1、YCF正版可修改PPT（中職）機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)1教學(xué)課件第一章 機(jī)械設(shè)計概述本章概述教學(xué)目標(biāo)第一節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度本 章 概 述不同的機(jī)械其功能和外形都不同，但它們設(shè)計的基本要求大體相同，機(jī)器由機(jī)構(gòu)組成，機(jī)構(gòu)由構(gòu)件組成。在機(jī)械的設(shè)計過程中，主要零件的基本尺寸往往是通過強(qiáng)度計算、剛度計算等確定的。而進(jìn)行設(shè)計計算，應(yīng)先確定該零件工作時所承受的載荷和應(yīng)力的性質(zhì)，并根據(jù)所選 用的材料、熱處理和使用要求，合理地選擇安全系數(shù)，確定許用應(yīng) 力，進(jìn)行強(qiáng)度計算。本章就機(jī)構(gòu)的分類、簡圖以及機(jī)構(gòu)零件強(qiáng)度方面 的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹和講解。返回教 學(xué) 目 標(biāo)1. 熟悉機(jī)器的基本組成及其要求2.了解運(yùn)動副及

2、其分類，理解平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制，熟悉機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。3. 熟悉應(yīng)力、極限應(yīng)力、許用應(yīng)力的基本概念。4. 熟悉機(jī)械零件強(qiáng)度計算原理，會進(jìn)行強(qiáng)度計算。返回第一節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)器由機(jī)構(gòu)組成，如單缸內(nèi)燃機(jī)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī) 構(gòu)組成。機(jī)構(gòu)由構(gòu)件組成。如果機(jī)構(gòu)中所有構(gòu)件都在同一個平面內(nèi)或 互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動，這種機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī) 構(gòu)。工程中常見的機(jī)構(gòu)大多數(shù)屬于平面機(jī)構(gòu)。一、運(yùn)動副及其分類構(gòu)件組成機(jī)構(gòu)時，為了使各構(gòu)件間具有一定的相對運(yùn)動，構(gòu)件之間必定要以某種方式連接起來。兩構(gòu)件直接接觸而又彼此有一定的相對運(yùn)動的連接稱為運(yùn)動副。組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件通過面接觸而組成的運(yùn)動副稱為

3、低副，通過點(diǎn)或線的形式相接觸而成的運(yùn)動副稱為高副。下一頁返回第一節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1.低副根據(jù)它們之間的相對運(yùn)動是轉(zhuǎn)動或移動，又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。(1)轉(zhuǎn)動副組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件之間只能繞某一軸線作相對轉(zhuǎn)動,如圖1-1所示。(2)移動副組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線作相對直線移動,如圖1-2所示。低副限制了兩個構(gòu)件之間的兩種相對運(yùn)動，保留了一種相對運(yùn)動(相對轉(zhuǎn)動或移動)。2.高昌兩構(gòu)件之間通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副，稱為高副。如圖1-3(a)中的輪齒1與輪齒2,圖1-3(b)中的凸輪1與從動件2，它們分別在接觸處形成高副。上一頁下一頁返回第一節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖平面高副可用接觸處的輪廓曲線表示。

4、高副限制了兩構(gòu)件沿接觸點(diǎn)法線方向的相對運(yùn)動。齒輪與齒輪嚙合、齒輪與齒條等嚙合的高副及其他常用零部件可按表1-1規(guī)定符號表示。二、構(gòu)件的分類根據(jù)機(jī)構(gòu)在工作時構(gòu)件的運(yùn)動情況不同，可將構(gòu)件分為如下3類:1.機(jī)架機(jī)架是機(jī)構(gòu)中視為固定不動的構(gòu)件，用來支撐其他活動構(gòu)件。任何一個機(jī)構(gòu)，必須有一個構(gòu)件被相對視為機(jī)架。2.主動件上一頁下一頁返回第一節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)中接受外部給定運(yùn)動規(guī)律的活動構(gòu)件稱為主動件或原動件，一般與機(jī)架相連。機(jī)構(gòu)通過主動件從外部輸入運(yùn)動和動力。3.從動件機(jī)構(gòu)中隨主動件而運(yùn)動的其他可動構(gòu)件稱為從動件。當(dāng)從動件輸出運(yùn)動或?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)功能時，該從動件便稱為輸出件或執(zhí)行件。如圖1-4所示的 式破碎

5、機(jī)主體機(jī)構(gòu)中，2為主動件，3、4為從動件，1為機(jī)架。三、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖實(shí)際機(jī)構(gòu)的外形和結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，但是機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性僅與機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)、運(yùn)動副的類型和數(shù)目以及它們的相對位置有關(guān)，而與構(gòu)件的外形、截面尺寸及運(yùn)動副的具體結(jié)構(gòu)等因素?zé)o關(guān)。上一頁下一頁返回第一節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖因此，在分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，為了簡化問題便于研究，常常可以不考慮與運(yùn)動無關(guān)的因素，用規(guī)定的運(yùn)動副符號和簡單線條表示運(yùn)動副和構(gòu)件，并按一定的比例確定運(yùn)動副的位置，這種用規(guī)定的簡化畫法表達(dá)機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件運(yùn)動關(guān)系的圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。通過實(shí)例介紹機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制方法和步驟如下:例1-1繪制如圖1-4 ( a)所示的顎式破碎機(jī)主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)

6、動簡圖。解 (1)分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動情況。在顎式破碎機(jī)中，帶輪5與偏心輪2固結(jié)在一起繞A軸轉(zhuǎn)動，為原動件。偏心軸2帶動動顎板3運(yùn)動時將礦石粉碎。1為機(jī)架。動顎板3與肘板4連接，肘板4與機(jī)架連接。動顎板和肘板為從動件。上一頁下一頁返回第一節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖(2)確定運(yùn)動副的類型及數(shù)量。原動件(偏心軸與帶輪)與機(jī)架構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，其中心為A。偏心軸與動顎板構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，其中心為B。動顎板與肘板構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，其中心為C。肘板與機(jī)架構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，中心為D。(3)選擇視圖平面。在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖時，一般選多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面為視圖平面。顎式破碎機(jī)為平面機(jī)構(gòu)，故選構(gòu)件運(yùn)動平面為視圖平面。(4)選擇適當(dāng)比例尺，繪制機(jī)構(gòu)

7、運(yùn)動簡圖。根據(jù)實(shí)際機(jī)構(gòu)及圖樣大小，以清楚表達(dá)機(jī)構(gòu)為目的，選擇合適的比例尺(單位為m/ mm，以相應(yīng)構(gòu)件和運(yùn)動副符號繪出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，如圖1-4(b)所示。上一頁返回第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度一、載荷和應(yīng)力1.載荷載荷是指零件或構(gòu)件工作時所承受的外力。根據(jù)載荷性質(zhì)的不同，可分為靜載荷和變載荷兩類。不隨時間變化或變化較緩慢的載荷稱為靜載荷，如重力，鍋爐中的壓力，螺檢擰緊后受到的拉力;隨時間變化的載荷稱為變載荷，如內(nèi)燃機(jī)活塞桿受到的力，機(jī)器中的齒輪受到的力等。在計算中，將載荷分為名義載荷和計算載荷。根據(jù)原動機(jī)額定功率(或阻力、阻力矩)計算出來的作用于機(jī)械零件上的載荷稱為名義載荷，一般用F表示力，用T表示

8、力矩。下一頁返回第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度考慮機(jī)械零件在工作時有沖擊、振動和由于各種因素引起的載荷分布不均勻等，將名義載荷修正后用于零件計算的載荷稱為計算載荷，以 ， 表示。計算載荷與名義載荷的關(guān)系為: 式中，K為載荷系數(shù)，一般取 。2.應(yīng)力與載荷一樣，構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力也分為兩類:靜應(yīng)力和變應(yīng)力。在靜載荷作用下產(chǎn)生的不隨時間變化的應(yīng)力稱為靜應(yīng)力，如圖1-5所示;上一頁下一頁返回第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度在變載荷作用下(或靜載荷作用在運(yùn)動的零件上)產(chǎn)生的隨時間變化的應(yīng)力稱為變應(yīng)力，如果應(yīng)力隨時間做周期性的變化則稱為交變應(yīng)力。根據(jù)應(yīng)力隨時間變化的規(guī)律，較典型的交變應(yīng)力有:非對稱循環(huán)的交變應(yīng)力(如圖1-6所示)

9、、對稱循環(huán)的交變應(yīng)力(如圖1-7所示)，脈動循環(huán)的交變應(yīng)力(如圖1-8所示)。如圖1-6所示，交變應(yīng)力的最大應(yīng)力為 ，最小應(yīng)力為 時，其平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅 分別為上一頁下一頁返回第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度最小應(yīng)力 與最大應(yīng)力 之比稱為循環(huán)特征r，即由上述可知，交變應(yīng)力參數(shù)共有5個，即 、 、 、 和r，已知其中兩個參數(shù)便可求出其余參數(shù)。循環(huán)特征r可以用來表示應(yīng)力的變化情況，對稱循環(huán)的交變應(yīng)力，r=-1;脈動循環(huán)的交變應(yīng)力，r=0;非對稱循環(huán)的交變應(yīng)力，r隨具體受力情況不同在-1+1之間變化:靜應(yīng)力則可看作交變應(yīng)力的一個特例，即r=+1。二、零件的極限應(yīng)力靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力上一頁下一頁返回第二節(jié) 機(jī)

10、械零件的強(qiáng)度在靜應(yīng)力下工作的機(jī)械零件，其極限應(yīng)力 取決于零件的失效形式。對于脆性材料制成的零件應(yīng)防止發(fā)生斷裂，通常取材料的強(qiáng)度極限 作為極限應(yīng)力，即 ;當(dāng)采用塑性材料制成零件時，應(yīng)防止產(chǎn)生過大的塑性變形，通常取材料的屈服極限 作為極限應(yīng)力，即 。2.交變應(yīng)力下的極限應(yīng)力在交變應(yīng)力下長期工作的零件，其 取決于材料的疲勞斷裂，而疲勞斷裂是一種損傷積累，它會在遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限的應(yīng)力下，突然斷裂而無明顯的塑性變形，這時的應(yīng)力稱為疲勞極限(或稱持久極限)。上一頁下一頁返回第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度如圖1-9所示是表示應(yīng)力 和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間關(guān)系的疲勞曲線。從圖中可以看出，應(yīng)力愈小，零件材料能經(jīng)受的應(yīng)力循環(huán)次

11、數(shù)也就愈多。對于一般鋼鐵來說，當(dāng)循環(huán)次數(shù)N超過某一值 以后，曲線趨向于水平，即 時，疲勞極限N不再隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低。 稱為循環(huán)基數(shù)，對應(yīng)于 的應(yīng)力稱為材料的持久極限。在對稱循環(huán)交變應(yīng)力下，r=-1，取其持久極限 ，作為極限應(yīng)力;在脈動循環(huán)交變應(yīng)力下，r=0取其持久極限 作為極限應(yīng)力。三、機(jī)械零件的強(qiáng)度計算強(qiáng)度是指零件抵抗破壞的能力，是保證機(jī)械零件工作能力的最基本要求。上一頁下一頁返回第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度如果零件的強(qiáng)度不夠，不僅會因零件的失效而使機(jī)器不能正常工作，甚至還可能導(dǎo)致安全事故。零件的強(qiáng)度分為體積強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。零件在載荷作用下，如果產(chǎn)生的應(yīng)力在較大的體積內(nèi)，這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱為體積強(qiáng)度(通常簡稱強(qiáng)度)。若兩零件在受載前后由點(diǎn)接觸或線接觸變?yōu)樾”砻娣e接觸，而且其表面產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力(稱為接觸應(yīng)力)，這時零件的強(qiáng)度稱為表面接觸強(qiáng)度(簡稱接觸強(qiáng)度)。若零件的強(qiáng)度不夠，就會出現(xiàn)整體斷裂。表面接觸疲勞或塑性變形等失效而喪失工作能力。所以，設(shè)計零件時，必須滿足強(qiáng)度要求。上一頁下一頁返回第二節(jié) 機(jī)械零件的強(qiáng)度強(qiáng)度計算準(zhǔn)則為式中, 零件工作時的正應(yīng)力和切應(yīng)力; 零件材料的許用正應(yīng)力和許用切應(yīng)力。 正應(yīng)力和切應(yīng)力的安全系數(shù); 材料的極限正應(yīng)力和極限切應(yīng)力。上一頁返回圖1-1 轉(zhuǎn)動副及其符號返回圖1-2 移動副及其符號返回圖1-3（a） 高副及其符號返回圖1