机械设计基础 第一章概论.ppt

十二五”职业教育国家规划教材主编 王少岩 罗玉福大连理工大学出版社第1章 概 论学习导航知识目标：能力目标：•了解本课程的研究对象•掌握零件的设计准则•掌握零件设计的一般步骤•掌握及其与机构的特征•会判断构件、零件和部位•认知机械零件常见的失效形式大连理工大学出版社第1章 概 论机械设计基础是一门重要的技术基础课，是研究机械类产品的设计、开发、改造，一满足经济发展和社会需求的基础知识课程机械设计工作设计工程技术的各个领域一台新的设备在设计阶段，要根据设计要求确定工作原理及合理的结构，进行运动、动力、强度、刚度分析，完成图样设计，还要研究在制造、销售、使用以及售后服务等方面的问题设计人员除必须具有机械设计及与机械设计先关的深厚的基础知识和专业知识外，还要有饱满的创造热情大连理工大学出版社第1章 概 论大连理工大学出版社第1章 概 论1.1 本课程的研究对象、主要内容及任务1.2 机械零件的常用材料与结构工艺性1.3 机械零件设计的基本准则及步骤1.4 当前机械设计制造技术的新发展大连理工大学出版社1.1 本课程的研究对象、主要内容及任务学习要点学习要点•了解机械设计基础课程的研究对象、研究内容及主要任务。

•掌握机器和机构的主要特征1.1.1 本课程的研究对象1.1.2 本课程研究的主要内容1.1.3 本课程的主要任务大连理工大学出版社1.1.1 本课程的研究对象在现代生产过程和日常生活中，机器起着非常重要的作用机器在轻工、化工、冶金、矿由、筑路、工程、机械制造、运输、航天、核能、农业及家用等领域都有广泛的应用；生产技术的种类很多，其中机器的应用及发展程度是国家工业水平的重要标志之一；本课程是一门研究机械,具体研究机器或机构的原理、特性、设计计算的技术基础课程大连理工大学出版社1.1.1 本课程的研究对象机架曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮大齿轮小齿轮动画单缸内燃机大连理工大学出版社1.1.1 本课程的研究对象机器的主要特征：1.它们们都是人为实为实 体（构件）的组组合2.各个运动实动实 体（构件）之间间具有确定的相对对运动动3.能够实现够实现 能量的转换转换 ，代替或减轻轻人类类完成有用的机械功构件所谓谓构件，是指机构的基本运动单动单 元它可以是单单一的零件，也可以是几个零件联联接而成的运动单动单 元零件是组组成机器的最小制造单单元大连理工大学出版社1.1.1 本课程的研究对象凸轮机构连杆机构齿轮机构如图图所示的齿轮齿轮 机构，其运动动特点是把高速转动变为转动变为 低速转动转动 或者相反。

如图图所示的凸轮轮机构，它利用凸轮轮的轮轮廓曲线线使从动动件做周期性的有规规律的移动动或摆动摆动 大连理工大学出版社1.1.1 本课程的研究对象机构的机构的主要特征是:(1)它们们都是人为实为实 体（构件）的组组合;(2)各个运动实动实 体之间间具有确定的相对对运动动从结结构和运动动学的角度分析，机器机构之间间并无区别别，都是具有确定相对对运动动的各种实实物的组组合，所以，通常将机器和机构统统称为为机械大连理工大学出版社1.1.1 本课程的研究对象根据功能的不同，一部完整的机器由以下四部分组组成：1.原动动部分：机器的动动力来源2.工作部分：完成工作任务务的部分3.传动传动 部分：把原动动机的运动动和动动力传递给传递给 工作机 4.控制部分：使机器的原动动部分、传动传动 部分、工作部分按一定的顺顺序和规规律运动动，完成给给定的工作循环环 根据用途不同，机械可分为为：(1)动动力机械 实现实现 机械能与其他形式能量间间的转换转换 2)加工机械 改变变物料的结结构形状、性质质及状态态3)运输输机械 改变变人或物料的空间间位置4)信息机械 获获取或处处理各种信息大连理工大学出版社1.1.2 本课程研究的主要内容本课课程作为为机械设计设计 的基础础，是一门综门综 合性较较强的技术术基础课础课程，主要介绍绍机械中常用机构的工作原理、运动动特性、通用机械零件的设计设计 和计计算方法以及有关标标准和规规范。

本课课程研究的主要内容如下：(1)机构的运动简图动简图 和自由度计计算2)平面连连杆机构、凸轮轮机构、间间歇运动动机构等的组组成原理、运动动分析及设计设计 3)各种联联接零件(如螺纹联纹联 接、键销联键销联 接等)的设计计设计计 算方法和标标准选择选择 4)各种传动传动 零件(如带传动带传动 、齿轮传动齿轮传动 等)的设计计设计计 算和参数选选择择5)轴轴系零件(如轴轴、轴轴承等)的设计计设计计 算及轴轴承参数类类型选择选择 大连理工大学出版社1.1.3 本课程的主要任务(1)培养学生运用基础础理论论解决简单简单 机构和零件的设计问题设计问题 ，掌握通用机械零件的工作原理、特点、选选用及计计算方法，初步具有分析失效原因和提高改进进措施的能力2)培养学生树树立正确的设计设计 思想，具有设计简单设计简单 机械传动传动 部件和简单简单 机械的能力3)学会使用手册、标标准、规规范等设计资设计资 料 本课课程的性质质与过过去所学的基础课础课 程有所不同，思路上有其明显显特点，学生往往不能很快适应应而影响学习习效果，因此在学习习中学生要尽快掌握本课课程的特点和分析、解决问题问题 的方法，为为今后的学习习和工作打下基础础。

大连理工大学出版社1.2 机械零件的常用材料与结构工艺性学习要点学习要点•了解机械零件的常用材料及选择原则•了解机械零件的加工工艺性和结构工艺性1.2.1 机械零件的常用材料1.2.2 材料的选择原则1.2.3 机械零件的结构工艺性大连理工大学出版社1.2.1 机械零件的常用材料机械零件常用材料有碳素结结构钢钢、合金钢钢、铸铁铸铁 、有色金属、非金属材料及各种复合材料其中，碳素结结构钢钢和铸铁应铸铁应 用最广材料分类应用举例或说明钢碳素钢低碳钢(含碳量≤25%)铆钉、螺钉、连杆、渗碳零件等中碳钢(含碳量为0.25%~0.60%)齿轮、轴、蜗杆、丝杠、连接件等高碳钢(含碳量≥0.60%)弹簧、工具、模具等合金钢低合金钢(合金元素含量≤5%)较重要的钢结构和构件、渗碳零件、压力 容器等中合金钢(合金元素含量为 5%~10%)飞机构件、热檄锻模具、冲头等高合金钢(合金元素含量≥10%)航空工业蜂窝结构、液体火箭壳体、核动 力装置、弹簧等大连理工大学出版社1.2.1 机械零件的常用材料机械零件常用材料有碳素结结构钢钢、合金钢钢、铸铁铸铁 、有色金属、非金属材料及各种复合材料其中，碳素结结构钢钢和铸铁应铸铁应 用最广。

材料分类应用举例或说明铸铁灰铸铁 HT低牌号(HT100,HT150)对力学性能无一定要求的零件，如盖、底 座、乎轮、机床床身等高牌号(HT200~HT400)承受中等静载的零件，如机身、底座、泵 壳、齿轮、联轴器、飞轮、带轮等 可锻铸铁 KT铁素体型承受低、中、高动载荷和静载荷的零件， 如差速器壳、犁刀、扳手、支座、弯头等珠光体型要求强度和耐磨性较高的零件，如曲轴、 凸轮轴、齿轮、活塞环、轴套、犁刀等 球墨铸铁 QT铁素体型与可锻铸铁基本相同珠光体型大连理工大学出版社1.2.1 机械零件的常用材料机械零件常用材料有碳素结结构钢钢、合金钢钢、铸铁铸铁 、有色金属、非金属材料及各种复合材料其中，碳素结结构钢钢和铸铁应铸铁应 用最广材料分类应用举例或说明铜合金铸造 铜合金铸造黄铜用于轴瓦、衬套阀体、船舶零件、耐腐蚀 零们管接头等铸造青铜用于轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、叶轮、管配 件等 轴承合金锡基轴承合金用于轴承衬，其摩擦系数低，减摩性、抗胶合 性、磨合性、耐蚀性、韧度、导热性均良好铅基轴承合金强度、韧度和耐蚀性稍差，但价格较低塑料热塑性塑料(如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等) 热固性塑料(如酚醛塑料、氨基塑料等)用于一般结构零件，减摩、耐腐蚀件、绝缘件 、密封件、耐磨零件，传动件、透明件等橡胶通用橡胶 特种橡胶用于密封件，减振、软管、绝缘材料、轮胎防 振件，传动带、运输带和、胶辊、化工衬里等大连理工大学出版社1.2.2 材料的选择原则合理选择选择 材料是机械设计设计 中的重要环节环节 。

选择选择 材料首先必须须保证证零件在使用过过程中具有良好的工作能力，同时还时还 要考虑虑其加工工艺艺性和经济经济 性满足使用性能要求1(1)零件的受力状况当零件（如螺栓、销销等）受拉伸或剪切这类这类 分布均匀的静载载荷时时，应选应选 用组织组织 均匀的材料，按塑性和强度性能选选材2)零件的环环境状况及特殊要求 根据零件的工作环环境及特殊要求不同，除对对材料的力学性能提出要求外，还应对还应对 材料的物理性能及化学性能提出要求大连理工大学出版社1.2.2 材料的选择原则有良好的加工工艺性2(1)热加工工艺性能热加工工艺性能主要指铸造性能、锻造性能、焊接性能和热处理性能2)切削加工性能金属的切削加工性能一般用刀具耐用度为60 min时时的切削速度v60来表示，v60越高，则则金属的切削加工性能越好金属切削加工性能分为为八个级级别别，1级级容易加工，8级难级难 加工各种金属材料的切削加工性能可查阅查阅 有关手册大连理工大学出版社1.2.2 材料的选择原则选择材料要综合考虑经济性要求 3(1)材料价格在产品总成本中占较大比重，一般占产品价格的30%~70%2)提高材料的利用率采用精铸、模锻等毛坯加工方法，可以减少切削加工对材料的浪费。

3)零件的加工和维修费等要尽量低4)采用组合结构如蜗轮齿圈可采用减摩性好的铸造锡青铜，而其他部分可采用廉价材料5)材料的合理代用对生产批量大的零件要考虑我国资源状况，材料来源要丰富，尽量避免采用稀缺材料如碳钢可用热处理方法强化，代替合金钢而降低成本大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性铸造零件的结构工艺性1(1)为了防止浇铸不足，对于不同铸造方法，铸件壁厚有一允许的最小值2)零件箱壁交叉部分要有过渡圆角，以避免尖角处产生裂纹3)铸件应有明显的分型面铸件过渡圆角大小应适当铸件应有明显的分型面 大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性铸造零件的结构工艺性1(4)铸件应有必要的斜度以便于取出模型5)为避免采用活块，可将凸台加长，引至分型面避免采用活块大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性铸造零件的结构工艺性1(6)铸铁抗拉强度差而抗压强度高，在设计零件形状时应尽可能把拉应力(或弯曲应力)化作压应力避免铸铁受拉力 大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性2(1)避免锐边尖角，应将其倒钝或改成圆角，圆角半径要大些2)零件形状要求简单、对称。

3)轴类零件的长度与直径之比不可太大4)提高零件的结构刚性，必要时增加加强肋5)形状复杂或者不同部位有不同性能要求时，可用组合结构(如机床铸铁床身上镶装钢导轨)大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性切削加工零件的结构工艺性 3(1)加工表面的几何形状应尽量简单，尽可能布局在同一平面上或同一轴线上，尽可能统一尺寸，以便于加工减速箱侧面加工大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性切削加工零件的结构工艺性 3(2)有相互位置精度要求的各表面最好能在一次安装中加工如零件须从两端加工，改进后可在一端一次加工，这样能减少工件的安装次数，提高加工效率，同时也提高位置精度两孔在一次安装中加工 大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性切削加工零件的结构工艺性 3(3)加工时应能准确定位、可靠夹紧，并便于加工、易于测量4)应尽量减少加工面的数目5)形状应便于刀具进刀、退刀，如螺纹应该有退刀槽6)被加工表面形状应有助于提高刀具的刚性和延长刀具寿命减少必要的配合面避免在斜面上钻孔大连理工大学出版社1.2.3 机械零件的结构工艺性零件装配的结构工艺性4(1)零件应该有正确的装配基面，由于螺纹间有间隙，对中不好，活塞杆易产生偏移。