体；）人为的实物组合体；（2）各部分之）各部分之间间须须有有确定确定的的相对相对运动；运动；PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 f 机器的组成：（一般为三部分机器的组成：（一般为三部分)uu动力机动力机 传动装置传动装置 工作机工作机uu动力机：动力机：电机电机内燃机等，将电能或热内燃机等，将电能或热能转换为机械能。能转换为机械能。uu工作机：工作机：机床机床轧钢机等，代替人的体轧钢机等，代替人的体力做有用的机械功。力做有用的机械功。uu传动装置：传动装置：将动力机动力的和运动传到将动力机动力的和运动传到工作机的中间环节，如齿轮传动工作机的中间环节，如齿轮传动带传带传动等。动等。（可省略）（可省略）PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 传动装置的目的和作用传动装置的目的和作用uu1 1）改变速度）改变速度扭矩和运动形式扭矩和运动形式uu2 2）分配动力的和运动）分配动力的和运动PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 零件零件构件与部件构件与部件uu零件零件零件零件：加工制造的单元体加工制造的单元体uu构件构件构件构件：运动的单元体运动的单元体uu部件部件部件部件：为完成同一使命，在结构上紧密为完成同一使命，在结构上紧密 联联系在一起的一套协同工作组合，如减速器系在一起的一套协同工作组合，如减速器等。等。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 通用零件和专用零件通用零件和专用零件uu通通用零件用零件通通用零件用零件：各类机械中常用，功用和性能：各类机械中常用，功用和性能相同的零件，分为连接件相同的零件，分为连接件传动件传动件支撑支撑件件缓冲件等。缓冲件等。uu专专用零件用零件专专用零件用零件：仅适于专门用途的零件，如钓：仅适于专门用途的零件，如钓钩钩卷筒等。卷筒等。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 1-2 2 本课程的内容本课程的内容本课程的内容本课程的内容性质性质性质性质和任和任和任和任务务务务uu一、课程目的一、课程目的uu二、课程的内容二、课程的内容性质性质uu三、教学安排及学习方法三、教学安排及学习方法PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 课程的内容课程的内容性质性质uu性质性质性质性质：技术基础课，基础课与专业课之间：技术基础课，基础课与专业课之间的过渡。的过渡。uu内容内容内容内容：机械传动：机械传动常用机构常用机构通用零件的通用零件的工作原理工作原理结构特点结构特点材料选择材料选择设计计设计计算等。算等。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 教学安排及学习方法教学安排及学习方法uu教学安排教学安排uu课程特点课程特点uu学习方法学习方法PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 教学安排教学安排uu周学时周学时 4 4 每周一交作业每周一交作业uu1 1 2 2 次实验次实验uu平时成绩占平时成绩占2020分分PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 课程特点课程特点uu1 1）逻辑性较差）逻辑性较差uu2 2）设计结果不唯一）设计结果不唯一uu3 3）未知条件可能多于方程数）未知条件可能多于方程数uu4 4）可得到一个完整的零件）可得到一个完整的零件PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 学习方法学习方法uu掌握学习规律掌握学习规律uu掌握公式和系数掌握公式和系数PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 掌握学习规律掌握学习规律uu每个零件：工作原理及特点每个零件：工作原理及特点 受受力分力分析析受受力分力分析析 失效失效分分析析失效失效分分析析 建立建立计算准则计算准则建立建立计算准则计算准则 计算零计算零计算零计算零件件主主要要尺寸尺寸件件主主要要尺寸尺寸 结结构设计构设计结结构设计构设计画图画图画图画图uu各种零件各种零件：共：共性性各种零件各种零件：共：共性性个个性性个个性性PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 掌握公式和系数掌握公式和系数uu公式公式公式公式：出发点：出发点思路思路主要参数间的关系主要参数间的关系正确使用（正确使用（使用使用条条件件使用使用条条件件）。）。uu长公式不要求背长公式不要求背uu系数系数系数系数：意义：意义影响因素影响因素正确查找。正确查找。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 1-3 3 机械设计的基本要求机械设计的基本要求机械设计的基本要求机械设计的基本要求和设计过程和设计过程和设计过程和设计过程uu基本要求基本要求基本要求基本要求：使用要求：使用要求经济性要求经济性要求安安全性要求全性要求uu特殊特殊要求要求特殊特殊要求要求：某种机械特有的要求各种要：某种机械特有的要求各种要求应综合考虑，确定主次，保证主要，求应综合考虑，确定主次，保证主要，兼顾其它，优化设计。兼顾其它，优化设计。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 uuP4P4图扫描图扫描机械设计的设计过程机械设计的设计过程PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 1-4 4 机械零件的工作能力及机械零件的工作能力及机械零件的工作能力及机械零件的工作能力及其计算准则其计算准则其计算准则其计算准则uu失效：失效：机械零件不能正常工作。机械零件不能正常工作。uu工作能力：工作能力：机械零件抵抗失效的能力。机械零件抵抗失效的能力。uu计算准则：计算准则：判断机械零件是否又足够工作判断机械零件是否又足够工作能力的准则。能力的准则。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 机械零件的机械零件的主主要要失效形式失效形式断裂失效断裂失效疲劳断裂疲劳断裂静断裂静断裂表面失效表面失效表面疲劳表面疲劳过过度磨损度磨损过量过量弹弹性性变形变形强烈振强烈振动动PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 强度计算准则刚度计算准则抗磨性计算准则振动稳定性计算准则常见计算准则：PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 1-5 5 机械零件的载荷、应机械零件的载荷、应机械零件的载荷、应机械零件的载荷、应力、和许用应力力、和许用应力力、和许用应力力、和许用应力uu一一.机械零件的载荷机械零件的载荷uu二二.机械零件的应力机械零件的应力uu三三.许用应力许用应力PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 机械零件的载荷机械零件的载荷uu载荷类型：静载荷载荷类型：静载荷变载荷变载荷载荷简化及力学模型载荷简化及力学模型 P8 P8 图图0 0 8 8 uu名义载荷和计算载荷名义载荷和计算载荷PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 名义载荷和计算载荷名义载荷和计算载荷名义名义载荷载荷名义名义载荷载荷：理想平稳条件下，作用在零件上：理想平稳条件下，作用在零件上的载荷。的载荷。N.m 9550nPT=N.m KTTc=计算载荷计算载荷：考虑实际影响因素条件下，作用在零件上的载荷。K载荷系数PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 机械零件的应力机械零件的应力uu体应力体应力：分布于零件整体，如：拉：分布于零件整体，如：拉压压弯弯扭。扭。uu表应力表应力：只分布于零件接触表面的应：只分布于零件接触表面的应力，如：挤压应力力，如：挤压应力接触应力接触应力。uu静应力静应力：方向和大小均不随时间变化的：方向和大小均不随时间变化的应力。应力。uu变应力变应力：方向和大小均随时间变化的应方向和大小均随时间变化的应力力。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 餀 接触应力接触应力R1R2qlmaxPDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 两圆柱体接触应力计算公式两圆柱体接触应力计算公式：uu式中：式中：q q单位接触长度上的载荷；单位接触长度上的载荷；F F压力；压力；L L两圆柱体接触长度；两圆柱体接触长度；E E材料综合弹性模量；材料综合弹性模量；R R两圆柱体综合曲率半径两圆柱体综合曲率半径。2maxmmN 418.0RqE=PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 变应力变应力uu稳定循环变应力稳定循环变应力uu不稳定循环变应力不稳定循环变应力uu随机变应力随机变应力PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 uu变化周期变化周期幅度相等的变应力。幅度相等的变应力。最大应力最大应力最大应力最大应力最小应力最小应力最小应力最小应力平均应力平均应力平均应力平均应力应力幅应力幅应力幅应力幅循环特征循环特征循环特征循环特征t稳定循环变应力稳定循环变应力maxmminamaxmminamaxmin=PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 不稳定循环变应力不稳定循环变应力uu变化周期变化周期幅度都按一定规律变化的变应幅度都按一定规律变化的变应力。力。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 餀 随机变应力随机变应力uu变化周期变化周期幅度都无规律的变应力。幅度都无规律的变应力。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 餀 许用应力许用应力uu许用静应力许用静应力uu许用变应力许用变应力PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 餀 许用静应力许用静应力 Slim=Slim=PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 许用变应力许用变应力uu1 1、疲劳曲线疲劳曲线：表示应力：表示应力与应力循环次数与应力循环次数之间的关系的曲线，简称之间的关系的曲线，简称S SN N曲线。曲线。uu2 2、许用变应力、许用变应力PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 餀 疲劳曲线疲劳曲线N1N2N1N2N0NPDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 疲劳曲线方程疲劳曲线方程CNNmrmrN=0mrrNNN0=rrN=0NN fN应力循环次数。循环基数。任意循环特征下的疲劳极限应力（循环次数为N 0）。任意循环特征下循环次数为的疲劳极限应力。m指数与应力性质和材料有关C常数0N N PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 许用变应力许用变应力K SK=r对称循环下的疲劳极限应力。应力集中系数。表面状态系数。绝对尺寸和截面形状系数。无限寿命任意循环特征下许用应力PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 许用变应力许用变应力uu无限寿命特殊循环特征下许用应力无限寿命特殊循环特征下许用应力uu对称循环对称循环（=-1 1）uu脉动循环脉动循环（=0=0）SK11=SK00=PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 替 构 件构 件零件零件PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建!1 1-1 1机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成uu机械机械机械机械：机器与机构的总称。：机器与机构的总称。uu机器机器机器机器:1:1）有确定的相对运动）有确定的相对运动2 2）能代替人的体力做有用的能代替人的体力做有用的机械机械功或进行能量转换功或进行能量转换uu机构机构机构机构：有确定的相对运动：有确定的相对运动PDF 文件使用 pdfFactory Pro 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