机械设计第1章

1、第 1 章 绪 论,一、研究对象 1、机器 如：缝纫机、洗衣机、机床、汽车、推土机、机器人、机械手等。,1-1 本课程研究的对象及主要内容,例一：单缸四冲程内燃机,工作原理：燃气由进气管通过进气阀被下行的活塞吸入气缸，然后进气阀关闭，活塞上行压缩燃气，点火使燃气在汽缸中燃烧，膨胀产生压力，推动活塞下行，通过连杆带动曲轴转动，向外输出机械能。当活塞再次上行时，排气阀打开，废气通过排气管排出。 即：内燃机点火之后，燃料燃烧生成的燃气推动活塞工作往复移动，通过连杆转变为曲轴的连续转动。,动画演示：,功能：热能转变为机械能 机构运动简图：,例二：电动机 组成：一个转子和一个定子 工作原理：当定子有电流输入时，转子便能做 回转运动，使电能转换为机械能。 功能：电能转变为机械能,例三：工业机器人 组成：机械手、计算机控制器、液压装置和 电力装置 工作原理： 功能：利用机械能传递物料,机械手,电力装置,控制器 （计算机）,液压站,工业机器人：,（1）机器的特征： 它们都是一种人为的实物组合体，不是天然形成的； 组成它们的各部分之间具有确定的相对运动； 在生产过程中，它们能代替或减轻人类的劳动，从而完

2、成有用的机械功或转换机械能。能变换传递能量、物料和信息。 如电动机、内燃机、破碎机、起重机、计算机。,机器：执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料和信息。 （2）机器的分类 根据功能转换原理 原动机：凡将其他形式能量变换为机械能的机器 如：内燃机、电动机,工作机：凡利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器。 如：发电机 各种加工机床 起重机 计算机 录音机,根据机器的用途 加工机器：机床、纺织机、包装机 运输机器：汽车、拖拉机、输送机 信息处理机器：计算机、录音机、机械积分仪、记账机,（3）机器的组成 动力部分 将其他能量变换为机械能，是驱动整部机器的动力源 常用的动力源：电力、液力、热力和压缩空气等。 常用的原动机：电动机、内燃机、液压缸、气动缸等。,执行部分 处于传动路线的终端，完成机械预期的动作。 传动部分 介于原动机和执行部分之间，把原动机的运动和动力传递给执行部分。 执行部分和传动部分是机器的主体。,控制部分 控制机器的其他基本部分，使操作者能随时实现或终止各种预定的功能。 包括：各种控制机构、电气装置、计算机或液压系统、气压 系统等。 现代机器的控制部分：机器控制

3、系统和电子控制系统。,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,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、离合器及其油门。 辅助系统：油量表、速度表、里程表、润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、机构 （1）机架 凡本身固定不动的构件或相对地球运动但固结于给定坐标参考系并视为固定不动的构件统称为机架。 如：内燃机的汽缸体、飞机的机体、车辆的车架等。,零件：组成机器的不可拆的基本单元。 机器中的制造单元。 如内燃机中的一个螺钉、曲轴等。,（2）零件和构件,零件：专用零件和通用零件 通用零件：在各种机器中都能用到的零件叫通用零件，

4、或称为常用件、标准件。 如齿轮、带轮、螺钉、轴、轴承、弹簧等；,通用零件,专用零件：在特定类型的机器中才能用到的零件，叫专用零件。 如曲轴、活塞、吊钩、叶片、叶轮等。,专用零件,构件 它可以是一个零件，也可以是由许多零件组而成的刚性结构。 它是机构中的运动单元。 如：内燃机中连杆,部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。,如：滚动轴承、联轴器,（3）机构 内燃机的运动： 传递回转运动； 将转动变成往复运动； 利用机件本身的轮廓曲线来实现预期规律的移动或摆动。,齿轮和齿轮 形状特点：具有轮齿 运动特点：把高速转动变为低速转动或反之 称为：齿轮机构,凸轮和顶杆 形状特点：主要机件具有特定轮廓曲线的凸轮 运动特点：利用其轮廓曲线使从动件按指定规律作周期性的往复移动或摆动。 称为：凸轮机构,凸 轮 机 构,活塞、连杆和曲轴 形状特点：主要机件是杆状或块状 运动特点：能实现转动、摆动或移动等运动形式的相互转换 称为：连杆机构,连 杆 机 构,可见，机构具有的特征： 1）它们是人为的实物组合； 2）各实体之间具有确定的相对运动。 机构：人们将能实现预期的机械运动的各构件的基本组合体。,常见

5、的机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系等。,机构与机器： 从组成来分析:,机器由各种机构组成。,如：内燃机由曲柄滑块机构、齿轮机构、 凸轮机构组成。,机器：是由各种机构组成，可以实现预期机械运 动并完成有用机械功或转换机械能。 机构：由若干构件组成，各构件之间具有确定的 相对运动，仅仅起着运动传递和运动形 式转换的作用。 机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，机构仅能实现预期的机械运动。,3、机械 机械是机器和机构的总称。,总结：机械、机器、机构、构件和零件的关系 零件刚连构件可动连接机构组合机器 机械,研究内容：机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。,一、性质 机械设计基础是高等学校工科有关专业一门重要的技术基础课。 机械设计基础将为有关专业的学生学习专业机械设备课程提供必要的理论基础；使从事工艺、运行、管理的技术人员，在了解各种机械的传动原理、设备的正确使用和维护及设备的故障分析等方面获得必要的基本知识。,1-2 本课程的性质、任务和学习要求,二、主要任务 通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养学生初步具备运用手册设计机械传

6、动装置和简单机械的能力，为日后从事技术革新创造条件。,任务：,掌握常用机构的结构、特性等基本知识，初步具有选用、分析机构的能力。 掌握通用机械零件的工作原理、特点、应用和简单设计计算方法，并初步具有选 用、 分析和设计简单机械传动装置的能力。 运用标准、规范、手册、图册及查阅有关技术资料的能力。,三、基本要求 （P2） 四、先修课程 本课程是建立在物理、数学、工程力学、机械制图、工程材料、金工实习、机械制造基础等课程基础之上的一门技术基础课。 研究组成一般机械的常用机构、通用零件和在机械设计中一些常遇到的基本共性问题。,先修课程： 高等数学 普通物理 机械制图 工程力学、金工实习 机械制造基础等,基础课,技术基础课,专业课,机械设计基础,比基础课更接近工程实际,承上启下,比专业课有更宽的研究面和更广的适应性,1-3 机械设计的基本要求和一般程序,一、机械设计的基本要求 机械设计：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。 设计机械应满足的基本要求： 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。,具体有如下三个方面要

7、求： 1、使用要求 （功能要求） 所设计的机械应在规定的寿命期限内能正常完成预期的使用功能。这是最主要的要求。 2、经济要求 所设计的机械设备应在设计、制造和使用的全过程中都有低的成本。 设计：采用先进的设计方法（CAD、并行设计） 缩短设计周期,制造：省工、省料、装配方便、缩短制造周期 使用：生产率高、效率高、低消耗、低管理费用。 3、社会要求 操作要方便，使操作者感到安全舒适；要有大方宜人的外形和色彩，具有市场竞争力；要符合国家环境保护等有关法令。,（1）便于操作，符合人机工程学。 （2）保证安全，能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 （3）改善环境，减少机器对环境的污染。 （4）大方宜人的外形和色彩，重视产品的工艺造型设计，不仅要功能强，价格低，而且外型美观，实用，使产品具有市场竞争力。,4、可靠性要求 机器在规定的条件下，规定的使用周期内，完成规定功能的能力。机器的可靠性取决于设计、制造、管理和使用等各个阶段。 举例： 5、标准化要求 6、其他要求 在满足基本要求的前提下，不同机器还有特殊要求。,机械零件设计中的标准化 标准化： 两重含意 1、按有关标准设计机械零件 2、尽量选用标准件,按运用范围分： 国际ISO 国家GB 部标 (JB：中国机械工业部标准 YB：中国冶金工业部标准 QB：中国轻工业标准),二、机械设计的一般程序 在明确设计要求后，机械设计包括以下主要内容： 确定机械的工作原理，选择合宜的机构；拟定设计方案；进行运动和动力分析，计算作用在各构件上的载荷；进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。 根据设计任务大小的不同，设计过程的繁简程度显然不会一样，但大致要经过如下表所示的三个阶段。,

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