1、机械设计基础,主讲人,丁克舫,第一章 概 论,第一节 绪 论第二节 机械零件材料学基础第三节 机械的组成,第一节 绪 论,一、课程的内容、性质和任务 二、机械设计的一般过程简介 三、机械零件的设计准则,一、课程的内容、性质和任务,1.课程内容 2.课程性质 3.课程任务,具体内容 研究常用机构和通用机械零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计方法。机器 由机构组成的具有确定运动的机械装置，能实现能量的转换或传递能量、物料或信息，实现预 期的工作。如内燃机、电动机、起重机、金属切削机床和计算机等。 机构 是具有确定运动的构件系统，用来传递运动和力 。 构件 是机器运动的最小单元。 零件 是
2、机器加工制造的最小单元。 机器的组成 由原动机、工作机、传动系统等组成。,1.课程内容,常用机构设计连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构（棘轮机构、 槽轮机构、不完全齿轮机构） 等。常用通用零部件设计传动零件：齿轮传动、蜗杆传动、带传动、螺旋传动等。 联接零件: 螺纹联接、键联接、销联接等。 轴系零件：轴、轴承（滑动轴承、滚动轴承、联轴器等 。,具体内容,齿轮传动,蜗杆传动,带传动,圆柱平摩擦轮传动,（a）滑动螺旋 ;(b）滚动螺旋;（c）静压螺旋,链传动,螺旋传动,(a),(b),(c),螺纹联接,键联接,销联接,轴,滑动轴承,滚动轴承,联轴器,数 控立式升降台铣床,电机,起重机,连杆,曲柄,1
3、-气缸体；2-活塞；3-连杆；4-曲轴；5、6-齿轮；7-凸轮；8-进气阀顶杆,1234曲柄滑块机构,156 齿轮机构,178 凸轮机构,机器的组成,原动机： 驱动机器完成预定功能的动力源 工作机： 完成机器预定功能的组成部分 传动系统：传递运动和动力 。有机械传动、电力传动和液力传动等。,原动机,传动系统,工作机,控制系统,辅助系统（润滑、显示 、照明等,（实例）,本课程只研究机械传动。,原 动 机： 汽油机和柴油机。 传动系统：离合器、变速箱、传动轴和差速器。工 作 机： 车轮、悬挂系统和底盘。 控制系统：方向盘和转向系统、排档杆、刹车及其踏板、油门。 辅助系统：油量表、速度表、里程表、润
4、滑油温度表及蓄电平电流表、电压表等为显示系统；后视镜、车门锁、刮油器等为其它辅助系统；前后灯、仪表盘灯为照明系统；转向信号灯和车尾红灯为信号系统。,机器组成实例,2. 课程性质,专业技术基础课,先修课程高等数学 金属工艺学机械制图工程力学,3. 课程任务,（1）了解机械设计基本知识。（2）运用有关设计资料的能力。 （3）掌握常用机构和通用零、部件的设计理论和方法。,二、机械设计的一般过程,1. 产品规划 根据社会的需要和市场的需求，确定所设计机械（机器）的功能范围和性能指标，拟订设计任务书。 2. 方案设计按设计任务书的要求，尽量构思出多种可行的设计方案，通过对比、筛选，优选出一种功能满足要求
5、、工作原理可靠、结构设计合理、制造成本低廉的最优方案。 3. 技术设计对已选定的设计方案进行分析计算，确定机构和零件的工作参数以及机械（机器）的主要结构尺寸，完成每一个零件的结构设计，按照国家标准，绘制出整台机器的设计总图和全部零、部件的施工图，编写有关技术文件 。 4. 试制、调试、鉴定进行样机试制，对样机进行试验、测定，从技术上、经济上作出评定，提出改进意见。,1、机械零件的主要失效形式2、机械零件的设计准则,三、机械零件的设计准则,失效：在规定的工作条件下机械零件失去了正常工作能力。,断裂：零件在拉、弯、扭载荷作用下 ，当 或 时，就可能发生断裂，属强度不合格。疲劳断裂 过载断裂 变形过
6、大： 时发生,属刚度不合格。 振动过大甚至共振 ：振幅超过了许用值。 零件表面失效：过大接触应力作用造成。胶合失效（黏着磨损）、点蚀（疲劳磨损）、磨损失效（磨粒磨损）、塑性变型。在化学腐蚀介质的接触和作用下产生腐蚀失效 。,1、机械零件的主要失效形式,保证机械零件在要求的寿命内不出现各种失效。 强度准则 ，刚度准则挠度 偏转角 扭转角振动稳定性准则 使受激振作用的各个零件的固有频率f 与激振源的频率 f p 错开。通常应保证 f p 0.85f 或 f p 1.15f 磨擦学准则验算压强 p p 验算pv pv pv 验算速度 v v,2、机械零件的设计准则,第二节 机械零件材料学基础,一、
7、金属材料二、 非金属材料三、 复合材料 四、钢的热处理简介,机械零件通常都是由金属材料制成的，有时也用非金属材料和复合材料制造。,一、 金属材料,1钢2铸铁3. 有色金属,（含碳量小于2%,大于0.7%的铁、碳合金）,1.钢,碳素钢,碳素结构钢,碳素工具钢：T7、T8,普通碳素结构钢 如Q235、Q275等,优质碳素结构钢,低碳钢C0.25% 如20,合金钢,合金结构钢,合金工具钢 、高速工具钢、硬质合金工具钢,特类钢 不锈钢，如2Cr13、滚动轴承钢，如GGr9SiMn、 耐热钢，如3Gr18Ni25Si2等。,合金结构钢 如35CrMn2，40CrNiMoA(优质）,低金结构钢 如12Mn
8、,弹簧钢 如60Si2MnA,中碳钢0.6%C0.25% 如45,高碳钢0.6%C 如60,钢,2.铸铁,（含碳量大于2%的铁、碳合金）,（1）灰铸铁 如HT100、HT300,良好的铸造性、切削加工性、 耐磨性、减振性，但抗拉强度低。 （2）球墨铸铁 如QT400-18、QT500-7,强度和塑性比灰铸铁有 很大的提高，具有良好的耐磨性，但铸造性较差。 （3）可锻铸铁 如KTH300-06 ,强度、塑性、韧性、耐磨性均 较高，能承受冲击振动 , 但生产周期长，成本较高。铸造大尺寸零件较困难。,3. 有色金属,（1）铜合金黄铜 铜与锌的合金，含少量锰、铝等元素，如 ZCuZn38等。青铜 青铜
9、以主加元素的不同又可分为锡青铜和铝青铜等，如CuAl10Fe3、 ZCuSn5PbZn5。青铜比黄铜有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。（2）铝及铝合金铝合金具有良好的导热、导电性能，其导电性 能大约为铜的60%， 但由于重量轻，在远距离输送 的电缆中常代替铜线 。,二、 非金属材料,1工程塑料 2橡胶 常用来制造轮胎、垫板、隔热板、传动带和减振零件等 3夹布胶木常用来制造板材、电工元件，轻载无噪声齿轮和耐腐蚀元件等。 4其他陶瓷、皮革、木材、纸板等 。,三、 复合材料,通常由两种材料结合而成，可发挥材料各自的长处，克服各自固有的缺点。常见的复合材料有：（1）玻璃钢 玻璃和塑料结合而成。（2
10、）硬质合金 陶瓷与金属粉末烧结在一起 而成 。（3）硼铝复合材料 硼与铝合金结合而成。,四、钢的热处理简介,热处理 将钢在固体状态下进行不同温度的加热、保温和冷却的工艺方法叫热处理，目的是提高零件的力学性能和改善其工艺性能。,1. 退火 2. 正火 3. 淬火 4. 回火 5. 调质 6. 时效 7. 表面处理,第三节 机械的组成,一、机器的组成二、机器的基本组成要素三 、基本术语,原动机： 驱动机器完成预定功能的动力源 工作机： 完成机器预定功能的组成部分 传动系统：传递运动和动力 。有机械传动、电力传动和液力传动等。,原动机,传动系统,工作机,控制系统,辅助系统（润滑、显示 、照明等,本课
11、程只研究机械传动。,一、机器的组成,1、机器的组成：,2、机器的基本组成要素：,零件,机器,机构,构件,静联接,动联接,与动力 源组合,3、基本术语,（1） 机械零件及部件,（2） 构件,（3 ）标准件,（4） 运动副,零件及部件 (elements & parts),# 组成机器的基本制造单元称为机械零件。,# 为完成同一职能在结构上组合在一起，协同工作的总成称为机械部件。,构件（components）,组成机械的各相对运动实体称为构件， 构件为机械中的运动单元。,标准件（sdandard parts）,经过优选、简化、统一、并给以标准 代号的零件和部件称为标准零、部件。,运动副（kinematic pair）,俩个构件之间直接接触，又有一定相对 运动的活动联接称为运动副。,
