机械设计1.ppt

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1、 第一章第一章 机械设计概论机械设计概论11 机械的组成12 本课程的内容、性质和任务13 机械设计的基本要求14 机械设计的一般过程15 机械零件的工作能力和计算准则16 机械设计中常用的材料及选用原则2021/9/23JJ321002 111 机械的组成机器机器实例：实例：1.1.内燃机内燃机功用：功用：内燃机是将燃内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为气燃烧时的热能转化为机械能的机器机械能的机器 组成：组成：见右图见右图气缸体气缸体1 1活塞活塞2 2进气阀进气阀3 3排气阀排气阀4 4连杆连杆5 5曲轴曲轴6 6凸轮凸轮7 7顶杆顶杆8 8齿轮齿轮9 92021/9/23JJ321002 2

2、 活塞下行，进气阀打开，燃气被活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入汽缸吸入汽缸活塞上行，进气阀关闭，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，排出废气工作过程：11 机械的组成2021/9/23JJ321002 32.2.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 4电动机电动机1 1V V带带3 3小带轮小带轮2 2轴板轴板7 7定颚板定颚板8 8动颚板动颚板6 6偏心轴偏心轴5 51 11

3、1 机械的组成机械的组成2021/9/23JJ321002 4颚式破碎机11 机械的组成2021/9/23JJ321002 5牛头刨牛头刨 床床 11 机械的组成2021/9/23JJ321002 6古代水碓古代水碓 11 机械的组成2021/9/23JJ321002 7照相机11 机械的组成2021/9/23JJ321002 8凸轮机构11 机械的组成2021/9/23JJ321002 9齿轮机构11 机械的组成2021/9/23JJ321002 10机械手11 机械的组成2021/9/23JJ321002 11棘轮机构11 机械的组成2021/9/23JJ321002 12(1)(1)动力

4、系统动力系统提供动力、实施能量转换提供动力、实施能量转换如：水轮机如：水轮机电动机电动机机械能机械能水能水能(自然界能源自然界能源)电能电能(二次能源二次能源)(2)(2)传动系统传动系统将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置功能：功能：减速减速变速变速传递动力传递动力改变运动规律改变运动规律(3)(3)执行系统执行系统直接完成预定任务的装置直接完成预定任务的装置(4)(4)操纵及控制系统操纵及控制系统使各部分协调动作使各部分协调动作(5)(5)辅助装置辅助装置如冷却、润滑、记数、照明如冷却、润滑、记数、照明机械能机械能1 11 1 机械的组成

5、机械的组成2021/9/23JJ321002 13 机器：机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如 车车床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 机构：机构：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 机械：机械：是机器和机构的总称。是机器和机构的总称。1 11 1 机

6、械的组成机械的组成2021/9/23JJ321002 14二、机械的特征二、机械的特征1 1）人为的实物组合）人为的实物组合由人工组合的构件系统由人工组合的构件系统2 2）各实物间具有确定的相对运动）各实物间具有确定的相对运动3 3）实现能量转换或完成有效的机械功）实现能量转换或完成有效的机械功如如内燃机：热能内燃机：热能机械能机械能发电机：机械能发电机：机械能电能电能电动机：电能电动机：电能机械能机械能1 1、机器的特征、机器的特征活塞活塞缸体：往复运动缸体：往复运动曲轴曲轴缸体：转动缸体：转动连杆连杆曲轴：摆动曲轴：摆动如如具有以上三个特征具有以上三个特征机器机器1 11 1 机械的组成机

7、械的组成2021/9/23JJ321002 15凸轮机构（配气机构）：把回转运动凸轮机构（配气机构）：把回转运动直线运动直线运动曲柄滑块机构：将活塞的直线运动曲柄滑块机构：将活塞的直线运动曲柄的回转曲柄的回转运动运动如如机器是由一种或多种机构组成的。机器是由一种或多种机构组成的。只具有机器的前两个特征只具有机器的前两个特征机构机构2 2、机构的特征、机构的特征3 3、机器和机构的关系、机器和机构的关系2021/9/23JJ321002 16三、构件和零件三、构件和零件1.1.机器由机构组成机器由机构组成:3.3.构件：机构的基本运动单元，是机器中独立运动的单构件：机构的基本运动单元，是机器中独

8、立运动的单元体，由一个或几个零件组成。元体，由一个或几个零件组成。单一零件曲轴单一零件曲轴多个零件多个零件刚性组合刚性组合连杆连杆2.2.机构是人工组合的构件系统，必须满足两点机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构若干构件的组合；这些构件具有确定的相对运动。件的组合；这些构件具有确定的相对运动。2021/9/23JJ321002 174.4.零件是组成机器最基本的单元体，是机械制造的单元体。零件是组成机器最基本的单元体，是机械制造的单元体。专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲轴、叶片轴、叶片通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、

9、通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴、螺栓等轴、螺栓等5.5.部件：若干个零件的装配体部件：若干个零件的装配体2021/9/23JJ321002 1812 本课程的内容、性质和任务一、内容 阐述常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。阐述常用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。介绍机械系统的设计思路和设计方法。二、性质 本课程是一门技术基础课。旨在培养工程技术人员从事机械 设计所需的基本知识、理论和技能，使之具备分析、设计、运行和维护机械设备和机械零件的能力，为今后解决生产实 际问题及学习有关新的科学技术打下基础 本课程综合运用数学、力学、制图、金属材料及热处理、互 换性与技术测量

10、、算法语言等课程的知识，去解决常用机构和 通用零部件的设计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧重于 工程实际。2021/9/23JJ321002 19三、任务 使学生了解常用机构及通用零、部件的工作原理、类型、特点及应用等基本知识。使学生掌握常用机构的基本理论及设计方法，掌握通用零、部件的失效形式、设计准则与设计方法。使学生具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。12 本课程的内容、性质和任务2021/9/23JJ321002 2013机械设计的基本要求机械设计的基本要求1 1 满足功能、运动和动力性能的要求满足功能、运动和动力性能的要求2 2 工作安全可靠的要求工作安全可靠的要

11、求3 3 市场需要和经济性的要求市场需要和经济性的要求4 4 机械零件工艺性和标准化的要求机械零件工艺性和标准化的要求机械零件的结构应具有良好的工艺性机械零件的结构应具有良好的工艺性标准化标准化5 5 其他特殊要求其他特殊要求2021/9/23JJ321002 2114机械设计的一般过程机械设计的一般过程1.1.提出设计任务提出设计任务,拟定设计计划拟定设计计划2.2.确定机械传动方案确定机械传动方案3.3.技术设计技术设计4.4.技术文件编制技术文件编制2021/9/23JJ321002 22 零部件丧失正常工作能力称为失效。零部件丧失正常工作能力称为失效。主要失效形式主要失效形式永久性：断

12、裂、塑性变形、过度永久性：断裂、塑性变形、过度磨损、胶合等；暂时性失效：弹性变形，打滑和共振等。磨损、胶合等；暂时性失效：弹性变形，打滑和共振等。失效原因失效原因强度、刚度、耐磨性、振动稳定性不强度、刚度、耐磨性、振动稳定性不能满足工作要求。根据失效原因制定了设计准则，并作能满足工作要求。根据失效原因制定了设计准则，并作为防止失效和进行设计计算的依据。为防止失效和进行设计计算的依据。15 机械零件的工作能力和计算准则一、机械零件的失效2021/9/23JJ321002 23二、机械的工作能力零件的工作能力：零件的工作能力：在一定的运动、载荷和环境情况下，在预定的使在一定的运动、载荷和环境情况下

13、，在预定的使 用期限内，不发生失效的安全工作限度。用期限内，不发生失效的安全工作限度。零件的工作能力准则：零件的工作能力准则：衡量零件工作能力的指标。衡量零件工作能力的指标。主要准则：主要准则：强度、刚度、耐磨性、振动稳定性和耐热性。强度、刚度、耐磨性、振动稳定性和耐热性。它们是计算并确定零件基本尺寸的主要依据，又称为计算准则。它们是计算并确定零件基本尺寸的主要依据，又称为计算准则。对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用相应的计算准则。对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用相应的计算准则。15 机械零件的工作能力和计算准则2021/9/23JJ321002 24三、机械零件的计

14、算准则1 1、强度准则、强度准则：强度是保证机械零件工作能力的最基本要求。强度是保证机械零件工作能力的最基本要求。体积强度：体积强度：在载荷作用下，产生的应力在较大的体积内，这种应力在载荷作用下，产生的应力在较大的体积内，这种应力状态下的零件强度称为体积强度（强度）。状态下的零件强度称为体积强度（强度）。表面接触强度：表面接触强度：若两零件在受载前、后由点接触或线接触变为小面若两零件在受载前、后由点接触或线接触变为小面积接触，且其表面产生很大的局部应力，这时零件的强度称为表明接积接触，且其表面产生很大的局部应力，这时零件的强度称为表明接触强度（接触强度）。触强度（接触强度）。设计零件时，必须满

15、足强度要求，强度计算准则为：设计零件时，必须满足强度要求，强度计算准则为：15 机械零件的工作能力和计算准则2021/9/23JJ321002 252 2、刚度准则：、刚度准则：刚度是指零件在载荷作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度是指零件在载荷作用下，抵抗弹性变形的能力。当零件刚度不够时，弯曲挠度或扭转角超过允许限度后，将会影响当零件刚度不够时，弯曲挠度或扭转角超过允许限度后，将会影响机械正常工作。机械正常工作。刚度计算准则为：刚度计算准则为：提高刚度的措施：增大或改变剖面形状尺寸以增大其惯性矩；减提高刚度的措施：增大或改变剖面形状尺寸以增大其惯性矩；减小支撑跨距；合理增添加强筋。小支撑跨距；合

16、理增添加强筋。15 机械零件的工作能力和计算准则2021/9/23JJ321002 263 3、耐磨性准则：、耐磨性准则：耐磨性是指作相对运动的零件的工作表面抵耐磨性是指作相对运动的零件的工作表面抵抗磨损的能力。抗磨损的能力。关于磨损的计算，目前尚无可靠、定量的计算方法，关于磨损的计算，目前尚无可靠、定量的计算方法，常采用验算压强常采用验算压强p p不超过许用值，以保证工作表面不致由不超过许用值，以保证工作表面不致由于油膜破坏而产生过度磨损；于油膜破坏而产生过度磨损；15 机械零件的工作能力和计算准则2021/9/23JJ321002 274 4、振动和噪声准则、振动和噪声准则 对于高速机械或

17、对噪声有严格要求限制的机械，应进对于高速机械或对噪声有严格要求限制的机械，应进行振动分析和计算，即分析系统和零件的固有振动频率强行振动分析和计算，即分析系统和零件的固有振动频率强迫振动频率，研究系统的动力特性，分析其噪声声源，并迫振动频率，研究系统的动力特性，分析其噪声声源，并采取措施降低振动和噪声。采取措施降低振动和噪声。15 机械零件的工作能力和计算准则2021/9/23JJ321002 281-6 1-6 机械设计中常用的材料及选用原则机械设计中常用的材料及选用原则1.1.钢钢 碳素钢碳素钢 合金钢合金钢 铸钢铸钢2.2.铸铁铸铁 灰铸铁灰铸铁 球墨铸铁球墨铸铁3.3.铜合金铜合金 黄铜

18、黄铜 青铜青铜4.4.非金属材料非金属材料橡胶橡胶塑料塑料皮革皮革陶瓷陶瓷木材木材常用的材料2021/9/23JJ321002 29常用材料的选用原则：常用材料的选用原则：满足使用要求，是选用材料的最基本原则和出发点。满足使用要求，是选用材料的最基本原则和出发点。1 1）零件的受力大小和性质、应力的大小、性质、分布情况；）零件的受力大小和性质、应力的大小、性质、分布情况；2 2）零件的工作情况（工作特点、环境等）；）零件的工作情况（工作特点、环境等）；3 3）零件的重要性，例如农用车和航天飞机比较、农用车中变）零件的重要性，例如农用车和航天飞机比较、农用车中变速箱齿轮和操纵手球比较等等；速箱齿

19、轮和操纵手球比较等等；4 4）安装部位对零件尺寸和质量的限制，例如维护的方便程度）安装部位对零件尺寸和质量的限制，例如维护的方便程度等。等。16 机械设计中常用的材料的选用原则2021/9/23JJ321002 30符合工艺要求。符合工艺要求。工艺要求是指所选材料的冷、热加工性工艺要求是指所选材料的冷、热加工性 能好，热能好，热 处理工艺性好。处理工艺性好。综合经济效益要求综合经济效益要求 综合经济效益好是一切产品追求的最终目标。综合经济效益好是一切产品追求的最终目标。结构复杂而大批生产的零件多选用铸件，单件生产宜结构复杂而大批生产的零件多选用铸件，单件生产宜用锻件或焊接。简单盘形零件，其毛坯是采用铸件、锻件用锻件或焊接。简单盘形零件，其毛坯是采用铸件、锻件还是焊接件，主要取决于它们尺寸的大小、结构的复杂程还是焊接件，主要取决于它们尺寸的大小、结构的复杂程度及批量的大小。度及批量的大小。16 机械设计中常用材料的选用原则2021/9/23JJ321002 31