1、绪论-概论,第一章 绪 论,本章主要解决3个问题：,1）为什么学？ 2）学什么？ 3）怎么学？,承担人力所不能或不便的工作； 提高生产效率和产品质量； 便于社会化大生产。,机械的作用,社会生产力,机械化,自动化,国家工业化水平的标志。,概述：,目前，我国制造业和装备制造业的工业增加值已居世界第4位。但总体规模只相当于美国的1/5和日本的1/4强；重大的先进的基础机械，即制造装备的装备，主要包括机床、工业机器人、自动化生产线等；重要的机械基础元件，主要是先进的液压、气动、轴承、密封、模具、刀具等。,装备制造业：,概述：,机床是机械工业的基本生产设备；机械产品的零件通常都是用机床加工出来的，机床的
2、品种、质量和加工效率直接影响着其他机械产品的生产技术水平；机床工业的现代化水平和规模，是一个国家工业发达程度的重要标志之一。,机床技术（工作母机）：,概述：,概述：,各种机床车床、铣床、磨床、刨床,铣床,车床,磨床,龙门刨床,集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体；是一个国家高科技实力和发展水平的体现，是当代科技的研究热点；在人类生产、生活中有着广泛的用途。,机器人技术：,概述：,概述：,点焊机器人,工业机器人焊接、搬运、喷漆、装配,搬运机器人,喷漆机器人,汽车装配机器人,概述：,空间机器人星球探测器、飞船,美勇气号火星探测器,美国“阿波罗”月球车,美国国家航空航天局多用途载
3、人飞船,神州五号载人飞船,概述：,无人机,水下机器人,军用机器人天上、水下、运输、侦察,侦察机器人,战斗中搬运机器狗,概述：,外科手术机器人系统,医用机器人手术、康复,下肢康复机器人,概述：,迎宾机器人,机器人服务员,拟人机器人迎宾、服务、指挥,指挥机器人,各类元器件：,概述：,注塑模具,液压马达,液压缸,冲压模具,各类元器件：,概述：,铣削加工,车削加工,滚齿加工,1.1 机械的组成及本课程研究对象,其它辅助系统：例如润滑、显示、照明等,动力系统,传动系统,执行系统,控制系统,1.1.1 机械的组成：,1. 从功能方面看 四个基本部分及其它辅助部分,车床CL6140,机械加工设备的组成,动力
4、系统电动机 传动系统床头箱、滚珠丝杠等 执行系统溜板箱、刀具等,示教板 输入控制命令或控制程序,控制系统 控制操作机各关节内伺服电机的运动,工业机器人的组成,操作机 每个关节内有电动机和减速器,工作部分,控制,动力、传动、执行,抽油机组成,抽油机的组成,动力,控制,传动,执行,2. 从制造安装方面看： 任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。,是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。 例如：轴承，联轴器，减速器，发动机。,机械部件：,专用零件：汽轮机的叶片、汽缸缸体等；通用零件：齿轮、螺栓等。,机械零件：,是机械制造过程中不可分拆的最小单元,工业机器人机械结构,
5、6自由度工业机器人,工业机器人的组成,工业机器人关节结构,机器人关节,模块化关节,工业机器人的组成,齿轮 花键 轴承,机床的组成车床床头箱,箱体 变速系统,1.1.2 机械设计课的研究对象：,研究机械中一般工作条件下及常用参数范围内的通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。,通用零部件分4类,1）连接零件 螺纹（螺栓螺母）、键销、异形连接等； 2）传动零件 带、链、齿轮、蜗轮蜗杆、减速器等； 3）轴系部件 轴、轴承、联轴器、离合器、制动器等； 4）其他零件 弹簧、机架等,课程的任务：培养学生初步掌握机械设计的能力,1.2 课程的性质和任务,1）机械系统的总体方案设计； 2）
6、零部件工作能力设计：强度、刚度等设计计算； 3）结构设计：构造、工艺等。,课程性质：设计性课程技术基础课,二级齿轮减速器,连接件 螺栓、键 传动件 齿轮 轴系件 轴、轴承 其他件 机架等,各种通用零件的应用：,结构、工艺,1.3 机械设计课的特点和学习方法,实践性 综合性,课程的特点:,由单科向综合 由抽象向具体 由理论到实践,研究零件的工作原理、类型、特点和使用场合； 分析零件的工作条件，受力情况； 研究零件的失效形式，提出设计准则； 选择零件的材料、热处理方式； 进行强度或寿命计算，确定零件的主要参数； 选择其他参数，进行零件的结构设计。,各章节的知识体系:,学习方法,运用前修知识 抓住设
7、计主线 理论联系实际 解决工程问题,理论力学 建立力学模型、进行受力分析； 材料力学 强度计算，求、； 金属工艺学 零件的加工方法、工艺性； 金属材料及热处理选零件材料、热处理方式； 机械制图 按国家制图标准设计； 公差与互换技术保证零部件功能、装配、 互换性。,前修的课程:,教学过程的安排：,课堂教学：讲大课、习题课； 实践教学：实验、大作业、小作业； 课 外：科技创新制作； 自 学：有些内容课堂不讲，需要课后自学； 答 疑：每周安排一次答疑； 累加成绩：大作业25分、上机5分、期末考试70分、 实验单独记分。,2.1 机械设计的基本要求和一般程序,使用功能要求：运动、精度、寿命；工艺性要求
8、：毛坯制造、机械加工、热处理；经济性要求：优化、标准化、模块化；其他专用要求：特殊环境、特殊条件。,2.1.1 机械设计的基本要求,第二章 机械设计概论,新捷达,高尔夫7,标准化：零件互换,计划阶段：确定设计任务等（市场调研）,方案设计阶段：总体方案设计（多方案比较，择优选定）,技术设计阶段：技术设计（运用现代机械设计理论与方法）,技术文件编制阶段：编写技术文件（提供生产、检验的依据）,2.1.2 机械设计的一般程序,试制及审定鉴定阶段：技术审定与产品鉴定（质量把关）,卧式铣床 可铣槽、铣平面、切断等,立式铣床 可铣键槽、铣平面、镗孔等,市场调研：使用功能、市场容量,市场定位：需求、生产能力,
9、绿化洒水车,高空作业车,大货车 长途运输,皮卡车 家庭、小业主、客货两用,2.2 机械零件的载荷和应力,2.2.1载荷,静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷; 变载荷：随时间作周期或非周期变化的的载荷。,载 荷,载 荷,时间,时间,1.静载荷与变载荷（按载荷的大小和方向）,2. 名义载荷和计算载荷,名义载荷F：根据原动机或工作机的额定功率计算出的作用于机械零件上的载荷； 载荷系数K：原动机、工作机、传动件工作的不均匀性对零件受载的影响； 计算载荷Fca：载荷系数 K 与名义载荷F 的乘积 。,2.2.2应力,静应力：大小和方向不随时间变化或变化缓慢。 （由静载荷产生）断裂和塑性变形,变应力：大
10、小和方向随时间变化。 （由变载荷产生）疲劳,1.静应力与变应力,应 力,时间,时间,应 力,对称 脉动 循环变应力 非对称,2.变应力分类,稳定循环变应力,3.极限应力,按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质及应力种类而采用材料的某个应力极限。,脆性材料：脆性破坏,塑性材料：塑性变形,在静应力作用下：,在变应力作用下： 主要失效形式：疲劳破坏,4.许用应力和安全系数,许用应力： 设计零件时计算应力允许达到的最大值，其值大小等于极限应力与安全系数的比值。,安全系数确定法： 表格法；经验数据法；部分系数法等。,接触应力：当两零件以点、线相接触时，其接触的局部会引起较大的应力。,点、线接触时：均可
11、用赫兹接触应力公式计算。,5.接触应力,线接触时的情况：,3.强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效（磨损、腐蚀除外）的能力；,4.刚度：零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。,课程中应用到的几个基本概念：,1.工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度；,2.3 机械零件的主要失效形式和设计计算准则,2.失效：机械零件在设计预定的期间内，并在规定条件下，不能完成正常的功能时，称之为失效；,1.断裂：脆断、疲劳； 2.塑性变形：材料屈服； 3.过量的弹性变形：刚度、支承形式；,4.表面失效：磨损、疲劳点蚀、胶合、塑性流动、压溃和腐蚀等； 5.破坏正常工作条件引起的失效：如带传动中的打滑
12、，高速轴的共振等。,2.3.1 机械零件的主要失效形式,1. 强度准则： ，螺纹连接、螺旋传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等设计时采用； 2. 刚度准则： ，长径比l /d大的细长轴、薄板等设计时采用； 3. 寿命准则：滑动轴承、滚动轴承等设计时采用； 4. 振动稳定性准则：大型高速齿轮传动、受压细长杆件如螺旋起重器设计等。,设计零件时，保证零件不产生失效所依据的基本原则,2.3.2 机械零件设计准则,2.4 机械零件材料的选用原则,：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1).,黑色金属,有色金属,铁,钢,高分子材料,复合材料,陶瓷,金属材料,非金属材料,2.4.1 常用材料,：塑料、橡胶、合成纤
13、维,：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢 (如：08F 45 60 1Cr18）,：灰铸铁、球墨铸铁 (如：HT300 QT500-5),：强如钢、轻如铝、硬如金刚石,：强度高、弹性模量大、质量轻,载荷的大小和性质：材料的强度和延展性；,零件的工作情况：环境、腐蚀、高低温；,零件的结构及加工性：铸造、锻造或焊接；,材料的经济性：生产批量、加工方法。,2.4.2 材料的选用原则,机械零件设计中的标准化1,2.5 机械零件设计中的标准化,2. 标准化的意义：,有利于组织专业化的大生产； 能提高产品质量，降低生产成本； 有利于简化设计工作，缩短周期，提高设计质量； 便于零件的互换和机器的维修。,1. 标
14、准化定义：,根据对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法和制图方法等要求，制定出各式各样的大家共同遵守的标准。,3. 标准的分类,国标及行业标准分为：强制标准和推荐标准,强制性国家标准：记为GB 、JB等。推荐性国家标准：记为GB/T 、JB/T等。,国际标准 国家标准 行业标准 企业标准等 如： ISO GB JB、HB QB,2.6 机械零件的结构工艺性,零件的结构应与生产条件、批量及尺寸相适应；零件的造型应简单化；零件的结构应适合进行热处理；零件的结构应保证加工的可能性、方便性和准确性；零件的结构应保证装拆的可能性和方便性。,机械零件的结构工艺性贯穿于毛坯制造、切削加工、热处理及装配等各个阶段。,铸造工艺性,锻压工艺性,焊接工艺性,热处理工艺性,切削加工工艺性,装配工艺性,谢谢,
