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1、大 家 好,陈晓岑 欢迎联系与合作,正确的学习态度,课前预习； 课堂讲授； 课后作业； 大家共同探讨，共同提高。,Eail：cen_,上课方式、考核方法,授课课时安排：50课时讲课，6课时两次实验（课外）。,考核方法： 卷面考试（70%）与平时成绩（30%）相结合， 平时成绩包括: 作业 、 出勤 、实验 。,参考资料： 机械原理孙桓主编；高等教育出版社等； 机械设计彭文生主编；高等教育出版社等,0-1机械的组成,机械是机器与机构的总称。,机械(machine)的种类繁多，其构造、性 能和用途等各不相同。但从机械的组成分析， 又有其共同点，它们都由一些典型的机构和零 件所组成。,一种由人为物体
2、组成的具有确定机械运动 的装置，用来完成一定的工作过程，以代替人类 的劳动。,一、机器（ machine）,一台发展完善的现代化机器可由四部分组成： 原动机、传动机构、执行机构和控制系统。,1、机器的组成(Composing of a Machine)：,机器组成：,轿车组成：,普通车床加工机械，机器,FA-22猛禽战斗攻击机,“罗斯福”号舰母,“神舟五号”发射时的情景。发射塔、运载火箭都是庞大的机器。,索杰纳火星车 它是美国国家航空航天局于格林威治时间1997年7月4日17时07分发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆，该飞船携带了索杰纳火星车，这也是一种机器。,例：内 燃 机,2、
3、机器的特征,齿轮机构,曲柄滑块机构,凸轮机构,内燃机由:,曲柄滑块机构、,齿轮机构、,凸轮机构组成。,机器的特征：,1 它们都是由零件人为装配组合而成 的实物体；,2 各构件之间具有确定的相对运动；,3 能完成有用的机械功或转换机械能。,机构,机器,机械,动力机器,工作机器,信息机器,机 器,是完成有用的机械功或者是搬运物品。 例金属切削机床、轧钢机、织布机、包 装机、汽车、飞机、起重机输送机等。,是用来获得和变换信息。例如，复印机、 打印机、绘图机、传真机、照相机等。,是能量变换的装置，即可将某种形式 的能量变换成机械能，或者把机械能 变换成其他形式的能量。例如，内燃 机、涡轮机、电动机、发
4、电机等。,根据工作类型的不同，机器分为：,机器与其它装置的主要区别是：,零件 (part) ：制造单元体。,机器（machine）：一定要作机械运动， 并通过运动来实 现能量、物料和信息的变换。,机构(mechanism)：是用来传递运动和力 或改变运动形式的机械装置。,构件(link )：机器中每一个独立的运动单元体；,机器,零件,构件,机构,构件：机器中每一个独立的运动单元体。构件可 以是单一的整体，也可是由几个零件组成 的钢性结构。如内燃机的连杆。,构件与零件的区别,二、机构,零件：最小的不可分割的制造单元。如：轴、连杆体 、 连杆盖 、轴瓦、螺栓 、螺母等。,曲 轴,连杆（构件）,机器
5、是由机构组成的。,连杆机构,常用的机构,齿轮机构,凸 轮 机 构,常用的机构,凸轮机构,常用的机构,常用的机构,双爪棘轮机构,槽轮机构,常用的机构,棘轮机构的应用,常用的机构,螺旋机构,常用的机构,内不完全齿轮机构,内槽轮机构,球面槽轮机构,组合机构,常用的机构,电影机构,组合机构：锥齿轮槽轮机构,组合机构：螺旋齿轮单十字万向机构,组合机构：凸轮五连杆机构,组合机构：自卸货车翻转机构,0-2 本课程的内容、性质和任务,机械设计基础是一门技术基础课，主要介绍：,一. 本课程的主要内容,1、机械设计的一般原则和程序；,2、机械的组成；,3、常用机械传动(如v带传动、链传动、齿轮传动、 蜗杆传动和连
6、杆机构、凸轮机构等)以及通用的 联接零件、轴系零件的工作原理、结构特点、 基本设计理论和计算方法或选用原则。,4、机械系统的现代设计方法概述；,5、机械系统设计综述。,二、本课程的性质和任务,机械设计基础课程是一门培养学生具有一定的机械 设计能力的技术基础课程。,通过本课程的学习，应达到的基本要求是：,1）掌握机构的结构原理、运动特性和机械动力学的基本 知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机 械运动方案的确定有所了解。,2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计 计算的基本知识，并初步具有设计简单机械及常用 机械传动装置的能力。,3）具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料
7、的能力。,本课程需应用许多先修课程的知识，如机械制图、金 属工艺学、工程力学等，涉及的知识面广且偏重于应用。 学习时应重视理论联系实际、基本技能的训练；注意学习 分析和解决问题的方法，力求运用所学知识解决具体的机 构和一般简单机械及其零部件的设计问题。,0-3 机械设计的基本要求和一般程序,一、机械设计的基本要求,1实现预定的功能，满足运动和动力性能的要求。,功能：用户提出的需要满足的使用上的特性和能力。,动力要求：设计的机械应具有足够的功率，以保证机 械完成预定的功能。,运动要求：设计的机械应保证实现规定的运动速度和 运动规律，满足工作平稳性、启动性、制 动性能等要求。,6其他特殊要求：环保
8、、噪音、外观等。,设计和制造周期短、成本低，产品生产效率高、能 耗低维护管理费用少；,2可靠性和安全性的要求。,可靠性：机械在规定的使用条件下，在规定的时间内， 完成规定功能的能力。,3市场需要和经济性的要求。,4机械零部件结构设计的要求。,5工艺性及标准化、系列化、通用化的要求。,机械设计的一般程序：试验-研究-设计-制造-安装-使用-维护。,04 机械零件的工作能力和计算准则,一、机械零件的工作能力,零件的工作能力：在一定的运动、载荷和环境情况下， 在预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。,机械零件的主要失效形式：,衡量零件工作能力的指标称为零件的工作能力准则。 主要准则有：强度、刚
9、度、耐磨性、振动稳定性和耐热性。,对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用 相应的计算准则。,二、机械零件的计算准则,强度(strength)：零件在一定载荷下抵抗破坏的能力。,1强度准则 （主要针对零件断裂、塑性变形或表面疲劳损坏失效。）,若零件的强度不够，就会出现整体断裂、表面接触 疲劳或塑性变形等失效而丧失工作能力。所以，设汁零 件时，必须满足强度要求，而强度的计算准则为 ：, MPa,或 MPa, = lim / S,当零件刚度不够时，则变形过大，加工精度下降。 刚度的计算准则为：,2刚度准则 （针对过大弹性变形）,刚度：零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。,y、和 分别为零件工
10、作时的挠度、偏转角 和扭转角。,y y ； ； ,实践证明，能满足刚度要求的零件，一般说，其强 度总是足够的。,耐磨性：相对运动的零件的工作表面抵抗磨 损的能力。,3耐磨性准则 （针对过度磨损、胶合破坏）,pv pv MPam/s。 防止胶合破坏,耐磨性是保证有相对运动的零件正常工作 的基本要求。其验算式为：,p p MPa； 防止过度磨损,f 零件的固有振动频率，取决于零件的质量和刚度,4振动和噪声准则 针对高速机械的振动失稳即共振）,当零件的固有振动频率f等于或趋近于零件的强迫振 动频率f p时，将产生共振。这不仅影响机械正常工作， 甚至造成破坏性事故，而振动又是产生噪声的主要原因。,防止
11、共振的条件为：f p 087 f 或 f p 118 f,f p 零件受激振源作用引起的强迫振动频率, 05 机械设计中常用材料的选用原则,二、符合工艺要求,机械设计中常用的材料有钢、铸铁、有色合金 (如铝合金、锅台金等)和非金属材料(如尼龙、工程 塑料、橡胶等)。,常用材料的选用原则：,一、满足使用要求,三、综合经济效益要求,06 许用应力和安全系数,在机械设计过程中主要零件的基本尺寸往往是通过 强度、刚度计算等确定的。而进行设计计算，应先确定该 零件工作时所承受的载荷和应力的性质。,一、载荷和应力,载荷：构件或零件工作时所承受的外力。,载荷,变载荷 大小或方向随时间变化的载荷。,静载荷 大
12、小和方向均不随时间变化的载荷。,应力,静应力 大小和方向均不随时间变化 或变化极缓慢）的应力。,例如锅炉中的压力、拧紧螺栓引起的应力 等 ，是静应力。较典型的变应力有：非对称循 环变应力、对称循环变应力和脉动循环变应力。,变应力 大小和方向，或大小或方向随 时间变化的应力。,静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。,二、变应力参数及典型变应力,1）变应力参数：,最大应力：max,应力循环特征：用来表示应力的变化情况。,平均应力：,应力幅：,=min/max,最小应力：min,2）典型变应力及应力循环特征,a）静应力：,b）非对称循环变应力,c）对称循环变应力：,d）脉动循环变应
13、力：,= +1,在（+1-1）间变化,= -1,= 0,三、零件的极限应力,静应力作用下过载断裂、塑性变形。,零件失 效形式,零件强度条件式： = lim / S,1）静应力下的极限应力,脆性材料制造的零件：lim =b,塑性材料制造的零件：lim =S,2）变应力作用下的极限应力,变应力作用下疲劳破坏约占零件损坏事故的80% 。,lim = N,四、许用应力和安全系数,安全系数(或许用应力)的选择，对零件的结 构尺寸、零件材料的质量、载荷计算的准确性等 方面有很大的影响。若安全系数选得过大，则许 用应力过小，将使结构笨重，浪费材料；反之， 安全系数选得过小，则许用应力过大，零件将不 够安全。对于各种不同的机械零件，设计时应根 据零件的重要性，合理选取，具体数值可参考设 计资料。,结束,