【大學(xué)課件】機(jī)械原理及設(shè)計(jì)

機(jī)械原理及設(shè)計(jì)本課程將深入探討機(jī)械系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計(jì)原則。課程目標(biāo)1培養(yǎng)機(jī)械原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)掌握機(jī)械原理及設(shè)計(jì)的基本理論和方法，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2提高工程實(shí)踐能力通過案例分析、設(shè)計(jì)實(shí)踐等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力。3激發(fā)創(chuàng)新思維鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)造性思維，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠的機(jī)械產(chǎn)品?；靖拍钸\(yùn)動(dòng)學(xué)研究機(jī)械的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不考慮力的作用動(dòng)力學(xué)研究機(jī)械的運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系，包括運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生、維持和改變機(jī)構(gòu)由若干運(yùn)動(dòng)副組成的，能實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)功能的運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)器由機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，能完成有用功的裝置構(gòu)件受力分析1識(shí)別受力構(gòu)件分析機(jī)械系統(tǒng)中各構(gòu)件的連接方式和運(yùn)動(dòng)形式，確定受力構(gòu)件。2繪制受力圖根據(jù)力的作用點(diǎn)、方向和大小，繪制各個(gè)受力構(gòu)件的受力圖。3建立力平衡方程利用牛頓定律和靜力學(xué)原理，建立各個(gè)受力構(gòu)件的力平衡方程。4求解未知力求解力平衡方程，得到各個(gè)受力構(gòu)件的受力大小和方向。簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)分析1機(jī)構(gòu)組成桿件、副、運(yùn)動(dòng)2運(yùn)動(dòng)分析速度、加速度3力分析靜力、動(dòng)力4機(jī)構(gòu)類型平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)分析運(yùn)動(dòng)分析確定連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度。力分析分析各構(gòu)件上的力和力矩，以及機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)。動(dòng)力分析研究連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和力學(xué)特性，以及能量傳遞過程。機(jī)構(gòu)綜合根據(jù)設(shè)計(jì)需求，選擇合適的連桿機(jī)構(gòu)類型，并確定機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)。凸輪機(jī)構(gòu)分析1運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析凸輪輪廓，確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律2受力分析計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的受力情況3動(dòng)態(tài)分析考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)慣性，分析機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性凸輪機(jī)構(gòu)分析是機(jī)械原理設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行深入研究。通過分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、受力情況和動(dòng)力特性，可以優(yōu)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提高其工作效率和可靠性。間歇機(jī)構(gòu)分析1間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作循環(huán)中，存在間歇性停頓2典型機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)、Geneva機(jī)構(gòu)3應(yīng)用場(chǎng)景自動(dòng)化生產(chǎn)線、包裝機(jī)械齒輪傳動(dòng)分析齒輪類型分析各種齒輪類型，如直齒輪、斜齒輪、蝸輪蝸桿等，了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。齒輪參數(shù)計(jì)算齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、齒頂圓直徑等參數(shù)，并進(jìn)行齒輪強(qiáng)度和壽命分析。傳動(dòng)比確定齒輪傳動(dòng)比，并分析其對(duì)傳動(dòng)效率、速度和扭矩的影響。齒輪嚙合研究齒輪嚙合過程，分析齒輪的嚙合角、接觸線、滑動(dòng)速度等參數(shù)。噪聲振動(dòng)分析齒輪傳動(dòng)過程中的噪聲和振動(dòng)來源，并提出減噪降振措施。鏈傳動(dòng)分析1鏈傳動(dòng)類型滾子鏈、鏈條式鏈、無聲鏈2鏈傳動(dòng)特點(diǎn)傳動(dòng)比穩(wěn)定，承載能力大，傳動(dòng)效率高，易于安裝和維護(hù)3鏈傳動(dòng)應(yīng)用汽車、摩托車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工業(yè)設(shè)備4鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)鏈速、鏈輪尺寸、鏈條選擇、潤滑方式5鏈傳動(dòng)故障分析鏈條磨損、鏈輪磨損、鏈條松弛、鏈條脫落帶傳動(dòng)分析1帶傳動(dòng)類型平帶、V帶、同步帶2帶傳動(dòng)特點(diǎn)傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單3帶傳動(dòng)計(jì)算功率、速度、張力、壽命計(jì)算螺旋傳動(dòng)分析1工作原理螺旋傳動(dòng)通過螺旋副的嚙合實(shí)現(xiàn)能量傳遞，適用于高速、重載、平穩(wěn)的傳動(dòng)場(chǎng)合。2傳動(dòng)特點(diǎn)具有傳動(dòng)比大、承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音低等特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高。3應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于汽車、航空、機(jī)床、船舶等領(lǐng)域，例如汽車轉(zhuǎn)向器、飛機(jī)螺旋槳、機(jī)床主軸等。軸系設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則軸系設(shè)計(jì)應(yīng)考慮強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、壽命、制造工藝和成本等因素。關(guān)鍵要素軸的尺寸、材料、表面處理、軸承選擇、連接方式等對(duì)軸系性能至關(guān)重要。設(shè)計(jì)流程通常包括確定軸系功能、繪制草圖、進(jìn)行受力分析、選擇材料和尺寸、校核強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性、繪制工作圖。支承設(shè)計(jì)軸承選擇選擇合適的軸承類型，如滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承，以滿足負(fù)載、速度和工作條件的要求。尺寸計(jì)算根據(jù)負(fù)載、速度和軸承類型，計(jì)算軸承的尺寸和壽命。安裝與維護(hù)確保軸承正確安裝，并定期進(jìn)行維護(hù)，以延長其使用壽命。聯(lián)軸器設(shè)計(jì)剛性聯(lián)軸器用于連接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)速差彈性聯(lián)軸器允許軸間存在一定角度誤差和軸向位移，并能緩沖沖擊和振動(dòng)液力聯(lián)軸器利用液體傳遞轉(zhuǎn)矩，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)和過載保護(hù)鍵銷連接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)鍵銷連接由軸、輪轂和鍵銷三部分組成。鍵銷用于固定軸和輪轂，防止它們相對(duì)滑動(dòng)。類型常見的鍵銷類型包括平鍵、半圓鍵、楔鍵和花鍵。不同的鍵銷類型適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。設(shè)計(jì)鍵銷連接的設(shè)計(jì)需要考慮載荷、材料、尺寸和加工精度等因素。設(shè)計(jì)目標(biāo)是確保連接的強(qiáng)度和可靠性。焊接接頭設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算考慮焊縫強(qiáng)度、母材強(qiáng)度、應(yīng)力集中等因素。形狀設(shè)計(jì)選擇合適的接頭形式，如對(duì)接、角接、搭接等。工藝參數(shù)確定焊接電流、電壓、速度等參數(shù)。螺栓連接設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算確保螺栓連接能夠承受預(yù)期的載荷，并考慮螺栓的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。緊固力確定合適的緊固力，以保證連接的可靠性和防止松動(dòng)，并考慮預(yù)緊力對(duì)連接性能的影響。疲勞強(qiáng)度在循環(huán)載荷下，螺栓連接可能會(huì)出現(xiàn)疲勞失效，因此需要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析和設(shè)計(jì)。彈簧設(shè)計(jì)1材料選擇彈簧材料應(yīng)具有高強(qiáng)度、高彈性模量和良好的耐腐蝕性。2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)工作條件和載荷要求，選擇合適的彈簧類型和尺寸參數(shù)。3加工工藝彈簧的加工工藝包括卷繞、熱處理、表面處理等，應(yīng)選擇合適的工藝確保產(chǎn)品質(zhì)量。4性能測(cè)試對(duì)彈簧進(jìn)行性能測(cè)試，如拉伸測(cè)試、疲勞測(cè)試等，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。離合器及制動(dòng)器設(shè)計(jì)離合器用于控制機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中動(dòng)力的接合和分離，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)和換擋。制動(dòng)器用于減速或停止機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，確保安全運(yùn)行。液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，為系統(tǒng)提供壓力和流量。液壓閥控制液壓油的流動(dòng)方向、壓力和流量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動(dòng)。液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)工作原理氣壓傳動(dòng)利用壓縮空氣作為工作介質(zhì)，通過氣缸、氣閥等元件實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制。特點(diǎn)氣壓傳動(dòng)具有響應(yīng)速度快、安全可靠、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)、機(jī)械加工等領(lǐng)域。設(shè)計(jì)原則氣壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)需考慮氣源、氣路、氣動(dòng)元件、控制系統(tǒng)等方面的綜合因素，確保系統(tǒng)安全可靠、效率高。熱處理工藝淬火快速加熱到一定溫度，再快速冷卻，提高硬度和強(qiáng)度?；鼗饘⒋慊鸷蟮牧慵訜岬降陀诖慊饻囟鹊臏囟龋倬徛鋮s，降低硬度和脆性，提高韌性。正火將零件加熱到一定溫度，再緩慢冷卻，細(xì)化晶粒，提高機(jī)械性能。表面處理工藝提高耐腐蝕性表面處理可以有效提高金屬材料的耐腐蝕性能，延長產(chǎn)品的使用壽命。改善外觀表面處理可以改善產(chǎn)品的外觀，使產(chǎn)品更美觀，更具吸引力。增強(qiáng)表面硬度表面處理可以增強(qiáng)產(chǎn)品的表面硬度，提高其耐磨性，耐沖擊性。提高耐熱性表面處理可以提高產(chǎn)品的耐熱性，使其能夠在高溫環(huán)境下工作?？煽啃栽O(shè)計(jì)1目標(biāo)提高產(chǎn)品使用壽命，降低故障率，提升可靠性。2方法可靠性分析、可靠性試驗(yàn)、可靠性預(yù)測(cè)、可靠性改進(jìn)。3原則預(yù)防為主、設(shè)計(jì)優(yōu)化、質(zhì)量控制、使用維護(hù)。安全設(shè)計(jì)安全裝置防止意外事故的安全裝置，例如急停按鈕、安全門、限位開關(guān)等。安全防護(hù)降低風(fēng)險(xiǎn)的防護(hù)措施，例如安全圍欄、防護(hù)罩、警示標(biāo)志等。安全測(cè)試評(píng)估和驗(yàn)證設(shè)計(jì)安全性的測(cè)試，例如強(qiáng)度測(cè)試、耐久性測(cè)試、安全性能測(cè)試等。材料選擇1機(jī)械性能強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性、疲勞強(qiáng)度等指標(biāo)需滿足設(shè)計(jì)要求。2加工性能材料的切削性能、鑄造性能、焊接性能等需考慮加工工藝要求。3經(jīng)濟(jì)性材料的成本、供應(yīng)情況、可加工性等需綜合考量。公差配合設(shè)計(jì)尺寸公差控制零件尺寸的允許偏差范圍，保證零件之間的裝配質(zhì)量。配合類型根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的配合類型，如間隙配合、過渡配合、過盈配合等。配合公差確定配合的精度等級(jí)，影響零件的加工成本和使用性能。裝配與維護(hù)裝配確保所有組件正確安裝并按設(shè)計(jì)規(guī)格緊固。這需要使用合適的工具和技術(shù)，以及嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。維護(hù)