机械设计基础ch01
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机械设计基础1第一章绪论
量转换。
（摘自《机械工程师进修大学刊授教材》第一册20页）
三星堆图片1
三星堆介绍
1986年7月至9月，三星堆两个大型祭祀坑的发现，是本世 纪以来最为重要的考古发现。大宗精品文物洋洋洒洒横空出 世，成为举世轰动的重大新闻，三星堆从此名扬四海。在这 批古蜀秘宝中，有许多光怪陆离、奇异诡谲的各类青铜造型 ：威仪凛然的青铜大立人、神奇怪异的青铜面具和‘通天彻 地’的青铜神树等，均堪称独一无二的旷世神品。而以流光 溢彩的金杖为代表的金器，以满饰图案的边璋为代表的玉器 ，亦多属前所未见的稀世珍宝……。
机械设计基础课程的学习阶段一般处在
课程内容介绍
从一般科学知识学习向专业技术知识的过渡 期，因此本课程既具有机械工程知识普及教 育的功能，同时也是一门具有实用价值的， 可以独立设置的专业技术课。让学生学习基 本的机械设计方面的知识与技能，经历工程 实践的探究过程，受到科学态度和科学精神 的熏陶；它是以提高全体学生的科学素养、 工程技术素质和职业道德修养，促进学生的 全面发展为主要目标的工程技术基础课程。
三星堆图片2
三星堆图片3
三星堆图片4
三星堆图片5
河南博物馆文物
解放后，我国的机械制造业和其他行业一样得到了很大的 发展，尤其是党的十一届三中全会以来，发展速度更快，很 多先进技术和科研成果达到或超过了世界先进水平。目前， 我国已建立起了比较完整的机械制造工业体系，为我国的社 会主义现代化建设打下了雄后的物质基础。所以，我国的机 械制造事业发展速度是相当快的，当然也应该看到我国的机 械制造业起点低、发展时间短，在某些方面和世界先进水平 相比，还存在一些差距，这就要求我们要学好机械，热爱机 械制造业，将来为我国的机械工业发展做出应有贡献。
我国的机械发展历史
（摘自《机械工程师进修大学刊授教材》第一册20页）
三星堆图片1
三星堆介绍
1986年7月至9月，三星堆两个大型祭祀坑的发现，是本世 纪以来最为重要的考古发现。大宗精品文物洋洋洒洒横空出 世，成为举世轰动的重大新闻，三星堆从此名扬四海。在这 批古蜀秘宝中，有许多光怪陆离、奇异诡谲的各类青铜造型 ：威仪凛然的青铜大立人、神奇怪异的青铜面具和‘通天彻 地’的青铜神树等，均堪称独一无二的旷世神品。而以流光 溢彩的金杖为代表的金器，以满饰图案的边璋为代表的玉器 ，亦多属前所未见的稀世珍宝……。
机械设计基础课程的学习阶段一般处在
课程内容介绍
从一般科学知识学习向专业技术知识的过渡 期，因此本课程既具有机械工程知识普及教 育的功能，同时也是一门具有实用价值的， 可以独立设置的专业技术课。让学生学习基 本的机械设计方面的知识与技能，经历工程 实践的探究过程，受到科学态度和科学精神 的熏陶；它是以提高全体学生的科学素养、 工程技术素质和职业道德修养，促进学生的 全面发展为主要目标的工程技术基础课程。
三星堆图片2
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河南博物馆文物
解放后，我国的机械制造业和其他行业一样得到了很大的 发展，尤其是党的十一届三中全会以来，发展速度更快，很 多先进技术和科研成果达到或超过了世界先进水平。目前， 我国已建立起了比较完整的机械制造工业体系，为我国的社 会主义现代化建设打下了雄后的物质基础。所以，我国的机 械制造事业发展速度是相当快的，当然也应该看到我国的机 械制造业起点低、发展时间短，在某些方面和世界先进水平 相比，还存在一些差距，这就要求我们要学好机械，热爱机 械制造业，将来为我国的机械工业发展做出应有贡献。
我国的机械发展历史
ch01 机械设计概论
洋的壮举。
机械工程基础部
7
机械工程基础部
8
世界上最小的唐诗 书法 纳米刻蚀是
“从上而下”纳米 制造方法的典型。 北京大学纳米中心 的学者通过AFM针 尖对基质Au-Pa合金 上的机械刻蚀，书 写了世界上最小的 唐诗（10微米×10微
米）
机械工程基础部
9
21世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展， 将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与
融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械 蜘蛛形探雷机器人
机械工程基础部
10
20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器 人，航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械 产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、
深海探测器等
航天飞机正在利用机械 臂施放哈勃空间望远镜
世界最小的微型机械人
World's smallest robot
机械工程基础部
13
机械工程基础部
14
机械设计概论
0－1 机械的组成 0－2 本课程的内容、性质和任务 0－3 机械设计的基本要求和一般程序 0－4 机械零件的工作能力和计算准则 0－5 许用应力和安全系数
机械工程基础部
15
24
1－2 本课程的内容、性质和任务
任务
▪使学生了解常用机构及通用零、部件的工作原理、类型、特点及应用 等基本知识。
▪使学生掌握常用机构的基本理论及设计方法，掌握通用零、部件的 失效形式、设计准则与设计方法。 ▪使学生具备机械设计实验技能和设计简单机械及传动装置的基本技能。
基本要求
▪掌握机构的结构原理、运动特性和机械动力学基本知识，初步具有分析和 设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解——机械原理 ▪掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，并初 步具有设计一般简单机械及常用机械传动装置的能力——机械零件 ▪具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力——查手册
机械设计基础第一章课件
机械设计基础第一章课件一、教学内容1. 机械设计的定义、目的和任务2. 机械零件的失效形式：磨损、疲劳、断裂等3. 选材原则：强度、刚度、耐磨性、疲劳强度等二、教学目标1. 使学生了解机械设计的基本概念，认识到机械设计的重要性。
2. 让学生掌握机械零件的常见失效形式，能分析失效原因。
3. 培养学生根据零件的工作条件选择合适材料的能力。
三、教学难点与重点重点：机械设计的基本概念、机械零件的失效形式及选材原则。
难点：机械零件失效原因的分析，根据工作条件选择合适材料的方法。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、黑板、粉笔。
学具：教材、笔记本、文具。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一台工作中的机器，让学生观察并思考机器中各个零件的作用和设计要求。
2. 讲解基本概念：介绍机械设计的定义、目的和任务，使学生了解机械设计的重要性。
3. 分析失效形式：讲解机械零件的常见失效形式，如磨损、疲劳、断裂等，并分析失效原因。
4. 讲解选材原则：介绍强度、刚度、耐磨性、疲劳强度等选材原则，并解释其在实际应用中的意义。
5. 例题讲解：通过具体的例题，让学生学会根据零件的工作条件选择合适材料的方法。
6. 随堂练习：让学生根据所讲内容，分析一个实际机械零件的失效原因，并选择合适的材料。
8. 作业布置：布置相关练习题，让学生巩固所学内容。
六、作业设计1. 题目：分析一根传动轴的失效原因，并选择合适的材料。
答案：传动轴的失效原因为疲劳断裂，选择材料时应考虑疲劳强度。
可选择调质处理的45钢。
2. 题目：一齿轮传动系统，在高速运转时出现磨损现象，请分析原因并提出改进措施。
答案：磨损原因是齿面硬度不足，应选择具有较高硬度的材料，如渗碳钢，并提高齿面硬度处理。
七、课后反思及拓展延伸本节课通过实践情景引入，使学生了解机械设计的重要性。
通过讲解失效形式和选材原则，使学生掌握了机械零件设计的基本知识。
在教学过程中，注意引导学生思考，提高学生的分析问题能力。
《机械设计基础》第一章 绪论
构件
活塞、连杆、曲轴、滑枕等都是构件。 构件是组成机构的有确定运动的单元。
构件
零件
构件是运动的单元，而零件是制造的单元。
通用零件与专用零件
各种机械中广泛使用的零件称为通用零件。 如螺栓、轴、齿轮、弹簧等。
只在某一类机械中使用的零件称为专用零件。 如内燃机中的活塞、曲轴等。
通用零件中主要包括三大类零件： 传动零件 （齿轮、带、链等） 联接零件 （螺栓、键等） 轴系零件 （轴、轴承等） 此外: 弹簧等零件。
通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养同学 们初步具备运用手册设计简单机械装备的能力，为 今后操作、维护、管理、革新机械装备创造条件。
什么是机械设计？
机械设计:规划和设计实现预期 功能的新机械或改进原有机械的性能。
基本要求：在满足预期功能的前提下， 性能好、效率高、成本低、安全可靠、操 作方便、维修简单和造型美观。
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机器的组成
如牛头刨床、空气压缩机
传统机器都包含如下三个部分：
驱动装置
传动装置
执行装置
常称为原动机，是机器 的动力来源。 常用：电动机、内燃机 、液压缸和气动缸， 以各种电动机的应用最 为普遍。
处于整个传动路线的终端， 按照工艺要求完成确定的运 动，是直接完成机器功能的 部分。 执行装置随机器的用途不同 而不同，它属于各种专业机 械课程研究的内容。
完成有用功 或处理信息， 以代替或减轻人的劳动。
机器是由机构组成的。 简单的机器，可能只含有一个机构, 但一般都含有 多个机构。
机器中的单个机构不具有转换能量或完成有用功 的功能。
机器 机构
机械: 机器和机构的总称。
常用机构
在各种机械中广泛使用的一些机构称为 常用机构。 如：
机械设计基础(近机、非机类)ch01
3. 经济性
从经济观点出发，在满足性能要求的前提下，应尽可能选用价廉的材 料，以降低材料费用。另外，还应综合考虑到生产批量等因素的影响， 如大量生产宜用铸造毛坯；单件生产采用焊接件，可以降低制造费用。
1.4.1 机械零件的工艺性 1.4.2 机械零件设计中的标准化
零件的工艺性是指在既定的生产条件和规模下，能 用较少的劳动和较低的成本把零件制造和装配出来。 为此，设计者必须了解零件的制造工艺，能从材料 选择、毛坯制造、机械加工、装配以及维修等环节 考虑有关的工艺问题。
图1-2 自动组装机传动系统图 1—电机；2—皮带；3—电磁离合器；4—变速箱；5—槽轮机构；6—链传动；
7—信号采集器；8—凸轮机构；9—齿条；10—齿轮；11—夹具
图1-3 内燃机结构图 1—气缸；2—活塞；3—连杆；4—曲轴；5—小齿轮；6—大齿轮；7—凸轮；8—顶杆
只能实现机械运动和力的传递与变换的装置称为机构，例如。内燃机中由曲轴、连杆、活 塞和气缸组成曲柄滑块机构，齿轮机构，凸轮机构等。
通过本章的学习，要求读者了解本课程研究的内容、性质 和任务。
教学重点和难点：
机器的组成及其分析方法。 本课程的性质、内容以及学习方法。 机械设计的一般程序。 机械零件设计的一般程序。 机械、机器、机构、构件以及零件的概念。
案例导入：
如图1-1所示的是一台自动组装机，由工业编程控制器进 行控制、安全监测、质量检测、计数的六工位组装机；它 可以根据需要设计相应的夹具及工装，代替人完成装配动 作。在我们的生产、生活中有许许多多的机器，有哪些内 容和机械设计基础课程有关？如何认识机器、分析机器？ 这些将要在本书的内容中逐步得到解答。
(1) 根据零件的使用要求，选择零件的类型并设计零件的 结构。
从经济观点出发，在满足性能要求的前提下，应尽可能选用价廉的材 料，以降低材料费用。另外，还应综合考虑到生产批量等因素的影响， 如大量生产宜用铸造毛坯；单件生产采用焊接件，可以降低制造费用。
1.4.1 机械零件的工艺性 1.4.2 机械零件设计中的标准化
零件的工艺性是指在既定的生产条件和规模下，能 用较少的劳动和较低的成本把零件制造和装配出来。 为此，设计者必须了解零件的制造工艺，能从材料 选择、毛坯制造、机械加工、装配以及维修等环节 考虑有关的工艺问题。
图1-2 自动组装机传动系统图 1—电机；2—皮带；3—电磁离合器；4—变速箱；5—槽轮机构；6—链传动；
7—信号采集器；8—凸轮机构；9—齿条；10—齿轮；11—夹具
图1-3 内燃机结构图 1—气缸；2—活塞；3—连杆；4—曲轴；5—小齿轮；6—大齿轮；7—凸轮；8—顶杆
只能实现机械运动和力的传递与变换的装置称为机构，例如。内燃机中由曲轴、连杆、活 塞和气缸组成曲柄滑块机构，齿轮机构，凸轮机构等。
通过本章的学习，要求读者了解本课程研究的内容、性质 和任务。
教学重点和难点：
机器的组成及其分析方法。 本课程的性质、内容以及学习方法。 机械设计的一般程序。 机械零件设计的一般程序。 机械、机器、机构、构件以及零件的概念。
案例导入：
如图1-1所示的是一台自动组装机，由工业编程控制器进 行控制、安全监测、质量检测、计数的六工位组装机；它 可以根据需要设计相应的夹具及工装，代替人完成装配动 作。在我们的生产、生活中有许许多多的机器，有哪些内 容和机械设计基础课程有关？如何认识机器、分析机器？ 这些将要在本书的内容中逐步得到解答。
(1) 根据零件的使用要求，选择零件的类型并设计零件的 结构。
机械设计基础第1章
第一章概论§1.1 本课程研究的对象、内容一、机械设计基础课程的重要性：工业生产中，机械工程科学是最基本的技术科学之一，机械设计学科又是机械工程科学的基础。
二、本课程的研究对象：机械：是机器和机构的总称。
举例：内燃机，课本图1.1 机器包含三种机构：曲柄滑块机构，将活塞的往复移动转化为曲柄的连续转动；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。
1. 机器与机构：机器可视为若干机构的组合机器：既能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。
如内燃机——转换能量；车床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功；机械手——传递物料；照相机——传递信息机构：仅能传递运动和动力。
如齿轮机构——传递运动；摇头风扇—连杆机构；齿轮机构；凸轮机构——转换运动2、机器的特征（共性）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；刨头—床身：往复直线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→机械能具有以上三个特征——机器；只具有机器的前两个特征——机构如：牛头刨主体机构：把回转运动→直线运动——作机械功凸轮机构（配气机构）：把回转→直线运动——作机械功曲柄滑块机构：将活塞的直线运动→曲柄的回转运动可见，机器与机构的关系：机器是由一种或多种机构组成的。
机构仅考虑运动问题，不考虑能量问题。
3、构件和零件构件：组成机器的各个相对运动的实物。
是机构的基本运动单元，由一个或几个零件组成如：单一零件——曲轴，多个零件的刚性组合——连杆零件是组成机器最基本的单元，机械中不可拆的制造单元体。
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、螺栓等构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。
机械设计基础第1章 机械设计基础概论
1.2 本课程的内容、性质和任务
本课程的研究对象是一般工作条件下 的常用机构和通用机械零部件。对于巨型、 微型、以及高速、高温、高压或低温条件 下工作的通用零部件, 则在有关专门课程 中研究。
1.3 机器应满足的要求和设计制造 程序
1. 机器应满足要求
机器应满足下列要求。
1. 使用要求 2. 经济性要求
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、自动保护等。辅助装置则有照明、润 滑、冷却装置等。
图1-1 牛头刨床的传动系统 图
图1-2 单缸四冲程内燃 机
通常将机器和机构统称为机械。构件 是运动的单元, 而零件是制造的单元。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, 只在某些 特定类型的机器中才使用的零件, 称为专 用零件。
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, 工作机器用来做机械功或搬动物品, 即变 换物料, 信息机器用来获取或变换信息, 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。
■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、工程机械和农 业机械。
《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课
2.中国机械发展史简介
除了众所周知的造纸术、印刷术、指南针、火药这四大发明之外，中国古代在机械工程领域的发明与创造也是非常辉煌的。由于古代中国长期处于封建社会状态，科学技术的发展比较缓慢。秦汉以前，对各种发明创造比较重视，在这期间的成果较多。据《周礼考工》记载：智者创物，巧者述之，守之世，谓之工，百工之事皆圣人之作也。但也有不同意见，老子说：民多利器，国家滋昏。人多技巧，奇物滋起。绝巧弃利，盗贼无有。
3、机械：机器和机构的统称。
4、机构：是具有确定相对运动的实体组合。用来传递和转换运动形式。
5、构件：机构中具有确定相对运动的实体。是机构中的运动单元。
6、机构中构件分两类：运动构件和固定构件（即：机架）。运动构件分主动件和从动件两种，主动件是作用有驱动力或力矩的构件，即带动其它构件运动的构件。其余随着主动件运动的构件为从动件（即为除原动件外的所有活动构件）。
3.外国机械发展史简介
西方各国的古代机械工程发展一直缓慢，但是在公元14世纪以后，机械工程领域的发明创造逐步超过中国。从中世纪沉睡中醒来的欧洲，16世纪进入了文艺复兴时期，机械工程领域中的发明创造如雨后春笋，机械制造业空前发展。文艺复兴时期的代表人物、意大利的著名画家达·芬奇设计了变速器、纺织机、泵、飞机、车床、锉刀制作机、自动锯、螺纹加工机等大量机械，并画了印刷机、钟表、压缩机、起重机、卷扬机、货币印刷机等大量机械草图。一场大规模的工业革命在欧洲爆发，大批的发明家涌现出来，各种的专科学校、大学、工厂纷纷建立，机械代替了大量的手工业，生产迅速发展。
《机械设计基础》课程教案
教师姓名
左逾
授课时数
累计课时
授课班级
授课日期
节次
授课日期
节次
授课日期
节次
除了众所周知的造纸术、印刷术、指南针、火药这四大发明之外，中国古代在机械工程领域的发明与创造也是非常辉煌的。由于古代中国长期处于封建社会状态，科学技术的发展比较缓慢。秦汉以前，对各种发明创造比较重视，在这期间的成果较多。据《周礼考工》记载：智者创物，巧者述之，守之世，谓之工，百工之事皆圣人之作也。但也有不同意见，老子说：民多利器，国家滋昏。人多技巧，奇物滋起。绝巧弃利，盗贼无有。
3、机械：机器和机构的统称。
4、机构：是具有确定相对运动的实体组合。用来传递和转换运动形式。
5、构件：机构中具有确定相对运动的实体。是机构中的运动单元。
6、机构中构件分两类：运动构件和固定构件（即：机架）。运动构件分主动件和从动件两种，主动件是作用有驱动力或力矩的构件，即带动其它构件运动的构件。其余随着主动件运动的构件为从动件（即为除原动件外的所有活动构件）。
3.外国机械发展史简介
西方各国的古代机械工程发展一直缓慢，但是在公元14世纪以后，机械工程领域的发明创造逐步超过中国。从中世纪沉睡中醒来的欧洲，16世纪进入了文艺复兴时期，机械工程领域中的发明创造如雨后春笋，机械制造业空前发展。文艺复兴时期的代表人物、意大利的著名画家达·芬奇设计了变速器、纺织机、泵、飞机、车床、锉刀制作机、自动锯、螺纹加工机等大量机械，并画了印刷机、钟表、压缩机、起重机、卷扬机、货币印刷机等大量机械草图。一场大规模的工业革命在欧洲爆发，大批的发明家涌现出来，各种的专科学校、大学、工厂纷纷建立，机械代替了大量的手工业，生产迅速发展。
《机械设计基础》课程教案
教师姓名
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累计课时
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机械设计基础第1章概述PPT课件
3
古代中国
公元一世纪 东汉 “水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用 了齿轮和连杆机构
4
晋代 “连 磨”
用一头牛驱动八台磨盘， 其中应用了齿轮系。
5
新中国的建立，特别是改革开放以来，为我国的 科学技术发展开辟了广阔的道路。机械行业得到了 迅猛的发展。
在机械制造方面，各种先进技术如数控技术、 电火花技术、线切割技术、激光技术得到了大量的 应用。
机械设计基础
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
中国是世界上机械发展最早的国家 之一
在中国古代时期的有些机械已具备了机器 的基本组成要素，即原动机、传动机构和工 作机构三个组成部分。
从三国时期到元代中期，我国的机械加工、 农业机械、纺织机械、造船和仪器制造等多 方面都组在了世界的前列不少机械传到了国 外，对世界科学技术的发展产生了一定的影 响。我国古代在机械方面的卓越成就由此可 见一斑。
36
2.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、不 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。 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。
机器的可靠性的高低用可靠度R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 下机器能够正常工作的概率。
执行部分
机 液 电气
械 传 动
压 传 动
传压 动传
动
螺齿蜗
离
旋 轮 杆 带链合
器
控制部分
古代中国
公元一世纪 东汉 “水排”
用水力鼓风炼铁，其中应用 了齿轮和连杆机构
4
晋代 “连 磨”
用一头牛驱动八台磨盘， 其中应用了齿轮系。
5
新中国的建立，特别是改革开放以来，为我国的 科学技术发展开辟了广阔的道路。机械行业得到了 迅猛的发展。
在机械制造方面，各种先进技术如数控技术、 电火花技术、线切割技术、激光技术得到了大量的 应用。
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中国是世界上机械发展最早的国家 之一
在中国古代时期的有些机械已具备了机器 的基本组成要素，即原动机、传动机构和工 作机构三个组成部分。
从三国时期到元代中期，我国的机械加工、 农业机械、纺织机械、造船和仪器制造等多 方面都组在了世界的前列不少机械传到了国 外，对世界科学技术的发展产生了一定的影 响。我国古代在机械方面的卓越成就由此可 见一斑。
36
2.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、不 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。 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。
机器的可靠性的高低用可靠度R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 下机器能够正常工作的概率。
执行部分
机 液 电气
械 传 动
压 传 动
传压 动传
动
螺齿蜗
离
旋 轮 杆 带链合
器
控制部分
机械设计基础课件
汽车工业是机械设计基础应用的重要领域之一。汽车是一种高度复杂的机械设备，其设计需要考虑到人机工程学、车辆动力学、材料科学等多个学科的知识，同时还需要保证机械的安全性和可靠性。
汽车的设计需要考虑到能源的消耗和效率，尽可能地提高汽车的燃油经济性和减少排放。同时还需要考虑到汽车的外观和舒适性，以提高消费者的购买意愿和使用满意度。
机械设计基础是机械工程学科中的一门专业基础课程，主要研究机械设计的基本原理、方法和技能。
机械设计基础是机械工程学科中的核心课程之一，对于培养机械工程师的基本素质和技能具有重要意义。
通过学习机械设计基础，学生可以掌握机械设计的基本原理和方法，培养分析问题、解决问题的能力，为今后从事机械设计工作打下坚实的基础。
静平衡与动平衡。静平衡主要解决重心问题，而动平衡则需考虑转子旋转时的动态效应，通过加配重或改变结构等方法实现平衡。
01
02
03
04
总结词：机械传动原理是实现机械能传递和转换的核心，涉及多种传动方式。
总结词：机械强度原理是确保机械部件能够承受各种载荷而不发生破坏的关键。
总结词：机械精度原理是确保机械系工程学的原理，使操作更加简便、舒适，同时还需要考虑到农业机械的安全性和环保性，以减少对环境的污染和破坏。
化工机械是化学工业中常用的机械设备，其设计需要考虑到化学品的特性和反应机理，同时还需要保证机械的密封性和耐腐蚀性，以防止化学品的泄漏和腐蚀。
化工机械的设计需要考虑到能源的消耗和效率，尽可能地提高能源的利用率，减少能源的浪费。同时还需要考虑到机械的可靠性和安全性，以避免机械故障和事故的发生。
总结词
机械零件是构成机械的基础单元，每个零件都具有特定的形状、尺寸和公差要求，以保证其与其它零件的正确配合和机械的正常运行。根据不同的功能和用途，可以将零件分为轴、轴承、齿轮、螺栓等不同类型。
机械设计基础 课件 第1章 机械设计基础概论
《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
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
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
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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
机基C-01--绪论
绪 论
hat?
课程的研究对象与内容
3.基本要求：
(1)各类常见机构的运动分析、机构的图解法设计 和解析法设计等。 (2)各类通用零件的失效形式、设计准则、受力分 析、强度计算、校核和结构设计等。 (3)提高通用机械的运动精度、工作效率、可靠 性以及各类零部件的强度、寿命的方法与措施等。 (4)有关各类设计方案的选择与比较，以及现代设 计方法方面的创新内容。
第 一 章
绪 论
hy?
掌握方法，分析机构
各种机械的形态和用途各不相同，但它们都有一个共同的 特点：做机械运动。因而，运动几何学中的相对运动不变原理、 相互包络原理等基本概念和方法，在各种机构的分析和设计中 都得到广泛应用。例如：
曲柄摇杆机构 双曲柄机构
双摇杆机构
第 一 章
绪 论
hy?
开阔思路，设计与创新机械
半自动钻床——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 动）。如：齿轮机构——传递运动
机构：执行机械运动（各构件以运动副相连，完成一定的相对运
凸轮机构——转换运动
构件：运动的单元。 零件：制造的单元。可分为两类：
通用零件：在各类机械中常见的零件。例如：齿轮、轴、联 轴器、离合器、滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花键、销； 铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。
本课程讲授的机构分析与设计的基本理论与方法，不仅用于课 程所学的机构设计，还为以后的机械设计打下基础。课程的目的是 提供基本方法，开阔思路，便于学习者运用它。根据实际要求分析 比较各种机构的优缺点，合理地选择机构，构思并设计基本机构和 机械系统。例如，以下几种机构都可以实现直线运动，什么情况下 用哪种机构更好些，这要由设计者进行创造性运用。
机械设计基础 Ch1 机械设计的力学基础知识
1. 控制零件尺寸
(1)校验计算
F
(2)设计计算
d 4F
4
2
d
F
(3) 已知零件尺寸及材料,求承载力 F
4
2. 合理选择材料和热处理
d
2
3．确定合理的结构
4．合理使用和维护
1.2.2 失效分析与设计准则
设计机械零件时保证零部件不产生失效所依据 的基本原则，称为设计准则。 (1) 强度设计准则
7、整体强度和表面强度
整体强度：零件受载时，在本体内产生应力。 整体强度的形式有拉伸、压缩、弯曲、扭转、 剪切
表面强度：零件受载时，在传力的接触表面上 产生应力。
8、接触强度
两个零件(如摩擦轮、齿轮、滚动轴承等)通过点接 触或线接触传递载荷时，受载后在接触部分产生局 部弹性变形，接触面积很小而表层产生很大的应力， 称为接触强度。
1.1 载荷和应力
1.1.1 机械零部件的工作能力
A.以传动为主的零件一般要求有一定的强度和刚度， 即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形； B.具有相对运动并传力的零件需要有较好的耐磨性； C.高速转动的零件则要具有较高的振动稳定性。
1.1.2 机械零件的强度
根据工作条件不同，机械零件的强度可分为静 强度和疲劳强度; 而根据破坏部位和破坏形式的不同又有各种类 型的整体强度和表面强度。
1.2 机械零部件的失效形式与设计准则 1.2.1 失效分析与设计准则
失效： 机械零件由于某些原因丧失工 作能力或达不到设计要求的性 能时，称为失效。
整体破坏 拉、弯、扭、剪 挤压（面接触） 强度失效 表面破坏 接触（点、线） 刚度失效 变形过大 磨粒磨损 磨损 胶合磨损 压杆稳定（侧弯） 失稳 失效 振动失稳（共振） 不自锁（斜面、螺旋） 打滑（摩擦传动） 松脱（如螺钉） 其他 过热 噪声过大 腐蚀等
Ch01机械设计总论
一个很小的设计错误，也可能在制造中造成巨大浪费，在使用中导致 严重的事故。
具有团结协作精神。
§1-2 机械设计课程简介
一、本课程的性质、任务和内容
（一）性质： 本课程研究机械装置和机械系统的设计
问题，培养机械设计能力的重要技术基础 课。
作用 机械设计的基础知识、基本理论以及基本设计方法 等得到基本的训练和提高，为机械设计专业课程的进一步 学习打下坚实的基础。
性能要求与经济性 ──永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。
经验设计与现代设计 ──二者均重要，前者是后者的基础。
工艺性
零件设 计要求
使用要求----具备所要求的工作能力； 制造要求----制造工艺可行，成本低；
零件工艺性良好的标志：
在具体的生产条件下，零件便于加工且费用低。 工艺性的基本要求：
机
专用零件 —水轮机叶片、活塞、曲轴
器
机械部件 ——机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零
件组合在一起的组合体。例如：轴承，联轴器。
通用零件：各种机器中常用的。 (是本课程的主要学习对象）
专用零件：只在某些特定的机器中才用到的。（在有关专业课中学习）
机械零件 ——机械制造过程中不可分拆的最小单元 。
可靠性要求
机械产品在预期的使用期限内，能够安全可靠地工作。 设计时需要进行强度、刚度、寿命等方面的计算。
经济性要求
机械产品的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中。 设计制造低成本，使用生产效率高，能源、材料消耗少以及 管理、维护费用低。
社会性要求
机械产品不应对人、环境和社会造成不良影响。
四、设计者应具备的基本素质
注：对于切应力，只须将上述各公式中的 σ 换成 τ 即可。
具有团结协作精神。
§1-2 机械设计课程简介
一、本课程的性质、任务和内容
（一）性质： 本课程研究机械装置和机械系统的设计
问题，培养机械设计能力的重要技术基础 课。
作用 机械设计的基础知识、基本理论以及基本设计方法 等得到基本的训练和提高，为机械设计专业课程的进一步 学习打下坚实的基础。
性能要求与经济性 ──永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。
经验设计与现代设计 ──二者均重要，前者是后者的基础。
工艺性
零件设 计要求
使用要求----具备所要求的工作能力； 制造要求----制造工艺可行，成本低；
零件工艺性良好的标志：
在具体的生产条件下，零件便于加工且费用低。 工艺性的基本要求：
机
专用零件 —水轮机叶片、活塞、曲轴
器
机械部件 ——机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零
件组合在一起的组合体。例如：轴承，联轴器。
通用零件：各种机器中常用的。 (是本课程的主要学习对象）
专用零件：只在某些特定的机器中才用到的。（在有关专业课中学习）
机械零件 ——机械制造过程中不可分拆的最小单元 。
可靠性要求
机械产品在预期的使用期限内，能够安全可靠地工作。 设计时需要进行强度、刚度、寿命等方面的计算。
经济性要求
机械产品的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中。 设计制造低成本，使用生产效率高，能源、材料消耗少以及 管理、维护费用低。
社会性要求
机械产品不应对人、环境和社会造成不良影响。
四、设计者应具备的基本素质
注：对于切应力，只须将上述各公式中的 σ 换成 τ 即可。
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机械设计基础ch01
第1章 绪 论
图1-1 自动组装机 1—载物工作台；2—PLC控制箱；3—电源；4—气动控制箱；5—信号采集发生器
机械设计基础ch01
第1章 绪 论
1.1 机器的组成 1.2 机械设计的基本要素 1.3 机械零件材料选用原则 1.4 机械零件的制造工艺性及标准化 1.5 本课程的内容、性质和任务 1.6 实验与实训 1.7 习 题
1.3 机械零件材料选用原则
2. 工艺要求
选择零件材料时必须考虑到加工制造工艺的影响。铸造毛坯应考虑材 料的液态流动性、产生缩孔或偏折的可能性等；锻造毛坯应考虑材料 的延展性、热脆性和变形能力等；焊接零件应考虑材料的可焊性和产 生裂纹的倾向等；对进行热处理的零件应考虑材料的可淬性、淬透性 及淬火变形的倾向等；对于切削加工的零件应考虑材料的易切削性、 切削后能达到的表面粗糙度和表面性质的变化等。
机械设计基础ch01
1.4 机械零件的制造工艺性及标准化
机械设计基础ch01
1.4.1 机械零件的工艺性
零件的工艺性是指在既定的生产条件和规模下，能 用较少的劳动和较低的成本把零件制造和装配出来。 为此，设计者必须了解零件的制造工艺，能从材料 选择、毛坯制造、机械加工、装配以及维修等环节 考虑有关的工艺问题。
机械设计基础ch01
1.1.2 机器的组成要素
(a) 连杆
(b) 连杆拆分件 图1-4 内燃机连杆
机械设计基础ch01
1.2 机械设计的基本要素
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4
机械设计的基本要求 机械设计的一般程序 机械零件设计的一般步骤 机械零件的设计方法
机械设计基础ch01
机械设计基础ch01
1.1 机器的组成
1.1.1 机器的组成和分析 1.1.2 机器的组成要素
机械设计基础ch01
1.1 机器的组成
机械制造业为人类提供了日常生活、各行各业生产所需要的机械。机 械能代替、减轻人们的体力劳动和脑力劳动，提高劳动生产率和保证 产品的质量；也只有机械化的生产才能进行严格的分工和科学的管理。 因此，机械的发展水平也代表了国家工业、科学技术的发展水平。 在装备制造业中，机械设计是第一步，是产品成败的关键。
机械设计基础ch01
1.4.2 机械零件设计中的标准化
零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化是我国实行的一项重要 的技术经济政策。 在机械设计中零件标准化，在制造上可以实行专业化大批量集中生产， 提高产品质量，降低成本，便于维修管理；在设计上可以减少设计量 和设计周期。我国现行标准分为国家标准(GB)、部颁标准(如JB、YB 等)和企业标准三级。出口产品应采用国际标准(ISO)。 通用化是在系列产品内部或在跨系列的产品之间，采用同一结构和尺 寸的零部件。它可以最大限度地减少产品的规格、形状、尺寸和材料 品种等，实现通用互换。 系列化是将产品尺寸和结构按尺寸大小分档，按一定规律优化组合成 产品系列，以减少产品型号数目，以较少的品种规格满足用户的广泛 需要。
3. 经济性
从经济观点出发，在满足性能要求的前提下，应尽可能选用价廉的材 料，以降低材料费用。另外，还应综合考虑到生产批量等因素的影响， 如大量生产宜用铸造毛坯；单件生产采用焊接件，可以降低制造费用。
机械设计基础ch01
1.4 机械零件的制造工艺性及标准化
1.4.1 机械零件的工艺性 1.4.2 机械零件设计中的标准化
机械设计基础ch01
2020/11/18
机械设计基础ch01
第1章 绪 论
教学目标： 机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原 理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法，这些 知识将通过一些机构和零件进行讲授。 对于一般的机器，我们在日常生活中已有了不同程度的认 识。但是，一部机器是怎样组成的？如何完成既定的功能？ 其中哪些问题与本课程有关？等等。对于这些问题，我们 可以通过对典型机械的分析来认识。 通过本章的学习，要求读者了解本课程研究的内容、性质 和任务。
机械设计基础ch01
1.2.4 机械零件的设计方法
机械零件的设计方法，通常把过去长期采用的设计方法称为常规设计方法，近 几十年发展起来的设计方法称为现代设计方法。此处仅介绍本书使用的常规设 计方法。 1. 理论设计 按照机械零件的结构及其工作情况，将其简化成一定的物理模型，运用力学、 弹性力学、热力学、摩擦学等理论推导出来的设计公式和用实验数据进行设计 的方法称为理论设计。这些设计公式有两种不同的使用方法。 (1) 设计计算。按设计公式直接求得零件的有关尺寸。 (2) 校核计算。已知零件的各部分尺寸，校核它是否能满足有关的设计准则。 2. 经验设计 根据对同类零件已有的设计与使用实践，归纳出经验公式和数据，或者用类比 法进行的设计称为经验设计。对于某些典型零件，这是很有效的设计方法。经 验设计也用于某些目前尚不能用理论分析的零件设计中。 对于尺寸很大，结构复杂，工况条件特殊，又难以进行理论计算和经验设计的 重要零件，可采用模型或样机，通过实验考核其性能，并取得必要数据后，再 根据实验结果修改原有设计。但这种方法费时、成本高，只用于特别重要的设 计。
机械设计基础ch01
第1章 绪 论
教学重点和难点：
机器的组成及其分析方法。 本课程的性质、内容以及学习方法。 机械设计的一般程序。 机械零件设计的一般程序。 机械、机器、机构、构件以及零件的概念。
机械设计基础ch01
第1章 绪 论
案例导入：
如图1-1所示的是一台自动组装机，由工业编程控制器进 行控制、安全监测、质量检测、计数的六工位组装机；它 可以根据需要设计相应的夹具及工装，代替人完成装配动 作。在我们的生产、生活中有许许多多的机器，有哪些内 容和机械设计基础课程有关？如何认识机器、分析机器？ 这些将要在本书的内容中逐步得到解答。
机械设计基础ch01
1.1.2 机器的组成要素
只能实现机械运动和力的传递与变换的装置称为机构，例如。内燃机中由曲轴、连杆、活 塞和气缸组成曲柄滑块机构，齿轮机构，凸轮机构等。 运动的基本单元称为构件，构件可以是单一的零件，如曲轴(如图1-3所示)，也可以是由 一些零件通过连接组成的刚性体，如内燃机连杆(如图1-4所示)。 零件是制造的基本单元，在各种机器中都可以用到的零件，叫通用零件，如螺栓、键、带 轮、齿轮等；在特定类型的机器使用的零件叫专用零件，如内燃机中的活塞、曲轴、洗衣 机中的波轮、风扇中的叶轮等。 部件是一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器等。 这些零、部件从机器的全局出发，相互关联、互相影响组成一部完整的机器。 一部完整的机器都是由一个或一些机构组成，能够实现机械运动，做有用的机械功或实现 能量、物料、信息的传递与变换的装置。 对能量进行转换，实现其他种类的能量转换为机械能的机器是动力机械，如内燃机、水轮 机、电动机、气动马达、液压马达等。 对物料进行转换，完成某种工作或工艺过程的机器是工作机器，如各种切削加工设备、运 输机械、食品加工机械等；还包括球磨机、摇号机等随机运动的机器。 对信息进行转换，实现电、热、压力、变形等形式的信息与机械运动信息之间的传递与转 换的机器，称为信息机器，如检测装置、计量装置等。 机械是机器与机构的总称。
机械设计基础ch01
1.1.1 机器的组成和分析
图1-2 自动组装机传动系统图 1—电机；2—皮带；信号采集器；8—凸轮机构；9—齿条；10—齿轮；11—夹具
机械设计基础ch01
1.1.1 机器的组成和分析
图1-3 内燃机结构图 1—气缸；2—活塞；3—连杆；4—曲轴；5—小齿轮；6—大齿轮；7—凸轮；8—顶杆
机械设计基础ch01
1.2.2 机械设计的一般程序
设计机械的程序视具体情况而定，一般分为产品规划、方案设计、技术设计和加工设计四 个阶段。
1. 产品规划阶段
在根据市场预测、用户需求调查和可行性分析后，制定出机器的设计任务书，明确设计要 求。
2. 方案设计阶段
方案设计包括了机械产品的功能原理设计，确定机器的工作原理和技术要求，初步拟定机 器的总体布置、传动方案和机构运动简图等，对机构进行运动分析与设计。从多种方案中， 经优化筛选与评价，选取较理想的方案。
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1.2.3 机械零件设计的一般步骤
(1) 根据零件的使用要求，选择零件的类型并设计零件的 结构。 (2) 根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。 (3) 根据零件的类型、结构和所受载荷，分析零件的失效 形式，确定零件的设计准则。 (4) 根据零件的工作条件，选择材料。 (5) 根据设计准则进行计算，确定零件的基本尺寸。 (6) 绘制出零件工作图并编写设计说明书。
1. 使用要求
为保证机械零件不失效，根据载荷作用情况，对零件尺寸的限制和零 件重要程度，对材料提出强度、刚度、弹性、塑性、冲击韧性、阻尼 性和吸振性等力学性能方面的相应要求。同时，由于零件工作环境等 其他需求，对材料可能还有密度、导热性、抗腐蚀性、热稳定性等物 理性能和化学性能方面的要求等。
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3. 技术设计阶段
主要工作包括：总体设计、结构设计、施工设计、商品化设计、模型试验等。要在方案设 计的基础上，进行结构和主要零部件工作能力的设计，完成装配图、零件图及编写设计计 算说明书、使用说明书等技术文件。
4. 样机试制和鉴定
根据图纸、技术文件进行样机的试制；对样机进行性能检测、修改和改进；组织鉴定并进 行经济技术评价。通过后，才可批量投产或交付用户使用，还需要收集反馈的信息，作为 将来进一步改进的依据。
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1.3 机械零件材料选用原则
机械零件常用的材料有钢、铸铁、有色金属和非金属等，常用材料的 牌号、性能及热处理知识可查阅机械设计手册。 在机械设计中选择材料是一个重要环节。随着材料科学的不断发展， 机械制造业对零件的要求在提高。因此，设计者在选择材料时，应充 分了解材料的性能和适用条件，并考虑零件的使用、工艺和经济性等 要求。
第1章 绪 论
图1-1 自动组装机 1—载物工作台；2—PLC控制箱；3—电源；4—气动控制箱；5—信号采集发生器
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第1章 绪 论
1.1 机器的组成 1.2 机械设计的基本要素 1.3 机械零件材料选用原则 1.4 机械零件的制造工艺性及标准化 1.5 本课程的内容、性质和任务 1.6 实验与实训 1.7 习 题
1.3 机械零件材料选用原则
2. 工艺要求
选择零件材料时必须考虑到加工制造工艺的影响。铸造毛坯应考虑材 料的液态流动性、产生缩孔或偏折的可能性等；锻造毛坯应考虑材料 的延展性、热脆性和变形能力等；焊接零件应考虑材料的可焊性和产 生裂纹的倾向等；对进行热处理的零件应考虑材料的可淬性、淬透性 及淬火变形的倾向等；对于切削加工的零件应考虑材料的易切削性、 切削后能达到的表面粗糙度和表面性质的变化等。
机械设计基础ch01
1.4 机械零件的制造工艺性及标准化
机械设计基础ch01
1.4.1 机械零件的工艺性
零件的工艺性是指在既定的生产条件和规模下，能 用较少的劳动和较低的成本把零件制造和装配出来。 为此，设计者必须了解零件的制造工艺，能从材料 选择、毛坯制造、机械加工、装配以及维修等环节 考虑有关的工艺问题。
机械设计基础ch01
1.1.2 机器的组成要素
(a) 连杆
(b) 连杆拆分件 图1-4 内燃机连杆
机械设计基础ch01
1.2 机械设计的基本要素
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4
机械设计的基本要求 机械设计的一般程序 机械零件设计的一般步骤 机械零件的设计方法
机械设计基础ch01
机械设计基础ch01
1.1 机器的组成
1.1.1 机器的组成和分析 1.1.2 机器的组成要素
机械设计基础ch01
1.1 机器的组成
机械制造业为人类提供了日常生活、各行各业生产所需要的机械。机 械能代替、减轻人们的体力劳动和脑力劳动，提高劳动生产率和保证 产品的质量；也只有机械化的生产才能进行严格的分工和科学的管理。 因此，机械的发展水平也代表了国家工业、科学技术的发展水平。 在装备制造业中，机械设计是第一步，是产品成败的关键。
机械设计基础ch01
1.4.2 机械零件设计中的标准化
零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化是我国实行的一项重要 的技术经济政策。 在机械设计中零件标准化，在制造上可以实行专业化大批量集中生产， 提高产品质量，降低成本，便于维修管理；在设计上可以减少设计量 和设计周期。我国现行标准分为国家标准(GB)、部颁标准(如JB、YB 等)和企业标准三级。出口产品应采用国际标准(ISO)。 通用化是在系列产品内部或在跨系列的产品之间，采用同一结构和尺 寸的零部件。它可以最大限度地减少产品的规格、形状、尺寸和材料 品种等，实现通用互换。 系列化是将产品尺寸和结构按尺寸大小分档，按一定规律优化组合成 产品系列，以减少产品型号数目，以较少的品种规格满足用户的广泛 需要。
3. 经济性
从经济观点出发，在满足性能要求的前提下，应尽可能选用价廉的材 料，以降低材料费用。另外，还应综合考虑到生产批量等因素的影响， 如大量生产宜用铸造毛坯；单件生产采用焊接件，可以降低制造费用。
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1.4 机械零件的制造工艺性及标准化
1.4.1 机械零件的工艺性 1.4.2 机械零件设计中的标准化
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第1章 绪 论
教学目标： 机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原 理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法，这些 知识将通过一些机构和零件进行讲授。 对于一般的机器，我们在日常生活中已有了不同程度的认 识。但是，一部机器是怎样组成的？如何完成既定的功能？ 其中哪些问题与本课程有关？等等。对于这些问题，我们 可以通过对典型机械的分析来认识。 通过本章的学习，要求读者了解本课程研究的内容、性质 和任务。
机械设计基础ch01
1.2.4 机械零件的设计方法
机械零件的设计方法，通常把过去长期采用的设计方法称为常规设计方法，近 几十年发展起来的设计方法称为现代设计方法。此处仅介绍本书使用的常规设 计方法。 1. 理论设计 按照机械零件的结构及其工作情况，将其简化成一定的物理模型，运用力学、 弹性力学、热力学、摩擦学等理论推导出来的设计公式和用实验数据进行设计 的方法称为理论设计。这些设计公式有两种不同的使用方法。 (1) 设计计算。按设计公式直接求得零件的有关尺寸。 (2) 校核计算。已知零件的各部分尺寸，校核它是否能满足有关的设计准则。 2. 经验设计 根据对同类零件已有的设计与使用实践，归纳出经验公式和数据，或者用类比 法进行的设计称为经验设计。对于某些典型零件，这是很有效的设计方法。经 验设计也用于某些目前尚不能用理论分析的零件设计中。 对于尺寸很大，结构复杂，工况条件特殊，又难以进行理论计算和经验设计的 重要零件，可采用模型或样机，通过实验考核其性能，并取得必要数据后，再 根据实验结果修改原有设计。但这种方法费时、成本高，只用于特别重要的设 计。
机械设计基础ch01
第1章 绪 论
教学重点和难点：
机器的组成及其分析方法。 本课程的性质、内容以及学习方法。 机械设计的一般程序。 机械零件设计的一般程序。 机械、机器、机构、构件以及零件的概念。
机械设计基础ch01
第1章 绪 论
案例导入：
如图1-1所示的是一台自动组装机，由工业编程控制器进 行控制、安全监测、质量检测、计数的六工位组装机；它 可以根据需要设计相应的夹具及工装，代替人完成装配动 作。在我们的生产、生活中有许许多多的机器，有哪些内 容和机械设计基础课程有关？如何认识机器、分析机器？ 这些将要在本书的内容中逐步得到解答。
机械设计基础ch01
1.1.2 机器的组成要素
只能实现机械运动和力的传递与变换的装置称为机构，例如。内燃机中由曲轴、连杆、活 塞和气缸组成曲柄滑块机构，齿轮机构，凸轮机构等。 运动的基本单元称为构件，构件可以是单一的零件，如曲轴(如图1-3所示)，也可以是由 一些零件通过连接组成的刚性体，如内燃机连杆(如图1-4所示)。 零件是制造的基本单元，在各种机器中都可以用到的零件，叫通用零件，如螺栓、键、带 轮、齿轮等；在特定类型的机器使用的零件叫专用零件，如内燃机中的活塞、曲轴、洗衣 机中的波轮、风扇中的叶轮等。 部件是一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器等。 这些零、部件从机器的全局出发，相互关联、互相影响组成一部完整的机器。 一部完整的机器都是由一个或一些机构组成，能够实现机械运动，做有用的机械功或实现 能量、物料、信息的传递与变换的装置。 对能量进行转换，实现其他种类的能量转换为机械能的机器是动力机械，如内燃机、水轮 机、电动机、气动马达、液压马达等。 对物料进行转换，完成某种工作或工艺过程的机器是工作机器，如各种切削加工设备、运 输机械、食品加工机械等；还包括球磨机、摇号机等随机运动的机器。 对信息进行转换，实现电、热、压力、变形等形式的信息与机械运动信息之间的传递与转 换的机器，称为信息机器，如检测装置、计量装置等。 机械是机器与机构的总称。
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1.1.1 机器的组成和分析
图1-2 自动组装机传动系统图 1—电机；2—皮带；信号采集器；8—凸轮机构；9—齿条；10—齿轮；11—夹具
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1.1.1 机器的组成和分析
图1-3 内燃机结构图 1—气缸；2—活塞；3—连杆；4—曲轴；5—小齿轮；6—大齿轮；7—凸轮；8—顶杆
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1.2.2 机械设计的一般程序
设计机械的程序视具体情况而定，一般分为产品规划、方案设计、技术设计和加工设计四 个阶段。
1. 产品规划阶段
在根据市场预测、用户需求调查和可行性分析后，制定出机器的设计任务书，明确设计要 求。
2. 方案设计阶段
方案设计包括了机械产品的功能原理设计，确定机器的工作原理和技术要求，初步拟定机 器的总体布置、传动方案和机构运动简图等，对机构进行运动分析与设计。从多种方案中， 经优化筛选与评价，选取较理想的方案。
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1.2.3 机械零件设计的一般步骤
(1) 根据零件的使用要求，选择零件的类型并设计零件的 结构。 (2) 根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。 (3) 根据零件的类型、结构和所受载荷，分析零件的失效 形式，确定零件的设计准则。 (4) 根据零件的工作条件，选择材料。 (5) 根据设计准则进行计算，确定零件的基本尺寸。 (6) 绘制出零件工作图并编写设计说明书。
1. 使用要求
为保证机械零件不失效，根据载荷作用情况，对零件尺寸的限制和零 件重要程度，对材料提出强度、刚度、弹性、塑性、冲击韧性、阻尼 性和吸振性等力学性能方面的相应要求。同时，由于零件工作环境等 其他需求，对材料可能还有密度、导热性、抗腐蚀性、热稳定性等物 理性能和化学性能方面的要求等。
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3. 技术设计阶段
主要工作包括：总体设计、结构设计、施工设计、商品化设计、模型试验等。要在方案设 计的基础上，进行结构和主要零部件工作能力的设计，完成装配图、零件图及编写设计计 算说明书、使用说明书等技术文件。
4. 样机试制和鉴定
根据图纸、技术文件进行样机的试制；对样机进行性能检测、修改和改进；组织鉴定并进 行经济技术评价。通过后，才可批量投产或交付用户使用，还需要收集反馈的信息，作为 将来进一步改进的依据。
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1.3 机械零件材料选用原则
机械零件常用的材料有钢、铸铁、有色金属和非金属等，常用材料的 牌号、性能及热处理知识可查阅机械设计手册。 在机械设计中选择材料是一个重要环节。随着材料科学的不断发展， 机械制造业对零件的要求在提高。因此，设计者在选择材料时，应充 分了解材料的性能和适用条件，并考虑零件的使用、工艺和经济性等 要求。