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1、在线教务辅导网：http:/,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址：,http:/,第一章 绪论,本讲重点,本章重点学习内容： 1零件、构件、机械、机构、机器等名词的涵义 2 机械零件的常用材料 3机械零件工作能力的判定条件 4机械零件结构设计的基本要求 5平面运动副的分类及其表示方法 6平面机构具有确定运动的条件,第一节机器的组成和本课程研究的内容,一、机器的组成,颚式破碎机 a)立体图 b)传动简图,l电动机 2、4带轮 3V带 5偏心轴 6动颚(板) 7肘板 8定颚(板) 9飞轮,机器是能执行机械运动并被用来传递能量、物料与信息的装置
2、。,构件是运动的单元；零件是制造的单元。,由颚式破碎机的组成可知：机器中不可拆的单元体是制造单元，称为零件。 在组成机器的各个零件中，有的零件是以单个形式参与机器运动，例如带轮、偏心轮、肘板等。有的则是将多个零件刚性联接，作为一个整体参与机器运动。例：动颚板。 把零件作为组成机器的基本单元不能有效地表达机器中各部分的相对运动关系。为了表达机器中各部分的相对运动关系，把在机器中能作相对运动的实体称为构件。,动颚体,动颚板,压板,螺钉,偏心轴,根据破碎机中构件间的相对运动关系画出碎石部分的机构简图，如图所示。 由图可以看出，机构有两个特征： 1、由多个构件组成 2、各构件间具有确定的相对运动。 对
3、机器而言，除具备机构的这两个特征外，还有第三个特征。 3、能够完成有效的机械功(如颚式破碎机粉碎矿石)或进行能量转换(如内燃机把热能转换成机械能)。 因此，从其组成、运动特性、受力状况等方面进行分析，机构和机器没有区别。为使研究的问题简化，常将机构和机器统称为机械。,一部机器也可以由数个机构组成，如图所示牛头刨床的主传动系统(切削和进给运动)，是由齿轮机构(5、6、13)、(10、11、13)、导杆机构(6、7、8、13、14)、曲柄摇杆机构(11、12、17、13)、间歇运动机构(17、16、13)等组成的。,从颚式破碎机可知，一部机器可以只含有一个机构，颚式破碎机只含有一个曲柄摇杆机构；,
4、机器种类繁多，其结构形式和用途各不相同，但大致都是由以下四部分组成的。,原动机部分 ： 驱动整部机器以完成预定功能的动力源，颚式破碎机的原动机是电动机。 执行部分： 完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，是具体干活的部分，颚式破碎机的执行部分是颚头（定颚、动颚）。 传动部分： 解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参数的转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎机的传动部分包括V带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架组成的连杆机构 其他部分： 控制系统和辅助系统等。,由机器的组成可知，机器通常是由是由各种机构以及各种零件组成的。机器中的零件分为两类。 1、通用零件 通用零件在各种类型的
5、机械中都可能用到，如螺栓、轴、齿轮、弹簧等； 2、专用零件 只用于某些类型的机械中，如电动机中的转子、叠片、笼条等，内燃机、蒸汽机中的曲轴、活塞等。 此外，机械设计中还把为完成同一使命、彼此协同工作的一组零件所组成的组合体称为部件，如滚动轴承、联轴器、减速器等，所以有时也通称为机械零部件，它包括了零件和部件。 机械设计基础主要研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法。同时还将扼要介绍与本课程有关的国家标准、规范和一些标准零件、部件的选用原则，以及简单机械传动装置的设计方法。,二、本课程研究的内容,机械设计基础是高等学校工科有关专业的一门重要技术基础课。通过本课程的学
6、习，可以使学生获得正确使用和维护机械设备的基本知识，初步培养学生运用有关设计资料设计简单机械传动装置的能力，为学习有关专业机械设备课程以及参与技术革新奠定必要的基础。,三、本课程研究的目的,四、本课程的学习方法,本课程是一门实践性和综合性很强的课程，整个学习过程涉及机械制图、理论力学、材料力学、工程材料、金属工艺学以及互换性与技术测量等多门学科。本书内容的安排是从认识机械入手，分析机器的基本组成、传动系统及零部件的功能，进而引深到机械零部件的设计与计算、机械传动装置设计的一般方法和过程以及常用机构的运动分析和设计。,在本课程的学习过程中，对于机械零件，除合理选择材料外，还应着重掌握其工作能力计
7、算和结构设计方法。 此外还应该注意，大部分零件由于所选材料的不同、结构设计的差异等诸多因素都会导致多种设计结果，即可用多种方案来完成同一功能要求。因此，要不断提高综合分析与解决问题的能力，学会从多种可能的解答中通过评价找出最佳的设计方案。 对于连杆机构、凸轮机构等常用机构，应注意其非匀速传动的特点，重点分析其运动特性，掌握实现其运动规律的设计方法。,第二节 机械零件的常用材料,机械零件的常用材料分为金属和非金属两大类。其中，金属材料应用最广，非金属材料以其独特的性能也日益显示出广阔的应用前景。金属材料包括黑色金属(钢、铸铁)和有色金属，前者应用最多。此外，近年来复合材料的研究与开发，也已成为材
8、料科学的一个新方向。下面简要介绍机械零件的常用材料及其应用。,选择材料是设计机械零件的重要环节之一，也是一个复杂的技术经济问题。一般应综合考虑以下要求，选出适宜的材料。 1、零件的使用要求：如强度、刚度、冲击韧度、导热性、抗腐蚀性以及耐磨性、减振性等，通常以强度为主。 2、工艺要求：毛坯到成品都便于制造 3、经济性要求：材料及其加工成本均比较低，而且供货方便。 各种材料的力学性能及应用均可从机械设计手册中查取，本课程也在有关章节中作了适当的介绍。,一、钢,钢的品种多、性能好，是机械零件最常用的材料。根据化学成分的不同，钢可分为碳素钢和合金钢。,1碳素钢,碳素钢的性能主要取决于碳含量，即碳的质量
9、分数。碳含量越高，钢的强度越高，塑性越低。 由于碳素钢生产批量大，价格低，供应充足，一般的机械零件应优先选用。,碳素钢,优质碳素结构钢(GB/T699-1999) 含磷、硫等杂质较少，其性能优于碳素结构钢，而且能同时保证钢的力学性能和化学成分，可以进行热处理。,碳素结构钢(GB/T700-1988) 杂质较多，只保证机械强度，不保证化学成分，不能进行热处理。,常用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷作用的零件。,优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，代表钢中碳的平均含量。如45钢，其碳的平均质量分数为0.45。 对于锰含量较高的优质碳素结构钢，其牌号还要在碳含量数字之后加注符号“Mn，如40Mn等。
10、,2）优质碳素结构钢,主要用于受力不大而且基本上是承受静载荷的零件，其中以Q235、Q255较为常用。 碳素结构钢的牌号用Q和后面一位数字表示，如Q235表示屈服点235MPa的碳素结构钢。,1）碳素结构钢,碳的平均质量分数高于0.60的钢，它具有很高的强度和弹性，是弹簧、钢丝绳等零件的常用材料。,优质碳素结构钢根据碳的平均质量分数又可分为：,低 碳 钢,中 碳 钢,高 碳 钢,碳的平均质量分数低于0.25的钢，其抗拉强度和屈服点低，而塑性好，适用于冲压、焊接加工；,碳的平均质量分数在0.250.60之间的钢，中碳钢既有较高的强度，又有一定的塑性和韧性，综合力学性能较好，常用来制造螺栓、螺母、
11、齿轮、键和轴等零件；,2合金钢,为了改善钢的性能，根据不同要求加入一种或几种合金元素而形成的钢，称为合金钢。,不同的合金元素，使钢获得不同的性能，例如：铬能提高硬度、高温强度和耐腐蚀性；镍能提高强度而不降低韧性；锰能提高强度、韧性和耐磨性；硅可提高弹性极限和耐磨性，但降低韧性。应当指出，合金钢的性能不仅与化学成分有关，在很大程度上还取决于适当的热处理。,由于合金钢价格较贵，通常只用于制造重要的或具有特殊性能要求的机械零件。,普通低合金钢,合金钢分为,合金结构钢（常用）,特殊合金钢,合金工具钢,合金结构钢牌号的表示方法是用两位数字表示碳的含量，并在其后加注所含各主要合金元素的符号及其含量，而且规
12、定：合金元素平均质量分数低于1.5时，不注含量；当平均质量分数在1.52.5,2.53.5,3.54.5,时,以相应数字2，3，4，表示。,例如40SiMn2,其成分的平均质量分数为:碳0.40,硅低于0.15,锰在1.52.5之间。,铸钢主要用于制造承受重载荷的大型零件或形状复杂、力学性能要求较高的零件，如承受重载荷的大型齿轮、联轴器等。铸钢包括碳素铸钢和合金铸钢。铸钢的力学性能与锻钢基本接近，但其减振性和铸造性能均不及铸铁。 铸钢牌号的表示方法是在符号“ZG”后加注两组数字，如ZG310570，表示屈服点为310MPa，抗拉强度为570MPa。,3铸钢,二、铸铁,铸铁和钢都是铁碳合金，区别
13、在于碳含量不同。碳的质量分数高于2的铁碳合金称为铸铁，反之称为钢。 铸铁是脆性材料，其抗拉强度、塑性、韧性均较差，不能进行碾压和锻造；但其减振性和耐磨性较好，成本较低。另外，铸铁具有良好的液态流动性，因此常用于铸造各种形状复杂的零件。 常用铸铁有灰铸铁和球墨铸铁。,灰铸铁是应用最广的一种铸铁，碳以片状石墨存在于铁的基体中，因此其断口呈灰色。灰铸铁的抗压强度高于抗拉强度，切削性能好，但不宜承受冲击载荷，常用于制造受压状态下工作的零件，如机器底座、机架等。 灰铸铁牌号的表示方法是在符号“HT”后加注一组表示抗拉强度的数字，如HT200，其抗拉强度为200MPa。,1灰铸铁,球墨铸铁中的碳以球状石墨
14、存在于铁的基体中，故其力学性能显著提高。除伸长率和韧性稍低外，其他力学性能基本与钢接近，同时兼有灰铸铁的优点；但是球墨铸铁的铸造工艺性能要求较高，品质不易控制。用球墨铸铁制造的曲轴、齿轮等，其成本低于锻钢件。 球墨铸铁牌号的表示方法是在符号“QT”后加注两组数字，如QT40015，表示抗拉强度为400MPa，伸长率为15%。,2球墨铸铁,铜合金是机械零件中最常用的有色金属材料，分为黄铜和青铜两类。 1黄铜 黄铜(ZCuZn38等)是以锌为主要合金元素的铜合金。它具有一定的强度和较高的耐腐蚀性能，常用于制造管件、散热器、垫片以及化工、船用等零件。,三、铜合金,青铜又分普通青铜(锡青铜)和特殊青铜
15、(铝青铜、铅青铜等)。 普通青铜(ZCuSn5Pb5Zn5等)的减摩性、耐磨性、导热性均良好，常用于制造蜗轮、对开螺母、滑动轴承中的轴瓦等零件。 铝青铜(ZCuAll0Fe3等)的耐磨性和耐腐蚀性较好，常用于制造蜗轮、在蒸汽和海水条件下工作的齿轮等零件。 铅青铜(ZCuPb30等)具有很高的导热性和抗疲劳强度，可用于制造高速、重载滑动轴承的轴瓦。 铸造铜合金牌号的表示方法是在符号“ZCu后面加注所含各主要合金元素的符号及其质量分数()。,2青铜,复合材料是由两种或两种以上的金属或非金属材料复合而成的一种新型材料。 例如，用金属、塑料、陶瓷等材料作为基材，用纤维强度很高的玻璃、石墨、硼等非金属材
16、料作为纤维，可把纤维与基材复合成各种纤维增强复合材料，又称纤维增强塑料，可用来制造薄壁压力容器、汽车外壳等。 又如，在普通碳素钢板表面贴附塑料或不锈钢，可分别获得强度高而又耐腐蚀的塑料复合钢板或金属复合钢板。 复合材料目前成本尚高，供应较少，但它是材料工业发展的方向之一，随着科学技术的进步将获得广泛应用。,五、复合材料,橡胶、塑料、皮革、陶瓷、木材、纸板等，均属非金属材料。橡胶除具有弹性并能缓冲、吸振外，还具有耐磨、绝缘等性能，广泛用于制造胶带、轮胎、密封垫圈和减振零件等。塑料具有耐磨、耐腐蚀、质量轻、易于成形等优点，因此近年来得到了广泛的应用。,四、非金属材料,第三节 机械零件的工作能力及计算准则,机械零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能时，称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。 常见的零件失效形式有：断裂，过大的弹性变形
