機械設(shè)計 第1章緒論

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1、中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 第一章第一章 緒緒 論論11 機器在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用機器在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用12 機器的基本組成要素機器的基本組成要素13 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)14 典型機械簡介典型機械簡介15 機械設(shè)計的基本要求和一般過程機械設(shè)計的基本要求和一般過程中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 11 機器在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用機器在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用 機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志。重要標(biāo)志。 機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器既能

2、承擔(dān)人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生既能承擔(dān)人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改產(chǎn)改進產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。善勞動條件。 只有使用機器，才能便于實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列只有使用機器，才能便于實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，尤其是便于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和化和通用化，尤其是便于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化。自動化。 機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促進技術(shù)改造的重任。進技術(shù)改造的重任。 大量地設(shè)計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大量地設(shè)計制造

3、和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。大加強促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 本課程學(xué)習(xí)對象本課程學(xué)習(xí)對象12 機器的基本組成要素機器的基本組成要素 機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)=機械結(jié)構(gòu)機械結(jié)構(gòu) + 驅(qū)動動力驅(qū)動動力 + 檢測與控制檢測與控制 一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每個機一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每個機構(gòu)又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常構(gòu)又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為用的，稱之為通用零件通用零件；有些零件只有在特定的機器中；有些零件只有在特定的機

4、器中才用到，稱之為才用到，稱之為專用零件專用零件。 通用零件包括：通用零件包括：齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動； 軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承；軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承； 螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機架、箱體等。彈簧、機架、箱體等。 專用零件例如：葉片、犁鏵、槍栓等。專用零件例如：葉片、犁鏵、槍栓等。通用零件是本課程的主要學(xué)習(xí)對象，而專用零件的設(shè)計方法應(yīng)在有關(guān)專業(yè)課中學(xué)習(xí)。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 本課程的主要內(nèi)容：本課程的主要內(nèi)容：本課程中本課程中“設(shè)計

5、設(shè)計”的含義是指的含義是指: :13 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)學(xué)習(xí)機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識；學(xué)習(xí)機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識；學(xué)習(xí)一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計方法。學(xué)習(xí)一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計方法。機械裝置的實體設(shè)計機械裝置的實體設(shè)計; ;涉及零件的應(yīng)力、強度的分析計算涉及零件的應(yīng)力、強度的分析計算; ;材料的選擇材料的選擇; ;結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計; ;考慮加工工藝性考慮加工工藝性; ;標(biāo)準(zhǔn)化以及經(jīng)濟性標(biāo)準(zhǔn)化以及經(jīng)濟性; ;環(huán)境保護等環(huán)境保護等。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 機械機械設(shè)計結(jié)果的表現(xiàn)形式為：設(shè)計結(jié)果的表現(xiàn)形式為： 機械工程圖、說明書和計算機程序機械工程圖、說

6、明書和計算機程序。本課程所涉及的先修課程有：本課程所涉及的先修課程有：工程材料：工程材料：非金屬材料，金屬材料及熱處理。非金屬材料，金屬材料及熱處理。工程制圖：工程制圖：設(shè)計的圖形表達。設(shè)計的圖形表達。機械制造基礎(chǔ)：機械制造基礎(chǔ)：冷加工工藝，熱加工工藝。冷加工工藝，熱加工工藝。公差配合與技術(shù)測量：公差配合與技術(shù)測量：解決精度設(shè)計問題。解決精度設(shè)計問題。理論力學(xué)：理論力學(xué)：解決力分析與動力計算。解決力分析與動力計算。材料力學(xué)：材料力學(xué)：解決強度分析問題。解決強度分析問題。機械原理：機械原理：解決機械的方案設(shè)計。解決機械的方案設(shè)計。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 本課程的幾個特點本課程的幾個特點

7、: : 涉及面廣涉及面廣 體現(xiàn)為5多 實踐性強實踐性強只有理論知識不行，要多聯(lián)系實際，要注只有理論知識不行，要多聯(lián)系實際，要注 重實踐性環(huán)節(jié)。重實踐性環(huán)節(jié)。 設(shè)計結(jié)果不唯一設(shè)計結(jié)果不唯一強調(diào)個性化，沒有最好，只有更好。強調(diào)個性化，沒有最好，只有更好。關(guān)系多關(guān)系多因與諸多先修課關(guān)系密切。因與諸多先修課關(guān)系密切。要求多要求多強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、 經(jīng)濟性。經(jīng)濟性。 門類多門類多各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。公式多公式多計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、 半經(jīng)驗的及定義式。半

8、經(jīng)驗的及定義式。 圖表多圖表多結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線 圖、標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗數(shù)表。圖、標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗數(shù)表。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 注意處理好幾個關(guān)系注意處理好幾個關(guān)系 零件的設(shè)計與選用零件的設(shè)計與選用零件設(shè)計的兩個主要途徑。零件設(shè)計的兩個主要途徑。 設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計決非只是計算，更應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的學(xué)習(xí)。設(shè)計決非只是計算，更應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的學(xué)習(xí)。 性能要求與經(jīng)濟性性能要求與經(jīng)濟性永遠是一對矛盾，應(yīng)學(xué)會合理地解決這一對矛盾。永遠是一對矛盾，應(yīng)學(xué)會合理地解決這一對矛盾。 經(jīng)驗設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計二者均重要，前者是后者

9、的基礎(chǔ)。二者均重要，前者是后者的基礎(chǔ)。 具體的設(shè)計方法與一般的設(shè)計能力具體的設(shè)計方法與一般的設(shè)計能力前者是學(xué)習(xí)的形式，后者是學(xué)習(xí)的目的。前者是學(xué)習(xí)的形式，后者是學(xué)習(xí)的目的。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 在學(xué)習(xí)機械設(shè)計課程之初，有必要對機械的組成，機械的基本要素有一個感性的了解。下面先看幾個例子。典型機械實例：典型機械實例：機械控制式機械控制式電氣控制式電氣控制式模糊控制式模糊控制式除了控制方式以外，上述三種洗衣機的主要傳動系統(tǒng)除了控制方式以外，上述三種洗衣機的主要傳動系統(tǒng)沒有很大的差別。沒有很大的差別。全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人14 典型機械簡介典型機械簡介

10、潘存云教授研制中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制自動洗衣機的組成：自動洗衣機的組成：上蓋上蓋控制面板控制面板進水口進水口排水管排水管外箱體外箱體盛水桶盛水桶支撐拉桿支撐拉桿脫水桶脫水桶電動機電動機帶傳動帶傳動減速器減速器波輪波輪中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制洗滌：洗滌：A A制動，制動，B B放開，運動經(jīng)電機、帶傳動、中心齒輪、放開，運動經(jīng)電機、帶傳動、中心齒輪、行星輪、行星架、波輪行星輪、行星架、波輪脫水：脫水：A A放開，放開，B B制動，運動經(jīng)電機、帶傳動、內(nèi)齒圈（脫水制動，運動經(jīng)電機、帶傳動、內(nèi)齒圈（脫水桶）、中心齒輪、行星架、波輪與脫水桶等速旋轉(zhuǎn)。桶）

11、、中心齒輪、行星架、波輪與脫水桶等速旋轉(zhuǎn)。AB洗衣機系統(tǒng)簡圖洗衣機系統(tǒng)簡圖帶傳動帶傳動脫水桶脫水桶波輪波輪自動洗衣機的工作原理：自動洗衣機的工作原理：中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人潘存云教授研制中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 典型機械實例：典型機械實例：

12、全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人潘存云教授研制中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人潘存云教授研制中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人潘存云教授研制中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人潘存云教授研制中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制 示教盒用于輸示教盒用于輸入控制命令或入控制命令或控制程序。控制

13、程序?？刂葡到y(tǒng)用于控制控制系統(tǒng)用于控制操作機各關(guān)節(jié)內(nèi)伺操作機各關(guān)節(jié)內(nèi)伺服電機的運動。服電機的運動。工業(yè)機器人的組成工業(yè)機器人的組成: 操作手在控制系操作手在控制系統(tǒng)的指揮下，完統(tǒng)的指揮下，完成各種復(fù)雜作業(yè)。成各種復(fù)雜作業(yè)。示教盒（編程器）示教盒（編程器）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 操作手操作手 中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 典型機械實例：典型機械實例：全自動洗衣機全自動洗衣機 減速器減速器工業(yè)機器人工業(yè)機器人由以上實例，可歸納得以下幾點：由以上實例，可歸納得以下幾點： 1. 一個機械系統(tǒng)包含著機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動動力系統(tǒng)、一個機械系統(tǒng)包含著機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動動力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)檢測與控制系統(tǒng)；2.

14、 現(xiàn)代機器不僅可以代替人類的體力勞動，還可以部現(xiàn)代機器不僅可以代替人類的體力勞動，還可以部分的腦力勞動。分的腦力勞動。3. 一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每個機構(gòu)又是由若干零件組成的。有些零件是在各種個機構(gòu)又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用零件，如：螺釘、齒輪、機器中常用的，稱之為通用零件，如：螺釘、齒輪、軸承等；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱軸承等；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為專用零件，如：洗衣機中的波輪、工業(yè)機器人之為專用零件，如：洗衣機中的波輪、工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器、軍械中的槍栓等。的末端

15、執(zhí)行器、軍械中的槍栓等。中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 機械設(shè)計機械設(shè)計-規(guī)劃和設(shè)計實現(xiàn)預(yù)期功能的新機械或改規(guī)劃和設(shè)計實現(xiàn)預(yù)期功能的新機械或改 進原有機械的性能。進原有機械的性能。基本要求：基本要求：在滿足預(yù)期功能的前提下，在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、維修簡單和率高、成本低、安全可靠、操作方便、維修簡單和造型美觀。造型美觀。機械設(shè)計的內(nèi)容：機械設(shè)計的內(nèi)容：1.1.確定確定機械的工作原理，選擇合宜的機構(gòu)；機械的工作原理，選擇合宜的機構(gòu)；2. 擬定設(shè)計方案；擬定設(shè)計方案；3. 進行運動分析和動力分析，計算各構(gòu)件上的載荷；進行運動分析和動力分析，計

16、算各構(gòu)件上的載荷；4. 進行零部件工作能力計算、總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。進行零部件工作能力計算、總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。15 機械設(shè)計的基本要求和一般過程機械設(shè)計的基本要求和一般過程中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 為了實現(xiàn)我國的國防現(xiàn)代化，必然要有大量的機械化、自動化的武器裝備于部隊，這些武器從何來？恐怕大多數(shù)只能靠我國自力更生解決，這是一項十分艱巨的任務(wù)，設(shè)計、制造、使用、維護現(xiàn)代化的武器裝備，需要大批的機械方面專業(yè)人才。在座的各位都是未來的工程師和部隊的主要技術(shù)骨干，掌握好本課程的有關(guān)知識，將為你們未來的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。最后希望我們共同努力，把這門課程教好學(xué)好。 3）仔細觀察實物和模型，歡迎到實驗室參觀，并動手）仔細觀察實物和模型，歡迎到實驗室參觀，并動手 組裝各種機構(gòu)。組裝各種機構(gòu)。 課程安排：課程安排：共共60學(xué)時，其中講授學(xué)時，其中講授54學(xué)時，實驗學(xué)時，實驗6學(xué)時。學(xué)時。要求：要求： 1）作業(yè)必須按時完成，繪圖準(zhǔn)確，字跡工整，作業(yè)）作業(yè)必須按時完成，繪圖準(zhǔn)確，字跡工整，作業(yè) 量未達到規(guī)定者不能參加考試。量未達到規(guī)定者不能參加考試。 2）上課認真聽講，及時消化，不主張占用較多的課）上課認真聽講，及時消化，不主張占用較多的課 外時間。外時間。