第1章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)緒論

第一章緒論第一節(jié)機(jī)械的組成第二節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)概述第三節(jié)本課程主要內(nèi)容、義務(wù)及其學(xué)習(xí)方法第一節(jié)機(jī)械的組成機(jī)械是機(jī)構(gòu)和機(jī)器的總稱。單缸內(nèi)燃機(jī)一、機(jī)器與機(jī)構(gòu)機(jī)器具有以下三個(gè)共同特征：1.都是人為的各種實(shí)物的組合。例如電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)變換能量;起重運(yùn)輸機(jī)傳送物料,計(jì)算機(jī)變換傳送信息.2.組成機(jī)器的各種實(shí)物間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3.可以變換或傳送能量,物料和信息.輔助系統(tǒng)(例如光滑、顯示、照明等)原動(dòng)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分控制部分機(jī)械傳動(dòng)液壓傳動(dòng)電傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)傳送動(dòng)力、扭矩改動(dòng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)方式螺旋齒輪蝸桿帶鏈離合器機(jī)器的組成機(jī)器的四個(gè)組成部分1.原動(dòng)部分:機(jī)器任務(wù)的動(dòng)力源4.控制部分:控制機(jī)器的開(kāi)動(dòng)和停頓,改動(dòng)運(yùn)動(dòng)的速度和方向等等2.任務(wù)部分:直接完成機(jī)器預(yù)定功能的部分3.傳動(dòng)部分:機(jī)器中將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳送給任務(wù)部分的中間部分,大多為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)大門(mén)表示圖組成：電動(dòng)機(jī)〔原動(dòng)機(jī)〕減速器〔傳動(dòng)系統(tǒng)〕連桿機(jī)構(gòu)ABCD〔任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)〕電氣控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)根據(jù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式〔往復(fù)挪動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等〕的機(jī)件的外形特點(diǎn)，把相應(yīng)機(jī)件的組合稱為機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)機(jī)械的各個(gè)部分都是由機(jī)構(gòu)組合而成這種內(nèi)燃機(jī)可視為以下三種機(jī)構(gòu)的組合:①曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由活塞4、連桿3、曲軸2和機(jī)架1構(gòu)成，作用是將活塞的往復(fù)挪動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的延續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng);②齒輪機(jī)構(gòu)，由齒輪9、10和機(jī)架1構(gòu)成，作用是改動(dòng)轉(zhuǎn)速的大小和轉(zhuǎn)動(dòng)的方向;③凸輪機(jī)構(gòu)，由凸輪8、推桿7和機(jī)架1構(gòu)成，作用是將凸輪的延續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U有規(guī)律的間歇往復(fù)挪動(dòng)。二、構(gòu)件與零件構(gòu)件組成機(jī)械的各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件,是機(jī)械的運(yùn)動(dòng)單元.如汽車(chē)的輪子,車(chē)床的主軸.公用零件:只在某些機(jī)器中運(yùn)用.如氣輪機(jī)中的葉片.起重機(jī)的吊鉤.通用零件:機(jī)器中普遍運(yùn)用的零件,如齒輪,軸.螺釘零件機(jī)械的制造單元.如螺釘,螺母,軸等能夠是由一個(gè)零件構(gòu)成，但通常是由假設(shè)干個(gè)零件剛性聯(lián)接而成。由假設(shè)干零件組成的構(gòu)件——連桿12341--連桿體2--螺栓3--螺母4--連桿蓋機(jī)械的各個(gè)部分都是由機(jī)構(gòu)組合而成機(jī)構(gòu)由假設(shè)干個(gè)構(gòu)件經(jīng)過(guò)動(dòng)結(jié)合組合而成機(jī)構(gòu)具有機(jī)器的1、2特征。(1)它們都是人為實(shí)體(構(gòu)件)的組合(2)各個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件由假設(shè)干個(gè)零件經(jīng)過(guò)靜結(jié)合組裝而成機(jī)器與機(jī)構(gòu)的區(qū)別在于：機(jī)器能實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換〔如內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)〕，能替代人的勞動(dòng)去作有用的機(jī)械功。第二節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)概述一.機(jī)械設(shè)計(jì)的根本要求和普通程序1、根本要求滿足機(jī)器預(yù)定的任務(wù)要求，如機(jī)器任務(wù)部分的運(yùn)動(dòng)方式、速度、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性、需求傳送的功率，以及某些運(yùn)用上的特殊要求〔如高溫、防潮等〕。功能要求平安可靠性要求〔1〕使整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)和零件在規(guī)定的外載荷和規(guī)定的任務(wù)時(shí)間內(nèi)，能正常任務(wù)而不發(fā)生斷裂、過(guò)度變形、過(guò)度磨損、不喪失穩(wěn)定性?！?〕能實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員的防護(hù)，保證人身平安和身體安康?！?〕對(duì)于周?chē)h(huán)境和人不呵斥危害和污染，同時(shí)要保證機(jī)器對(duì)環(huán)境的順應(yīng)性。要求便于加工、裝拆以及維護(hù)。構(gòu)造工藝性要求經(jīng)濟(jì)性在產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)周期中，必需把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、銷(xiāo)售及制造三方面作為一個(gè)系統(tǒng)工程來(lái)思索，用價(jià)值工程實(shí)際指點(diǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，正確運(yùn)用資料，采用合理的構(gòu)造尺寸和工藝，以降低產(chǎn)品的本錢(qián)。設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)和零部件時(shí)，應(yīng)盡能夠規(guī)范化、通用化、系列化，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低制造本錢(qián)。2.設(shè)計(jì)過(guò)程三階段:1.方案階段:明確機(jī)器應(yīng)該具有的功能,制定設(shè)計(jì)義務(wù)書(shū)2.方案設(shè)計(jì)階段確定實(shí)現(xiàn)其功能的原理.從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面思索,選擇一定的原動(dòng)機(jī)和各個(gè)其他部分.繪出原理圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3.技術(shù)設(shè)計(jì)階段將原理方案詳細(xì)化構(gòu)造化.思索機(jī)械總體規(guī)劃和外形.繪制整機(jī)配備草圖和部件配備草圖.確定零件的外形,尺寸,資料等.并對(duì)整機(jī)和零件進(jìn)展精度設(shè)計(jì)等明確設(shè)計(jì)要求〔確定設(shè)計(jì)對(duì)象的預(yù)期功能、有關(guān)目的及限制條件〕提出設(shè)計(jì)方案〔擬定粗線條的總體布置，進(jìn)展概略計(jì)算，得出可供比較評(píng)價(jià)的多種設(shè)計(jì)方案，從中選取最正確方案〕總體設(shè)計(jì)〔進(jìn)展分析計(jì)算和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，最后繪制總體設(shè)計(jì)圖〕構(gòu)造設(shè)計(jì)〔施工設(shè)計(jì)，完成施工所需的總裝圖，零件任務(wù)圖及技術(shù)文件〕試制、鑒定〔經(jīng)過(guò)樣機(jī)試制，從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上作出全面評(píng)價(jià)〕產(chǎn)品定型信息反饋二.機(jī)械零件設(shè)計(jì)的計(jì)算準(zhǔn)那么和普通步驟1.計(jì)算準(zhǔn)那么(1)強(qiáng)度準(zhǔn)那么強(qiáng)度是零件體抗破裂和塑性變形的才干.它分體積強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度(2)剛度準(zhǔn)那么剛度是零件抵抗彈性變形的才干.就是要保證機(jī)器任務(wù)時(shí)零件彈性變形量不超越許用值(3)耐磨性準(zhǔn)那么零件在任務(wù)中抵抗各種摩擦的才干.保證零件的磨損量不超越允許值(4)振動(dòng)穩(wěn)定性零件不發(fā)生共振.使零件的固有頻率與周期性外力的變化頻率錯(cuò)開(kāi)還有耐熱性等等.

失效分析磨損相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件外表因摩擦的存在，而導(dǎo)致零件外表資料的逐漸喪失。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效外表壓潰零件外表質(zhì)量不高或硬度不夠時(shí)，在外載荷作用下出現(xiàn)的碎裂景象。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效失效分析過(guò)量塑性變形零件上的應(yīng)力超越了資料的屈服極限時(shí)，零件會(huì)發(fā)生塑性變形。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效失效分析打滑靠外表摩擦力堅(jiān)持任務(wù)才干的帶傳動(dòng)，當(dāng)傳送的有效圓周力超越臨界摩擦力時(shí)，就將發(fā)生打滑失效。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效

失效分析疲勞點(diǎn)蝕作用在零件上的脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力超越其接觸疲勞極限時(shí)，出現(xiàn)疲勞裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)展使外表金屬小片剝落構(gòu)成疲勞點(diǎn)蝕。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效

失效分析過(guò)量彈性變形零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形超越了機(jī)器任務(wù)性能允許的極限值時(shí)，會(huì)使機(jī)器的任務(wù)精度降低以致不能正常任務(wù)。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效失效分析膠合兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件在高速重載的作用下，常因接觸區(qū)溫升過(guò)高而使光滑油失效，使兩零件直接接觸，以致部分相互粘結(jié)，又被撕裂的景象。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效

失效分析過(guò)量彈性變形零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形超越了機(jī)器任務(wù)性能允許的極限值時(shí)，會(huì)使機(jī)器的任務(wù)精度降低以致不能正常任務(wù)。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效失效分析斷裂零件在外載荷作用下，某一危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超越零件的強(qiáng)度極限時(shí)所發(fā)生的斷裂。零件在循環(huán)變應(yīng)力作用下，危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超越零件的疲勞強(qiáng)度時(shí)會(huì)產(chǎn)生[疲勞斷裂。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效

失效分析振動(dòng)失效高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，當(dāng)其轉(zhuǎn)速等于或接近零件的自振頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，使振幅急劇增大，導(dǎo)致零件及系統(tǒng)在短時(shí)期破壞。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效

失效分析過(guò)量彈性變形零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形超越了機(jī)器任務(wù)性能允許的極限值時(shí)，會(huì)使機(jī)器的任務(wù)精度降低以致不能正常任務(wù)。外表壓潰過(guò)量塑性變形打滑磨損疲勞點(diǎn)蝕膠合斷裂振動(dòng)失效過(guò)量彈性變形零件失效外表失效2機(jī)械零件設(shè)計(jì)的普通步驟(1)根據(jù)零件的運(yùn)用要求〔如功率、轉(zhuǎn)速等〕,選擇零件的類(lèi)型及構(gòu)外型式。(2)根據(jù)零件的任務(wù)情況計(jì)算作用在零件上的載荷,分析應(yīng)力形狀和性質(zhì)〔拉、壓力，剪切力〕。(3)根據(jù)零件運(yùn)用,工藝和經(jīng)濟(jì)等要求選擇資料及熱處置方法(4)根據(jù)零件的主要失效方式確定其計(jì)算準(zhǔn)那么，并由相應(yīng)的公式確定零件的根本尺寸。(5)根據(jù)零件作用,制造配備等進(jìn)展零件的構(gòu)造設(shè)計(jì)(6)根據(jù)零件之間位置關(guān)系,進(jìn)展精度設(shè)計(jì),給出零件的尺寸公差,外形公差,位置公差,外表粗糙度(7)繪制零件的任務(wù)圖，擬定必要的技術(shù)條件，編寫(xiě)計(jì)算闡明書(shū)。 機(jī)械零件常用資料及其選用原那么 1、鋼—— 一、常用資料鋼的強(qiáng)度較高，塑性較好，可經(jīng)過(guò)軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機(jī)械零件，并且可以用熱處置和外表處置方法提高其機(jī)械性能，因此其運(yùn)用極為廣泛。含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2%的鐵碳合金稱為鐵。2．鑄鐵 常用的鑄鐵有灰鑄鐵HT；球墨鑄鐵QT；可鍛鑄鐵；合金鑄鐵等。3．有色金屬合金有色金屬合金具有良好的減磨性、跑合性、抗腐蝕性、抗磁性、導(dǎo)電性等特殊的性能。在工業(yè)中運(yùn)用最廣的是銅合金、軸承合金和輕合金。有色金屬合金比黑色金屬價(jià)貴。銅合金有青銅與黃銅。黃銅——銅與錫的合金，它具有很好的塑性和流動(dòng)性，能輾壓和鑄造各種機(jī)械零件。青銅——錫青銅和無(wú)錫青銅兩類(lèi)，它們的減摩性和抗腐蝕性均較好。軸承合金〔又稱巴氏合金、白合金〕——銅、錫、鉛、銻的合金，其減磨性、導(dǎo)熱性、抗膠合性好，但強(qiáng)度低且較貴，主要用于制造滑動(dòng)軸承的軸承襯。4、非金屬資料 塑料、橡膠、陶瓷、木料、毛氈、皮革、棉絲等。1)．橡膠橡膠富有彈性，有較好的緩沖、減振、耐熱、絕緣等性能，常用作聯(lián)軸器和減振器的彈性安裝、橡膠帶及絕緣資料等。2〕．塑料塑料是合成高分子資料工業(yè)中消費(fèi)最早、開(kāi)展最快、運(yùn)用最廣的資料。塑料比重小，易制成外形復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、減摩耐磨性、絕熱性、抗振性等。常用塑料包括聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料。工程塑料包括聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、尼龍、MC尼龍、氯化聚醚等。3〕．復(fù)合資料 復(fù)合資料是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的資料經(jīng)過(guò)不同的工藝方法人工合成多相的資料。它既可以堅(jiān)持組成資料各自原有的一些最正確特性，又可具有組合后的新特性，這樣就可根據(jù)零件對(duì)于資料性能的要求進(jìn)展資料配方的優(yōu)化組合。由于運(yùn)用于光、熱、電、阻尼、光滑、生物等方面新的復(fù)合材的不斷問(wèn)世，復(fù)合資料的運(yùn)用范圍正得到不斷的擴(kuò)展。4〕．陶瓷 陶瓷資料具有高的熔點(diǎn)，溫度界限為1,200℃～1,600℃，運(yùn)用于現(xiàn)代機(jī)械安裝設(shè)備，特別是高溫機(jī)械部分。此外高硬度的陶瓷資料，具有摩擦系數(shù)小、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、比重小、線膨脹系數(shù)小等特性，使之在精細(xì)機(jī)械中、運(yùn)用于高溫、中溫、低溫領(lǐng)域，可以作機(jī)械零件，也可以做電機(jī)零件；以機(jī)械安裝為代表運(yùn)用的陶瓷資料叫工程陶瓷。二、機(jī)械零件資料的選用原那么5、資料的經(jīng)濟(jì)性。1、載荷及應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布；2、零件的任務(wù)情況；3、零件的尺寸及質(zhì)量；4、零件構(gòu)造的復(fù)雜程度及資料的加工可靠性；資料的選擇應(yīng)根據(jù)以下原那么：三機(jī)械設(shè)計(jì)的新開(kāi)展1.由宏觀向微觀開(kāi)展提示微觀機(jī)理2.偏重點(diǎn)由零件的靜態(tài)(載荷不變)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向多種零件的綜合或者整機(jī)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)3.新的設(shè)計(jì)方法不斷出現(xiàn):優(yōu)化設(shè)計(jì),有限元等等4.機(jī)電一體化時(shí)機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)展方向5.步入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)代第三節(jié)本課程主要內(nèi)容、義務(wù)、學(xué)習(xí)方法1．主要內(nèi)容本課程是一門(mén)技術(shù)根底課，其最顯著的特點(diǎn)是根底實(shí)際與工程實(shí)踐的結(jié)合。1〕常用機(jī)構(gòu)的組成及任務(wù)原理、運(yùn)動(dòng)特性和設(shè)計(jì)的實(shí)際和方法2〕通用零件的原理和特點(diǎn)、選用和設(shè)計(jì)3〕零件的維護(hù)和運(yùn)用普通常識(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)——對(duì)零件進(jìn)展強(qiáng)度設(shè)計(jì)〔功能問(wèn)題〕機(jī)械原理——對(duì)常用機(jī)構(gòu)進(jìn)展綜合分析〔構(gòu)造問(wèn)題〕2．學(xué)習(xí)的義務(wù)1、熟習(xí)常用機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理、運(yùn)動(dòng)特性以