機(jī)械工業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)第三章

1、第三章 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)v通過本章學(xué)習(xí)，了解機(jī)械制圖的基本常識(shí)，對(duì)機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)及作用、特點(diǎn)等有初步認(rèn)識(shí)。第一節(jié) 機(jī)械制圖基礎(chǔ)v 任何機(jī)械、設(shè)備的制造，都要先根據(jù)其功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出圖樣，然后按照?qǐng)D樣加工與裝配。v工程圖樣：按照一定的投影理論和國(guó)際有關(guān)規(guī)定，表達(dá)出機(jī)械及其零部件的形狀和結(jié)構(gòu)、大小、材料，以及加工、檢驗(yàn)、裝配等技術(shù)要求的圖樣，稱為工程圖樣。v它是重要的技術(shù)文件，喻為工程界的技術(shù)語言，工程圖樣的格式、表達(dá)方法和內(nèi)容都應(yīng)遵守機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一、制圖基本標(biāo)準(zhǔn)v1.圖紙幅面（gb/t1468993）圖紙大小 圖紙大小應(yīng)根據(jù)機(jī)件大小和復(fù)雜程度選用，邊框、標(biāo)題欄等按標(biāo)準(zhǔn)。幅面代號(hào)a0

2、 a1 a2 a3 a4寬長(zhǎng)8411189594841420594297420210297一、制圖基本標(biāo)準(zhǔn)v2.比例（gb/t14690-93)是指圖形與實(shí)物相對(duì)應(yīng)要素的線性尺寸之比。主要有以下三種： 原值比例：1：1 放大比例：5:1，4:1，2:1，510n:1等 縮小比例：1:2，13，1:4，1:5，1:10n等v3.字體、圖線、符號(hào)與尺寸標(biāo)注符合基本規(guī)則 字體用仿宋，大小與圖紙大小相對(duì)應(yīng)； 圖線粗細(xì)均勻、應(yīng)用得當(dāng)； 符號(hào)與尺寸標(biāo)注按規(guī)定，不得隨意。二、投影與視圖 制圖時(shí)為將機(jī)械結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚，多使用投影三視圖。v1.投影的基本概念： 光線照射物體在墻面或地面上會(huì)出現(xiàn)影子，利用這個(gè)原理在

3、平面上做出物體投影投影法。 投射線與投影面垂直正投影，機(jī)械制圖采用正投影 正投影的基本性質(zhì)：（1）不變性，直線或平面與投影面平行時(shí)，投影反映實(shí)長(zhǎng)或?qū)嵨?；?）積聚性，直線或平面與投影垂直時(shí)，直線投影積聚為一點(diǎn)，平面投影積聚為一直線；（3）類似性，直線或平面與投影面傾斜時(shí)，其投影小于實(shí)長(zhǎng)或?qū)嵭?。二、投影與視圖v2.三視圖表示法： 三視圖：正投影（前后）-主視圖， 水平投影（上下）-俯視圖， 側(cè)投影（左右）-側(cè)視圖（由左向右-左視圖，或右視圖）。 有時(shí)為表達(dá)清楚某一局部或區(qū)域，可用局部視圖、旋轉(zhuǎn)視圖。3.零件圖與裝配圖v（1）零件圖：表達(dá)零件的形狀、大小和加工要求的零件工作圖。v零件圖的內(nèi)容：v一

4、組圖形：用視圖、剖視圖、剖面等清晰表達(dá)零件的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、形狀；v尺寸及公差、精度：零件各部分的大小、位置所需的全部尺寸、配合公差和加工精度。v技術(shù)要求：加工、檢驗(yàn)的依據(jù)；v標(biāo)題欄：表明零件名稱、材料、數(shù)量、比例及所需簽署的內(nèi)容。3.零件圖與裝配圖v（2）裝配圖：表達(dá)機(jī)器或部件的工作原理、結(jié)構(gòu)和零件之間裝配關(guān)系的工程圖樣。v裝配圖的內(nèi)容：一組圖形 必要的尺寸 技術(shù)要求 零件的序號(hào)、明細(xì)欄和標(biāo)題欄。第二節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)v一、機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件與零件：v 機(jī)械一詞是機(jī)構(gòu)和機(jī)器的總稱；機(jī)構(gòu)是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多構(gòu)件組合，如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、變速機(jī)構(gòu)等；機(jī)器由一個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)組成，用來代替人的勞動(dòng)去變換機(jī)械能或

5、作有用的機(jī)械功。v機(jī)構(gòu)由構(gòu)件和零件組成，零件是構(gòu)成機(jī)構(gòu)和機(jī)器的最小單元。v零件分為兩類：通用零件（標(biāo)準(zhǔn)件），如螺釘、螺栓、軸承、彈簧、軸等等；另一類為專用零件，用于某些機(jī)械，如汽輪機(jī)葉片、內(nèi)燃機(jī)活塞等。二、設(shè)計(jì)機(jī)械的基本要求 1.使用要求：設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備能在壽命期內(nèi)有效的、可靠地完成規(guī)定的工作。 2.經(jīng)濟(jì)性要求：在滿足使用要求前提下盡量降低成本。 （1）具有良好的工藝性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝合理； （2）合理選擇材料 （3）合理擬定各零部件的預(yù)期使用壽命 （4）盡量符合標(biāo)準(zhǔn)化要求 3.工作安全與操作、維修要求三、設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則與一般步驟v1.基本準(zhǔn)則：v(1)強(qiáng)度：在一定載荷下，零件抵抗破壞的能力。

6、即能承受的最大載荷。v(2)剛度：在一定載荷作用下，零件抵抗彈性變形的能力。v(3)耐磨性：相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面抗摩擦磨損的能力。v2.設(shè)計(jì)的一般步驟：第三節(jié) 常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)v一、平面連桿機(jī)構(gòu)v 由若干個(gè)剛性構(gòu)件用平面低付（轉(zhuǎn)動(dòng)付和移動(dòng)付）相連接所組成的機(jī)構(gòu)叫做平面連桿機(jī)構(gòu)。起重機(jī)、牛頭刨床、插床、內(nèi)燃機(jī)、紡織機(jī)械、印刷機(jī)等的主體機(jī)構(gòu)均為連桿機(jī)構(gòu)。v1.平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：v（1）優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)變換 運(yùn)動(dòng)付全部為面接觸，單位面積上的壓力較小，磨損小，且便于潤(rùn)滑，故使用壽命長(zhǎng) 構(gòu)件之間的接觸面為圓柱面或平面，故易于加工制造，成本低，易獲得較高的加工精度。v（2）缺點(diǎn)：低付不可避免存在間隙，會(huì)

7、存在運(yùn)動(dòng)誤差而難于精確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)比較復(fù)雜機(jī)構(gòu)平衡比較困難，高速時(shí)將引起較大振動(dòng)。一、平面連桿機(jī)構(gòu)v2.鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的基本形式與各構(gòu)件尺寸間關(guān)系v所有運(yùn)動(dòng)付全為轉(zhuǎn)動(dòng)付的平面連桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。v（1）根據(jù)兩連桿架的不同運(yùn)動(dòng)形式，將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：一個(gè)連架桿為曲柄，另一個(gè)為搖桿；比如縫紉機(jī)，一桿做整周運(yùn)動(dòng)，一桿做往復(fù)擺動(dòng)。v 雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩個(gè)連架桿均為曲柄、做圓周運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是將原動(dòng)件的等速整周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的變速或等速整周運(yùn)動(dòng)。如火車機(jī)車車輪。v 雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿均只能做往復(fù)擺動(dòng)一、平面連桿機(jī)構(gòu)v2.鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的基本形式與各構(gòu)件尺寸間

8、關(guān)系v（2）三種基本型式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：v曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：va 最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度和小于或等于其余兩構(gòu)件的長(zhǎng)度和 ；vb 曲柄為最短桿v雙曲柄機(jī)構(gòu)：va與a相同；b機(jī)架為最短構(gòu)件v雙搖桿機(jī)構(gòu)：v 最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和大于其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和；或者，最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和小于其余兩構(gòu)件的長(zhǎng)度之和且連桿為最短桿。二、凸輪機(jī)構(gòu)v 憑借凸輪的特定輪廓形狀，將主動(dòng)件的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)變換為從動(dòng)件的復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，這種機(jī)構(gòu)就叫凸輪機(jī)構(gòu)。v這一部分主要要了解凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用、類型和特點(diǎn)。二、凸輪機(jī)構(gòu)v1.凸輪機(jī)構(gòu)的組成與應(yīng)用v（1）組成：凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架v（2）應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中，通過凸輪的運(yùn)

9、動(dòng)使氣閥開啟或關(guān)閉；繞線機(jī)構(gòu)；靠模、送料機(jī)構(gòu)等二、凸輪機(jī)構(gòu)v2.凸輪機(jī)構(gòu)的類型：p41v（1）按凸輪的形狀分類：v盤形凸輪凸輪的基本形式v 這種凸輪是一個(gè)繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化半徑的盤形零件。v移動(dòng)凸輪：凸輪相對(duì)于機(jī)架做直線運(yùn)動(dòng)。p41圖3-3v圓柱凸輪：將一定凸輪卷成圓柱即為圓柱凸輪。p41圖3-4v（2）按從動(dòng)件型式分：v尖頂從動(dòng)件，p41圖3-2v滾子從動(dòng)件，p41圖3-3v平底從動(dòng)件，圖3-1二、凸輪機(jī)構(gòu)v3.凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)v優(yōu)點(diǎn)：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，設(shè)計(jì)方便。v缺點(diǎn)：凸輪輪廓與從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易磨損，通常多用于傳動(dòng)

10、力不大的控制機(jī)構(gòu)。三、齒輪機(jī)構(gòu)v1.齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和類型v（1）齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)v齒輪機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之一。其主要優(yōu)點(diǎn)是：使用的圓周速度和適用功率范圍廣；效率高；傳動(dòng)比穩(wěn)定；壽命長(zhǎng)；工作可靠性高；可實(shí)現(xiàn)平行軸、任意角相交軸和任意角交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。缺點(diǎn)是：要求較高的制造和安裝精度，成本較高；不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。v（2）齒輪機(jī)構(gòu)的類型四、帶傳動(dòng)v1.帶傳動(dòng)的工作原理：v 帶傳動(dòng)一般是由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪以及緊套在兩個(gè)帶輪上的皮帶組成。v 由于帶張緊在帶輪上，帶與帶輪接觸面之間產(chǎn)生壓力，當(dāng)主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)時(shí)，帶與帶輪接觸面之間產(chǎn)生摩擦力，主動(dòng)帶輪依靠摩擦力拖動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)，同理，帶又依靠摩擦力拖動(dòng)

11、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。v 因此，帶傳動(dòng)是靠帶與帶輪接觸面之間的摩擦力將主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給從動(dòng)軸，即帶傳動(dòng)是通過中間撓性件進(jìn)行摩擦傳動(dòng)。四、帶傳動(dòng)v2.帶傳動(dòng)的特點(diǎn)：v優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉；由于帶具有良好的彈性，所以能緩和沖擊與吸收振動(dòng)；由于靠摩擦傳動(dòng)，過載時(shí)帶在帶輪上打滑，因此可以防止機(jī)械損壞；適用于主動(dòng)軸和從動(dòng)軸間中心距較大的傳動(dòng)。v缺點(diǎn)：不能保證確定不變的傳動(dòng)比；效率較低；結(jié)構(gòu)不緊湊，外廓尺寸較大；軸和軸承受力大；由于帶傳動(dòng)中的摩擦易產(chǎn)生靜電，因此對(duì)于有爆炸危險(xiǎn)的地方不宜使用。四、帶傳動(dòng)v3.帶傳動(dòng)的類型v根據(jù)帶的橫截面形狀可分為平帶、v帶和特殊截面帶三大類。見教材（楊可楨）p204圖13-

12、2v4.帶傳動(dòng)失效形式v（1）打滑：當(dāng)帶傳動(dòng)所傳遞的圓周力大于摩擦力總和的最大值時(shí)，將出現(xiàn)打滑，這時(shí)，帶在帶輪上全面滑動(dòng)，從而使帶傳動(dòng)不能正常工作而失效。v（2）帶的疲勞破壞：帶傳動(dòng)時(shí)，帶在不同位置的應(yīng)力是變化的，當(dāng)傳遞的功率一定時(shí)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值后，帶會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。 如使用多次橡皮筋的伸長(zhǎng)斷裂。第三節(jié) 常用機(jī)械零件v一、軸v1.軸的功用和分類（楊可楨p240) (1)功用：軸是機(jī)器中的重要零件之一，用來支撐旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件和傳遞扭矩。 （2）分類：根據(jù)承受載荷的不同可分為轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)軸、心軸。 根據(jù)軸線形狀可分為直軸、曲軸、撓性鋼絲軸。v2.軸的設(shè)計(jì)（楊可楨p241）v根據(jù)工作要求并考

13、慮制造工藝，選用合適材料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)強(qiáng)度和剛度計(jì)算，定出軸的形狀尺寸。v步驟：軸徑初步估算軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度、剛度計(jì)算。v4.軸的材料（楊可楨p241）v（1）碳鋼：35、45、50碳鋼，具有較高的綜合力學(xué)性能，加工性能優(yōu)良，價(jià)格低廉。v（2）合金鋼：具有較高的力學(xué)性能，價(jià)格較高。v二、軸承v軸承是用于支承軸及軸上零件實(shí)現(xiàn)正常工作的一種部件。機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛，是標(biāo)準(zhǔn)件。v1.軸承的功用（楊可楨p253）v（1）支撐軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；v（2）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦磨損。v2.軸承的分類v按摩擦性質(zhì) 不同分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承的發(fā)展已有幾千年的歷史，而滾動(dòng)軸承則是在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的19世紀(jì)末才大批量使用并形成標(biāo)準(zhǔn)化。v3.滑動(dòng)軸承v（1）滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)：滑動(dòng)軸承因?yàn)槭敲娼佑|所以承受符合能力大；接觸面上的油膜具有減震、抗沖擊和消除噪聲的作用；處于液體摩擦狀態(tài)下的滑動(dòng)軸承，其摩擦系數(shù)很小、磨損很