机械设计基础1-绪论

绪论1a一、课程的内容、性质和任务1.课程内容2.课程性质3.课程任务

2a具体研究内容研究机械中常用机构和通用机械零部件（各种机械中普遍使用的零部件）的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计方法。机器若干个机构组合而成的具有确定运动的运动装置，能实现能量的转化或传递能量、物料或信息，实现预期的工作。如内燃机、电动机、起重汽车、金属切削机床、电话机和计算机等。机构是机器的组成部分，是由两个或两个以上的构件通过可动联接构成的运动确定的系统，用来传递运动和力。构件是由若干零件刚性联接而成，是机器运动的最小单元。零件是机器加工制造的最小单元。机器的组成由原动机、工作机、传动系统等组成。1.课程内容

3a曲柄滑块机构，将活塞往复移动转化为曲柄的连续转动；齿轮机构，改变转速大小和转向；凸轮机构，将凸轮的连续转动转变为推杆往复移动。机器实例：内燃机1、功能：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器。2、组成包含三种机构：一、机械、机器和机构气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮92、研究对象4a

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3、工作过程：5a4、运动分析：原动件：活塞—由燃气推动（驱动力所作用的构件）主运动：将活塞的往复直线运动→曲轴的回转运动辅助运动：配气——启闭进排气阀6a

机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如车床——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。总结：7a二、机械的特征1）人为的实物组合——由人工组合的构件系统2）各实物间具有确定的相对运动3）实现能量转换或完成有效的机械功如内燃机：热能→机械能发电机：机械能→电能电动机：电能→机械能1、机器的特征活塞—缸体：往复运动曲轴—缸体：转动连杆—曲轴：摆动如具有以上三个特征——机器8a凸轮机构（配气机构）：把回转运动→直线运动曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转运动如机器是由一种或多种机构组成的。只具有机器的前两个特征——机构2、机构的特征3、机器和机构的关系9a三、构件和零件1.机器由机构组成:3.构件：机构的基本运动单元，是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成。单一零件曲轴多个零件刚性组合连杆2.机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构件的组合；这些构件具有确定的相对运动。10a4.零件是组成机器最基本的单元体，是机械制造的单元体。

专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲轴、叶片通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴、螺栓等

5.部件：若干个零件的装配体11a

常用机构设计

连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构（棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构）等。常用通用零部件设计

传动零件：齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动、螺旋传动、摩

擦传动等。联接零件:螺纹联接、键联接、销联接等。轴系零件：轴、轴承（滑动轴承、滚动轴承）、联轴器等

。

机械系统的调速与回转件的平衡

机械系统设计（运动方案设计及结构设计）现代设计法方法简介具体内容12a机构：人为实物的组合体，具有确定的机械运动，可以用来传递和转换运动。机器：人为实物的组合体，具有确定的机械运动，可以用来转换能量、完成有用功或处理信息，以代替或减轻人的劳动。13a机器是由机构组成的。简单的机器，可能只含有一个机构,但一般都含有多个机构。机械:

机器和机构的总称。机器机构机器中的单个机构不具有转换能量或完成有用功的功能。14a我们已经多次使用了“构件”这个术语。活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。构件是组成机构的有确定运动的单元。构件构件是运动的单元，而零件是制造的单元。构件零件15a各种机械中广泛使用的零件称为通用零件。如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。只在某一类机械中使用的零件称为专用零件。如内燃机中的活塞、曲轴等。通用零件中主要包括三大类零件：传动零件（齿轮、带、链等）联接零件（螺栓、键等）轴系零件（轴、轴承等）此外:弹簧等零件。通用零件与专用零件返回16a传动零件

齿轮传动蜗杆传动带传动17a传动零件圆柱平摩擦轮传动（a）滑动螺旋;(b）滚动螺旋;（c）静压螺旋链传动螺旋传动(a)(b)(c)18a联接零件

螺纹联接键联接销联接19a轴滑动轴承滚动轴承联轴器轴系零件20a机器图数控立式升降台铣床电机起重机21a连杆曲柄内燃机实物图1-气缸体；2-活塞；3-连杆；4-曲轴；5、6-齿轮；7-凸轮；8-进气阀顶杆1234曲柄滑块机构156齿轮机构178凸轮机构22a

机械的发展历程概述

机械的发展历程机械设计及理论的发展历程古代近代现代23a简单机械：杠杆、车轮、滑轮、斜面、螺旋等。公元前3000年，在修建金字塔的过程中，就使用了滚木来搬运巨石。阿基米德用螺旋将水提升至高处，那就是今天的螺旋式输送机的始祖。公元前770年，中国开始使用失蜡铸造方法铸造青铜器。远古时代24a公元一世纪东汉“水排”用水力鼓风炼铁，其中应用了齿轮和连杆机构古代中国25a

晋代“连磨”用一头牛驱动八台磨盘，其中应用了齿轮系。26a27a中世纪欧洲

用脚踏板驱动的加工木棒的车床28a中世纪欧洲

利用曲轴的研磨机29a13世纪以后，机械钟表在欧洲发展起来。连杆机构、齿轮机构和凸轮机构等在古代机械中即已经有所应用。在达•芬奇时代，现在最常用的一些机构型式即已基本知晓。30a近代：18世纪中叶－20世纪中叶动力的变革材料的变革加工手段的变革生产模式的变革机构与传动的变革机械理论和设计方法的建立31a近代—动力的变革1765年，瓦特（Watt）发明了蒸汽机。揭开了第一次工业革命的序幕。蒸汽机给人类带来了强大的动力，各种由动力驱动的产业机械—纺织机、车床等，如雨后春笋般出现。古代机械的动力：人力、畜力和水力。动力制约了机械的发展。首先是动力的变革推动了机械的飞速发展和广泛应用。32a蒸汽机无法实现小型化，所以在当时的工厂里采用集中驱动的方式。蒸汽机时代的纺织工厂蒸汽机皮带天轴皮带生产机械2皮带生产机械1皮带生产机械3……33a19世纪，第二次工业革命电动机和内燃机发明为汽车、飞机的出现提供了可能性。电力代替了蒸汽。集中驱动被抛弃了，每台机器都安装了独立的电动机。34a

与此同时，戴姆勒也发明出了他的第一辆四轮汽车。1886年，本茨发明的汽油发动机为动力的三轮车被授予专利。35a莱特兄弟190336a19世纪中叶，发明了炼钢法，从那时一直到现在，钢铁始终是制造机械最主要的材料。18世纪末，现代车床的雏形在英国问世;19世纪中叶,通用机床的各种类型已大体齐备；19世纪末，自动机床、大型机床出现。近代—材料的变革近代—加工手段的变革近代—生产模式的变化社会需求日益增长。20世纪初叶，机械制造进入了大批量生产模式的时代。标志：美国福特汽车的生产37a进行大批量生产的要求。近代—机构与传动的变革

提高生产率的需要。基于动力的变革，大幅度提高机器的速度成为可能。机器速度的提高是几百年来未曾停遏的发展趋势。高速化自动化精密化提高产品质量的需要。基于加工水平的提高，提高机器的精度成为可能。近代机械的发展趋向要求不断完善已有的机构，并发明出新的机构38a例如：18世纪，欧拉（Euler）首次提出采用渐开线作为齿轮的齿廓，从而使高速、大功率的机械传动成为可能。20世纪各种大传动比、结构紧凑的新型传动，高速的步进机构，精密的滚动螺旋传动，

………

机构的创新一直到今天也没有停止。39a机器的发展，呼唤着机械的理论和设计方法。牛顿经典力学的建立则为此准备了理论基础。近代—机械理论和设计方法的建立40a材料学强度理论运动学静力学动力学牛顿经典力学机构结构学机构运动学机器静力学机器要运动、要传递力，因此，最先发展起来的是：41a材料学强度理论运动学静力学动力学牛顿经典力学机构结构学机构运动学机器静力学机器动力学随着机器运转速度的不断提高，机器的振动、速度波动等问题引起了人们的重视，机械动力学发展起来。42a材料学强度理论运动学静力学动力学牛顿经典力学机构结构学机构运动学机器静力学机器动力学机械零件设计到20世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。但是，这些方法都基于图解和手工计算。43a现代：20世纪中叶－

计算机的发明－科学技术发展史上划时代的大事。现代机器的出现计算机使机械设计方法面目一新44a现代：机器人的出现

随着计算机和伺服电机的出现，机器人作为现代机器的代表走上了历史舞台。工业机器人特种机器人

工业机器人：在工业生产中越来越广泛地应用。用于搬运、装配、焊接、喷漆、凿岩等工作。45a清洗飞机的机器人隧道凿岩的机器人第一汽车制造厂的汽车装配生产线几种工业机器人46a特种机器人：在潜水、管道修理、外科手术、生物工程、军事、星际探索等领域应用，承担着许多由人的直接操作无法完成的工作。47a水下扫雷机器人爬壁机器人几种特种机器人

军用昆虫机器人爬缆索机器人48a数控车床

数控加工中心计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来，使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。49a现代机器向主动控制、信息化和智能化方向发展，从这个意义上讲，正如有的学者所说：“今后的机器都将是机器人”。50a现代：机械理论和设计方法面目一新20世纪最后30年，计算机应用的普及极大地推动了机械分析与设计方法的革新。计算机计算代替了手工计算法和图解方法。计算机辅助设计、优化设计、有限元法、动态设计等现代设计方法迅速发展。计算机不仅是大大地提高了计算速度，而且已成为机械分析与设计的前所未有的强大手段。整个机械设计的理论和方法焕然一新。现代意义上的机械设计已经根本离不开计算机了。51a2.课程性质

综合性、应用性很强的