机械设计基础 第一章幻灯片.pptVIP

第1章 机械设计基础概论 1．课程性质 本课程是培养机械设计人才的重要入门课程，为以机械学为主干学科的各专业学生提供机械设计的基础知识、基础理论和基本方法的训练。 2．课程任务 本课程的主要任务是通过理论学习和课程实训，使学生达到以下目标。 （1）掌握机械的结构、运动特性和机械动力学的基础知识，为学生将来从事机械产品的设计、开发提供必要的理论知识。 （2）掌握通用零件的工作原理、特点、维护和设计计算的基本知识。 （3）具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料及编写设计说明书的能力。 1.1 课程性质和任务 1．机器与机构 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。机器通常具有以下特征。 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，例如往复移动、转动或摆动等。 ③ 实现能量转换或完成有效的机械功。例如将热能转换为机械能（内燃机）、将机械能转换为电能（发电机）、将电能转换为机械能（电动机）等。 1.2 初识机械设计 机器是由一种或多种机构组成的，而机构是人工组合的构件系统，必须满足两个条件：若干构件的组合；这些构件具有确定的相对运动。 构件是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。若为多个零件的组合，这些零件应该采用刚性连接，彼此之间无相对运动。 零件是组成机器最基本的单元体，是机械制造的单元体。专用零件是特定机器中所使用的零件，如活塞、曲轴、叶片；通用零件是各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、轴、螺栓等。 部件是指若干个零件的装配体。 2．构件、零件和部件 原动机：为整个机器提供动力的部分。常用的原动机包括电动机和内燃机，它可以把其他形式的能量转换为机械能，产生驱动动力。 工作机构：是机械中直接产生工艺动作的部分。 传动机构：是将原动机中的运动和动力准确传递到工作机构上的部分，在传递过程中还会根据需要，对运动的性质和速度进行变换。 3．机械 （1）重视产品的创新性 创新是现代设计的核心。现代设计不是对以前的产品进行简单的修补，而是打破传统观念，创造出具有特色的新产品。 4．认识设计 （2）采用先进的设计手段 随着计算机技术的发展，计算机辅助设计（CAD）技术被广泛用于设计领域，这也是现代设计的重要标志。CAD技术不但提高了设计质量，还大大提高了设计效率。同时，网络技术的发展，使得多人协同开发产品成为可能，这样可以实现资源共享，减轻设计者的负担，改变了“闭门造车”的落后设计方法。 （3）零部件设计的重要性 一般的大型机电产品由机械和电气两大系统组成。把机械分为部件单独进行设计和生产可提高生产效率和产品质量。 零部件设计是机械设计的重要组成部分，是机械总体设计的基础，并可能对机械总体设计产生巨大的影响。 1．失效形式 机械零件丧失工作能力或达不到设计要求，称为失效。失效并不意味着损坏。 常见的失效形式有：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；运动精度达不到要求等。 对于同一种零件，由于工作形式或环境的不同，其失效形式也是不同的。如齿轮的失效可能有：齿面黏着磨损和胶合、磨粒磨损；齿面疲劳点蚀和剥落；轮齿疲劳折断和过载折断；齿面或齿体塑性变形等。 1.3 机械零件的失效形式及设计准则 （1）强度 强度不足是零件在工作中断裂或产生过量残余变形的直接原因。 （2）刚度 刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。 （3）耐磨性 提高零件表面质量或硬度、采取良好润滑措施等可以提高零件的耐磨性。 （4）振动稳定性 （5）可靠性 （6）标准化 （7）其他要求 2．设计准则 （1）应力类型 ① 静应力：应力的大小和方向不随时间而变化或变化缓慢的应力。零件相应的失效形式为塑性变形或断裂。 ② 交变应力：应力的大小和方向随时间作周期性变化的应力。零件相应的失效形式为疲劳破坏。例如火车轮轴以及齿轮轮齿的弯曲应力等。 3．机械零件的疲劳破坏 （2）疲劳破坏的特征 ① 零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏。 ② 即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。 （3）疲劳破坏的原因 材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。 机械零件的设计常按以下步骤进行。 （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）根据材料的力学性能、物理性质、经济因素及供应情况等选择零件的材料。 （3）根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸，并加以标准化或圆整。 （4）根据确定的主要尺寸并结合结构和工艺上的要求，绘制