机械设计基础第一讲.ppt

1,2,教学环节：1、课堂授课（56）2、实验教学（8）3、课程设计（2周，课程结业后进行）,考核：1、平时成绩（学习态度+作业+实验）2、全年级统一出题考试(2021),课程说明,3,机械设计基础概论平面机构的组成和运动简图平面连杆机构齿轮机构联接齿轮传动轮系带传动轴轴承,主要内容,第一篇 总论,第二篇 常用机构,第三篇 联接与螺旋传动,第四篇 机械传动,第五篇 轴系零、部件,4,第1章 机械设计基础概论,1.1 本课程研究的对象、内容和任务,1.2 机械设计的基本要求及一般程序1.3 机械零件设计的基本知识1.4 机械零件的强度1.5 机械零件的材料和选用原则（自学）,第2章 现代设计方法简介（自学）,5,1、明确本课程的研究对象、研究内容和任务2、重点是弄清“机器与机构”、“构件与零件”及“通用零件与专用零件”的区别与联系以及平面机构的组成要素3、难点是“构件的概念”4、了解“计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、创新设计”等现代设计方法,6,1.1.1 基本概念,1、机械 机器和机构的总称。（搅面机、内燃机等均是机器）,第1章 机械设计基础概论,1.1 本课程研究的对象、内容和任务,7,工作原理：当曲柄转动时，搅面棒上的E点处便能模仿人工 搅面，同时,容器5绕Z轴转动，从而将面粉搅拌均匀。,组成情况：1 固定件 2 曲柄 3 搅面棒 4 摇杆 5 容器,E,AVI,搅面机,8,内燃机的组成 1 缸体（机架）2 活塞 3 连杆 4 曲轴 5 推杆 6 凸轮 7、8 大、小齿轮 9、10进、排气阀,AVI,9,当缸体1内燃烧的气体膨胀时，推动活塞2作往复移动，经过连杆3转变为曲轴的连续转动,凸轮轴上的齿轮7，曲轴上的齿轮8和缸体1组成传动部分，曲轴转动通过齿轮将运动传给凸轮轴,凸轮轴转动，使得气阀以一定的规律按时启闭，分别控制进气（吸入燃气）和排气（排出尾气）,内燃机工作原理,Internal combustion engine,10,1.主体部分：“活塞2、连杆3、曲轴4、缸体1”（平面连杆机构）,3.进排气控制部分：“缸体1、凸轮6、推杆5”（凸轮机构）,2.传动部分：“缸体1、齿轮7，8”（齿轮机构）,11,机器的特征：1人为的实物组合2各运动实体之间具有确定的相对运动（能够实现预期的机械运动）3能代替或减轻人类的劳动（完成机械功、转换机械能以及作信息获取或变换）（照相机、打字机、录音机等）,机构：只具有机器的前两个特征,12,“连杆机构”（主体机构）内燃机“齿轮机构”（传动机构）“凸轮机构”（控制机构）,搅面机“连杆机构”（主体机构）机器可以看做由机构组成,机器按用途分类动力机器：蒸汽机、水轮机、汽轮机、内燃机工作机器：机床、轧钢机、起重机、汽车信息获取变换的机器：照相机、打字机、录音机机器的组成原动机（动力部分）工作部分传动部分操纵部分信息处理、传递系统,13,蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。,汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。,农业机械,23,零件、部件 与常用机构、通用零件,零件：是机械中制造的单元（齿轮、轴及轴承、螺母、螺栓等）,（滚动轴承、联轴器、减速器及自行车的脚踏等)（为了装配方便，先将完成共同任务的一组协同工作的零件分别装配和制造成一个组合体，然后再装配整机，此种组合体）,部件：是机械中装配的单元,24,机构常用机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等其它机构：,零件 通用零件：齿轮、轴承、螺钉、键等 专用零件：内燃机中的活塞、起重机中的吊钩等,常用机构与通用零件,25,是以常用机构 和 通用零件“研究对象”,以它们的工作原理、结构特点、使用和维护、标准和规范以及设计计算的基本理论和方法“研究内容”,1.1.2 本课程的内容、性质和任务,内容：,26,性质：是一门重要的技术基础课为有关专业的学生 学习专业机械提供必要的理论基础,主要任务和基本要求：1.掌握常用机构的结构、运动特性，初步具有分析 和设计基本机构的能力。2.掌握通用零件的工作原理、特点、维护和设计计 算的基本知识，初步具有设计简单机械的能力 3.具有运用机械设计有关标准、规范、手册和图册 等技术资料的能力,1.2 机械设计的基本要求及一般程序,1.2.1 机械设计的基本要求,1.使用要求2.可靠性和安全性要求3.经济性要求4.其他要求,1.2.2 机械设计的一般程序,1.规划和准备阶段确定设计任务书：用途、功能、基本结构型式、主要设计参数、动力来源以及主要技术经济指标2.方案设计阶段确定工作原理、执行部分、动力部分、传动部分的方案3.技术设计阶段将总体方案具体化：运动设计、动力计算、零部件材料、结构设计、工作能力计算、绘图4.试验分析阶段产品试制,常规设计与现代设计,29,1.3 机械零件设计的基本知识,1.3.1 机械零件的主要失效形式,失效：机械零件由于某些原因不能在既定的工作条件和使用期限内正常工作，即丧失工作能力或达不到设计功能的现象1.断裂 过载断裂，疲劳断裂2.表面失效疲劳点蚀、胶合、磨损、压潰和腐蚀3.过量变形 塑性变形4.破坏正常工作条件而引起的失效摩擦传动的打滑、液体摩擦滑动轴承油膜破坏,1.3.2 机械零件的工作能力计算准则,工作能力：也称承载能力，在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。1.强度零件抵抗整体断裂、塑性变形和表面失效（磨粒磨损及腐蚀除外）的能力强度计算条件：零件危险截面的最大计算正应力和剪应力（MPa）零件的许用正应力和剪应力（MPa）,2.刚度零件受载后抵抗弹性变形的能力刚度计算条件：零件工作时的广义变形 零件工作时的广义许用变形，如挠度、偏转角、扭转角,3.耐磨性,磨损：摩擦表面物质在相对运动中不断损耗，造成形状和尺寸逐渐改变的现象,1)磨损的过程：三个阶段磨合磨损稳定磨损使用寿命剧烈磨损2)磨损的类型磨粒磨损粘着磨损（胶合）表面疲劳磨损（疲劳点蚀）腐蚀磨损,3)耐磨性计算耐磨性：相对运动的零件表面抵抗磨损的能力条件性计算非液体摩擦,限制工作表面的压强：p 零件工作表面的压强（MPa）p 零件工作表面材料的许用压强（MPa）限制摩擦发热量(摩擦功耗):v零件工作表面的相对滑动速度（m/s）pv零件工作表面的pv许用值（MPa m/s）,4.振动稳定性防止高速运转的机械及其零件发生共振，使其转速避开共振区域,1.3.3 机械零件设计的一般步骤总体布置，传动方案确定之后1.选择材料2.拟定计算简图：建立力学模型，进行载荷分析3.工作能力计算：针对失效形式，确定准则，确定零件基本尺寸和主要参数4.结构设计：考虑加工、装配5.绘制工作图并标注必要的技术条件,1.3.4 机械零件的标准化标准化：将品种、型号、参数、结构、尺寸、性能和质量等统一规定为数量有限的若干种，并强制执行。标准件：标准化了的零部件标准的层次：国际标准 ISO国家标准 GB行业标准,1.4机械零件的强度1.4.1载荷和应力1.载荷及其分类1）静载荷和动载荷2）名义载荷和计算载荷2.应力及其分类名义应力和计算应力静应力和动应力静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力，静载荷产生，方向、大小相对零件都不变变应力：随时间显著变化的应力,最大应力最小应力平均应力应力幅循环特性,稳定变应力：周期、应力幅度、平均应力都不随时间变化的应力,1.4.2 许用应力,极限正应力和极限剪应力（MPa）S 安全系数1.极限应力 与应力种类、材料性质有关静应力 塑性材料（屈服）脆性材料（强度）变应力（疲劳）持久极限 对称循环 脉动循环 2.安全系数 查找规范获得,1.4.3 机械零件的静强度单向应力状态平面应力状态三向应力状态1.44机械零件的疲劳强度1.疲劳破坏的过程疲劳断裂的特征1)最大应力较低2)无塑性变形3)损伤的积累疲劳源，初始裂纹，扩展，突然断裂疲劳破坏对缺陷具有敏感性,2.疲劳极限与疲劳曲线,与时间有关，与应力的循环次数有关在一给定循环特性下，循环N次，不发生破坏的最大应力，即疲劳极限疲劳试验，绘制曲线图,41,3.影响疲劳寿命的因素应力集中、绝对尺寸、表面状态4.疲劳寿命计算1.4.5机械零件的接触强度和挤压强度1.接触强度2.挤压强度,1.5机械零件的材料和选用原则1.5.1机械零件的材料1.钢钢铸铁碳素钢合金钢2.铸铁3.有色金属4.其他材料,1.5.2零件材料选用原则1.使用要求2.制造工艺要求3.经济要求,