机械设计的内容讲解

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1、机 械 零 件 主讲：张晓辉 河南理工大学 机械与动力工程学院 2013.03 绪论及总论 1. 再论机械 2. 机械工程发展 3. 关于本课程 4. 机械设计总论 o机械是什么？ n机械 = 机器 + 机构 nMachinery = Machine + Mechanism o机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。常见机 构有四杆机构、曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构、螺旋 机构、带传动机构、链传动机构。 o机器是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。机器的主要组成部分都是各种机构，是机构的 组合，如破碎机。 第一节机械原理和机械设计 机械原理 机械零件/机械设计

2、 构件：组成机械的各个相对运动的单元。 零件：机械中不可拆分的制造单元体。 单一零件曲轴多个零件的刚性组合连杆 运动观点：构件（运动单元） 机构 机器 制造观点：零件（制造单元） 部件 机器 机器的构成要素：构件与零件 o制造技术 n制造业是指与产品相关的一系列设计、加工、装配 、管理以及物流等技术的总成。 n现代制造业分为电子信息产业、机电产业、交通运 输设备产业和医药产业四大产业以及其他产业。含 概15个行业大类45个行业中类85个行业小类。 n分类： o冷加工（切削）与热加工（改善材料性能， 如。） o“+”、“-”、“变形” 机械的研究范畴之一 普通车床：回转体加工、螺纹加工普通车床：

3、回转体加工、螺纹加工 主轴齿轮主轴齿轮 变速箱变速箱 进给齿轮进给齿轮 变速箱变速箱 溜板箱溜板箱 刀刀 架架 主主 轴轴 尾尾 架架 卧式铣床立式铣床 立式钻床摇臂钻床 刀具公司 o车辆工程 n力学、车身设计、内燃机、燃料电车 机械的研究范畴之二 o动力工程 n工程热力学、锅炉、燃气轮机、航空发动机、汽轮机 机械的研究范畴之三 航空发动机 o航空发动机厂家 汽轮机原理 锅 炉 汽轮机发 电 机 蒸 汽 化学能 (燃料) 热能机械能 电能 机械工程应用 o农业机械 o矿山机械 o车辆工程 o高速列车、磁悬浮 o发电装备 o大型飞机、战斗机 机械工业为国民经济提供技术装备（地位） o制造业是指对

4、采掘的自然物质资源和工农生产的原材料进行 加工和再加工，为国民经济其他部门提供生产资料，为全社 会提供日用消费品的社会生产制造部门。 o机械制造业的任务：“围绕各种工程材料的加工技术，研究 其工艺并设计和制造各种工艺装备，也为新兴的产业群提供 从未有过的技术装备。” o在机床行业： 美国：1980年NC机床自给率80%，19811987年，机床企业从 1400家减少到500家，进口率达50%； 日本：1988年机床产值居世界首位，占世界总量1/4； 1. 制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机 美国：68% 的财富来源于制造业；日本：49% 的国民 生产总值（GNP）来源于制造业；中国：

5、2001年制造业 增加值：37613.1 亿元占国民生产总值的 39.21%，占 工业生产总值的 77.61%。上交税金4398.17亿元，占国 家税收总额的30%和财政收入的27%。 2.制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重要基石 3.制造技术支持着制造业的健康发展，先进的制造技术使 一个国家的制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位。 忽视制造技术的发展，就会导致国家经济的衰退。 4.制造业是国家安全的重要保障。 “东芝事件”的影响及启示 上世纪80年代众所周知的“东 芝事件”，从一个侧面反映了 数控技术对于国家军事工业制 造水平的巨大影响：前苏联应 用日本东芝公司生产的五轴联 动数控机

6、床，加工潜艇螺旋桨 后，精度大大提高，潜艇噪声 大大降低，从而导致西方反潜 设施失效，引起西方国家极大 的恐慌。 由此可以看出： 经济与军事的竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争。 没有发达的制造业就不可能有国家的真正繁荣与强 大； 国与国之间的竞争主要是制造业的竞争, 一个没有 制造能力的民族是没有希望的民族； 高度发达的现代制造业是一个国家综合国力和国际 竞争力的集中体现。 - 路甬祥院士 绪论及总论 1. 再论机械 2. 机械工程发展 3. 关于本课程 4. 机械设计总论 源于古希腊的阿基米德螺旋泵(B.C 287212） 1100年苏颂主持制造 的水运仪象台。由水力驱动 力，代表了当

7、时机械制造的 先进水平，是当时世界上先 进的天文钟。 卡特赖特 纺纱机（ 1785） 珍妮纺纱机 （1764） o18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业 革命，人们开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、 火车、汽轮船。 法国陆军陆军 技术军术军 官古诺发诺发 明 了世界上第一辆辆蒸汽动动力车车 1797年莫兹利制造的第一台螺纹切削车床 o19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机 的出现，促进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。 1898年问问世的“雷诺诺”牌汽车车 “圣路易斯精神”号飞飞机 1927年美国人林德伯格驾驶驾驶 着它完成了 人类类首次不着陆飞陆飞 越大西洋的壮举举

8、。 o20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人， 航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如 火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等 Worlds smallest robot 美国山迪亚亚国家实验实验 室的科学家，成功研制了相信是世界最小的微型 机械人，这这微型机械人体积积只有四分之一立方寸，体重小於一盎司。 一、石器时代 简单工具, 石头，动物骨头，利用简单工具进行生产。 北京周口店旧石器时代 遗址出土 河姆渡遗址出土的骨 梭、骨机刀、骨针等 纺织工具 河南渑池仰韶新石 器文化遗址出土 国内机械工程发展简介 二、古代机械时期 指南车（西汉） 记里鼓车（西汉）

9、 水力鼓风机 水力磨米机 三、低谷与觉醒 明代中后期，封建制度的加强，限制了资本主义的萌芽。 国外同期： 四、奋起直追阶段 进入21世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发 展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉 与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。 用光刻技术术做成的微米尺寸的微机械 蜘蛛形探雷机器人 世界上最小的唐诗 书法 纳米刻蚀 是“从上而下”纳 米制造方法的典型 。北京大学纳米中 心的学者通过AFM 针尖对基质Au-Pa 合金上的机械刻蚀 ，书写了世界上最 小的唐诗（10微米 10微米） 绪论及总论 1. 再论机械 2. 机械工程发展 3. 关于本课程 4. 机

10、械设计总论 第三节 本课程的内容、性质与任务 本课程的主要内容是： p介绍机械设计的基础知识； p重点学习一般尺寸和常用工况的通用零件设计方法。 一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是 由若干零件组成的。 p有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件； p只有在特定的机器中才用到的，称之为专用零件。 第三节 通用零件包括： 齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动； 轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承； 螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件； 弹簧、机架、箱体等。 专用零件例如：叶片、犁铧、枪栓、曲轴等。 构 造 计 算 设 计 本课程的具体内容 1 连接-螺纹连接、键、花

11、键连接 2 机械传动-带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动 3 轴系零部件-轴承、联轴器和轴 4 其它零部件-弹簧、减速器 1 培养学生初步树立正确的设计思想； 2 掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律； 3 具有运用标准、规范、手册和查阅有关技术资料的能力； 4 了解国家有关的技术经济政策，了解机械发展动向。 本课程的主要目的 本课程所涉及的先修课程有： 工程材料：非金属材料，金属材料及热处理。 工程制图：设计的图形表达。 机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺。 公差配合与技术测量：解决精度设计问题。 理论力学：解决力分析与动力计算。 材料力学：解决强度分析问题。 机械原理：解决机

12、械的方案设计。 本课程的特点： 涉及面广 关系多因与诸多先修课关系密切。 要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。 门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。 公式多计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的 及定义式。 图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准 、经验数表。 实践性强要多联系实际，要注重实践性环节。 设计类问题没有标准答案且不唯一。 第三节 2 绪论及总论 1. 再论机械 2. 机械工程发展 3. 关于本课程 4. 机械设计总论 p 本课程中“设计”的含义是指机械装置的实体设计，涉及 零件的应力、强度的分析计算，材料的选择、结构设计，考 虑加工工艺性、标准

13、化以及经济性、环境保护等。 p 机械设计结果（/课程设计）的表现形式为：图纸、说明书 和计算机程序。 p 设计为了满足某一特定要求而进行的创造过程。机械设计 可以是应用新的原理或概念，开发创造新的机器，也可以是 在已有机器的基础上，重新设计或做局部的改进。 机器的组成1 机器的组成 现代机器： 原动机部分传动部分执行部分 润滑、显示、照明等辅助系统 控 制 系 统 本课程主要讲解机器中的机械部分。 传感器传感器传感器 传统机器： o复杂性-费用曲线P6 ，如PC o浴盆曲线P15 o设计师要有高度的责任心，如ARJ21 o零件的失效形式P10 o设计方法P15 n理论设计：强度/刚度判读的两种

14、方法 n经验设计：应用甚广，不可忽视 n模型实验设计：如起落架 o标准化 标准化的益处： 与设计有关的标准: 如： 国际标准 国家标准 行业标准 企业标准 ISO GB JB、HB QB 标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件 的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本和维修成本。 标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计 方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。 再如：美国国家标准，德国国家标准，日本国家标准 ANSIDINJIS 国标分为：强制性标准和推荐性标准 强制性国家标准：代号为GB (为标准序号) (为批准年代)强制性国标必须严格遵照执行，否则 就是违法。 推荐性国家标准：代号为GB/T ，这 类标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要 ，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。 “三化”：标准化、系列化、通用化 本章小结 o基本设计理念