機械設計基礎概論

第一章機械設計基礎概論§1.1機械的概念§1.2機械設計的基本要求和一般程序§1.3機械零件的常用材料§1.4機械零件的失效形式及設計計算準則§1.5本課程的研究內(nèi)容、性質及任務§1.1機械的概念機器、機構及其結構組成

機械是各類機器的通稱。它是人類改造自然、發(fā)展進步的主要工具。在日常生活和工作中，我們接觸到很多機器。例如：

氣缸體連桿曲軸齒輪活塞齒輪構件：機器的種類繁多、外形萬變、用途各異。但從機器的結構組成、機械運動的特點進行分析，這些不同的機器都是由能產(chǎn)生相對運動的單元體組合而成，這些單元體稱為構件。機構：具有特定結構形狀和運動特征的構件組合稱為機構。

機器組成示例：各機構的功能：

曲柄滑塊機構：將活塞的往復移動轉化為曲軸的連續(xù)轉動。

齒輪機構：實現(xiàn)轉動的傳遞。

凸輪機構：將凸輪的轉動變換為頂桿的往復移動。

綜合：通過上述三個機構的協(xié)調(diào)工作便能將燃氣的熱能轉換為曲柄轉動的機械能。

結論：機器是由各種機構組成的。一部機器可能由多種機構組成，如上述的內(nèi)燃機就是由曲柄滑塊機構、齒輪機構和凸輪機構、帶傳動機構等組合而成；也可能僅由一個最簡單的機構組成，如電動機就是只包含一個由定子和轉子所組成的雙桿回轉機構。機器的共同特征：

從上述例子以及對其他不同機器的分析可以得到機器的共同特征：

（1）它們都是人們根據(jù)某種使用要求而設計創(chuàng)造的一種裝置。

（2）它們必須執(zhí)行確定的機械運動。

（3）用于完成包括機械力、運動和能量轉換等動力學任務。

相對于機器而言，機構主要反映機器的機械運動傳遞和運動形式轉換的特征。

構件和零件:機械都是由機械零件組成的。機械零件是指機械中每一個單獨加工的單元體，例如上圖(a)所示的曲軸。構件可以是單一的機械零件，也可以是若干機械零件的剛性組合。例如圖(b)所示，它是由連桿體、連桿蓋、螺栓和螺母等零件組合而成的。這些零件之間沒有相對運動，是一個運動整體，故屬一個構件。因此，構件是運動的單元，零件是制造單元。隨著機械的功能和類型的日益增多，作為組成機械的最基本單元的零件更是多種多樣。通常將機械零件分為通用機械零件和專用機械零件兩大類。機器的組成

作為一部完整的機器，僅具有上述的機械部分是不夠的它不能完成預期的工作。從功能和系統(tǒng)的角度來看，機器一般主要由以下五部分組成：原動機傳動裝置執(zhí)行部件輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)機器組成以轎車的組成為例：基本要求1）使用功能要求；2）經(jīng)濟性要求；3）勞動保護和環(huán)境保護要求；4）可靠性要求；5）其它專用要求?！?.2機械設計的基本要求和一般程序1.2.1機械設計的基本要求對機器的主要要求基本要要求工作能力要求：強度、剛度、壽命、穩(wěn)定性、耐磨性；結構工藝性及經(jīng)濟性要求。質量小及可靠性要求設計機機械零零件時時應滿滿足的的基本本要求求1.2.2機機械械設計的的一般般程序序設計機機器的的一般般程序序一般程程序

計劃階段方案設計階段技術設計階段技術文件編制對所設設計的的機器器需求求情況況進行行充分分調(diào)查查分析析，明明確機機器功功能及及約束束條件件，形形成設設計任任務書書。分析機機器功功能，，確定定功能能參數(shù)數(shù)，擬擬定多多種方方案并并進行行綜合合評價價。確定原原動機機參數(shù)數(shù)及各各運動動構件件的運運動參參數(shù)，，確定定主要要零件件上的的載荷荷大小小、特特性，，依工工作能能力設設計準準則初初步完完成零零件基基本尺尺寸的的確定定，作作出零零部件件裝配配草圖圖及總總裝配配圖，，完成成主要要零件件的校校核計計算。。編制設計計計算說說明書、、使用說說明書及及其它技技術文件件。結束束機械零件件設計的的一般步步驟設計步驟驟1、根據(jù)機器器具體工工作情況況確定作作用在零零件上的的名義載載荷及計計算載荷荷。名義載荷荷：用力學公公式計算算出的載載荷。計算載荷荷：考慮實際際工作條條件影響響的載荷荷。2、選擇擇零件材材料。3、由失失效形式式確定計計算準則則并依此此確定零零件主要要尺寸。。4、根據(jù)據(jù)工藝性性進行零零件結構構設計。。5、根據(jù)據(jù)結構尺尺寸進行行詳細校校核計算算。6、繪制制零件工工作圖，，寫出計計算說明明書。1.2.3機械零件件設計中中的標準準化所謂零件件的標準準化，就就是通過過對零件件的尺寸寸、結構構要素、、材料性性能、檢檢驗方法法、設計計方法、、制圖等等要求，，制定出出共同遵遵守的標標準。標標準化的的優(yōu)越性性表現(xiàn)為為：1）標準零零件集中加加工，成本本大大降低低，質量得得到保證；；2）材料和和零件的性性能指標得得到統(tǒng)一，，提高了零零件的可靠靠性；3）采用了了標準結構構及零、部部件，使設設計工作得得到簡化，，同時縮短短了設計周周期，提高高了設計質質量。此外外，由于具具有較好的的互換性，，從而簡化化了機器的的維修工作作。目前采用的的標準有：：國際標準準ISO,國家標標準GB，，行業(yè)標準準和企業(yè)標標準?！?.3機械零件的的材料及其其選用常用的材料料1、金屬材料——力學性能能較好，能能滿足機械械零件的多多種性能和和用途要求求，應用廣廣泛。2、高分子子材料—原原料豐富，，耐腐蝕性性較好，主主要用于化化工設備和和冷凍設備備中。3、陶瓷材材料—硬度度高，耐磨磨，耐腐蝕蝕，熔點高高，主要用用于切削刀刀具等結構構中。4、復合材材料—具有有較高的強強度和彈性性模量，主主要用于航航空、航天天等領域。。常用材料機械零件的的材料選用用原則材料的選擇擇原則1、載荷、應力力的大小和和性質2、零件的的工作情況況——包括括環(huán)境、溫溫度等3、零件的的尺寸及質質量4、零件結結構的復雜雜程度及材材料的加工工可能性5、材料的的經(jīng)濟性———包括材材料的相對對價格、加加工費用、、材料的利利用率等的的考慮?！?.4機械零件的的主要失效效形式及設設計計算準準則整體斷裂正常工作條條件破壞過大的殘余余變形零件的表面面破壞零件在外載載荷作用下下，由于某某一危險截截面的應力力超過零件件的強度極極限而發(fā)生生的斷裂。。零件上的應應力超過了了材料的屈屈服極限產(chǎn)產(chǎn)生的過大大殘余變形形而導致的的失效。零件表面在在受到各種種腐蝕、磨磨損和接觸觸疲勞而產(chǎn)產(chǎn)生的表面面破壞失效效。如：滑動軸軸承的潤滑滑得不到保保障將產(chǎn)生生過熱、膠膠合、磨損損等形式的的失效；帶帶傳動在外外載荷超過過極限摩擦擦力時將發(fā)發(fā)生打滑失失效等。1.4.1機械零件件的主要失失效形式1.4.2機械零件件的設計準準則設計準則強度準則、剛度準則

壽命準則振動穩(wěn)定性準則可靠性準則§1.5本本課程的的研究內(nèi)容容、性質及及任務本課程研究究的內(nèi)容：：常用機構、、常用的傳傳動和通用用的零部件件的工作原原理、結構構特點、基基本設計理理論、計算算方法和國國家標準的的應用等內(nèi)內(nèi)容。本課程的性性質機械設計基基礎是建立立在畫法幾幾何及機械械制圖、理理論力學、、材料力學學、工程材材料及金工工等課程的的基礎上的的一門技術術基礎課。。本課程的任任務：（1）了解解常用機構構（平面連連桿機構、、凸輪機構構、齒輪傳傳動機構等等）及通用用零、部（（軸承、軸軸、聯(lián)軸器器及離合器器）的工作作原理、類類型、特點點及應用等等基本知識識。（2）掌握握常用機構構的基本理理論和設計計方法，掌掌握通用零零、部件的的失效形式式、設計準準則與設計計方法。