电气控制与plc 绪论

1、机 械 设 计 基 础 常玮2008年9月第0章 绪论 0.0 导 言 0.1 机械的组成及特征 0.2 本课程的内容、性质和任务 0.3 学习方法导 言早年的杠杆、滑轮，近代的汽车、轮船，到现代的机器人、 航天器，机械不断更新换代，发展日新月异，在生产力发展中 一直扮演着重要角色。 不论传统产业还是新兴产业，其进步与发展都离不开机械技 术的支持。机械是国民经济发展的基础技术，是衡量国家经 济实力和科技水平的重要标志。 机械设计是一种创造性思维活动。按照设计目标，进行分析、 计算、决策，并通过文字、数据、图形等信息形成机械产品的 设计方案。 素质教育是现代教育的目标，创新能力是素质教育的核心。

2、机械科学博大精深，应扎实掌握基本原理、技能和方法，要努力培养机械设计创新能力。 0.1 机械的组成及特征两个机器实例：1.内燃机功用：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器 组成：见右图气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮90.1 机械的组成及特征 活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入汽缸活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动 活塞上行，排气阀打开，排出废气工作过程：点击上图观看动画0.1 机械的组成及特征2.颚式破碎机功用：压碎物料组成：见右图大带轮大带轮4电动机电动机1V带带3

3、小带轮小带轮2轴板轴板7定颚板定颚板8动颚板动颚板6偏心轴偏心轴50.1 机械的组成及特征电动机带传动偏心轴转动 动颚板摆动，与定颚板一起压碎物料工作过程：点击上图观看动画0.1 机械的组成及特征 机器：既能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如 半自动钻床实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机转换能量 机械手传递物料 照相机传递信息 机构：仅能传递或转换运动。如 齿轮机构传递运动 凸轮机构转换运动 机械：是机器和机构的总称。 0.1 机械的组成及特征 构件：组成机械的各个相对运动的实物。 零件：机械中不可拆的制造单元体。 单一零件曲轴多个零件的刚

4、性组合连杆构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。0.1 机械的组成及特征通用零件：专用零件： 例如：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、联轴器、离合器、滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。 例如：叶片、犁铧、枪栓等。零件可分为两类：部件：若干个零件的装配体0.2 课程的内容、性质和任务一、内容 阐述常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。 阐述常用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。 介绍机械系统的设计思路和设计方法。 二、性质 本课程是一门技术基础课。旨在培养工程技术人员从事机械 设计所需的基本知识、理论和技能，使之具备分析

5、、设计、 运行和维护机械设备和机械零件的能力，为今后解决生产实 际问题及学习有关新的科学技术打下基础 本课程综合运用数学、力学、制图、金属材料及热处理、互 换性与技术测量、算法语言等课程的知识，去解决常用机构和通用零部件的设计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧重于工程实际。 三、任务 使学生了解常用机构及通用零、部件的工作原理、类型、特点及应用等基本知识。 使学生掌握常用机构的基本理论及设计方法，掌握通用零、部件的失效形式、设计准则与设计方法。 使学生具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。 0.2 课程的内容、性质和任务0.3 学习方法 本课程是从理论性、系统性很强的基础课和

6、专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点，应注意几个特点： 1.本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去。 2.本课程的各部分内都是按照工作原理、结构、强度计算、使用维护的顺序介绍的。 3.常采用很多经验公式、参数以及简化计算（条件性计算）。 4.计算步骤和计算结果不像基础课那样具有唯一性。 5.逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结合起来解决设计问题的能力。内燃机机械手半自动多轴钻床凸轮机构齿轮机构照相机零件装配1.1 机械设计的基本要求1.2 机械设计的内容与步骤1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则1.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化第1章 机械设计概述1.1 机

7、械设计的基本要求 机械设计包括以下两种设计:应用新技术、新方法开发创造新机械；在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。1.1.1 设计机械零件的基本要求工作可靠并且成本低廉;零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。失效:指零件由于某些原因不能正常工作。设计机械零件要注意以下几点：（1）合理选择材料，降低材料费用；（2）保证良好的工艺性，减少制造费用； （3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程从而降低成本。1.1 机械设计的基本要求 1.2 机械设计的内容与步骤现代设计方法：常规设计方法：优化设计、可靠性设计、有限元设计、模块设计、计算机

8、辅助设计理论设计、经验设计和模型实验设计等。机械设计的过程通常可分为以下几个阶段：（1）产品规划（2）方案设计（3）技术设计（4）制造及试验产品规划的主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。1.2 机械设计的内容与步骤1.2 机械设计的内容与步骤设计机械零件的一般步骤如下： （1）根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷。 （2）根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，从而确定其计算准则。 （3）进行主要参数选

9、择，选定材料，根据计算准则求出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求等。（4）进行结构设计。 （5）绘制零件工作图，制订技术要求，编写计算说明书及有关技术文件。在设计过程中，这些步骤又是相互交错、反复进行的。1.2 机械设计的内容与步骤 在设计机械零件时往往是将较复杂的实际工作情况进行一定的简化，这些计算或多或少带有一定的条件性或假定性。条件性计算：1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低到许用值以下的现象机械零件的失效： 进行机械零件设计时必须根据零件的失效形式分析失效的原因，提出防止或减轻失效的措施，根据不同的失效形式提出不同的设计计算准则。1.3

10、.1 失效形式机械零件常见的失效形式有如下几种：1.断裂2.过量变形3.表面失效4.破坏正常工作条件引起的失效1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则1.3.2 失效形式 同一零件对于不同失效形式的承载能力也各不相同。根据不同的失效原因建立起来的工作能力判断条件，称为设计计算准则。主要包括以下几种：1.强度准则（整体强度和表面强度）整体强度的判断准则表示为： 或表面接触强度的判断准则表示为：HH应力表示法：安全系数表示法： SS 接触应力表示法：挤压应力表示法：PP1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则2.刚度准则 零件在载荷作用下产生的弹性变形量应小于或等于机器工作性能允许的极限值。3.耐磨性准则 pp 4.散热性准则 tt 5.可靠性准则TSNNR/1.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化标准件：按规定标准生产的零件。好处： （1）由专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低成本； （2）选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周期； （3）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可以减少刀具和量具的规格；（4）具有互换性，从而简化机器的安装和维修。1.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化 通用化：在不同规格的同类产品或不同类产品中采用同一 结构和尺寸的零件、部