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1、第三章 机械设计基础v通过本章学习，了解机械制图的基本常识，对机械的基本结构及作用、特点等有初步认识。机械工业经济学第一节 机械制图基础v 任何机械、设备的制造，都要先根据其功能要求进行设计，画出图样，然后按照图样加工与装配。v工程图样：按照一定的投影理论和国际有关规定，表达出机械及其零部件的形状和结构、大小、材料，以及加工、检验、装配等技术要求的图样，称为工程图样。v它是重要的技术文件，喻为工程界的技术语言，工程图样的格式、表达方法和内容都应遵守机械制图国家标准的规定。机械工业经济学一、制图基本标准v1.图纸幅面（GB/T1468993）图纸大小 图纸大小应根据机件大小和复杂程度选用，边框、
2、标题栏等按标准。幅面代号A0 A1 A2 A3 A4宽长8411189594841420594297420210297机械工业经济学一、制图基本标准v2.比例（GB/T14690-93)是指图形与实物相对应要素的线性尺寸之比。主要有以下三种： 原值比例：1：1 放大比例：5:1，4:1，2:1，510n:1等 缩小比例：1:2，13，1:4，1:5，1:10n等v3.字体、图线、符号与尺寸标注符合基本规则 字体用仿宋，大小与图纸大小相对应； 图线粗细均匀、应用得当； 符号与尺寸标注按规定，不得随意。机械工业经济学二、投影与视图 制图时为将机械结构表达清楚，多使用投影三视图。v1.投影的基本概念
3、： 光线照射物体在墙面或地面上会出现影子，利用这个原理在平面上做出物体投影投影法。 投射线与投影面垂直正投影，机械制图采用正投影 正投影的基本性质：（1）不变性，直线或平面与投影面平行时，投影反映实长或实物；（2）积聚性，直线或平面与投影垂直时，直线投影积聚为一点，平面投影积聚为一直线；（3）类似性，直线或平面与投影面倾斜时，其投影小于实长或实形。机械工业经济学二、投影与视图v2.三视图表示法： 三视图：正投影（前后）-主视图， 水平投影（上下）-俯视图， 侧投影（左右）-侧视图（由左向右-左视图，或右视图）。 有时为表达清楚某一局部或区域，可用局部视图、旋转视图。机械工业经济学3.零件图与装
4、配图v（1）零件图：表达零件的形状、大小和加工要求的零件工作图。v零件图的内容：v一组图形：用视图、剖视图、剖面等清晰表达零件的内外部结构、形状；v尺寸及公差、精度：零件各部分的大小、位置所需的全部尺寸、配合公差和加工精度。v技术要求：加工、检验的依据；v标题栏：表明零件名称、材料、数量、比例及所需签署的内容。机械工业经济学3.零件图与装配图v（2）装配图：表达机器或部件的工作原理、结构和零件之间装配关系的工程图样。v装配图的内容：一组图形 必要的尺寸 技术要求 零件的序号、明细栏和标题栏。机械工业经济学第二节 机械设计基础知识v一、机器、机构、构件与零件：v 机械一词是机构和机器的总称；机构
5、是具有确定相对运动的多构件组合，如传动机构、变速机构等；机器由一个或多个机构组成，用来代替人的劳动去变换机械能或作有用的机械功。v机构由构件和零件组成，零件是构成机构和机器的最小单元。v零件分为两类：通用零件（标准件），如螺钉、螺栓、轴承、弹簧、轴等等；另一类为专用零件，用于某些机械，如汽轮机叶片、内燃机活塞等。机械工业经济学二、设计机械的基本要求 1.使用要求：设计的机械设备能在寿命期内有效的、可靠地完成规定的工作。 2.经济性要求：在满足使用要求前提下尽量降低成本。 （1）具有良好的工艺性，结构简单，工艺合理； （2）合理选择材料 （3）合理拟定各零部件的预期使用寿命 （4）尽量符合标准化
6、要求 3.工作安全与操作、维修要求机械工业经济学三、设计的基本准则与一般步骤v1.基本准则：v(1)强度：在一定载荷下，零件抵抗破坏的能力。即能承受的最大载荷。v(2)刚度：在一定载荷作用下，零件抵抗弹性变形的能力。v(3)耐磨性：相对运动的零件表面抗摩擦磨损的能力。v2.设计的一般步骤：机械工业经济学第三节 常用传动机构v一、平面连杆机构v 由若干个刚性构件用平面低付（转动付和移动付）相连接所组成的机构叫做平面连杆机构。起重机、牛头刨床、插床、内燃机、纺织机械、印刷机等的主体机构均为连杆机构。v1.平面连杆机构的特点：v（1）优点：能够实现多种运动变换 运动付全部为面接触，单位面积上的压力较
7、小，磨损小，且便于润滑，故使用寿命长 构件之间的接触面为圆柱面或平面，故易于加工制造，成本低，易获得较高的加工精度。v（2）缺点：低付不可避免存在间隙，会存在运动误差而难于精确实现预定的运动规律设计比较复杂机构平衡比较困难，高速时将引起较大振动。机械工业经济学一、平面连杆机构v2.铰链四连杆机构的基本形式与各构件尺寸间关系v所有运动付全为转动付的平面连杆机构称为铰链四杆机构。v（1）根据两连杆架的不同运动形式，将铰链四杆机构分为三种基本形式：曲柄摇杆机构：一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆；比如缝纫机，一杆做整周运动，一杆做往复摆动。v 双曲柄机构：两个连架杆均为曲柄、做圆周运动。其运动特点是将原
8、动件的等速整周运动转变为从动件的变速或等速整周运动。如火车机车车轮。v 双摇杆机构：两连架杆均只能做往复摆动机械工业经济学一、平面连杆机构v2.铰链四连杆机构的基本形式与各构件尺寸间关系v（2）三种基本型式的结构特点：v曲柄摇杆机构：vA 最短构件与最长构件的长度和小于或等于其余两构件的长度和 ；vB 曲柄为最短杆v双曲柄机构：vA与A相同；B机架为最短构件v双摇杆机构：v 最短构件与最长构件的长度之和大于其余两构件长度之和；或者，最短构件与最长构件的长度之和小于其余两构件的长度之和且连杆为最短杆。机械工业经济学二、凸轮机构v 凭借凸轮的特定轮廓形状，将主动件的简单运动变换为从动件的复杂的预期
9、运动，这种机构就叫凸轮机构。v这一部分主要要了解凸轮机构的组成、应用、类型和特点。机械工业经济学二、凸轮机构v1.凸轮机构的组成与应用v（1）组成：凸轮、从动件、机架v（2）应用：内燃机配气机构中，通过凸轮的运动使气阀开启或关闭；绕线机构；靠模、送料机构等机械工业经济学二、凸轮机构v2.凸轮机构的类型：P41v（1）按凸轮的形状分类：v盘形凸轮凸轮的基本形式v 这种凸轮是一个绕固定轴线转动并且具有变化半径的盘形零件。v移动凸轮：凸轮相对于机架做直线运动。P41图3-3v圆柱凸轮：将一定凸轮卷成圆柱即为圆柱凸轮。P41图3-4v（2）按从动件型式分：v尖顶从动件，P41图3-2v滚子从动件，P4
10、1图3-3v平底从动件，图3-1机械工业经济学二、凸轮机构v3.凸轮机构的特点v优点：只需设计适当的凸轮轮廓便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便。v缺点：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，通常多用于传动力不大的控制机构。机械工业经济学三、齿轮机构v1.齿轮机构的特点和类型v（1）齿轮机构的特点v齿轮机构是应用最广的传动机构之一。其主要优点是：使用的圆周速度和适用功率范围广；效率高；传动比稳定；寿命长；工作可靠性高；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动。缺点是：要求较高的制造和安装精度，成本较高；不适宜于远距离两轴之间的传动。v（2）齿轮机构的类
11、型机械工业经济学四、带传动v1.带传动的工作原理：v 带传动一般是由主动轮、从动轮以及紧套在两个带轮上的皮带组成。v 由于带张紧在带轮上，带与带轮接触面之间产生压力，当主动轮回转时，带与带轮接触面之间产生摩擦力，主动带轮依靠摩擦力拖动带运动，同理，带又依靠摩擦力拖动从动轮转动。v 因此，带传动是靠带与带轮接触面之间的摩擦力将主动轴的运动和动力传给从动轴，即带传动是通过中间挠性件进行摩擦传动。机械工业经济学四、带传动v2.带传动的特点：v优点：结构简单，成本低廉；由于带具有良好的弹性，所以能缓和冲击与吸收振动；由于靠摩擦传动，过载时带在带轮上打滑，因此可以防止机械损坏；适用于主动轴和从动轴间中心
12、距较大的传动。v缺点：不能保证确定不变的传动比；效率较低；结构不紧凑，外廓尺寸较大；轴和轴承受力大；由于带传动中的摩擦易产生静电，因此对于有爆炸危险的地方不宜使用。机械工业经济学四、带传动v3.带传动的类型v根据带的横截面形状可分为平带、V带和特殊截面带三大类。见教材（杨可桢）P204图13-2v4.带传动失效形式v（1）打滑：当带传动所传递的圆周力大于摩擦力总和的最大值时，将出现打滑，这时，带在带轮上全面滑动，从而使带传动不能正常工作而失效。v（2）带的疲劳破坏：带传动时，带在不同位置的应力是变化的，当传递的功率一定时，应力循环次数达到一定值后，带会发生疲劳断裂。 如使用多次橡皮筋的伸长断裂
13、。机械工业经济学第三节 常用机械零件v一、轴v1.轴的功用和分类（杨可桢P240) (1)功用：轴是机器中的重要零件之一，用来支撑旋转的机械零件和传递扭矩。 （2）分类：根据承受载荷的不同可分为转轴、传动轴、心轴。 根据轴线形状可分为直轴、曲轴、挠性钢丝轴。v2.轴的设计（杨可桢P241）v根据工作要求并考虑制造工艺，选用合适材料，进行结构设计，经强度和刚度计算，定出轴的形状尺寸。v步骤：轴径初步估算轴的结构设计、强度、刚度计算。机械工业经济学v4.轴的材料（杨可桢P241）v（1）碳钢：35、45、50碳钢，具有较高的综合力学性能，加工性能优良，价格低廉。v（2）合金钢：具有较高的力学性能，
14、价格较高。v二、轴承v轴承是用于支承轴及轴上零件实现正常工作的一种部件。机械中应用极为广泛，是标准件。v1.轴承的功用（杨可桢P253）v（1）支撑轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；v（2）减少转轴与支承之间的摩擦磨损。v2.轴承的分类v按摩擦性质 不同分为滚动轴承和滑动轴承。滑动轴承的发展已有几千年的历史，而滚动轴承则是在工业比较发达的19世纪末才大批量使用并形成标准化。机械工业经济学v3.滑动轴承v（1）滑动轴承的特点：滑动轴承因为是面接触所以承受符合能力大；接触面上的油膜具有减震、抗冲击和消除噪声的作用；处于液体摩擦状态下的滑动轴承，其摩擦系数很小、磨损很轻、寿命很长，而且可以达到很高的回转精度；其结构比滚蛋轴承简单，径向尺寸小，可以制造成剖分式而便于装配；造价低。v（2）滑动轴承的分类（杨可桢P254)v（3）轴瓦及轴承材料（杨可桢P256）机械工业经济学v4.滚动轴承：一般有内圈、外圈、滚动体和保持架构成。v（1）滚动轴承特点（杨可桢P270）v（2）滚动轴承分类（杨可桢P272）v（3）轴承材料（杨可桢P270）v（4）常用滚动轴承的类型和性能特点（见杨可桢P273表16-2）机械工业经济学
