機械設(shè)計基礎(chǔ)-少學(xué)時-第5版-教學(xué)課件-李秀珍-第1章緒論

機械設(shè)計基礎(chǔ)-少學(xué)時-第5版-教學(xué)課件-李秀珍-第1章緒論第一頁，共68頁。第一章緒論本講重點本章重點學(xué)習(xí)內(nèi)容：1．零件、構(gòu)件、機械、機構(gòu)、機器等名詞的涵義2．機械零件的常用材料3．機械零件工作能力的判定條件4．機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求5．平面運動副的分類及其表示方法6．平面機構(gòu)具有確定運動的條件第二頁，共68頁。第一節(jié)機器的組成和本課程研究的內(nèi)容一、機器的組成顎式破碎機a)立體圖b)傳動簡圖l—電動機2、4—帶輪3—V帶5—偏心軸6—動顎(板)7—肘板8—定顎(板)9—飛輪機器是能執(zhí)行機械運動并被用來傳遞能量、物料與信息的裝置。第三頁，共68頁。構(gòu)件是運動的單元；零件是制造的單元。由顎式破碎機的組成可知：機器中不可拆的單元體是制造單元，稱為零件。在組成機器的各個零件中，有的零件是以單個形式參與機器運動，例如帶輪、偏心輪、肘板等。有的則是將多個零件剛性聯(lián)接，作為一個整體參與機器運動。例：動顎板。把零件作為組成機器的基本單元不能有效地表達機器中各部分的相對運動關(guān)系。為了表達機器中各部分的相對運動關(guān)系，把在機器中能作相對運動的實體稱為構(gòu)件。動顎體動顎板壓板螺釘偏心軸第四頁，共68頁。根據(jù)破碎機中構(gòu)件間的相對運動關(guān)系畫出碎石部分的機構(gòu)簡圖，如圖所示。由圖可以看出，機構(gòu)有兩個特征：1、由多個構(gòu)件組成2、各構(gòu)件間具有確定的相對運動。對機器而言，除具備機構(gòu)的這兩個特征外，還有第三個特征。3、能夠完成有效的機械功(如顎式破碎機粉碎礦石)或進行能量轉(zhuǎn)換(如內(nèi)燃機把熱能轉(zhuǎn)換成機械能)。因此，從其組成、運動特性、受力狀況等方面進行分析，機構(gòu)和機器沒有區(qū)別。為使研究的問題簡化，常將機構(gòu)和機器統(tǒng)稱為機械。第五頁，共68頁。一部機器也可以由數(shù)個機構(gòu)組成，如圖所示牛頭刨床的主傳動系統(tǒng)(切削和進給運動)，是由齒輪機構(gòu)(5、6、13)、(10、11、13)、導(dǎo)桿機構(gòu)(6、7、8、13、14)、曲柄搖桿機構(gòu)(11、12、17、13)、間歇運動機構(gòu)(17、16、13)等組成的。從顎式破碎機可知，一部機器可以只含有一個機構(gòu)，顎式破碎機只含有一個曲柄搖桿機構(gòu)；第六頁，共68頁。機器種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式和用途各不相同，但大致都是由以下四部分組成的。原動機部分：驅(qū)動整部機器以完成預(yù)定功能的動力源，顎式破碎機的原動機是電動機。執(zhí)行部分：完成機器預(yù)定功能的組成部分，也稱工作機，是具體干活的部分，顎式破碎機的執(zhí)行部分是顎頭（定顎、動顎）。傳動部分：解決原動機與工作機運動形式、運動及動力參數(shù)的轉(zhuǎn)變。機器的傳動部分多數(shù)使用機械傳動系統(tǒng)。顎式破碎機的傳動部分包括V帶傳動和由偏心輪、動顎、肘板以及機架組成的連桿機構(gòu)其他部分：控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等。第七頁，共68頁。由機器的組成可知，機器通常是由是由各種機構(gòu)以及各種零件組成的。機器中的零件分為兩類。1、通用零件通用零件在各種類型的機械中都可能用到，如螺栓、軸、齒輪、彈簧等；2、專用零件只用于某些類型的機械中，如電動機中的轉(zhuǎn)子、疊片、籠條等，內(nèi)燃機、蒸汽機中的曲軸、活塞等。此外，機械設(shè)計中還把為完成同一使命、彼此協(xié)同工作的一組零件所組成的組合體稱為部件，如滾動軸承、聯(lián)軸器、減速器等，所以有時也通稱為機械零部件，它包括了零件和部件。機械設(shè)計基礎(chǔ)主要研究常用機構(gòu)和通用零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本設(shè)計理論和計算方法。同時還將扼要介紹與本課程有關(guān)的國家標準、規(guī)范和一些標準零件、部件的選用原則，以及簡單機械傳動裝置的設(shè)計方法。二、本課程研究的內(nèi)容第八頁，共68頁。機械設(shè)計基礎(chǔ)是高等學(xué)校工科有關(guān)專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生獲得正確使用和維護機械設(shè)備的基本知識，初步培養(yǎng)學(xué)生運用有關(guān)設(shè)計資料設(shè)計簡單機械傳動裝置的能力，為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)機械設(shè)備課程以及參與技術(shù)革新奠定必要的基礎(chǔ)。三、本課程研究的目的四、本課程的學(xué)習(xí)方法

本課程是一門實踐性和綜合性很強的課程，整個學(xué)習(xí)過程涉及機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、金屬工藝學(xué)以及互換性與技術(shù)測量等多門學(xué)科。本書內(nèi)容的安排是從認識機械入手，分析機器的基本組成、傳動系統(tǒng)及零部件的功能，進而引深到機械零部件的設(shè)計與計算、機械傳動裝置設(shè)計的一般方法和過程以及常用機構(gòu)的運動分析和設(shè)計。第九頁，共68頁。在本課程的學(xué)習(xí)過程中，對于機械零件，除合理選擇材料外，還應(yīng)著重掌握其工作能力計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。此外還應(yīng)該注意，大部分零件由于所選材料的不同、結(jié)構(gòu)設(shè)計的差異等諸多因素都會導(dǎo)致多種設(shè)計結(jié)果，即可用多種方案來完成同一功能要求。因此，要不斷提高綜合分析與解決問題的能力，學(xué)會從多種可能的解答中通過評價找出最佳的設(shè)計方案。對于連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等常用機構(gòu)，應(yīng)注意其非勻速傳動的特點，重點分析其運動特性，掌握實現(xiàn)其運動規(guī)律的設(shè)計方法。第十頁，共68頁。第二節(jié)機械零件的常用材料機械零件的常用材料分為金屬和非金屬兩大類。其中，金屬材料應(yīng)用最廣，非金屬材料以其獨特的性能也日益顯示出廣闊的應(yīng)用前景。金屬材料包括黑色金屬(鋼、鑄鐵)和有色金屬，前者應(yīng)用最多。此外，近年來復(fù)合材料的研究與開發(fā)，也已成為材料科學(xué)的一個新方向。下面簡要介紹機械零件的常用材料及其應(yīng)用。選擇材料是設(shè)計機械零件的重要環(huán)節(jié)之一，也是一個復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟問題。一般應(yīng)綜合考慮以下要求，選出適宜的材料。1、零件的使用要求：如強度、剛度、沖擊韌度、導(dǎo)熱性、抗腐蝕性以及耐磨性、減振性等，通常以強度為主。2、工藝要求：毛坯到成品都便于制造3、經(jīng)濟性要求：材料及其加工成本均比較低，而且供貨方便。各種材料的力學(xué)性能及應(yīng)用均可從機械設(shè)計手冊中查取，本課程也在有關(guān)章節(jié)中作了適當?shù)慕榻B。第十一頁，共68頁。

一、鋼

鋼的品種多、性能好，是機械零件最常用的材料。根據(jù)化學(xué)成分的不同，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。1．碳素鋼碳素鋼的性能主要取決于碳含量，即碳的質(zhì)量分數(shù)。碳含量越高，鋼的強度越高，塑性越低。由于碳素鋼生產(chǎn)批量大，價格低，供應(yīng)充足，一般的機械零件應(yīng)優(yōu)先選用。碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T699-1999)含磷、硫等雜質(zhì)較少，其性能優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼，而且能同時保證鋼的力學(xué)性能和化學(xué)成分，可以進行熱處理。碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700-1988)雜質(zhì)較多，只保證機械強度，不保證化學(xué)成分，不能進行熱處理。第十二頁，共68頁。常用于受力較大，且受變載荷或沖擊載荷作用的零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，代表鋼中碳的平均含量。如45鋼，其碳的平均質(zhì)量分數(shù)為0.45％。對于錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號還要在碳含量數(shù)字之后加注符號“Mn‘’，如40Mn等。2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于受力不大而且基本上是承受靜載荷的零件，其中以Q235、Q255較為常用。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用Q和后面一位數(shù)字表示，如Q235表示屈服點235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。1）碳素結(jié)構(gòu)鋼第十三頁，共68頁。碳的平均質(zhì)量分數(shù)高于0.60％的鋼，它具有很高的強度和彈性，是彈簧、鋼絲繩等零件的常用材料。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)碳的平均質(zhì)量分數(shù)又可分為：低碳鋼中碳鋼高碳鋼碳的平均質(zhì)量分數(shù)低于0.25％的鋼，其抗拉強度和屈服點低，而塑性好，適用于沖壓、焊接加工；碳的平均質(zhì)量分數(shù)在0.25％～0.60％之間的鋼，中碳鋼既有較高的強度，又有一定的塑性和韌性，綜合力學(xué)性能較好，常用來制造螺栓、螺母、齒輪、鍵和軸等零件；第十四頁，共68頁。2．合金鋼為了改善鋼的性能，根據(jù)不同要求加入一種或幾種合金元素而形成的鋼，稱為合金鋼。不同的合金元素，使鋼獲得不同的性能，例如：鉻能提高硬度、高溫強度和耐腐蝕性；鎳能提高強度而不降低韌性；錳能提高強度、韌性和耐磨性；硅可提高彈性極限和耐磨性，但降低韌性。應(yīng)當指出，合金鋼的性能不僅與化學(xué)成分有關(guān)，在很大程度上還取決于適當?shù)臒崽幚?。由于合金鋼價格較貴，通常只用于制造重要的或具有特殊性能要求的機械零件。普通低合金鋼合金鋼分為合金結(jié)構(gòu)鋼（常用）特殊合金鋼合金工具鋼第十五頁，共68頁。合金結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法是用兩位數(shù)字表示碳的含量，并在其后加注所含各主要合金元素的符號及其含量，而且規(guī)定：合金元素平均質(zhì)量分數(shù)低于1.5％時，不注含量；當平均質(zhì)量分數(shù)在1.5％～2.5％,2.5％～3.5％,3.5％～4.5％,…時,以相應(yīng)數(shù)字2，3，4，…表示。例如40SiMn2,其成分的平均質(zhì)量分數(shù)為:碳0.40％,硅低于0.15％,錳在1.5％～2.5％之間。鑄鋼主要用于制造承受重載荷的大型零件或形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件，如承受重載荷的大型齒輪、聯(lián)軸器等。鑄鋼包括碳素鑄鋼和合金鑄鋼。鑄鋼的力學(xué)性能與鍛鋼基本接近，但其減振性和鑄造性能均不及鑄鐵。鑄鋼牌號的表示方法是在符號“ZG”后加注兩組數(shù)字，如ZG310—570，表示屈服點為310MPa，抗拉強度為570MPa。3．鑄鋼第十六頁，共68頁。二、鑄鐵鑄鐵和鋼都是鐵碳合金，區(qū)別在于碳含量不同。碳的質(zhì)量分數(shù)高于2％的鐵碳合金稱為鑄鐵，反之稱為鋼。鑄鐵是脆性材料，其抗拉強度、塑性、韌性均較差，不能進行碾壓和鍛造；但其減振性和耐磨性較好，成本較低。另外，鑄鐵具有良好的液態(tài)流動性，因此常用于鑄造各種形狀復(fù)雜的零件。常用鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵?；诣T鐵是應(yīng)用最廣的一種鑄鐵，碳以片狀石墨存在于鐵的基體中，因此其斷口呈灰色?；诣T鐵的抗壓強度高于抗拉強度，切削性能好，但不宜承受沖擊載荷，常用于制造受壓狀態(tài)下工作的零件，如機器底座、機架等?；诣T鐵牌號的表示方法是在符號“HT”后加注一組表示抗拉強度的數(shù)字，如HT200，其抗拉強度為200MPa。1．灰鑄鐵第十七頁，共68頁。球墨鑄鐵中的碳以球狀石墨存在于鐵的基體中，故其力學(xué)性能顯著提高。除伸長率和韌性稍低外，其他力學(xué)性能基本與鋼接近，同時兼有灰鑄鐵的優(yōu)點；但是球墨鑄鐵的鑄造工藝性能要求較高，品質(zhì)不易控制。用球墨鑄鐵制造的曲軸、齒輪等，其成本低于鍛鋼件。球墨鑄鐵牌號的表示方法是在符號“QT”后加注兩組數(shù)字，如QT400—15，表示抗拉強度為400MPa，伸長率為15%。

2．球墨鑄鐵銅合金是機械零件中最常用的有色金屬材料，分為黃銅和青銅兩類。1．黃銅黃銅(ZCuZn38等)是以鋅為主要合金元素的銅合金。它具有一定的強度和較高的耐腐蝕性能，常用于制造管件、散熱器、墊片以及化工、船用等零件。三、銅合金第十八頁，共68頁。青銅又分普通青銅(錫青銅)和特殊青銅(鋁青銅、鉛青銅等)。普通青銅(ZCuSn5Pb5Zn5等)的減摩性、耐磨性、導(dǎo)熱性均良好，常用于制造蝸輪、對開螺母、滑動軸承中的軸瓦等零件。鋁青銅(ZCuAll0Fe3等)的耐磨性和耐腐蝕性較好，常用于制造蝸輪、在蒸汽和海水條件下工作的齒輪等零件。鉛青銅(ZCuPb30等)具有很高的導(dǎo)熱性和抗疲勞強度，可用于制造高速、重載滑動軸承的軸瓦。鑄造銅合金牌號的表示方法是在符號“ZCu'’后面加注所含各主要合金元素的符號及其質(zhì)量分數(shù)(％)。2．青銅第十九頁，共68頁。復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的金屬或非金屬材料復(fù)合而成的一種新型材料。例如，用金屬、塑料、陶瓷等材料作為基材，用纖維強度很高的玻璃、石墨、硼等非金屬材料作為纖維，可把纖維與基材復(fù)合成各種纖維增強復(fù)合材料，又稱纖維增強塑料，可用來制造薄壁壓力容器、汽車外殼等。又如，在普通碳素鋼板表面貼附塑料或不銹鋼，可分別獲得強度高而又耐腐蝕的塑料復(fù)合鋼板或金屬復(fù)合鋼板。復(fù)合材料目前成本尚高，供應(yīng)較少，但它是材料工業(yè)發(fā)展的方向之一，隨著科學(xué)技術(shù)的進步將獲得廣泛應(yīng)用。五、復(fù)合材料橡膠、塑料、皮革、陶瓷、木材、紙板等，均屬非金屬材料。橡膠除具有彈性并能緩沖、吸振外，還具有耐磨、絕緣等性能，廣泛用于制造膠帶、輪胎、密封墊圈和減振零件等。塑料具有耐磨、耐腐蝕、質(zhì)量輕、易于成形等優(yōu)點，因此近年來得到了廣泛的應(yīng)用。四、非金屬材料第二十頁，共68頁。第三節(jié)機械零件的工作能力及計算準則機械零件喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能時，稱為失效。在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。常見的零件失效形式有：斷裂，過大的彈性變形或塑性變形，摩擦表面的過度磨損、打滑、過熱，聯(lián)接松動以及運動精度達不到要求等。注意零件的失效和損壞是兩個不同的概念對于某一具體零件，可能產(chǎn)生的失效形式由其工作條件和受載情況決定。針對各種不同失效形式，所列判定零件工作能力的條件，稱為工作能力計算準則。這些準則主要有強度、剛度、耐磨性、耐熱性以及振動穩(wěn)定性等。下面主要討論零件的強度、剛度條件及耐磨性，其他工作能力判定條件，可查閱有關(guān)機械設(shè)計參考書。第二十一頁，共68頁。名義載荷是根據(jù)名義功率用力學(xué)公式計算出作用在零件上的載荷。它是機器在理想平穩(wěn)的工作條件下作用在零件上的載荷。計算載荷是考慮實際載荷隨時間作用的不均勻性、載荷在零件上分布的不均勻性以及其他因素的影響而得到的載荷。計算載荷等于載荷系數(shù)K與名義載荷的乘積。機械零件的設(shè)計計算一般按計算載荷進行。一、強度1．名義載荷與計算載荷強度條件是機械零件最基本的計算準則。如果零件強度不夠，工作時會產(chǎn)生斷裂或過大的塑性變形，使零件不能正常工作。設(shè)計時必須滿足的強度條件為：

σ≤[σ]，τ≤[τ]式中，σ、τ分別是危險截面處的最大正應(yīng)力和切應(yīng)力，是按照計算載荷求得的應(yīng)力；[σ]、[τ]分別是材料的許用正應(yīng)力和切應(yīng)力。2．強度條件第二十二頁，共68頁。3．許用應(yīng)力許用應(yīng)力是零件設(shè)計的條件應(yīng)力。正確地確定許用應(yīng)力，可以使零件在具有足夠強度和壽命的前提下，做到尺寸小、質(zhì)量輕。許用應(yīng)力的確定，本書主要采用計算法，其基本公式

[σ]=σlim/S

或[τ]=τlim/S式中σlim、τlim分別是材料的極限正應(yīng)力、切應(yīng)力；S為安全系數(shù)。由上式可知，許用應(yīng)力的確定主要是確定材料的極限應(yīng)力和安全系數(shù)。第二十三頁，共68頁。

(1)極限應(yīng)力極限應(yīng)力的確定與應(yīng)力的種類有關(guān)。常見的應(yīng)力種類如下圖第二十四頁，共68頁。（1）靜應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力在對稱循環(huán)變應(yīng)力作用下，取材料的對稱循環(huán)疲勞強度σ-1作為極限應(yīng)力；在脈動循環(huán)變應(yīng)力作用下，取材料的脈動循環(huán)疲勞極限σ0作為極限應(yīng)力；在非對稱循環(huán)變應(yīng)力作用下，可通過疲勞試驗機或極限應(yīng)力圖確定材料的疲勞極限，即極限應(yīng)力。作簡化計算時，一般變應(yīng)力作用下可近似取與之相似的σ-1或σ0作為材料的極限應(yīng)力。塑性材料，取材料的屈服點σs作為極限應(yīng)力脆性材料，取材料的抗拉強度σb做為極限應(yīng)力（2）變應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力在靜應(yīng)力下工作的零件主要的失效形式是斷裂或塑性變形在變應(yīng)力下工作的零件主要失效形式是疲勞斷裂第二十五頁，共68頁。對于安全系數(shù)，本書主要采用查表法確定。這類表格是不同的機械制造部門經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐，總結(jié)制訂出適合本行業(yè)的安全系數(shù)(或許用應(yīng)力)表格，具有簡單、具體、可靠等優(yōu)點，所以應(yīng)用較廣；缺點是適用范圍較窄。查表法的取值已列在各章具體表格中。在無可靠資料直接確定安全系數(shù)的情況下，可用下式計算總的安全系數(shù)，即

S=S1S2S3

S1

是考慮載荷及應(yīng)力計算的準確性系數(shù)，S1=1~1.5S2

是考慮材料的均勻性系數(shù)鍛鋼或軋鋼零件S2=1.2~1.5，鑄鐵零件S2=1.5~2.5S3

是考慮零件重要程度的系數(shù)，S3=1~1.5(2)安全系數(shù)第二十六頁，共68頁。二、接觸強度前面所述機械零件的強度稱為整體強度。所謂整體強度，是指在整體應(yīng)力作用下的零件的強度。零件受載時在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，零件的破壞也發(fā)生在較大的體積范圍內(nèi)。此外，對于理論上點接觸或線接觸的兩個零件，當有載荷作用時，由于局部變形使接觸處形成小的接觸區(qū)，在面積很小的接觸區(qū)表層產(chǎn)生很大的應(yīng)力，稱為接觸應(yīng)力。接觸應(yīng)力的分布如圖所示，其最大值用σH表示。在接觸應(yīng)力作用下零件的強度稱為接觸強度，它屬于表面強度。第二十七頁，共68頁。機械零件的接觸應(yīng)力一般都是交變應(yīng)力，通常按近似脈動循環(huán)處理。如摩擦輪傳動、齒輪傳動、滾動軸承等，在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，零件表層先是產(chǎn)生疲勞裂紋，如有潤滑油進入疲勞裂紋，在裂紋口被壓封的情況下，裂紋中產(chǎn)生極高的油壓而迫使裂紋加速擴展，直至表層金屬成小片狀剝落下來，在零件表面形成小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞點蝕，簡稱點蝕。點蝕的出現(xiàn)使得零件接觸面積減少，失去光滑的表面，不但降低承載能力，還會引起振動和噪聲。因此，疲勞點蝕是潤滑和密封均良好零件的常見失效形式。第二十八頁，共68頁。設(shè)計時應(yīng)該滿足的接觸強度條件為

σH≤[σ]H式中[σ]H是材料的許用接觸應(yīng)力；[σ]H≤σHlim/SH

σH是材料的最大接觸應(yīng)力；σHlim是試驗材料的接觸疲勞強度極限；SH是接觸疲勞強度安全系數(shù)，考慮接觸應(yīng)力的局部性及離開接觸中心迅速減少等因素，可取SH等于1或稍大于1第二十九頁，共68頁。三、剛度剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。某些零件如機床主軸、高速蝸桿軸等，剛度不足將會產(chǎn)生過大的彈性變形，影響機器的正常工作。設(shè)計時應(yīng)滿足的剛度條件為：零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量應(yīng)小于或等于機器工作性能允許的極限值。y≤[y]，θ≤[θ]，φ≤[φ]y，θ，φ分別為零件工作時的撓度、轉(zhuǎn)角和扭角[y]，[θ]，[φ]分別是相應(yīng)的許用撓度、轉(zhuǎn)角和扭角提高零件剛度的措施有：適當增大截面尺寸，改進零件的結(jié)構(gòu)，減少支點間的距離等。第三十頁，共68頁。四、耐磨性在各種機械中，凡是具有相對運動，或具有相對運動趨勢的接觸表面間都存在摩擦。摩擦表面物質(zhì)在相對運動中不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。零件抗磨損的能力稱為耐磨性。據(jù)統(tǒng)計，世界上約有1／3的能源消耗在摩擦上；在各種報廢的機械零件中，約有80％是由于磨損而引起的。因此，研究摩擦、磨損，提高零件的耐磨性，對延長機器的使用壽命有著十分重要的意義。相對運動的接觸表面間的磨損是不可避免的。在正常情況下，一個零件的磨損過程大致可以分為圖所示的三個階段。

1．磨損過程第三十一頁，共68頁。(1)磨合磨損階段該階段是新機器在運轉(zhuǎn)初期，通過逐漸增加載荷而迅速磨去零件接觸表面制造時遺留下來的波峰尖部。隨著波峰高度的逐漸降低，摩擦副的實際接觸面積加大，磨損率ε=△q／△f逐漸減小，零件進入穩(wěn)定磨損階段。(2)穩(wěn)定磨損階段該階段的磨損率ε≈常數(shù)，零件以平穩(wěn)而緩慢的速度在磨損，相應(yīng)的時間即為零件的使用壽命。(3)劇烈磨損階段

當磨損率超過機械正常運轉(zhuǎn)的許可磨損率時，零件便進入劇烈磨損階段。這時，兩個摩擦零件間的間隙很快增大，溫度升高，機械效率迅速下降，產(chǎn)生異常的噪聲和振動，應(yīng)該停機檢修，更換零件。上述的三個階段是正常情況下零件的磨損過程。但若壓強過大、相對速度過高或潤滑不良，都會導(dǎo)致磨合磨損階段的磨損加劇，并直接轉(zhuǎn)入劇烈磨損階段，如圖中虛線所示，使零件很快報廢。第三十二頁，共68頁。按磨損機理分，磨損主要有磨粒磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損四種基本類型。(1)磨粒磨損硬質(zhì)顆粒進入摩擦表面，或硬表面上的凸峰在摩擦過程中引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。(2)粘著磨損(膠合)

摩擦表面的接觸實際上是高低不平的微凸體接觸。高速、輕載時溫升使得接觸區(qū)潤滑油膜破裂，低速、重載時也不易形成潤滑油膜，這都將導(dǎo)致接觸處發(fā)生粘著。在這種情況下，兩表面相對滑動，粘著撕脫，材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，這種現(xiàn)象稱為粘著磨損，也稱為膠合。嚴重的粘著磨損會導(dǎo)致兩個摩擦零件咬死。(3)表面疲勞磨損(疲勞點蝕)

疲勞點蝕發(fā)生在零件表層，屬于表面磨損范疇，故稱表面疲勞磨損。(4)腐蝕磨損在摩擦過程中，與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損，稱為腐蝕磨損。2．磨損的基本類型第三十三頁，共68頁。磨損是一個相當復(fù)雜的現(xiàn)象，影響因素也很多。除疲勞磨損外，目前尚無可靠的計算方法，通常采取下述措施減少磨損：1)選取減摩性和耐磨性較好的材料。2)對摩擦表面進行潤滑。選用適當?shù)臐櫥瑒┖蜐櫥椒ㄊ菧p少摩擦和磨損的最有效途徑。潤滑方法需根據(jù)不同的工作條件和部位而定。3)進行耐磨性計算。摩擦表面間的耐磨性計算目前也是條件性的，通常是限制摩擦面間的壓強p和pv值，來減少磨損。(詳見第八章第四節(jié))。4)提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。5)完善密封，正確使用與維護等。

3．減少磨損的主要措施第三十四頁，共68頁。第四節(jié)機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求機械的功能是靠零件具體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。即使零件工作能力滿足要求，但結(jié)構(gòu)設(shè)計不當，同樣達不到預(yù)期的功能。事實上，在設(shè)計中常常需要先作初步的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，然后將其抽象為數(shù)學(xué)模型才能進行零部件的計算。例如，受彎曲應(yīng)力作用的軸，計算所需力的作用點位置、支點距離等，通常都是由初步結(jié)構(gòu)設(shè)計確定的。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計與零件工作能力計算同等重要。下面主要介紹零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求這是指在實現(xiàn)零件預(yù)期功能的前提下，盡可能采用較少的幾何量和簡單的形體要素，以簡化零件的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)既便于零件毛坯的成形，又易于提高加工質(zhì)量。例如，平面、圓柱面都易于制造并可得到較高的加工精度。1．構(gòu)形簡單第三十五頁，共68頁。2．工藝性好工藝性之一是指制造工藝，即要求零件從毛坯制造到機械加工整個過程都能方便、經(jīng)濟地制造出來，尤其要杜絕不可能制造出來的設(shè)計結(jié)果。毛坯制造方法有鑄造、鍛造、焊接等，應(yīng)視零件的使用要求、生產(chǎn)批量及制造條件而選擇。不同的制造方法有其特有的制造要求，零件的結(jié)構(gòu)要滿足毛坯制造方法的要求。例如，鑄造零件要求壁厚均勻，壁的連接處設(shè)置較大的過渡圓角等。此外，還應(yīng)考慮有利于造型、起模、清理等環(huán)節(jié)，力求既工藝簡單，又可保證鑄件的質(zhì)量。第三十六頁，共68頁。對于機械加工，首先應(yīng)考慮到零件加工的可行性和在機床上裝夾的方便性，避免難以在機床上固定的結(jié)構(gòu)和無法加工的結(jié)構(gòu)。例如：圖1a為難以在機床上固定的結(jié)構(gòu)，而圖1b所示的結(jié)構(gòu)則便于在機床上固定，進行機械加工。圖2a所示零件上的螺紋孔無法加工，而圖2b所示則為可加工結(jié)構(gòu)。就機械加工而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)考慮如何保證零件的加工精度、減少加工面積以及減少刀具的規(guī)格和更換刀具次數(shù)等因素。第三十七頁，共68頁。工藝性之二是指裝配工藝，即要求零件的組合結(jié)構(gòu)裝拆方便。圖1a所示零件結(jié)構(gòu)因螺栓安裝空間不夠而無法裝配，圖1b所示則為合理結(jié)構(gòu)。圖2所示為氣缸蓋與缸體的聯(lián)接，顯然圖2b所示結(jié)構(gòu)拆卸要容易得多?？傊?，良好的結(jié)構(gòu)工藝性既可降低產(chǎn)品的制造成本，又有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。第三十八頁，共68頁。3．受力合理零件合理的受力包括受力平衡，傳力路線簡捷、合理，符合等強度原則，應(yīng)力集中小以及滿足剛度要求等。受力合理可以減小零件的尺寸和質(zhì)量，并使材料得到充分利用。4．充分利用不同材料的性能這是要求零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于材料性能的發(fā)揮。例如，在蝸桿傳動中，人們常把尺寸較大的蝸輪設(shè)計成組合式結(jié)構(gòu)。輪心用抗壓強度較高而價格較低的鑄鐵制作，輪緣齒圈用減摩性好、抗膠合能力強但價格較貴的青銅制作，從而既較好地滿足了銅蝸輪與鋼蝸桿嚙合時對減摩性和抗膠合能力的要求，又節(jié)省了貴重金屬材料。第三十九頁，共68頁。這是指在正常使用條件下，零件的工作能力足夠，并在其工作環(huán)境中保持機器性能穩(wěn)定，且具有一定的使用壽命。5．工作可靠1）對機器或零件而言，有時候要求機器在發(fā)生非正常使用時，如過載或操作失誤等，具有自身安全保護的功能；2）對人而言，在機器的制造和使用過程中，應(yīng)力求避免對人造成傷害。對零件的某些邊、角進行倒角或倒圓，以及在帶傳動、鏈傳動和嚙合傳動中設(shè)置防護罩等，都是基于人身安全考慮的實例。此外，對人的安全還應(yīng)當包括環(huán)境安全，如結(jié)構(gòu)設(shè)計必須保證機器的噪聲、排放物等符合環(huán)境保護規(guī)范的要求。6．安全性高第四十頁，共68頁。標準化、系列化和通用化簡稱“三化”標準化、系列化是指在不同類型、不同規(guī)格的機器中，將相當多相同的零件加以標準化，并按尺寸不同加以系列化，設(shè)計者可直接從有關(guān)手冊和標準中選用，無須重復(fù)設(shè)計。例：如螺栓、螺母、鍵、滾動軸承等二、標準化、系列化和通用化（簡稱“三化”

）通用化是指在系列之內(nèi)或跨系列的產(chǎn)品之間采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件，以減少企業(yè)內(nèi)部零件的種數(shù)，從而簡化生產(chǎn)管理，獲得較高的經(jīng)濟效益。例：減速器等第四十一頁，共68頁。采用“三化”具有如下重要意義：1)減輕了設(shè)計工作量，有利于設(shè)計人員將主要精力用于關(guān)鍵零部件的設(shè)計。2)便于安排專業(yè)廠家進行規(guī)模型生產(chǎn)，從而利于合理使用材料、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。3)增大了互換性，便于維修。4)有利于改進設(shè)計，增加產(chǎn)品品種和產(chǎn)量。第四十二頁，共68頁。對工作能力計算，應(yīng)重點分析各種零件的工作情況和可能出現(xiàn)的失效形式，確定零件工作能力的計算準則、計算方法和公式。對于公式中出現(xiàn)的各種系數(shù)、參數(shù)，要理解其物理意義及其對設(shè)計結(jié)果的影響，掌握其使用條件和選取原則。同時應(yīng)該注意，由于影響零件功能的因素很復(fù)雜，而且許多數(shù)據(jù)是由試驗得來的，因此，零件尺寸的確定有時不能單純依賴理論公式計算，而會用到經(jīng)驗公式、半經(jīng)驗公式，甚至采用試算法。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，并充分重視結(jié)構(gòu)設(shè)計在確定零件形狀和尺寸方面的重要性，多作結(jié)構(gòu)設(shè)計練習(xí)。對于相當多的初學(xué)者來講，結(jié)構(gòu)設(shè)計往往難于理論計算，其主要原因是缺少實際鍛煉。零件工作能力計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的學(xué)習(xí)方法返回第四十三頁，共68頁。例如裝有齒輪的轉(zhuǎn)軸，工作時若彈性變形過大，不但影響齒輪的正常嚙合，而且加速軸承的磨損，大大降低軸承的旋轉(zhuǎn)精度，嚴重時會發(fā)生軸承抱死、機器停轉(zhuǎn)等事故。此時，對軸而言并未損壞，但卻不能正常工作，即失效了。反之，若零件被損壞，則一定不能正常工作，即零件損壞時一定為失效。失效與破壞區(qū)別返回第四十四頁，共68頁。液體潤滑劑

主要有潤滑油、水和液體金屬等，其中最常用的是潤滑油，尤以礦物油應(yīng)用最廣。潤滑脂俗稱黃油

它是在潤滑油中加入稠化劑(如鈣皂、鈉皂、鋰皂等)調(diào)制而成，常溫下呈油膏狀。潤滑脂的粘度大，不易流失，承載能力高，但摩擦功耗大。固體潤滑劑

有石墨、二硫化鉬等。固體潤滑劑可以應(yīng)用于高（低）溫、高真空、強輻射等特殊工況中，以及粉塵、潮濕、海水等惡劣環(huán)境中氣體潤滑劑

有空氣、氮氣、二氧化碳等。氣體的粘度低，摩擦阻力極小，溫升很小；但承載能力較低，適用于高速、輕載的場合。各種機械中常用潤滑油和潤滑脂的主要性能指標及用途見附錄B。潤滑劑的種類返回第四十五頁，共68頁。第五節(jié)平面機構(gòu)的運動簡圖用規(guī)定的符號和線條按一定的比例表示構(gòu)件和運動副的相對位置，并能完全反映機構(gòu)特征的簡圖，稱平面機構(gòu)的運動簡圖。所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面中運動，稱為平面機構(gòu)。否則稱為空間機構(gòu)。本課程討論平面機構(gòu)一、運動副的分類及表示方法二、構(gòu)件的分類及其表示方法三、常用機構(gòu)的運動簡圖第四十六頁，共68頁。第六節(jié)平面機構(gòu)具有確定運動的條件兩個以上的構(gòu)件用平面運動副聯(lián)接起來組成的系統(tǒng)，如將其中的一個構(gòu)件固定為機架，當另一構(gòu)件（或少數(shù)幾個構(gòu)件）按給定的運動規(guī)律相對于機架運動時，其余構(gòu)件也都隨之作確定運動，這時構(gòu)件系統(tǒng)則成為機構(gòu)。為了保證所設(shè)計的機械具有確定的運動，必須使其符合機構(gòu)具有確定運動的條件，而機構(gòu)具有確定運動的條件與機構(gòu)的自由度有關(guān)一、平面機構(gòu)的自由度二、機構(gòu)具有確定運動的條件三、計算平面自由度時應(yīng)注意的事項四、計算自由度實例例1例2第四十七頁，共68頁。本講小結(jié)1、運動副的分類（高副、低副）2、構(gòu)件的分類（固定件、原動件、從動件）3、繪制機構(gòu)的運動簡圖用規(guī)定線條和符號來反映機構(gòu)中各構(gòu)件的相對運動4、機構(gòu)的自由度F=3n-2PL-PH

注意：（1）復(fù)合鉸鏈（2）局部自由度（3）虛約束

第四十八頁，共68頁。一、運動副的分類及表示方法返回本節(jié)平面運動副空間運動副高副低副轉(zhuǎn)動副移動副使兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的連接稱為運動副。例如：

軸承中的滾動體與內(nèi)外圈的滾道、凸輪頂桿、嚙合中的一對齒廓、滑塊與導(dǎo)槽。運動副的分類第四十九頁，共68頁。運動副示例返回它們之間既保持了直接接觸,又能產(chǎn)生一定的相對運動,因此都構(gòu)成了運動副。構(gòu)件上參與接觸的點、面、線，稱為運動副元素。第五十頁，共68頁。低副轉(zhuǎn)動副及其符號移動副及其符號返回第五十一頁，共68頁。高副返回用圖形表示高副時，對于凸輪，滾子習(xí)慣上畫出全部輪廓，對于齒輪，常用點畫線畫出其節(jié)圓第五十二頁，共68頁。二、構(gòu)件的分類及其表示方法返回本節(jié)構(gòu)件按其運動形式可分：構(gòu)件均用線段或小方塊等來表示（忽略其外形），畫有斜線的表示機架。固定件（機架）原動件從動件第五十三頁，共68頁。

三、繪制常用機構(gòu)的運動簡圖

返回本節(jié)用規(guī)定的線條和符號表示構(gòu)件和運動副，繪出能夠表達各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡圖稱為機構(gòu)運動簡圖。繪制機構(gòu)運動簡圖一般應(yīng)包括下列內(nèi)容：1．分析機構(gòu)的運動，判別構(gòu)件的類型及數(shù)