第1章 机械设计基础概述
机械设计基础各章知识点
机械设计基础各章知识点第一章：机械设计基础概述机械设计基础是机械工程学科的基础内容，是机械设计的理论和基本方法。
它包含了机械设计的基本原理、基本方法和基本规范，并介绍了机械设计的基本流程和设计过程中常用的软件和工具。
机械设计基础的学习对于理解和掌握机械设计的核心思想和基本技能具有重要意义。
第二章：机械工程材料机械工程材料是机械设计中非常重要的一部分内容。
机械工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料包括钢、铁、铝、铜等，非金属材料包括陶瓷、聚合物等。
机械工程材料的选择应根据设计要求、使用条件和成本等因素进行综合考虑。
第三章：机械零件设计机械零件设计是机械设计中的关键环节。
机械零件设计应遵循设计规范和原则，确保零件的功能和性能满足设计要求。
机械零件设计需要考虑零件的材料选择、尺寸设计、工艺性和可制造性等问题。
在进行机械零件设计时，还需要考虑零件与其他零件的配合、连接和传递力的问题。
第四章：机械传动基础机械传动是机械设计中的常见问题，它是将动力从一个部件传递到另一个部件的过程。
机械传动有很多种形式，包括齿轮传动、链传动、皮带传动等。
机械传动的设计需要考虑传动效率、传动比、传动扭矩和传动功率等因素。
第五章：机械结构设计机械结构设计是机械设计的一个重要方面。
机械结构设计包括机架、支撑件、外壳等结构的设计。
机械结构的设计应考虑结构的刚性、强度、稳定性和装配性等因素。
第六章：机械设计中的涉及计算机械设计中经常涉及到各种各样的计算。
比如，机械设计中常用的计算有力学计算、热传导计算、流体力学计算等。
机械设计中的计算需要掌握相应的计算方法和工具，以确保设计的正确性和可靠性。
第七章：机械设计中的创新方法机械设计中的创新方法是提高设计质量和效率的关键。
机械设计中的创新方法包括设计思维、设计过程和设计工具等。
在机械设计中，创新方法可以提高设计的可操作性、可靠性和适应性，同时也能够减少设计的时间和成本。
总结：机械设计基础各章知识点涵盖了机械设计的核心内容和基本方法。
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。
《机械设计基础》第1章
机械是机器和机构的总称。
常用机构：机器中广泛应用的机构。 如：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、间歇运动机 构。
凸轮机构
齿轮机构
间歇运动机构 连杆机构
二、构件和零件
构件：组成机器的若干个运动的实物。
单一零件——曲轴
多个零件的刚性组合——连杆
零件：机械中不可拆的制造单元体。
构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。
（2）执行部分：完成机械预定功能的部分。
（3）传动部分：把动力部分的运动和动力传递给执 行部分。 （4）控制部分：使操作者能随时实现或终止机器各 种预定功能的部分。
2.机 构
机构是用来传递运动和力；有一个构件为机架； 用运动副连接起来
机构主要用来传递或变换运动。
机器主要用来完成有用的机械功或转换机械能。
（A、B、C 三点不得共线）
如何求力系合力？
同在xOy平面内的六个力如图所示， 大小分别为F1=10N，F2=20 N， F3=12N，F4=10 N，F5=30N， F6=12N，求合力的大小。
第一步：将力投射到xy轴上
如何求力系合力？
第二步：分别求各力在X和Y轴上的值
如何求力系合力？
第三步：求合力（注意方向）
为研究对象。
2）以内力代替另一部分对研究对象的作用。 3）对研究对象列出平衡方程，求解内力。
应力概念—单位面积上所受的内力
应力描述了内力在横截面上的分布情况和密集程度，可以判 断构件强度
[例] 图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为5F、8F、4F、 1F 的力，方向如图，试画出杆的轴力图。 O A FA FN1 A B FB B C FC C D FD D
扳手
螺丝起子
机械设计第一章
▪ 三、机器的组成 ▪ 机器由五部分组成，主要包括： ▪ 动力系统：动力系统包括动力机及其配套装置；它的功能
是向机器提供运动和动力，是机械系统的动力源。 ▪ 执行系统:执行系统包括若干执行机构，它的功能是驱动
▪ 运动副：机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件 的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直 接接触的活动连接称为运动副。两构件直接参与接触而构成运动副的 部分——点、线或面称为运动副元素。
▪ 运动链：两个以上的构件通过运动副联接而成的系统称为运动链。运
动链分为闭式运动链和开式运动链两种。所谓闭式运动链是指组成运动链 的每个构件至少包含两个运动副，组成一个首末封闭的系统；开式运动链 的构件中有的构件只包含一个运动副，它们不能组成一个封闭的系统。
▪ 三、机械零件的结构工艺性 ▪ 机械零件的结构工艺性是指零件在制造、装配、维修等方面的
难易程度。它是评价零件结构设计是否合理的主要技术经济指标。
▪ 零件的结构工艺性应从毛坯制造、热处理、机械加工和装配等 几个生产环节加以考虑。
▪ 1.选择合理的毛坯 ▪ 2.结构简单、便于加工 ▪ 3.便于安装、维修 ▪ 另外，要设计出结构工艺性好的零件，设计者还必须与工艺技
用来传递力、运动或转换运动形式的系统，称为机
构。大多数机器都是由若干基本机构组成，实现预
定的运动。
▪
机器与机构总称为机械。
▪
▪ 二、零件、部件和构件
• 机械零件可分为两大类：一是在各种机器中都能 用到的零件，叫通用零件，如齿轮、螺栓、轴等； 另一类则是在特定类型的机器中才能用到的零件， 叫专用零件。此外，常把由一组协同工作的零件 组成的独立制造装配的组合件叫部件。
机械设计基础概论
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机械设计基础概论
§1.5 本课程的研究内容、性质及任务
• 本课程研究的内容：
常用机构、常用的传动和通用的零部件的工作 原理、结构特点、基本设计理论、计算方法和国 家标准的应用等内容。
• 本课程的性质
机械设计基础是建立在画法几何及机械制 图、理论力学、材料力学、工程材料及金 工等课程的基础上的一门技术基础课。
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机械设计基础概论
§1.3 机械零件的材料及其选用
•常用材料
常 用 的 材 料
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1、金属材料—力学性能较好，能满足机械零 件的多种性能和用途要求，应用广泛。
2、高分子材料—原料丰富，耐腐蚀性较好， 主要用于化工设备和冷冻设备中。
3、陶瓷材料—硬度高，耐磨，耐腐蚀，熔点高， 主要用于切削刀具等结构中。
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零件表面在受到各种腐蚀、磨损和接触疲劳 而产生的表面破坏失效。
如：滑动轴承的润滑得不到保障将产生过热、 胶合、磨损等形式的失效；带传动在外载荷 超过极限摩擦力时将发生打滑失效等。
机械设计基础概论
1.4.2机械零件的设计准则
设计准则
•强度准则、刚度准则 •寿命准则 •振动稳定性准则 •可靠性准则
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失效形式及设计计算准则
1.4.1机械零件的主要失效形式
整体断裂
零件在外载荷作用下，由于某一危险截面的 应力超过零件的强度极限而发生的断裂。
过大的残 余变形
零件上的应力超过了材料的屈服极限产生的 过大残余变形而导致的失效。
零件的表 面破坏
正常工作 条件破坏
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。
机械设计基础第一章
机械设计基础第一章：绪论1.1引言机械设计是机械工程领域的重要组成部分，它涉及到机械产品的构思、设计、分析、制造、试验和优化等方面。
机械设计基础是机械工程专业的基础课程，旨在为学生提供机械设计的基本理论和实践方法。
本章将介绍机械设计的基本概念、设计过程、设计方法和设计原则，为后续章节的学习奠定基础。
1.2机械设计的基本概念机械设计是指根据产品功能、性能、可靠性和经济性等要求，运用科学理论和工程技术，进行机械系统的构思、分析和计算，并最终形成设计方案的过程。
机械设计的目标是创造具有优良性能、可靠性和经济性的机械产品。
1.3机械设计过程机械设计过程是一个复杂而有序的创造性工作过程，它包括需求分析、方案设计、详细设计、制造和试验等阶段。
需求分析阶段是确定设计任务和目标，明确产品功能和性能要求；方案设计阶段是形成设计方案，包括选择合适的机构和结构形式；详细设计阶段是进行零件和装配图的绘制，确定零件的尺寸和形状；制造阶段是将设计方案转化为实际产品；试验阶段是对产品进行性能测试和可靠性验证。
1.4机械设计方法机械设计方法是指在机械设计过程中采用的科学方法和工程技术。
常用的机械设计方法包括经验设计法、计算设计法和优化设计法。
经验设计法是基于设计经验和常识进行设计的方法；计算设计法是通过数学模型和计算方法进行设计的方法；优化设计法是通过优化算法和计算机辅助设计软件进行设计的方法。
1.5机械设计原则机械设计原则是指在机械设计过程中应遵循的基本原则和规范。
机械设计原则包括可靠性原则、安全性原则、经济性原则、环保性原则和创新性原则。
可靠性原则要求机械产品具有稳定的性能和长的使用寿命；安全性原则要求机械产品在使用过程中不会对人员和环境造成伤害；经济性原则要求机械产品在成本和效益方面具有竞争力；环保性原则要求机械产品对环境的影响最小化；创新性原则要求机械产品具有新颖的结构和功能。
1.6机械设计的基本要求机械设计的基本要求包括功能要求、性能要求、可靠性和耐久性要求、经济性要求、安全性和环保性要求。
机械设计基础第一章
用途
冲压、焊接、渗碳工件
要求良好强度韧性的 各种重要结构零件
高碳钢
合 金 钢 低合金钢 中合金钢 高合金钢
＞0.6%
— — —
—
＜5% 5%-10% ＞10%
硬度高
— — —
工具、模具、量具
多种用途
2）按质量分类
名称 普通钢 优质钢
高级优质钢 3）按用途分类 名称 结构钢 工具钢 特殊性能钢
Ws 不大于0.050% 不大于0.035%
第十三章
第十四章 第十五章
联轴器、离合器和制动器
螺纹联接和螺旋传动 机械的平衡和调速
第一章 绪论
§1.1 引言
§1.2 机械概述 §1.3 本课程的内容、性质和学习方法 §1.4 机械设计的基本要求和一般程序 §1.5 机械零件常用材料及其选择
§1.1 引言
一、机械及其发展历程
1、机械 机械是人类在长期的生产实践中创造出来的生产工具，它对人类社 会的进步起到了至关重要的推动作用。 2、机械的发展历程 从杠杆、斜面、滑轮的应用，到蒸汽机、内燃机、电动机的发明， 及汽车飞机等各种机械的不断创新；现代的机械手、机器人的设计、制 造 和应用，使机械科学技术产生了质的飞跃。
§1.5 机械零件常用材料及其选择
机械零件常用材料主要是金属材料，其中较多的是黑色金属。
一、常用金属材料 （一）钢
0.0218%＜Wc≤2.11%的铁碳合金
1、钢的分类 1）按化学成分分类
种类 碳 素 钢
名称
低碳钢 中碳钢
Wc
＜0.25%
0.25%-0.6%
Wme
— —
性能
塑性好 强度韧 性较好
单缸内燃机
机械设计基础 课件 第1章 机械设计基础概论
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
课程的特点 更接近工程实际
知识面更宽，适应性更广
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.4 机械零件的失效形式及设计准则 1、机械零件的主要失效形式
断裂：零件在拉、弯、扭载荷作用下 ，当 [ ] 或 [ ]
机 器
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论
1.2 机械的组成
辅助系统（润滑、显示 、照明等
原动机
传动系统
工作机
控制系统
原动机： 驱动机器完成预定功能的动力源 工作机： 完成机器预定功能的组成部分 传动系统：传递运动和动力 。有机械传动、电力传动和液力传动等。 本课程只研究机械传动。
《机械设计基础》 第2版
1.机构的组成分析
机构如何表达？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构具有确定 运动条件？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
2.常用机构的分析与设计
工作原理 结构特点 运动动力性能 设计方法
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
构件是如何 组成机构的？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
1.机构的组成分析
机构的组成 要素？
《机械设计基础》 第2版
第1章 机械设计基础概论 1.3 本课程研究的对象和任务
《机械设计基础》 第2版
机械设计基础知识概述(全)
金属材料受外力作用时引起的形状改变称为变形。变形分为弹性变形（当外力取消后，变形消失并恢复到原来形状）和塑性变形（当外力除去后，不能恢复到原来形状，保留一部分残余形变）。
当金属材料受外力作用时，其内部还将产生一个与外力相对抗的内力，它的大小与外力相等，方向相反。单位截面上的内力称为应力。在拉伸和压缩时应力用符号σ表示。
σ=P/F
式中： σ—应力，MPa;
P — 拉伸外力，N；
F — 试样的横截面积，mm2。
2、强度
强度是金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。强度可通过拉力试验来测定。将图（a）所示标准样安装在拉力试验机上，对其施加一个平稳而无冲击逐渐递增的轴向拉力，随着拉力的增加试样产生形变如图（B）直到断裂如图（C）。
碳素钢中还含有少量的硅、锰、硫、磷，它们对钢的组织和性能也有很大影响。硅和锰是有益元素，可溶于α-Fe内，使钢的强度和硬度提高。硫和磷是有害元素。硫以FeS的形式存在，削弱了晶粒间连接，在轧制或锻造时会造成钢材开裂，此现象称为热脆性。磷可与α-Fe相溶，形成脆性很大的Fe3P，使钢在高温下塑性和韧性急剧下降，此现象称为冷脆性。
大多数金属在固态下的晶格保持不变，但是有些金属，如铁、锌、锑、锰、钼等在固态下，随着温度的变化，其晶体结构还会发生转变，这种晶体形式的转变称为同素异构转变。同素异构转变过程也是重结晶过程。如纯铁的溶点为1534℃和912℃时先后发生两次晶格形式的转变；①在1538～1394℃时为体心立方晶格，称为σ——铁，②1394～912℃为面心立方晶格，称γ——铁，③在912℃以下为体心立方晶格，称为α——铁。铁的同素异构转变是钢铁能够进行热处理的重要依据。
混合物是纯金属，固溶体或化合物按一定重量比例组成的均匀物质。混合物中多部分仍按自己原来的晶格形式结合而成晶体，显微镜下可区别出多组元的晶体。绝大多数工业用合金都是混合物，其性能取决于这些混合物多部分的性能及它们的形态、大小和分布。
机械设计基础第1章概述
2.可靠性要求 可靠性要求 使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时 间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、 间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不 丧失稳定性。 丧失稳定性。 能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 对于周围环境和人不造成危害和污染， 对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保证机 器对环境的适应性。 器对环境的适应性。 机器的可靠性的高低用可靠度R来衡量。 机器的可靠性的高低用可靠度 来衡量。 来衡量 可靠度：在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件 可靠度：在规定的使用时间（寿命） 下机器能够正常工作的概率。 下机器能够正常工作的概率。
两个齿轮用来保证进、 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动 称为： 作，称为： 齿轮机构
各部分协调动作的结果： 各部分协调动作的结果： 化学能 机械能
第1章 机械设计基础概述
1.1机械设计的基本要求和一般过程 1.1机械设计的基本要求和一般过程 1.1.1机械设计的基本要求 机械设计的基本要求
构件与零件
组成机械的各个相对运动的机件,是机械的运动单元 构件 组成机械的各个相对运动的机件,是机械的运动单元 .如汽车的轮子,车床的主轴. 如汽车的轮子,车床的主轴.
可能是由一个零件构成， 可能是由一个零件构成， 但通常是由若干个零件刚性联接而成。 但通常是由若干个零件刚性联接而成。
机械设计基础知识
三、设计准则
三、工作能力准则（设计准则） 工作能力准则：预定使用寿命期限内，零件安全工作的限度 --承载能力指标、受失效形式限制、确定零件尺寸的依据 四、常用设计准则（Design criteria ) 1、强度准则 强度—抗整体断裂、接触疲劳、塑变的能力 强度准则：（基本准则） σ≤[σ] ；τ ≤[τ] 2、刚度准则 刚度—抗弹变能力 刚度准则：y≤[y] 、θ≤[θ]
2、材料的疲劳曲线σrN –N（Curve of fatigue ） σrN σrN1
A
有限寿命区
m rN N C
无限寿命区
σrN2 σrN0
o
103 N1 N2
B
r
C
N0
N
σr— 疲劳极限
m、C—系数
N0—循环基数
设计寿命N≥N0时：材料σlim= σr
设计寿命N<N0时：材料σlim= ？
2、绝对尺寸
尺寸效应: 尺寸增加，疲劳极限 降低
绝对尺寸系数:
3、表面状态
直径 d 试样疲劳极限 ( 1 )d 1 标准试样疲劳极限 1
表面状态效应：表面粗糙，疲劳极限降低 表面状态系数:
某种表面状态试样疲劳 极限 ( 1 ) 1 标准试样疲劳极限 1
一、载荷与应力 (Load and stress)
1、载荷分类
（1）载荷性质
静载荷： F (t ) 常矢 F
变载荷： F (t ) 变矢 F
原动机功率 名义载荷：F
F F
t
t t
周期
F 随机
公式推算
（2）载荷算法
工作机阻力 （理想工况）
F
计算载荷：Fca=K F 载荷系数：K—考虑外载变化、零件上载荷不均等影响
机械设计基础ppt第一章
力矩与力矩平衡
力矩是力与力臂的乘积，它对物 体产生旋转运动或平衡状态的作 用。在静力学中，我们通过分析 力矩的平衡来研究物体的平衡状
态。
动力学基础
01
动力学基本概念
动力学是研究物体运动状态变化规律的学科。在动力学中，我们主要关
注物体的加速度、速度和位移等运动参数pt第一章
• 机械设计概述 • 机械零件的类型与功能 • 机械设计材料选择 • 机械设计中的力学基础 • 机械设计制图与标准
01
机械设计概述
机械设计的定义与特点
总结词
机械设计是一种将理论和实践相结合的过程，旨在创造满足特定需求的机械设备 。
详细描述
机械设计涉及对机械系统的整体设计和详细设计，包括对机械的工作原理、结构 、材料、制造工艺等方面的研究和规划。机械设计的特点在于其将理论和实践相 结合，需要综合考虑多种因素，如功能、性能、成本、可靠性等。
VS
详细描述
轴承类零件是支撑和引导轴类零件的重要 元件，主要作用是减小摩擦和磨损，提高 机械效率和使用寿命。轴承通常由内圈、 外圈和滚动体组成，根据不同的工作需求 和应用场景，轴承有多种类型，如深沟球 轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承等。
弹簧类零件
总结词
吸收和释放能量的弹性元件
详细描述
弹簧类零件是吸收和释放能量的弹性元件， 广泛应用于各种机械中，起到减震、缓冲和 平衡的作用。根据不同的工作需求和应用场 景，弹簧有多种类型，如螺旋弹簧、板弹簧 和橡胶弹簧等。弹簧通常由高弹性材料制成， 如钢丝、不锈钢和天然橡胶等。
橡胶
具有弹性好、耐磨损和隔 震等特性，用于制造密封 件、减震器和轮胎等。
陶瓷
硬度高、耐高温和化学稳 定性好，用于制造刀具、 发动机零件和耐腐蚀设备 等。
《机械设计基础》第1章机械设计基础概述
《机械设计基础》第1章机械设计基础概述在我们的日常生活和工业生产中，机械产品无处不在。
从简单的工具如螺丝刀、扳手，到复杂的机器如汽车、飞机，机械的应用涵盖了各个领域。
而要理解和创造这些机械产品，就需要掌握机械设计的基础知识。
机械设计是一门综合性的学科，它融合了工程力学、材料科学、机械制造技术、自动化控制等多个领域的知识。
其目的是设计出能够满足特定功能要求、工作可靠、成本合理、操作方便的机械产品。
在机械设计的过程中，需要考虑许多因素。
首先是功能需求，即机械产品要完成什么样的任务。
例如，一台洗衣机需要能够洗净衣物，同时还要具备节约用水、节能、低噪音等特点。
其次是性能要求，这包括机械的精度、强度、刚度、稳定性、耐久性等方面。
例如，机床需要有很高的加工精度，起重机需要有足够的强度来吊起重物。
材料的选择也是机械设计中的一个重要环节。
不同的材料具有不同的性能特点，如强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性等。
在选择材料时，需要根据机械零件的工作条件和要求来综合考虑。
例如，对于承受重载和高冲击的零件，通常会选择高强度的合金钢；而对于一些需要防锈和防腐蚀的零件，则可能会选择不锈钢或铝合金。
机械零件的结构设计也是至关重要的。
一个合理的结构设计不仅能够保证零件的功能和性能，还能够便于制造、安装和维修。
在设计结构时，需要考虑零件的受力情况、加工工艺、装配关系等因素。
例如，为了减少应力集中，零件的截面形状通常会设计成圆形、椭圆形或流线型；为了便于装配，会在零件上设计定位基准和装配基准。
机械运动方案的设计是机械设计的核心内容之一。
它决定了机械的工作原理、运动方式和动力传递方式。
在设计运动方案时，需要根据机械的功能要求和工作条件，选择合适的机构和传动方式。
例如，对于需要实现往复直线运动的机械，可以选择曲柄滑块机构或凸轮机构；对于需要实现较大传动比和精确传动的机械，可以选择齿轮传动或蜗杆传动。
机械设计还需要考虑标准化和系列化的问题。
机械设计基础第1章
机械零件的材料选择与处理
常用材料
钢、铸铁、有色金属及其合金等，根据零件的工作条件和性能要求 选择合适的材料。
材料处理
包括热处理、表面处理等，用于改善材料的力学性能和耐磨性。例 如，淬火、回火、渗碳等热处理方法可以提高钢的强度和硬度；喷 涂、电镀等表面处理方法可以提高零件的耐腐蚀性和美观度。
03
机械传动设计基础
计算机辅助设计（CAD）
01
利用CAD软件进行建模、分析和优化，提高设计效率和准确性。
有限元分析（FEA）
02
通过FEA方法对机械结构进行强度和刚度分析，优化设计方案。
仿真技术
03
运用仿真软件对机械系统进行动态模拟，预测性能并优化设计
方案。
机械设计实践案例分析
案例一
高性能机械零部件设计。通过 创新的结构设计和材料选择， 实现零部件的高性能化和轻量 化。
机械零件的设计准则
功能准则
确保零件能够满足机器所需的功 能要求，如传递动力、支撑负载
等。
强度准则
保证零件在正常工作条件下具有 足够的强度和刚度，以承受各种 应力和变形。
耐磨性准则
根据零件的工作条件和摩擦情况， 选择合适的材料和表面处理方式， 以提高零件的耐磨性。
工艺性准则
考虑零件的制造工艺和加工方法， 确保设计的零件易于制造和加工。
机械设计基础第1章
目
CONTENCT
录
• 机械设计概述 • 机械零件设计基础 • 机械传动设计基础 • 机构设计基础 • 机械设计中的力学问题 • 机械设计中的创新方法与实践
01
机械设计概述
机械设计的定义与重要性
01
02
03
04
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第一节 本课程研究的对象和内容
二、机构
机构与机器的区别在于机构主要用来传递或变换运动.而机器 机构与机器的区别在于机构主要用来传递或变换运动 而机器 却能完成有用的机械功或转换机械能。 却能完成有用的机械功或转换机械能。我们把机构和机器统 称为机械。 称为机械。 机器中广泛应用的机构称为常用机构.如连杆机构 齿轮机构、 如连杆机构、 机器中广泛应用的机构称为常用机构 如连杆机构、齿轮机构、 凸轮机构、带传动机构和间歇运动机构等。 凸轮机机械设计的基本要求和一般 过程
3.满足工艺要求 满足工艺要求 设计机器时应尽量减少零件的数量.尽可能地采用标准件 尽可能地采用标准件.使 设计机器时应尽量减少零件的数量 尽可能地采用标准件 使 装配及维修简单等。 装配及维修简单等。 4.满足劳动保护要求 满足劳动保护要求 操作方便有利于减轻操作人员的劳动强度.能实现对操作人员 操作方便有利于减轻操作人员的劳动强度 能实现对操作人员 的防护.保证人身安全和身体健康 保证人身安全和身体健康。 的防护 保证人身安全和身体健康。对于技术系统的周围环境 和人为导致造成污染和危害， 和人为导致造成污染和危害，同时要保证机器对环境的适应 性。 5.满足其他特殊要求 满足其他特殊要求 必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同.而对设计提出某 必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同 而对设计提出某 些特殊要求。例如.药品 食品和纺织机械要求防止产品污染. 药品、 些特殊要求。例如 药品、食品和纺织机械要求防止产品污染 航空航天机械要求减轻质量等。 航空航天机械要求减轻质量等。
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第一节 本课程研究的对象和内容
一部完整的机器主要由以下几部分组成。 一部完整的机器主要由以下几部分组成。 (1)原动部分 是机器的动力来源 常用的原动机有电动机、 原动部分:是机器的动力来源 常用的原动机有电动机、 原动部分 是机器的动力来源.常用的原动机有电动机 内燃机等。 内燃机等。 (2)执行部分 处于整个机器传动路线的终端 是直接完成工 执行部分:处于整个机器传动路线的终端 执行部分 处于整个机器传动路线的终端.是直接完成工 作任务的部分。 作任务的部分。 (3)传动部分 把原动机的运动和动力传递给执行部分。 传动部分:把原动机的运动和动力传递给执行部分 传动部分 把原动机的运动和动力传递给执行部分。 (4)控制部分 使操作者能随时实现或终止机器各种预定功 控制部分:使操作者能随时实现或终止机器各种预定功 控制部分 能的部分。 能的部分。
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第一节 本课程研究的对象和内容
4.课程的学习任务 课程的学习任务 本课程的主要任务是通过课堂学习、习题、 本课程的主要任务是通过课堂学习、习题、课程设计和课程 实验、实训等教学环节.使学生掌握如下的学习目标 使学生掌握如下的学习目标: 实验、实训等教学环节 使学生掌握如下的学习目标 (1)掌握物体机械运动的一般规律及常用机构的工作原理、 掌握物体机械运动的一般规律及常用机构的工作原理、 掌握物体机械运动的一般规律及常用机构的工作原理 运动特性和运动设计的方法; 运动特性和运动设计的方法 (2)掌握构件承载能力的计算方法及通用零、部件的原理分 掌握构件承载能力的计算方法及通用零、 掌握构件承载能力的计算方法及通用零 设计计算方法和选用的基本知识; 析、设计计算方法和选用的基本知识 (3)树立正确的设计思想 了解机械设计的一般规律 树立正确的设计思想.了解机械设计的一般规律 树立正确的设计思想 了解机械设计的一般规律; (4)初步具备一般简单机械的维护、改进和设计能力 初步具备一般简单机械的维护、 初步具备一般简单机械的维护 改进和设计能力; (5)具有运用标准、规范、手册及查阅有关技术资料的能力 具有运用标准、 具有运用标准 规范、手册及查阅有关技术资料的能力.
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第二节 本课程的学习方法
(4)计算步骤和计算结果常‘常不像基础课具有唯一性。 计算步骤和计算结果常‘常不像基础课具有唯一性。 计算步骤和计算结果常 (5)计算对解决设计问题虽然很重要 但并不是唯一所要求的 计算对解决设计问题虽然很重要.但并不是唯一所要求的 计算对解决设计问题虽然很重要 能力。学生必须逐步培养把理论计算与结构设计、 能力。学生必须逐步培养把理论计算与结构设计、工艺等结 合起来解决设计问题的能力。 合起来解决设计问题的能力。
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第二节 本课程的学习方法
(2)学生一接触本课程就会产生“‘没有系统性”、“‘逻 学生一接触本课程就会产生“‘没有系统性” “‘逻 学生一接触本课程就会产生“‘没有系统性 辑性差”等错觉.这是由于学生习惯了基础课的系统性所造成 辑性差”等错觉 这是由于学生习惯了基础课的系统性所造成 本课程中.虽然不同研究对象所涉及的理论基础不同 虽然不同研究对象所涉及的理论基础不同.且 的。本课程中 虽然不同研究对象所涉及的理论基础不同 且 相互之间无多大关系.但最终的研究目的却只有一个 但最终的研究目的却只有一个.即设计 相互之间无多大关系 但最终的研究目的却只有一个 即设计 出能应用的机构、零件等。 出能应用的机构、零件等。本课程的各部分内容都是按照工 作原理、结构、强度计算和使用维护的顺序介绍的.有其自身 作原理、结构、强度计算和使用维护的顺序介绍的 有其自身 的系统性.学习时应注意这一特点 学习时应注意这一特点。 的系统性 学习时应注意这一特点。 (3)由于实践中的问题很复杂 很难用纯理论的方法来解决。 由于实践中的问题很复杂.很难用纯理论的方法来解决 由于实践中的问题很复杂 很难用纯理论的方法来解决。 因此.常 常采用很多经验公式、参数及简化计算等.这往往 因此 常‘常采用很多经验公式、参数及简化计算等 这往往 会给学生造成“‘不讲道理” “‘不讲道理 没有理论”等错觉.这一点 会给学生造成“‘不讲道理”、“没有理论”等错觉 这一点 必须在学习过程中逐步适应。 必须在学习过程中逐步适应。
第一章 机械设计基础概述
第一节 本课程研究的对象和内容 第二节 本课程的学习方法 第三节 机械设计的基本要求和一般过程 第四节 机械零件的失效形式和设计计算准则 机械零件的工艺性和标准化、 第五节 机械零件的工艺性和标准化、系列化 和通用化
第一节 本课程研究的对象和内容
一、机器及其组成
机器具备3个特征 机器具备 个特征: 个特征 (1)它们都是人为的各种实物 构件 的组合体。 它们都是人为的各种实物(构件 的组合体。 它们都是人为的各种实物 构件)的组合体 (2)组成机器的各实物 构件 间具有确定的相对运动。 组成机器的各实物(构件 间具有确定的相对运动。 组成机器的各实物 构件)间具有确定的相对运动 (3)能够代替或减轻人的劳动 完成有用的机械功或者实现能 能够代替或减轻人的劳动.完成有用的机械功或者实现能 能够代替或减轻人的劳动 量转换。 量转换。
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第一节 本课程研究的对象和内容
四、本课程研究的对象和内容
1.课程的地位和作用 课程的地位和作用 机械设计基础课程是机械类、 机械设计基础课程是机械类、机电类及近机械类专业一门必 修的技术基础课.在教学计划中起着承前启后的桥梁作用 在教学计划中起着承前启后的桥梁作用.是 修的技术基础课 在教学计划中起着承前启后的桥梁作用 是 学习专业课程和从事机械产品设计的必备基础。 学习专业课程和从事机械产品设计的必备基础。本课程的作 用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、 用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本 方法.使学生具备一般机械设备的维护 改进和设计能力。 使学生具备一般机械设备的维护、 方法 使学生具备一般机械设备的维护、改进和设计能力。
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第二节 本课程的学习方法
本课程是从理论性、 本课程是从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实 践性较强的专业课过渡的一个重要的转折点。因此.学生学习 践性较强的专业课过渡的一个重要的转折点。因此 学生学习 本课程时必须在学习方法上有所转变.应注意以下几个特点 应注意以下几个特点。 本课程时必须在学习方法上有所转变 应注意以下几个特点。 (1)本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去 解决 本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去.解决 本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去 有关实际的问题。本课程要综合运用高等数学、工程力学、 有关实际的问题。本课程要综合运用高等数学、工程力学、 金工实习、制图、 金工实习、制图、互换性与技术测量等课程的基本知识去解 决常用机构、 决常用机构、通用零件的设计等问题因此先修课程的掌握程 度直接影响到本课程的学习。 度直接影响到本课程的学习。
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第三节 机械设计的基本要求和一般 过程
一、机械设计的基本要求
机械的类型很多.但其设计的基本要求大致相同。 机械的类型很多 但其设计的基本要求大致相同。主要有以下 但其设计的基本要求大致相同 几点。 几点。 1.满足预定功能的要求 满足预定功能的要求 这是指能够按照预期的技术要求顺利地执行机械的全部职能. 这是指能够按照预期的技术要求顺利地执行机械的全部职能 如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、 如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需 要传递的功率.以及某些使用上的特殊要求 如耐高温、 以及某些使用上的特殊要求(如耐高温 要传递的功率 以及某些使用上的特殊要求 如耐高温、防潮 等)。 。 2.满足经济性要求 满足经济性要求 机械的经济性是指在设计、制造上成本低.使用上效率高 使用上效率高.能 机械的经济性是指在设计、制造上成本低 使用上效率高 能 源和辅助材料消耗少.维护及管理费用低等 维护及管理费用低等。 源和辅助材料消耗少 维护及管理费用低等。
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第一节 本课程研究的对象和内容
三、构件、零件 构件、
组成机构的构件可以是一个零件(如齿轮机构中的一个齿轮 组成机构的构件可以是一个零件 如齿轮机构中的一个齿轮). 如齿轮机构中的一个齿轮 也可以是由几个零件构成的刚性组合体。 也可以是由几个零件构成的刚性组合体。 显然.构件是独立运动的单兀体 零件是加工制造的单兀体.是 构件是独立运动的单兀体;零件是加工制造的单兀体 显然 构件是独立运动的单兀体 零件是加工制造的单兀体 是 机器的最基本组成要索。 机器的最基本组成要索。各类机器中经常用到的零件称为通 用零件. 在专用机器中才能用到的零件称为专用零件。 用零件 在专用机器中才能用到的零件称为专用零件。