机械工程学基本知识

机械工程学基本知识

一、机器的基本组成

1、机器的基本组成要素

在一台现代化的机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、信号、控制、监测等系统的部分或全部，但是机器的主体仍为机械系统。无论分解哪一台机器，它的

机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素

就是机械零件（也就是制造装配的单元）。

通用零件—在各种机器中经常都能用到的零件，如螺钉、螺母、齿轮、链轮

等等

机械零件

专用零件—在特定类型的机器中才能用到的零件，如涡轮机的叶片、飞机的螺

旋桨、往复式活塞内燃机的曲轴等等

任何机器的性能，都是建立在它的主要零件的性能或某些关键零件的综合

性能的基本之上的。比如我们公司的成型机，其主要性能在于转轮、压棒、压轮以及模具等

等之间的配合，只有这些零件的性能得到保证，我们才能保证整机的综合性能，才能确保机

台的精密度（暂不考虑人的因素）。

2、机器的基本组成部分

一部完整的机器的组成如下图所示：

辅助系统，例如润滑、显示、照明等

原动机部分传动部分执行部分

控制系统

原动机部分：驱动整部机器以完成预定功能的动力源（简单的一个原动机，复杂的有好

几个，现代使用的为电动机或热力机，如我们的成型机，切割机都用电动机）

执行部分：完成机器预定功能的组成部分。（如成型机的模具压制成型功能，切割机的砂轮的切割功能等等）

传动部分：完成把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。例如把旋转运动变为直线运动，高转速变为低转速，小转矩变为大转矩，

把转轮的轴线转过90度（应用涡轮涡杆）。

以上三部分只是机器的三个基本部分，随着机器功能越来越复杂，对机器的精确度要求

也就越来越高，如只有以上三个部分，使用起来就会遇到很大的困难，所以，我们还会在机

器上不同程度地增加其它部分，如控制系统和辅助系统。例如新成型机的报数系统。

以新成型机为例，电动机是成型机的原动机；涡杆涡轮组成传动部分；模具及上下滚轮

组成执行部分；控制面板上的启动、停止、调速器等等组成控制系统；速度表、电表、产品

记数器等组成显示系统；照明灯及仪表盘灯组成照明系统；报数警报器及安全感应器组成信

号系统等。

二、机械零件设计的一般步骤

（一）根据机器的总体设计方案，针对零件的工作情况进行载荷分析、建立力学模型、考虑

影响载荷的各项因素，确定零件的计算载荷。

（二）分析零件在工作时可能出现的失效形式，确定零件工作能力的计算准则。

（三）根据零件的工作条件和对零件的特殊要求选择合适的材料，并确定必要的热处理或其

它处理。

（四）分析零件的应力或变形，根据工作能力计算准则建立或选定相应的计算式，计算出零

件的主要尺寸，并加以标准化或圆整。

（五）根据计算得出的主要尺寸并结合结构上和工艺上的要求，绘制零件工作图。并写出零

件的计算说明书。

三、机械零件的主要失效形式

1、整体断裂：零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面上的应

力超过零件的强度极限而发生的断裂，或者零件在受变应力作用时，危险截面上发生的疲劳断裂均属此类。如螺栓的断裂、齿轮齿根部的折断等。

2、过大的残余变形：如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，则零件将产生残

余变形。机床上夹持定位零件的过大的残余变形，要降低加工精度；高速转子轴的残余挠曲变形，将增大不平衡度，并进一步地引起零件的变形。

3、零件的表面破坏：主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。腐蚀：

发生在金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象，其结果是使金属表面产生锈蚀，从而使零件表面遭到破坏，与些同时，对于承受变应力的零件，还要引起腐蚀疲劳的现象。

磨损：两个接触表面在作相对运动的过程中表面物质丧失或转移的现象。（我厂此失效最多）

疲劳：受到接触应力长期作用的表面产生裂纹或微粒剥落的现象。

四、设计机械零件时应满足的基本要求

1、避免在预定的寿命期内失效

1

）强

度（断

裂

、不允许的残余变形属于强

度

的问题；再者要考虑到中的 强度 问题）

措施：a 材料;b 截面尺寸； c 热处理； d 制造精度（降低工作中的动载荷）等等 2）刚度（弹性变形不超过允许的限要求） 整

体刚度 （整体伸长、缩 扭转）： 可增大截面尺寸或截面的惯性距等； 表面接触刚度：增大贴合面而降低压力工； 3）寿命：正常工作延缓的时间。影响因素： a 材料的疲劳； b 材料的腐蚀； c 相对 运动零件接触表面的磨损； 2、结构工艺性要求，即在既定的生产

条件下，能够方便而经济地生产出便于装配 成机器。 3、经济性要求，零件的设计、生产成本等（受工艺性影响） 4、质量小的要求（好处：节省材料； 对运动零件来说，可减小惯性； ） 可采用措施： a 缓冲装置，降低冲击载荷； b 采用安全装置来限制作用在主要零件上 的最大载荷； c 从零件上应力较小处削减部分材料，以改善零件受力的均匀性，从而提高材 料的利用率； d 采用与工作载荷相反方向的预载荷，以降低零件上的工作载荷； e 采用轻型 薄壁的冲压件或焊接件来代替铸、锻零件，以及采用强重比（即强度材料所受的 重力之比）高的材料等。 5、可靠性要求：即在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下，零件能够正常地 完成其功能的概率。（提高措施：使工作条件和零件性能两个方面的随机变化尽可能小） 五、机械零件的设计准则 1、强度准则：指零件中应力不得超过允许的限度。其代表性式为 δ≤ δlim 考虑到各种偶然性或精确分析的影响，上式右边要除以设计数 S ，即 δ≤ δlim /S 2、刚度准则：即零件在载荷作用上产生的弹性变形量 y （y 由理论或实验方法确定）小 于或等于机器工作性能所允许的[y].， y ≤ [y] 3、寿命准则：由于影响寿命的主要因素 -所以它们各自发展过程的规不同。 迄今为止， 还没提出实用有效的腐蚀寿命计算方法， 因而也无法列出腐蚀的计算准则。关于磨损的计算方法，由于其类型众多，产生的机理还未 完全搞清，影响因素也很复杂，所以尚无可供工程实际使用的能够进行定量计算的方法。关 于疲劳寿命，通常是求出使用寿命时的4、振动稳定性准则：在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振源的频 率错开。 f 代表零件的固有频率， f p 代表激振源的频率，则通常应保证如下的条件： 0.85f ＞ f p 或 1.15f ＜ f p 5、可靠性准则：可