机械设计基础-第1章--绪论汇编

1、 概 论 1-1 1-1 机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成 1-2 1-2 本课程的内容性质和任务本课程的内容性质和任务 1-3 1-3 机械设计的基本要求和设计过程机械设计的基本要求和设计过程 1-4 1-4 机械零件的工作能力及其计算准则机械零件的工作能力及其计算准则 1-5 1-5 机械零件的载荷、应力、和许用应力机械零件的载荷、应力、和许用应力 1-6 1-6 机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则 1-7 1-7 机械设计的新发展机械设计的新发展 1-1 机械、机器、机构及其组成机械、机器、机构及其组成 焊接机器人 古代机械 装配机器人 打球机器人 切糖机放映机

2、 挖掘机 机 器 内燃机内燃机 （3 3）用于完成包括机械力、运）用于完成包括机械力、运 动和能量转换等动力学任务。动和能量转换等动力学任务。 （1 1）人们根据某种使用要求而设）人们根据某种使用要求而设 计创造的一种装置。计创造的一种装置。 （2 2）它们必须执行确定的机械）它们必须执行确定的机械 运动。运动。 （1 1）人为的实物组合体；）人为的实物组合体； （2 2）各部分之间须有确定的）各部分之间须有确定的 相对运动；相对运动； （3 3）代替人类完成有用的机）代替人类完成有用的机 械功或转换能量。械功或转换能量。 机机 构：构： （1 1）人们根据某种使用）人们根据某种使用 要求而设

3、计创造的一种要求而设计创造的一种 装置。装置。 （2 2）它们必须执行确定）它们必须执行确定 的机械运动。的机械运动。 （1 1）人为的实物组合体；）人为的实物组合体； （2 2）各部分之间须有确定）各部分之间须有确定 的相对运动；的相对运动； 机器的组成：（一般为三部分) n动力机动力机 传动装置传动装置 工作机工作机 n动力机动力机：电机内燃机等，将电能或热：电机内燃机等，将电能或热 能转换为机械能。能转换为机械能。 n工作机工作机：机床轧钢机等，代替人的体：机床轧钢机等，代替人的体 力做有用的机械功。力做有用的机械功。 n传动装置传动装置：将动力机动力的和运动传到：将动力机动力的和运动传

4、到 工作机的中间环节，如齿轮传动带传工作机的中间环节，如齿轮传动带传 动等。动等。 （可省略）（可省略） 传动装置的目的和作用 n1 1）改变速度扭矩和运动形式）改变速度扭矩和运动形式 n2 2）分配、合成动力的和运动）分配、合成动力的和运动 零件构件与部件 n零件零件：加工制造的单元体 n构件构件：运动的单元体 n部件部件：为完成同一使命，在结构上紧密 联系 在一起的一套协同工作组合，如减速器等。 零件零件 部件部件 构构 件件 通用零件和专用零件 n通用零件通用零件：各类机械中常用，功用和性能 相同的零件，分为连接件传动件支撑 件缓冲件等。 n专用零件专用零件：仅适于专门用途的零件，如钓

5、钩卷筒、轧辊等。 1-2 1-2 本课程的内容性质和任务本课程的内容性质和任务 n一、课程目的一、课程目的 n二、课程的内容性质二、课程的内容性质 n三、教学安排及学习方法三、教学安排及学习方法 课程的内容课程的内容性质性质 n性质：技术基础课，基础课与专业课之间 的过渡。 n内容：机械传动常用机构通用零件的 工作原理结构特点材料选择设计计 算等。 教学安排及学习方法教学安排及学习方法 n教学安排教学安排 n课程特点课程特点 n学习方法学习方法 教学安排教学安排 n周学时周学时 4 4 每周二交作业每周二交作业 n平时成绩占平时成绩占 2020分分 课程特点课程特点 n1 1）逻辑性较差）逻辑

6、性较差 n2 2）设计结果不唯一）设计结果不唯一 n3 3）未知条件可能多于方程数）未知条件可能多于方程数 n4 4）可得到一个接近实际的完整的零件）可得到一个接近实际的完整的零件 学习方法学习方法 n掌握学习规律掌握学习规律 n掌握公式和系数掌握公式和系数 掌握学习规律掌握学习规律 n每个零件：工作原理及特点每个零件：工作原理及特点 受力分析受力分析 失效分析失效分析 建立计算准则建立计算准则 计算零计算零 件主要尺寸件主要尺寸 结构设计画图结构设计画图 n各种零件：共性个性各种零件：共性个性 掌握公式和系数掌握公式和系数 n公式公式：出发点思路主要参数间的关系：出发点思路主要参数间的关系

7、正确使用（使用条件）。正确使用（使用条件）。 n 长公式不要求背长公式不要求背 n系数系数：意义影响因素正确查找。：意义影响因素正确查找。 1-3 1-3 机械设计的基本要求和设计过程机械设计的基本要求和设计过程 n基本要求基本要求：使用要求经济性要求安 全性要求 n特殊要求特殊要求：某种机械特有的要求各种要 求应综合考虑，确定主次，保证主要， 兼顾其它，优化设计。 机械设计的设计过程机械设计的设计过程 1-4 1-4 机械零件的工作能力机械零件的工作能力 及其计算准则及其计算准则 n失效：失效：机械零件不能正常工作。机械零件不能正常工作。 n工作能力：工作能力：机械零件抵抗失效的能力。机械零

8、件抵抗失效的能力。 n计算准则：计算准则：判断机械零件是否有足够工作判断机械零件是否有足够工作 能力的准则。能力的准则。 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式 断裂失效断裂失效 疲劳断裂疲劳断裂 静断裂静断裂 表面失效表面失效 表面疲劳表面疲劳 过度磨损过度磨损 过量弹性变形过量弹性变形 强烈振动强烈振动 强度计算准则强度计算准则 刚度计算准则刚度计算准则 抗磨性计算准则抗磨性计算准则 振动稳定性计算准则振动稳定性计算准则 常见计算准则：常见计算准则： 1-5 1-5 机械零件的载荷、应力、机械零件的载荷、应力、 和许用应力和许用应力 n一一. .机械零件的载荷机械零件的载荷 n二二.

9、 .机械零件的应力机械零件的应力 n三三. .许用应力许用应力 机械零件的载荷 n载荷类型：静载荷变载荷载荷类型：静载荷变载荷 n名义载荷和计算载荷名义载荷和计算载荷 名义载荷和计算载荷 名义载荷名义载荷：理想平稳条件下，作用在零件上 的载荷。 N.m 9550 n P T N.m KTTc 计算载荷计算载荷：考虑实际影响因素条件下，作用 在零件上的载荷。 K载荷系数 机械零件的应力 n体应力体应力：分布于零件整体，如：拉：分布于零件整体，如：拉压压弯弯 扭。扭。 n表应力表应力：只分布于零件接触表面的应力，如：只分布于零件接触表面的应力，如： 挤压应力挤压应力接触应力。接触应力。 n静应力静

10、应力：方向和大小均不随时间变化的应力。：方向和大小均不随时间变化的应力。 n变应力变应力：方向和大小均随时间变化的应力：方向和大小均随时间变化的应力。 接触应力接触应力 1 2 q l max q 两圆柱体接触应力计算公式：两圆柱体接触应力计算公式： n式中：式中：q单位接触长度上的载荷；单位接触长度上的载荷； n l两圆柱体接触长度；两圆柱体接触长度； n E、材料弹性模量、泊松比；材料弹性模量、泊松比； n 两圆柱体曲率半径两圆柱体曲率半径 。 MPa 11 11 2 2 1 1 21 max EE q 变应力变应力 n稳定循环变应力 n不稳定循环变应力 n随机变应力 变化周期幅度相等的变

11、应力。 稳定循环变应力 t max m min a am max minmax 2 1 m am min minmax 2 1 a max min 非对称循环变应力非对称循环变应力 -1 r +1 之间变化之间变化 max min minmax minmax min max 2 2 r a m am am 规定：规定：1 1、 a a总为正值（定义时）；总为正值（定义时）； 2 2、 a a的符号要与的符号要与 m m的符号保持一致（计算时）；的符号保持一致（计算时）； 3 3、 max max、 minmin定义时以绝对值为准，计算时要代入符号。 定义时以绝对值为准，计算时要代入符号。 由此

12、可以看出，一种变应力的状况，一般地可由由此可以看出，一种变应力的状况，一般地可由 max max、 、 min min、 、 m m、 a a及及r r五个参数中的任意两个来确定。五个参数中的任意两个来确定。 静应力静应力 max= min= m a= 0 r = +1 特殊变应力特殊变应力 对称循环变应力对称循环变应力 max=min= a m= 0 r = -1 特殊变应力特殊变应力 脉动循环变应力脉动循环变应力 min= 0 a= m= max/2 r = 0 特殊变应力特殊变应力 例例1 已知：已知： max=200 MPa，r = - 0.5，求：，求： min、 a、 m。 解：解

13、： 1002005 . 0 maxmin r 50 2 100200 2 minmax m 150 2 100200 2 minmax a a 0 t max m 200 50 min -100 例例2 2 已知：已知： a a= 80 = 80 MPa ， m m= =40 40 MPa 求：求： max max、 、 min min、 、r r、绘图。、绘图。 解：解： 120)80(40 max am 40)80(40 min am 3 1 120 40 max min r a 0 t max m min 40 -40 -120 不稳定循环变应力 变化周期幅度都按一定规律变化的变应力。

14、周周 期期 t t t 随机变应力 变化周期幅度都无规律的变应力。 尖尖 峰峰 应应 力力 载荷与应力关系载荷与应力关系 静载荷产生静应力，变载荷产生变应力。静载荷产生静应力，变载荷产生变应力。 对吗？对吗？不对！不对！ 许用应力 n许用静应力 n许用变应力 许用静应力许用静应力 S lim S lim 许用变应力许用变应力 n1 1、疲劳概念、疲劳概念 n2 2、疲劳曲线：表示应力、疲劳曲线：表示应力与应力循环次数与应力循环次数 之间的关系的曲线，简称之间的关系的曲线，简称S SN N曲线。曲线。 n3 3、许用变应力、许用变应力 疲劳概念疲劳概念 疲劳断裂的最大应力远比静应力疲劳断裂的最大

15、应力远比静应力 下出现材料的强度极限低，甚至比屈下出现材料的强度极限低，甚至比屈 服极限低；服极限低； 不管脆性材料或塑性材料，其疲不管脆性材料或塑性材料，其疲 劳断口均表现为无明显塑性变形的脆劳断口均表现为无明显塑性变形的脆 性突然断裂。性突然断裂。 疲劳机理疲劳机理 疲劳断裂是损伤的积累，疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件它的初期现象是在零件 表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次 数的增加而逐渐扩展，直至余下的未裂开的截面积不数的增加而逐渐扩展，直至余下的未裂开的截面积不 足以承受外荷载时，零件就突然断裂。足以承受外荷载时，零

16、件就突然断裂。 裂纹源 前沿线 脆断区 疲疲 劳劳 曲曲 线线 N 1N 2N 1 N 2 N 0 N 疲劳曲线方程疲劳曲线方程 CNN m r m rN 0 m rrN N N 0 rrN 0 NN N应力循环次数。应力循环次数。 0 NN 0 N循环基数。循环基数。 任意循环特征下的疲劳极限应力（循环次数为任意循环特征下的疲劳极限应力（循环次数为N N 0 0）。）。 N 任意循环特征下循环次数为的疲劳极限应力。任意循环特征下循环次数为的疲劳极限应力。 mm指数与应力性质和材料有关指数与应力性质和材料有关CC常数常数 r 对称循环下的疲劳极限应力。 许用变应力许用变应力 SK 无限寿命任意循环特征下许用应力 K 应力集中系数。 表面状态系数。 绝对尺寸和截面形状系数。 无限寿命特殊循环特征