機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論課件

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2022/10/28機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2022/10/22機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01第一節(jié)緒論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)二、機(jī)械設(shè)計的一般過程簡介三、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論第一節(jié)緒論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第2一、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)

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)1.課程內(nèi)容機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概3具體研究內(nèi)容

研究機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械零部件（各種機(jī)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(jī)器

若干個機(jī)構(gòu)組合而成的具有確定運(yùn)動的運(yùn)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(jī)、電動機(jī)、起重汽車、金屬切削機(jī)床、電話機(jī)和計算機(jī)等。機(jī)構(gòu)

是機(jī)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(yùn)動確定的系統(tǒng)，用來傳遞運(yùn)動和力。構(gòu)件是由若干零件剛性聯(lián)接而成，是機(jī)器運(yùn)動的最小單元。零件

是機(jī)器加工制造的最小單元。機(jī)器的組成

由原動機(jī)、工作機(jī)、傳動系統(tǒng)等組成。

1.課程內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論具體研究內(nèi)容研究機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械零部件（各種4

常用機(jī)構(gòu)設(shè)計

連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)（棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)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(jī)械系統(tǒng)的調(diào)速與回轉(zhuǎn)件的平衡

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計（運(yùn)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)容機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論常用機(jī)構(gòu)設(shè)計具體內(nèi)容機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章5傳動零件

齒輪傳動蝸桿傳動帶傳動機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論傳動零件齒輪傳動蝸桿傳動帶傳動機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論6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)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論傳動零件圓柱平摩擦輪傳動（a）滑動螺旋;(b）滾動螺旋7聯(lián)接零件

螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接銷聯(lián)接機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論聯(lián)接零件螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接銷聯(lián)接機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論8軸滑動軸承滾動軸承聯(lián)軸器軸系零件機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論軸滑動軸承滾動軸承聯(lián)軸器軸系零件機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論9機(jī)器圖數(shù)控立式升降臺銑床電機(jī)起重機(jī)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論機(jī)器圖數(shù)電機(jī)起重機(jī)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論10連桿曲柄內(nèi)燃機(jī)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(jìn)氣閥頂桿

1234曲柄滑塊機(jī)構(gòu)156齒輪機(jī)構(gòu)178凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論連桿曲柄內(nèi)燃機(jī)實物圖1-氣缸體；2-活塞；3-連桿；4-曲軸11機(jī)器的組成原動機(jī)：驅(qū)動機(jī)器完成預(yù)定功能的動力源工作機(jī)：完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分傳動系統(tǒng)：傳遞運(yùn)動和動力。有機(jī)械傳動、電力傳動和液力傳動等。原動機(jī)傳動系統(tǒng)工作機(jī)

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(jī)械傳動。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論機(jī)器的組成原動機(jī)：驅(qū)動機(jī)器完成預(yù)定功能的動力源原動機(jī)12原動機(jī)：汽油機(jī)和柴油機(jī)。傳動系統(tǒng)：離合器、變速箱、傳動軸和差速器。工作機(jī)：車輪、懸掛系統(tǒng)和底盤?？刂葡到y(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(jī)器組成實例機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論原動機(jī)：汽油機(jī)和柴油機(jī)。機(jī)器組成實例機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第0132.課程性質(zhì)

綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)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(jī)械制圖金屬材料學(xué)工程力學(xué)金工實習(xí)

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2.課程性質(zhì)綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)的培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計143.課程任務(wù)（1）獲得認(rèn)識、使用和維護(hù)機(jī)械設(shè)備的一些基本知識。（2）運(yùn)用有關(guān)設(shè)計手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等有關(guān)設(shè)計資料的能力。（3）掌握常用機(jī)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(jī)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(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)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(jī)械發(fā)展動向。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論3.課程任務(wù)（1）獲得認(rèn)識、使用和維護(hù)機(jī)械設(shè)備的一些基15二、機(jī)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(jī)械（機(jī)器）的功能范圍和性能指標(biāo)，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(jìn)行分析計算，確定機(jī)構(gòu)和零件的工作參數(shù)以及機(jī)械（機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，繪制出整臺機(jī)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(jìn)行樣機(jī)試制，對樣機(jī)進(jìn)行試驗、測定，從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上作出評定，提出改進(jìn)意見。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論二、機(jī)械設(shè)計的一般過程簡介1.產(chǎn)品規(guī)劃機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01161、機(jī)械零件的主要失效形式

2、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則三、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則失效：在規(guī)定的工作條件下機(jī)械零件失去了正常工作能力。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論1、機(jī)械零件的主要失效形式三、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則失效17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(qiáng)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(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論斷裂：零件在拉、彎、扭載荷作用下，當(dāng)或18保證機(jī)械零件在要求的壽命內(nèi)不出現(xiàn)各種失效。

強(qiáng)度準(zhǔn)則，

剛度準(zhǔn)則撓度偏轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角

振動穩(wěn)定性準(zhǔn)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(zhǔn)則

驗算壓強(qiáng)

p≤[p]驗算pv

pv≤[pv]

驗算速度v≤[v]2、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論保證機(jī)械零件在要求的壽命內(nèi)不出現(xiàn)各種失效。19第二節(jié)

機(jī)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(jī)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。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)一、金屬材料機(jī)械20一、金屬材料1．鋼2．鑄鐵3.有色金屬機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論一、金屬材料1．鋼機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論21（含碳量小于2%,大于0.7%的鐵、碳合金）1.鋼碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼：T7、T8普通碳素結(jié)構(gòu)鋼如Q235、Q275等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼C＜0.25%如20合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼、高速工具鋼、硬質(zhì)合金工具鋼特類鋼不銹鋼，如2Cr13、滾動軸承鋼，如GGr9SiMn、耐熱鋼，如3Gr18Ni25Si2等。合金結(jié)構(gòu)鋼如35CrMn2，40CrNiMoA(優(yōu)質(zhì)）低金結(jié)構(gòu)鋼如12Mn彈簧鋼如60Si2MnA中碳鋼0.6%＜C＜0.25%如45高碳鋼0.6%＜C如60鋼機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論（含碳量小于2%,大于0.7%的鐵、碳合金）1.鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼222.鑄鐵（含碳量大于2%的鐵、碳合金）

（1）灰鑄鐵如HT100、HT300,良好的鑄造性、切削加工性、耐磨性，消振性，但抗拉強(qiáng)度低。（2）球墨鑄鐵如QT400-18、QT500-7,強(qiáng)度和塑性比灰鑄鐵有很大的提高，具有良好的耐磨性，但鑄造性較差。（3）可鍛鑄鐵如KTH300-06,強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性均較高，能承受沖擊振動,但生產(chǎn)周期長，成本較高。鑄造大尺寸零件較困難。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2.鑄鐵（含碳量大于2%的鐵、碳合金）（1）灰鑄鐵如233.有色金屬（1）銅合金黃銅銅與鋅的合金，含少量錳、鋁等元素，如ZCuZn38等。青銅青銅以主加元素的不同又可分為錫青銅和鋁青銅等，如CuAl10Fe3、ZCuSn5PbZn5。青銅比黃銅有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性。

（2）鋁及鋁合金鋁合金具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，其導(dǎo)電性能大約為銅的60%，但由于重量輕，在遠(yuǎn)距離輸送的電纜中常代替銅線。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論3.有色金屬（1）銅合金機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論24二、非金屬材料

1．工程塑料（1）尼龍品種、數(shù)量及應(yīng)用上居工程塑料之首，它強(qiáng)度高，耐磨性好，耐化學(xué)腐蝕。但易吸收水分而影響尺寸的穩(wěn)定性。（2）聚碳酸脂在工程塑料中韌性最好，透光率達(dá)90%，連續(xù)使用溫度達(dá)135℃～145℃，它正取代玻璃和有機(jī)玻璃，作為飛機(jī)上的擋風(fēng)夾層和天窗。（3）聚甲苯在工程塑料中彈性模量最高，并有高硬度，低摩擦系數(shù)和較好的耐疲勞性能，適用于制造小齒輪及軸套等。（4）聚苯醚在工程塑料中硬度最高，熱膨脹系數(shù)最小，最耐熱。（5）ABS具有良好的綜合性能。廣泛應(yīng)用在管材、家用電器和紡織機(jī)械中。用ABS制成的泡沫夾層板，可作小轎車的車身。

2．橡膠

常用來制造輪胎、墊板、隔熱板、傳動帶和減振零件等

3．夾布膠木常用來制造板材、電工元件，輕載無噪聲齒輪和耐腐蝕元件等。

4．其他工業(yè)上，經(jīng)常使用的非金屬材料還有陶瓷、皮革、木材、紙板等。

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論二、非金屬材料1．工程塑料機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論25三、復(fù)合材料通常由兩種材料結(jié)合而成，可發(fā)揮材料各自的長處，克服各自固有的缺點。常見的復(fù)合材料有：

（1）玻璃鋼玻璃和塑料結(jié)合而成。玻璃具有較高的彈性模量和強(qiáng)度，但太脆，而塑料具有良好的塑性、易于加工，但彈性模量和強(qiáng)度較低，把兩者結(jié)合起來，就產(chǎn)生了玻璃鋼。

（2）硬質(zhì)合金

陶瓷與金屬粉末燒結(jié)在一起

而成。陶瓷材料硬度好，但不易于加工成型，將它與金屬粉末燒結(jié)在一起，就形成了硬度高，耐磨性好且易于加工成形的硬質(zhì)合金。

（3）硼鋁復(fù)合材料

硼與鋁合金結(jié)合而成。它的常溫和高溫強(qiáng)度比高強(qiáng)度的鋁合金大得多。美國現(xiàn)在使用的航天飛機(jī)的整個桁架支柱，均用硼鋁復(fù)合材料的管材制造，比原先采用鋁合金時，減輕重量44%。

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論三、復(fù)合材料通常由兩種材料結(jié)合而成，可發(fā)揮材料各26四、鋼的熱處理簡介熱處理

將鋼在固體狀態(tài)下進(jìn)行不同溫度的加熱、保溫和冷卻的工藝方法叫熱處理，目的是提高零件的力學(xué)性能和改善其工藝性能。1.退火2.正火3.淬火4.回火5.調(diào)質(zhì)6.時效7.表面處理機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論四、鋼的熱處理簡介熱處理將鋼在固體狀態(tài)下進(jìn)行不同溫度的加27123

把鋼加熱到臨界溫度（在鋼的固態(tài)范圍內(nèi)，引起鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的溫度）以上30℃～50℃，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋睾?，隨爐溫一起緩慢冷卻下來的熱處理工藝稱為退火。退火的目的是降低材料的硬度，提高塑性，細(xì)化結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)，改善力學(xué)性能和切削加工性能，能消除或減小鑄件、鍛件及焊接件的內(nèi)應(yīng)力。2.正火

將零件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后，然后再空冷，風(fēng)冷或噴霧冷卻。它的冷卻速度比退火快，作用與退火相似，但比退火經(jīng)濟(jì)，成本低，可作為零件的最終熱處理。

3.淬火將零件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后，然后在水中或油中迅速冷卻。由于淬火溫度變化過快，材料內(nèi)部形成較大的淬火應(yīng)力，會導(dǎo)致零件的變形或開裂。淬火不能作為零件的最終熱處理。1.退火機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論1231.退火機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論28

4.回火將淬火后的零件重新加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一段時間后，然后在空氣中冷卻。根據(jù)對零件要求的不同，可采用不同的回火溫度?；鼗饻囟仍礁撸牧系挠捕群蛷?qiáng)度下降越多，而塑性和韌性則顯著提高。（1）低溫回火回火溫度在150℃～250℃，主要用來降低材料的脆性和淬火應(yīng)力，并能保持較高的硬度和耐磨性，常用于刀具、模具等。（2）中溫回火回火溫度在350℃～500℃，其特點是即能保持材料一定的韌性，又能保持一定的彈性和屈服點，常用于彈簧和承受沖擊的零件。（3）高溫回火回火溫度在500℃～650℃，使零件獲得強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都良好的綜合力學(xué)性能。4機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論4.回火4機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2956

5.調(diào)質(zhì)淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。一些重要的零件，特別是一些在變應(yīng)力下工作的零件，如連桿、齒輪和軸等常采用調(diào)質(zhì)處理?？梢詼p小或消除零件的內(nèi)應(yīng)力，使零件在工作之前得以充分的變形，零件尺寸可以穩(wěn)定下來。時效分低溫時效和高溫時效。6.時效

（1）低溫時效將零件加熱到100℃～150℃，保溫5～20小時后，再空冷。（2）高溫時效將零件加熱到略低于高溫回火的溫度，保溫后，緩冷到300℃以下，出爐空冷。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論56機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論307

7.表面處理對于一些要求表面有較高的硬度以增加其耐磨性，而心部要求有較高的韌性以提高其抗沖擊能力的零件，可以采用表面處理工藝。表面處理包括表面淬火和化學(xué)處理。（1）表面淬火采用快速加熱的方法，只將零件表面加熱并淬火。它只改變表層組織，心部并不發(fā)生變化，心部保持了一定的韌性和強(qiáng)度，而表層得到強(qiáng)化和硬化。表面淬火有高頻感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火。（2）化學(xué)處理化學(xué)處理是把零件放入化學(xué)介質(zhì)（碳或氮等）中加熱，保溫，使介質(zhì)元素滲入零件表層中，使零件表層的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，來獲得對其心部和表層不同性能要求的熱處理方法。常用的方法有滲碳、滲氮和碳氮共滲（氰化）等。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論77.表面處理機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論31第三節(jié)機(jī)械設(shè)計中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)一、摩擦二、磨損三、潤滑

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論第三節(jié)機(jī)械設(shè)計中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)一、摩擦機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第0132

外力作用下，相互接觸的兩個物體作相對運(yùn)動或有相對運(yùn)動的趨勢時，其接觸表面上就會產(chǎn)生抵抗滑動的阻力，這一現(xiàn)象叫做摩擦，所產(chǎn)生的阻力叫做摩擦力。

1.干摩擦

摩擦表面間無任何潤滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時的摩擦。摩擦系數(shù)=0.3～1.5。

2.邊界摩擦（邊界潤滑）

兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質(zhì)與流體的黏度無關(guān)，只與邊界膜和表面的吸附性質(zhì)有關(guān)。邊界膜極薄，不能避免金屬間的直接接觸，這時仍有摩擦力產(chǎn)生，其摩擦系數(shù)

=0.1～0.5。

3.流體摩擦（流體潤滑）摩擦表面間的潤滑膜足以將兩個表面完全隔開，即形成了完全的流體摩擦。摩擦系數(shù)極小，大約=0.001～0.008，無磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。4.混合摩擦（混合潤滑）摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)時稱為混合摩擦。大約=0.01～0.08。一、摩擦機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論外力作用下，相互接觸的兩個物體作相對運(yùn)動或33二、磨損1．黏著磨損由于兩摩擦表面間產(chǎn)生黏著現(xiàn)象而使材料由一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面而造成的磨損稱為黏著磨損。

2．

磨粒磨損兩接觸表面受外界硬質(zhì)顆粒的作用或粗糙硬表面把軟表面擦傷而引起的表面材料脫落的現(xiàn)象稱為磨粒磨損。3．表面疲勞磨損兩摩擦表面受交變接觸應(yīng)力的的作用而形成疲勞裂紋或剝落出微片和顆粒而逐步破壞的磨損稱為表面疲勞磨損。其特征是在開始破壞階段表面上出現(xiàn)一個個小小的麻坑，故又稱這種磨損為點蝕。4．腐蝕磨損摩擦表面在磨損過程中物體表面和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用，造成表面材料的損失稱為腐蝕磨損表面物質(zhì)在摩擦過程中不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論二、磨損1．黏著磨損表面物質(zhì)在摩擦過程中不斷損失的現(xiàn)象稱為磨34演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/10/28機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew35機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2022/10/28機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2022/10/22機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第036第一節(jié)緒論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)二、機(jī)械設(shè)計的一般過程簡介三、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論第一節(jié)緒論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第37一、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)

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)1.課程內(nèi)容機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概38具體研究內(nèi)容

研究機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械零部件（各種機(jī)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(jī)器

若干個機(jī)構(gòu)組合而成的具有確定運(yùn)動的運(yùn)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(jī)、電動機(jī)、起重汽車、金屬切削機(jī)床、電話機(jī)和計算機(jī)等。機(jī)構(gòu)

是機(jī)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(yùn)動確定的系統(tǒng)，用來傳遞運(yùn)動和力。構(gòu)件是由若干零件剛性聯(lián)接而成，是機(jī)器運(yùn)動的最小單元。零件

是機(jī)器加工制造的最小單元。機(jī)器的組成

由原動機(jī)、工作機(jī)、傳動系統(tǒng)等組成。

1.課程內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論具體研究內(nèi)容研究機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械零部件（各種39

常用機(jī)構(gòu)設(shè)計

連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)（棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)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(jī)械系統(tǒng)的調(diào)速與回轉(zhuǎn)件的平衡

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計（運(yùn)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)容機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論常用機(jī)構(gòu)設(shè)計具體內(nèi)容機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章40傳動零件

齒輪傳動蝸桿傳動帶傳動機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論傳動零件齒輪傳動蝸桿傳動帶傳動機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論41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)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論傳動零件圓柱平摩擦輪傳動（a）滑動螺旋;(b）滾動螺旋42聯(lián)接零件

螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接銷聯(lián)接機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論聯(lián)接零件螺紋聯(lián)接鍵聯(lián)接銷聯(lián)接機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論43軸滑動軸承滾動軸承聯(lián)軸器軸系零件機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論軸滑動軸承滾動軸承聯(lián)軸器軸系零件機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論44機(jī)器圖數(shù)控立式升降臺銑床電機(jī)起重機(jī)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論機(jī)器圖數(shù)電機(jī)起重機(jī)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論45連桿曲柄內(nèi)燃機(jī)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(jìn)氣閥頂桿

1234曲柄滑塊機(jī)構(gòu)156齒輪機(jī)構(gòu)178凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論連桿曲柄內(nèi)燃機(jī)實物圖1-氣缸體；2-活塞；3-連桿；4-曲軸46機(jī)器的組成原動機(jī)：驅(qū)動機(jī)器完成預(yù)定功能的動力源工作機(jī)：完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分傳動系統(tǒng)：傳遞運(yùn)動和動力。有機(jī)械傳動、電力傳動和液力傳動等。原動機(jī)傳動系統(tǒng)工作機(jī)

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(jī)械傳動。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論機(jī)器的組成原動機(jī)：驅(qū)動機(jī)器完成預(yù)定功能的動力源原動機(jī)47原動機(jī)：汽油機(jī)和柴油機(jī)。傳動系統(tǒng)：離合器、變速箱、傳動軸和差速器。工作機(jī)：車輪、懸掛系統(tǒng)和底盤?？刂葡到y(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(jī)器組成實例機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論原動機(jī)：汽油機(jī)和柴油機(jī)。機(jī)器組成實例機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第0482.課程性質(zhì)

綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)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(jī)械制圖金屬材料學(xué)工程力學(xué)金工實習(xí)

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2.課程性質(zhì)綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)的培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計493.課程任務(wù)（1）獲得認(rèn)識、使用和維護(hù)機(jī)械設(shè)備的一些基本知識。（2）運(yùn)用有關(guān)設(shè)計手冊、圖冊、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等有關(guān)設(shè)計資料的能力。（3）掌握常用機(jī)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(jī)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(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)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(jī)械發(fā)展動向。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論3.課程任務(wù)（1）獲得認(rèn)識、使用和維護(hù)機(jī)械設(shè)備的一些基50二、機(jī)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(jī)械（機(jī)器）的功能范圍和性能指標(biāo)，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(jìn)行分析計算，確定機(jī)構(gòu)和零件的工作參數(shù)以及機(jī)械（機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，繪制出整臺機(jī)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(jìn)行樣機(jī)試制，對樣機(jī)進(jìn)行試驗、測定，從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上作出評定，提出改進(jìn)意見。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論二、機(jī)械設(shè)計的一般過程簡介1.產(chǎn)品規(guī)劃機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01511、機(jī)械零件的主要失效形式

2、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則三、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則失效：在規(guī)定的工作條件下機(jī)械零件失去了正常工作能力。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論1、機(jī)械零件的主要失效形式三、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則失效52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(qiáng)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(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論斷裂：零件在拉、彎、扭載荷作用下，當(dāng)或53保證機(jī)械零件在要求的壽命內(nèi)不出現(xiàn)各種失效。

強(qiáng)度準(zhǔn)則，

剛度準(zhǔn)則撓度偏轉(zhuǎn)角扭轉(zhuǎn)角

振動穩(wěn)定性準(zhǔn)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(zhǔn)則

驗算壓強(qiáng)

p≤[p]驗算pv

pv≤[pv]

驗算速度v≤[v]2、機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論保證機(jī)械零件在要求的壽命內(nèi)不出現(xiàn)各種失效。54第二節(jié)

機(jī)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(jī)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。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)一、金屬材料機(jī)械55一、金屬材料1．鋼2．鑄鐵3.有色金屬機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論一、金屬材料1．鋼機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論56（含碳量小于2%,大于0.7%的鐵、碳合金）1.鋼碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼：T7、T8普通碳素結(jié)構(gòu)鋼如Q235、Q275等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼C＜0.25%如20合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼、高速工具鋼、硬質(zhì)合金工具鋼特類鋼不銹鋼，如2Cr13、滾動軸承鋼，如GGr9SiMn、耐熱鋼，如3Gr18Ni25Si2等。合金結(jié)構(gòu)鋼如35CrMn2，40CrNiMoA(優(yōu)質(zhì)）低金結(jié)構(gòu)鋼如12Mn彈簧鋼如60Si2MnA中碳鋼0.6%＜C＜0.25%如45高碳鋼0.6%＜C如60鋼機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論（含碳量小于2%,大于0.7%的鐵、碳合金）1.鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼572.鑄鐵（含碳量大于2%的鐵、碳合金）

（1）灰鑄鐵如HT100、HT300,良好的鑄造性、切削加工性、耐磨性，消振性，但抗拉強(qiáng)度低。（2）球墨鑄鐵如QT400-18、QT500-7,強(qiáng)度和塑性比灰鑄鐵有很大的提高，具有良好的耐磨性，但鑄造性較差。（3）可鍛鑄鐵如KTH300-06,強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性均較高，能承受沖擊振動,但生產(chǎn)周期長，成本較高。鑄造大尺寸零件較困難。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論2.鑄鐵（含碳量大于2%的鐵、碳合金）（1）灰鑄鐵如583.有色金屬（1）銅合金黃銅銅與鋅的合金，含少量錳、鋁等元素，如ZCuZn38等。青銅青銅以主加元素的不同又可分為錫青銅和鋁青銅等，如CuAl10Fe3、ZCuSn5PbZn5。青銅比黃銅有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性。

（2）鋁及鋁合金鋁合金具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，其導(dǎo)電性能大約為銅的60%，但由于重量輕，在遠(yuǎn)距離輸送的電纜中常代替銅線。機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論3.有色金屬（1）銅合金機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論59二、非金屬材料

1．工程塑料（1）尼龍品種、數(shù)量及應(yīng)用上居工程塑料之首，它強(qiáng)度高，耐磨性好，耐化學(xué)腐蝕。但易吸收水分而影響尺寸的穩(wěn)定性。（2）聚碳酸脂在工程塑料中韌性最好，透光率達(dá)90%，連續(xù)使用溫度達(dá)135℃～145℃，它正取代玻璃和有機(jī)玻璃，作為飛機(jī)上的擋風(fēng)夾層和天窗。（3）聚甲苯在工程塑料中彈性模量最高，并有高硬度，低摩擦系數(shù)和較好的耐疲勞性能，適用于制造小齒輪及軸套等。（4）聚苯醚在工程塑料中硬度最高，熱膨脹系數(shù)最小，最耐熱。（5）ABS具有良好的綜合性能。廣泛應(yīng)用在管材、家用電器和紡織機(jī)械中。用ABS制成的泡沫夾層板，可作小轎車的車身。

2．橡膠

常用來制造輪胎、墊板、隔熱板、傳動帶和減振零件等

3．夾布膠木常用來制造板材、電工元件，輕載無噪聲齒輪和耐腐蝕元件等。

4．其他工業(yè)上，經(jīng)常使用的非金屬材料還有陶瓷、皮革、木材、紙板等。

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論二、非金屬材料1．工程塑料機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論60三、復(fù)合材料通常由兩種材料結(jié)合而成，可發(fā)揮材料各自的長處，克服各自固有的缺點。常見的復(fù)合材料有：

（1）玻璃鋼玻璃和塑料結(jié)合而成。玻璃具有較高的彈性模量和強(qiáng)度，但太脆，而塑料具有良好的塑性、易于加工，但彈性模量和強(qiáng)度較低，把兩者結(jié)合起來，就產(chǎn)生了玻璃鋼。

（2）硬質(zhì)合金

陶瓷與金屬粉末燒結(jié)在一起

而成。陶瓷材料硬度好，但不易于加工成型，將它與金屬粉末燒結(jié)在一起，就形成了硬度高，耐磨性好且易于加工成形的硬質(zhì)合金。

（3）硼鋁復(fù)合材料

硼與鋁合金結(jié)合而成。它的常溫和高溫強(qiáng)度比高強(qiáng)度的鋁合金大得多。美國現(xiàn)在使用的航天飛機(jī)的整個桁架支柱，均用硼鋁復(fù)合材料的管材制造，比原先采用鋁合金時，減輕重量44%。

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論三、復(fù)合材料通常由兩種材料結(jié)合而成，可發(fā)揮材料各61四、鋼的熱處理簡介熱處理

將鋼在固體狀態(tài)下進(jìn)行不同溫度的加熱、保溫和冷卻的工藝方法叫熱處理，目的是提高零件的力學(xué)性能和改善其工藝性能。1.退火2.正火3.淬火4.回火5.調(diào)質(zhì)6.時效7.表面處理機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論四、鋼的熱處理簡介熱處理將鋼在固體狀態(tài)下進(jìn)行不同溫度的加62123

把鋼加熱到臨界溫度（在鋼的固態(tài)范圍內(nèi)，引起鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的溫度）以上30℃～50℃，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋睾螅S爐溫一起緩慢冷卻下來的熱處理工藝稱為退火。退火的目的是降低材料的硬度，提高塑性，細(xì)化結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)，改善力學(xué)性能和切削加工性能，能消除或減小鑄件、鍛件及焊接件的內(nèi)應(yīng)力。2.正火

將零件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后，然后再空冷，風(fēng)冷或噴霧冷卻。它的冷卻速度比退火快，作用與退火相似，但比退火經(jīng)濟(jì)，成本低，可作為零件的最終熱處理。

3.淬火將零件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后，然后在水中或油中迅速冷卻。由于淬火溫度變化過快，材料內(nèi)部形成較大的淬火應(yīng)力，會導(dǎo)致零件的變形或開裂。淬火不能作為零件的最終熱處理。1.退火機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論1231.退火機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論63

4.回火將淬火后的零件重新加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一段時間后，然后在空氣中冷卻。根據(jù)對零件要求的不同，可采用不同的回火溫度。回火溫度越高，材料的硬度和強(qiáng)度下降越多，而塑性和韌性則顯著提高。（1）低溫回火回火溫度在150℃～250℃，主要用來降低材料的脆性和淬火應(yīng)力，并能保持較高的硬度和耐磨性，常用于刀具、模具等。（2）中溫回火回火溫度在350℃～500℃，其特點是即能保持材料一定的韌性，又能保持一定的彈性和屈服點，常用于彈簧和承受沖擊的零件。（3）高溫回火回火溫度在500℃～650℃，使零件獲得強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都良好的綜合力學(xué)性能。4機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論4.回火4機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第01章概論6456

5.調(diào)質(zhì)淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。一些重要的零件，特別是一些在變應(yīng)力下工作的零件，如連桿、齒輪和軸等常采用調(diào)質(zhì)處理?？梢詼p小或消除零件的內(nèi)應(yīng)力，使零件在工作之前得以充分的變形，零件尺寸可以穩(wěn)定下來。時效分低溫時效和高溫時效。6.時效

（1）低溫時效將零件加熱到100℃～150℃，保溫5～20小時后，再空冷。（2）高溫時效將零件加熱到略低于高溫回火的溫