第0章绪论(恢复)

1、机械设计基础机械设计基础机械设计教研室主讲教师 陈玉仑 自行车在行驶的过程中没有响声，为什么在自行车下坡的时候或者不蹬的时候反而会有嘎啦嘎啦的响声？古代水碓古代水碓 牛头刨牛头刨 床床 第第 0 0 章章 绪绪 论论0-1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容0-2 本课程在教学中的地位本课程在教学中的地位0-3 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程0-5 教学安排教学安排0-4 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习一、研究对象一、研究对象 机械是机构和机器的总称。实践理论实践 机器机器执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。0 01 1 本课程研究

2、的对象和内容本课程研究的对象和内容内燃机、牛头刨床、翻斗车、蛋糕切片机，缝纫机、送料机、等等。机械手、 机械机械是通过对多件实物的有机组合，利用其确定的运动来减轻或替代人类劳动的一类装置。历史悠久：17纪蒸汽机出现并应用于纺织、面粉、冶金等；瑞士、德、美、英等国的先进机械制造水平。 人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。机器实例：机器实例：内燃机内燃机功能：功能：内燃机是内燃机是将燃气燃将燃气燃烧时的热烧时的热能转化为能转化为机械能的机械能的机器机器。 气缸体气缸体1 1活塞活塞2 2进气阀进气阀3 3排气阀排气阀4 4连杆连杆5 5曲轴曲轴6 6凸轮凸轮7 7顶

3、杆顶杆8 8齿轮齿轮9 9内燃机内燃机 活塞下行，进气阀打开，活塞下行，进气阀打开，燃气被燃气被吸入吸入汽缸汽缸活塞上行，进气阀关闭，活塞上行，进气阀关闭，压缩压缩燃气燃气点火点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动下行，经连杆带动曲轴输出转动 活塞上行，排气阀打开，活塞上行，排气阀打开，排出排出废气废气3 3、工作过程：、工作过程：典型机器的分析：典型机器的分析： 内燃机内燃机1.组成：组成：654387129101汽缸体2活塞3进气阀4 排气阀5连杆6曲轴7凸轮8顶杆9、10 齿轮2 .工作原理：工作原理：活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸；活

4、塞上行，进气阀关闭，混合气体被压 缩，在顶部点火燃烧；高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容进气进气压缩压缩爆炸爆炸排气排气3.内燃机的工作过程：内燃机的工作过程：化学能 机械能机器机器根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容机器是可用来变换或传递能量、物料和信机器是可用来变换或传递能量、物料和信息的机构组合体。息的机构组合体。4 4、运动分析：、运动分析：原动件：活塞原动件：活塞由燃气推动（驱动力所作用的构件）由燃气推动（驱动力所

5、作用的构件）主运动：将活塞的往复直线运动主运动：将活塞的往复直线运动曲轴的回转运动曲轴的回转运动辅助运动：配气辅助运动：配气 启闭进排气阀启闭进排气阀0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容（二）（二）机构机构（echanics） 在以上内燃机实例中：将活塞的往复运动转化为曲轴的连续转动：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀，将凸轮的连续转动转变为推杆往复移动：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，改变转速大小和方向，：齿轮机构凸轮机构齿轮机构自行车车铃棘轮机构轿车组成0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容机器=原动机(动力部

6、分)+传动系统+执行部分辅助系统控制系统 一台完整的机器的组成大致可包括：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助系统控制系统传感器传感器传感器机器的组成机器的组成0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容机器的主体 虽然机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但通常都具有相同的基本特征。机构与机器的特征：机构与机器的特征： 人为的实物组合体；各部分有确定的相对运动；代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量、物料和信息的转换 。机构机构机器机器机构机构是能够用来传递运动和力、改变运动形式的机械装置，如：如：0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容连

7、杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。、装卸机构0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容机器和机构的区别和联系：机器和机构的区别和联系：区别：研究的着重点不同机构相对单一的运动系统，实现运动的转换或力的传递。机器除了运动系统以外，还包含有电、气、液等控制装置，可完成能量（信息）的传递、转换或作有益的机械功。 同时，从结构和运动的观点来看，机器和机构两者并无区别，因而，机械是机构和机器的总称。 如果再进一步细分，显见，两者均有构件和零件构成。联系：机器由机构组成，一部机器包含不同的机构；不同的机器可能包含相同的机构。0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容构件构件（

8、Link）与零件与零件（Element）内燃机内燃机连杆连杆轴套轴套连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖例：内燃机中的连杆零件：组成机器的不可拆的单元。例如：螺钉、键等。构（部）件：由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体。例如：联轴器、滚动轴承等。0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容零件的分类零件的分类通用零件：在各种机器中普遍使用，例如：齿轮、链、轴、螺栓、螺母、轴承等。专用零件：只有在特定的机器中才用到，具有特殊的功能。例如：曲轴、叶片、枪栓等。0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容零件刚性联接构件活动联接运动副

9、运动链给定机架、原动件机构电器、液压等控制部分机器辅助部分机械机械小结小结0 01 1 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容二、本课程的主要研究内容二、本课程的主要研究内容常用机构 通用零(部)件 工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法第1章平面机构的自由度计算第2章平面连杆机构第3章凸轮机构第4章齿轮机构第5章轮系常用机构 01 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容 第十章 螺纹连接 第十一章 齿轮传动 第十二章 蜗杆传动 第十三章 带传动和链传动 第十四章 轴 第十六章 滚动轴承 通用零通用零( (部部) )件设计件设计 第第 0 0 章章 绪绪 论论0-1 本课程研究

10、的对象及内容本课程研究的对象及内容0-2 本课程在教学中的地位本课程在教学中的地位0-3 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程0-5 教学安排教学安排0-4 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习0-20-2本课程在教学计划中的地位本课程在教学计划中的地位一、本课程在教学计划中的地位一、本课程在教学计划中的地位基础课基础课基础理论专业课专业课专门知识 技术基础课技术基础课共性问题先修的基础课程：高等数学、物理、机械制图、理论力学、材料力学、工程材料等。 本课程是工科学生应掌握的一门重要的技术基础课！二、学习目的二、学习目的u 为学习专业机械设备课程打好基础；u 使工程技术

11、人员在了解各种机械的传动原理、设备的正确使用和维护等方面获得必要的基本知识； u为专业人员对现有机械的合理使用和创新设计打下基础。u为规划、管理人员在设备的选购、运用、故障诊断及维修提供必要的基本技能。第第 0 0 章章 绪绪 论论0-1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容0-2 本课程在教学中的地位本课程在教学中的地位0-3 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程0-5 教学安排教学安排0-4 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习0-0-机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程一、机械设计的基本要求：在满足预期功能的前提下，性能优、效率高、成本

12、低在预定使用期限内，安全可靠、操作方便、维修简单、符合环保二、机械设计包含的主要内容：确定机械的工作原理选择合适的机构组成拟定合理的设计方案进行运动分析和动力分析计算各构件上的载荷零部件的工作能力计算总体设计结构设计0-3 0-3 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程三、机械设计的机械设计的一般过程一般过程：明确设计要求（确定设计对象的预期功能、有关指标及限制条件)提出设计方案（拟定总体布置，进行粗略计算，得出可供比较的多种设计方案，从中选取最佳方案)总体设计（进行分析计算和经济评价，绘制总体设计图)结构设计（完成加工制造所需的总装图、零件工作图及技术文件)试制、鉴定（通过

13、样机试制，从技术上、经济上做出全面评价)产 品 定 型第第 0 0 章章 绪绪 论论0-1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容0-2 本课程在教学中的地位本课程在教学中的地位0-3 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程0-5 教学安排教学安排0-4 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习0-4 0-4 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习一、特点一、特点 既有理论课的性质，又兼有专业课的特点； 理论性、逻辑性、系统性较强； 名词、概念、公式、图形较多，几何概念强； 与工程实际联系密切。二、学习中应注意二、学习中应注意 准确掌握基本概念、设计理论和方法，注意机

14、械设计的原理、方法在机械工程实际中的应用范围和条件，注意观察日常生活和生产中的机器、机构，培养理论联系实际的能力； 逻辑思维和形象思维相结合； 机构的静态图形和动态图形相结合；要有工程观点（选择与比较、工程实际的灵活性、可行性等）第第 0 0 章章 绪绪 论论0-1 本课程研究的对象及内容本课程研究的对象及内容0-2 本课程在教学中的地位本课程在教学中的地位0-3 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程0-5 教学安排教学安排0-4 如何进行本课程的学习如何进行本课程的学习 机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机械功，能传递

15、或转换物料、机械功，能传递或转换物料、能量能量、信息等。如、信息等。如 车床车床实现确定的机械运动，又作有用的机械功实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机内燃机转换能量转换能量 机械手机械手传递物料传递物料 照相机照相机传递信息传递信息 机构：仅能传递或转换运动。如机构：仅能传递或转换运动。如 齿轮机构齿轮机构传递运动传递运动 凸轮机构凸轮机构转换运动转换运动 机械：是机器和机构的总称。机械：是机器和机构的总称。 总结：总结：二、机械的特征二、机械的特征1 1）人为的实物组合）人为的实物组合由人工组合的由人工组合的构件系统构件系统2 2）各实物间）各实物间具有确定的相对运动具有确定的相对

16、运动3 3）实现能量转换或完成有效的机械功实现能量转换或完成有效的机械功如如内燃机：热能内燃机：热能机械能机械能发电机：机械能发电机：机械能电能电能电动机：电能电动机：电能机械能机械能1 1、机器的特征、机器的特征活塞活塞缸体：往复运动缸体：往复运动曲轴曲轴缸体：转动缸体：转动连杆连杆曲轴：摆动曲轴：摆动如如具有以上三个特征具有以上三个特征机器机器凸轮机构（配气机构）：把回转运动凸轮机构（配气机构）：把回转运动直线运动直线运动曲柄滑块机构：将活塞的直线运动曲柄滑块机构：将活塞的直线运动曲柄的回转曲柄的回转运动运动如如机器是由一种或多种机构组成的。机器是由一种或多种机构组成的。只具有机器的前两个

17、特征只具有机器的前两个特征机构机构2 2、机构的特征、机构的特征3 3、机器和机构的关系、机器和机构的关系三、构件和零件三、构件和零件1. 1. 机器由机构组成机器由机构组成: :3. 3. 构件：是机构的构件：是机构的基本运动单元基本运动单元，是机器中独立运动，是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成。的单元体，由一个或几个零件组成。单一零件曲轴单一零件曲轴多个零件多个零件刚性组合刚性组合连杆连杆2. 2. 机构是人工组合的构件系统，必须满足两点机构是人工组合的构件系统，必须满足两点: :若干构若干构件的组合；这些构件具有确定的相对运动。件的组合；这些构件具有确定的相对运动。 4.4.

18、零件是组成机器最基本的单元体，零件是组成机器最基本的单元体，是机械制造的单元是机械制造的单元体体。 专用零件专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲轴、叶片轴、叶片通用零件通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴、螺栓等轴、螺栓等 5.5.部件：若干个零件的装配体部件：若干个零件的装配体 机械设计基础的研究对象是机械设计基础的研究对象是常用机构和通用常用机构和通用零部件零部件的的工作原理工作原理、运动特点运动特点、结构特点结构特点、设计设计计算计算的基本理论和方法及有关标准规范的基本理论和方法及有关标准规范 四、

19、本课程的研究对象和研究方法四、本课程的研究对象和研究方法1.2 1.2 机械零件设计基本准则及机械零件设计基本准则及一般设计步骤一般设计步骤一、机械设计的基本要求一、机械设计的基本要求使用要求使用要求 所设计的机械应在规定的寿命期限内能正常完成预期的使用功能。这是最主要的要求。经济要求经济要求 所设计的机械设备应在设计、制造和使用的全过程中都有低的成本。社会要求社会要求 操作方便、安全、舒适；外形和色彩大方宜人；要符合国家环境保护等有关法令。1) 1) 根据零件的使用要求，根据零件的使用要求，选选择零件的类择零件的类型型和结构。和结构。5）根据工艺性及标准化等原则进行零件的）根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计结构设计，必要时进行校核计算，以判定结构的合理性。必要时进行校核计算，以判定结构的合理性。6）画画出零件的出零件的工作图工作图，并，并写写出计算出计算说明书说明书。4）根据零件可能的失效形式确定计算准则，）根据零件可能的失效形式确定计算准则，根据计算准则进行计算，根据