机电051机械设计基础

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1、1第一篇第一篇 总总 论论 第一章第一章 机械设计基础概论机械设计基础概论 第一节第一节 机器的组成机器的组成 教学内容：教学内容：机器的组成 教学重点：教学重点：机器的组成、机器与机构的区别 教学难点：教学难点：对机器与机构的理解与区别 教学目的：教学目的：让学生掌握机器的组成 教学要点：教学要点：机器：凡能实现确定的机械运动，又能作有用的机械功或完成能量、物料与信息的 转换和传递的装置。机构：用来传递运动和力或改变运动形式的机械传动装置。机械：机器与机构的总称。构件：组成机器的各个相对运动的单元体。问题：1、机器与机构的区别？2、构件与零件的区别？3、通用零件与专用零件的区别？机器中常用的

2、机构：带传动机构、链传动机构、齿轮传动机构、连杆机构、轮机构、 螺旋机构、间歇机构、组合机构。按用途的不同机器可分为：动力机器机器：机器： 工作机器信息机器现代机器的组成：动力装置传动装置机器的组成：机器的组成： 执行装置操纵、控制装置辅助装置第二节第二节 本课程的内容、性质和任务本课程的内容、性质和任务 教学内容：教学内容：1、基本要求 2、注意事项 教学目的：教学目的：让学生了解本课程的内容、性质和任务 教学要点：教学要点：1、研究对象：、研究对象：是一般工况条件下的常用机构和通用机械零、部件。2、目的：、目的：3、学生应达到的基本要求：、学生应达到的基本要求：（1）掌握通用零部件的选用和

3、设计的基本方法，初步具有设计能力。（2）具有解题、计算、绘图、执行国家标准和使用有关技术资料的能力。（3）熟悉常用机构和通用机械零件的结构、工作原理、特点、应用。（4）具有测绘、装拆、调整、检测一般机械装置的能力。（5）具有使用、维护机械传动装置的能力、（6）具有分析和处理机械一般问题的能力。（7）初步具有应用计算机的能力。4、注意事项：、注意事项：（1）理论联系实际 （2）综合考虑各方面的因素2第三节第三节 机器应满足的要求和设计制造程序机器应满足的要求和设计制造程序 教学内容：教学内容：1、机器应满足的要求 2、机器设计制造的程序 教学目的：教学目的：让学生了解机器应满足的要求和设计制造的

4、程序 教学重点：教学重点：机器应满足的要求 教学要点：教学要点： 一、机器应满足的要求：一、机器应满足的要求：1、使用要求2、经济性要求3、社会要求4、可靠性要求5、其它特殊性要求 二、机器设计制造的一般程序： 1、 可行性研究阶段2、方案设计阶段3、技术设计阶段 机器的动力学设计 机器的运动学设计 零件工作能力设计 部 件装配草图和总装配草图设计 主要零件校核4、施工设计阶段5、样机试制阶段6、投产销售阶段第四节第四节 机械零件设计的基本知识机械零件设计的基本知识 教学内容：教学内容：1、机械零件的工作能力和计算准则 2、设计的一般步骤 3、三化 教学重点：教学重点：机械零件设计的工作能力和

5、计算准则 教学难点：教学难点：判定条件 教学目的：教学目的：让学生掌握工作能力和几个判定条件，了解设计的一般步骤和三化 教学要点：教学要点： 一、机械零件的工作能力和计算准则一、机械零件的工作能力和计算准则失效：机械零件丧失规定的功能的现象工作能力：在不发生失效的条件下，在规定的期限内零件所能工作的限度。机械零件失效的原因：1、强度不够 2、刚度不够 3、磨损严重 4、摩擦力不够 5、共振零件工作能力的判定条件：（1）强度判定条件：应力许用应力（2）刚度判定条件：变形量许用变形量 计算量计算量许用量许用量（3）耐磨性判定条件：压强许用压强 二、机械零件设计的一般步骤：二、机械零件设计的一般步骤

6、： 1、 根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。 2、 根据零件的工作条件以及对零件的特殊要求，选择合适的材料和热处理方法。 3、 根据零件的工作情况，确定作用于零件上的载荷。 4、 根据零件可能出现的失效形式，确定计算准则，并计算和确定出零件的基本尺 寸。 5、 根据工艺性和标准化等要求进行零件的结构设计。 6、 必要时应对零件进行校核计算。37、 绘出零件的工作图。 三、机械零件的标准化：三、机械零件的标准化：三化：标准化、通用化、系列化是我国一项重要的技术政策。标准化三化三化 通用化系列化实施三化的重要意义： 1、 可简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量，有利于把主要精力用于关

7、键零件、部件的设计。 2、 可在专门工厂采用先进技术规模集中生产标准零件、部件，有利于节约原材 料和能源，保证产品质量，降低成本。 3、 增大互换性，便于用户使用和维护。 4、 有利于改进和提高产品质量，扩大生产批量和开发新产品。第五节第五节 机械零件的强度机械零件的强度 教学内容：教学内容：1、载荷和应力 2、机械零件的静强度 3、疲劳强度 4、接触强度 教学重点：教学重点：机械零件的强度条件 教学难点：教学难点：对强度条件的理解和应用 教学目的：教学目的：掌握机械零件的强度条件，并会用强度条件进行设计计算 教学要点：教学要点： 一、载荷和应力一、载荷和应力1、载荷的分类：、载荷的分类：（力

8、、转矩、弯矩等）按大小和方向是否随时间变化分：静载荷 变载荷在设计计算中，常把载荷分为：名义载荷 计算载荷1）名义载荷：根据额定功率，用力学公式计算出作用在零件上的载荷 2）计算载荷：设计计算时所用的载荷 计算载荷载荷系数计算载荷载荷系数名义载荷名义载荷 2、应力的分类：、应力的分类：静应力：大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力应力应力变应力：大小和方向随时间显著变化的应力稳定应力：在变应力中，周期、应力幅和平均应力都不随时间变化的变应力非对称循环应力稳定应力稳定应力 脉动循环应力对称循环应力 二、机械零件的静强度二、机械零件的静强度在静应力作用下，其主要的失效形式是塑性变形或断裂，为保证零

9、件正常工作：1、对于塑性材料制造的零件，应按不发生塑性变形的条件进行强度计算，取材料 的屈服极限（s或s）作为极限应力，零件的强度条件为：零件的强度条件为：或ss Ss4 或零件的最大工作应力或许用应力s安全系数，用查表法确定 2、 对于脆性材料，通常取材料的强度极限（或）作为极限应力，零件的强度条件零件的强度条件 为：为：或 Sb Sb 三、机械零件的疲劳强度三、机械零件的疲劳强度绝大多数零件在变应力作用下，其失效形式为疲劳断裂，其疲劳过程可分为三个阶：1、在变应力作用下形成初始断裂2、裂纹尖端在切应力作用下发生反复塑性变形，使裂纹扩展3、当裂纹达到临界尺寸后，发生瞬时断裂长期使用条件下，变

10、应力时的强度条件为：变应力时的强度条件为： sk 尺寸系数 表面状态系数疲劳极限 k应力集中系数s安全系数 四、机械零件的接触强度四、机械零件的接触强度1、接触疲劳破坏、接触疲劳破坏1）工作时接触处产生很大的接触应力，多次反复作用裂纹2）润滑油渗入裂纹内（受挤压）使裂纹加速扩展使零件表面层金属呈小块状脱落，形成小坑疲劳点蚀2、接触应力（钢或铸铁）、接触应力（钢或铸铁） 通常采用润滑油和润滑脂HbEFn418. 01、润滑油：、润滑油：矿物油和合成油（见表 13）（1）矿物油的种类：18 个组别牌号：按照油的粘度来划分 数字粘度（2）主要性能指标：1）粘度：润滑油抵抗剪切变形的能力，它反映润滑油

11、流动时内部摩擦阻力的大 小（动力粘度和运动粘度）2）粘度指数：温度是影响粘度的重要因素 粘度 粘度指数是衡量润滑油粘 度随温度变化快慢的程度 指数对粘度的影响粘温性3）油性：指润滑油湿润或吸附于干摩擦表面的性能 吸附能力油性4）极压性：油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压化学反应膜的能力5）闪点：润滑油在规定条件下加热并与火焰接触发生瞬时间闪火时的最低温度 安全指标，一般要求油闪点高于工作温度 20306）凝点：在规定条件下冷却，失去流动性的最高温度，一般要求凝点比最低使 用温度低 5105（3）润滑油的选用：一般根据机械设备的工作条件、载荷和速度先确定出合适的粘度范围，再选择适 当的润滑油

12、品种，选择的原则是：1）高温、重载低速下，宜采用粘度高的润滑油2）有冲击、振动、变速、变载、起动、停车、反转时，宜选粘度高的油3）间隙较大加工表面粗糙时，宜选用粘度高的润滑油4）高速、轻载、低温，采用压力循环或滴油润滑时，选用粘度低的润滑油2、润滑脂：、润滑脂：润滑油稠化剂 其性能取决于润滑油、稠化剂的种类和含量（1）润滑脂的种类：矿物油润滑脂和合成油润滑脂（见表 14）（2）润滑脂的性能指标：1）针入度：将重量为 1.5 的标准圆锥体放入 25 的润滑脂试样中，经 5 后所沉 入的深度，以 1/10mm 为单位，有 09 共 10 个号 数字针入度脂稠2）滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标

13、准量杯口孔滴下第一滴油时的温度， 其工作温度比其滴点低 4050（3）润滑脂的特点3、添加剂、添加剂第二章第二章 平面机构的运动简图的自由度平面机构的运动简图的自由度 第一节第一节 运动副及其分类运动副及其分类 教学内容：教学内容：1、运动副的概念 2、运动副的分类 教学重点：教学重点：运动副的概念 教学难点：教学难点：运动副的识别 教学目的：教学目的：掌握运动副的概念以及利用概念来区别运动副 教学要点：教学要点： 一、运动副的概念：一、运动副的概念：凡两构件有接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副常见的运动副有：转动副 移动副 齿轮副 轮副 螺旋副 二、运动副的分类：二、运动副的分类：两构

14、件组成的运动副通常用三种接触形式联接：1、点接触 2、面接触 3、线接触Fn作用在圆柱体上的载荷 b初始接触线长度E综合弹性模量 E2E1E2/E1+E2 综合曲率半径 12/123、接触强度条件、接触强度条件为防止疲劳点蚀，须满足接触疲劳强度，强度条件为：强度条件为：H HH许用接触应力（查表确定）第六节第六节 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 教学内容：教学内容：零件的结构工艺性 教学重点：教学重点：零件结构工艺性的概念，常见的结构工艺性 教学目的：教学目的：掌握常见的结构工艺性 教学要点：教学要点： 一、概念一、概念 二、要求二、要求6零件的铸造工艺性：零件的造工艺性：零件的热处

15、理结构工艺性：第七节第七节 摩擦、磨损和润滑摩擦、磨损和润滑 教学内容：教学内容：1、摩擦 2、磨损 3、润滑 教学重点：教学重点：摩擦的种类、磨损的过程及类型、润滑油、脂的种类及性能 教学目的：教学目的：掌握摩擦的种类，磨损的过程及类型，润滑油、脂的种类及性能指标 教学要点：教学要点： 一、摩擦：一、摩擦：在正压力作用下的两相接触的物体，接触面间产生抵抗切向滑动阻力 的现象称为摩擦按运动形式分：滚动摩擦干摩擦摩擦：摩擦： 边界摩擦滑动摩擦： 流体摩擦混合摩擦 二、磨损：二、磨损：摩擦使零件表面材料损失的现象称为磨损耐磨性：材料抵抗磨损的能力，被磨损去的表面厚度为磨损量1、磨损过程：、磨损过程：磨合阶 稳定磨损阶 剧烈磨损阶2、磨损的类型：、磨损的类型：粘着磨损磨粒磨损磨损磨损疲劳磨损腐蚀磨损3、减少磨损的方法：、减少磨损的方法：1）合理选择摩擦副材料，表面硬度和表面粗糙度2）良好的润滑：形成流体润滑或采用含油性和极压添加剂的润滑剂，合理选择润 滑油粘度3）降低摩擦副表面温度，控制压强等 三、润滑：三、润滑：向摩擦表面供给润滑剂，其目的是：减少摩擦，磨损和冷却零件，防 止零件锈蚀，缓冲吸振，洗除污物和密封等作用润滑问题：选用合适的润滑剂、润滑方式、确定润滑装置液体润滑剂半固体润滑剂润滑剂润滑剂