1、機 械 設 計 基 礎 常瑋2008年9月第0章 緒論 0.0 導 言 0.1 機械的組成及特征 0.2 本課程的內容、性質和任務 0.3 學習方法導 言早年的杠桿、滑輪，近代的汽車、輪船，到現代的機器人、 航天器，機械不斷更新換代，發展日新月異，在生產力發展中 一直扮演著重要角色。 不論傳統產業還是新興產業，其進步與發展都離不開機械技 術的支持。機械是國民經濟發展的基礎技術，是衡量國家經 濟實力和科技水平的重要標志。 機械設計是一種創造性思維活動。按照設計目標，進行分析、 計算、決策，并通過文字、數據、圖形等信息形成機械產品的 設計方案。 素質教育是現代教育的目標，創新能力是素質教育的核心。

2、機械科學博大精深，應扎實掌握基本原理、技能和方法，要努力培養機械設計創新能力。 0.1 機械的組成及特征兩個機器實例：1.內燃機功用：內燃機是將燃氣燃燒時的熱能轉化為機械能的機器 組成：見右圖氣缸體氣缸體1活塞活塞2進氣閥進氣閥3排氣閥排氣閥4連桿連桿5曲軸曲軸6凸輪凸輪7頂桿頂桿8齒輪齒輪90.1 機械的組成及特征 活塞下行，進氣閥打開，燃氣被吸入汽缸活塞上行，進氣閥關閉，壓縮燃氣點火后燃氣燃燒膨脹，推動活塞下行，經連桿帶動曲軸輸出轉動 活塞上行，排氣閥打開，排出廢氣工作過程：點擊上圖觀看動畫0.1 機械的組成及特征2.顎式破碎機功用：壓碎物料組成：見右圖大帶輪大帶輪4電動機電動機1V帶帶3

3、小帶輪小帶輪2軸板軸板7定顎板定顎板8動顎板動顎板6偏心軸偏心軸50.1 機械的組成及特征電動機帶傳動偏心軸轉動 動顎板擺動，與定顎板一起壓碎物料工作過程：點擊上圖觀看動畫0.1 機械的組成及特征 機器：既能實現確定的機械運動，又能做有用的機械功，或者能傳遞或轉換能量、物料、信息等。如 半自動鉆床實現確定的機械運動，又作有用的機械功 內燃機轉換能量 機械手傳遞物料 照相機傳遞信息 機構：僅能傳遞或轉換運動。如 齒輪機構傳遞運動 凸輪機構轉換運動 機械：是機器和機構的總稱。 0.1 機械的組成及特征 構件：組成機械的各個相對運動的實物。 零件：機械中不可拆的制造單元體。 單一零件曲軸多個零件的剛

4、性組合連桿構件是機械中運動的單元體，零件是機械中制造的單元體。0.1 機械的組成及特征通用零件：專用零件： 例如：齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；軸、聯軸器、離合器、滾動軸承、滑動軸承、螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結構件；彈簧、機架、箱體等。 例如：葉片、犁鏵、槍栓等。零件可分為兩類：部件：若干個零件的裝配體0.2 課程的內容、性質和任務一、內容 闡述常用機構的工作原理、運動特性及設計方法。 闡述常用零部件的工作原理、結構特點及設計方法。 介紹機械系統的設計思路和設計方法。 二、性質 本課程是一門技術基礎課。旨在培養工程技術人員從事機械 設計所需的基本知識、理論和技能，使之具備分析

5、、設計、 運行和維護機械設備和機械零件的能力，為今后解決生產實 際問題及學習有關新的科學技術打下基礎 本課程綜合運用數學、力學、制圖、金屬材料及熱處理、互 換性與技術測量、算法語言等課程的知識，去解決常用機構和通用零部件的設計問題。涉及的知識面廣，實踐性強，側重于工程實際。 三、任務 使學生了解常用機構及通用零、部件的工作原理、類型、特點及應用等基本知識。 使學生掌握常用機構的基本理論及設計方法，掌握通用零、部件的失效形式、設計準則與設計方法。 使學生具備機械設計實驗技能和設計簡單機械及傳動裝置的基本技能。 0.2 課程的內容、性質和任務0.3 學習方法 本課程是從理論性、系統性很強的基礎課和

6、專業基礎課向實踐性較強的專業課過渡的一個重要轉折點，應注意幾個特點： 1.本課程將多門先修課程的基本理論應用到實際中去。 2.本課程的各部分內都是按照工作原理、結構、強度計算、使用維護的順序介紹的。 3.常采用很多經驗公式、參數以及簡化計算（條件性計算）。 4.計算步驟和計算結果不像基礎課那樣具有唯一性。 5.逐步培養把理論計算與結構設計、工藝等結合起來解決設計問題的能力。內燃機機械手半自動多軸鉆床凸輪機構齒輪機構照相機零件裝配1.1 機械設計的基本要求1.2 機械設計的內容與步驟1.3 機械零件的失效形式及設計計算準則1.4 機械零件設計的標準化、系列化及通用化第1章 機械設計概述1.1 機

7、械設計的基本要求 機械設計包括以下兩種設計:應用新技術、新方法開發創造新機械；在原有機械的基礎上重新設計或進行局部改造。1.1.1 設計機械零件的基本要求工作可靠并且成本低廉;零件的工作能力是指零件在一定的工作條件下抵抗可能出現的失效的能力，對載荷而言稱為承載能力。失效:指零件由于某些原因不能正常工作。設計機械零件要注意以下幾點：（1）合理選擇材料，降低材料費用；（2）保證良好的工藝性，減少制造費用； （3）盡量采用標準化、通用化設計，簡化設計過程從而降低成本。1.1 機械設計的基本要求 1.2 機械設計的內容與步驟現代設計方法：常規設計方法：優化設計、可靠性設計、有限元設計、模塊設計、計算機

8、輔助設計理論設計、經驗設計和模型實驗設計等。機械設計的過程通常可分為以下幾個階段：（1）產品規劃（2）方案設計（3）技術設計（4）制造及試驗產品規劃的主要工作是提出設計任務和明確設計要求。 由設計人員構思出多種可行方案進行分析比較，從中優選出一種方案。設計結果以工程圖及計算書的形式表達出來。 經過加工、安裝及調試制造出樣機，對樣機進行試運行或在生產現場試用。1.2 機械設計的內容與步驟1.2 機械設計的內容與步驟設計機械零件的一般步驟如下： （1）根據機器的具體運轉情況和簡化的計算方案確定零件的載荷。 （2）根據零件工作情況的分析，判定零件的失效形式，從而確定其計算準則。 （3）進行主要參數選

9、擇，選定材料，根據計算準則求出零件的主要尺寸，考慮熱處理及結構工藝性要求等。（4）進行結構設計。 （5）繪制零件工作圖，制訂技術要求，編寫計算說明書及有關技術文件。在設計過程中，這些步驟又是相互交錯、反復進行的。1.2 機械設計的內容與步驟 在設計機械零件時往往是將較復雜的實際工作情況進行一定的簡化，這些計算或多或少帶有一定的條件性或假定性。條件性計算：1.3 機械零件的失效形式及設計計算準則機械零件喪失預定功能或預定功能指標降低到許用值以下的現象機械零件的失效： 進行機械零件設計時必須根據零件的失效形式分析失效的原因，提出防止或減輕失效的措施，根據不同的失效形式提出不同的設計計算準則。1.3

10、.1 失效形式機械零件常見的失效形式有如下幾種：1.斷裂2.過量變形3.表面失效4.破壞正常工作條件引起的失效1.3 機械零件的失效形式及設計計算準則1.3.2 失效形式 同一零件對于不同失效形式的承載能力也各不相同。根據不同的失效原因建立起來的工作能力判斷條件，稱為設計計算準則。主要包括以下幾種：1.強度準則（整體強度和表面強度）整體強度的判斷準則表示為： 或表面接觸強度的判斷準則表示為：HH應力表示法：安全系數表示法： SS 接觸應力表示法：擠壓應力表示法：PP1.3 機械零件的失效形式及設計計算準則2.剛度準則 零件在載荷作用下產生的彈性變形量應小于或等于機器工作性能允許的極限值。3.耐磨性準則 pp 4.散熱性準則 tt 5.可靠性準則TSNNR/1.4 機械零件設計的標準化、系列化及通用化標準件：按規定標準生產的零件。好處： （1）由專門化工廠大量生產標準件，能保證質量、節約材料、降低成本； （2）選用標準件可以簡化設計工作，縮短產品的生產周期； （3）選用參數標準化的零件，在機械制造過程中可以減少刀具和量具的規格；（4）具有互換性，從而簡化機器的安裝和維修。1.4 機械零件設計的標準化、系列化及通用化 通用化：在不同規格的同類產品或不同類產品中采用同一 結構和尺寸的零件、部