《機械設計基礎 》課件第0章

緒論0.1本課程概述

0.2機械概述思考與練習題

0.1.1前言

人類在長期的生產(chǎn)實踐和社會生活中為了節(jié)省勞動、提高效率，不斷改進所使用的工具，從而創(chuàng)造、發(fā)展了機械和機械學科。從最早的杠桿、斜面等最簡單的機械發(fā)展到起重機、汽車、飛機、各種機床設備、縫紉機、機器人、計算機、現(xiàn)代航天器等等種類繁多、結構復雜、技術先進、功能全面的機械?？梢哉f正是機械科學的不斷發(fā)展，推動著生產(chǎn)力的進步和社會的向前發(fā)展。因此，隨著科學技術的發(fā)展，使用機器進行生產(chǎn)的水平已經(jīng)成為衡量一個國家生產(chǎn)技術水平和現(xiàn)代化程度的重要標志之一。0.1本課程概述為了承擔設計、制造、使用和管理機器的任務，從事生產(chǎn)第一線技術、管理工作的技術人才必須熟悉機器知識，掌握機械設計、制造、使用和維修的技術。因此，學習機械設計基礎課程無疑是十分重要的。0.1.2本課程的研究對象和內(nèi)容

“機械設計基礎”是一門綜合性專業(yè)技術基礎課。本教材是為該課程編寫的，課程的研究對象和內(nèi)容也就是本教材的研究對象和內(nèi)容。它們分別是：

第一篇“力學基礎”的研究對象為剛體系統(tǒng)和變形固體。其中，靜力學部分主要研究剛體在載荷作用下的平衡問題，為構件承載能力提供依據(jù)。材料力學部分主要研究變形固體的強度和剛度問題，為機械零件設計確定合理的材料、截面形狀和幾何尺寸提供理論依據(jù)。第二篇“機械原理”的研究對象為機械中常用機構、傳動方式和通用零部件。其中常用機構、機械傳動部分，主要研究機械中的常用機構、傳動系統(tǒng)的結構組成、工作原理、運動特性及其設計的基本原理和方法。通用零部件部分主要研究機械中通用零部件的工作原理、結構特點，通用零部件的選用、設計的基本原理和方法。

第三篇“現(xiàn)代設計技術概述”的研究對象為現(xiàn)代工程設計技術，主要介紹幾種現(xiàn)代工程設計技術的設計原理和設計思路。0.1.3本課程的任務

通過對本課程的學習，要求達到以下基本要求：

(1)熟練運用力學知識處理簡單的力系平衡問題和零部件受力分析以及強度、剛度計算等計算方法。

(2)熟悉常用機構、常用機械傳動和通用零部件的工作原理、結構特點、應用和標準，掌握它們的選用和設計的基本原理方法，具備正確分析、使用、維護機械的能力，初步具備設計簡單機械傳動裝置的能力。

(3)具備與機械設計有關的解題、運算、繪圖的能力，具備運用標準、手冊、圖冊等技術資料的能力。熟悉常見現(xiàn)代工程設計技術的設計思路、原理和設計方法，能夠結合生產(chǎn)和生活實踐，進行具有開拓性的創(chuàng)新設計。0.1.4本課程在機械工程中的意義和應用

“機械設計基礎”課程主要研究機械設計中的基本問題，是進行機械設計工作的技術基礎，在日常生活和工程實踐中都具有廣泛的應用。

目前，在進行機械設計工作時，都是首先根據(jù)產(chǎn)品功能需求確定機構組成；其次分析各構件在工作過程中的運動情況及受載時的平衡問題；然后根據(jù)不同構件具體的受載情況，合理選擇材料和熱處理方式，確定構件的形狀、結構、幾何尺寸、制造工藝等；最后，根據(jù)上述各環(huán)節(jié)的結果繪制零件工作圖。傳統(tǒng)機械設計的這一設計流程就是本課程所研究內(nèi)容的系統(tǒng)應用過程。0.1.5本課程的學習方法

由于本課程是一門綜合性的專業(yè)基礎課，因此在學習過程中，除了應堅持作好課前預習，認真聽課，及時復習，獨立完成作業(yè)、實驗等基本學習環(huán)節(jié)外，還應注意：

(1)學會綜合運用所學知識，融會貫通。本課程是綜合性課程，綜合運用本課程及其他課程知識，解決生產(chǎn)和生活中所遇到的簡單機械設計問題是本課程的教學目標。

(2)要做到理論、技能和實踐相結合。本課程是一門實踐性比較強的課程，大家在學習過程中除了要完成課程所安排的實驗、設計訓練環(huán)節(jié)外，還要注重理論知識和實踐設計、制造環(huán)節(jié)的結合，尤其是在處理零部件的結構設計和生產(chǎn)工藝性等問題時。

(3)要學會創(chuàng)新。科學的靈魂在于創(chuàng)新，機械科學的產(chǎn)生與發(fā)展本身就是一個創(chuàng)新的過程，只有靈活運用所學知識并結合生產(chǎn)生活實際，勇于創(chuàng)新，才能將所學的知識真正變成改變?nèi)祟惿?，推動社會進步的力量。

0.2.1機器、機構和機械

在人們的生產(chǎn)和生活實踐中廣泛地使用著各種機器，如蒸汽機、內(nèi)燃機、發(fā)電機、各種機床設備及計算機等。如圖0-1所示的內(nèi)燃機，是由活塞1、連桿2、曲軸3、齒輪4和5、凸輪6、氣門頂桿7、汽缸缸體8等實體組成的。當可燃混合氣體在缸體內(nèi)燃燒推動活塞1時，與之相連的連桿2就會將運動傳至曲軸3，從而使曲軸3轉(zhuǎn)動，向外輸出運動和動力。內(nèi)燃機的基本功能就是使可燃混合氣體在缸內(nèi)經(jīng)過吸氣—壓縮—燃燒—排氣這一工作循環(huán)，將燃燒所得的熱能轉(zhuǎn)化成機械能。0.2機械概述又如圖0-2所示的顎式碎石機，是由機架1、偏心軸2、活動顎板3、肘板4、帶輪5、固定顎板6等組成的。其中，偏心軸2與帶輪5固連，電動機通過帶傳動驅(qū)動偏心軸轉(zhuǎn)動，使活動顎板3作平面運動，從而軋碎活動顎板3與固定顎板6之間的礦石。顎式碎石機通過活動顎板的平面運動實現(xiàn)軋碎礦石的機械功。

圖0-1內(nèi)燃機圖0-2顎式碎石機盡管機器的種類繁多，其功能、結構、工作原理也各不相同，但從結構和功能上看，各種機器都具有以下三個特征：

(1)都是一種人為的實體組合；

(2)組成機器的各實體單元之間具有確定的相對運動；

(3)可以代替人的勞動，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機械功。

同時具有以上三個特征的實體組合稱為機器，僅具備前兩個特征的稱為機構。所謂的機構，是具有確定相對運動的各種實體的組合，能實現(xiàn)預期的機械運動，主要用來傳遞和變換運動。由此可見，機器是由機構組成的，但從運動角度來分析，兩者并無區(qū)別，工程上將機器和機構統(tǒng)稱為機械。0.2.2零件、部件和構件

組成機器的各個運動單元體稱為構件；機械中不可拆的制造單元體稱為零件。構件可以是單一零件，如內(nèi)燃機的曲軸，如圖0-3所示；也可以是多個零件的剛性組合體，如內(nèi)燃機的連桿，如圖0-4所示。由此可見，構件是機械中運動的單元體，零件是機械中制造的單元體。

零件可分為兩類，一類是通用零件，是各機器中都經(jīng)常使用的零件，如螺栓、螺母等；另一類是專用零件，是僅在特定類型的機器中使用的零件，如活塞、曲軸等。

圖0-3曲軸圖0-4連桿隨著近代科學技術的發(fā)展，人類綜合應用各方面的知識和技術，不斷創(chuàng)造出各種新型的機器，因此機器也具有了廣泛意義上的定義：一種用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料和信息的，能執(zhí)行機械運動的裝置。0.2.3機器的組成和機械的分類

就功能而言，一部完整的機器一般包括四個組成部分：動力部分、傳動部分、控制部分和執(zhí)行部分。動力部分是機器的動力來源，常用的有電動機、內(nèi)燃機等；傳動部分和執(zhí)行部分是機器的主體，由各種機構組成；控制部分可以使機器的動力部分、傳動部分和執(zhí)行部分按一定的順序和規(guī)律運動，它包括各種控制機構、電氣裝置、計算機和液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)等。

根據(jù)用途的不同，機械可分為四種類型：動力機械、加工機械、運輸機械、信息機械等