第1章机械设计基础概述.ppt

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1、http:/ 机械设计基础概述机械设计基础概述（时间：1次课，2学时）http:/ 机械设计基础概述机械设计基础概述 n本章要点及学习指导：n本章学习的重点是“本课程研究的对象和内容、机械设计的基本要求和一般过程”。在本章的开始，介绍了机器、机构及机械等名词和概念，以及机器和机构的用途及区别，并通过实例说明各种机器的主要组成部分都是各种机构，从而明确了机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点，其中基本设计理论和计算方法是本课程研究的主要对象。在本章的学习中，要把注意力集中在了解本课程研究的对象及内容上。当然，由于目前还没有具体学习这些内容，故只能是有一个概括的了解。此外，对本课程的性质和

2、特点也应有所了解，以便采取合适的学习方法把本课程学好。http:/ 机械设计基础概述机械设计基础概述 n案例导入：n用内燃机、颚式破碎机导入。提出机器的共同特征、机器与机构的区别、通用零件和专用零件的概念，介绍机械设计的基本要求及机械设计的一般过程。http:/ 机械设计基础概述机械设计基础概述 n1.1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容n1.2 本课程的学习方法本课程的学习方法n1.3 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程n习题与练习习题与练习 http:/ 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容 n在日常生活和生产中，人们广泛地使用着名目繁多的机器。在

3、日常生活和生产中，人们广泛地使用着名目繁多的机器。例如，缝纫机、洗衣机、汽车、电动机和起重机等。尽管这例如，缝纫机、洗衣机、汽车、电动机和起重机等。尽管这些机器的结构、性能和用途各不相同，但它们具有一些共同些机器的结构、性能和用途各不相同，但它们具有一些共同的特征。的特征。n如图如图1.1所示为单缸内燃机，它由气缸体所示为单缸内燃机，它由气缸体1、活塞、活塞2、进气阀、进气阀3、排气阀、排气阀4、连杆、连杆5、曲轴、曲轴6、凸轮、凸轮7、顶杆、顶杆8、齿轮、齿轮9和齿和齿轮轮10等组成。燃气推动活塞移动，通过连杆使曲轴作连续转等组成。燃气推动活塞移动，通过连杆使曲轴作连续转动，从而将燃气的热能

4、转换为曲轴转动的机械能。动，从而将燃气的热能转换为曲轴转动的机械能。http:/ 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容n图图1.1 内燃机内燃机 http:/ 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容 n如图如图1.2所示为颚式破碎机，它由电动机所示为颚式破碎机，它由电动机1、带轮、带轮2、V型带型带3、带轮带轮4、偏心轴、偏心轴5、动颚板、动颚板6、肘板、肘板7、定颚板及机架、定颚板及机架8等组成。等组成。电动机的转动经带传动带动偏心轴转动，从而使动颚板产生电动机的转动经带传动带动偏心轴转动，从而使动颚板产生平面运动，与定颚板一起实现轧碎物料的功能。平面运动，与定颚板一起实现轧碎

5、物料的功能。n由以上分析可知，各种机械虽然结构型式、功用和性能不同，由以上分析可知，各种机械虽然结构型式、功用和性能不同，但都具有以下的共同特征：但都具有以下的共同特征：n它们是许多人为实体的组合。它们是许多人为实体的组合。n各实体间具有确定的相对运动。各实体间具有确定的相对运动。n它们能代替或减轻人类的劳动，以完成有效的机械功，或进它们能代替或减轻人类的劳动，以完成有效的机械功，或进行能量转换。行能量转换。http:/ 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容n 图图1.2 颚式破碎机颚式破碎机http:/ 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容n机构中的运动单元体称为构件。所以构

6、件具有独立的运动特性，它是运机构中的运动单元体称为构件。所以构件具有独立的运动特性，它是运动的单元，而零件是制造的单元。如图动的单元，而零件是制造的单元。如图1.3所示的连杆，它是由连杆体所示的连杆，它是由连杆体1、连杆盖连杆盖4、螺栓、螺栓2及螺母及螺母3等几个零件组成。零件是组成机械的不可拆的等几个零件组成。零件是组成机械的不可拆的基本单元，如螺钉、齿轮轴和弹簧等。基本单元，如螺钉、齿轮轴和弹簧等。n对于机械中的零件，按功能和结构特点又可分为通用零件和专用零件。对于机械中的零件，按功能和结构特点又可分为通用零件和专用零件。各种机械中普通使用的零件称为通用零件，如前所述零件。仅在某些专各种机

7、械中普通使用的零件称为通用零件，如前所述零件。仅在某些专门行业中才用到的零件称为专门零件，如汽轮机的叶片、机床的床身和门行业中才用到的零件称为专门零件，如汽轮机的叶片、机床的床身和内燃机的活塞等。内燃机的活塞等。n机械设计基础课程主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、机械设计基础课程主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点，基本设计理论和计算方法，同时扼要地介绍国家标准和有关结构特点，基本设计理论和计算方法，同时扼要地介绍国家标准和有关规范，某些标准零件的选用原则和方法。规范，某些标准零件的选用原则和方法。http:/ 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容n 图图

8、1.3 连杆连杆http:/ 本课程的学习方法本课程的学习方法 n机械设计基础如同机械制图、电工学一样，是高等学校工科机械设计基础如同机械制图、电工学一样，是高等学校工科有关专业的一门主要的技术基础课。通过本课程的学习，可有关专业的一门主要的技术基础课。通过本课程的学习，可以培养学生初步具备运用手册设计机械传动装置和简单机械以培养学生初步具备运用手册设计机械传动装置和简单机械的能力，为日后从事技术革新创造条件，为学习有关专业课的能力，为日后从事技术革新创造条件，为学习有关专业课程提供必要的理论基础。程提供必要的理论基础。n学习本课程时应注意以下几个特点：学习本课程时应注意以下几个特点：n(1)

9、本课程要综合运用高等数学、工程力学、金工实习、制本课程要综合运用高等数学、工程力学、金工实习、制图、互换性与技术测量等课程的基本知识去解决常用机构、图、互换性与技术测量等课程的基本知识去解决常用机构、通用零件的设计等问题。通用零件的设计等问题。http:/ 本课程的学习方法本课程的学习方法n(2)学生一接触本课程就会产生学生一接触本课程就会产生“没有系统性没有系统性”、“逻辑性差逻辑性差”等错觉，等错觉，这是由于学生习惯了基础课的系统性所造成的。本课程中，虽然不同研这是由于学生习惯了基础课的系统性所造成的。本课程中，虽然不同研究对象所涉及的理论基础不同究对象所涉及的理论基础不同,且相互之间无多

10、大关系，但最终的研究目且相互之间无多大关系，但最终的研究目的只有一个，即设计出能应用的机构、零件等。本课程的各部分内容都的只有一个，即设计出能应用的机构、零件等。本课程的各部分内容都是按照工作原理、结构、强度计算和使用维护的顺序介绍的，有其自身是按照工作原理、结构、强度计算和使用维护的顺序介绍的，有其自身的系统性，学习时应注意这一特点。的系统性，学习时应注意这一特点。n(3)由于实践中的问题很复杂，很难用纯理论的方法来解决。因此，常由于实践中的问题很复杂，很难用纯理论的方法来解决。因此，常常采用很多经验公式、参数以及简化计算等，这样往往会给学生造成常采用很多经验公式、参数以及简化计算等，这样往

11、往会给学生造成“不讲道理不讲道理”、“没有理论没有理论”等错觉，这点必须在学习过程中逐步适应。等错觉，这点必须在学习过程中逐步适应。n(4)计算步骤和计算结果常常不像基础课具有唯一性。计算步骤和计算结果常常不像基础课具有唯一性。n(5)计算对解决设计问题虽然很重要，但并不是唯一所要求的能力。学计算对解决设计问题虽然很重要，但并不是唯一所要求的能力。学生必须逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解决设计问题生必须逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解决设计问题的能力。的能力。http:/ 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程 n1.3.1 机械设计的基本要求机械

12、设计的基本要求n1.3.2 机械设计的一般过程机械设计的一般过程n1.3.3 机械零件的失效形式和设计准则机械零件的失效形式和设计准则n1.3.4 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化 http:/ 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 n机械的类型很多，但其设计的基本要求大致相同。机械的类型很多，但其设计的基本要求大致相同。主要有以下几点：主要有以下几点：n1.满足预定功能的要求 n这是指能够按照预期的技术要求顺利地执行机械的这是指能够按照预期的技术要求顺利地执行机械的全部职能，如机器工作部分的运动形式、速度、运全部职能，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递

13、的功率，以及某些使用动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求上的特殊要求(如高温、防潮等如高温、防潮等)。http:/ 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 n2.满足经济性要求n机械的经济性是指在设计、制造上成本低，使用上效率高，机械的经济性是指在设计、制造上成本低，使用上效率高，能源和辅助材料消耗少，维护及管理费用低等。能源和辅助材料消耗少，维护及管理费用低等。n3.满足工艺要求n设计机器时应尽量减少零件的数量，尽可能地采用标准件，设计机器时应尽量减少零件的数量，尽可能地采用标准件，装配及维修简单等。装配及维修简单等。n4.满足劳动保护要求n操作方便为有利于减轻操作人员的劳

14、动强度。能实现对操作操作方便为有利于减轻操作人员的劳动强度。能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。人员的防护，保证人身安全和身体健康。http:/ 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 n5.满足其他特殊要求n必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同，而对设计提出某些特殊要求，如药品、食品和纺织机械设计提出某些特殊要求，如药品、食品和纺织机械要求防止产品污染，航空航天机械要求减轻重量等。要求防止产品污染，航空航天机械要求减轻重量等。n总之，必须根据所要设计的机械的实际情况，分清总之，必须根据所要设计的机械的实际情况，分清应满足的各项设计要求的

15、主次程度，切忌简单照搬应满足的各项设计要求的主次程度，切忌简单照搬或乱提要求。或乱提要求。http:/ 机械设计的一般过程机械设计的一般过程 n1.机械设计过程的几个阶段n机械设计的过程通常可分为以下几个阶段：机械设计的过程通常可分为以下几个阶段：n1)提出和制定产品设计任务书提出和制定产品设计任务书n设计任务书通常是人们根据市场需求提出，通过可行性分设计任务书通常是人们根据市场需求提出，通过可行性分析后确定的，其中包括产品的预期功能、有关指标和限制析后确定的，其中包括产品的预期功能、有关指标和限制条件等。条件等。n2)总体方案设计总体方案设计n在满足设计任务书的前提下，由设计人员提出各种设计

16、方在满足设计任务书的前提下，由设计人员提出各种设计方案并进行分析比较，从中选择最佳方案。案并进行分析比较，从中选择最佳方案。http:/ 机械设计的一般过程机械设计的一般过程 n3)技术设计技术设计n在既定设计方案的基础上，完成机械产品的总体设计、部件设计和零件在既定设计方案的基础上，完成机械产品的总体设计、部件设计和零件设计等，设计结果以工程图及计算书等技术文件的形式表达出来。设计等，设计结果以工程图及计算书等技术文件的形式表达出来。n4)样机的试制和鉴定样机的试制和鉴定n根据技术设计提供的图样和技术文件进行样机试制并对样机进行试运行，根据技术设计提供的图样和技术文件进行样机试制并对样机进行

17、试运行，检测样机是否达到设计要求。把发现的问题反馈给设计人员，经过修改检测样机是否达到设计要求。把发现的问题反馈给设计人员，经过修改完善，最后通过鉴定。完善，最后通过鉴定。n5)产品的正式投产产品的正式投产n根据鉴定结论，使样机定型。然后，再由生产条件和市场状况确定生产根据鉴定结论，使样机定型。然后，再由生产条件和市场状况确定生产数量。数量。http:/ 机械设计的一般过程机械设计的一般过程 n2.机构零件设计的一般步骤n当机械的总体方案已经确定，运动学和动力学计算完成后，就要进行当机械的总体方案已经确定，运动学和动力学计算完成后，就要进行主要零部件的设计。机械零件设计的一般步骤如下：主要零部

18、件的设计。机械零件设计的一般步骤如下：n(1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷。根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷。n(2)根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，从而确定其根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，从而确定其计算准则。计算准则。n(3)进行主要参数的选择，选定材料，根据计算准则求出零件的主进行主要参数的选择，选定材料，根据计算准则求出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性等。要尺寸，考虑热处理及结构工艺性等。n(4)进行结构设计。进行结构设计。n(5)绘制零件工作图，制订技术要求，编写计算说明书及有关技术绘制零件工作图，制订技术要求

19、，编写计算说明书及有关技术文件。文件。http:/ 机械设计的一般过程机械设计的一般过程 n3.设计过程中的注意事项n产品设计过程是智力活动过程，它体现了设计人员的创新思维活动，产品设计过程是智力活动过程，它体现了设计人员的创新思维活动，设计过程是逐步逼近解决方案并逐步完善的过程。设计过程中还应注设计过程是逐步逼近解决方案并逐步完善的过程。设计过程中还应注意几点：意几点：n(1)设计过程要有全局观点，不能只考虑设计对象本身的问题，而设计过程要有全局观点，不能只考虑设计对象本身的问题，而要把设计对象看作一个系统，处理人要把设计对象看作一个系统，处理人机机环境之间的关系。环境之间的关系。n(2)善

20、于运用创造性思维和方法，注意考虑多方案解，避免解答的善于运用创造性思维和方法，注意考虑多方案解，避免解答的局限性。局限性。n(3)设计的各阶段应有明确的目标，注意各阶段的评价和优选，以设计的各阶段应有明确的目标，注意各阶段的评价和优选，以求出既满足功能要求又有最大实现可能的方案。求出既满足功能要求又有最大实现可能的方案。n(4)要注意反馈及必要的工作循环。解决问题要由抽象到具体，由要注意反馈及必要的工作循环。解决问题要由抽象到具体，由局部到全面，由不确定到确定。局部到全面，由不确定到确定。http:/ 机械零件的失效形式机械零件的失效形式和设计准则和设计准则 n1.零件的工作能力n进行机器的零

21、件设计时，一般都要根据零件的可能进行机器的零件设计时，一般都要根据零件的可能失效形式来进行，保证零件具有足够抵抗失效的工失效形式来进行，保证零件具有足够抵抗失效的工作能力。作能力。n零件的工作能力是指在不发生失效的条件下，零件零件的工作能力是指在不发生失效的条件下，零件所能达到的安全工作的限度。若用载荷来表示，习所能达到的安全工作的限度。若用载荷来表示，习惯上称为承载能力。惯上称为承载能力。http:/ 机械零件的失效形式机械零件的失效形式和设计准则和设计准则 n2.失效形式n机械零件的失效是指零件由于某些原因不能正常工作的现象。机械零件的失效是指零件由于某些原因不能正常工作的现象。失效并不单

22、纯意味着损坏，而且有更广泛的含义，零件常见失效并不单纯意味着损坏，而且有更广泛的含义，零件常见的失效形式有：断裂或过大的塑性变形，过大的弹性变形，的失效形式有：断裂或过大的塑性变形，过大的弹性变形，工作表面过度磨损或损坏，发生了强烈的振动，工作温度过工作表面过度磨损或损坏，发生了强烈的振动，工作温度过高而产生过大的热应力，热变形或破坏正常的润滑油膜，靠高而产生过大的热应力，热变形或破坏正常的润滑油膜，靠摩擦力工作的零件打滑以及联接零件的松动等。如果零件发摩擦力工作的零件打滑以及联接零件的松动等。如果零件发生失效，机械就可能无法正常工作。生失效，机械就可能无法正常工作。http:/ 机械零件的失

23、效形式机械零件的失效形式和设计准则和设计准则n3.设计准则n为了防止零件在预期工作寿命期内发生失效，设计为了防止零件在预期工作寿命期内发生失效，设计零件时必须依据一定的设计准则，显然这些准则与零件时必须依据一定的设计准则，显然这些准则与失效形式紧密地联系在一起。这些准则主要有：强失效形式紧密地联系在一起。这些准则主要有：强度准则、度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则和可靠性准则。和可靠性准则。http:/ 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化 n1.工艺性n机械零件的结构，主要由它在机械中的作用，它和其他相关机械零件的结构，主要由它在机械

24、中的作用，它和其他相关零件的关系及制造工艺所决定。如果零件的结构在具体生产零件的关系及制造工艺所决定。如果零件的结构在具体生产条件下，能用最少的工时和最低成本制造和装配出来，则这条件下，能用最少的工时和最低成本制造和装配出来，则这样的零件结构具有良好的工艺性，因此，对零件进行结构设样的零件结构具有良好的工艺性，因此，对零件进行结构设计时，有关工艺性的基本要求是：计时，有关工艺性的基本要求是：n1)毛坯选择合理毛坯选择合理 n机械制造中毛坯制备的方法有：直接利用型材、铸造、锻造、机械制造中毛坯制备的方法有：直接利用型材、铸造、锻造、冲击和焊接等。毛坯的选择与具体的生产条件有关，一般取冲击和焊接等

25、。毛坯的选择与具体的生产条件有关，一般取决于生产批量、材料性能和加工可能性等。决于生产批量、材料性能和加工可能性等。http:/ 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化 n2)结构简单合理和便于机械加工结构简单合理和便于机械加工n设计零件的结构形状时，应尽量采用简单的表面设计零件的结构形状时，应尽量采用简单的表面(如平面、如平面、圆柱面圆柱面)及其配合，并使加工表面数目最少和加工面积最及其配合，并使加工表面数目最少和加工面积最小。小。n3)制造精度及表面粗糙度选得合适制造精度及表面粗糙度选得合适 n制造精度和表面粗糙度选得越高，加工费用就越高，因此，制造精度和表面粗糙度选得越高，加工

26、费用就越高，因此，应在满足使用要求的原则下，恰当地选择制造精度和表面应在满足使用要求的原则下，恰当地选择制造精度和表面粗糙度。粗糙度。http:/ 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化 n2.标准化n标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过程。它包含标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过程。它包含两方面的内容：制订标准和贯彻标准；其原则是统一、简化、协调、选两方面的内容：制订标准和贯彻标准；其原则是统一、简化、协调、选优。标准化有重大意义：有利于设计和制造，有利于产品的互换性，便优。标准化有重大意义：有利于设计和制造，有利于产品的互换性，便于维修。标准件可

27、以组织专门化生产，既有利于保证产品质量，又可降于维修。标准件可以组织专门化生产，既有利于保证产品质量，又可降低成本。随着工业的发展，我国颁布了许多标准，其中有国家标准低成本。随着工业的发展，我国颁布了许多标准，其中有国家标准(GB)、部颁标准、专业标准和企业标准四级，在机械设计过程中，如无特殊需部颁标准、专业标准和企业标准四级，在机械设计过程中，如无特殊需要，就必须采用这些标准。在国际上，为了促进世界各国在技术上的统要，就必须采用这些标准。在国际上，为了促进世界各国在技术上的统一，成立了国际标准化组织一，成立了国际标准化组织(简称简称ISO)和国际电工委员会和国际电工委员会(简称简称IEC)，

28、由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于由这两个组织负责制定和颁发国际标准。我国于1978年恢复参加年恢复参加ISO组组织后，陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的织后，陆续修订了自己的标准。修订的原则是，在立足我国生产实际的基础上向基础上向ISO靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。靠拢，以利于加强我国在国际上的技术交流和产品互换。http:/ n(1)人们常说的机械含义是什么？机器与机构的区人们常说的机械含义是什么？机器与机构的区别是什么？指出下列设备中哪些是机构：铣床、发别是什么？指出下列设备中哪些是机构：铣床、发电机、机械式手表、洗衣机和汽车等。电机、机械式手表、洗衣机和汽车等。n(2)什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。个实例。n(3)什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？形式主要有哪些？http:/