機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論2011實(shí)用教案

1、中南大學(xué) 第第1章章 緒緒 論論11 本課程本課程(kchng)研究的對(duì)象研究的對(duì)象和內(nèi)容和內(nèi)容12 本課程本課程(kchng)在教學(xué)中的在教學(xué)中的地位地位13 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般(ybn)過(guò)程過(guò)程15 機(jī)械零件的材料選擇機(jī)械零件的材料選擇14 機(jī)械零件工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則16 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝17 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化第1頁(yè)/共31頁(yè)第一頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 顧名思義，本課程研究(ynji)對(duì)象為：機(jī)械機(jī)械(jxi(jxi)機(jī) 器( j ( j q)q)斜面任何機(jī)械都經(jīng)歷了：簡(jiǎn)單復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程

2、。機(jī)械人造的用來(lái)減輕或替代人類勞動(dòng)的多件實(shí)物的組合體。 機(jī)構(gòu) （包括：龍門吊、鶴式吊、汽車吊、卷?yè)P(yáng)機(jī)、叉車、電梯電腦控制）。一般而言， 機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱杠桿起重轱轆滑輪組手動(dòng)(電動(dòng))葫蘆現(xiàn)代起重機(jī)起重機(jī)的發(fā)展歷程：11 本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容第2頁(yè)/共31頁(yè)第二頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 機(jī)器根據(jù)某種具體使用(shyng)(shyng)要求而設(shè)計(jì)的多件實(shí)物的組合 體。機(jī)構(gòu)能夠用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力或改變運(yùn)動(dòng)形式的多件 實(shí)物的組合體。如：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪(tln)(tln)機(jī)構(gòu)、 齒輪機(jī)構(gòu)等。種類有限如: : 縫紉機(jī)、洗衣機(jī)、各類機(jī)床、運(yùn)輸(ynsh)(ynsh)車輛、農(nóng)用機(jī)器、起重機(jī)等。 機(jī)器的種類

3、繁多，結(jié)構(gòu)、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。第3頁(yè)/共31頁(yè)第三頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 典型機(jī)器(j q)的分析：1.內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)組 成 ( z chn)：65438712910汽缸(qgng)體1、活塞2、進(jìn)氣閥3、排氣閥4、連桿5、曲軸6、凸輪7、頂桿8、齒輪9、10工作原理：1.活塞下行，進(jìn)氣閥開啟，混合氣體 進(jìn)入汽缸；2.活塞上行，氣閥關(guān)閉，混合氣體被壓縮， 在頂部點(diǎn)火燃燒；3.高壓燃燒氣體推動(dòng)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。循環(huán)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使曲軸輸出連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)第4頁(yè)/共31頁(yè)第四頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 設(shè)計(jì)(shj)：潘存云進(jìn)氣(jn

4、 q)壓縮(y su)爆炸排氣內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程：活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，該組合體稱為：內(nèi)燃機(jī)各部分的作用：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)凸輪和頂桿用來(lái)啟閉進(jìn)氣閥和排氣閥；稱為：凸輪機(jī)構(gòu)兩個(gè)齒輪用來(lái)保證進(jìn)、排氣閥與活塞之間形成協(xié)調(diào)動(dòng)作，稱為：齒輪機(jī)構(gòu)各部分協(xié)調(diào)動(dòng)作的結(jié)果：化學(xué)能 機(jī)械能第5頁(yè)/共31頁(yè)第五頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 機(jī)器的共有(n yu)特征： 人造(rnzo)的實(shí)物組合體；各部分(b fen)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；代替或減輕人類勞動(dòng)完成有用功或?qū)崿F(xiàn)能量 的轉(zhuǎn)換 機(jī)器的作用 機(jī)器的分類： 原動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換（如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、電動(dòng)機(jī)）種類有限工作機(jī)完成有用功（如機(jī)床等） 種類繁多第6頁(yè)

5、/共31頁(yè)第六頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 機(jī)器(j q)的組成：原動(dòng)部分是工作(gngzu)機(jī)動(dòng)力的來(lái)源，最常見的是電動(dòng)機(jī) 和內(nèi)燃機(jī)。 工作部分(b fen)完成預(yù)定的動(dòng)作，位于傳動(dòng)路線的終點(diǎn)。 傳動(dòng)部分聯(lián)接原動(dòng)機(jī)和工作部分的中間部分。 控制部分保證機(jī)器的啟動(dòng)、停止和正常協(xié)調(diào)動(dòng)作。 其關(guān)系如下機(jī)械機(jī)器機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī) 傳動(dòng) 工作 控制 原動(dòng)機(jī)工作機(jī)第7頁(yè)/共31頁(yè)第七頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 控制(kngzh)器(控制(kngzh)電動(dòng)機(jī)(原動(dòng))帶(傳動(dòng)(chundng)減速器(傳動(dòng)(chundng)波輪(工作)分析自動(dòng)洗衣機(jī)的組成：分析自動(dòng)洗衣機(jī)的組成：第8頁(yè)/共31頁(yè)第八頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 同理，

6、通過(guò)對(duì)典型(dinxng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可知： 機(jī)構(gòu)(jgu)的共有特征： 人造(rnzo)的實(shí)物組合體；各部分有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；用來(lái)傳遞力或?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。機(jī)構(gòu)的分類：通用機(jī)構(gòu)和專用機(jī)構(gòu)。 通用機(jī)構(gòu)-用途廣泛，如齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。專用機(jī)構(gòu)-只能用于特定場(chǎng)合，如鐘表的擒縱機(jī)構(gòu)。機(jī)器與機(jī)構(gòu)的關(guān)系：由兩個(gè)實(shí)例推廣到一般 任意復(fù)雜的機(jī)器都是由若干組機(jī)構(gòu)按一定規(guī)律組合而成的。實(shí)際機(jī)器的種類有成千上萬(wàn)種，但機(jī)構(gòu)的種類確有限。類似關(guān)系：化合物與化學(xué)元素 由機(jī)器與機(jī)構(gòu)的共有特征可知：機(jī)器與機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方面并無(wú)區(qū)別（僅作用不同） ，故統(tǒng)稱為機(jī)械。人造的組合體、有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)第9頁(yè)/共31頁(yè)第九頁(yè)，共3

7、2頁(yè)。中南大學(xué) 第10頁(yè)/共31頁(yè)第十頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 課程(kchng)性質(zhì)： 技術(shù)基礎(chǔ)課 作用(zuyng)： 承前啟后 本課程的特點(diǎn)：是工程制圖、工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)(jch)、理論力學(xué)，材料力學(xué)、金工實(shí)習(xí)等理論知識(shí)和實(shí)踐技能的綜合運(yùn)用。作為一名工程技術(shù)人員，同學(xué)們?cè)诮窈蟮墓ぷ鲘徫簧蠈?huì)接觸各種各樣的通用或?qū)Ｓ脵C(jī)械，因此必須掌握機(jī)械方面的基礎(chǔ)知識(shí)。12 本課程在教學(xué)中的地位第11頁(yè)/共31頁(yè)第十一頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)(shj)-規(guī)劃和設(shè)計(jì)(shj)實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的新機(jī)械或改 進(jìn)原有機(jī)械的性能?；疽?yoqi)：在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、安全可靠

8、、操作方便、維修簡(jiǎn)單和造型美觀。機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容(nirng)：1.1.確定機(jī)械的工作原理，選擇合宜的機(jī)構(gòu)；2. 擬定設(shè)計(jì)方案；3. 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，計(jì)算各構(gòu)件上的載荷；4. 進(jìn)行零部件工作能力計(jì)算、總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。13 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般過(guò)程第12頁(yè)/共31頁(yè)第十二頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 1 14 4 機(jī)械零件的工作(gngzu)(gngzu)能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求：在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預(yù)定(ydng)使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單和造型美觀等。機(jī)械零件的失效(sh xio)： 機(jī)械零件曲于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效(s

9、h xio)。工作能力-在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對(duì)載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為：承載能力。零件的失效形式:斷裂或塑性變形;過(guò)大的彈性變形;工作表面的過(guò)度磨損或損傷;發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接的松弛;摩擦傳動(dòng)的打滑等。如軸、齒輪、軸瓦、軸頸、螺栓、帶傳動(dòng)等。機(jī)械零件雖然有多種可能的失效形式，歸納起來(lái)最主要的為第13頁(yè)/共31頁(yè)第十三頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 對(duì)于各種不同(b tn)的失效形式，也各有相應(yīng)的工作能力判定條件強(qiáng)度(qingd)條件：計(jì)算應(yīng)力許用應(yīng)力；機(jī)械零件設(shè)計(jì)(shj)的步驟： 1)擬定零件的計(jì)算簡(jiǎn)圖; 5) 繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件。 防止失效的判定

10、條件是： 計(jì)算量許用量-工作能力計(jì)算準(zhǔn)則。2) 確定作用在零件上的載荷; 3) 選擇合適的材料; 4) 根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定 條件，確定零件的形狀 ; 注意，零件尺寸的計(jì)算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計(jì)者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標(biāo)誰(shuí)、規(guī)格加以圓整 失效原因: 強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等 原因。剛度條件：變形量2%-含碳量 2%鐵碳合金特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。第22頁(yè)/共31頁(yè)第二十二頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 選用原則(yunz)(yu

11、nz)： 優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有(jyu)(jyu)高的強(qiáng)度、韌性和塑性?？捎脽崽幚矸椒ǜ纳破淞W(xué)性能和加工性能。零件毛坯獲取(huq)(huq)方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。表9-2 9-2 常用材料的相對(duì)價(jià)格材 料 種 類 規(guī) 格 相對(duì)價(jià)格熱軋圓剛 碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 （ 3342） 1鑄 件優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950） 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950） 1.72.5 滾動(dòng)軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（ 2950） 320 4Cr9Si2耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件 1.7 銅合

12、金、鋁合金鑄件 810 價(jià)格便宜且供應(yīng)充分 我國(guó)資源豐富 第23頁(yè)/共31頁(yè)第二十三頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 3.3.銅合金- -銅鋅合金，并含有(hn yu)(hn yu)少量的錳、鋁、鎳特點(diǎn)：具有良好(lingho)(lingho)的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金還具有良好(lingho)(lingho)的減摩性和抗腐蝕性。零件毛坯獲取(huq)(huq)方法：輾壓、鑄造。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛。種類青銅黃銅軸承合金（巴氏合金）- -含錫青銅、不含錫青銅二、非金屬材料1. 1. 橡膠 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤(rùn)滑的軸承襯

13、。 第24頁(yè)/共31頁(yè)第二十四頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 2. 2. 塑料(slio) (slio) 塑料(slio)(slio)的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料(slio)(slio)具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來(lái)在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。 3.3.其它非金屬材料：皮革、木材(mci)(mci)、紙板、棉、絲等。選材(xun ci)(xun ci)因素：設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，選擇合適的材料是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的用途、工作條件和材料的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)因素等進(jìn)行全面考慮。 用途、工作條件、物理、化學(xué)、機(jī)械

14、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性。零件材料各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。為了材料供應(yīng)和生產(chǎn)管理上的方便，應(yīng)盡量縮減材料的品種。第25頁(yè)/共31頁(yè)第二十五頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 1 16 6 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)工藝一、工藝性零件(ln (ln jin)jin)設(shè)計(jì)要求使用要求-具備(jbi)(jbi)所要求的工作能力；制造要求-制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標(biāo)志： 在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工且費(fèi)用低。工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理制備方法：選用型材、焊接、鑄造、鍛造、沖壓等。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。單件或小批量

15、生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。第26頁(yè)/共31頁(yè)第二十六頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 2) 結(jié)構(gòu)(jigu)簡(jiǎn)單合理最好(zu ho)采用平面、柱面、螺旋面等簡(jiǎn)單表面極其組合；盡量減少加工(ji gng)面數(shù)和加工(ji gng)面積；3) 合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、 螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；4) 盡量減小零件的加工量毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀

16、和尺寸。力求使少或無(wú)切削加工，節(jié)約材料、降低成本。盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。欲設(shè)計(jì)出工藝性良好的零件，設(shè)計(jì)者必須虛心向工藝技術(shù)人員和一線工人學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。第27頁(yè)/共31頁(yè)第二十七頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 內(nèi)容： 1) 1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化將同一類(y li)(y li)產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。定義：標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)(jngj)(jngj)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)事務(wù)和概念，通過(guò)制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，以獲得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化將用途、

17、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)過(guò)統(tǒng)一(tngy)后實(shí)現(xiàn)互換；3)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。16 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化第28頁(yè)/共31頁(yè)第二十八頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 基本特征：統(tǒng)一(tngy)(tngy)、簡(jiǎn)化。意義： 1) 1)制造(zhzo)(zhzo)上可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；2)設(shè)計(jì)方面(fngmin)可減少設(shè)計(jì)工作量；3)管理維修方面可減少庫(kù)存量，便于更換損壞的零件。標(biāo)準(zhǔn)化是組織社會(huì)化大生產(chǎn)的重要手段，是實(shí)施科學(xué)管理的基礎(chǔ)，也是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本要求之一。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化

18、的實(shí)施，以獲得最佳的社會(huì)經(jīng)濟(jì)成效。標(biāo)準(zhǔn)層次：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）-鼓勵(lì)企業(yè)自愿采用。標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)（GB）-必須強(qiáng)制執(zhí)行； 作為設(shè)計(jì)人員，要求必須熟悉現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)會(huì)查詢和使用標(biāo)準(zhǔn)資料。無(wú)論設(shè)計(jì)何種產(chǎn)品，必須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。第29頁(yè)/共31頁(yè)第二十九頁(yè)，共32頁(yè)。中南大學(xué) 為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)的國(guó)防現(xiàn)代化，必然要有大量(dling)的機(jī)械化、自動(dòng)化的武器裝備于部隊(duì)，這些武器從何來(lái)？恐怕大多數(shù)只能靠我國(guó)自力更生解決，這是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)，設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)現(xiàn)代化的武器裝備，需要大批的機(jī)械方面專業(yè)人才。在座的各位都是未來(lái)的工程師和部隊(duì)的主要技術(shù)骨干，掌握好本課程的有關(guān)知識(shí)，將為你們未來(lái)的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。最后希望我們共同努力，把這門課程教好學(xué)好。 3）仔細(xì)觀察實(shí)物和模型，歡迎(hunyng)到實(shí)驗(yàn)室參觀，并動(dòng)手 組裝各種機(jī)構(gòu)。 課