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高职院校机械设计基础课程讲义

课程名称：机械设计基础

适用对象：高职院校机械类及近机械类专业学生

先修课程：机械制图、工程力学、金属材料与热处理

建议学时：（根据实际情况填写，例如：____学时，含实践）

建议学分：（根据实际情况填写，例如：5-6学分）

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前言

同学们，欢迎进入《机械设计基础》这门课程的学习。在我们的周围，机械无处不在，从工厂里轰鸣的生产线，到日常生活中的汽车、家电，乃至我们手中的文具，其核心都离不开精心设计的机械结构与零件。这门课程将带领大家走进机械设计的世界，探索机械的奥秘，为你们未来从事机械相关的技术工作打下坚实的基础。

本课程的特点是综合性强、实践性突出。它不仅要求我们掌握必要的理论知识，更强调如何运用这些知识去分析和解决实际的机械设计问题。作为高职院校的学生，我们的学习应更侧重于应用，注重培养工程实践能力和创新意识。希望大家在学习过程中，能够多观察、多思考、多动手，将理论与实际紧密结合起来。

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第一章绪论

1.1机械设计基础课程的研究对象与内容

1.1.1机器与机构

在日常生活和生产中，我们会接触到各种各样的“机器”。那么，究竟什么是机器？什么是机构？它们之间又有何区别与联系？

*机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息，从而完成有用的机械功或实现特定的运动。

例如：内燃机（将热能转化为机械能）、起重机（传递物料并完成有用功）、打印机（传递信息）。

机器通常具备三个特征：

1.由若干个实物（构件）组成。

2.各实物之间具有确定的相对运动。

3.能实现能量的转换或完成有用的机械功。

*机构：是用来传递运动和力的构件系统。

例如：齿轮机构（传递运动和动力）、凸轮机构（实现特定的运动规律）、连杆机构（实现复杂运动轨迹）。

机构同样具备机器的前两个特征，但它主要功能是传递运动和力，而不一定能实现能量转换或做有用功。

结论：机器是由机构组成的。一部机器可以包含一个或多个机构，其中起主要作用的机构称为“工作机构”。

1.1.2零件与构件

*构件：是机构中的运动单元体，即相互之间能作相对运动的物体。一个构件可以是一个单独的零件，也可以是由若干个零件刚性地连接在一起、作为一个整体运动的组合体。例如，内燃机的连杆就是一个构件，它由连杆体、连杆盖、连杆螺栓等零件组成。

*零件：是机器的制造单元体。任何机器都是由若干个不同的零件装配而成的。

零件按其在机器中所起的作用，可分为：

*通用零件：在各种机器中经常用到的零件。如螺栓、螺母、齿轮、轴、轴承等。

*专用零件：只在特定类型的机器中才用到的零件。如内燃机的活塞、汽轮机的叶片、起重机的吊钩等。

本课程的研究对象：主要是常用机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零件（如连接零件、传动零件、轴系零件等）的工作原理、结构特点、基本设计理论与计算方法。

1.2机械设计的基本要求与一般程序

1.2.1机械设计的基本要求

设计一台新机器，或改进一台现有机器，都需要满足一定的要求。这些要求通常包括：

1.功能性要求：这是设计的首要目标，机器必须能可靠地完成预定的工作任务，实现预期的功能。例如，机床要能准确地加工出合格的零件，汽车要能安全舒适地运送人员或货物。

2.经济性要求：设计应在满足功能的前提下，力求成本最低。包括制造成本（材料、加工、装配等）和使用成本（能耗、维护、管理等）。

3.可靠性要求：机器在规定的使用条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性低的机器故障频发，会造成巨大损失。

4.安全性要求：确保操作人员的人身安全和设备本身的安全，以及避免对环境造成危害。例如，设置必要的防护装置、过载保护装置等。

5.工艺性要求：所设计的机械零件应易于制造、装配、拆卸和维修。结构应简单合理，尽量采用标准化、通用化的零部件。

6.其他要求：如外观美观、操作方便、重量轻、体积小、对环境适应性强等，可根据具体产品特点和使用场合提出。

1.2.2机械设计的一般程序

机械设计是一个复杂的创造性过程，通常可分为以下几个阶段：

1.产品规划与需求分析：明确设计任务和目标，进行市场调研，分析用户需求，制定设计任务书。任务书应包括机器的功能、性能指标、工作条件、设计期限、成本估算等。

2.方案设计：根据设计任务书，进行原理方案的构思和选择。这是创造性最强的阶段，需要提出多种可能的方案，进行分析、比较和评价，从中选出最优或较优的方案。方案设计通常包括工作原理的确定、机构的选型与组合等。

3.技术设计：在选定方案的基础上，进行具体的结构设计和参数计算。包括：

*零部件的结构形状设计。

*材料的选择。

*主要参