机械设计基础第一讲.ppt

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1、12教学环节：1、课堂授课（56）2、实验教学（8）3、课程设计（2周，课程结业后进行）考核：1、平时成绩（学习态度+作业+ 实验）2、全年级统一出题考试(2021)课程说明3n机械设计基础概论机械设计基础概论n平面机构的组成和运动简图平面机构的组成和运动简图n平面连杆机构平面连杆机构n齿轮机构齿轮机构n联接联接n齿轮传动齿轮传动n轮系轮系n带传动带传动n轴轴n轴承轴承主要内容第一篇第一篇 总论总论第二篇第二篇 常用机构常用机构第三篇第三篇 联接与螺旋传动联接与螺旋传动第四篇第四篇 机械传动机械传动第五篇第五篇 轴系零、部件轴系零、部件4内容提要内容提要 第1章 机械设计基础概论1.1 本课程

2、研究的对象、内容和任务本课程研究的对象、内容和任务 1.2 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序1.3 机械零件设计的基本知识机械零件设计的基本知识1.4 机械零件的强度机械零件的强度1.5 机械零件的材料和选用原则（自学）机械零件的材料和选用原则（自学） 第2章 现代设计方法简介（自学）51、明确本课程的研究对象、研究内容和任务2、重点是重点是弄清“机器与机构”、“构件与零件”及“通用零件与专用零件”的区别与联系以及平面机构的组成要素3、难点是难点是“构件的概念”4、了解“计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、 有限元法、创新设计”等现代设计方法61.1.1 基本概念基本

3、概念 1 1、机械、机械 机器和机构的总称。 （搅面机、内燃机等均是机器）（搅面机、内燃机等均是机器） 第第1 1章章 机械设计基础概论机械设计基础概论1.1 本课程研究的对象、内容和任务本课程研究的对象、内容和任务 7 工作原理：工作原理： 当曲柄转动时，搅面棒上的当曲柄转动时，搅面棒上的E点点处便能模仿人工处便能模仿人工 搅面，同时搅面，同时, ,容器容器5 5绕绕Z Z轴转动，从而将面粉搅拌均匀。轴转动，从而将面粉搅拌均匀。组成情况： 1 1 固定件固定件 2 2 曲柄曲柄 3 3 搅面棒搅面棒 4 4 摇杆摇杆 5 5 容器容器ZZEAVI搅面机搅面机8内燃机内燃机的组成 1 1 缸体

4、（机架）缸体（机架） 2 2 活塞活塞 3 3 连杆连杆 4 4 曲轴曲轴 5 5 推杆推杆 6 6 凸轮凸轮 7 7 、8 8 大、小齿轮大、小齿轮 9 9 、1010进、排气阀进、排气阀 AVI9 当缸体当缸体1 1内燃烧的气体膨胀时，推动活塞内燃烧的气体膨胀时，推动活塞2 2作往复移动，经过连杆作往复移动，经过连杆3 3转变为曲轴的连续转变为曲轴的连续转动转动 凸轮轴上的齿轮凸轮轴上的齿轮7 7，曲轴上的齿轮，曲轴上的齿轮8 8和和缸体缸体1 1组成传动部分，曲轴转动通过齿轮将组成传动部分，曲轴转动通过齿轮将运动传给凸轮轴运动传给凸轮轴 凸轮轴转动，使得气阀以一定的规律凸轮轴转动，使得气

5、阀以一定的规律按时启闭，分别控制进气（吸入燃气按时启闭，分别控制进气（吸入燃气）和和排气（排出尾气）排气（排出尾气） 内燃机工作原理 Internal combustion engine10 1.主体部分： “活塞2、连杆3、曲轴4、缸体1” （平面连杆机构）3.进排气控制部分：“缸体1、凸轮6、推杆5” （凸轮机构）2.传动部分： “缸体1、齿轮7，8” （齿轮机构）11机器的特征：机器的特征：1 1人为的实物组合人为的实物组合2 2各运动实体之间具有确定的相对运动各运动实体之间具有确定的相对运动 （能够实现预期的机械运动能够实现预期的机械运动 ）3能代替或减轻人类的劳动（能代替或减轻人类的

6、劳动（完成机械功、完成机械功、转换机械能以及转换机械能以及作信息获取或变换作信息获取或变换） （照相机、打字机、录音机等 ） 机构：机构： 只具有机器的前两个特征只具有机器的前两个特征 12 “连杆机构”（主体机构）内燃机内燃机 “齿轮机构”（传动机构） “凸轮机构”（控制机构）搅面机搅面机 “连杆机构”（主体机构）机器可以看做由机构组成n机器按用途分类动力机器：蒸汽机、水轮机、汽轮机、内燃机工作机器：机床、轧钢机、起重机、汽车信息获取变换的机器：照相机、打字机、录音机n机器的组成原动机（动力部分）工作部分传动部分操纵部分信息处理、传递系统13n蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械

7、。蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。 n汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要 。 农业机械23 零件、部件零件、部件 与常用机构、通用零件与常用机构、通用零件是机械中制造的单元是机械中制造的单元 （齿轮、轴及轴承、螺母、螺栓等）（齿轮、轴及轴承、螺母、螺栓等） （滚动轴承、联轴器、减速器及自行车的脚踏等) （为了装配方便，先将完成共同任务的一组协同工作

8、的零件分别装配和制造成一个组合体，然后再装配整机，此种组合体）是机械中装配的单元是机械中装配的单元 24机构机构常用机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等其它机构： 零件零件 通用零件：齿轮、轴承、螺钉、键等齿轮、轴承、螺钉、键等 专用零件：内燃机中的活塞、起重机中的吊钩等内燃机中的活塞、起重机中的吊钩等25 是以常用机构常用机构 和 通用零件通用零件 “研究对象”, 以它们的工作原理、结构特点、使用和维护、标准和规范以及设计计算的基本理论和方法 “研究内容”1.1.2 本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务 内容：26性质： 是一门重要的技术基础课为有关

9、专业的学生 学习专业机械提供必要的理论基础主要任务和基本要求： 1.掌握常用机构常用机构的结构、运动特性，初步具有分析 和设计基本机构的能力。 2.掌握通用零件通用零件的工作原理、特点、维护和设计计 算的基本知识，初步具有设计简单机械的能力 3.具有运用机械设计有关标准、规范、手册和图册 等技术资料的能力1.2 机械设计的基本要求及一般程序机械设计的基本要求及一般程序 1.2.1 机械设计的基本要求机械设计的基本要求1.使用要求使用要求2.可靠性和安全性要求可靠性和安全性要求3.经济性要求经济性要求4.其他要求其他要求1.2.2 机械设计的一般程序机械设计的一般程序1.规划和准备阶段规划和准备

10、阶段确定设计任务书：用途、功能、基本结构型式、主要设计确定设计任务书：用途、功能、基本结构型式、主要设计参数、动力来源以及主要技术经济指标参数、动力来源以及主要技术经济指标2.方案设计阶段方案设计阶段确定工作原理、执行部分、动力部分、传动部分的方案确定工作原理、执行部分、动力部分、传动部分的方案3.技术设计阶段技术设计阶段将总体方案具体化：运动设计、动力计算、零部件材料、将总体方案具体化：运动设计、动力计算、零部件材料、结构设计、工作能力计算、绘图结构设计、工作能力计算、绘图4.试验分析阶段试验分析阶段产品试制产品试制n常规设计与现代设计291.3 机械零件设计的基本知识机械零件设计的基本知识

11、1.3.1 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式失效：机械零件由于某些原因不能在既定的工作条件和使用失效：机械零件由于某些原因不能在既定的工作条件和使用期限内正常工作，即丧失工作能力或达不到设计功能的现象期限内正常工作，即丧失工作能力或达不到设计功能的现象1.断裂断裂 过载断裂，疲劳断裂过载断裂，疲劳断裂2.表面失效表面失效疲劳点蚀、胶合、磨损、压潰和腐蚀疲劳点蚀、胶合、磨损、压潰和腐蚀3.过量变形过量变形 塑性变形塑性变形4.破坏正常工作条件而引起的失效破坏正常工作条件而引起的失效摩擦传动的打滑、液体摩擦滑动轴承油膜破坏摩擦传动的打滑、液体摩擦滑动轴承油膜破坏1.3.2 机械零件的工

12、作能力计算准则机械零件的工作能力计算准则 工作能力：也称承载能力，在不发生失效的条件下，零件所能安工作能力：也称承载能力，在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。全工作的限度。1.强度强度零件抵抗整体断裂、塑性变形和表面失效（磨粒磨损及腐蚀除外）零件抵抗整体断裂、塑性变形和表面失效（磨粒磨损及腐蚀除外）的能力的能力强度计算条件：强度计算条件： 零件危险截面的最大计算正应力和剪应力（零件危险截面的最大计算正应力和剪应力（MPa） 零件的许用正应力和剪应力（零件的许用正应力和剪应力（MPa） , ,2.刚度刚度零件受载后抵抗弹性变形的能力零件受载后抵抗弹性变形的能力刚度计算条件：刚度计算条件

13、： 零件工作时的广义变形零件工作时的广义变形 零件工作时的广义许用变形，如挠度、零件工作时的广义许用变形，如挠度、偏转角、扭转角偏转角、扭转角f f ff 3. .耐磨性耐磨性 磨损：摩擦表面物质在相对运动中不断损耗，造成形状和磨损：摩擦表面物质在相对运动中不断损耗，造成形状和尺寸逐渐改变的现象尺寸逐渐改变的现象1) 磨损的过程：三个阶段磨损的过程：三个阶段磨合磨损磨合磨损稳定磨损稳定磨损使用寿命使用寿命剧烈磨损剧烈磨损2) 磨损的类型磨损的类型磨粒磨损磨粒磨损粘着磨损（胶合）粘着磨损（胶合）表面疲劳磨损（疲劳点蚀）表面疲劳磨损（疲劳点蚀）腐蚀磨损腐蚀磨损3) 耐磨性计算耐磨性计算耐磨性：相对

14、运动的零件表面抵抗磨损的能力耐磨性：相对运动的零件表面抵抗磨损的能力条件性计算条件性计算非液体摩擦非液体摩擦, ,限制工作表面的压强：限制工作表面的压强：p p 零件工作表面的压强（零件工作表面的压强（MPaMPa）p p 零件工作表面材料的许用压强（零件工作表面材料的许用压强（MPaMPa）限制摩擦发热量限制摩擦发热量( (摩擦功耗摩擦功耗):):vv零件工作表面的相对滑动速度（零件工作表面的相对滑动速度（m/sm/s）pvpv零件工作表面的零件工作表面的pvpv许用值（许用值（MPaMPa m/sm/s） pvpv pp4.4.振动稳定性振动稳定性防止高速运转的机械及其零件发生共振，使其转

15、速避开共防止高速运转的机械及其零件发生共振，使其转速避开共振区域振区域1.3.3 1.3.3 机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤总体布置，传动方案确定之后总体布置，传动方案确定之后1.1.选择材料选择材料2.2.拟定计算简图：建立力学模型，进行载荷分析拟定计算简图：建立力学模型，进行载荷分析3.3.工作能力计算：针对失效形式，确定准则，确定零件基工作能力计算：针对失效形式，确定准则，确定零件基本尺寸和主要参数本尺寸和主要参数4.4.结构设计：考虑加工、装配结构设计：考虑加工、装配5.5.绘制工作图并标注必要的技术条件绘制工作图并标注必要的技术条件1.3.4 机械零件的标准化机械零件的

16、标准化标准化标准化：将品种、型号、参数、结构、尺寸、性能和质量等：将品种、型号、参数、结构、尺寸、性能和质量等统一规定为数量有限的若干种，并强制执行。统一规定为数量有限的若干种，并强制执行。标准件标准件：标准化了的零部件：标准化了的零部件标准的层次标准的层次：国际标准国际标准 ISO国家标准国家标准 GB行业标准行业标准1.4机械零件的强度机械零件的强度1.4.1载荷和应力载荷和应力1.1.载荷及其分类载荷及其分类1 1）静载荷和动载荷）静载荷和动载荷2 2）名义载荷和计算载荷）名义载荷和计算载荷2.2.应力及其分类应力及其分类名义应力和计算应力名义应力和计算应力静应力和动应力静应力和动应力静应力静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力，静载荷：不随时间变化或变化缓慢的应力，静载荷产生，方向、大小相对零件都不变产生，方向、大小相对零件都不变变应力变应力：随时间显著变化的应力：随时间显著变化的应力最大应力最大应力最小应力最小应力平均应力平均应力应力幅应力幅循环特性循环特性maxminmra11rmaxminr2minmaxm2minmaxa稳定变应力稳定变应力：周期、应力幅度、平均应力都不：