（中职）机械设计基础1教学课件.ppt

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1、Y CF正版可修改PPT（中职）机械设计基础1 教学课件第一章 机械设计概述 本章概述 教学目标 第一节 机构运动简图 第二节 机械零件的强度本 章 概 述 不同的机械其功能和外形都不同，但它们设计的基本要求大体相同，不同的机械其功能和外形都不同，但它们设计的基本要求大体相同，机器由机构组成，机构由构件组成。在机械的设计过程中，主要零件 机器由机构组成，机构由构件组成。在机械的设计过程中，主要零件的基本尺寸往往是通过强度计算、刚度计算等确定的。而进行设计计 的基本尺寸往往是通过强度计算、刚度计算等确定的。而进行设计计算，应先确定该零件工作时所承受的载荷和应力的性质，并根据所选 算，应先确定该零

2、件工作时所承受的载荷和应力的性质，并根据所选 用的材料、热处理和使用要求，合理地选择安全系数，确定许用应 用的材料、热处理和使用要求，合理地选择安全系数，确定许用应 力，力，进行强度计算。本章就机构的分类、简图以及机构零件强度方面 进行强度计算。本章就机构的分类、简图以及机构零件强度方面 的相 的相关内容进行介绍和讲解。关内容进行介绍和讲解。返回教 学 目 标 1.1.熟悉机器的基本组成及其要求 熟悉机器的基本组成及其要求 2.2.了解运动副及其分类，理解平面机构运动简图的绘制，熟悉机构运 了解运动副及其分类，理解平面机构运动简图的绘制，熟悉机构运动简图。动简图。3.3.熟悉应力、极限应力、许

3、用应力的基本概念。熟悉应力、极限应力、许用应力的基本概念。4.4.熟悉机械零件强度计算原理，会进行强度计算。熟悉机械零件强度计算原理，会进行强度计算。返回第一节 机构运动简图 机器由机构组成，如单缸内燃机由曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机 机器由机构组成，如单缸内燃机由曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机 构组成。机构由构件组成。如果机构中所有构件都在同一个平面内或 构组成。机构由构件组成。如果机构中所有构件都在同一个平面内或 互相平行的平面内运动，这种机构称为平面机构，否则称为空间机 互相平行的平面内运动，这种机构称为平面机构，否则称为空间机 构。构。工程中常见的机构大多数属于平面机构。工程中常见的

4、机构大多数属于平面机构。一、运动副及其分类 构件组成机构时，为了使各构件间具有一定的相对运动，构件之间必 构件组成机构时，为了使各构件间具有一定的相对运动，构件之间必定要以某种方式连接起来。两构件直接接触而又彼此有一定的相对运 定要以某种方式连接起来。两构件直接接触而又彼此有一定的相对运动的连接称为运动副。组成运动副的两构件通过面接触而组成的运动 动的连接称为运动副。组成运动副的两构件通过面接触而组成的运动副称为低副，通过点或线的形式相接触而成的运动副称为高副。副称为低副，通过点或线的形式相接触而成的运动副称为高副。下一页 返回第一节 机构运动简图 1.1.低副 低副 根据它们之间的相对运动是

5、转动或移动，又可分为转动副和移动副。根据它们之间的相对运动是转动或移动，又可分为转动副和移动副。(1)(1)转动副组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动 转动副组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动,如 如图 图1-1 1-1所示。所示。(2)(2)移动副组成运动副的两构件只能沿某一轴线作相对直线移动 移动副组成运动副的两构件只能沿某一轴线作相对直线移动,如 如图 图1-2 1-2所示。低副限制了两个构件之间的两种相对运动，保留了一种相对 所示。低副限制了两个构件之间的两种相对运动，保留了一种相对运动 运动(相对转动或移动 相对转动或移动)。2.2.高昌 高昌 两构件之间通过点

6、或线接触组成的运动副，称为高副。如 两构件之间通过点或线接触组成的运动副，称为高副。如图 图1-3(a)1-3(a)中 中的轮齿 的轮齿1 1与轮齿 与轮齿2,2,图 图1-3(b)1-3(b)中的凸轮 中的凸轮1 1与从动件 与从动件2 2，它们分别在接触处形，它们分别在接触处形成高副。成高副。上一页 下一页 返回第一节 机构运动简图 平面高副可用接触处的轮廓曲线表示。高副限制了两构件沿接触点法 平面高副可用接触处的轮廓曲线表示。高副限制了两构件沿接触点法线方向的相对运动。线方向的相对运动。齿轮与齿轮啮合、齿轮与齿条等啮合的高副及其他常用零部件可按 齿轮与齿轮啮合、齿轮与齿条等啮合的高副及其

7、他常用零部件可按表 表1-1 1-1规定符号表示。规定符号表示。二、构件的分类 根据机构在工作时构件的运动情况不同，可将构件分为如下 根据机构在工作时构件的运动情况不同，可将构件分为如下3 3类 类:1.1.机架 机架 机架是机构中视为固定不动的构件，用来支撑其他活动构件。任何一 机架是机构中视为固定不动的构件，用来支撑其他活动构件。任何一个机构，必须有一个构件被相对视为机架。个机构，必须有一个构件被相对视为机架。2.2.主动件 主动件上一页 下一页 返回第一节 机构运动简图 机构中接受外部给定运动规律的活动构件称为主动件或原动件，一般 机构中接受外部给定运动规律的活动构件称为主动件或原动件，

8、一般与机架相连。机构通过主动件从外部输入运动和动力。与机架相连。机构通过主动件从外部输入运动和动力。3.3.从动件 从动件 机构中随主动件而运动的其他可动构件称为从动件。当从动件输出运 机构中随主动件而运动的其他可动构件称为从动件。当从动件输出运动或实现机构功能时，该从动件便称为输出件或执行件。如 动或实现机构功能时，该从动件便称为输出件或执行件。如图 图1-4 1-4所示 所示的 的 式破碎机主体机构中，式破碎机主体机构中，2 2为主动件，为主动件，3 3、4 4为从动件，为从动件，1 1为机架。为机架。三、平面机构运动简图 实际机构的外形和结构都很复杂，但是机构的运动特性仅与机构的构 实际

9、机构的外形和结构都很复杂，但是机构的运动特性仅与机构的构件数、运动副的类型和数目以及它们的相对位置有关，而与构件的外 件数、运动副的类型和数目以及它们的相对位置有关，而与构件的外形、截面尺寸及运动副的具体结构等因素无关。形、截面尺寸及运动副的具体结构等因素无关。上一页 下一页 返回第一节 机构运动简图因此，在分析机构运动时，为了简化问题便于研究，常常可以不考虑 因此，在分析机构运动时，为了简化问题便于研究，常常可以不考虑与运动无关的因素，用规定的运动副符号和简单线条表示运动副和构 与运动无关的因素，用规定的运动副符号和简单线条表示运动副和构件，并按一定的比例确定运动副的位置，这种用规定的简化画

10、法表达 件，并按一定的比例确定运动副的位置，这种用规定的简化画法表达机构中各构件运动关系的图形称为机构运动简图。机构中各构件运动关系的图形称为机构运动简图。通过实例介绍机构运动简图的绘制方法和步骤如下 通过实例介绍机构运动简图的绘制方法和步骤如下:例 例1-1 1-1绘制如 绘制如图 图1-4(a)1-4(a)所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。解 解(1)(1)分析机构的组成及运动情况。在颚式破碎机中，带轮 分析机构的组成及运动情况。在颚式破碎机中，带轮5 5与偏心 与偏心轮 轮2 2固结在一起绕 固结在一起绕A A轴转动，为原动件。偏心轴 轴转动，为原动

11、件。偏心轴2 2带动动颚板 带动动颚板3 3运动时将 运动时将矿石粉碎。矿石粉碎。1 1为机架。动颚板 为机架。动颚板3 3与肘板 与肘板4 4连接，肘板 连接，肘板4 4与机架连接。动颚 与机架连接。动颚板和肘板为从动件。板和肘板为从动件。上一页 下一页 返回第一节 机构运动简图(2)(2)确定运动副的类型及数量。原动件 确定运动副的类型及数量。原动件(偏心轴与带轮 偏心轴与带轮)与机架构成转 与机架构成转动副，其中心为 动副，其中心为A A。偏心轴与动颚板构成转动副，其中心为。偏心轴与动颚板构成转动副，其中心为B B。动颚。动颚板与肘板构成转动副，其中心为 板与肘板构成转动副，其中心为C

12、C。肘板与机架构成转动副，中心为。肘板与机架构成转动副，中心为D D。(3)(3)选择视图平面。在绘制机构运动简图时，一般选多数构件的运动 选择视图平面。在绘制机构运动简图时，一般选多数构件的运动平面为视图平面。颚式破碎机为平面机构，故选构件运动平面为视图 平面为视图平面。颚式破碎机为平面机构，故选构件运动平面为视图平面。平面。(4)(4)选择适当比例尺，绘制机构运动简图。根据实际机构及图样大小，选择适当比例尺，绘制机构运动简图。根据实际机构及图样大小，以清楚表达机构为目的，选择合适的比例尺 以清楚表达机构为目的，选择合适的比例尺(单位为 单位为m/mm m/mm，以相应，以相应构件和运动副符

13、号绘出机构运动简图，如 构件和运动副符号绘出机构运动简图，如图 图1-4(b)1-4(b)所示。所示。上一页 返回第二节 机械零件的强度 一、载荷和应力 1.1.载荷 载荷 载荷是指零件或构件工作时所承受的外力。根据载荷性质的不同，可 载荷是指零件或构件工作时所承受的外力。根据载荷性质的不同，可分为静载荷和变载荷两类。分为静载荷和变载荷两类。不随时间变化或变化较缓慢的载荷称为静载荷，如重力，锅炉中的压 不随时间变化或变化较缓慢的载荷称为静载荷，如重力，锅炉中的压力，螺检拧紧后受到的拉力 力，螺检拧紧后受到的拉力;随时间变化的载荷称为变载荷，如内燃机活塞杆受到的力，机器中的 随时间变化的载荷称为

14、变载荷，如内燃机活塞杆受到的力，机器中的齿轮受到的力等。齿轮受到的力等。在计算中，将载荷分为名义载荷和计算载荷。在计算中，将载荷分为名义载荷和计算载荷。根据原动机额定功率 根据原动机额定功率(或阻力、阻力矩 或阻力、阻力矩)计算出来的作用于机械零件上 计算出来的作用于机械零件上的载荷称为名义载荷，一般用 的载荷称为名义载荷，一般用F F表示力，用 表示力，用T T表示力矩。表示力矩。下一页 返回第二节 机械零件的强度 考虑机械零件在工作时有冲击、振动和由于各种因素引起的载荷分布 考虑机械零件在工作时有冲击、振动和由于各种因素引起的载荷分布不均匀等，将名义载荷修正后用于零件计算的载荷称为计算载荷

15、，以 不均匀等，将名义载荷修正后用于零件计算的载荷称为计算载荷，以，表示。表示。计算载荷与名义载荷的关系为 计算载荷与名义载荷的关系为:式中，式中，K K为载荷系数，一般取 为载荷系数，一般取。2.2.应力 应力 与载荷一样，构件内的应力也分为两类 与载荷一样，构件内的应力也分为两类:静应力和变应力。静应力和变应力。在静载荷作用下产生的不随时间变化的应力称为静应力，如 在静载荷作用下产生的不随时间变化的应力称为静应力，如图 图1-5 1-5所示 所示;上一页 下一页 返回第二节 机械零件的强度 在变载荷作用下 在变载荷作用下(或静载荷作用在运动的零件上 或静载荷作用在运动的零件上)产生的随时间

16、变化的 产生的随时间变化的应力称为变应力，如果应力随时间做周期性的变化则称为交变应力。应力称为变应力，如果应力随时间做周期性的变化则称为交变应力。根据应力随时间变化的规律，较典型的交变应力有 根据应力随时间变化的规律，较典型的交变应力有:非对称循环的交 非对称循环的交变应力 变应力(如 如图 图1-6 1-6所示 所示)、对称循环的交变应力、对称循环的交变应力(如 如图 图1-7 1-7所示 所示)，脉动循，脉动循环的交变应力 环的交变应力(如 如图 图1-8 1-8所示 所示)。如 如图 图1-6 1-6所示，交变应力的最大应力为 所示，交变应力的最大应力为，最小应力为，最小应力为 时，其

17、时，其平均应力 平均应力 和应力幅 和应力幅 分别为 分别为上一页 下一页 返回第二节 机械零件的强度 最小应力 最小应力 与最大应力 与最大应力 之比称为循环特征 之比称为循环特征r r，即，即 由上述可知，交变应力参数共有 由上述可知，交变应力参数共有5 5个，即 个，即、和 和r r，已知其中两个参数便可求出其余参数。循环特征 已知其中两个参数便可求出其余参数。循环特征r r可以用来表示应力 可以用来表示应力的变化情况，对称循环的交变应力，的变化情况，对称循环的交变应力，r=-1;r=-1;脉动循环的交变应力，脉动循环的交变应力，r=0;r=0;非对称循环的交变应力，非对称循环的交变应力

18、，r r随具体受力情况不同在 随具体受力情况不同在-1+1-1+1之间变化 之间变化:静 静应力则可看作交变应力的一个特例，即 应力则可看作交变应力的一个特例，即r=+1 r=+1。二、零件的极限应力 静应力下的极限应力 静应力下的极限应力上一页 下一页 返回第二节 机械零件的强度 在静应力下工作的机械零件，其极限应力 在静应力下工作的机械零件，其极限应力 取决于零件的失效形式。取决于零件的失效形式。对于脆性材料制成的零件应防止发生断裂，通常取材料的强度极限 对于脆性材料制成的零件应防止发生断裂，通常取材料的强度极限 作为极限应力，即 作为极限应力，即;当采用塑性材料制成零件时，应防止产生过大

19、的塑性变形，通常取材 当采用塑性材料制成零件时，应防止产生过大的塑性变形，通常取材料的屈服极限 料的屈服极限 作为极限应力，即 作为极限应力，即。2.2.交变应力下的极限应力 交变应力下的极限应力 在交变应力下长期工作的零件，其 在交变应力下长期工作的零件，其 取决于材料的疲劳断裂，而 取决于材料的疲劳断裂，而疲劳断裂是一种损伤积累，它会在远低于强度极限的应力下，突然断 疲劳断裂是一种损伤积累，它会在远低于强度极限的应力下，突然断裂而无明显的塑性变形，这时的应力称为疲劳极限 裂而无明显的塑性变形，这时的应力称为疲劳极限(或称持久极限 或称持久极限)。上一页 下一页 返回第二节 机械零件的强度

20、如 如图 图1-9 1-9所示是表示应力 所示是表示应力 和应力循环次数 和应力循环次数N N之间关系的疲劳曲线。之间关系的疲劳曲线。从图中可以看出，应力愈小，零件材料能经受的应力循环次数也就愈 从图中可以看出，应力愈小，零件材料能经受的应力循环次数也就愈多。对于一般钢铁来说，当循环次数 多。对于一般钢铁来说，当循环次数N N超过某一值 超过某一值 以后，曲线趋向 以后，曲线趋向于水平，即 于水平，即 时，疲劳极限 时，疲劳极限N N不再随循环次数的增加而降 不再随循环次数的增加而降低。低。称为循环基数，对应于 称为循环基数，对应于 的应力称为材料的持久极限。的应力称为材料的持久极限。在对称循

21、环交变应力下，在对称循环交变应力下，r=-1 r=-1，取其持久极限，取其持久极限，作为极限应力，作为极限应力;在 在脉动循环交变应力下，脉动循环交变应力下，r=0 r=0取其持久极限 取其持久极限 作为极限应力。作为极限应力。三、机械零件的强度计算 强度是指零件抵抗破坏的能力，是保证机械零件工作能力的最基本要 强度是指零件抵抗破坏的能力，是保证机械零件工作能力的最基本要求。求。上一页 下一页 返回第二节 机械零件的强度如果零件的强度不够，不仅会因零件的失效而使机器不能正常工作，如果零件的强度不够，不仅会因零件的失效而使机器不能正常工作，甚至还可能导致安全事故。甚至还可能导致安全事故。零件的强

22、度分为体积强度和表面接触强度。零件的强度分为体积强度和表面接触强度。零件在载荷作用下，如果产生的应力在较大的体积内，这种应力状态 零件在载荷作用下，如果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 下的零件强度称为体积强度(通常简称强度 通常简称强度)。若两零件在受载前后由点接触或线接触变为小表面积接触，而且其表 若两零件在受载前后由点接触或线接触变为小表面积接触，而且其表面产生很大的局部应力 面产生很大的局部应力(称为接触应力 称为接触应力)，这时零件的强度称为表面接，这时零件的强度称为表面接触强度 触强度(简称接触强度 简称接触强度)。若零件的强度不够，就会出现整体断裂。

23、表面接触疲劳或塑性变形等 若零件的强度不够，就会出现整体断裂。表面接触疲劳或塑性变形等失效而丧失工作能力。所以，设计零件时，必须满足强度要求。失效而丧失工作能力。所以，设计零件时，必须满足强度要求。上一页 下一页 返回第二节 机械零件的强度 强度计算准则为 强度计算准则为 式中 式中,零件工作时的正应力和切应力 零件工作时的正应力和切应力;零件材料的许用正应力和许用切应力。零件材料的许用正应力和许用切应力。正应力和切应力的安全系数 正应力和切应力的安全系数;材料的极限正应力和极限切应力。材料的极限正应力和极限切应力。上一页 返回图1-1 转动副及其符号返回图1-2 移动副及其符号返回图1-3（a）高副及其符号返回图1-3（b）高副及其符号返回图1-4 颚式破碎机主体机构返回图1-4(a)颚式破碎机主体机构返回图1-4(b)颚式破碎机主体机构返回图1-5 静应力返回图1-6 非对称循环交变应力返回图1-7 对称循环交变应力返回图1-8 脉动循环交变应力返回图1-9 疲劳曲线返回表1-1 部分常用机构运动简图符号(摘自GB 4460-1984)返回 下一页返回 下一页返回 下一页返回 上一页