機械設計第一章

1、1. 1. 課程屬性課程屬性 本課程為必修課。本課程為必修課。 有關本課程的說明有關本課程的說明3. 3. 課時分配課時分配 根據該專業(yè)的要求，編寫時對某些章節(jié)作了適當?shù)膭h減。該根據該專業(yè)的要求，編寫時對某些章節(jié)作了適當?shù)膭h減。該課程學時為課程學時為7070學時，其中實驗課學時，其中實驗課3 3次為次為6 6學時，總復習學時，總復習2 2學時，機學時，機動動2 2學時，理論教學學時，理論教學6060學時學時 。4. 4. 考核方式考核方式 本課程期末考試為閉卷考試，最終成績?yōu)槠綍r成績和期末考本課程期末考試為閉卷考試，最終成績?yōu)槠綍r成績和期末考試成績，其中平時成績占試成績，其中平時成績占20%2

2、0%，期末考試成績占，期末考試成績占80%80%。平時成績包。平時成績包括課堂考勤括課堂考勤50%50%、平時作業(yè)、平時作業(yè)50%50%。 2. 2. 教材教材 所選教材為鄧昭銘編寫的所選教材為鄧昭銘編寫的機械設計基礎機械設計基礎。第一章第一章 機械設計基礎概論機械設計基礎概論第一節(jié)第一節(jié) 機器的組成機器的組成第二節(jié)第二節(jié) 本課程的內容、性質和任務本課程的內容、性質和任務第三節(jié)第三節(jié) 機器應滿足的要求和設計制造程序機器應滿足的要求和設計制造程序第四節(jié)第四節(jié) 機械零件設計的基本知識機械零件設計的基本知識u1.1.機器的組成；機器的組成；u2.2.本課程的內容、性質和任務；本課程的內容、性質和任務

3、；u3.3.機器應滿足的要求和設計制造程序；機器應滿足的要求和設計制造程序；u4.4.機械零件設計的基本知識。機械零件設計的基本知識。u重點：重點：1.1.機械、機器、機構、構件、零件的概念及分類；機械、機器、機構、構件、零件的概念及分類； 2.2.機器的設計程序；機器的設計程序； 3.3.機械零件設計的基本知識。機械零件設計的基本知識。u難點：難點：1.1.機器與機構的區(qū)別；機器與機構的區(qū)別； 2.2.機械零件設計的基本知識。機械零件設計的基本知識。u掌握機械、機器、機構、構件、零件的概念、組成及分類；掌握機械、機器、機構、構件、零件的概念、組成及分類；u了解本課程的內容、性質和任務；了解本

4、課程的內容、性質和任務；u掌握機械零件設計的基本知識和機器設計程序。掌握機械零件設計的基本知識和機器設計程序。第一講：第一講：引言引引 言言 人類社會的進步源于不斷地創(chuàng)新，設計活動則是創(chuàng)新的策劃、起點和關鍵人類社會的進步源于不斷地創(chuàng)新，設計活動則是創(chuàng)新的策劃、起點和關鍵 環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 機器機器是人們改造世界和現(xiàn)代化生活的重要工具，機器的發(fā)明、使用和發(fā)展是人們改造世界和現(xiàn)代化生活的重要工具，機器的發(fā)明、使用和發(fā)展 是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要創(chuàng)新過程。在這一創(chuàng)新過程中，人們總結出了是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要創(chuàng)新過程。在這一創(chuàng)新過程中，人們總結出了 進行機械設計的理論與方法，從而為更高層次的創(chuàng)新與設計奠

5、定了基礎。進行機械設計的理論與方法，從而為更高層次的創(chuàng)新與設計奠定了基礎。 現(xiàn)代教育的目標是素質教育，而素質教育的核心應該是創(chuàng)新素質教育。作現(xiàn)代教育的目標是素質教育，而素質教育的核心應該是創(chuàng)新素質教育。作 為集中了人們關于機械及裝備創(chuàng)新智慧的機械設計的理論與方法，應該是為集中了人們關于機械及裝備創(chuàng)新智慧的機械設計的理論與方法，應該是 同學們學習創(chuàng)新的理想內容。同學們學習創(chuàng)新的理想內容。 關于機械設計基礎的理論與方法是博大精深的，而作為大學學習階段的一關于機械設計基礎的理論與方法是博大精深的，而作為大學學習階段的一 門課程，機械設計基礎課程的主要任務是講述通用機械零部件的設計以及門課程，機械設計

6、基礎課程的主要任務是講述通用機械零部件的設計以及 機械系統(tǒng)設計的基礎知識。機械系統(tǒng)設計的基礎知識。第一節(jié)機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用 機械工業(yè)的生產水平是一個國家現(xiàn)代化建設水平的重要標志。機械工業(yè)的生產水平是一個國家現(xiàn)代化建設水平的重要標志。 機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器既能承擔人力所不能或機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器既能承擔人力所不能或 不便進行的工作，又能較人工生產改進產品質量，特別是能夠大大提高勞不便進行的工作，又能較人工生產改進產品質量，特別是能夠大大提高勞 動生產率和改善勞動條件。動生產率和改善勞動條件。 只有使用機器，才能

7、便于實現(xiàn)產品的標準化、系列化和通用化，尤其是便只有使用機器，才能便于實現(xiàn)產品的標準化、系列化和通用化，尤其是便 于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化。于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化。 機械工業(yè)肩負著為國民經濟各個部門提供裝備和促進技術改造的重任。機械工業(yè)肩負著為國民經濟各個部門提供裝備和促進技術改造的重任。 大量地設計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經濟發(fā)大量地設計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經濟發(fā) 展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設。機器的組成機器的組成一、機器與機構一、機器與機構 在人們的生產和生活中廣泛地使用著各種類型的機器。常

8、見的如內燃在人們的生產和生活中廣泛地使用著各種類型的機器。常見的如內燃機、機床、汽車、火車、發(fā)電機、洗衣機等等。什么是機器，其定義如何？機、機床、汽車、火車、發(fā)電機、洗衣機等等。什么是機器，其定義如何？下面分析兩個實例。下面分析兩個實例。 鄂式破碎機鄂式破碎機內燃機內燃機 由上述實例分析及日常生活中所見到的其他機器可以看出：機器的種由上述實例分析及日常生活中所見到的其他機器可以看出：機器的種類繁多，各類機器的功用不同，并由此產生的工作原理和結構特點也不類繁多，各類機器的功用不同，并由此產生的工作原理和結構特點也不相同，但是各類機器都有著共同的特征：相同，但是各類機器都有著共同的特征：機器的組成

9、機器的組成（1）都是人為的實物組合；）都是人為的實物組合； （2）組成機器的各實物之間具有確定的相對運動；）組成機器的各實物之間具有確定的相對運動； （3）能實現(xiàn)能量轉換或完成有用的機械功。）能實現(xiàn)能量轉換或完成有用的機械功。 凡具備上述三個特征的實物組合就稱為凡具備上述三個特征的實物組合就稱為機器機器，它可用來傳遞運動和變，它可用來傳遞運動和變換運動形式。換運動形式。 由此可知機構只有機器的前兩個特征，若僅從結構和運動觀點來看，由此可知機構只有機器的前兩個特征，若僅從結構和運動觀點來看，機器與機構二者之間并無區(qū)別。因此，習慣上常用機械一詞作為機器和機機器與機構二者之間并無區(qū)別。因此，習慣上常

10、用機械一詞作為機器和機構的總稱。構的總稱。機器的組成機器的組成二、零件、部件和構件二、零件、部件和構件 從制造角度看，若干個零件組成了機構，若干個機構組成了機器，從制造角度看，若干個零件組成了機構，若干個機構組成了機器，零零件是制造單元件是制造單元，是機器的基本組成要素。，是機器的基本組成要素。 概括地講機械零件可分為兩大類：一是在各種機器中都能用到的零件概括地講機械零件可分為兩大類：一是在各種機器中都能用到的零件叫叫通用零件通用零件，如齒輪、螺栓、軸承、帶、帶輪等；另一類則是在特定類型，如齒輪、螺栓、軸承、帶、帶輪等；另一類則是在特定類型的機器中才能用到的零件，叫的機器中才能用到的零件，叫專

11、用零件專用零件，如曲軸、吊鉤、葉片、葉輪等。，如曲軸、吊鉤、葉片、葉輪等。 常把由一組協(xié)同工作的零件組成的獨立制造裝配的組合件叫做常把由一組協(xié)同工作的零件組成的獨立制造裝配的組合件叫做部件部件，如減速器、離合器、制動器等，如減速器、離合器、制動器等，部件是裝配單元部件是裝配單元。 通用零件通用零件專用零件專用零件部件部件機器的組成機器的組成 從機械實現(xiàn)預期運動和功能角度看，機構中形成相對運動的各個運從機械實現(xiàn)預期運動和功能角度看，機構中形成相對運動的各個運動單元稱為動單元稱為構件構件。構件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運。構件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運動單元即是一個構

12、件。動單元即是一個構件。 分析單缸內燃機中的連桿（構件由多個零件組成）。分析單缸內燃機中的連桿（構件由多個零件組成）。 機器的組成機器的組成 從機械實現(xiàn)預期運動和功能角度看，機構中形成相對運動的各個運從機械實現(xiàn)預期運動和功能角度看，機構中形成相對運動的各個運動單元稱為構件。構件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運動單元稱為構件。構件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運動單元即是一個構件。動單元即是一個構件。 分析單缸內燃機中的連桿（構件由多個零件組成）。分析單缸內燃機中的連桿（構件由多個零件組成）。 機器的組成機器的組成三、機器的組成三、機器的組成 機器種類繁多，形狀各異，但就其功

13、能而言，機器是由五個部分組成。機器種類繁多，形狀各異，但就其功能而言，機器是由五個部分組成。 工業(yè)機器人工業(yè)機器人工業(yè)機器人的定義：工業(yè)機器人的定義：其操作機時自動控制的，可重復編程、多用途，并可對三個和三個以上的軸其操作機時自動控制的，可重復編程、多用途，并可對三個和三個以上的軸進行編程。它可以是固定式或移動式。在工業(yè)自動化中使用。進行編程。它可以是固定式或移動式。在工業(yè)自動化中使用。工業(yè)機器人包括操作機和控制系統(tǒng)（硬件和軟件）。工業(yè)機器人包括操作機和控制系統(tǒng)（硬件和軟件）。所謂操作機是一種機器，其機構通常是由一系列相互鉸接或相對滑動的構件所謂操作機是一種機器，其機構通常是由一系列相互鉸接或

14、相對滑動的構件所組成。它通常有幾個自由度，用以抓取或移動物體。所組成。它通常有幾個自由度，用以抓取或移動物體。機器人焊接機器人焊接機器人去毛刺機器人去毛刺工業(yè)機器人工業(yè)機器人數(shù)控加工中的工業(yè)機器人數(shù)控加工中的工業(yè)機器人 工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人的組成 示教板示教板用于輸入控制命令用于輸入控制命令或控制程序或控制程序控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)用于控制操作機各關用于控制操作機各關節(jié)內伺服電機的運動節(jié)內伺服電機的運動操作機操作機在控制系統(tǒng)的控制下，實在控制系統(tǒng)的控制下，實現(xiàn)各種復雜運動。每個關現(xiàn)各種復雜運動。每個關節(jié)內有電動機和減速器節(jié)內有電動機和減速器 工業(yè)機器人工業(yè)機器人認識機器5工業(yè)機器人操作機工業(yè)機

15、器人操作機電機底座電機底座軸殼軸殼減速器減速器滾子軸承滾子軸承基座基座工業(yè)機器人工業(yè)機器人本課程的內容、性質和任務本課程的內容、性質和任務一、本課程的內容一、本課程的內容 機器是由若干機構及零部件組成，機器的功能指標取決于機構類型及機器是由若干機構及零部件組成，機器的功能指標取決于機構類型及零部件的工作能力。為此，本課程內容在簡要介紹有關整部機器設計的基零部件的工作能力。為此，本課程內容在簡要介紹有關整部機器設計的基本知識的基礎上，重點討論本知識的基礎上，重點討論常用機構的組成原理，傳動特點、功能特性、常用機構的組成原理，傳動特點、功能特性、設計方法設計方法等基本知識；重點討論等基本知識；重點

16、討論通用機械零件在一般工作條件下的工作原通用機械零件在一般工作條件下的工作原理、結構特點、選用及設計計算問題理、結構特點、選用及設計計算問題。 本課程的主要內容：本課程的主要內容：1.總論部分總論部分 機械設計的基本原則，一般過程、傳動方案及材料選擇、機械設計的基本原則，一般過程、傳動方案及材料選擇、 潤滑等；潤滑等；2.常用機構部分常用機構部分 平面連桿機構、凸輪機構、間歇機構等；平面連桿機構、凸輪機構、間歇機構等；3.傳動部分傳動部分 齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動等；齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動等；4.聯(lián)接部分聯(lián)接部分 螺紋聯(lián)接、鍵、銷聯(lián)接等；螺紋聯(lián)接、鍵、銷聯(lián)接等；5.軸系部分軸系部分 滑動軸承

17、、滾動軸承、軸及聯(lián)軸器、離合器等；滑動軸承、滾動軸承、軸及聯(lián)軸器、離合器等；6.其他部分其他部分 彈簧、減速器等；彈簧、減速器等； 本課程的內容、性質和任務本課程的內容、性質和任務二、本課程的地位二、本課程的地位 本課程是一門技術基礎課，它綜合運用了工程力學、金屬工藝學、機本課程是一門技術基礎課，它綜合運用了工程力學、金屬工藝學、機械制圖、公差配合等先修課程知識，解決常用機構及通用零部件的分析設械制圖、公差配合等先修課程知識，解決常用機構及通用零部件的分析設計問題，較之以往的先修課程更接近工程實際，但也有別于專業(yè)課程，它計問題，較之以往的先修課程更接近工程實際，但也有別于專業(yè)課程，它主要是研究

18、各類機械所具有的共性問題，在機電類專業(yè)課程體系中占有重主要是研究各類機械所具有的共性問題，在機電類專業(yè)課程體系中占有重要位置。要位置。 三、學習本課程的目的三、學習本課程的目的本課程的內容、性質和任務本課程的內容、性質和任務1. 熟悉常用機構的工作原理，運動特性及機械設計的基本理論和方法。熟悉常用機構的工作原理，運動特性及機械設計的基本理論和方法。2. 基本掌握通用零件的工作原理、選用和維護等方面的知識。基本掌握通用零件的工作原理、選用和維護等方面的知識。3. 培養(yǎng)學生初步具有運用標準手冊，查閱相關技術資料進行一般參數(shù)的通培養(yǎng)學生初步具有運用標準手冊，查閱相關技術資料進行一般參數(shù)的通 用零件和

19、簡單機械傳動裝置的設計計算能力，為學習后續(xù)專業(yè)課程打好用零件和簡單機械傳動裝置的設計計算能力，為學習后續(xù)專業(yè)課程打好 基礎?；A。四、學習方法四、學習方法1. 認識機械、了解機械認識機械、了解機械 學習課程時要理論聯(lián)系實際，多注意觀察各種機械設備，掌握各機構、學習課程時要理論聯(lián)系實際，多注意觀察各種機械設備，掌握各機構、零部件的基本原理和結構。零部件的基本原理和結構。2. 掌握方法，形成總體概念掌握方法，形成總體概念 從機器總體出發(fā)，將各章節(jié)討論的各種機構、通用零件有機聯(lián)系起來，從機器總體出發(fā)，將各章節(jié)討論的各種機構、通用零件有機聯(lián)系起來，防止孤立、片面地學習各章內容。防止孤立、片面地學習各章

20、內容。 3. 理解經驗公式、參數(shù)、簡化計算的使用條件，重視結構設計分析及方案理解經驗公式、參數(shù)、簡化計算的使用條件，重視結構設計分析及方案 選用。選用。 對機器的主要要求機器應滿足的要求和設計制造程序機器應滿足的要求和設計制造程序 設計機器的任務是在當前技術發(fā)展所能達到的條件下，根據設計機器的任務是在當前技術發(fā)展所能達到的條件下，根據生產及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，對生產及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，對機器都要提出以下的基本要求：機器都要提出以下的基本要求： 使用功能要求使用功能要求 經濟性要求經濟性要求 勞動保護要求勞動保護要求 可靠性要求可靠性要求

21、 其它專用要求其它專用要求詳細說明 設計機器的一般程序 計劃階段計劃階段 方案設計階段方案設計階段 技術設計階段技術設計階段 技術文件編制階段技術文件編制階段一部機器的質量基本上決定于設計質量，機器的設計階段是決定一部機器的質量基本上決定于設計質量，機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵。它是一個創(chuàng)造性的工作過程，同時也是一個盡可能機器好壞的關鍵。它是一個創(chuàng)造性的工作過程，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經驗的工作。多地利用已有的成功經驗的工作。作為一部完整的機器，它是一個復雜的系統(tǒng)。要提高設計質量，作為一部完整的機器，它是一個復雜的系統(tǒng)。要提高設計質量，必須有一個科學的設計程序。必須有一個科

22、學的設計程序。設計機器的一般程序：設計機器的一般程序：詳細說明 機器應滿足的要求和設計制造程序機器應滿足的要求和設計制造程序機械零件的主要失效形式1機械零件設計的基本知識機械零件設計的基本知識失效形式失效形式機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。（一）整體斷（一）整體斷裂裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應力超過零件的整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應力超過零件的強度極限而導致的斷裂，或在變應力作用下，危險截面發(fā)生

23、的疲勞斷強度極限而導致的斷裂，或在變應力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。裂。齒輪輪齒斷裂齒輪輪齒斷裂軸承內圈斷裂軸承內圈斷裂（二）過大的殘余變形（二）過大的殘余變形 當作用于零件上的應力超過了材料的屈服極限，零件將產生殘余當作用于零件上的應力超過了材料的屈服極限，零件將產生殘余變形。變形。齒輪齒面塑形變形齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形軸承外圈塑性變形 機械零件設計的基本知識機械零件設計的基本知識失效形式失效形式（三）零件的表面破壞（三）零件的表面破壞 零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。齒面接觸疲勞齒面接觸疲勞軸瓦磨損軸瓦磨損

24、機械零件設計的基本知識機械零件設計的基本知識失效形式失效形式（四）破壞正常工作條件引起的失效（四）破壞正常工作條件引起的失效 有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如：有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如： 液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。 帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。 高速轉動的零件，只有在轉速與轉動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適高速轉動的零件，只有在轉速與轉動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適 當?shù)拈g隔才能正

25、常工作。當?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時會發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性零件在工作時會發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質等很多因素有關。質等很多因素有關。有統(tǒng)計結果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、有統(tǒng)計結果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。腐蝕等因素引起。機械零件設計的基本知識機械零件設計的基本知識失效形式失效形式 強度準則強度準則 剛度準則剛度準則 設計零件時，首先應根據零件的失效形式確定其設計準則以及相設計零件時，首先應根據零件的失效形式確定其設計準則以及相應的設計計算方法。一般來講，有以下幾種準則：應的設計計算方法。一般來

26、講，有以下幾種準則： 壽命準則壽命準則 振動穩(wěn)定性準則振動穩(wěn)定性準則 可靠性準則可靠性準則詳細說明：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設計準則。本的設計準則。：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關。：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關。：高速運轉機械的設計應注重此項準則。：高速運轉機械的設計應注重此項準則。：當計及隨機因素影響時，仍應確保上述各項準則。：當計及隨機因素影響時，仍應確保上述各項準則。 機械零件設計的基本知識機械零件設計的基本知識設計準則設計準則選擇零件類型、結構選擇零件類型、結構 機械零件的設計一般要經過以下幾個步驟：機械零件的設計一般要經過以下幾個步驟：詳細說明 計算零件上的載荷計算零件上的載荷確定計算準則確定計算準則選擇零件的材料選擇零件的材料確定零件的基本尺寸確定零件的基本尺寸結結 構構 設設 計計校校 核核 計計 算算畫出零件工作圖畫出零件工作圖寫出計算說明書寫出計算