第一章機械設計概論1-1機械及其組成機械是機器與機構的統稱。一、機器及其特征

實例一內燃機

實例二機器人

①人造的實物組合體（不是天然形成的）；---結構觀點②各部分有確定的相對運動；----運動觀點③代替或減輕人類勞動完成有用的機械功或實現能量的轉換、提供或轉換信息。-能量觀點

通常把能實現確定的機械運動，又能做有用的機械功或實現能量、物料、信息的傳遞與變換的裝置稱為機器。1.機器的特征2.機器的分類根據所能實現的功能的不同，機器可以分為三類：

工作機器

實現對物料的某種工作或工藝過程，完成有用的機械功。

動力機器

實現其它種類的能量與機械能之間的轉換，如內燃機、汽輪機、電動機、發電機、壓氣機、渦輪機等。

信息機器

實現其它形式的信息（如電磁、熱、壓力、變形等）與機械運動信息之間的傳遞與轉換，如各種計量裝置、檢測裝置、復印機、打印機、繪圖機等。

二、機器的功能組成①驅動系統：機械動力的來源②

執行系統：能完成機械預期的動作③

傳動系統：把原動機的運動和功率傳遞給工作機的中間環節④

控制系統就其功能而言，一臺完整的機器通常由四部分組成：驅動系統傳動系統執行系統潤滑、顯示、照明等輔助系統控制系統傳感器傳感器傳感器三、機器、機構的結構組成

①人造的實物組合體（不是天然形成的）；----結構觀點②各部分有確定的相對運動；----運動觀點只能實現運動和力的傳遞與變換的裝置稱為機構。

1.機構的特征組成機械的各相對運動實體稱為構件。構件即為機械中的運動單元。

3.構件的組成－－零件實例：內燃機連桿2.機構的組成－－構件組成機械的基本制造單元稱為零件。零件分為通用零件和專用零件。

通用零件包括：齒輪、螺栓、鍵、花鍵、銷、聯軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承等。

專用零件例如：葉片、犁鏵、槍栓等。注：通用零件是本課程的主要學習對象，而專用零件的設計方法應在有關專業課中學習。4.機器和機構的區別機器能作有用功，而機構不能，機構僅能實現預期的機械運動。兩者之間也有聯系，機器是由若干個機構組成的系統，最簡單的機器只有一個機構。零件構件機構機器小結:§1-2機械設計的基本要求和一般程序機械設計的基本要求2.經濟性；3.操作方便，運行安全；4.標準化；5.其他方面1.實現預定的功能，工作可靠；二、機械零件設計的基本要求1.強度2.剛度3.耐磨性4.耐熱性一、載荷和應力分類靜載荷變載荷載荷名義載荷計算載荷載荷§1-3機械零件的工作能力2.應力分類零件單位面積上所受的力稱為應力。1.載荷分類不穩定循環變應力穩定循環變應力靜應力變應力應力隨機變應力脈動循環變應力非對稱循環變應力對稱循環變應力3.穩定循環變應力的基本參數

σaσmσmaxσmintσO（1）平均應力（2）應力幅（3）循環特性T4.穩定循環應力的3種類型（1）非對稱循環①定義②循環特性σaσmσmaxσminTtσO（2）對稱循環①定義②循環特性σσaσmaxσminTtO（3）脈動循環①定義②循環特性σσaσmaxσmTtO變應力可能由變載荷產生，也可能由靜載荷產生。注意：失效：機械零件由于某些原因不能正常工作。二、工作能力計算準則失效形式：斷裂、塑性變形、過量的彈性變形、疲勞點蝕、磨損、壓潰等。工作能力計算準則：1.強度準則2.剛度準則3.壽命準則4.散熱準則許用應力：零件設計的最大條件應力。三、許用應力和安全系數1.極限應力：脆性材料：σlim

為強度極限σb（1）靜應力：失效形式為斷裂或塑性變形。塑性材料：σlim

為屈服極限σs（2）變應力：失效形式為疲勞破壞。σlim

為疲勞極限σr（如σ-1、σ0）σσrNσrNON0NN0－循環基數2.安全系數查表法計算法§1-4機械制造常用材料和熱處理一、常用工程材料簡介

1.鋼

含碳量小于2％的鐵碳合金稱為鋼。

按用途分：按化學成份分：鋼的分類：結構鋼工具鋼特種鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼在機械中常用鋼種：

（2）優質碳素結構鋼：45，用于制造較重要的機械零件，是機械制造中廣泛應用的鋼種。

（3）合金結構鋼：40Cr，應用制造重要的或有特殊要求的機械零件。

（4）鑄鋼：ZG230-450

（1）碳素結構鋼：

用于制造一般要求的零件。

鋼的力學性能：、2.鑄鐵

含碳量大于2％的鐵碳合金稱為鑄鐵。

鑄鐵具有良好的鑄造性、切削加工性、抗壓性、耐磨性和減振性，而且價格便宜。常用的是灰鑄鐵和球墨鑄鐵。

（1）灰鑄鐵

灰鑄鐵中的碳主要以片狀石墨形式存在，因斷口呈灰色而得名。灰鑄鐵常用來制造箱體件。

（2）球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的碳主要以球狀石墨形式存在。球墨鑄鐵經球化處理后有的機械性能比鋼還好，所以常用來制造齒輪、曲柄、連桿、閥體等。

3.有色金屬合金

在金屬中，除了鑄鐵、鋼、黑色金屬外，其它的金屬則為有色金屬。這類金屬具有很多特殊的性能，即良好的導電性、導熱性、耐蝕性和減磨性等，因此也具有很多特殊的用途，是機械制造中不可缺少的材料。

常用的有色金屬有黃銅、青銅和軸承合金。

4.非金屬材料

在非金屬材料中，最常用的是橡膠，它的彈性好，常用來制造緩沖吸振和密封的零件，如膠帶、密封圈和彈簧等。

二、金屬材料的熱處理

鋼的熱處理是將鋼在固態下，通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，以改變其內部組織結構，從而獲得所需性能的一種工藝方法。

常用的熱處理方法有：退火、正火、淬火及回火、表面熱處理等。

名稱說明應用退火退火是將鋼件（或毛坯）加熱到臨界溫度（一般為723℃）以上30～50℃，保溫一段時間，然后隨爐一起緩慢冷卻消除鍛、鑄、焊的零、構件的內應力；降低硬度使其易于切削加工；細化品粒，調整組織改善機械性能正火正火是將鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后在空氣中冷卻，冷卻速度比退火快處理低、中碳鋼及滲碳零件，作用與退火類似淬火淬火是將鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后在水、鹽水或油中（個別材料在空氣中）急冷下來提高鋼件的硬度和強度，但淬火后鋼材性能變脆，并存在著很大內應力，所以還需要進行低溫回火回火回火是將淬硬的鋼件再加熱到臨界點以下的溫度，保溫一段時間，然后在空氣中或油中冷卻下來。根據回火溫度不同，又分低溫（150～250℃）回火、中溫（300～500℃）回火、高溫（500～650℃）回火消除淬火后的脆性和內應力，提高鋼件的塑性和韌性，低溫回火硬度可達HRC55～62，中溫回火硬度可達HRC35～45，高溫回火硬度可達HRC23～35調質淬火后再進行高溫回火，稱為調質使鋼件獲得較高的韌性和強度。很多中碳鋼制造的零件（如軸類）常用調質處理表面淬火使零件表層有高的硬度和耐磨性，而心部保持原有的強度和韌性。根據加熱方法不同，分為火焰表面淬火和高頻表面淬火表面淬火常用來處理齒輪、花鍵等零件滲碳將低碳鋼或合金鋼零件置于滲碳劑中，加熱到