《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課件 緒論1課

第一章機械設(shè)計基礎(chǔ)概論第一節(jié)機械工業(yè)發(fā)展概況

中國是世界上機械發(fā)展最早的國家之一

在中國古代時期的有些機械已具備了機器的基本組成要素，即原動機、傳動機構(gòu)和工作機構(gòu)三個組成部分。從三國時期到元代中期，我國的機械加工、農(nóng)業(yè)機械、紡織機械、造船和儀器制造等多方面都組在了世界的前列不少機械傳到了國外，對世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響。我國古代在機械方面的卓越成就由此可見一斑。公元一世紀(jì)東漢“水排”用水力鼓風(fēng)煉鐵，其中應(yīng)用了帶和連桿機構(gòu)古代中國晉代

“連磨”用一頭牛驅(qū)動八臺磨盤，其中應(yīng)用了齒輪系。

新中國的建立，特別是改革開放以來，為我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊的道路。機械行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。

在機械制造方面，各種先進技術(shù)如數(shù)控技術(shù)、電火花技術(shù)、線切割技術(shù)、激光技術(shù)得到了大量的應(yīng)用。

機械設(shè)計方面，從過去只能從事簡單的模仿設(shè)計到現(xiàn)在對先進設(shè)備的自行設(shè)計。建立我國完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，計算機輔助設(shè)計技術(shù)的普遍應(yīng)用，等等。所有這些，均標(biāo)志著我國機械工業(yè)正朝著世界先進水平邁進?！窘虒W(xué)內(nèi)容】：機器的組成及概念；機器和機械零件設(shè)計的基本知識及現(xiàn)代設(shè)計方法；本課程的性質(zhì)、內(nèi)容、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法等?！净疽蟆浚好鞔_本課程研究的對象和內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法；掌握機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件和零件等概念的含義；了解機械零件的失效形式及設(shè)計計算準(zhǔn)則、機械零件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化。【教學(xué)重點及難點】：機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件和零件等；現(xiàn)代機器的組成。第二節(jié)機器的組成普通車床第二節(jié)機器的組成數(shù)控車床第二節(jié)機器的組成數(shù)控加工中心清洗飛機的機器人1、機器和機構(gòu)機器——通常把能實現(xiàn)確定的機械運動，又能做有用的機械功或?qū)崿F(xiàn)能量、物料、信息的傳遞與變換的裝置稱為機器。機構(gòu)——只能實現(xiàn)運動和力的傳遞與變換的裝置稱為機構(gòu)。機器和機構(gòu)最明顯的區(qū)別是：機器能作有用功，而機構(gòu)不能，機構(gòu)僅能實現(xiàn)預(yù)期的機械運動。兩者之間也有聯(lián)系，機器是由幾個機構(gòu)組成的系統(tǒng)，最簡單的機器只有一個機構(gòu)。機械——機器和機構(gòu)的統(tǒng)稱。機構(gòu)：

機構(gòu)——只能實現(xiàn)運動和力的傳遞與變換的裝置稱為機構(gòu)。一部機器可能包含多種類型的機構(gòu)，也可能只包含一種機構(gòu)。凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)連桿機構(gòu)

構(gòu)件是從研究機械運動觀點來看，零件是從機械制造方面來看。通用零件：螺釘、齒輪、軸、軸承、彈簧等專用零件：內(nèi)燃機曲軸、活塞等。2、構(gòu)件和零件構(gòu)件——組成機器的各個相對運動的單元稱為構(gòu)件，構(gòu)件是運動的單元體。零件——機械中不可拆的制造單元體。構(gòu)件可以是單一零件，也可以是多個零件的組合體。構(gòu)件與零件的關(guān)系連桿的分解典型機器的分析：內(nèi)燃機65438712910組成1、汽缸體2、活塞3、進氣閥4、排氣閥5、連桿6、曲軸7、凸輪8、頂桿9、10齒輪工作原理：1.活塞下行，進氣閥開啟，混合氣體進入汽缸；2.活塞上行，氣閥關(guān)閉，混合氣體被壓縮，在頂部點火燃燒；3.高壓燃燒氣體推動活塞下行，兩氣閥關(guān)閉；4.活塞上行，排氣閥開啟，廢氣體被排出汽缸。內(nèi)燃機的工作過程配氣機構(gòu)的工作原理潘存云教授研制設(shè)計：潘存云進氣壓縮爆炸排氣內(nèi)燃機的工作過程：活塞的往復(fù)運動通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動，該組合體稱為：內(nèi)燃機各部分的作用：曲柄滑塊機構(gòu)凸輪和頂桿用來啟閉進氣閥和排氣閥；稱為：凸輪機構(gòu)兩個齒輪用來保證進、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調(diào)動作，稱為：齒輪機構(gòu)各部分協(xié)調(diào)動作的結(jié)果：化學(xué)能機械能第三節(jié)機器應(yīng)滿足的要求和設(shè)計制造程序一、機器應(yīng)滿足的要求⑴使用要求：實現(xiàn)預(yù)定功能，達到規(guī)定性能的要求。⑵經(jīng)濟性要求：貫穿在設(shè)計、制造、使用的全過程中，以求獲得最高經(jīng)濟效益的要求。⑶社會要求：（人機工學(xué)要求、安全運行要求、工藝美學(xué)要求等）⑷可靠性要求：在規(guī)定使用壽命和工況條件下機器完成規(guī)定功能的能力。⑸其他特殊要求：例如，機床有長期保持精度的要求；食品機械有防止污染的要求；大型設(shè)備有便于運輸與安裝的要求等。二、機器設(shè)計制造的一般程序新產(chǎn)品從設(shè)計到投放市場，一般要經(jīng)過六個階段：⑴可行性研究階段；⑵方案設(shè)計階段；⑶技術(shù)設(shè)計階段：⑷施工設(shè)計階段：⑸樣機試驗階段：⑹投產(chǎn)銷售階段：需求分析機械方案設(shè)計機械方案運動分析機械方案動力分析機械造型設(shè)計機械工作能力設(shè)計確定工藝方案確定工藝參數(shù)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計機械零件設(shè)計的一般流程第四節(jié)機械零件設(shè)計的基本知識一、機械零件設(shè)計的基本準(zhǔn)則失效：機械零件由于某種原因喪失正常工作能力。歸納起來，產(chǎn)生失效的原因主要是由于強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性等不滿足工作要求。為次，應(yīng)根據(jù)失效原因制定設(shè)計準(zhǔn)則，并以此作為防止失效和進行設(shè)計計算的依據(jù)。接下來，我們來認(rèn)識相關(guān)概念：（一）強度⑴體積強度：零件體積強度不足會產(chǎn)生斷裂或過大的塑性變形，體積強度就是抵抗這兩種失效的能力。設(shè)計計算時應(yīng)使零件危險截面上的最大應(yīng)力σ、τ

不超過材料的許用應(yīng)力[σ][τ]、使危險截面上的安全系數(shù)Sσ、Sτ不小于許用安全系數(shù)[Sσ][Sτ]，即1-11-2（一）強度⑵表面強度：表面強度可分為表面擠壓強度和表面接觸強度。

以面接觸的兩零件，設(shè)計計算時，應(yīng)使零件的最大擠壓應(yīng)力σH不超過材料的許用擠壓應(yīng)力。以線接觸的兩零件，設(shè)計計算時，應(yīng)使零件的最大接觸應(yīng)力σH不超過材料的許用擠壓應(yīng)力。即，1-3（二）剛度剛度：是指零件在載荷作用下抵抗變形的能力。如果零件的剛度不足，產(chǎn)生過大的彈性變形，會影響機器的正常工作（如機床主軸剛度不足會影響零件的加工精度）。這類零件應(yīng)進行剛度計算，計算時須使零件在載荷作用下產(chǎn)生最大的彈性變形量不超過允用變形量，即1-4（三）耐磨性耐磨性：是指在載荷作用下相對運動的兩零件表面抵抗損的能力。

在滑動摩擦條件下工作的機械零件，常因為過度磨損而失效。影響磨損的因素很多而且比較復(fù)雜，因此，到目前為止對于磨損失效還沒有一個完善的計算方法。通常只進行條件性計算，通過限制影響磨損的主要條件防止產(chǎn)生過大的磨損量。為防止產(chǎn)生過大的磨損應(yīng)滿以下條件：壓強不超過許用值p≤［p］速度不超過許用值v≤［v］壓強與速度乘積不超過許用值pv≤［pv］（四）震動穩(wěn)定性

機械零件周期性產(chǎn)生彈性變形的現(xiàn)象稱為振動。當(dāng)作用在零件上的周期性外力的變化頻率接近或等于零件自身的自激振動頻率時，便發(fā)生共振，導(dǎo)致零件失效。這種現(xiàn)象稱之為“失去振動穩(wěn)定性”。振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則：應(yīng)使受激振作用零件的自激振動頻率遠離外力變化的頻率。即f

＜0.85f或fF＞1.15f

式中：f――零件的自激振動頻率

fF――外力變化的頻率.按特性應(yīng)力分為靜應(yīng)力：不隨時間變化或變化較緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力：隨時間變化的應(yīng)力變應(yīng)力隨機變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力tsts尖峰載荷ts周期ts周期二、機械零件的疲勞強度（一）應(yīng)力的類型和特點二、機械零件的疲勞強度靜應(yīng)力

非對稱循環(huán)變應(yīng)力

對稱循環(huán)變應(yīng)力

脈動循環(huán)變應(yīng)力

幾種常見的應(yīng)力形式：各參數(shù)之間的關(guān)系：（二）疲勞斷裂的特征和疲勞曲線疲勞曲線（-N曲線）——即應(yīng)力比г一定時，表示疲勞極限與循環(huán)次數(shù)N之間關(guān)系的曲線。典型的疲勞曲線如下圖示：可以看出：隨N的增大而降低。但是當(dāng)N超過某一次數(shù)時（圖中N0），曲線趨于水平。即不再減小。則N0——稱為循環(huán)基數(shù)。以N0為界分為兩個區(qū)：注：大多數(shù)鋼的疲勞曲線形狀類似上圖所示。但是，高強度合金鋼和有色金屬的（-N）曲線沒有水平部分，不存在無限壽命區(qū)，因此，工程上常以認(rèn)為規(guī)定一個循環(huán)基數(shù)，而將此基數(shù)下的條件疲勞極限作為表征材料疲勞強度的基本指標(biāo)。也記為

1）無限壽命區(qū)：當(dāng)N≥N0時，曲線為水平直線，對應(yīng)的疲勞極限是一個定值，用表示。它是表征材料疲勞強度的重要指標(biāo)，是疲勞設(shè)計的基本依據(jù)。在工程設(shè)計中，一般可以認(rèn)為：當(dāng)材料受到的應(yīng)力不超過時，則可以經(jīng)受無限次的應(yīng)力循環(huán)而不疲勞破壞?！磯勖菬o限的。2）有限壽命區(qū)：為了區(qū)別于，把曲線上非水平段（N＜N0）的疲勞極限稱為條件疲勞極限。當(dāng)材料受到的工作應(yīng)力超過時，在疲勞破壞之前，只能經(jīng)受有限次的應(yīng)力循環(huán)?！磯勖怯邢薜?。（注：不同應(yīng)力比г時的疲勞曲線具有相似的形狀。但г越大，越大）。г↑↑第五節(jié)零件的結(jié)構(gòu)工藝性一、工藝性設(shè)計機械零件時，不僅應(yīng)使其滿足使用要求，即具備所要求的工作能力，同時還應(yīng)當(dāng)滿足生產(chǎn)要求，使所設(shè)計的零件具有良好的工藝性——在一定的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件下，花費勞動量最小，加工費用最少（工時少、設(shè)備少）的零件，就認(rèn)為具有良好的工藝性。否則就可能制造不出來，或雖能制造但費工費料很不經(jīng)濟?！に囆砸蟀庸すに嚭脱b配工藝零件結(jié)構(gòu)既要滿足使用上的要求，又要方便制造。下面列舉一些常見的工藝結(jié)構(gòu)，供畫圖時參考。一、鑄造零件的工藝結(jié)構(gòu)1、拔摸斜度在鑄造零件毛胚時，為了方便從砂型中取出模樣，一般沿模樣拔模方向作成約1：2的斜度，稱為撥模斜度。2、鑄造圓角在鑄造毛胚個表面的相交處，都有鑄造圓角，這樣既方便起模，又能防止?jié)茶T鐵水時，將砂型沖壞，還可以避免鑄件在冷卻時產(chǎn)生裂痕或縮孔。3、鑄件壁厚二、零件加工面的工藝結(jié)構(gòu)1、倒角和倒圓在澆鑄零件時，為了避免各部分冷卻速度的不