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1、第一章 機械設(shè)計基礎(chǔ)概論 1.1 機械的概念 1.2 機械設(shè)計的基本要求和一般程序 1.3 機械零件的常用材料 1.4 機械零件的失效形式及設(shè)計計算準則 1.5 本課程的研究內(nèi)容、性質(zhì)及任務(wù) 1.1 機械的概念 機器、機構(gòu)及其結(jié)構(gòu)組成機器、機構(gòu)及其結(jié)構(gòu)組成 機械是各類機器的通稱。它是人類改造自然、發(fā)展進步的主要工具。在日常生活和工作中,我們接觸到很多機器。 例如: 氣缸體氣缸體 連桿連桿 曲軸曲軸 齒輪齒輪 活塞活塞 齒輪齒輪 構(gòu)件:構(gòu)件:機器的種類繁多、外形萬變、用途各異。 但從機器的結(jié)構(gòu)組成、機械運動的特點進行分析,這些不同的機器都是由能產(chǎn)生相對運動的單元體組合而成,這些單元體稱為構(gòu)件。
2、機構(gòu):機構(gòu):具有特定結(jié)構(gòu)形狀和運動特征的構(gòu)件組合稱為機構(gòu)。 機器組成示例:機器組成示例: 各機構(gòu)的功能:各機構(gòu)的功能: 曲柄滑塊機構(gòu):曲柄滑塊機構(gòu):將活塞的往復(fù)移動轉(zhuǎn)化為曲軸的 連續(xù)轉(zhuǎn)動。 齒輪機構(gòu):齒輪機構(gòu):實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的傳遞。 凸輪機構(gòu):凸輪機構(gòu):將凸輪的轉(zhuǎn)動變換為頂桿的往復(fù)移動。 綜合:綜合:通過上述三個機構(gòu)的協(xié)調(diào)工作便能 將燃氣的熱能轉(zhuǎn)換為曲柄轉(zhuǎn)動的機械能。 結(jié)論:結(jié)論:機器是由各種機構(gòu)組成的。一部機器可能 由多種機構(gòu)組成,如上述的內(nèi)燃機就是由曲柄滑塊 機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和凸輪機構(gòu)、帶傳動機構(gòu)等組合而 成;也可能僅由一個最簡單的機構(gòu)組成,如電動機 就是只包含一個由定子和轉(zhuǎn)子所組成的雙桿回轉(zhuǎn)機構(gòu)
3、。 機器的共同特征:機器的共同特征: 從上述例子以及對其他不同機器的分析可以得到機器的共同特征: (1)它們都是人們根據(jù)某種使用要求而設(shè)計創(chuàng)造的一種裝置。 (2)它們必須執(zhí)行確定的機械運動。 (3)用于完成包括機械力、運動和能量轉(zhuǎn)換等動力學(xué)任務(wù)。 相對于機器而言,機構(gòu)主要反映機器的機械運動傳遞和運動形式轉(zhuǎn)換的特征。 構(gòu)件和零件構(gòu)件和零件: 機械都是由機械零件組成的。機械零件是指機械中每 一個單獨加工的單元體,例如上圖(a)所示的曲軸。 構(gòu)件可以是單一的機械零件,也可以是若干機械零件的 剛性組合。例如圖( b)所示,它是由連桿體、 連桿蓋、螺栓和螺母等零件組合而成的。這些零件之間 沒有相對運動,
4、是一個運動整體,故屬一個構(gòu)件。 因此,構(gòu)件是運動的單元,零件是制造單元。 隨著機械的功能和類型的日益增多,作為組成機 械的最基本單元的零件更是多種多樣。通常將機械零件 分為通用機械零件和專用機械零件兩大類。 機器的組成 作為一部完整的機器,僅具有上述的機械部分是不夠的 它不能完成預(yù)期的工作。從功能和系統(tǒng)的角度來看,機器 一般主要由以下五部分組成: 原動機 傳動裝置 執(zhí)行部件 輔助系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 機器組成 以轎車的組成為例: 基本要求 1) 使用功能要求; 2) 經(jīng)濟性要求; 3) 勞動保護和環(huán)境保護要求; 4) 可靠性要求; 5)其它專用要求。 1.2機械設(shè)計的基本要求和一般程序 1.2.1
5、機械設(shè)計的基本要求 對機器的主要要求 基本要求 工作能力要求:強度、剛度、壽命、穩(wěn)定性、耐磨性; 結(jié)構(gòu)工藝性及經(jīng)濟性要求。 質(zhì)量小及可靠性要求 設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的基本要求 1.2.2 機械設(shè)計的一般程序 設(shè)計機器的一般程序 一般程序 計劃階段 方案設(shè)計階段 技術(shù)設(shè)計階段 技術(shù)文件編制 對所設(shè)計的機器需求情況進行充分調(diào)查分析,明確機器功能及約束條件,形成設(shè)計任務(wù)書。 分析機器功能,確定功能參數(shù),擬定多種方案并進行綜合評價。 確定原動機參數(shù)及各運動構(gòu)件的運動參數(shù),確定主要零件上的載荷大小、特性,依工作能力設(shè)計準則初步完成零件基本尺寸的確定,作出零部件裝配草圖及總裝配圖,完成主要零件的校核計算。
6、 編制設(shè)計計算說明書、使用說明書及其它技術(shù)文件。 結(jié) 束 機械零件設(shè)計的一般步驟 設(shè)計步驟 1、根據(jù)機器具體工作情況確定作用在零件上的名義載荷及計算載荷。 名義載荷: 用力學(xué)公式計算出的載荷。 計算載荷: 考慮實際工作條件影響的載荷。 2、選擇零件材料。 3、由失效形式確定計算準則并依此確定零件主要尺寸。 4、根據(jù)工藝性進行零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。 5、根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸進行詳細校核計算。 6、繪制零件工作圖,寫出計算說明書。 1.2.3 機械零件設(shè)計中的標準化 所謂零件的標準化,就是通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、設(shè)計方法、制圖等要求,制定出共同遵守的標準。標準化的優(yōu)越性表現(xiàn)為: 1)標準零
7、件集中加工,成本大大降低,質(zhì)量得到保證; 2)材料和零件的性能指標得到統(tǒng)一,提高了零件的可靠性; 3)采用了標準結(jié)構(gòu)及零、部件,使設(shè)計工作得到簡化,同時縮短了設(shè)計周期,提高了設(shè)計質(zhì)量。此外,由于具有較好的互換性,從而簡化了機器的維修工作。 目前采用的標準有:國際標準ISO, 國家標準GB,行業(yè)標準和企業(yè)標準。 1.3 機械零件的材料及其選用 常用的材料 1、金屬材料力學(xué)性能較好,能滿足機械零件的多種性能和用途要求,應(yīng)用廣泛。 2、高分子材料原料豐富,耐腐蝕性較好,主要用于化工設(shè)備和冷凍設(shè)備中。 3、陶瓷材料硬度高,耐磨,耐腐蝕,熔點高,主要用于切削刀具等結(jié)構(gòu)中。 4、復(fù)合材料具有較高的強度和彈
8、性模量,主要用于航空、航天等領(lǐng)域。 常用材料 機械零件的材料選用原則 材料的選擇原則 1、載荷、應(yīng)力的大小和性質(zhì) 2、零件的工作情況包括環(huán)境、溫度等 3、零件的尺寸及質(zhì)量 4、零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工可能性 5、材料的經(jīng)濟性包括材料的相對價格、加工費用、材料的利用率等的考慮。 1.4機械零件的主要失效形式及設(shè)計計算準則 整體斷裂 正常工作條件破壞 過大的殘余變形 零件的表面破壞 零件在外載荷作用下,由于某一危險截面的應(yīng)力超過零件的強度極限而發(fā)生的斷裂。 零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限產(chǎn)生的過大殘余變形而導(dǎo)致的失效。 零件表面在受到各種腐蝕、磨損和接觸疲勞而產(chǎn)生的表面破壞失效。 如:滑動
9、軸承的潤滑得不到保障將產(chǎn)生過熱、膠合、磨損等形式的失效;帶傳動在外載荷超過極限摩擦力時將發(fā)生打滑失效等。 1.4.1機械零件的主要失效形式 1.4.2機械零件的設(shè)計準則 設(shè)計準則 強度準則、剛度準則 壽命準則 振動穩(wěn)定性準則 可靠性準則 1.5 本課程的研究內(nèi)容、性質(zhì)及任務(wù) 本課程研究的內(nèi)容:本課程研究的內(nèi)容: 常用機構(gòu)、常用的傳動和通用的零部件的工作常用機構(gòu)、常用的傳動和通用的零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本設(shè)計理論、計算方法和國原理、結(jié)構(gòu)特點、基本設(shè)計理論、計算方法和國家標準的應(yīng)用等內(nèi)容。家標準的應(yīng)用等內(nèi)容。 本課程的性質(zhì)本課程的性質(zhì) 機械設(shè)計基礎(chǔ)是建立在畫法幾何及機械制機械設(shè)計基礎(chǔ)是建立在畫法幾何及機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料及金圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料及金工等課程的基礎(chǔ)上的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。工等課程的基礎(chǔ)上的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。 本課程的任務(wù): (1)了解常用機構(gòu)(平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪傳動機構(gòu)等)及通用零、部(軸承、軸、聯(lián)軸器及離合器)的工作原理、類型、特點及應(yīng)用等基本知識。 (2)掌握常用機構(gòu)的基本理論和設(shè)計方法,掌握通用零、部件的失效形式、設(shè)計準則與設(shè)計方法。 (3)具備機械設(shè)計實驗技能和設(shè)計簡單機械及傳動裝置的基本技能。