機械設(shè)計基礎(chǔ) 第章 概論

第一章概論第一節(jié)緒論第二節(jié)機械零件材料學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)

機械設(shè)計中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)

第一節(jié)緒論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)二、機械設(shè)計的一般過程簡介三、機械零件的設(shè)計準則一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)1.課程內(nèi)容2.課程性質(zhì)3.課程任務(wù)

具體研究內(nèi)容

研究機械中常用機構(gòu)和通用機械零部件（各種機械中普遍使用的零部件）的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本設(shè)計理論和設(shè)計方法。機器

若干個機構(gòu)組合而成的具有確定運動的運動裝置，能實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化或傳遞能量、物料或信息，實現(xiàn)預(yù)期的工作。如內(nèi)燃機、電動機、起重汽車、金屬切削機床、電話機和計算機等。機構(gòu)

是機器的組成部分，是由兩個或兩個以上的構(gòu)件通過可動聯(lián)接構(gòu)成的運動確定的系統(tǒng)，用來傳遞運動和力。構(gòu)件是由若干零件剛性聯(lián)接而成，是機器運動的最小單元。零件

是機器加工制造的最小單元。機器的組成

由原動機、工作機、傳動系統(tǒng)等組成。

1.課程內(nèi)容

常用機構(gòu)設(shè)計

連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)（棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)）等。

常用通用零部件設(shè)計

傳動零件：齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動、螺旋傳動、摩

擦傳動等。

聯(lián)接零件:螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接等。

軸系零件：軸、軸承（滑動軸承、滾動軸承）、聯(lián)軸器等

。

機械系統(tǒng)的調(diào)速與回轉(zhuǎn)件的平衡

機械系統(tǒng)設(shè)計（運動方案設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計）

現(xiàn)代設(shè)計法方法簡介具體內(nèi)容傳動零件

齒輪傳動蝸桿傳動帶傳動傳動零件圓柱平摩擦輪傳動（a）滑動螺旋;(b）滾動螺旋;（c）靜壓螺旋

鏈傳動螺旋傳動(a)(b)(c)聯(lián)接零件

螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接銷聯(lián)接軸滑動軸承滾動軸承聯(lián)軸器軸系零件機器圖數(shù)控立式升降臺銑床電機起重機連桿曲柄內(nèi)燃機實物圖1-氣缸體；2-活塞；3-連桿；4-曲軸；5、6-齒輪；7-凸輪；8-進氣閥頂桿

1234曲柄滑塊機構(gòu)156齒輪機構(gòu)178凸輪機構(gòu)機器的組成原動機：驅(qū)動機器完成預(yù)定功能的動力源工作機：完成機器預(yù)定功能的組成部分傳動系統(tǒng)：傳遞運動和動力。有機械傳動、電力傳動和液力傳動等。原動機傳動系統(tǒng)工作機

控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（潤滑、顯示、照明等（實例）本課程只研究機械傳動。原動機：汽油機和柴油機。傳動系統(tǒng)：離合器、變速箱、傳動軸和差速器。工作機：車輪、懸掛系統(tǒng)和底盤。控制系統(tǒng)：方向盤和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、排檔桿、剎車及其踏板、離合器及其油門。輔助系統(tǒng)：油量表、速度表、里程表、潤滑油溫度表及蓄電平電流表、電壓表等為顯示系統(tǒng)；后視鏡、車門鎖、刮油器等為其它輔助系統(tǒng)；前后燈、儀表盤燈為照明系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向信號燈和車尾紅燈為信號系統(tǒng)。機器組成實例2.課程性質(zhì)

綜合性、應(yīng)用性很強的培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。課前應(yīng)具有必要的基礎(chǔ)理論和金屬加工工藝知識。必要的先修課程有

高等數(shù)學(xué)幾何精度規(guī)范學(xué)機械制圖金屬材料學(xué)工程力學(xué)金工實習(xí)

3.課程任務(wù)（1）獲得認識、使用和維護機械設(shè)備的一些基本知識。（2）運用有關(guān)設(shè)計手冊、圖冊、標準、規(guī)范等有關(guān)設(shè)計資料的能力。（3）掌握常用機構(gòu)和通用零、部件的設(shè)計理論和方法。（4）通過課程設(shè)計的訓(xùn)練，了解機器設(shè)計原則和主要內(nèi)容,

用所學(xué)的有關(guān)知識設(shè)計機械傳動裝置和簡單機械的能力。（5）掌握典型零件的實驗方法和培養(yǎng)實驗技能。（6）了解常用的現(xiàn)代設(shè)計方法及機械發(fā)展動向。二、機械設(shè)計的一般過程簡介1.產(chǎn)品規(guī)劃

根據(jù)社會的需要和市場的需求，確定所設(shè)計機械（機器）的功能范圍和性能指標，擬訂設(shè)計任務(wù)書。2.方案設(shè)計

按設(shè)計任務(wù)書的要求，盡量構(gòu)思出多種可行的設(shè)計方案，通過對比、篩選，優(yōu)選出一種功能滿足要求、工作原理可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、制造成本低廉的最優(yōu)方案。3.技術(shù)和施工圖設(shè)計

對已選定的設(shè)計方案進行分析計算，確定機構(gòu)和零件的工作參數(shù)以及機械（機器）的主要結(jié)構(gòu)尺寸，完成每一個零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，按照國家標準，繪制出整臺機器的設(shè)計總圖和全部零、部件的施工圖，編寫有關(guān)技術(shù)文件。4.試制、調(diào)試、鑒定

進行樣機試制，對樣機進行試驗、測定，從技術(shù)上、經(jīng)濟上作出評定，提出改進意見。1、機械零件的主要失效形式

2、機械零件的設(shè)計準則三、機械零件的設(shè)計準則失效：在規(guī)定的工作條件下機械零件失去了正常工作能力。斷裂：零件在拉、彎、扭載荷作用下，當(dāng)或時，就可能發(fā)生斷裂，屬強度不合格。

疲勞斷裂過載斷裂變形過大：時發(fā)生,屬剛度不合格。振動過大甚至共振：振幅超過了許用值。零件表面失效：

過大接觸應(yīng)力作用造成。

膠合失效（黏著磨損）、點蝕（疲勞磨損）、磨損失效（磨粒磨損）、塑性變型。在化學(xué)腐蝕介質(zhì)的接觸和作用下產(chǎn)生腐蝕失效。

1、機械零件的主要失效形式保證機械零件在要求的壽命內(nèi)不出現(xiàn)各種失效。

強度準則，

剛度準則撓度偏轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角

振動穩(wěn)定性準則

使受激振作用的各個零件的固有頻率f與激振源的頻率fp錯開。通常應(yīng)保證

fp

0.85f或fp

1.15f

磨擦學(xué)準則

驗算壓強

p≤[p]驗算pv

pv≤[pv]

驗算速度v≤[v]2、機械零件的設(shè)計準則第二節(jié)

機械零件材料學(xué)基礎(chǔ)

一、金屬材料二、非金屬材料三、復(fù)合材料

四、鋼的熱處理簡介

機械零件通常都是由金屬材料制成的，有時也用非金屬材料和復(fù)合材料制造。一、哄金屬尿材料1．鋼2．鑄鐵3.有色金色屬（含碳量小只于2%,羅大于0.吳7%的鐵形、碳合金）1.鋼碳素鋼碳素結(jié)兵構(gòu)鋼碳素工雷具鋼：T7、嶼T8普通碳合素結(jié)構(gòu)紅鋼如Q23多5、Q2境75等優(yōu)質(zhì)碳素晃結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼C噸＜0.2津5%盜如20合金鋼合金結(jié)噸構(gòu)鋼合金工具保鋼、貼高速工具翅鋼、硬質(zhì)描合金工具岔鋼特類鋼不銹鋼，坊如2Cr徐13、滾襯動軸承鋼血，如GG改r9Si怪Mn、耐熱鋼荷，如3香Gr1燃8Ni億25S虎i2等裙。合金結(jié)構(gòu)倦鋼如35C皮rMn2攔，40C州rNiM俯oA(優(yōu)偏質(zhì)）低金結(jié)構(gòu)敬鋼如12M畜n彈簧鋼如60S韻i2Mn不A中碳鋼0逼.6%＜葬C＜0.高25%崗如45高碳鋼0堵.6%＜層C券如60鋼2.鑄林鐵（含碳量桃大于2忍%的鐵予、碳合柳金）（1）灰買鑄鐵如HT1寒00、羨HT3丙00,絞良好的浪鑄造性鄰、切削順加工性績、耐磨性漢，消振頭性，但濁抗拉強艘度低。（2）球粉墨鑄鐵如QT40盜0-18領(lǐng)、QT5惱00-7監(jiān),強度和舅塑性比灰角鑄鐵有很大的提漏高，具有葛良好的耐霸磨性，但四鑄造性較篩差。（3）可小鍛鑄鐵如KTH村300窗-06疑,強拿度、塑稠性、韌撕性、耐買磨性均較高，能罵承受沖擊股振動,良但生產(chǎn)緣瑞周期長，厘成本較高映。鑄造大尺槍寸零件較茄困難。3.有色歌金屬（1）希銅合金黃銅罵銅與鋅乳的合金痕，含少拍量錳、睡鋁等元洗素，如檔Z輪CuZ領(lǐng)n38鬧等。青銅青銅以主湊加元素的峰不同又可碎分為錫青產(chǎn)銅和鋁青叮銅等，如CuAl欺10Fe勤3、Z倉CuSn銀5PbZ柴n5。青銅比黃醉銅有更高哨的強度、撕硬度、耐磨性和浴耐腐蝕性杏。（2）用鋁及鋁殃合金鋁合金覽具有良扭好的導(dǎo)落熱、導(dǎo)悠電性能母，其導(dǎo)咽電性史能大約乘為銅的害60%震，但由于重粉量輕，在立遠距離輸設(shè)送的電塊纜中常代跌替銅線。二、狹非金屬材聲料1．工什程塑料（1）哪尼龍撕品種、帽數(shù)量及應(yīng)鈔用上居工僚程塑料之北首，它強惠度高，耐牛磨性好抽，耐化學(xué)往腐蝕。但狐易吸收水松分而影響浪尺寸的穩(wěn)旺定性。（2）聚跡碳酸脂五在工程耗塑料中韌該性最好，子透光率達等90%，槳連續(xù)使用野溫度達殘135℃麗～145盆℃，它正姨取代玻璃著和有機玻偵璃，作為艷飛機上的督擋風(fēng)夾倉層和天窗蔥。（3）聚曬甲苯熟在工程塑昌料中彈性潔模量最高盞，并有高嬸硬度，低敗摩擦系數(shù)秋和較好的案耐疲勞性否能，適用榜于制造小蓋齒輪及軸蛇套等。（4）陰聚苯醚喉在嚼工程塑暴料中硬候度最高洋，熱膨質(zhì)脹系數(shù)發(fā)最小，系最耐熱然。（5）ABS具有良歉好的綜崇合性能康。廣泛紛應(yīng)用在監(jiān)管材、療家用電躬器和紡睜織機械量中。他用ABS制成的妥泡沫夾軍層板，拆可作小繳轎車的姿車身。2．橡怖膠常用來制臘造輪胎、通墊板、隔跟熱板、傳籮動帶和減蘋振零件等3．夾粘布膠木常用來奮制造板哨材、電各工元件溜，輕載什無噪聲滔齒輪和駕耐腐蝕慰元件等越。4．其他工業(yè)上光，經(jīng)?？褂玫难头墙饘倩ú牧线€得有陶瓷般、皮革汽、木材驗、紙板皺等。三、發(fā)復(fù)合材料通常由哈兩種材摟料結(jié)合轎而成，嘴可發(fā)揮符材料各跨自的長峽處，克籌服各自板固有的臟缺點?；锍Ｒ姷奶翉?fù)合材挑料有：（1）玻妄璃鋼玻璃和碰塑料結(jié)約合而成榨。玻璃具有恒較高的彈匪性模量和客強度，但祝太脆，疑而塑料具雅有良好的脂塑性、易介于加工，玩但彈性模恢量和強喬度較低卻，把兩者適結(jié)合起來爪，就產(chǎn)生架了玻璃虧鋼。（2）硬質(zhì)滔合金陶瓷與減金屬粉件末燒結(jié)綁在一起而成。陶瓷材料伴硬度好，揉但不易于忙加工成型診，將它與重金屬粉末闊燒結(jié)在一奶起，就科形成了硬孩度高，耐惑磨性好且洲易于加工扮成形的硬繳質(zhì)合金顫。（3）硼鋁復(fù)合吐材料硼與鋁忽合金結(jié)市合而成最。它的移常溫和逢高溫強徐度比高鉛強度的現(xiàn)鋁合金拔大得多狡。美國穴現(xiàn)在使覺用的航訊天飛機店的整個滾桁架支悅柱，均的用硼鋁帳復(fù)合材標料的管弟材制造婦，比原遮先采用胸鋁合金姨時，減惕輕重量斥44%碗。四、鋼紫的熱處準理簡介熱處理將鋼在固位體狀態(tài)下毀進行不同泥溫度的加巡壽熱、保溫初和冷卻的橡工藝方法托叫熱處理庸，目的是平提高零件漠的力學(xué)性堂能和改善字其工藝性斃能。1.領(lǐng)退火2.棗正火3.止淬火4.窗回火5.雹調(diào)質(zhì)6.竹時效7.望表面渣處理123把鋼加熱線到臨界溫薦度（在鋼倉的固態(tài)范遙圍內(nèi)，引掩起鋼內(nèi)部焰組織結(jié)構(gòu)泊發(fā)生變化都的溫度）近以上30℃～50墨℃，經(jīng)過悔適當(dāng)?shù)谋ｘB溫后，隨安爐溫一起刻緩慢冷卻沾下來的熱藏處理工藝磁稱為退火駕。退火的倚目的是降夏低材料的動硬度，提月高塑性，撫細化結(jié)晶凱組織結(jié)構(gòu)觸，改善力你學(xué)性能和滔切削加工綿性能，能潑消除或減吹小鑄件、森鍛件及焊獄接件的內(nèi)緩應(yīng)力。2.正承火將零件加叉熱到臨界凈溫度以上執(zhí)，保溫一嘗段時間后較，然后再隨空冷，風(fēng)登冷或噴霧渣冷卻。它孩的冷卻速誓度比退火喬快，作用森與退火相養(yǎng)似，但比給退火經(jīng)濟盈，成本低孔，可作為顆零件的最撓終熱處理把。3.淬火將零件臺加熱到拼臨界溫倒度以上剩，保溫膀一段時既間后，啞然后在傳水中或局油中迅訂速冷卻榮。由于陸淬火溫術(shù)度變化連過快，芳材料內(nèi)蠻部形成胸較大的宵淬火應(yīng)犯力，會女導(dǎo)致零業(yè)件的變絡(luò)形或開趁裂。淬攤火不能和作為零浮件的最阻終熱處戲理。1.退猶火4.梳回火將淬火躺后的零境件重新右加熱到追臨界溫墻度以下棍的某一圍溫度，駛保溫一抹段時間驗后，然職后在空殺氣中冷件卻。根惰據(jù)對零鮮件要求職的不同捐，可采附用不同趣的回火辱溫度。草回火溫右度越高挪，材料林的硬度巡壽和強度都下降越倍多，而味塑性和眉韌性則渾顯著提鐵高。（1）姿低溫奏回火回火溫脊度在1債50℃～250℃，主要附用來降低鋪材料的脆浮性和淬火頸應(yīng)力，并描能保持較者高的硬度謹和耐磨性頓，常用于填刀具、模頌具等。（2）敗中溫調(diào)回火回火溫度羞在350℃～500℃，其特泉點是即能升保持材料頸一定的韌超性，又能惕保持一定泥的彈性和窩屈服點，陵常用于彈拜簧和承受墨沖擊的零罩件。（3）閃高溫進回火回火溫度閘在500℃～650℃，使零矛件獲得強紋度、硬度興、塑性和順韌性都良堡好的綜合久力學(xué)性能披。4565.調(diào)華質(zhì)淬火加高納溫回火稱講為調(diào)質(zhì)。一些重頭要的零干件，特寒別是一謝些在變方應(yīng)力下受工作的版零件，枝如連桿侄、齒輪片和軸等仗常采用贈調(diào)質(zhì)處壤理?？梢詼p小絞或消除零允件的內(nèi)應(yīng)堆力，使零嬌件在工作傷之前得以佛充分的變膀形，零件消尺寸可以業(yè)穩(wěn)定下來運。時效分衡低溫時效斤和高溫時殘效。6.時斃效（1）低污溫時效將零件加懂熱到10伸0℃～150℃，保溫5～20小時后決，再空冷坐。（2）臣高溫時怨效將零件加納熱到略低駐于高溫回須火的溫度絞，保溫后雀，緩冷到吊300℃以下啦，出爐逝空冷。77.表衫面處理對于一懷些要求貼表面有六較高的毅硬度以林增加其須耐磨性掌，而心漿部要求親有較高繡的韌性蘿以提高尊其抗沖呀擊能力言的零件申，可以崇采用表我面處理撒工藝。采表面處盼理包括敘表面淬滿火和化動學(xué)處理皮。（1）漫表面頌淬火采用快柱速加熱勁的方法邪，只將俗零件表傍面加熱寨并淬火植。它只再改變表竟層組織端，心部螞并不發(fā)躲生變化朋，心部駐保持了曲一定的塌韌性和起強度，浴而表層逝得到強謙化和硬伶化。表面淬導(dǎo)火有高剝頻感應(yīng)胞加熱表蘿面淬火鹽和火焰頌加熱表匪面淬火考。（2）擦化學(xué)處申理化學(xué)處亞理是把滋零件放盜入化學(xué)鄭介質(zhì)（拜碳或氮娘等）中爸加熱，朝保溫，援使介質(zhì)栗元素滲員入零件聲表層中洋，使零循件表層隱的化學(xué)沖組成和古組織結(jié)扁構(gòu)發(fā)生如變化，理來獲得脾對其心歐部和表烘層不同炎性能要狹求的熱技處理方辱法。常喉用的方桂法有滲騙碳、滲搏氮和碳典氮共滲敬（氰化相）等。第三節(jié)封機械設(shè)舒計中的摩事擦學(xué)基礎(chǔ)一、摩擦二、磨損三、潤滑外力作規(guī)用下，相互接斯觸的兩應(yīng)個物體洋作相對旦運動或則有相對厚運動的偵趨勢時薪，其接裳觸表面怠上就會望產(chǎn)生抵劉抗滑動饞的阻力，這一現(xiàn)觀象叫做摩擦，所產(chǎn)蹈生的阻現(xiàn)力叫做摩擦力。1.干租摩擦摩擦表面雞間無任何磁潤滑劑或次保護膜的篇純金屬接攜觸時的摩傾擦。摩擦登系數(shù)彼=0.彼3～1.驚5。2.邊女界摩擦（侵邊界潤滑葬）兩摩擦表州面被吸附篇在表面的禽邊界膜隔察開，其摩避擦性質(zhì)與勿流體的黏矩度無關(guān)，味只與邊界諷膜和表面?zhèn)鹊奈叫耘f質(zhì)有關(guān)。言邊界膜極尖薄，不能碼避免金屬站間的直接蒼接觸，這昆時仍有摩贈擦力產(chǎn)生陶，其摩擦岸系數(shù)=0.腸1～0.5。3.流屈體摩擦（中流體潤滑叼）摩擦表面剖間的潤滑若膜足以將脾兩個表面葵完全隔開茶，即形成織了完全的步流體摩擦柳。摩擦系圣數(shù)極小，喬大約棍=0.騎001～0.00渡8，無磨柿損產(chǎn)生，貫是理想的召摩擦狀態(tài)革。4.走混合摩擦使（混合潤占滑）摩擦表怒面間處蒜于邊界藝摩擦和剖流體摩磁擦的混澇合狀態(tài)污時稱為跑混合摩刺擦。大這約故=挨0.0挺1～0.08袖。一、摩筑擦二、磨損1．黏靜著磨損由于兩豬摩擦表欲面間產(chǎn)驚生黏著扭現(xiàn)象而老使材料柏由一個濃表面轉(zhuǎn)哄移到另柱一個表勁面而造差成的磨宮損稱為揪黏著磨圣損。2．磨粒磨納損兩接觸表努面受外界星硬質(zhì)顆粒公的作用或貼粗糙硬表播面把軟表偏面擦傷而夢引起的表應(yīng)面材料脫廢落的現(xiàn)象驚稱為磨粒羞磨損。3．表藥面疲勞辨磨損兩摩擦蠟表面受摟交變接日觸應(yīng)力的的的作涉用而形瞞成疲勞寒裂紋或熊剝落出較微片和斜顆粒而絨逐步破欲壞的磨全損稱為尾表面疲林勞磨損損。其特丙征是在暢開始破多壞階段務(wù)表面上刷出現(xiàn)一扯個個小塔小的麻桐坑，故主又稱這堅種磨損層為點蝕駱。4．腐療蝕磨損摩擦表面貴在磨損過則程中物體奮表面和周京圍介質(zhì)發(fā)段生化學(xué)和慰電化學(xué)作毫用，造成現(xiàn)表面材料餐的損失稱援為腐蝕磨葛損表面物四質(zhì)在摩箱擦過程溝中不斷電損失的卻現(xiàn)象稱轉(zhuǎn)為磨損向承載珠的兩摩覆擦表面公間引入居