机械设计基础-课件-ppt超级合集(720页)-1

第1章绪论1.1机械、机器、机构及其组成1.2本课程研究的内客、性质和任务本章概要：人类为了满足生产和生活的需要，设计和制造了各种各样的机械设备，如机床、汽车、起重机、电动机、洗衣机、机器人和航天器等。在现代生产和日常生活中，机械已成为代替或减轻人类劳动、提高劳动生产率和产品质量的主要手段。机械的发展程度是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。本章主要介绍机械、机器、机构和零件等基本概念，以及机械、机器和机构的组成，说明本课程的研究内容、性质与任务。1.1机械、机器、机构及其组成1.1.1现代机械及其组成现代机械是传统机械技术与不断涌现的相关新技术的集成，是以计算机技术协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流传递任务的，由光、机、电、液压等部件组成的装置与系统。现代机械主要由以下系统或部分组成：（1）驱动系统（2）传动系统（3）执行系统（4）控制和信息处理系统1.1.2机器与机构机器－能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置。它是根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合体。如:缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用机器、起重机等。机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但具有相同的基本特征。典型机器的分析：1.内燃机内燃机56432187910组成：汽缸体1、活塞2、进气阀3、排气阀4、连杆5、曲轴6、凸轮7、顶杆8、齿轮9、10工作原理：1.活塞下行，进气阀开启，混合气体进入汽缸；2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。循环运动的结果，使曲轴输出连续的旋转运动进气压缩爆炸排气内燃机的工作过程：内燃机各部分的作用：活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：曲柄滑块机构凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为：凸轮机构两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，称为：齿轮机构各部分协调动作的结果：化学能机械能机器的共有特征：①人造的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量的转换机器的作用机器的分类：动力机器－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）种类有限工作机器－完成有用功（如机床等）种类繁多信息机器－完成信息的传递与变换（如复印机、传真机等机器的组成：原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机和内燃机。工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。其关系如下原动机传动工作控制从结构上来看，机器的传动部分和执行部分都是由各种机构组成的。一部机器可以包含一个或若干个机构。任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。机构－只能实现运动和力的传递与变换的装置。如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。种类有限机构的共有特征：①人造的实物组合体；②各部分有确定的相对运动；机构的分类：通用机构和专用机构。通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。1.1.3机构的组成机械、机器、机构、构件、零件机构是由一些相对独立运动的单元体组成的，这些单元体称为构件。从制造观点来看，机构由许多独立加工的单元体组成，这些单元体称为零件。一个构件是由一个零件或由几个零件组成的刚性结构机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不同），故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动零件构件机构机器1.2.1本课程研究的内容作为一名工程技术人员，同学们在今后的工作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机械，因此必须掌握机械方面的基础知识。研究的内容主要有以下几个方面：(1)机械设计基础知识(2)常用机构及传动设计(3)通用零件设计(4)有关机械总体设计中的一些问题(5)机械现代设计方法与手段的概念和特点1.2本课程研究的内客、性质和任务作用：承前启后1.2.2本课程的性质和任务课程性质：技术基础课本课程的主要任务是：通过本课程的学习，可为今后学习诸如机床夹具设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基础，通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养同学们初步具备运用手册设计简单机械装备的能力，为今后操作、维护、管理、革新装备创造条件。数只能靠我国自力更生解决，这是一项十分艰巨的任务，设计、制造、使用、维护现代化的武器装备，需要大3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手批的机械方面专业人才。在座的各位都是未来的工程师和部队的主要技术骨干，掌握好本课程的有关知识，将为你们未组来的装工作打各下一种个良机好的基构础。。最后希望我们共同努力，把这门课程教好学好。课程安排：讲授82学时本课程的特点：是工程制图、工程材料及机械制造基础、理论力学，材料力学、金工实习等理论知识和实践技能的综合运用。要求：1）作业必须按时完成，绘图准确，字迹工整，作业量未达到规定者不能参加考试。2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课外时间。为了实现我国的国防现代化，必然要有大量的机械化、自动化的武器装备于部队，这些武器从何来？恐怕大多第2章机械及机械零件设计基础知识2.1机械设计的基本要求和一般设计程序2.2机械零件的主要失效形式和工作能力2.3机械零件的设计准则和一般设计步骤2.4机械零件的材料及选择2.5摩擦、磨损与润滑2.6机械零件的结构工艺性及标准化本章概要：机械设计是指规划和设计实现预期功能的新机械或改进原有机械的性能。本章扼要阐明机械设计中的共同性问题，如机械设计的基本要求和一般设计程序；机械零件的主要失效形式和设计准则；机械零件的材料等。介绍摩擦、磨损与润滑，零件的结构工艺性及标准化等机械零件设计所需的基础知识。2.1机械设计的基本要求和一般设计程序2.1.1机械设计的基本要求机械设计应满足的基本要求：①功能要求②可靠性与安全性要求③经济性要求④社会性要求⑤其它特殊要求。在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。2.2.2机械设计的一般设计程序产品规划概念设计构形设计编制技术文件技术审定和产品鉴定2.2机械零件的主要失效形式和工作能力2.2.1机械零件的主要失效形式机械零件的失效：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。零件的失效形式:①断裂;②过大的弹性变形或塑性变形;③工作表面损伤失效（腐蚀、磨损和接触疲劳）；④发生强烈的振动；联接的松弛;摩擦传动的打滑等。失效并不简单地等同于零件的破坏。如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为计算量许用量----工作能力计算准则。失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件强度条件：计算应力许用应力；刚度条件：变形量许用变形量；防止失效的判定条件是：2.2.2机械零件的工作能力工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此然而限在机度器运是转时对，零载件还荷会受而到各言种附，加载所荷，以通常用引入习惯上又称为：承载能力。2.2.3许用应力和极限应力、接触应力名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。工作载荷-----在某种工作条件下零件实际承受的载荷。.载荷系数K----考虑各种附加载荷因素的影响。计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。计算应力-----按计算载荷计算所得之应力：应力的种类otσ=常数σmax脉动循环变应力r=0静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化maxmin2m平均应力:maxmin2a应力幅:σTσminσaσaσmσmaxo循环变应力σ变应力的循环特性:rminmaxminσaσmaxσaσ对称循环变应力r=-1toσ-1=0+1totσσaσmσaσmin----对称循环变应力----脉动循环变应力----静应力静应力是变应力的特例r=+1静应力下的许用应力静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形塑性材料，取屈服极限σS作为极限应力,许用应力为：脆性材料：取强度极限σB作为极限应力,许用应力为：S[]sS[]B变应力下的许用应力变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下特征：1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低;2)疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;3)疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时，就突然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。不管脆性材料或塑性材料，NOσσ-1N0σ-1NN1、疲劳曲线应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线称为：疲劳曲线由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试验表明，当NN0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循环时试件将不会断裂。当NN0时,试件将不会断裂。N0----循环基数101NNmNCm当NN0时,有近似公式：N0对应的应力称为：疲劳极限用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。mNN011N对应于N的弯曲疲劳极限：2、许用应力在变应力，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面状态等影晌，为此引人应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β等。kS11]当应力是对称循环变化时，许用应力为：[kS0当应力是脉动循环变化时，许用应力为：[]0σ0为材料的脉动循环疲劳极限，S为安全系数。以上各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命”，kSN[1]1mN0有限寿命时，用σ-1N代入得：3、安全系数安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响S↑→零件尺寸大，结构笨重。S↓→可能不安全。典型机械的S可通过查表求得。无表可查时，按以下原则取：1）静应力下，塑性材料的零件：S=1.2～１.5铸钢件：S=1.５～２.5２）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁：S=3～43）变应力下，S=1.3～1.7材料不均匀，或计算不准时取：S=1.7～2.5初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹接触应力若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑，这种现象称为渡劳点蚀。发生疲劳点蚀后，减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力。油裂纹的扩展与断裂这时零件强度称为接触强度。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。失效形式常表现为：疲劳点蚀金属剥落出现小坑后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。由弹性力学可知，应力为：11Fn12Hb121212E1E21212令:代入化简得:E1E2E2E1E21FnEH2(12)b0.418FnEb对于钢或铸铁取泊松比：μ1=μ2=μ=0.3,则有简化公式。上述公式称为赫兹(H·Hertz)公式“+”用于外接触，“-”用于内接触。σHσHρ2bρ1ρ1Fnbρ2σHσHFn21HFnb12E1E2121112H1FnE2(12)bFnEb0.418bFnEH0.41812122E1E2E1E2EσH-