機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)ppt課件

1、 第一章第一章 緒緒 論論1 1 本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容2 2 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則及機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則及 一般設(shè)計(jì)步驟一般設(shè)計(jì)步驟 3 3 機(jī)械零件常用金屬材料和鋼機(jī)械零件常用金屬材料和鋼 處理常識(shí)（自學(xué)）處理常識(shí)（自學(xué)） 本課程研究的對(duì)象是機(jī)械（機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱）。本課程研究的對(duì)象是機(jī)械（機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱）。1 1 本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容本課程研究的對(duì)象和內(nèi)容 古代水碓古代水碓 牛頭刨牛頭刨 床床 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)照相機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，將活塞往復(fù)，將活塞往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；移動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)，改變轉(zhuǎn)速大

2、小和，改變轉(zhuǎn)速大小和轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)向；凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)，將凸輪的，將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U往復(fù)移動(dòng)。連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U往復(fù)移動(dòng)。 機(jī)器實(shí)例：機(jī)器實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 1 1、功能：內(nèi)燃機(jī)、功能：內(nèi)燃機(jī)是將燃?xì)馊紵龝r(shí)的熱是將燃?xì)馊紵龝r(shí)的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)機(jī)器器。 2 2、組成包含三種機(jī)構(gòu)：、組成包含三種機(jī)構(gòu)：一、機(jī)械、機(jī)器和機(jī)構(gòu)一、機(jī)械、機(jī)器和機(jī)構(gòu)氣缸體氣缸體1 1活塞活塞2 2進(jìn)氣閥進(jìn)氣閥3 3排氣閥排氣閥4 4連桿連桿5 5曲軸曲軸6 6凸輪凸輪7 7頂桿頂桿8 8齒輪齒輪9 9 活塞下行，進(jìn)氣閥打開，活塞下行，進(jìn)氣閥打開，燃?xì)獗晃肫兹細(xì)獗晃肫谆钊闲?，進(jìn)氣閥關(guān)閉，壓縮燃

3、氣活塞上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉，壓縮燃?xì)恻c(diǎn)火后燃?xì)馊紵蛎?，推?dòng)活塞點(diǎn)火后燃?xì)馊紵蛎?，推?dòng)活塞下行，經(jīng)連桿帶動(dòng)曲軸輸出轉(zhuǎn)動(dòng)下行，經(jīng)連桿帶動(dòng)曲軸輸出轉(zhuǎn)動(dòng) 活塞上行，排氣閥打開，排出廢氣活塞上行，排氣閥打開，排出廢氣3 3、工作過程：、工作過程：4 4、運(yùn)動(dòng)分析：、運(yùn)動(dòng)分析：原動(dòng)件：活塞原動(dòng)件：活塞由燃?xì)馔苿?dòng)（驅(qū)動(dòng)力所作用的構(gòu)件）由燃?xì)馔苿?dòng)（驅(qū)動(dòng)力所作用的構(gòu)件）主運(yùn)動(dòng)：將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)：將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輔助運(yùn)動(dòng)：配氣輔助運(yùn)動(dòng)：配氣 啟閉進(jìn)排氣閥啟閉進(jìn)排氣閥 機(jī)器：既能實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又能完成有用的機(jī)器：既能實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又能完成有用的機(jī)械功，或者能傳遞

4、或轉(zhuǎn)換能量、物料、信息等。如機(jī)械功，或者能傳遞或轉(zhuǎn)換能量、物料、信息等。如 車車床床實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又作有用的機(jī)械功實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又作有用的機(jī)械功 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換能量 機(jī)械手機(jī)械手傳遞物料傳遞物料 照相機(jī)照相機(jī)傳遞信息傳遞信息 機(jī)構(gòu)：僅能傳遞或轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)。如機(jī)構(gòu)：僅能傳遞或轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)。如 齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng) 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng) 機(jī)械：是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)械：是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。 總結(jié)：總結(jié)：二、機(jī)械的特征二、機(jī)械的特征1 1）人為的實(shí)物組合）人為的實(shí)物組合由人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)由人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)2 2）各實(shí)物間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)）各實(shí)物間具有確定的

5、相對(duì)運(yùn)動(dòng)3 3）實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有效的機(jī)械功）實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有效的機(jī)械功如如內(nèi)燃機(jī)：熱能內(nèi)燃機(jī)：熱能機(jī)械能機(jī)械能發(fā)電機(jī)：機(jī)械能發(fā)電機(jī)：機(jī)械能電能電能電動(dòng)機(jī)：電能電動(dòng)機(jī)：電能機(jī)械能機(jī)械能1 1、機(jī)器的特征、機(jī)器的特征活塞活塞缸體：往復(fù)運(yùn)動(dòng)缸體：往復(fù)運(yùn)動(dòng)曲軸曲軸缸體：轉(zhuǎn)動(dòng)缸體：轉(zhuǎn)動(dòng)連桿連桿曲軸：擺動(dòng)曲軸：擺動(dòng)如如具有以上三個(gè)特征具有以上三個(gè)特征機(jī)器機(jī)器凸輪機(jī)構(gòu)（配氣機(jī)構(gòu)）：把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（配氣機(jī)構(gòu)）：把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：將活塞的直線運(yùn)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：將活塞的直線運(yùn)動(dòng)曲柄的回轉(zhuǎn)曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)如如機(jī)器是由一種或多種機(jī)構(gòu)組成的。機(jī)器是由一種或多種機(jī)構(gòu)組成的。只具有機(jī)器的

6、前兩個(gè)特征只具有機(jī)器的前兩個(gè)特征機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)2 2、機(jī)構(gòu)的特征、機(jī)構(gòu)的特征3 3、機(jī)器和機(jī)構(gòu)的關(guān)系、機(jī)器和機(jī)構(gòu)的關(guān)系三、構(gòu)件和零件三、構(gòu)件和零件1. 1. 機(jī)器由機(jī)構(gòu)組成機(jī)器由機(jī)構(gòu)組成: :3.3.構(gòu)件：機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)單元，是機(jī)器中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件：機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)單元，是機(jī)器中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體，由一個(gè)或幾個(gè)零件組成。單元體，由一個(gè)或幾個(gè)零件組成。單一零件曲軸單一零件曲軸多個(gè)零件多個(gè)零件剛性組合剛性組合連桿連桿2. 2. 機(jī)構(gòu)是人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)，必須滿足兩點(diǎn)機(jī)構(gòu)是人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)，必須滿足兩點(diǎn): :若干構(gòu)若干構(gòu)件的組合；這些構(gòu)件具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。件的組合；這些構(gòu)件具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 4.4.零

7、件是組成機(jī)器最基本的單元體，是機(jī)械制造的單元零件是組成機(jī)器最基本的單元體，是機(jī)械制造的單元體。體。 專用零件：特定機(jī)器中所使用的零件，如活塞、曲專用零件：特定機(jī)器中所使用的零件，如活塞、曲軸、葉片軸、葉片通用零件：各類機(jī)器中普遍使用的零件，如齒輪、通用零件：各類機(jī)器中普遍使用的零件，如齒輪、軸、螺栓等軸、螺栓等 5.5.部件：若干個(gè)零件的裝配體部件：若干個(gè)零件的裝配體 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的研究對(duì)象是常用機(jī)構(gòu)和通用零機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的研究對(duì)象是常用機(jī)構(gòu)和通用零部件的工作原理、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算的部件的工作原理、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論和方法及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范基本理論和方法及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

8、 四、本課程的研究對(duì)象和研究方法四、本課程的研究對(duì)象和研究方法1.2 1.2 機(jī)械零件設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則機(jī)械零件設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則 及一般設(shè)計(jì)步驟及一般設(shè)計(jì)步驟 零部件喪失正常工作能力稱為失效。零部件喪失正常工作能力稱為失效。 主要失效形式主要失效形式永久性：斷裂、塑性變形、過度永久性：斷裂、塑性變形、過度磨損、膠合等；暫時(shí)性失效：彈性變形，打滑和共振等。磨損、膠合等；暫時(shí)性失效：彈性變形，打滑和共振等。 失效原因失效原因強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性不強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性不能滿足工作要求。根據(jù)失效原因制定了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并作能滿足工作要求。根據(jù)失效原因制定了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并作為防止失效和進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的

9、依據(jù)。為防止失效和進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。( (一一) )強(qiáng)度強(qiáng)度1 1、體積強(qiáng)度：、體積強(qiáng)度：抵抗斷裂和過大塑性變形的能力，抵抗斷裂和過大塑性變形的能力，, , 極限應(yīng)力極限應(yīng)力lim,limlim,lim應(yīng)根據(jù)零件材料性質(zhì)及所受應(yīng)應(yīng)根據(jù)零件材料性質(zhì)及所受應(yīng)力類型作如下選擇：力類型作如下選擇： ) )靜應(yīng)力下工作的塑性材料零件，失效為塑性變形，靜應(yīng)力下工作的塑性材料零件，失效為塑性變形，應(yīng)按不發(fā)生塑性變形的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的屈服點(diǎn)應(yīng)按不發(fā)生塑性變形的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的屈服點(diǎn)，作為極限應(yīng)力作為極限應(yīng)力lim,limlim,lim。 ) )靜應(yīng)力下脆性材料，失效為斷裂，應(yīng)按不發(fā)生斷靜應(yīng)力

10、下脆性材料，失效為斷裂，應(yīng)按不發(fā)生斷裂的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的強(qiáng)度極限裂的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的強(qiáng)度極限，作為作為極限應(yīng)力極限應(yīng)力lim,limlim,lim。 ) )交變應(yīng)力下，失效為疲勞斷裂，應(yīng)按不發(fā)生疲勞交變應(yīng)力下，失效為疲勞斷裂，應(yīng)按不發(fā)生疲勞斷裂的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力斷裂的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力lim,limlim,lim。、表面強(qiáng)度：、表面強(qiáng)度：抵抗表面損傷的能力抵抗表面損傷的能力）表面擠壓強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度： 面接觸的兩零件受載后接觸面間產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。面接觸的兩零件受載后接觸面間產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。失效形式：塑性材料失效形式：塑性材料表面

11、塑性變形；脆性材料表面塑性變形；脆性材料表表面壓潰。面壓潰。 擠壓強(qiáng)度條件：擠壓強(qiáng)度條件：ss）表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度產(chǎn)生原因：點(diǎn)、線接觸的零件受載后產(chǎn)生的局部應(yīng)力產(chǎn)生原因：點(diǎn)、線接觸的零件受載后產(chǎn)生的局部應(yīng)力失效形式：失效形式：靜載荷：脆性材料的表面壓碎和塑性材料的表面塑性變形；靜載荷：脆性材料的表面壓碎和塑性材料的表面塑性變形；循環(huán)接觸：表面疲勞磨損，疲勞點(diǎn)蝕（在交變應(yīng)力的反復(fù)作循環(huán)接觸：表面疲勞磨損，疲勞點(diǎn)蝕（在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，零件表面的金屬成小片狀脫落下來而形成一些小凹坑用下，零件表面的金屬成小片狀脫落下來而形成一些小凹坑的現(xiàn)象）的現(xiàn)象）不發(fā)生失效的強(qiáng)度條件：不發(fā)生失效的強(qiáng)度條

12、件： （二）剛度（二）剛度 抵抗彈性變形的能力。最大變形量不能超過許用變形抵抗彈性變形的能力。最大變形量不能超過許用變形量：包括線性變形，轉(zhuǎn)角和扭角變形。量：包括線性變形，轉(zhuǎn)角和扭角變形。（三）耐磨性（三）耐磨性載荷作用下相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩零件表面抵抗磨損的能力。載荷作用下相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩零件表面抵抗磨損的能力。在滑動(dòng)摩擦下工作的零件，常因載荷大，轉(zhuǎn)速高過度磨在滑動(dòng)摩擦下工作的零件，常因載荷大，轉(zhuǎn)速高過度磨損而失效。影響磨損的因素很多，通過限制零件工作面的損而失效。影響磨損的因素很多，通過限制零件工作面的單位壓力和相對(duì)滑動(dòng)速度，進(jìn)行良好的潤滑以及提高零件單位壓力和相對(duì)滑動(dòng)速度，進(jìn)行良好的潤滑以及提高零件

13、表面硬度和表面質(zhì)量來提高耐磨性。表面硬度和表面質(zhì)量來提高耐磨性。（四）振動(dòng)穩(wěn)定性（四）振動(dòng)穩(wěn)定性 避免零件的固有頻率和強(qiáng)迫振動(dòng)頻率相等或成整數(shù)倍避免零件的固有頻率和強(qiáng)迫振動(dòng)頻率相等或成整數(shù)倍 靜應(yīng)力強(qiáng)度：通常認(rèn)為在機(jī)械零件整個(gè)工作壽命期靜應(yīng)力強(qiáng)度：通常認(rèn)為在機(jī)械零件整個(gè)工作壽命期間應(yīng)力變化次數(shù)小于間應(yīng)力變化次數(shù)小于10103 3的通用零件，均按靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)的通用零件，均按靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。（材料力學(xué)范疇）行設(shè)計(jì)。（材料力學(xué)范疇） 變應(yīng)力強(qiáng)度：在變應(yīng)力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。變應(yīng)力強(qiáng)度：在變應(yīng)力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。 疲勞破壞定義：金屬材料試件在交變應(yīng)力作用下，疲勞破壞定義：金屬材料試件

14、在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過長時(shí)間的試驗(yàn)而發(fā)生的破壞。經(jīng)過長時(shí)間的試驗(yàn)而發(fā)生的破壞。（一）（一） 應(yīng)力的類型和特點(diǎn)應(yīng)力的類型和特點(diǎn) 靜應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向不隨時(shí)間而變化或變化緩靜應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向不隨時(shí)間而變化或變化緩慢的應(yīng)力。零件相應(yīng)的失效形式為塑性變形或斷裂。慢的應(yīng)力。零件相應(yīng)的失效形式為塑性變形或斷裂。 交變應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的交變應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力。零件相應(yīng)的失效形式為疲勞破壞。應(yīng)力。零件相應(yīng)的失效形式為疲勞破壞。 例：例：常見變應(yīng)力及其基本變化規(guī)律常見變應(yīng)力及其基本變化規(guī)律 minmaxmaxminmaxmin:22mrs關(guān)系變應(yīng)力參

15、數(shù)變應(yīng)力參數(shù)Otmaxminsamax max 最大應(yīng)力最大應(yīng)力 min min 最小應(yīng)力最小應(yīng)力 m m 平均應(yīng)力平均應(yīng)力s s 應(yīng)力幅應(yīng)力幅 r r 變應(yīng)力循環(huán)特性變應(yīng)力循環(huán)特性對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力s= 0 r = -1 min= 0 r = 0 脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力例：火車輪軸、雙向轉(zhuǎn)動(dòng)的例：火車輪軸、雙向轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪輪齒的彎曲應(yīng)力齒輪輪齒的彎曲應(yīng)力例：?jiǎn)蜗蜣D(zhuǎn)動(dòng)的齒輪輪齒的例：?jiǎn)蜗蜣D(zhuǎn)動(dòng)的齒輪輪齒的彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力-1 r 0 0 r ND N ND 無限壽命區(qū)無限壽命區(qū)曲線段曲線段 N ND N ND 有限壽命區(qū)有限壽命區(qū)mrrNNN0 有限壽命（為有限

16、壽命（為N N）時(shí)疲勞極限）時(shí)疲勞極限 m m 隨應(yīng)力狀態(tài)而不同的指數(shù)隨應(yīng)力狀態(tài)而不同的指數(shù) NNrK CNNmrmrN0r 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù) ND =10625107 N01 1）根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。為此，）根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。為此，必須對(duì)各種零件的不同用途、優(yōu)缺點(diǎn)、特性與使用范圍等，必須對(duì)各種零件的不同用途、優(yōu)缺點(diǎn)、特性與使用范圍等，進(jìn)行綜合對(duì)比并正確選用。進(jìn)行綜合對(duì)比并正確選用。2 2）根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。）根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。3 3）根據(jù)零件的工作要求及對(duì)零件的特殊要求，選擇適當(dāng)）根據(jù)零件的工作要求及對(duì)零件的特殊要求，選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀５牟牧稀? 4）根據(jù)零件可能的失效形式確定計(jì)算準(zhǔn)則，根據(jù)計(jì)算準(zhǔn)）根據(jù)零件可能