《机械设计》-第1章

１.１本课程的研究对象机械是机构与机器的总称。有关机构的内容已在“机械原理”课程中做了讲述，而本课程的研究对象是机器及组成机器的机械零部件。机器是人们根据某种使用要求而设计并制造的一种能执行机械运动的装置，它可以用来变换或传递能量、物料和信息。从制造和装配的角度来看，任何机器的机械系统都是由一定数量的基本单元组成的，这些基本单元就是机械零件，简称零件，它们是机器中最小的独立制造单元。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，称为部件。下一页返回１.１本课程的研究对象零件与部件合称为零部件，可将其概括地分为两类：一类是各种机器中经常都能用到的零部件，称为通用零部件，如螺钉、齿轮、键等零件，离合器、滚动轴承、减速器等部件；另一类是在特定类型的机器中才能用到的零部件，称为专用零部件，如内燃机中的曲轴、连杆（部件），纺织机中的织梭、纺锭，离心机中的转鼓（部件）等。本课程的研究对象中所涉及的机械零部件，是指在普通条件下工作的一般尺寸与参数的通用零部件，而专用零部件和巨型、微型及高温、高压等条件下工作的通用零部件不在本课程的研究范围内。机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体描述以作为制造依据的工作过程。上一页下一页返回１.１本课程的研究对象机械设计的本质是由功能描述到结构描述的变换，根据其实现变换的步骤及状况可分为更新设计和创新设计。如果实现变换的所有步骤都是已知的，则称为更新设计；如果至少有一个步骤是未知的，则称为创新设计。更新设计又可分为变形设计和适应性设计。前者不改变其基本原理，但在机构、结构及辅助原理方面有较大变动；后者是在原有产品的基础上，仅改变某些尺寸、外形，以适应某些新情况。机械设计的目标是：在现有材料、加工能力、理论知识和计算手段等的条件下，设计出性能好、制造成本低、尺寸和质量小、使用可靠、能耗低以及环境污染少的最优产品。机械设计是创新或改造机械产品的第一步，是决定机械产品的性能、质量、成本等方面的最主要也是最重要的环节。上一页返回１.２本课程的内容、性质与任务１.２.１本课程的内容、性质与任务本课程是一门以一般通用机械零部件设计为核心，并论述它们的基本设计理论与方法，用以培养学生的一般机械设计能力的设计性课程，是机械类和近机类专业的技术基础课。本课程需要综合应用许多先修课程的知识，如机械制图、金属工艺学、理论力学、材料力学、机械原理、互换性与技术测量和工程实训等，故其涉及的知识面较广，且偏重于工程应用方面。它将为学生在日后学习有关专业课程和掌握新的机械科学技术方面奠定必要的基础。因此，在人才培养方案中，它是一门介于基础课与专业课之间的、具有承上启下作用的主干课程。下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务本课程的内容是在简要介绍整台机器设计的基本知识的基础上，重点讨论一般尺寸和参数的通用零件，包括它们的基本设计理论和方法，以及有关技术资料的应用等。课程的具体内容包括以下三个方面。１.机械设计的基本知识、基本理论和基本方法（第１～４章）这一部分介绍了机械设计的相关知识、机械设计的基本理论和基本方法。机械设计的基本理论主要是研究机械设计的一般过程和要求，机器及零件设计的基本原则，机械零件的强度理论、材料的选用，摩擦、磨损及润滑等方面的学科基本内容。２.通用零部件设计（第５～１４章）（１）传动零件设计上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务传动零件设计主要研究带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动及螺旋传动的受力分析、失效分析、设计准则及承载能力设计与计算，传动零件的结构设计、材料选择及润滑等。（２）轴系零部件设计轴系零部件设计主要研究滑动轴承、滚动轴承，联轴器、离合器，轴的类型、特点、工作原理，轴系零部件的工作能力设计、结构设计及标准零部件选用等。（３）连接零部件设计连接零部件设计主要研究螺纹连接、键连接、销连接及各种连接件的连接方式。上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务（４）其他零部件设计其他零部件设计主要研究弹簧等。３.总体构思与设计机械零件的设计与计算是本课程的基本教学内容，但本课程的最终目的在于使学生能综合运用各种机械零件、各种机构的知识以及先修课程的知识，用以设计机械传动装置和简单的机械。因此，本课程结束后，应安排一次课程设计，用以培养学生的总体构思与设计能力。本课程的主要任务是通过理论教学和实践环节的训练，使学生达到以下目标：上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务１）树立理论联系实际的正确设计思想，提高创新思维和创新设计能力。２）掌握通用机械零件的设计原理、设计方法和机械设计的一般规律，具有设计通用机械传动装置和简单机械的能力。３）具有运用机械设计手册、图册及标准、规范查阅有关技术资料的能力。４）掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练。５）了解国家当前的技术经济政策，并对机械设计的发展及现代的设计方法有所了解。上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务在本课程的学习过程中，学生要综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，并结合各个教学实践环节进行基本训练，逐步提高自身的理论水平、构思能力、工程洞察能力和判断力，特别是分析及解决问题的能力，为顺利过渡到专业课的学习及进行产品和设备的开发与设计打下坚实的基础。１.２.２本课程的特点和学习方法与基础理论课相比，本课程是一门综合性、实践性很强的设计性课程。因此，学生在学习时必须掌握本课程的特点，在学习方法上尽快完成由单科向综合、由抽象向具体、由理论向实践的思维方式的转变。在学习过程中应注意以下几方面的问题。上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务１.本课程的综合性强本课程的内容涉及多门先修课程的基本知识，知识面宽，综合性强，学生在学习过程中应注意及时复习、总结、深化有关内容，并注重培养综合应用这些知识的能力。２.本课程的实践性强本课程的教学环节除课堂教学外，还有习题课、实验课、设计性作业及课程设计等。学好教材内容是一个重要方面，但它远非课程的全部。学习本课程时必须明确：书本知识固然重要，但在工程实际中，仅靠书本知识是不能正确解决问题的，还需要掌握一定的经验资料和具有较强的工程洞察力及判断力。上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务因此，学生要注重实践训练，并通过实践训练，进一步加深对课程内容的理解和掌握，从而培养和提高机械设计能力，尤其要重视提高设计机械零件结构的能力和熟练查阅、使用手册及各种技术资料的能力。３.本课程的设计性强本课程的内容紧密围绕零部件的设计问题。设计是本课程的核心，学生要掌握各种零件的设计过程。该过程一般是先分析零件的失效形式，然后再建立理论分析模型并根据其失效形式建立设计准则，最后根据设计准则和零件的工作条件（包括载荷大小与性质、寿命长短和工作环境等）设计满足客户要求的零件。上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务同时，学生也要重视结构设计，在设计过程中，往往需要理论设计与结构设计交叉进行，否则有可能发生理论设计的零件不一定满足结构的要求等问题。理论设计与结构设计往往需要多次反复修改，以便尽可能达到最佳的设计效果。４.本课程涉及的修正系数多由于理论分析模型很难将实际的工作条件都包括进去，所以往往需要用一系列的系数对理论计算结果进行修正。有些工作条件比较复杂，很难单纯用理论计算来解决设计问题，此时往往要用到前人总结的经验或半经验公式。因此，对各种修正系数或者经验公式中的系数，学生应了解其使用条件和应用范围。上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务５.本课程涉及的零部件多学习时应注意不同零部件在材料、结构、功能、应用、载荷、应力、失效形式及计算公式方面的差异，又要把握不同零部件设计所遵循的一些共同规律，如基本相同的设计步骤及零件分析、设计思路等。本教材在论述各类零部件设计时的思路及过程分为以下几个步骤：１）介绍零部件的类型、构造、功能、材料、标准、优缺点和使用场合等基本知识，使学生对该类零件有初步了解。２）论述零部件的工作情况、受力分析、应力分析、失效形式、设计准则、设计方法与步骤、参数选择原则、常用参考资料以及有关注意事项等，使学生初步掌握零部件的设计理论与方法。上一页下一页返回１.２本课程的内容、性质与任务３）给出典型例题，把学生引向设计实践，并给出一定数量的习题，使学生有机会实际运用所学的有关知识、设计理论、设计方法及参考资料，进行初步的设计训练，从而加深和巩固所学的知识与技能，进一步提高设计能力。６.机械零部件是机器的基本组成部分在不同的机器中，同样的零部件在受力情况、设计要求及设计特点等许多方面都会有所不同，所以机械零部件的设计总是和具体机械或机电产品的开发设计联系在一起的。要真正学好本课程并真正掌握机械零部件