机械设计基础概论
机械设计基础 第9章 机械零件设计概论
m —随材料和应力状态而定的幂指数，如受弯钢制零件m = 9
r —对应于N0的疲劳极限，称为材料的疲劳极限，如 1， 0
对应于 N 的疲劳极限：
rN
m
N0 N
r
kN r
kN
m
N0 N
kN —寿命系数； 当N ≥ N0时，取kN = 1。
2. 影响机械零件疲劳强度的主要因素
影响机械零件疲劳强度的因素很多，有应力集中、零件尺寸、 表面状况、环境介质、加载顺序和频率等，其中以前三种最为重 要（只影响应力幅，不影响平均应力）。
F
F
F
F
F
n
n
n FFs
n
F nF
Fs n
Fs F
F
m
F
m
F 2｛
｝F
F
m
F｛
m FS
FS m
2
m
F
｝ mFs m
n
Fs
n
F
Fs F
Fs
F 2
预备知识 3. 剪切和挤压的实用计算
假设切应力在剪切面（
m-m 截面）上是均匀分布的
, 得实用切应力计算公式：
Fs
A
切应力强度条件： Fs
挤压力 Fbs= F
（2）接触面为圆柱面 Abs—直径投影面面积
预备知识 3. 剪切和挤压的实用计算
d
δ Abs d
(a
(b
d
(c
)
挤压强度条件：
)
bs
Fbs Abs
)
bs
bs 许用挤压应力，常由实验方法确定
塑性材料： bs1 .5 2 .5 脆性材料： bs0 .9 1 .5
机械设计基础概论
机械零件的工作能力和计算准则
整体静强度计算准则：σ≤[σ] τ≤[τ] [σ]=σlim/S ，[τ]=τlim/Sτ
式中： σ、τ：零件的工作正应力、切应力； [σ]、[τ]： 零件的许用正应力、许用切应力； σlim、τlim： 零件材料的极限正应力、极限切应力； S、Sτ：正应力、切应力的安全系数。
机械设计的基本要求和一般程序
3. 劳动保护要求
劳动保护要求有两层含义： 1) 机器的操作应方便和安全
设计时要按照人体工程学观点布置各种按钮、手柄，使操 作方式符合人们的心理和习惯。同时，设置完善的安全装置、 报警装置、显示装置等。 2) 改善操作者及机器的环境 所设计的机器应符合劳动保护法规的要求。如降低机器运 转时的噪声水平，防止有毒、有害介质的渗漏，对废液、废气 和废物进行治理等。
0.1 机械的组成 0.2 本课程的内容、性质和任务 0.3 对机器的主要要求和设计机器的一般程序 0.4 机械零件的工作能力和计算准则
0.5 机械设计中常用材料的选用原则
0.6 许用应力和安全系数
思考题
机械的组成
一、 机器与机构 1. 机器 如：汽车、起重机、各种机床、内燃机、飞机、洗衣机、 船舶、自行车、工业机器人等。 使用机器可减轻人们的劳动强度、提高劳动生产率。
典型机器的分析→
各类机器构造不同、性能不同、用途不同，但都具有共 同特征： 1) 是由各种零件装配而成的组合体； 2) 各部分间具有确定的相对运动； 3) 用来变换或传递能量、物料和信息。
机械的组成
2. 机构 机构具有机器的前两个特征，用来变换或传递机械运动。
如内燃机：曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构。
min max
稳定交变应力：工作中平均应力、应力幅和循环周期不随 时间变化的交变应力。 注意：描述稳定交变应力有5个参数，但其中只有2个参数是 独立的。
机械设计基础概论
机械设计基础概论1. 引言机械设计是工程设计中的一个重要领域，它涉及到机械元件和系统的设计原理、方法和技术。
机械设计的目标是通过合理的设计来实现机械系统的功能，并满足性能、质量、可靠性和经济性等方面的要求。
本文将介绍机械设计的基础概念、设计流程以及常见的机械设计方法。
2. 机械设计的基础概念2.1. 设计需求机械设计的第一步是明确设计的需求。
设计需求包括产品的功能要求、性能要求、质量要求、可靠性要求、工艺要求等。
设计需求的明确对于后续的设计工作非常重要，只有明确需求，才能有针对性地进行设计。
2.2. 设计原则在机械设计中，有一些基本的设计原则需要遵循：•功能原则：设计的产品应能满足预定的功能需求。
•强度原则：设计的产品应具有足够的强度和刚度，以保证在使用过程中不发生破坏或变形。
•可制造性原则：设计的产品应具备可生产和可加工的特性。
•经济性原则：设计的产品应具备较低的制造成本和运营成本。
2.3. 设计步骤机械设计的一般步骤包括：需求分析、构思设计、详细设计、制造以及测试验证。
这些步骤一般是逐步进行的，每个步骤都具有特定的目标和任务。
在需求分析阶段，需要明确产品的功能需求和性能需求；在构思设计阶段，需要产生多个概念设计方案，并进行比较评估；在详细设计阶段，需要进行工程计算和绘图，确定具体的零部件尺寸和结构；制造阶段则是实际加工制造零部件和组装成整体产品；最后，在测试验证阶段，需要对产品进行性能测试和功能验证。
3. 机械设计方法3.1. 经验设计法经验设计法是一种基于经验和直觉的设计方法。
通过参考类似产品的设计经验和实践，来完成设计工作。
这种方法适用于一些简单的设计问题，但在复杂的设计问题中可能存在不足。
3.2. 可行性设计法可行性设计法是一种探索性的设计方法。
它通过对各种可能的设计方案进行分析和评估，以确定哪种方案最为可行。
这种方法可以在设计的早期阶段就能够发现可能存在的问题和风险。
3.3. 参数化设计法参数化设计法是一种基于参数化建模的设计方法。
机械设计基础概论
第1章机械设计基础概论1.1机器的组成一、常用专业名称及其意义机器：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、物料与信息转换和传递的装置，称为机器；机构：若只能用来运动力或以改变运动形式的机械传动装置，则称为机构，如连杆机构、齿轮机构等。
从运动的观点来看，机器与机构之间并无区别，所以通常将机器和机构统称为机械。
构件：组成机器的各个相对运动的单元体称为构件。
构件可以是单一的零件，如曲轴，也可以是几个零件组成的刚性结构，如内燃机的连杆（见书图1-3）。
构件是最小的运动单元，零件是最小的制造单元。
部件：通常把为协同完成某一功能而装配在一起的若干个零件的装配体称为部件，部件是装配的单元。
如联轴器、轴承、减速器等。
“机械零件”：常用来泛指零件和部件。
“通用零件”：各种机器中普遍使用的零件称为通用零件，如螺钉、齿轮、轴等；“专用零件”：只在某些特定类型的机器中才使用的零件，称为专用零件，如发动机中的曲轴和活塞、汽轮机的叶片、纺织机的织梭等。
二、机器中常用机构机器中常用的机构有：带传动机构、链传动机构、齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构和间歇机构等。
另外，还有组合机构。
一部机器，特别是自动化机器，要实现较为复杂的工艺动作过程，往往需要多种类型的机构。
例如，牛头刨床含有带传动机构、齿轮机构、连杆机构、间歇机构和螺旋机构等五种机构；内燃机的传动部分由曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构组成（见书图1-2）。
三、机器的分类按照用途的不同，可把机器分为动力机器、工作机器和信息机器。
动力机器用来实现其他形式的能量与机械能间的转换。
如内燃机、涡轮机、电动机、发电机等；工作机器用来做机械功或搬动物品，即变换物料。
如金属切削机床、轧钢机、织布机、收割机、汽车、机车、飞机、起重机、输送机等；信息机器用来获取或变换信息。
如照相机、打字机、复印机等。
四、机器的组成1现代机器一般由动力装置、传动装置、执行装置和操纵控制装置四个部分组成。
自考 机械设计基础复习资料
第一章机械设计基础概论一．机器的组成：1.按机器的各部分功能分析：机器由四大部分组成：动力部分，工作部分，传动部分，控制部分；2.按机器的构成分析：机器是由一个或几个机构和动力源组成。
机构是由若干个构件通过可动联接（零件之间有相对运动的联接）面组成的具有确定运动的组合体。
构件是由一个或若干个零件通过刚性联接而组成，它是运动的单元体。
机械零件是加工的单元体。
机器和机构统称为机械。
第二章平面机构运动简图及自由度度一．运动副：两构件直接接触并能产生相对运动的活联接称为运动副。
分为高副和低副，高副：以点或线接触所形成的运动副称为高副，如凸轮副和齿轮副；低副：以面接触所形成的运动副称为低副，如转动副，移动副。
第二节．平面机构的自由度：一个自由构件在平面中，有三个自由度。
沿X，Y轴移动和绕Z轴转动。
二．平面运动副对构件的约束：每个低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
三．平面机构的自由度：设一个平面机构有N个构件，其中必有一个构件为机架，故活动构件数为n,其中P L个低副，P H个高副，则这些运动副引入的约束为2P L+P H，若用F表示自由度，则F=3n-2P L-P H，这就是平面自由度计算公式。
也称为平面机构的结构公式。
四．机构具有确定运动的条件：机构的自由度数目必须与主动件数目相等。
自由度F要大于零。
五．复合铰链、局部自由度和虚约束1. 复合铰链：由两个以上的构件通过转动副并联在一起所构成的铰链称为复合铰链。
用K 个构件构成的复合铰链其转动副数目应为K-1。
2.局部自由度：在机构中常用一种与整个机构运动无关的。
局部的独立运动，称为局部自由度，在计算机构自由度时应除去不计。
3.虚约束：机构中某些运动副所引入的约束可能与其他运动副所起到的限制作用是一致的，这种对机构不起真正约束作用的约束称为虚约束，在计算自由度时也应除去不计。
平面机构的虚约束常出现在以下场合中：1）两构件组成多个平行的移动副时，只有一个移动副起作用；2）两构件间组成多个轴线重合的转动副，只有一个转动副起作用；3）传递机构中的对称部分。
机械设计基础概论PPT课件
保证机械零件在要求的寿命内不出现各种失效。
强度准则 [] ，[]
[]lim
刚度准则
S
[]lim
S
挠度 偏转角 扭转角 振动稳定性准则
磨擦学准则
y y
使受激振作用的各个零件的固有频率f 与激振源的频
率 f p 错开。通常应保证
f p 0.85f 或 f p 1.15f
验算压强 p ≤ [p] 验算pv pv ≤ [pv]
时，就可能发生断裂，属强度不合格。 疲劳断裂 过载断裂
变形过大： s 时发生,属刚度不合格。 振动过大甚至共振 ：振幅超过了许用值。 零件表面失效：
过大接触应力作用造成。 胶合失效（黏着磨损）、点蚀（疲劳磨损）、 磨损失效（磨粒磨损）、塑性变型。 在化学腐蚀介质的接触和作用下产生腐蚀失效 。
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2、机械零件的设计准则
5
具体内容
常用机构设计 连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构（棘轮机构、 槽轮机 构、不完全齿轮机构） 等。 常用通用零部件设计 传动零件：齿轮传动、蜗杆传动、带传动、螺旋传动等。 联接零件: 螺纹联接、键联接、销联接等。 轴系零件：轴、轴承（滑动轴承、滚动轴承、联轴器等 。
6
齿轮传动
蜗杆传动
带传动
2. 方案设计
按设计任务书的要求，尽量构思出多种可行的设计方案，通过对 比、筛选，优选出一种功能满足要求、工作原理可靠、结构设计合理、 制造成本低廉的最优方案。
第0章 机械设计基础概论
内燃机各部分的作用：
1.活塞4往复运动通过连杆3转变为曲轴2的连续转动； 2.凸轮8和顶杆7用来启闭进气阀5和排气阀6；
10
9
3.齿轮9、10用来保证进、排气阀5、6与活塞4之间形 成协调动作。
0.2 关于机械的概述（机械的组成）
2.机构 定义：具有确定相对运动的各种实物的组合体。 也就是说，所有的机构都具有二个共同的特征： （1）人为的各种实物的组合； （2）组成机构的各种实物间具有确定的相对运动； 与机器相比较，机构也是人为实体的组合，各运动实体之间也具 有确定的相对运动，但不能做机械功，也不能实现能量转换。 功能：起到改变运动规律或形式，改变速度大小。
举例：内燃机（单缸） 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作， ——组成齿轮机构
0.2 关于机械的概述（机械的组成）
机器与机构的区别在于: 机器的主要功用是利用机械能做功或实现能量的转换;而机构的主 要功用在于传递或转变运动的形式。 例如航空发动机、数控机床、纺织机和拖拉机等都是机器，而钟 表、仪表、数控机床中的变速装置或分度装置等都是机构。 通常的机器必包含一个或一个以上的机构。 如果不考虑做功或实现能量转换，只从结构和运动的观点来看， 机器和机构二者之间没有区别。 机械是机器与机构的总称。
0.2 关于机械的概述（机械的组成）
3.机器的组成 （机器的各部分功能分析）
根据功能的不同，一部完整的机器由以下四部分组成： 1.动力部分：机器的动力来源。 2.工作部分：完成工作任务的部分。 3.传动部分：把原动机的运动和动力传递给工作机。 4.控制部分：对上述各部分进行监测、操纵和控制，使系统按照 预定要求实现正常而高效的运转，提高系统的精确性、可靠性 、安全性及过程的柔性化、自动化、智能化。
机械设计基础概论
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齿轮机构：实现转动的传递。 凸轮机构：将凸轮的转动变换为顶杆的往复移动。
综合：通过上述三个机构的协调工作便能 将燃气的热能转换为曲柄转动的机械能。
结论：机器是由各种机构组成的。一部机器可能 由多种机构组成，如上述的内燃机就是由曲柄滑块 机构、齿轮机构和凸轮机构、带传动机构等组合而 成；也可能仅由一个最简单的机构组成，如电动机 就是只包含一个由定子和转子所组成的双杆回转机构。
4、复合材料—具有较高的强度和弹性模量， 主要用于航空、航天等领域。
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机械零件的材料选用原则
1、载荷、应力的大小和性质
材
2、零件的工作情况——包括环境、温度等
料
的 3、零件的尺寸及质量
选
择
4、零件结构的复杂程度及材料的加工可能性
原
则
5、材料的经济性——包括材料的相对价格、
加工费用、材料的利用率等的考虑。
第一章 机械设计基础概论
§1.1 机械的概念 §1.2 机械设计的基本要求和一般程序 §1.3 机械零件的常用材料 §1.4 机械零件的失效形式及设计计算准则 §1.5 本课程的研究内容、性质及任务
1
§1.1 机械的概念
• 机器、机构及其结构组成
机械是各类机器的通称。它是人类改造自然、发展进 步的主要工具。在日常生活和工作中，我们接触到很多 机器。 例如：
4
•机器的共同特征：
从上述例子以及对其他不同机器的分析可以得到机 器的共同特征： （1）它们都是人们根据某种使用要求而设计创造 的一种装置。 （2）它们必须执行确定的机械运动。 （3）用于完成包括机械力、运动和能量转换等动 力学任务。 相对于机器而言，机构主要反映机器的机械运动 传递和运动形式转换的特征。
1 机械设计基础概论
工作能力计算准则：根据零件失效的原因，可建立相应的零件工作 能力的判定条件。
计算准则包括：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； ③耐磨性判定条件：压强许用压强； ……。 判定条件可概括为：计算量许用量。
1、机械零件的强度准则（基本条件） 强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效的 能力。 判定准则：零部件在载荷作用下的工作应力不超过许用应力。
2、 磨损的分类
按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把 磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。
(1）粘着磨损 也称胶合，摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动 中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。
(2）磨粒磨损 也称磨料磨损，是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运 动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。
•经济性要求 1、应尽可能采用先进的设计方法，计算机辅助设计，加快 设计进度，降低设计成本； 2、尽量采用标准件、通用件，产品系列化； 3、采用新技术、新材料和新结构，选用高效传动系统以降 低能耗； 4、考虑机器的机械化、自动化水平，提高机器的生产率。
•满足社会要求 操作方便、省力，劳动强度低，维修简便；能够安全运行； 造型美观；低噪音、无毒、低辐射等。
另外，要考虑材料的费用（材料费占成本的30﹪以上）。
材料的费用 （材料费占成本 的30﹪以上）
原材料的价格 包 括
零件制造费用
机械零件材料具体的选用措施： (1)尽量采用高强度铸铁来代替钢材，用工程塑料或粉末冶金 材料代替有色金属材料； (2)采用热处理或表面强化处理等工艺，充分发挥利用材料的 潜在力学性能； (3)合理采用表面镀层等方法，减少磨损速度，延长零件的使 用寿命； (4)采用组合式零件结构，使得工作部分用贵重材料，非工作 部分用廉价材料（如部分铸铁刀具只在刀尖处用金刚石、大型蜗轮 用青铜齿圈和铸铁轮心的组合式结构）； (5)优化工艺方案，提高材料的利用率； （6）用本地富有元素合金钢代替稀有元素合金钢，金属采购、 运输费用。
机械设计基础概论PPT课件
机械设计的目的是在满足预定功能的前提下，优化机械产品的性能、提高效率和降低成本。
机械设计发展历程
手工设计阶段
01
早期的机械设计主要依靠设计者的经验和手工计算，设计效率
低下且精度不高。
计算机辅助设计阶段
02
随着计算机技术的发展，CAD等设计软件广泛应用于机械设计
领域，大大提高了设计效率和精度。
智能化设计阶段
根据连接件和紧固件的受力情况和工作环境等因素，选择合适的类型（如螺栓、螺母、 销钉等）和尺寸。
进行连接件和紧固件的强度计算
根据连接件和紧固件的载荷和应力分布等参数，进行必要的强度计算，以确保连接件和 紧固件在运转过程中不发生失效。
考虑连接件和紧固件的防松和防腐措施
为保证连接件和紧固件的可靠性和使用寿命，应采取有效的防松和防腐措施，如采用锁 紧装置、表面涂层等。
轴上需要安装轴承、齿轮等零件时，应设计相应的轴肩、键槽等结 构，以实现零件的准确定位和紧固。
保证轴的加工和制造工艺性
轴的结构应尽量简单，易于加工和热处理，以降低制造成本和提高 生产效率。
齿轮传动零件设计要点
1 2 3
选择合适的齿轮类型和材料 根据传动功率、转速和工作环境等因素，选择适 合的齿轮类型（如直齿、斜齿、锥齿等）和材料 （如钢、铸铁等）。
包括强度、塑性、硬度、韧性等指标，以及影响材料力学性能的 因素。
材料的种类与选用
介绍常用工程材料的种类、性能特点及应用范围，如金属、非金属、 复合材料等。
材料的热处理与表面工程
讲解材料的热处理原理、方法及应用，以及表面工程技术的种类、 特点及应用。
制造工艺基础
铸造工艺
介绍铸造工艺的原理、 特点及应用范围，包括 砂型铸造、特种铸造等。
机械设计基础绪论概述
第20页/共26页
第二节 本课程的内容、地位、学习目的和方法
一、本门课程的研究内容 ▪研究常用机构的工作原理、运动特性及设计方法。
▪研究通用零部件的工作原理、结构特点及设计方法。 ▪介绍机械系统的设计思路和设计方法。 二、本门课程的地位
本课程是一门技术基础课，要综合运用数学、力学、 制图、金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知 识，解决常用机构和通用零部件的设计问题。它研究的是 各种机械所具有的共性问题，是从基础课到专业课之间的 联系环节，起着承上启下的作用。
活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气
点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞 下行，经连杆带动曲轴输出转动
活塞上行，排气阀打开，排出废气
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动画
2.牛头刨床
本课程的研究对象
功用： 加工长度较大的平面。
组成： 工作台１、 刀架２、 滑枕３、 电动机４、 机身５、 工作台横向进给机构６、 横梁７、 丝杠８。
是机器和机构的总称。
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本课程的研究对象
二、零件、部件和构件 零件：机器中最小的制造单元体。 部件：机器中最小的装配单元。 构件：机器中的最小的运动单元。
多个零件的刚性组合——连杆
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Байду номын сангаас
机械传动装置的组成
组成机器的不可 拆卸的基本单元，
机械传动装置
是制造单元
零件
机构
构件
—由电机、带传动、 减速器（齿轮机 构）、曲柄摇杆机 构等组成
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打油机
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抽油机在抽 油时电动机 输出的扭矩 远大于不抽 油时的扭矩， 电动机的峰 值变化大， 电动机的利 用率低，抽 油机的系统 效率也低。
第一章 机械设计基础概论
宋荣 songyuerong@
《机械设计基础》课程是全国高等教育自学考试机 械工程专业专科必考的课程，是一门重要的技术基础 课程。
1-1 本课程研究的对象
一、本课程研究的对象是机械。
二、谈谈对机械的认识？
英国工业革命时期哈格 机械零件的工作能力计算准则和 一般设计思路
一、机械零件的失效形式
失效——零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能
失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、 噪声失效、精度失效、可靠性失效
二、机械零件的计算准则
工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度 计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件 工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则 零件在载荷作用下抵抗破坏的能力 lim [ ]
S
[ ]
2、刚度准则
lim
St
lim
( lim
B ( B ) 脆性材料 ) S ( S ) 塑性材料 ( ) 疲劳极限 Y Y
零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
第三次工业革命
机械是人类进行生产以减轻体力劳动、提高生产 率的主要工具，使用机械进行生产的水平是衡量一个 国家工业化水平的重要标志。
三、何为机械？
机械是机器和机构的统称。
四、何为机器？
• 单缸内燃机
• 卷扬机
机器：用于实现能量转化或完成有用的机械功，用 于减轻或代替人类的劳动。
五、机器，需要满足的条件是什么？
机构是由若干构件通过可动联接而组成的具有确定运动 的组合体。 构件：是机构中的基本运动单元。
零件的分类
通用零件
专用零件
只有在某一种类型的机 器中使用的零件
机械设计基础第01章概论
（3）硼铝复合材料 硼与铝合金结合而成。它的常温和高温强度比高 强度的铝合金大得多。美国现在使用的航天飞机的整个桁架支柱，均用硼铝 复合材料的管材制造，比原先采用铝合金时，减轻重量44%。
工业上，经常使用的非金属材料还有陶瓷、皮革、木材、纸板等 。
机械设计基础第01章概论
三、 复合材料
通常由两种材料结合而成，可发挥材料各自的长处，克服各自固有的缺 点。常见的复合材料有：
（1）玻璃钢 玻璃和塑料结合而成。 玻璃具有较高的弹性模量和强 度，但太 脆，而塑料具有良好的塑性、易于加工，但弹性模量和强 度较 低， 把两者结合起来，就产生了 玻璃钢。
机械设计基础第01章概论
四、钢的热处理简介
热处理 将钢在固体状态下进行不同温度的加热、保温和冷却的
工艺方法叫热处理，目的是提高零件的力学性能和改善其工艺性能。
1. 退火 2. 正火 3. 淬火 4. 回火 5. 调质 6. 时效 7. 表面处理
机械设计基础第01章概论
1.退火
把钢加热到临界温度（在钢的固态范围内，引起钢内部组织结构 发生变化的温度）以上30℃～50℃，经过适当的保温后，随炉温一起 缓慢冷却下来的热处理工艺称为退火。退火的目的是降低材料的硬度， 提高塑性，细化结晶组织结构，改善力学性能和切削加工性能，能消 除或减小铸件、锻件及焊接件的内应力。
机械系统的调速与回转件的平衡 机械系统设计（运动方案设计及结构设计） 现代设计法方法简介
机械设计基础第01章概论
齿轮传动
蜗杆传动
带传动
机械设计基础概述全解
（5）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
2.2 机械零件设计的基本知识
2.2.1机械零件的工作能力和计算准则
1.失效：机械零件丧失规定的功能。 2.工作能力：在不发生失效的条件下，在规定期限内，零件所 能工作的限度，称为零件的工作能力，通常这个限度是对载荷 而言，所以又称承载能力。
摩擦副间有少量润滑剂[图(b)]，摩擦表面上形成极薄的润滑剂膜，强度低，易破裂， 致使摩擦面间部分直接接触，这种摩擦为边界摩擦。其摩擦和磨损均比干摩擦时小。
2.6 摩擦、磨损和润滑
流体摩擦
摩擦副表面间被一层压力流体完全隔开时的摩擦称为流体摩擦[图(c)]。摩擦只产 生于流体内部分子间，摩擦系数很小，是理想的摩擦状态。
3.机械零件的失效原因：
(1)强度不够，发生断裂，如轮齿折断； (2)刚度不够，发生过度的弹性变形，如轴的挠度和转角过大； (3)磨损严重，使零件损坏或丧失精度，如轮齿过度磨损； (4)摩擦力不够，如带传动打滑； (5)强烈的共振，如轴所受干扰力频率接近自振频率时将引起共 振，等等。
2.2 机械零件设计的基本知识
2.6 摩擦、磨损和润滑
混合摩擦
处于边界摩擦与流体摩擦的混合状态称为混合摩擦[图(d)]。混合摩擦时，大部 分摩擦面处于流体摩擦，少量表面轮廓峰直接接触。其摩擦系数要比边界摩擦 小得多。
2.6 摩擦、磨损和润滑
2.6.2 磨损
1.磨损：摩擦使零件表面材料逐渐损失的现象称为磨损。 2.耐磨性：材料抵抗磨损的能力称为耐磨性。 3.磨损量：被磨损去的表面厚度称为磨损量。 4.磨损过程： 一般机械零件的磨损过程分为：磨合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。
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第1章机械设计基础概论
1.1机器的组成
一、常用专业名称及其意义
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、物料与信息转换和传递的装置，称为机器；
机构：若只能用来运动力或以改变运动形式的机械传动装置，则称为机构，如连杆机构、齿轮机构等。
从运动的观点来看，机器与机构之间并无区别，所以通常将机器和机构统称为机械。
构件：组成机器的各个相对运动的单元体称为构件。
构件可以是单一的零件，如曲轴，也可以是几个零件组成的刚性结构，如内燃机的连杆（见书图1-3）。
构件是最小的运动单元，零件是最小的制造单元。
部件：通常把为协同完成某一功能而装配在一起的若干个零件的装配体称为部件，
部件是装配的单元。
如联轴器、轴承、减速器等。
“机械零件”：常用来泛指零件和部件。
“通用零件”：各种机器中普遍使用的零件称为通用零件，如螺钉、齿轮、轴等；
“专用零件”：只在某些特定类型的机器中才使用的零件，称为专用零件，如发动机中的曲轴和活塞、汽轮机的叶片、纺织机的织梭等。
二、机器中常用机构
机器中常用的机构有：带传动机构、链传动机构、齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构和间歇机构等。
另外，还有组合机构。
一部机器，特别是自动化机器，要实现较为复杂的工艺动作过程，往往需要多种类型的机构。
例如，牛头刨床含有带传动机构、齿轮机构、连杆机构、间歇机构和螺旋机构等五种机构；内燃机的传动部分由曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构组成（见书图1-2）。
三、机器的分类
按照用途的不同，可把机器分为动力机器、工作机器和信息机器。
动力机器用来实现其他形式的能量与机械能间的转换。
如内燃机、涡轮机、电动机、发电机等；
工作机器用来做机械功或搬动物品，即变换物料。
如金属切削机床、轧钢机、织布机、收割机、汽车、机车、飞机、起重机、输送机等；
信息机器用来获取或变换信息。
如照相机、打字机、复印机等。
四、机器的组成
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现代机器一般由动力装置、传动装置、执行装置和操纵控制装置四个部分组成。
此外，还有必要的辅助装置。
前三种装置为机器的基本组成部分。
1．动力装置
动力装置是机器的动力来源，有电动机、内燃机、燃气轮机、液压马达、气功马达等。
现代机器大多采用电动机，而内燃机主要用于运输机械、工程机械、工程机械和农业机械。
2．传动装置
传动装置将动力装置的运动和动力变换成执行装置所需的运动形式、运动和动力参数，并传递到执行部分。
机器中的传动有机械传动、液压传动、气压传动和电力传动。
机械传动应用最多。
3．执行装置
执行装置是直接完成机器预定功能的工作部分，如车床的卡盘和刀架、汽车的车轮、船舶的螺旋桨、带式输送机的输送带等。
4．操纵、控制及辅助装置
操纵和控制装置用以控制机器的起动、停车、正反转、运动和动力参数改变及各执行装置间的动作协调等。
自动化机器的控制系统能使机器进行自动检测、自动数据处理和显示、自动控制和调节、故障诊断和自动保护等。
辅助装置则有照明、润滑和冷却装置等。
1.2本课程的内容、性质和任务
一、本课程的研究对象
本课程研究的对象是一般工作条件下的常用机构和通用机械零、部件。
本课程是机械类和近机类各专业的一门主干技术基础课。
旨在培养工程技术人员职业岗位所需的通用机械零件和常用机构的基本知识、基本理论和基本技能，使之基本具有分析、运用和维护机械传动和机械零件的能力，为今后解决生产实际问题及学习有关新的科学技术打下基础。
二、本课程的基本要求
本课程的主要任务是通过本课程的教学，应使学生达到下列基本要求；
●熟悉常用机构和通用机械零件的结构、工作原理、特点和应用；
●掌握通用零件机构和设计的基本方法，初步具有设计简单机械传动装置的能力；
●具有本课程有关的解题、计算、绘图、执行国家标准和较熟练使用有关技术资料的能力；
●基本具有测绘、装拆、调整、检测一般机械装置的技能；
●基本具有使用、维护机械传动装置的能力；
●初步具有分析和处理机械一般问题的能力；
●初步具有在本课程中应用计算机的能力；
●了解有关技术经济政策和法规，掌握科学的工作方法和思想，具有严谨的工作作风、刻苦钻研精神和创新精神。
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1.3 机器应满足的要求和设计制造程序
１.3.1 机器应满足的要求
一般来说，机器应满足下列要求。
1．使用要求
机器应用规定的使用期限内保证实现预定的功能，达到规定的性能。
这项要求主要靠合理地选择机器的工作原理，正确地设计传动方案，合理配置辅助系统等来实现。
2．经济性要求
机器的经济应体现并贯穿在设计、制造和使用的全过程，以求获得最高的经济效益。
在设计阶段，采用先进的现代设计方法，使设计参数精确并最优化。
3．社会要求
对机器的社会要求有以下几个方面：应满足人机工程学要求，；应满足安全运行要求；应满足工艺美学要求；应符合环保要求等。
4．可靠性要求
机器的设计、制造、管理、使用环节都影响机器的可靠性，而起决定性作用的则是设计阶段。
5．其他特殊要求
在满足以上基本要求的前提下，不同机械还有其特殊要求，如机床有长期保持精度的要求；食品机械的有防止污染的要求；大型设备有便于安装和运输的要求等。
1.3.2 机器设计、制造的一般程序
新产品从设计到投放市场，一般要经过六个阶段。
1．可行性研究阶段
2．方案设计阶段
3．技术设计阶段
（1）机器的运动学设计
（2）机器的动力学计算
（3）零件工作能力设计
（4）部件装配草图和总装草图设计
（5）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
3。