机械设计基础 精品PPT课件

第一章 绪论
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（一） 应力的类型和特点
静应力：应力的大小和方向不随时间而变化或变化缓慢 的应力。零件相应的失效形式为塑性变形或断裂。
交变应力：应力的大小和方向随时间作周期性变化的应 力。零件相应的失效形式为疲劳破坏。
例：
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常见变应力及其基本变化规律 σ
变应力参数 σmax — 最大应力 σmin — 最小应力 σm — 平均应力 σs — 应力幅 r — 变应力循环特性
辅助运动：配气 ——启闭进排气阀
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总结：
机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机 械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如
车床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机——转换能量 机械手——传递物料 照相机——传递信息
机构：仅能传递或转换运动。如
齿轮机构——传递运动 凸轮机构——转换运动
机械：是机器和机构的总称。
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二、机械的特征
1、机器的特征
1）人为的实物组合——由人工组合的构件系统 2）各实物间具有确定的相对运动
如 活塞—缸体：往复运动 曲轴—缸体：转动 连杆—曲轴：摆动
3）实现能量转换或完成有效的机械功
如 内燃机：热能→机械能 发电机：机械能→电能 电动机：电能→机械能
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照相机
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凸轮机构
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齿轮机构
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棘轮机构
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一、机械、机器和机构
进气阀3
机器实例：内燃机
1、功能：内燃机是 将燃气燃烧时的热能转 化为机械能的机器。
活塞2
顶杆8 连杆5
曲轴6
2、组成包含三种机 曲柄滑构块：机构，将活塞往复 移动转化为曲柄的连续转动； 齿轮9 齿轮机构，改变转速大小和 转向；凸轮机构，将凸轮的 连续转动转变为推杆往复移动。
的组合；这些构件具有确定的相对运动。
3.构件：机构的基本运动单元，是机器中独立运动的单
元体，由一个或几个零件组成。
单一零件曲轴
多个零件 刚性组合 连杆
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4.零件是组成机器最基本的单元体，是机械制造的单元体。
专用零件：特定机器中所使用的零件，如活塞、曲 轴、叶片
通用零件：各类机器中普遍使用的零件，如齿轮、 轴、螺栓等
主要失效形式——永久性：断裂、塑性变形、过度 磨损、胶合等；暂时性失效：弹性变形，打滑和共振等。
失效原因——强度、刚度、耐磨性、振动稳定性不 能满足工作要求。根据失效原因制定了设计准则，并作 为防止失效和进行设计计算的依据。
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(一)强度
1、体积强度：抵抗断裂和过大塑性变形的能力，
σ≤[σ], τ≤[τ]
5.部件：若干个零件的装配体
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四、本课程Байду номын сангаас研究对象和研究方法
机械设计基础的研究对象是常用机构和通用零部 件的工作原理、运动特点、结构特点、设计计算的基 本理论和方法及有关标准规范
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§1.2 机械零件设计基本准则 及一般设计步骤
一、机械零件设计的基本准则
零部件丧失正常工作能力称为失效。
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（二）刚度
抵抗弹性变形的能力。最大变形量不能超过许用变形量： 包括线性变形，转角和扭角变形。
（三）耐磨性
载荷作用下相对运动的两零件表面抵抗磨损的能力。
在滑动摩擦下工作的零件，常因载荷大，转速高过度磨 损而失效。影响磨损的因素很多，通过限制零件工作面的 单位压力和相对滑动速度，进行良好的润滑以及提高零件 表面硬度和表面质量来提高耐磨性。
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３)交变应力下，失效为疲劳断裂，应按不发生疲劳断 裂的强度条件计算，常以材料的疲劳极限作为极限应力 σlim,τlim。
２、表面强度：抵抗表面损伤的能力
１）表面挤压强度：
面接触的两零件受载后接触面间产生挤压应力。 失效形式：塑性材料——表面塑性变形；脆性材料—— 表面压溃。
挤压强度条件：σs≤[σs]
极限应力σlim,τlim应根据零件材料性质及所受应力类 型作如下选择：
１)静应力下工作的塑性材料零件，失效为塑性变形，应 按不发生塑性变形的强度条件计算，常以材料的屈服点σ ｓ，τｓ作为极限应力σlim,τlim。
２)静应力下脆性材料，失效为断裂，应按不发生断裂 的强度条件计算，常以材料的强度极限σｂ，τｂ作为极限 应力σlim,τlim。
具有以上三个特征——机器
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2、机构的特征
只具有机器的前两个特征——机构
如 凸轮机构（配气机构）：把回转运动→直线运动 曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转 运动
3、机器和机构的关系
机器是由一种或多种机构组成的。
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三、构件和零件
1. 机器由机构组成:
2. 机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构件
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排气阀 4气缸体 1
凸轮7
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3、工作过程：
活塞下行，进气阀打开， 燃气被吸入汽缸
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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4、运动分 析：原动件：活塞—由燃气推动（驱动力所作用的构件）
主运动：将活塞的往复直线运动→曲轴的回转运动
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２）表面接触强度
产生原因：点、线接触的零件受载后产生的局部应力
失效形式：
静载荷：脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性变形；
循环接触：表面疲劳磨损，疲劳点蚀（在交变应力的反复作 用下，零件表面的金属成小片状脱落下来而形成一些小凹坑 的现象）
不发生失效的强度条件：σＨ≤[σＨ]
第一章 绪论
第一章 绪论
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第一章 绪 论
§1 本课程研究的对象和内容
§2 机械零件设计的基本准则及 一般设计步骤
§3 机械零件常用金属材料和钢 处理常识（自学）
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§1 本课程研究的对象和内容
本课程研究的对象是机械（机器和机构统称）。
古代水碓
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牛头刨 床
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内燃机
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（四）振动稳定性
避免零件的固有频率和强迫振动频率相等或成整数倍
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二、机械零件的疲劳强度
静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间 应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行 设计。（材料力学范畴）
变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。
疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经 过长时间的试验而发生的破坏。