機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)課件-機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概述

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概述緒 論第一章 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概述第一節(jié) 機(jī)器及其基本組成第二節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求第三節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動簡圖第四節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度、材料以及結(jié)構(gòu)工藝性本章練習(xí)第一節(jié)機(jī)器及其基本組成 一、機(jī)器與機(jī)構(gòu) 機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料（起重機(jī)等）、信息（錄音機(jī)等）。 機(jī)器中若干構(gòu)件的組合，可實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動。在內(nèi)燃機(jī)中，活塞、連桿、曲軸和缸體（連同機(jī)架）組合起來，將活塞的往復(fù)移動變成曲軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動；凸輪、進(jìn)排氣閥推桿和機(jī)架的組合，可將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)檫M(jìn)排氣閥推桿的往復(fù)移動等。這些由若干構(gòu)件用一定連接方式組成，有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，用來傳遞力、運(yùn)動

2、或轉(zhuǎn)換運(yùn)動形式的系統(tǒng)，稱為機(jī)構(gòu)。大多數(shù)機(jī)器都是由若干基本機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動。 機(jī)器與機(jī)構(gòu)總稱為機(jī)械。 二、零件、部件和構(gòu)件 機(jī)械零件可分為兩大類：一是在各種機(jī)器中都能用到的零件，叫通用零件，如齒輪、螺栓、軸等；另一類則是在特定類型的機(jī)器中才能用到的零件，叫專用零件。此外，常把由一組協(xié)同工作的零件組成的獨(dú)立制造裝配的組合件叫部件。 從機(jī)械實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動和功能角度看，機(jī)構(gòu)中形成相對運(yùn)動的各個(gè)運(yùn)動單元稱為構(gòu)件。構(gòu)件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運(yùn)動單元。 三、機(jī)器的組成 機(jī)器由五部分組成，主要包括： 動力系統(tǒng)：動力系統(tǒng)包括動力機(jī)及其配套裝置；它的功能是向機(jī)器提供運(yùn)動和動力，是機(jī)械系統(tǒng)的

3、動力源。 執(zhí)行系統(tǒng):執(zhí)行系統(tǒng)包括若干執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的功能是驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件按給定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作。 傳動系統(tǒng):傳動系統(tǒng)是把動力系統(tǒng)的運(yùn)動和力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置。 操縱控制系統(tǒng):操縱控制系統(tǒng)是為了使動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)工作，并準(zhǔn)確可靠地完成整體功能的裝置。 框架支撐系統(tǒng)：包括基礎(chǔ)件和支撐構(gòu)件。它用于安裝和支承動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和操縱控制系統(tǒng)等。機(jī)器各部分的位置精度、運(yùn)動精度及機(jī)器的承載能力等主要依靠框架支撐系統(tǒng)來保證，該系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)中必不可少的部分。此外，根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能要求，還有一些輔助系統(tǒng)。第二節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 一、基本要求 機(jī)械產(chǎn)品必須滿足下面幾方面

4、的基本要求。 1.實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能 2.滿足可靠性要求 3.符合經(jīng)濟(jì)性要求 4.確保安全性要求 5.推行標(biāo)準(zhǔn)化要求 二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的思想 1.創(chuàng)新思維和方法 2.“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)觀第三節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動簡圖 機(jī)構(gòu)是用運(yùn)動副聯(lián)接起來的構(gòu)件系統(tǒng)，用來傳遞運(yùn)動和力。 組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動，則稱該機(jī)構(gòu)為平面機(jī)構(gòu)。否則稱為空間機(jī)構(gòu)。 一、平面機(jī)構(gòu)的組成 平面機(jī)構(gòu)一般是由構(gòu)件、運(yùn)動副、運(yùn)動鏈和機(jī)構(gòu)4要素組成。 構(gòu)件：零件是加工制造的基本單元，為了滿足結(jié)構(gòu)和工藝的需要，往往把幾個(gè)零件剛性地聯(lián)接在一起作為一個(gè)整體運(yùn)動。這些零件分別加工制造，但是當(dāng)它們裝配成連桿后則作為一

5、個(gè)整體運(yùn)動，相互之間不產(chǎn)生相對運(yùn)動。這種由若干個(gè)相互之間沒有相對運(yùn)動的零件剛性聯(lián)接在一起的運(yùn)動整體稱為構(gòu)件，它是機(jī)械中運(yùn)動的單元。構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可以由一個(gè)以上的零件組成。 運(yùn)動副：機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件之間必須有確定的相對運(yùn)動，因此，構(gòu)件的連接既要使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動，這種直接接觸的活動連接稱為運(yùn)動副。兩構(gòu)件直接參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的部分點(diǎn)、線或面稱為運(yùn)動副元素。 運(yùn)動鏈：兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動副聯(lián)接而成的系統(tǒng)稱為運(yùn)動鏈。運(yùn)動鏈分為閉式運(yùn)動鏈和開式運(yùn)動鏈兩種。所謂閉式運(yùn)動鏈?zhǔn)侵附M成運(yùn)動鏈的每個(gè)構(gòu)件至少包含兩個(gè)運(yùn)動副，組成一個(gè)首末封閉的系統(tǒng)；開式運(yùn)動鏈的構(gòu)件中有的構(gòu)件只包含

6、一個(gè)運(yùn)動副，它們不能組成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。 機(jī)構(gòu)：如果將運(yùn)動鏈中的一個(gè)構(gòu)件固定作為參考系，另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定的運(yùn)動規(guī)律相對于固定構(gòu)件運(yùn)動，若其余構(gòu)件都具有確定運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動鏈則稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中固定不動的構(gòu)件稱為機(jī)架，機(jī)構(gòu)中按給定運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動的構(gòu)件稱為原動件（或稱為主動件），其余隨原動件運(yùn)動的構(gòu)件稱為從動件。 1.構(gòu)件的自由度構(gòu)件是機(jī)構(gòu)中運(yùn)動的單元體，因此它是組成機(jī)構(gòu)的基本要素。構(gòu)件的自由度是構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動。任何一個(gè)構(gòu)件在空間自由運(yùn)動時(shí)皆有6個(gè)自由度。 2.運(yùn)動副及其種類平面機(jī)構(gòu)中每個(gè)構(gòu)件都不是自由構(gòu)件，而以一定的方式與其他構(gòu)件組成動聯(lián)接。這種使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定形式的相對運(yùn)動的

7、聯(lián)接，稱為運(yùn)動副。兩構(gòu)件組成運(yùn)動副后，就限制了兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動，對于相對運(yùn)動的這種限制稱為約束。根據(jù)組成運(yùn)動副兩構(gòu)件之間的接觸特性，運(yùn)動副可分為低副和高副。 (1)低副。兩構(gòu)件以面接觸的運(yùn)動副稱為低副。根據(jù)它們之間的相對運(yùn)動是轉(zhuǎn)動還是移動，低副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。 轉(zhuǎn)動副。組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件之間只能繞某一軸線作相對轉(zhuǎn)動的運(yùn)動副。通常轉(zhuǎn)動副的具體形式是鉸鏈聯(lián)接,即由圓柱銷和銷孔所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副，如圖1-4所示。 移動副。組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線作相對直線移動的運(yùn)動副。如圖1-5所示,活塞與氣缸體所組成的運(yùn)動副即為移動副。圖1-6高副平面機(jī)構(gòu)中的低副引入兩個(gè)約束，僅保留一個(gè)自由度。 (

8、2)高副。兩構(gòu)件以點(diǎn)接觸或線接觸的運(yùn)動副稱為高副。如圖1-6所示，圖 1-4圖 1-5圖 1-6 二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 1.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 機(jī)構(gòu)簡圖是用特定的構(gòu)件和運(yùn)動副符號表示機(jī)構(gòu)的一種簡化示意圖，僅表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞情況和結(jié)構(gòu)特征。由于機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動不僅與機(jī)構(gòu)中運(yùn)動副的性質(zhì)(低副或高副等)、運(yùn)動副的數(shù)目及相對位置（轉(zhuǎn)動副中心、移動副的中心線、高副接觸點(diǎn)的位置等）、構(gòu)件的數(shù)目等有關(guān)，還與運(yùn)動副的位置有關(guān)。因此，按一定的長度比例尺確定運(yùn)動副的位置,用長度比例尺畫出的機(jī)構(gòu)簡圖稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 2.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制 （1）運(yùn)動副的表示方法。圖1-7a表示由兩個(gè)可動構(gòu)件組成的轉(zhuǎn)動副。圖1-7

9、b、c表示兩個(gè)構(gòu)件其中有一個(gè)構(gòu)件是固定的轉(zhuǎn)動副。兩個(gè)構(gòu)件組成移動副時(shí)，其表示方法如圖1-7d、e、f、g、h、i所示，其中畫有斜線的構(gòu)件代表固定構(gòu)件。兩個(gè)構(gòu)件組成高副時(shí)，其表示方法如圖1-7j所示，畫高副簡圖時(shí)應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓。 （2）構(gòu)件的表示方法。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中構(gòu)件表示方法如圖1-8所示。圖1-8a、b表示能組成兩個(gè)運(yùn)動副的一個(gè)構(gòu)件，圖1-8a可組成兩個(gè)轉(zhuǎn)動副，圖1-8b組成一個(gè)轉(zhuǎn)動副和一個(gè)移動副；圖1-8c、d表示能組成三個(gè)轉(zhuǎn)動副的一個(gè)構(gòu)件。 （3）平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制步驟。 分析機(jī)械的運(yùn)動原理和結(jié)構(gòu)情況，確定其原動件、機(jī)架、執(zhí)行部分和傳動部分。 沿著運(yùn)動傳遞路線，逐一分析

10、每個(gè)構(gòu)件間相對運(yùn)動的性質(zhì)，以確定運(yùn)動副的類型和數(shù)目。 恰當(dāng)?shù)剡x擇視圖平面，通?？蛇x擇機(jī)械中多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面為視圖平面，必要時(shí)也可選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上的視圖平面，然后將其展到同一圖面上。 選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸ǔ龈鬟\(yùn)動副的相對位置，并用各運(yùn)動副的代表符號、常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖符號和簡單的線條，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 從原動件開始，按傳動順序標(biāo)出各構(gòu)件的編號和運(yùn)動副的代號。在原動件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動方向。圖 1-7圖 1-8第四節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度、材料以及結(jié)構(gòu)工藝性 一、機(jī)械零件的強(qiáng)度 零件受載時(shí)是在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱為整體強(qiáng)度。若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸，受載后

11、，由于變形其接觸為一小面積，通常此面積很小但表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。此時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。機(jī)械零件的強(qiáng)度是零件應(yīng)滿足的基本要求之一。零件強(qiáng)度是指零件受載后抵抗斷裂、塑性變形和表面失效的能力。為了使零件具有足夠的強(qiáng)度，必須使零件在受載后的工作應(yīng)力不超過零件的許用應(yīng)力，表達(dá)式為： 式中，F(xiàn)是載荷，A是截面積， lim是極限應(yīng)力，s是安全系數(shù)。 1.載荷與應(yīng)力的分類 （1）載荷的分類。分為靜載荷和變載荷。變載荷又分為循環(huán)變載荷和隨機(jī)（變）載荷。循環(huán)變載荷又分為穩(wěn)定循環(huán)變載荷和不穩(wěn)定循環(huán)變載荷。 （2）應(yīng)力的分類。應(yīng)力分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力。變應(yīng)力又分為不穩(wěn)定變應(yīng)力、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)

12、力和不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。 2.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度 許多機(jī)械零件在交變載荷作用下常常會使零件承受的工作應(yīng)力低于其材料屈服點(diǎn)，經(jīng)多次循環(huán)后，無明顯的外觀變形預(yù)兆發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞斷裂。 材料的疲勞抗力指標(biāo)是疲勞強(qiáng)度（-1）。 疲勞斷裂影響因素除與材料性能有關(guān)外，還與零件的工作條件、零件的幾何形狀、零件的表面狀態(tài)有關(guān)。 二、機(jī)械零件的材料 機(jī)械零件常用的材料有鐵碳合金、有色合金、非金屬材料和各種復(fù)合材料。鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，應(yīng)用最廣。如何選擇零件的材料是設(shè)計(jì)零件的重要一環(huán)。以下提出材料選用的主要原則，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 （1）要滿足零件的使用要求。 （2）要滿足零件的工藝性要求。 （3）要滿足材料的經(jīng)濟(jì)性要求。 三、機(jī)械零件的