机械设计基础课件,高等教育出版社,第三版,汪信远

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非金属材料
塑料：传动件、摩擦片、轴承衬、密封件、壳体等； 橡胶：轮胎、传动带、软管、减振弹性元件等； 陶瓷：化工容器、耐高温器件、绝缘件等； 皮革：带 木材：梭子
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选材原则
物理机械性能满足零件的使用要求 满足制造工艺要求 成本低廉 材料品种尽量少，以便生产管理
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二、钢的热处理
将钢在固态下加热到一定温度，进行必要的 保温，然后采用不同的冷却速度冷却，以改 变钢的内部组织结构，从而得到所需性能的 工艺方法。 常用的热处理方法有：退火、正火、淬火及 回火、表面热处理
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铸铁 含碳量大于2％的铁碳合金
常用于制造承受压力的基础零件或形状复杂、 对力学性能要求不高的机械零件。
灰 铸 铁(HT) 碳主要以片状形式存在 可锻铸铁(KT) 碳主要以团状形式存在 球墨铸铁(QT) 碳主要以球状形式存在 合金铸铁
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有色金属合金
黑色金属（钢、铁）以外的金属及其合金。
具有一些特殊性能，如导电性、导热性、耐蚀 性、减摩性等。 常用的有铜合金、铝合金等，如弹簧、垫片等主 要用黄铜制造；各种容器、热交换器、活塞等用铝 合金制造。
锈钢、耐热钢等。
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钢按化学成分 碳素钢：其性能主要取决于含碳量（0.9％、1.35％） 低碳钢（含碳量≤0.25％） 中碳钢（含碳量＞0.25～0.6％） 高碳钢（含碳量＞0.6％） 合金钢：为改善钢的性能，加入一种或几种合金元素，
常用的有锰、硅、镍、铬、钨、钒、钛及硼等
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机械常用钢种
碳素结构钢：用于制造一般要求的机械零件 优质碳素结构钢：用于制造比较重要的机械零件 合金结构钢：用于制造重要或有特殊要求的机械零件 铸钢：用于制造形状复杂、尺寸较大的零件
它们是人为实体的组合(组成) 各实体间具有确定的相对运动(运动) 能转换机械能或做有效机械功(作用)
机 构
机械：机器和机构的统称。
从运动学角度来说，机器和机构没有区别。
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机器：根据某种使用要求而设计的执行机械 运动的装置，用来变换或传递能量、物料与 信息。
电动机和发电机用来变换能量 加工机械用来变换物料的状态 起重机、运输机用来传递物料 计算机用来变换、传递信息
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1、铸造
铸件壁厚的均匀性
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铸件壁厚的过渡和连接
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2、锻造
×
√
48
自由锻件的结构工艺性
×
√
自由锻件的结构工艺性
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3、焊接
×
√
焊缝的分散布置
50
×
√
焊缝的对称布置
51
×
√
便于操作的焊缝位置
52
二、便于切削加工
×
√
减少加工面积
53
×
√
用钻头加工的孔
54
×
√
便于装夹工件
55
×
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退火：随炉冷却 正火：空气冷却 淬火：水或油中冷却 回火 低温回火(150～250℃) 中温回火(350～500℃) 高温回火(500～650℃)（调质处理）
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表面热处理
表面淬火：将机械零件表面迅速加热到淬火温度,
不等热量传递到中心，就快速冷却的热处理方法。
化学热处理：将机械零件放在某种化学元素的介
机械、机器、机构 构件、零件、部件
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1-气缸体 2-活塞 3-连杆 4-曲轴 5、6-齿轮 7-凸轮 8-进气阀推杆
内燃机（原动机）
热能→机械能（实现了能量的转换）
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颚式破碎机(工作机)
做有效机械功
1-机架；2-偏心轴；3-动颚； 4-肘板；5-定颚板；6-飞轮 7-驱动带轮
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共同特征
机 器
√
便于刀具进入
56
螺纹退刀槽
砂轮越程槽
刨刀越程槽
便于刀具退出
57
三、便于装拆和维修
×
√
58
留出装入螺钉空间
×
√
留出扳手工作空间
59
×
√
接合面不宜过多
60
×
√
便于维修
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本章主要内容
机器，机构，机械；构件，零件，部件 零件的失效、破坏 载荷，应力 许用应力，极限应力，安全系数 机械零件常用材料 钢的热处理，热处理方法 机械零件的结构工艺性
5
6
双螺杆挤出机
吹塑机
注塑机
电 子 万 能 试 验 机
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三千年前：出现简单的纺织机 汉代以后：指南车中利用了齿轮和轮系传动 东汉的张衡将连杆机构使用在人类第一台地震仪上
水排以鼓风炼铁
8
北宋时出现了世 界上第一座结构复 杂的活动天文台 ─“水运仪象台”， 用以观测天象、演 示天象和报时。
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本课程是一门技术基础课，是工科 必修的一门课程。它包括机械原理和 机械零件两部分。它以机械制图、工 程力学等课程为基础，并为后继相关 专业课程打基础。
极限应力σlim 静应力：脆性材料σlim＝σb(强度极限) 塑性材料σlim＝σs (屈服极限) 变应力：σlim＝σr(疲劳极限) 安全系数取值S
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§1-3 机械制造常用材料和钢的热处理
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一、机械零件常用材料
钢 铸铁 有色金属合金 非金属材料
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钢 含碳量小于2％的铁碳合金
钢按用途不同 结构钢：用于制造机械零件和工程结构的构件； 工具钢：用于制造量具、刃具和模具； 特种钢：具有特殊的物理、化学性能的钢，如不
质中加热和保温，使该元素的活性原子渗入到零件 表面的热处理方法。 有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
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§1-4 机械零件的结构工艺性
制造零件结构的难易程度。 结构工艺性良好：是指零件的结构在保证使用
性能的前提下，能用生产率高、劳动量小、材 料消耗少、成本低的方法制造出来。
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一、毛坯制造
铸造、锻造、焊接
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第一章
机械零件的强度
总 论
本课程的研究对象和内容
机械制造常用材料和钢的热处理 机械零件的结构工艺性
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§1-1 本课程的研究对象和内容
机器及基本组成 主要内容 学习目的和方法 机械设计的基本要求
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1.1.1 机器及基本组成
在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型 的机器。如内燃机、机床、汽车、火车、发电机、 洗衣机等等。什么是机器，其定义如何？
σ ≤ [σ ]
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一、载荷和应力
静载荷、变载荷 静应力、变应力 循环变应力：最大值σmax和最小值σmin 对称循环变应力 脉动循环变应力 非对称循环变应力
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二、许用应力和安全系数
许用应力：零件设计的最大条件应力 极限应力：构件或零件能够承受的最大应力
[σ ] =
σ lim
s
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S：安全系数（≥1）
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机械零件设计的基本要求
（1）使用要求：设计的零件应在预定的使用寿命周期内按
规定的工作条件可靠地工作。强度、刚度、耐磨、振动稳定 性、散热性、可靠性。
（2）工艺性要求
（3）经济性要求：经济性要求贯穿于零件设计的全过程，
关键要注意以下几点：合理选择材料；合理确定精度等级； 降低装配费用； 尽可能采用标准化的零、部件。
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失效
失效：机械零件由于某种原因不能正常工作。 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。此限度对载荷而言 时，称为承载能力。
失效并不简单等同于零件破坏。
如：靠摩擦力工作零件的打滑；高速旋转零件的振动； 失去紧密性的连接等。
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§1-2 机械零件的强度
强度：零件在载荷作用下抵抗破坏的能力, 是保证零件工作能力的最基本要求。
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1.1.2 主要内容
一般机械中的常用机构和通用零件的 工作原理、运动特点、结构特点、基 本设计原理和设计计算方法； 标准零件的选用原则和方法； 通用零件的使用维护知识。
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1.1.3 学习目的和方法
学习目的 （1）熟悉常用机构的工作原理，运动特性及机械设计 的基本理论和方法。 （2）基本掌握通用零件的工作原理、选用和维护等方 面的知识。 （3）初步具有运用标准手册，查阅相关技术资料的能 力，为学习后续专业课程打好基础。
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机构：由构件以可动联接方式联接起来的、用来传 递运动和力的构件系统。
构件：在机构中，进行相对运动的各个运动单元。 构件可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成 的刚性结构（零件间无相对运动）
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曲轴
连杆
1-连杆体 2-连杆盖 3、4、5-轴瓦 6-螺栓 7-螺母 8-开口销
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构件是运动的单元，零件是制造的单元 部件: 常把由一组协同工作的零件组成的独立 制造装配组合件，如减速器、离合器、制动 器等，部件是装配单元。
机械是现代社会进行生产和服务的五大要素 （即人、资金、能源、材料和机械）之一。任 何现代产业和工程领域都需要应用机械，人们 的日常生活也越来越多地应用和依赖各种机 械，如汽车、自行车、钟表、照相机、洗衣 机、冰箱、空调机、吸尘器，等等。
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神 舟 号 飞 船
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神舟7号飞船
神舟8号飞船
神舟9号飞船
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第一章 总论 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 第三章 平面连杆机构 第四章 凸轮机构及间歇运动机构 第五章 螺纹联接与螺旋机构 第六章 带传动和链传动 第七章 齿轮传动 第八章 轮系、减速器和无级变速器 第九章 轴和联轴器 第十章 轴承 第十一章 弹簧 第十二章 机械的平衡和调速 附录Ⅰ 极限与配合 附录Ⅱ 机械零件制造工艺简介
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学习方法 （1）一定要理论联系实际，多注意观察各 种机械设备，掌握各机构、零部件的基本原 理和结构。 （2）理解理解经验公式。
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1.1. 4 机械设计的基本要求
（1）实现预定功能 （2）满足可靠性要求 （3）符合经济合理性要求 （4）确保安全性要求 （5）推行标准化要求 （6）体现工艺造型美观要求