(机械制造行业)机械设计大全

绪论
一、教学目标
(一）能力目标
1.解本课程的内容、性质和任务
2.掌握学习本课程的方法
(二)知识目标
1.了解机器的组成及其特征
2.熟悉机构、构件、零件、部件的概念及其区别
二、教学内容
1.机械设计基础研究的对象
2.本课程的作用
3.机械设计的基本要求和一般过程
三、教学的重点与难点
(一）重点
本课程的研究对象、内容。

(二)难点
机构、构件、零件、部件的概念及其区别。

四、教学方法与手段
采用动画演示,注重启发引导式教学。

0.1 机器的组成及特性0.1.1 机器的组成及其特征
以内燃机为例
1、工作原理
内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器。

如图所示，燃气在气缸中燃烧并产生压力，推动活塞下移，活塞带动曲轴作定轴连续转动，曲轴一端接工作机，输出机械能，作有用机械功。

活塞上移时，排气阀打开，排出废气。

在工作过程中，内燃机各构件具有协调配合的确定运动，活塞往复移动一次，内燃机完成一个工作循环，实现热能与机械能的转换，并完成有用机械功。

2、组成
内燃机由三部分组成：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。

（1）连杆机构：由活塞、连杆、曲轴和缸体组成
（2）齿轮机构：由主动齿轮、从动齿轮和机架组成
（3）凸轮机构：由凸轮、顶杆和机架组成
上述三种机件的组合体在输入运动给定后都有确定的运动，我们将它们称之为机构，即机构是传递运动和动力的实物组合体。

3、机器的特性
由上可知，机器具有以下特征：
（1）它是多种人为实物的组合；
（2）各部分间具有确定的相对运动；
（3）能代替或减轻人们的劳动和改善生活条件，完成有效的机械功或转换机械能。

0.1.2 机构、构件、零件
1、机构
机构是用来传递运动和力，有一个构件为机架，用运动副连接起来的构件系统。

一台机器可以由一个机构，也可以由多个机构组成。

常用机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等。

2、构件
构件是指机构的运动单元体。

如键、齿轮、螺栓等。

构件可能是一个零件，也可能是由若干个零件组合的刚性体。

如内燃机连杆就是由连杆体、连杆盖、螺母和螺栓等零件组成的构件，因为组合成连杆的各零件之间没有相对运动。

3、零件及其分类
机械零件是指机器的制造单元体。

机械零件又分通用零件和专用零件。

通用零件是指各种机器普遍用到的零件，如螺栓、螺母、键、销等；专用零件是指某种机器才用到的零件，如内燃机的曲轴、活塞等。

0.2 本课程的内容、性质和任务
0.2.1 本课程的性质
专业基础课
0.2.2 本课程的研究对象
常用机构和通用零件
0.2.3 本课程的研究内容
本课程研究的内容为机械中的常用机构及一般工作条件下和常用参数范围内的通用零、部件的工作原理、结构特点、运动和动力性能、基本设计理论、计算方法以及一些零部件的选用和维护。

0.2.4 本课程的任务
1、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。

2、使学生掌握常用机构的基本理论和设计方法、掌握通用零部件的失效形式、设计准则与设计方法。

3、使学生能正确使用机械设备，并具有维护和故障分析的能力。

4、使学生初步具有运用标准、规范、手册、图册及查阅工具书的能力，初步掌握设计简单传动装置的能力。

0.3 学习方法
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转折点。

因此，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：
1、本课程将多门先修课程的基本理论应用到实际中去，解决有关实际问题。

因此，先修课程的掌握程度直接影响到本课程的学习。

2、学生一接触本课程就会产生“没有系统性”、“逻辑性差”等错觉，这是由于习惯了基础课的系统性所造成的。

本课程中，虽然不同研究对象所涉及到的理论基础不相同，且相互之间无多大关系，但最终的研究目的只有一个，即设计出能应用的机构、零件等。

3、由于实践中所发生的问题很复杂，很难用纯理论的方法来解决，因此常常采用很多经验公式、参数及其简化计算等，这样往往会给学生造成“不讲道理”、“没有理论”等错觉，要逐步适应。

4、计算步骤和计算结果不像基础课那样具有惟一性。

5、计算对解决设计问题虽然很重要，但并不是惟一所要求的能力。

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。

小结：
1. 机械设计基础研究的对象
2. 本课程的作用
3. 机械设计的基本要求和一般过程
作业与思考：
1、何谓机器，何谓机构？它们有什么区别与联系？
2、参照内燃机的机构分析，说明它是由哪些机构组成的。

第一章机械设计概述
一、教学目标
(一）能力目标
了解机械零件设计和机械设计的基本要求和一般过程
(二)知识目标
熟悉机械零件的失效形式及设计准则
二、教学内容
1.机械设计的基本要求
2.机械设计的内容与步骤
3.机械零件的失效形式及设计计算准则
4.机械零件设计的标准化、系列化及通用化
三、教学的重点与难点
机械设计的步骤、机械零件的失效形式及设计准则
四、教学方法与手段
采用多媒体,注重启发引导式教学。

1.1 机械设计的基本要求
1.1.1 机械零件设计的基本要求
1、工作可靠
2、成本低廉
1.1.2 机械设计的基本要求
1、保证产品的功能；
2、保证产品的工艺性；
3、保证产品具有使用和维护要求；
4、保证产品的社会效益和经济效益；
5、保证产品具有创新性。

1.2 机械设计的内容与步骤
机械设计是一项复杂、细致和科学性很强的工作。

随着科学技术的发展，设计方法也在不断地发展。

近年来发展起来的“优化设计”、“可靠性设计”、“有限元设计”、“模块设计”、“计算机辅助设计”等现代设计方法已在机械设计中得到了推广与应用。

即使如此，常规设计方法仍然是工程技术人员进行机械设计的重要基础。

1.2.1机械设计的过程的分段
1、产品规划
2、方案设计
3、技术设计
4、制造及试验
与设计机器时一样，设计机械零件也常需拟定出几种不同的方案，经过认真比较选用最
好的一种。

1.2.2设计机械零件的一般步骤
1、根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷
2、根据零件工作情况的分析，确定零件的失效形式，从而确定其计算准则
3、进行主要参数选择，选择材料，根据计算准则定出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求等
4、进行结构设计
5、绘制零件工作图，制定技术要求，编写计算说明书及有关技术文件。

1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则
失效：丧失预订功能或预订功能指标降低到许用值以下的现象。

1.3.1 失效形式
1、断裂
过载断裂、疲劳断裂
2、过量变形
3、表面失效
4、破坏正常工作条件引起的失效
1.3.2 设计计算准则
设计计算准则：根据不同失效原因建立起来的工作能力判定条件。

1、强度准则（整体强度、表面强度）
2、刚度准则
3、耐热性准则
4、散热性准则
5、可靠性准则
1.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化
标准件：按规定标准生产的零件。

标准化的好处：（1）由专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节约材料、降低成本；（2）选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周期；（3）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可以减少刀具和量具的规格；（4）具有互换性，从而简化机器的安装和维
修。

设计中选用标准件时，由于受到标准的限制而使选用不够灵活，若选用系列化产品则从一定程度上解决了这一问题。

通用化是指在不同规格的同类产品中或不同类产品中采用同一结构和尺寸的零部件，以减少零部件的种类，简化生产管理过程，降低成本和缩短生产周期。

三化：标准化、系列化、通用化。

小结：
1. 机械设计的基本要求
2. 机械设计的内容与步骤
3. 机械零件的失效形式及设计计算准则
4.机械零件设计的标准化、系列化及通用化
作业与思考：
1、机械设的过程通常分为那几个阶段？各阶段的主要内容是什么？
2、常见的失效形式有哪几种？
3、标准化的重要意义是什么？。