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机械工程导论机械工程导论 第一章：机械工程及学科总论第一章：机械工程及学科总论 2 机械工程机械工程 机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合 生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、 安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用 学科 机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合 生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、 安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用 学科 其基本构成是零件和机构，最终产品是机器其基本构成是零件和机构，最终产品是机器 机械就是机器和机构的总称机械就是机器和机构的总称 机械的组成机械的组成 （（1）原动部分，是机械的动力源，机械依赖其驱动其他部 分，如电动机、内燃机等 （ ）原动部分，是机械的动力源，机械依赖其驱动其他部 分，如电动机、内燃机等 （2）传动部分，是将原动部分的运动和动力传递给执行部分 的中间装置，常由凸轮机构、齿轮机构等组成 （ ）传动部分，是将原动部分的运动和动力传递给执行部分 的中间装置，常由凸轮机构、齿轮机构等组成 （3）控制部分，是控制机械的原动部分、执行部分和传动部 分按一定的顺序和规律运动的装置，它包括各种控制机构、 电气装置、计算机和液压系统等。

（ ）控制部分，是控制机械的原动部分、执行部分和传动部 分按一定的顺序和规律运动的装置，它包括各种控制机构、 电气装置、计算机和液压系统等 （4）执行部分，是直接完成机器预订功能的工作部分，如汽 车的车轮、机床的主轴等 ）执行部分，是直接完成机器预订功能的工作部分，如汽 车的车轮、机床的主轴等 零件是组成机器的基本要素零件是组成机器的基本要素，即机器的最小制造单元 各种机器经常用到的零件称为 ，即机器的最小制造单元 各种机器经常用到的零件称为通用零件通用零件，如螺钉、螺母、轴、 齿轮、弹簧等 在特定的机器中用到的零件称为 ，如螺钉、螺母、轴、 齿轮、弹簧等 在特定的机器中用到的零件称为专用零件专用零件，如汽轮机中的叶片、 起重机的吊钩、内燃机中的曲轴、连杆、活塞等 构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联接而成，也 可以是单一的零件 ，如汽轮机中的叶片、 起重机的吊钩、内燃机中的曲轴、连杆、活塞等 构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联接而成，也 可以是单一的零件 机器是由若干不同零件组装而成：机器是由若干不同零件组装而成： 机器的特征：机器的特征： 1.都是由许多构件组合而成。

2.组成机器的各运动实体之间有确定的相对运动关系 3.能实现能量的转换，代替或减轻人的劳动，完成有用的机 械功 凡具备上述三个特征的实体组合体称为机器 1.都是由许多构件组合而成 2.组成机器的各运动实体之间有确定的相对运动关系 3.能实现能量的转换，代替或减轻人的劳动，完成有用的机 械功 凡具备上述三个特征的实体组合体称为机器 6 完整的机器由完整的机器由原动机、工作机原动机、工作机和和传动装置传动装置三部分组成：三部分组成： 原动机原动机：机器的动力来源电动机、内燃机及液压机等机器的动力来源电动机、内燃机及液压机等 工作机工作机：处于整个机械传动路线终端，是完成工作任务的部分处于整个机械传动路线终端，是完成工作任务的部分 传动装置传动装置：主要作用是把动力部分的运动和动力传递给工作部 分的中间环节 ：主要作用是把动力部分的运动和动力传递给工作部 分的中间环节 机器组成机器组成 具有确定相对运动的各种实物的组合，即符合机器的前两 个特征 具有确定相对运动的各种实物的组合，即符合机器的前两 个特征 什么是机构： 机构的特征： 什么是机构： 机构的特征： 1.都是由许多构件组合而成 2.组成机器的各运动实体之间有确定的相对运动关系。

1.都是由许多构件组合而成 2.组成机器的各运动实体之间有确定的相对运动关系 机器与机构的区别：机器与机构的区别： 机构主要用来传递和变换运动，而机器主要用来传递和变 换能量，从结构和运动学的角度分析，机器与机构之间并 无区别 机构主要用来传递和变换运动，而机器主要用来传递和变 换能量，从结构和运动学的角度分析，机器与机构之间并 无区别 第二章 机械工程中的力学第二章 机械工程中的力学 2.1 机械中的理论力学机械中的理论力学 理论力学：研究物体的机械运动一般规律的学科理论力学：研究物体的机械运动一般规律的学科 ?理论力学的研究对象通常是固态物体，称为固体理论力学的研究对象通常是固态物体，称为固体 ?力对固体的作用：当力作用在物体上时，物体将会 发生变形，称为内效应；与此同时，物体还整体运 动，称为外效应 力对固体的作用：当力作用在物体上时，物体将会 发生变形，称为内效应；与此同时，物体还整体运 动，称为外效应 10 理论力学理论力学—研究研究刚体刚体，研究，研究力力与与运动运动的关系 材料力学 的关系 材料力学—研究研究变形体变形体，研究，研究力力与与变形变形的关系 11 在满足强度、刚度、稳定性的要求下，为构件的安全工作提供 计算方法和理论依据。

在满足强度、刚度、稳定性的要求下，为构件的安全工作提供 计算方法和理论依据 ?强度强度：构件在载荷作用下抵抗破坏（断裂或严重的塑性屈服） 的能力； ：构件在载荷作用下抵抗破坏（断裂或严重的塑性屈服） 的能力； ?刚度刚度：在外力作用下构件抵抗变形的能力；：在外力作用下构件抵抗变形的能力； ?稳定性稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力构件保持其原有平衡状态的能力 材料力学的任务材料力学的任务 2.2 机械中的材料力学机械中的材料力学 12 什么是什么是安全因数安全因数：：机械结构适度的强度储备，以保证其安全运 行达到预期的使用寿命，安全因数是一个大于 机械结构适度的强度储备，以保证其安全运 行达到预期的使用寿命，安全因数是一个大于1的数值 许用应力许用应力：：许用应力是实际工程设计中构件所允许达到的最大 应力，材料的极限应力除以该安全因数后，得到许用应力 许用应力是实际工程设计中构件所允许达到的最大 应力，材料的极限应力除以该安全因数后，得到许用应力 ?塑性材料的安全因数塑性材料的安全因数1.5~2之间之间：由于其具有较高的韧度，在 破坏之前有比较长的塑性流动阶段，同时，在屈服后的强化阶 段，实际上也使得结构的强度有所提高，所以塑性材料的安全 因数可以取得比较小一些，比如低碳钢。

：由于其具有较高的韧度，在 破坏之前有比较长的塑性流动阶段，同时，在屈服后的强化阶 段，实际上也使得结构的强度有所提高，所以塑性材料的安全 因数可以取得比较小一些，比如低碳钢 ?脆性材料的安全因数脆性材料的安全因数2.5~3之间之间：对于脆性材料，由于其破坏 通常是突然的、不可预料的，同时，其破坏形式是断裂，一旦 发生，由于没有预警，将产生严重的后果，为了确保构件的安 全工作，需要采用比较大一些的安全因数，比如铸铁 ：对于脆性材料，由于其破坏 通常是突然的、不可预料的，同时，其破坏形式是断裂，一旦 发生，由于没有预警，将产生严重的后果，为了确保构件的安 全工作，需要采用比较大一些的安全因数，比如铸铁 2.2 机械中的材料力学机械中的材料力学 材料的力学性质是材料的最重要的性质，也是保证该种材料 加工制造的构件能够安全工作的基础 典型金属材料：低碳钢、铸铁 以低碳钢为代表的材料称为 材料的力学性质是材料的最重要的性质，也是保证该种材料 加工制造的构件能够安全工作的基础 典型金属材料：低碳钢、铸铁 以低碳钢为代表的材料称为塑性材料塑性材料，以屈服失效时的应力，以屈服失效时的应力 屈服极限（屈服强度）屈服极限（屈服强度）作为标志应力。

以铸铁为代表的材料称为 作为标志应力 以铸铁为代表的材料称为脆性材料脆性材料，以断裂破坏时的应力，以断裂破坏时的应力强 度极限（抗拉强度） 强 度极限（抗拉强度）作为标志应力作为标志应力 强度要求强度要求：构件工作的最大应力不允许超过：构件工作的最大应力不允许超过许用应力许用应力 2.2 机械中的材料力学机械中的材料力学 14 断裂问题： 材料的强度和韧性是两个概念高强、低韧材料引 起的断裂 断裂力学：研究含裂纹物体的强度和裂纹的扩展规 律的分支学科，称为断裂力学 断裂问题： 材料的强度和韧性是两个概念高强、低韧材料引 起的断裂 断裂力学：研究含裂纹物体的强度和裂纹的扩展规 律的分支学科，称为断裂力学 2.3 机械中的断裂力学机械中的断裂力学 2.5 机械中的振动力学机械中的振动力学 激励作用在物体上引起物体发生周期性的循环往复运动，这 就是振动 激励作用在物体上引起物体发生周期性的循环往复运动，这 就是振动 什么是振动？什么是振动？ 共振：系统在周期性外力作用下发生受迫振动，若外力频率 跟系统的固有振动频率接近或相等时，受迫振动达极大值， 这种现象叫做共振，共振振幅理论上无限大，对结构产生彻 底破坏。

转子运转时，不平衡离心力导致的动挠曲量很小，这样的转 子是 共振：系统在周期性外力作用下发生受迫振动，若外力频率 跟系统的固有振动频率接近或相等时，受迫振动达极大值， 这种现象叫做共振，共振振幅理论上无限大，对结构产生彻 底破坏 转子运转时，不平衡离心力导致的动挠曲量很小，这样的转 子是刚性转子刚性转子 随着运转速度的提高，在接近或超过固有频率转速时运转， 转子的变形不容忽视，转变为 随着运转速度的提高，在接近或超过固有频率转速时运转， 转子的变形不容忽视，转变为柔性转子 柔性转子 在振动的抑制在振动的抑制 转子在旋转时，主失和主矩的方向都在变化，成为引起轴承振动 的激励源 所以理论上认为，刚性转子的平衡条件是惯性力系任一简化的主 失和主矩都为零 转子在旋转时，主失和主矩的方向都在变化，成为引起轴承振动 的激励源 所以理论上认为，刚性转子的平衡条件是惯性力系任一简化的主 失和主矩都为零 振动的利用振动的利用--振动机械：振动机械： 超声波清洗机 振动筛分机械 核磁共振 超声波清洗机 振动筛分机械 核磁共振-成像共振武器成像共振武器-次声波次声波 第三章 机械设计第三章 机械设计 设计设计：人们根据预定目标来生产满足要求的信息 的一种活动。

：人们根据预定目标来生产满足要求的信息 的一种活动 设计技术设计技术：从事设计活动所形成的作业程序、方 法和技能、以及所用的工具和设备 ：从事设计活动所形成的作业程序、方 法和技能、以及所用的工具和设备 1、机械设计的定义、机械设计的定义 机械设计机械设计：以机械为对象所开展的设计 活动规划和设计实现预期功能的新机 械或改进原有机械的功能 ：以机械为对象所开展的设计 活动规划和设计实现预期功能的新机 械或改进原有机械的功能 功能性要求 可靠性要求 经济性要求 功能性要求 可靠性要求 经济性要求 结构设计要求结构设计要求 安全环保要求 工艺性及标准化、系列化、通用化要求 安全环保要求 工艺性及标准化、系列化、通用化要求 2、机械设计的基本要求、机械设计的基本要求 强度强度是衡量零件抵抗破坏抵抗破坏的能力 强度不足将导致：过大的塑性变形过大的塑性变形和断裂破坏断裂破坏 2.4 结构设计要求结构设计要求: 强度、刚度、寿命 刚度 强度、刚度、寿命 刚度 刚度是衡量零件抵抗弹性变形抵抗弹性变形的能力 寿命寿命 指零件正常工作的期限 3、机械设计过程3、机械设计过程 方案设计方案设计：： 把设计对象作为完整的系统，并将它分成具有各种分功 能的机构及零件，为子系统和元素、进行系统分析，最 后选择最优方案。

技术设计：技术设计： 拟定设计对象的总体和部件，具体确定零件的结构 施工设计施工设计: 根据技术设计总体装配图进行零部件设计 产品规划产品规划: 调研、分析，预测投产后的市场竞争力并做出决策，写 出技术建议 1. 有限元法（有限元法（fini。