機械設(shè)計第1章

1、第 1 章 緒 論一、研究對象一、研究對象 1、機器、機器 如：縫紉機、洗衣機、機床、汽車、推如：縫紉機、洗衣機、機床、汽車、推土機、機器人、機械手等。土機、機器人、機械手等。1-1 1-1 本課程研究的對象及主要內(nèi)容本課程研究的對象及主要內(nèi)容例一：單缸四沖程內(nèi)燃機例一：單缸四沖程內(nèi)燃機n工作原理工作原理：燃氣由進氣管通過進氣閥被下行的活燃氣由進氣管通過進氣閥被下行的活塞吸入氣缸，然后進氣閥關(guān)閉，活塞上行壓縮燃塞吸入氣缸，然后進氣閥關(guān)閉，活塞上行壓縮燃氣，點火使燃氣在汽缸中燃燒，膨脹產(chǎn)生壓力，氣，點火使燃氣在汽缸中燃燒，膨脹產(chǎn)生壓力，推動活塞下行，通過連桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動，向外輸推動活塞下行，通過

2、連桿帶動曲軸轉(zhuǎn)動，向外輸出機械能。當活塞再次上行時，排氣閥打開，廢出機械能。當活塞再次上行時，排氣閥打開，廢氣通過排氣管排出。氣通過排氣管排出。即：即：內(nèi)燃機點火之后，燃料燃燒生成的燃氣推動內(nèi)燃機點火之后，燃料燃燒生成的燃氣推動活活塞工作往復(fù)移動塞工作往復(fù)移動，通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)?，通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)曲軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動動。動畫演示：動畫演示：功能：功能：熱能熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)闄C械能機械能機構(gòu)運動簡圖：機構(gòu)運動簡圖：例二：電動機例二：電動機n組成：組成：一個轉(zhuǎn)子和一個定子一個轉(zhuǎn)子和一個定子n工作原理：工作原理：當定子有電流輸入時，轉(zhuǎn)子便能做當定子有電流輸入時，轉(zhuǎn)子便能做 回轉(zhuǎn)運動，使回轉(zhuǎn)運動，使電能

3、電能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為機械能機械能。功能功能：電能電能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)闄C械能機械能例三：工業(yè)機器人例三：工業(yè)機器人組成：組成：機械手、計算機控制器、液壓裝置和機械手、計算機控制器、液壓裝置和 電力裝置電力裝置 工作原理：工作原理： 功能：功能：利用機械能傳遞物料利用機械能傳遞物料機械手機械手電力裝置電力裝置控制器控制器（計算機）（計算機）液壓站液壓站工業(yè)機器人工業(yè)機器人工業(yè)機器人：工業(yè)機器人：（1）機器的特征：）機器的特征：它們都是一種人為的實物組合體，不是天然形成的；它們都是一種人為的實物組合體，不是天然形成的；組成它們的各部分之間具有確定的相對運動；組成它們的各部分之間具有確定的相對運動；在生產(chǎn)過程

4、中，它們能代替或減輕人類的勞動，從而在生產(chǎn)過程中，它們能代替或減輕人類的勞動，從而完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能。能變換傳遞能量、物完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能。能變換傳遞能量、物料和信息。料和信息。 如電動機、內(nèi)燃機、破碎機、起重機、計算機。如電動機、內(nèi)燃機、破碎機、起重機、計算機。n機器：機器：執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料和信息。物料和信息。n（2）機器的分類）機器的分類n 根據(jù)功能轉(zhuǎn)換原理根據(jù)功能轉(zhuǎn)換原理n 原動機：原動機：凡將其他形式能量變換為機械能的機凡將其他形式能量變換為機械能的機器器n 如：內(nèi)燃機、電動機如：內(nèi)燃機、電動機n

5、工作機：工作機：凡利用凡利用機械能機械能去變換或傳遞能量、物去變換或傳遞能量、物料、信息的機器。料、信息的機器。 如：發(fā)電機如：發(fā)電機 各種加工機床各種加工機床 起重機起重機 計算機計算機 錄音機錄音機根據(jù)機器的用途根據(jù)機器的用途 加工機器：加工機器：機床、紡織機、包裝機機床、紡織機、包裝機 運輸機器：運輸機器：汽車、拖拉機、輸送機汽車、拖拉機、輸送機 信息處理機器：信息處理機器：計算機、錄音機、機械積分儀、記計算機、錄音機、機械積分儀、記賬機賬機（3）機器的組成動力部分動力部分 將其他能量變換為機械能，是驅(qū)動整部機器的動力源將其他能量變換為機械能，是驅(qū)動整部機器的動力源常用的動力源：常用的動

6、力源：電力、液力、熱力和壓縮空氣等。電力、液力、熱力和壓縮空氣等。常用的原動機：常用的原動機：電動機、內(nèi)燃機、液壓缸、氣動缸等。電動機、內(nèi)燃機、液壓缸、氣動缸等。執(zhí)行部分執(zhí)行部分 處于傳動路線的處于傳動路線的終端終端，完成機械預(yù)期的動作。，完成機械預(yù)期的動作。傳動部分傳動部分 介于介于原動機原動機和和執(zhí)行部分執(zhí)行部分之間，把之間，把原動機原動機的運動和的運動和動力傳遞給動力傳遞給執(zhí)行部分執(zhí)行部分。執(zhí)行部分和傳動部分是機器的主體。執(zhí)行部分和傳動部分是機器的主體。控制部分控制部分 控制機器控制機器的其他基本部分，使操作者能隨時實現(xiàn)或終止各的其他基本部分，使操作者能隨時實現(xiàn)或終止各種預(yù)定的功能。種預(yù)

7、定的功能。包括：包括：各種控制機構(gòu)、電氣裝置、計算機或液壓系統(tǒng)、氣壓各種控制機構(gòu)、電氣裝置、計算機或液壓系統(tǒng)、氣壓 系統(tǒng)等。系統(tǒng)等?，F(xiàn)代機器的控制部分現(xiàn)代機器的控制部分：機器控制系統(tǒng)機器控制系統(tǒng)和和電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)。機器的組成：機器的組成：原動機：原動機： 驅(qū)動機器完成預(yù)定功能的動力源驅(qū)動機器完成預(yù)定功能的動力源工作機：工作機： 完成機器預(yù)定功能的組成部分完成機器預(yù)定功能的組成部分傳動系統(tǒng)：傳遞運動和動力傳動系統(tǒng)：傳遞運動和動力 。有機械傳動、電力傳動和液。有機械傳動、電力傳動和液力傳動等。力傳動等。原動機原動機 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)工作機工作機 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（潤滑、顯示輔助系

8、統(tǒng)（潤滑、顯示 、照明等、照明等本課程只研究機械傳動。本課程只研究機械傳動。 原原 動動 機：機： 汽油機和柴油機。汽油機和柴油機。傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)：離合器、變速箱、離合器、變速箱、 傳動軸和差速器。傳動軸和差速器。 工工 作作 機：機： 車輪、懸掛系統(tǒng)車輪、懸掛系統(tǒng) 和底盤。和底盤。控制系統(tǒng)：控制系統(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。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)：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

9、助系壓表等為顯示系統(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)。信號系統(tǒng)。機器組成實例機器組成實例2 2、機構(gòu)、機構(gòu)（1 1）機架）機架 凡凡本身固定不動的構(gòu)件本身固定不動的構(gòu)件或相對地球運動但固結(jié)或相對地球運動但固結(jié)于給定坐標參考系于給定坐標參考系并視為固定不動的構(gòu)件并視為固定不動的構(gòu)件統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為機架。機架。 如：內(nèi)燃機的汽缸體、飛機的機體、車輛的車架等。如：內(nèi)燃機的汽缸體、飛機的機體、車輛的車架等。零件：零件：組成機器的不可拆的基本單元。組成機器的不可拆的基本單元。 機器中

10、的機器中的制造單元制造單元。如內(nèi)燃機中的一個螺釘、曲軸等。如內(nèi)燃機中的一個螺釘、曲軸等。（2）零件和構(gòu)件）零件和構(gòu)件n零件：零件：專用零件專用零件和和通用零件通用零件n 通用零件：通用零件：在各種機器中都能用到的零件叫在各種機器中都能用到的零件叫通用通用零件零件，或稱為，或稱為常用件常用件、標準件標準件。n 如齒輪、帶輪、螺釘、軸、軸承、彈簧等；如齒輪、帶輪、螺釘、軸、軸承、彈簧等；通用零件通用零件 專用零件：專用零件：在特定類型的機器中才能用到的零在特定類型的機器中才能用到的零件，叫件，叫專用零件專用零件。 如如曲軸曲軸、活塞活塞、吊鉤吊鉤、葉片葉片、葉輪葉輪等。等。專用零件專用零件用途專用

11、零部件：只在一定類型機器中使用的零件，如曲軸。通用零部件：各種機器中普遍使用的零部件，如齒輪、螺栓。標準件：制定了國家標準，并由專門工廠生產(chǎn)的零部件。 如：滾動軸承、螺栓等。構(gòu)件構(gòu)件 它可以是一個零件，也可以是由許多零件組而成的它可以是一個零件，也可以是由許多零件組而成的剛剛性結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)。 它是機構(gòu)中的它是機構(gòu)中的運動單元運動單元。如：內(nèi)燃機中連桿如：內(nèi)燃機中連桿 部件：部件：為完成為完成同一使命同一使命而協(xié)同工作的許多而協(xié)同工作的許多零件的組合零件的組合。如：如：滾動軸承、聯(lián)軸器滾動軸承、聯(lián)軸器（3）機構(gòu)機構(gòu) 內(nèi)燃機的運動：內(nèi)燃機的運動：傳遞回轉(zhuǎn)運動；傳遞回轉(zhuǎn)運動；將轉(zhuǎn)動變成往復(fù)運動；將轉(zhuǎn)動

12、變成往復(fù)運動；利用機件本身的輪廓曲線來利用機件本身的輪廓曲線來實現(xiàn)預(yù)期規(guī)律的移動或擺動。實現(xiàn)預(yù)期規(guī)律的移動或擺動。齒輪和齒輪齒輪和齒輪形狀特點：形狀特點：具有輪齒具有輪齒運動特點：運動特點：把高速轉(zhuǎn)動變?yōu)榈退俎D(zhuǎn)動或反之把高速轉(zhuǎn)動變?yōu)榈退俎D(zhuǎn)動或反之稱為：稱為：齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)凸輪和頂桿凸輪和頂桿形狀特點：形狀特點：主要機件具有特定輪廓曲線的凸輪主要機件具有特定輪廓曲線的凸輪運動特點：運動特點：利用其輪廓曲線使從動件按指定規(guī)律作周期性的利用其輪廓曲線使從動件按指定規(guī)律作周期性的往復(fù)移動或擺動。往復(fù)移動或擺動。 稱為：稱為：凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)凸凸 輪輪 機機 構(gòu)構(gòu)活塞、連桿和曲軸活塞、連桿和曲軸形狀特

13、點：形狀特點：主要機件是桿狀或塊狀主要機件是桿狀或塊狀運動特點：運動特點：能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動或移動等運動形式的相互轉(zhuǎn)換能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動或移動等運動形式的相互轉(zhuǎn)換稱為：稱為：連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)連連 桿桿 機機 構(gòu)構(gòu)可見，機構(gòu)具有的可見，機構(gòu)具有的特征：特征： 1）它們是人為的實物組合；）它們是人為的實物組合； 2）各實體之間具有確定的相對運動。）各實體之間具有確定的相對運動。 機構(gòu)：機構(gòu)：人們將能實現(xiàn)預(yù)期的機械運動的各構(gòu)件的基人們將能實現(xiàn)預(yù)期的機械運動的各構(gòu)件的基本組合體。本組合體。常見的機構(gòu)：常見的機構(gòu)：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、輪系等。構(gòu)、輪系等。機構(gòu)與機器：機構(gòu)與

14、機器：從組成來分析從組成來分析: :機器由各種機構(gòu)組成。如：如：內(nèi)燃機由內(nèi)燃機由曲柄滑曲柄滑塊機構(gòu)塊機構(gòu)、齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)組成。組成。機器：機器：是由各種機構(gòu)組成，可以是由各種機構(gòu)組成，可以實現(xiàn)預(yù)期機械運實現(xiàn)預(yù)期機械運 動動并并完成有用機械功完成有用機械功或或轉(zhuǎn)換機械能轉(zhuǎn)換機械能。機構(gòu)：機構(gòu)：由若干構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間具有確定的由若干構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間具有確定的 相對運動，僅僅起著相對運動，僅僅起著運動傳遞運動傳遞和和運動形運動形 式轉(zhuǎn)換式轉(zhuǎn)換的作用。的作用。 機器和機構(gòu)最明顯的機器和機構(gòu)最明顯的區(qū)別區(qū)別是：是：機器能作有用功，機器能作有用功，而機構(gòu)不能，機構(gòu)僅能實現(xiàn)預(yù)期的

15、機械運動。而機構(gòu)不能，機構(gòu)僅能實現(xiàn)預(yù)期的機械運動。3、機械、機械 機械是機械是機器機器和和機構(gòu)機構(gòu)的總稱。的總稱?？偨Y(jié)：總結(jié)：機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件和零件的關(guān)系機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件和零件的關(guān)系 零件零件剛連剛連構(gòu)件構(gòu)件可動連接可動連接機構(gòu)機構(gòu)組合組合機器機器 機械機械研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：機械中的機械中的常用機構(gòu)常用機構(gòu)和和通用零件通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本的設(shè)計理論和計算方法?；镜脑O(shè)計理論和計算方法。一、性質(zhì)一、性質(zhì)u機械設(shè)計基礎(chǔ)是高等學(xué)校工科有關(guān)專業(yè)一門重要的技機械設(shè)計基礎(chǔ)是高等學(xué)校工科有關(guān)專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。術(shù)基礎(chǔ)課。u機械設(shè)計基礎(chǔ)將為有關(guān)專業(yè)的學(xué)生

16、學(xué)習(xí)專業(yè)機械設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)將為有關(guān)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)機械設(shè)備課程提供必要的理論基礎(chǔ)；課程提供必要的理論基礎(chǔ)；使從事工藝、運行、管理使從事工藝、運行、管理的技術(shù)人員，在了解各種機械的傳動原理、設(shè)備的正的技術(shù)人員，在了解各種機械的傳動原理、設(shè)備的正確使用和維護及設(shè)備的故障分析等方面獲得必要的基確使用和維護及設(shè)備的故障分析等方面獲得必要的基本知識。本知識。1-2 1-2 本課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)要求本課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)要求二、主要任務(wù)二、主要任務(wù) 通過本課程的學(xué)習(xí)和課程設(shè)計實踐，可以培通過本課程的學(xué)習(xí)和課程設(shè)計實踐，可以培養(yǎng)學(xué)生初步具備運用手冊設(shè)計機械傳動裝置和簡養(yǎng)學(xué)生初步具備運用手冊設(shè)計機械

17、傳動裝置和簡單機械的能力，為日后從事技術(shù)革新創(chuàng)造條件。單機械的能力，為日后從事技術(shù)革新創(chuàng)造條件。任務(wù)：任務(wù)：u掌握常用機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、特性等基本知識，初步掌握常用機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、特性等基本知識，初步具有選用、分析機構(gòu)的能力。具有選用、分析機構(gòu)的能力。u掌握通用機械零件的工作原理、特點、應(yīng)用和掌握通用機械零件的工作原理、特點、應(yīng)用和簡單設(shè)計計算方法，并初步具有選簡單設(shè)計計算方法，并初步具有選 用、用、 分析分析和設(shè)計簡單機械傳動裝置的能力。和設(shè)計簡單機械傳動裝置的能力。u 運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及查閱有關(guān)技術(shù)運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力。資料的能力。三、基本要求三、基本要求 （

18、P2）四、先修課程四、先修課程u本課程是建立在本課程是建立在物理、數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、機械制物理、數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、機械制圖、工程材料、金工實習(xí)、機械制造基礎(chǔ)圖、工程材料、金工實習(xí)、機械制造基礎(chǔ)等課程等課程基礎(chǔ)之上的一門基礎(chǔ)之上的一門技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課。u研究組成一般機械的研究組成一般機械的常用機構(gòu)常用機構(gòu)、通用零件通用零件和和在機械在機械設(shè)計中一些常遇到的基本共性設(shè)計中一些常遇到的基本共性問題問題。先修課程：先修課程：v高等數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué) 普通物理普通物理 機械制圖機械制圖 工程力學(xué)工程力學(xué)、金工實習(xí)、金工實習(xí) 機械制造基礎(chǔ)機械制造基礎(chǔ)等等基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課專業(yè)課專業(yè)課機械設(shè)計基礎(chǔ)機

19、械設(shè)計基礎(chǔ)比基礎(chǔ)課更接比基礎(chǔ)課更接近工程實際近工程實際承上啟下承上啟下比專業(yè)課有更寬的研比專業(yè)課有更寬的研究面和更廣的適應(yīng)性究面和更廣的適應(yīng)性1-3 機械設(shè)計的基本要求和一般程序 一、機械設(shè)計的基本要求u機械設(shè)計：機械設(shè)計：規(guī)劃和設(shè)計實現(xiàn)預(yù)期功能的新機械規(guī)劃和設(shè)計實現(xiàn)預(yù)期功能的新機械或或改進原有改進原有機械的性能機械的性能。u設(shè)計機械應(yīng)滿足的設(shè)計機械應(yīng)滿足的基本要求基本要求： 在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠、操作方便、維修簡單和造型在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠、操作方便、維修簡單和造型美觀等。美觀等。具體有如

20、下三個方面要求：具體有如下三個方面要求：1、使用要求 （功能要求功能要求） 所設(shè)計的機械應(yīng)在規(guī)定的壽命期限內(nèi)能正常完所設(shè)計的機械應(yīng)在規(guī)定的壽命期限內(nèi)能正常完成預(yù)期的使用功能。成預(yù)期的使用功能。這是最主要的要求這是最主要的要求。2、經(jīng)濟要求 所設(shè)計的機械設(shè)備應(yīng)在所設(shè)計的機械設(shè)備應(yīng)在設(shè)計設(shè)計、制造制造和和使用使用的的全過程中都有低的成本。全過程中都有低的成本。設(shè)計：采用先進的設(shè)計方法（設(shè)計：采用先進的設(shè)計方法（CAD、并行設(shè)計）、并行設(shè)計） 縮短設(shè)計周期縮短設(shè)計周期 制造：制造：省工、省料、裝配方便、縮短制造周期省工、省料、裝配方便、縮短制造周期 使用：使用：生產(chǎn)率高、效率高、低消耗、低管理費用。

21、生產(chǎn)率高、效率高、低消耗、低管理費用。3、社會要求 操作要方便，使操作者感到安全舒適；操作要方便，使操作者感到安全舒適；要有要有大方宜人的外形和色彩，具有市場競爭力；大方宜人的外形和色彩，具有市場競爭力；要符要符合國家環(huán)境保護等有關(guān)法令。合國家環(huán)境保護等有關(guān)法令。（1）便于操作，符合人機工程學(xué)。）便于操作，符合人機工程學(xué)。（2）保證安全，能實現(xiàn)對操作人員的防護，保證）保證安全，能實現(xiàn)對操作人員的防護，保證人身安全和身體健康。人身安全和身體健康。（3）改善環(huán)境，減少機器對環(huán)境的污染。）改善環(huán)境，減少機器對環(huán)境的污染。（4）大方宜人的外形和色彩，重視產(chǎn)品的工藝造）大方宜人的外形和色彩，重視產(chǎn)品的工藝造型設(shè)計，不僅要功能強，價格低，而且外型美觀，型設(shè)計，不僅要功能強，價格低，而且外型美觀