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1、绪论,机械机器机构及其组成,课程性质、内容、任务,机械设计要求和设计过程,零件工作能力与设计准则,载荷、应力、许用应力,零件材料与选用原则,引言,当今社会，机械设计在工业发展中占有极其重要的地位，在工业生产中的各个领域应用非常广泛，机械设计基础课程将带我们走进这些领域，了解掌握机械设计的相关专业知识。,1.1.1机器,在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型的机器。常见的如内燃机、机床、汽车、火车、发电机、洗衣机等等。什么是机器，其定义如何？下面分析两个实例,1.内燃机,功用:内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器,组成：见左图,活塞下行，进气阀打开燃气被吸入汽缸,2.颚式破碎机,功用：
2、压碎物料,组成：见右图,电动机,机器：机器的种类繁多，各类机器的功用不同，并由此产生的工作原理和结构特点也不相同，但是各类机器都有着共同的特征：（1）都是人为的实物组合；（2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动；（3）能实现能量转换或完成有用的机械功、传递物料和处理信息。凡具备上述三个特征的实物组合就称为机器。,1.1.1机器,半自动钻床实现确定的机械运动，又作有用的机械功,内燃机转换能量,机械手传递物料,照相机传递信息,机构：机构是实现传递机械运动和动力或改变机械运动形式的构件组合体。它只符合机器的前两个特征。,1.1.2 机构,机构：机构只有机器的前两个特征，仅能传递或转换运动。如,齿
3、轮机构传递运动,凸轮机构转换运动,1.1.5 机器的组成,按各部分实物体功能不同，机器通常由以下几个部分组成:原动机部分：驱动整部机器以完成预定功能的动力源，颚式破碎机的原动机是电动机。执行部分：完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，是具体干活部分，破碎机执行部分是颚头（定颚、动颚）。传动部分：解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参数的转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎机的传动部分包括V带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架组成的连杆机构 其他部分：控制系统和辅助系统等。,机器的组成,图3 机器组成,零件是组成机器的最小制造单元，机器是由若干个不同的零件组装而成的。分专用零件
4、、通用零件。,1.1.3 零件,图4 机械零件,构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联接而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的。,1.1.4 构件,图5 连杆,1.2 课程内容、性质、任务,一、内容 机械中的常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。了解国家标准、规范。二、性质 本课程是一门技术基础课。本课程综合运用数学、力学、制图、金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知识，去解决常用机构和通用零部件的设 计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧重于工程实际。三、任务 获得分析、选用和维护简单机械设备的基础知识,并
5、且获得设计简单机械传动装置的能力。,1.3.1 机械设计基本要求,功能性要求（运动学和动力学方面的要求）,可靠性要求,经济性要求,安全性和社会性要求,其他特殊要求,1.3.2 机械设计的一般过程,(1)计划阶段,(2)方案设计阶段,(3)总体技术设计阶段,(4)零件技术设计阶段,(5)改进设计阶段,1.4.1 机械零件失效与工作能力,失效方式：1、强度失效；2、刚度失效；3、耐磨性失效；4、振动稳定性失效；5、破坏正常工作条件引起的失效零件工作能力:零件抵抗失效的能力。衡量零件工作能力的指标有强度、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定性。,1.4.1 机械零件失效与工作能力,断裂,过大变形,表面失效
6、,图9 机械零件失效方式,1.4.2 机械设计准则,1、设计计算准则：防止零件失效而制定的判定条件。,计算量许用量,强度准则：大多数机械零件的设计依据。刚度准则：刚度指零件抵抗弹性变形的能力。耐磨性准则：pp pvpv 热平衡准则:H1 H2振动稳定性准则,1.5.1 机械载荷、应力类型,1、常见载荷及类型（外力、弯矩、转矩；静载、变化载）。2、应力类型（静应力、变应力）,图10 常见应力,1.5.2 许用应力,许用应力是零件设计的条件应力。正确确定许用应力，可使零件在具有足够强度和寿命前提下，做到尺寸小、质量轻。许用应力的确定，本书主要采用计算法，其基本公式=lim/S 或=lim/S 式中
7、 lim、lim分别是材料的极限正应力、切应力；S为安全系数。,由上式可知，许用应力的确定主要是确定材料的极限应力和安全系数。,（1）静应力作用下的极限应力,塑性材料，取材料的屈服点s作为极限应力脆性材料，取材料的抗拉强度b做为极限应力,（2）变应力作用下的极限应力,在静应力下工作的零件主要的失效形式是断裂或塑性变形,在变应力下工作的零件主要失效形式是疲劳断裂，取材料的疲劳极限作为极限应力。,1.5.3 极限应力,1.6.1 机械零件材料,一、金属材料1、黑色金属2、有色金属有减摩、抗腐蚀、耐热性、电磁性等较好二、高分子材料橡胶弹性、绝缘性好，常作弹性和密封元件、减震元件塑料轻、易成形、减摩性
8、好，强度低合成纤维三、陶瓷材料 四、复合材料,1.6.2 机械零件材料选用原则,要考虑三个方面的要求1、使用要求（首要考虑）：1）零件的工况；2）对零件尺寸和质量的限制；3）零件的重要程度2、工艺要求：1）毛坯制造；2）机械加工；3）热处理3、经济性要求：1）材料价格；2）加工批量和加工费用；3）材料的利用率；4）局部品质原则5）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料）。另外，还要考虑当地材料的供应情况,1.7 机械零件设计标准化,标准化定义：在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复性事物和概念，通过制定、发布和实施标准，达到统一，以获得最佳秩序和社会效益。零部件的标准化、通用化和产品系列化，这“三化”是我国现行的很重要的一项技术政策。,1.8 机械现代设计方法,优化设计:建立一反映工程设计问题模型，找出最优方案可靠性设计:保证机械及零部件满足给定可靠性指标的一种设计方法。稳健设计:通过调整设计变量及控制其容差使可控因素和不可控因素当与设计值发生变差时仍能保证产品质量的一种工程方法。并行设计:是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。虚拟设计智能设计绿色设计,半自动多轴钻床,凸轮机构,齿轮机构,照相机,零件装配,机械手,
