清华大学机械设计基础讲义-绪论
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机械设计基础 完整课件 第1章 绪论
返回目录第1章绪论1.1教学基本要求1.弄清机器与机构、构件与零件的概念，了解它们的区别和联系。
2.明确机械的基本设计要求；初步理解机械零件的主要失效形式以及强度、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定性等工作能力计算准则。
3.能正确判断零件中应力的循环特性，了解疲劳断裂和疲劳点蚀的产生机理和影响因素。
4.了解机械设计常用材料的选用原则。
1.2重点与难点分析本章的重点是机器与机构、构件与零件的概念以及机械零件的工作能力计算准则，难点是变应力下许用应力的确定。
1.零件零件是机器最基本的组成要素，它是加工制造时的最小单元。
2.构件构件是机器中最小的运动单元。
构件可以是单个零件，但是由于结构和工艺上的需要，常常将几个零件固定联接在一起，组成一个构件。
机器中各构件之间会产生相对运动，但同一构件上的零件之间无相对运动。
3.机构机构是能变换或传递运动与动力的、用可动联接组合而成、而且有一个构件被固定的构件系统。
机构作为一个构件系统，用来传递运动和力。
4.机器机器是能执行机械运动、并用来变换或传递能量、物料与信息的装置。
一部机器可以是单个机构，但是大多数机器由多个机构组成。
例如鼓风机和电动机只包含一个机构，而内燃机则包含曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构等多个机构。
除构件系统之外，机器还可能含有电气、液压、气压、光学等其他系统，因此机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量、物料与信息的功能。
5.机械由于机器的主体是由机构组成的，在研究构件的运动和受力情况时，机器与机构之间并无区别，因此人们把机器与机构统称为机械。
6.机械零件的工作能力机械零件抵抗失效的能力，称为机械零件的工作能力。
其中强度是零件抵抗断裂、塑性变形以及表面损坏的能力；刚度是零件抵抗弹性变形的能力；抗磨性是零件表面的抗磨损能力；耐热性是零件在较高温度下抗蠕变、抗氧化和抗热变形的能力；振动稳定性是零件在周期性外力作用下不发生剧烈振动的能力。
零件设计中通常使用一些计算公式来判断零件是否具有足够的工作能力，这些计算公式称为机械零件的工作能力计算准则。
机械设计基础第1章 绪论
1.1.2 机械中的构件、零件和部件 1. 构件 机构是由构件组成的，构件在机构中具有独立的运动特性， 在机械中形成一个运动整体。如图1-2（a）所示的内燃机是由 活塞、连杆、曲轴和汽缸等构件构成的一个典型的曲柄滑块机 构，其中，原动件活塞作直线往复运动，通过连杆带动曲轴作 连续转动。
2. 机械零件 机械零件 机械都是由机械零件组成的。 机械都是由机械零件组成的 。 机械零件是指机械中每一个 单独加工的单元体，例如图1-1所示的曲轴 所示的曲轴。 单独加工的单元体，例如图 所示的曲轴。构件可以是单一的 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图1-2(b)所 机械零件，也可以是若干机械零件的刚性组合。例如图 所 示的连杆，它是由连杆体、连杆盖、 示的连杆 ， 它是由连杆体 、 连杆盖 、 螺栓和螺母等零件组合而 成的。这些零件之间没有相对运动，是一个运动整体， 成的 。 这些零件之间没有相对运动 ， 是一个运动整体 ， 故属一 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 个构件。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。 随着机械的功能和类型的日益增多， 随着机械的功能和类型的日益增多 ， 作为组成机械的最基 本单元的零件更是多种多样。 本单元的零件更是多种多样。 通常将机械零件分为通用机械零 件和专用机械零件两大类。 件和专用机械零件两大类。
1.3 机械零件的材料选择
1.3.1 使用要求 按强度条件设计的零件，当其尺寸和重量都受限制时，应 选用强度较高的材料； 按刚度条件设计的零件，应选用弹性模 量较大的材料；若零件表面接触应力较高(如齿轮)，应选用可 以进行表面强化处理的材料(如调质钢、渗碳钢)。此外，对容 易磨损的零件(如蜗轮)，应选用耐磨性好的材料；对滑动摩擦 下工作的零件(如滑动轴承)，应选用减摩性好的材料；对高温 下工作的零件，应选用耐热材料；对腐蚀性介质中工作的零件， 应选用耐腐蚀材料。
机械设计基础
的初拉力 4）张紧轮装置： V 带传动用张紧轮 装置时，张紧轮应安装在带松 边内侧，尽量靠近大带轮，防止因张紧造成小轮包角过小，而且也避 免带的反向弯曲。 平带传动用张紧轮装置时， 张紧轮应安装在带松边 外侧， 尽量靠近小带轮，以增大小轮包角。 9、带传动的失效形式及设计准则？ 1）打滑、疲劳破坏（脱层、撕裂、拉断） 2）保证带在工作中不打滑，同时具有足够的疲劳强度和一定的使用 寿命。
律时，在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也 将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引起的 冲击称为柔性冲击。适用场合：中速、轻载。 3）简谐（余弦加速度）运动规律 运动特性：这种运动规律的加
速度在起点和终点时有有限数值的突变， 故也有柔性冲击。 适用场合： 中速、中载。 5、从动件作余弦加速度运动规律，当无远、近休止时，是否会产生 柔性冲击？ 1）从动件作余弦加速度运动规律，当无远、近休止时，不会产生柔 性冲击； 2）从动件作余弦加速度运动规律，当有远、近休止时，会产生柔性。
四〃凸轮机构
1、凸轮机构由：凸轮、从动件、机架组成。 2、按凸轮形状分类，它分哪几种？ 盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮 3、按从动件形状分哪几种？ 顶尖从动件、滚子从动件、平底从动件 4、从动件常用的运动规律有哪三种？它们的运动特性怎样？ 1）等速运动规律 运动特性：当采用匀速运动规律时，推杆在
运动的起始点和终止点因速度有突变， 在理论上加速度值为瞬时无穷 大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为刚 性冲击。 2）等加速等减速运动规律 运动特性：当采用等加速等减速运动规
三〃平面连杆机构
1、铰链四杆机构的概念；铰链四杆机构的基本形式？ 铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的平面四杆机构。 曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 2、曲柄存在的条件及应用？ 1).最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长度之和； 2）.连架杆和机架杆中必有一杆为最短杆。 3、急回特性及行程速度变化系数？ 急回特性：主动件连续运转，从动件在空回行程（非工作行程）的平
机械设计基础1-绪论
凸轮7
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
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 辅助运动：配气 ——启闭进排气阀
电力代替了蒸汽。 集中驱动被抛弃了， 每台机器都安装了独 立的电动机。
为汽车、飞机的 出现提供了可能性。
1886年，本茨发明的汽油发动 机为动力的三轮车被授予专利。
与此同时，戴姆勒也发明 出了他的第一辆四轮汽车。
莱 特 兄 弟
1903
近代 — 材料的变革
19世纪中叶，发明了炼钢法，从那时一直到现在，
运动学
静力学
动力学
强度理论
牛顿经典力学
材料学
到20世纪上半叶，机械设计的方法已基本形成。
机 构 结 构 学 机 构 运 动 学 机 器 静 力 学 机 器 动 力 学 机 械 零 件 设 计
运动学
静力学
动力学
强度理论
但是，这些方法都基于图解和手工计算。 牛顿经典力学
材料学
现 代： 20世纪中叶 －
单一零件曲轴
多个零件
刚性组合 连杆
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
5.部件：若干个零件的装配体
具体内容
常用机构设计
连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构（棘轮机构、 槽轮机构、不完全
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
《机械设计基础》课件——第一章 绪论
1.1.1 引言
人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机械，其目的是为
了减轻或替代人的劳动，提高生产率。
东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上，根据地动 仪内部机构的推测图（参见图1-2），它的原理是某一方向发生地震 时，使都柱（龙机）向该方向倾斜，带动杆件机构，迫使这个方位的 龙口大张，吐出小铜丸，掉进蟾蜍的嘴里，这样就能自动预报地震发 生的方向。
先以图1-3所示的单缸内燃机为例进行分析。
内燃机是由机架（缸体）1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5 、排气阀6、推杆7、凸轮8、齿轮9和10等组成。活塞、连杆、曲轴 和缸体组成主体部分，燃气推动活塞作往复移动，经连杆转变为曲轴 的连续转动；凸轮、进排气阀推杆和缸体组成进排气的控制部分，凸 轮转动，推动气阀按时启闭，分别控制进气和排气；曲轴上的齿轮和 凸轮轴上的齿轮与缸体组成传动部分，曲轴转动，通过齿轮将运动传 给凸轮轴。上述三部分共同将热能转换为曲轴的机械能。
设计零件时应满足的基本要求是从设计机器的要求中提出来的，
一般概括为以下两点：
（1）使用要求
（2）经济性要求
1.4.2 机械零件设计的一般方法
第一章 绪论
第一章 绪论
【引 子】
机械设计是根据机械的使用要求对其工作原理、结构、运动方式 ，零件的材料、几何形状等进行构思、分析和计算并将其转化为具体 的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成 部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。
1.1 本课程的研究对象
它是机械中的装配单元，如减速器、离合器等。
3．构件 从机械实现预期运动和功能角度看，机构中形成相对运动的各个
运动单元称为构件。构件可以是由单一的零件，也可以是由若干零件 组成的运动单元。如图1-5所示的内燃机连杆是由连杆体1、轴套2、 连杆头3、螺栓4、定位销5、轴瓦6等组成，其一端与活塞相连，另 一端与曲轴相配合。
机械设计基础-绪论
机械设计的重要性
机械设计保证了设备的可靠运行、高效工作和安全操作，提高生产力和竞争 力，满足市场需求。
机械设计的基本原则
• 功能设计 • 可制造性 • 材料选择 • 结构设计 • 电气与控制集成
机械设计的基本流程
1
需求分析
明确用户的需求和功能要求，进行调研和需求分析。
2
方案设计
制定多个方案，进行评估和优化，选择最佳设计方案。
经济成本
机械设计需要在满足需求的前提下降低生产成本 和维护成本。
在工程领域的应用
汽车工业
机械设计应用于汽车的发动机、底盘、悬挂系统等 各个方面。
航空航天
机械设计用于飞机、导弹、卫星等航空航天领域的 设备与部件。
工业机械
机械设计涵盖了各类工厂和设备中的传动、输送、 加工等机械系统。
机器人技术
机械设计在机器人领域中负责关节、结构、传感器 以及执行器的设计。
3
详细设计
进行更细节的设计，包括零部件选型、绘图和计算等。
4
制造
根据设计图纸完成设备和部件的制实验和测试，验证设计的性能和可靠性。
机械设计的挑战和难点
1 复杂性
机械设计需要解决复杂问题，涉及多学科的知识和技能。
2 创新性
机械设计需要不断创新和改进，以适应不断变化的需求和技术。
机械设计基础-绪论
机械设计是将工程知识与经验应用到机械设备与零部件的创造、改进和完善 过程。
机械设计的定义
精确度与可靠性
机械设计的目标是通过精确的计算和测试来确保 设备的可靠性和精度。
安全与环保
机械设计要考虑工作环境和操作员的安全，并遵 守环境保护准则。
功能与效率
机械设计需要满足设备的功能需求，并最大化效 率，减少能源消耗。
机械设计基础教学课件第七章绪论
2、安全可靠性要求:指产品在规定调节下和会顶时间内完成规定功 能的能力，机器正常工作的必要条件。 “规定条件”是指对产品进行可靠性考核时所规定的使用条件和环境条件，包 括载荷情况、工作制度、应力、强度、湿度、粉尘及腐蚀等包括 操作规程、维修方法等。 “规定时间”是指对产品可靠性考核时所规定的时间，如运行时间、应力循环 次数、行驶的里程等。 “规定功能”是指对产品考核的具体功能，产品规定功能的丧失称为失效，可 修复产品的失效称为故障。
二、机械零件常用的材料种类
黑色金属
铸铁
钢
灰铸铁：多用于制造底座、端盖、手轮。
球墨铸铁：常用于制造差速器壳体、扳手 曲轴、活塞环。
可锻铸铁：多用于制造承受中、高动静 载荷的零件、制作、凸轮轴。
合金铸铁：用于重载或在高温、高腐蚀 环境下服役的零件。
Hale Waihona Puke 4.机械：机器与机构的总称 5.构件：机器或机构中最小的运动单元。（各零件间没有相对运动） 6.零件：机器或机构中最小的制造单元 7.部件：一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合。 （用以完成特定的工作，往往独立加工装配。如：变速器，离合器，制动器等） 注意：构件与零件联系与区别
零件 构件 机器
驱动和执行机构
它输出与被控量目标值相应的信号
把被控参数的实际值和给定值比较，产生误差型号送给驱动器
它把误差信号放大，变成能驱动执行机构的物理量， 参与被控量的调节
对被控参数的实际值进行测量，并把测得的物理量转 换成点信号
§7.2 机械设计的基本要求及一般过程
一、机械设计的基本要求
1、满足社会需求 机械产品的设计总是以社会需求为前提 必需正确选择机器的工作原理、机构类型和机械传动方案
推行标准化要求：标准化，系列化，通用化 体现工艺造型美观要求
二、机械零件常用的材料种类
黑色金属
铸铁
钢
灰铸铁：多用于制造底座、端盖、手轮。
球墨铸铁：常用于制造差速器壳体、扳手 曲轴、活塞环。
可锻铸铁：多用于制造承受中、高动静 载荷的零件、制作、凸轮轴。
合金铸铁：用于重载或在高温、高腐蚀 环境下服役的零件。
Hale Waihona Puke 4.机械：机器与机构的总称 5.构件：机器或机构中最小的运动单元。（各零件间没有相对运动） 6.零件：机器或机构中最小的制造单元 7.部件：一组协同工作的零件组成的独立制造装配的组合。 （用以完成特定的工作，往往独立加工装配。如：变速器，离合器，制动器等） 注意：构件与零件联系与区别
零件 构件 机器
驱动和执行机构
它输出与被控量目标值相应的信号
把被控参数的实际值和给定值比较，产生误差型号送给驱动器
它把误差信号放大，变成能驱动执行机构的物理量， 参与被控量的调节
对被控参数的实际值进行测量，并把测得的物理量转 换成点信号
§7.2 机械设计的基本要求及一般过程
一、机械设计的基本要求
1、满足社会需求 机械产品的设计总是以社会需求为前提 必需正确选择机器的工作原理、机构类型和机械传动方案
推行标准化要求：标准化，系列化，通用化 体现工艺造型美观要求
机械设计课件(清华大学出版)第1章_绪_论
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1.1.1 机械设计基础课程的内容、性质和要求
本小节介绍机械设计基础课程的主要内容、本课程在专业教 学计划中的性质、地位和学习本课程后要达到的基本要求。
1. 机械设计基础课程的内容 本书主要讨论机械设计的常用方法和一般过程；机械传
基础课，其先修课程为机械制图、高等数学、机械 工程材料、工程力学。同时本课程还为后续的专业 课程如：机械制造基础、机电一体化技术和内燃机 原Fra bibliotek机等提供基础知识。
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1.1.1 机械设计基础课程的内容、性 质和要求
3．机械设计基础课程的要求 通过学习本课程，应达到以下基本要求 (1）熟悉常用机构的工作原理，运动特性、几何尺寸计算，
1.1.2 机器的组成及其特征
图 1.1 内燃机工作原理
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1.1.2 机器的组成及其特征
3.机构的特征 图1.1中的活塞、连杆、曲轴和汽缸的组合可以将活塞的直线运动转
变为曲轴的转动，图中凸轮、推杆和汽缸体的组合可以将凸轮的转动转 变为推杆的直线移动。这些组合称为机构。因此机构具有以下特征： ◆ 机构是人为的实物组合； ◆ 机构各部分之间具有确定的相对运动。 一般统称机器和机构为机械。 组成机构的基本单元是构件，图1.1所示的曲轴4、活塞2、连杆3和内 燃机缸体1就是组成曲柄滑块机构的构件，这些构件的运动都是独立的。 因此称构件是机构（机器）中运动的基本单元。
动中常用机构的几何尺寸计算、运动学分析和动力学分析； 常用机构的一般设计方法；通用机械零件的失效分析、强度 计算和常用标准零件的选用等问题。
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1.1.1 机械设计基础课程的内容、性 质和要求
2．机械设计基础课程的性质 本课程是一门机械类专业和近机类专业必修的技术
1.1.1 机械设计基础课程的内容、性质和要求
本小节介绍机械设计基础课程的主要内容、本课程在专业教 学计划中的性质、地位和学习本课程后要达到的基本要求。
1. 机械设计基础课程的内容 本书主要讨论机械设计的常用方法和一般过程；机械传
基础课，其先修课程为机械制图、高等数学、机械 工程材料、工程力学。同时本课程还为后续的专业 课程如：机械制造基础、机电一体化技术和内燃机 原Fra bibliotek机等提供基础知识。
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1.1.1 机械设计基础课程的内容、性 质和要求
3．机械设计基础课程的要求 通过学习本课程，应达到以下基本要求 (1）熟悉常用机构的工作原理，运动特性、几何尺寸计算，
1.1.2 机器的组成及其特征
图 1.1 内燃机工作原理
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1.1.2 机器的组成及其特征
3.机构的特征 图1.1中的活塞、连杆、曲轴和汽缸的组合可以将活塞的直线运动转
变为曲轴的转动，图中凸轮、推杆和汽缸体的组合可以将凸轮的转动转 变为推杆的直线移动。这些组合称为机构。因此机构具有以下特征： ◆ 机构是人为的实物组合； ◆ 机构各部分之间具有确定的相对运动。 一般统称机器和机构为机械。 组成机构的基本单元是构件，图1.1所示的曲轴4、活塞2、连杆3和内 燃机缸体1就是组成曲柄滑块机构的构件，这些构件的运动都是独立的。 因此称构件是机构（机器）中运动的基本单元。
动中常用机构的几何尺寸计算、运动学分析和动力学分析； 常用机构的一般设计方法；通用机械零件的失效分析、强度 计算和常用标准零件的选用等问题。
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1.1.1 机械设计基础课程的内容、性 质和要求
2．机械设计基础课程的性质 本课程是一门机械类专业和近机类专业必修的技术
机械设计基础全套教学ppt课件清华大学
第1章 平面机构的运动简图和自由度
1.1 机构的组成
1.1.1 自由度、运动副与约束
•
构件：机构中
运动的单元体，是组
成机构的基本要素。
•
• 自由度：构件可能出 现的独立运动。
• 对于一个作平面运动 的构件，则只有三个
机械设计基础
图1-1 自由度
1.1.2 运动副及其分类
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
根据用途不同，机器可分为：
动力机器：实现能量转换，如内燃机、电动机、蒸汽机、发电机、压气机等。
加工机器：完成有用的机械功或搬运物品，如机床、织布机、汽车、飞机、起重
机、输送机等。
信息机器：完成信息的传递和变换，如复印机、打印机、绘图机、传真机、照相
机等。
绪论
虽然机器的种类繁多，构造、用途和功能也各不相同。 但具有相同的基本特征： （1）人为的实物（构件）组合体。 （2）各个运动实物之间具有确定的相对运动。 （3）代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构 运动简图。
1. 机构运动简图的定义 为了便于分析，人们不考虑机器的复杂外形和结构，仅用规 定的线条和符号按一定的比例表示构件的尺寸和各运动副的位置， 这种将机构中各构件间相互运动关系表示出来并反映机构特征的 简图称为机构运动简图。
机械设计基础
1.2.1 运动副及构件的表示方法 • 1．构件 • 构件均用直线或小方块来表示，如图1-6示。
机械设计基础
机械设计基础
图1-10 凸轮副的表示方法
1.2.2 平面机构运动简图的绘制
• 绘制机构运动简图的步骤：
• （1）分析机构的组成，观察相对运动关系， 了解其工作原理。
如何讲好《机械设计基础》绪论课
［ 键词】 关 绪论 教 学 机械 设计 基础
机械设计基础是高等工科院校非机械类 和近机械类专业 都要接触到的一 门主干技术基础课 ， 是培养学生创造新机 械 、 新机构的重要学科 ，最主要的任务是培养学生进行机械运动 方案设 计和机构设计 的能力。其课 程内容体系综合 了机构原 理和机械设计的主要内容 ， 以培养 学生从认识机械全貌人手 ， 分析机器的组成 、运动关系和通用零部件 的功能 、结构与设 计 ，直 至完成传动装置设计 为 目的。同时培养学生的机械综 合设计能力 、创新 能力和解决实际问题 的动手能力 。 在实践 中发 现教学 中普遍存在以下几个问题 ： １ 这门课程 的内容对学生来说是全新的 。虽然在 日常生 ． 活中都接触过不 同种类 的机械及机器 ，但是从来没有从专业 的角度去分析过 。 ２ 工科 的课程都 易流于枯燥 ，教师如何从一开始就把握 ． 好主动性 ，让学生一开始就对这门课产生浓厚 的兴趣 ，将会 生明 白将来在学 习的过程 中将会用到的学 习方法 ，这本课要 从实践 中来 ，学生将来 设计 出的机器还要用实践去检验。 机械发展简史共包 括几个典型的发展阶段 ： １ 原始社会人们发 明的石斧 、弓箭 、风车、水车等等 。 ． ２１ 世纪工业革命 。 ． ８ 从原始社会到 １ 世纪 ， ８ 是个漫长 的 时期 ，这个时期机械的发展 是非常缓慢的 ，直到内燃机 、蒸 汽机和 电动机的问世加速推动了工业的发展 。 ３０ ． 世纪 以来 电子计算机 的发明 、自动控 制技术 、信息 ２ 技术 、传感技 术的有机结合 。使机械进入完全现 代化 阶段 。
立足 课本 。高 于课本
绪论 的内容很多 ，有粗 有精 ，在 两个课时 内要讲清所有 的东西是不可能 的，加上学生实际经验有 限，理论性强的东 西也接受不 了，讲多了反而会 因难 以接受和课程的枯燥 ，一 开始就给学生 以很重的心理 负担 。有必要选择一些内容放 在 后边 的课程 中慢慢的进 行渗 透 ，所 以对绪论 内容的取舍显得 特别重要 ，在这宝贵的第一节课 ，可根据实际教学情 况和个 人经验重新组合 。在这部分不仅要做些删减 ，删减掉关 于机 械设计的一般过程和基本要求这部分 内容 。更重要的是要增 加一些补充内容 。 在这 里选择增加机械发展简史 ，让 学生对这个新 的学科 的起源和发展 以及学科 的最新动态有个宏观的了解 。让学生 明白这是一个古老 的学科 ，人类漫长的文明史 中占据相 当重 要的地位 ，来源于人类文明发展的实际生产 中的，注定这个 学科将是实践性非常强的 ，不是纯粹的理论 和抽象 的，让学
机械设计基础是高等工科院校非机械类 和近机械类专业 都要接触到的一 门主干技术基础课 ， 是培养学生创造新机 械 、 新机构的重要学科 ，最主要的任务是培养学生进行机械运动 方案设 计和机构设计 的能力。其课 程内容体系综合 了机构原 理和机械设计的主要内容 ， 以培养 学生从认识机械全貌人手 ， 分析机器的组成 、运动关系和通用零部件 的功能 、结构与设 计 ，直 至完成传动装置设计 为 目的。同时培养学生的机械综 合设计能力 、创新 能力和解决实际问题 的动手能力 。 在实践 中发 现教学 中普遍存在以下几个问题 ： １ 这门课程 的内容对学生来说是全新的 。虽然在 日常生 ． 活中都接触过不 同种类 的机械及机器 ，但是从来没有从专业 的角度去分析过 。 ２ 工科 的课程都 易流于枯燥 ，教师如何从一开始就把握 ． 好主动性 ，让学生一开始就对这门课产生浓厚 的兴趣 ，将会 生明 白将来在学 习的过程 中将会用到的学 习方法 ，这本课要 从实践 中来 ，学生将来 设计 出的机器还要用实践去检验。 机械发展简史共包 括几个典型的发展阶段 ： １ 原始社会人们发 明的石斧 、弓箭 、风车、水车等等 。 ． ２１ 世纪工业革命 。 ． ８ 从原始社会到 １ 世纪 ， ８ 是个漫长 的 时期 ，这个时期机械的发展 是非常缓慢的 ，直到内燃机 、蒸 汽机和 电动机的问世加速推动了工业的发展 。 ３０ ． 世纪 以来 电子计算机 的发明 、自动控 制技术 、信息 ２ 技术 、传感技 术的有机结合 。使机械进入完全现 代化 阶段 。
立足 课本 。高 于课本
绪论 的内容很多 ，有粗 有精 ，在 两个课时 内要讲清所有 的东西是不可能 的，加上学生实际经验有 限，理论性强的东 西也接受不 了，讲多了反而会 因难 以接受和课程的枯燥 ，一 开始就给学生 以很重的心理 负担 。有必要选择一些内容放 在 后边 的课程 中慢慢的进 行渗 透 ，所 以对绪论 内容的取舍显得 特别重要 ，在这宝贵的第一节课 ，可根据实际教学情 况和个 人经验重新组合 。在这部分不仅要做些删减 ，删减掉关 于机 械设计的一般过程和基本要求这部分 内容 。更重要的是要增 加一些补充内容 。 在这 里选择增加机械发展简史 ，让 学生对这个新 的学科 的起源和发展 以及学科 的最新动态有个宏观的了解 。让学生 明白这是一个古老 的学科 ，人类漫长的文明史 中占据相 当重 要的地位 ，来源于人类文明发展的实际生产 中的，注定这个 学科将是实践性非常强的 ，不是纯粹的理论 和抽象 的，让学
【清华大学820机械设计基础】Per
11
参考书
工程制图基础
编编者者杨杨小小庆庆许许纪纪民民
工程制图基础习题集 编编者者 杨杨小小庆庆 许许纪纪民民
机械制图
（非机类）编者 窦墨林
机械制图习题集（非机类）编者 窦墨林
画法几何 编者 大连理工大学
机械制图 编者 大连理工大学
学时 48 3/周（课内/课外：3/5） 教学方式 讲课（2/周）习题课（1/周）考试 仪器 三角板、圆规、分规、绘图铅笔
7.2 正等轴测图的画法 7.3 斜二轴测图的画法 7.4 轴测图的视图选择 7.4 徒手绘图
第八章 尺寸注法
8.1 基本规则 8.2 基本体的尺寸标注
8.3 复杂形体的尺寸标注
4
第九章 螺纹及螺纹紧固件
9.1 螺纹的形成及结构要素 9.2 螺纹的种类 9.3 螺纹的规定画法
9.4 螺纹的标注方法 9.5 螺纹紧固件
制图 设计
轴承座 材料 HT-20-40 重量
描图
比例 1:2
清华大学机械厂
审核
件数
2
8
绪论
课程的性质、任务 性质 研究用投影法绘制工程图样和
解决空间几何问题的理论和方法的 技术基础课
任务 学习投影理论和投影方法
训练空间想象能力 培养严谨的科学作风
9
课程内容
投影理论 形体的表达方法
学习方法
认识学习规律 抓住关键 培养自学能力
第十章 零件图
10.1 零件图的内容和要求 10.2 零件图的视图选择
10.3 零件图的技术要求
第十一章 装配图
11.1 装配图的作用和内容
11.2 装配图的规定画法 11.3 装配图的视图选择 11.4 装配图的尺寸标注 11.5 装配图的标题栏和明细表
参考书
工程制图基础
编编者者杨杨小小庆庆许许纪纪民民
工程制图基础习题集 编编者者 杨杨小小庆庆 许许纪纪民民
机械制图
（非机类）编者 窦墨林
机械制图习题集（非机类）编者 窦墨林
画法几何 编者 大连理工大学
机械制图 编者 大连理工大学
学时 48 3/周（课内/课外：3/5） 教学方式 讲课（2/周）习题课（1/周）考试 仪器 三角板、圆规、分规、绘图铅笔
7.2 正等轴测图的画法 7.3 斜二轴测图的画法 7.4 轴测图的视图选择 7.4 徒手绘图
第八章 尺寸注法
8.1 基本规则 8.2 基本体的尺寸标注
8.3 复杂形体的尺寸标注
4
第九章 螺纹及螺纹紧固件
9.1 螺纹的形成及结构要素 9.2 螺纹的种类 9.3 螺纹的规定画法
9.4 螺纹的标注方法 9.5 螺纹紧固件
制图 设计
轴承座 材料 HT-20-40 重量
描图
比例 1:2
清华大学机械厂
审核
件数
2
8
绪论
课程的性质、任务 性质 研究用投影法绘制工程图样和
解决空间几何问题的理论和方法的 技术基础课
任务 学习投影理论和投影方法
训练空间想象能力 培养严谨的科学作风
9
课程内容
投影理论 形体的表达方法
学习方法
认识学习规律 抓住关键 培养自学能力
第十章 零件图
10.1 零件图的内容和要求 10.2 零件图的视图选择
10.3 零件图的技术要求
第十一章 装配图
11.1 装配图的作用和内容
11.2 装配图的规定画法 11.3 装配图的视图选择 11.4 装配图的尺寸标注 11.5 装配图的标题栏和明细表
机械设计基础绪论
通用零部件:各种机器中普遍使用，如齿轮、螺栓。
标准件：制定了国家标准，由专门工厂生产。 如：滚动轴承、螺栓等。
第一章 绪论
12
零 静联接 构 动联接 机 协调组合 机
件
件
构
器
机构：是具有确定的相对运动的若干构件的组合。
曲柄滑块机构
第一章 绪论
13
机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、 物料或信息。
和谐号动车组 CRH1、CRH2、 CRH3、CRH5、CRH380
第一章 绪论
34
磁浮列车
上海磁浮列车 430km/h
日本磁浮车 500km/h
高温超导试验车
北京地铁S1号线<160km/h (2015年)
南车集团中低速磁浮车<100km/h
第一章 绪论
35
真空管道运输
2003年，西南交通开始研究真空管道磁悬浮
二、注意事项 ➢ 课程的特点：综合性、实践性、繁杂性、多解性 ➢ 学习方法：注重理解记忆和平时积累 ➢ 成绩构成：平时成绩30%（考勤、作业、实验、期中 等环节），期末70%。
第一章 绪论
新中国成立后：我国机械工业得到了长足发展。 如：轿车发展
红旗、上海 → 桑塔纳、夏利、标致505 → 几十个品牌
1964
1958 1985
1984 1986
第一章 绪论
30
火车发展： 蒸汽机车 —→内燃机车 —→电力机车 —→高速列车 —→磁浮列车 —→真空管道运输
蒸汽机车
(1804年) (中国1952) 2005年退出历史
第一章 绪论
44
虚拟现实是一种基于可计算信息的视、听、触觉一 体化的交互环境，是在图形学、电子显示、语音识别与 合成、传感器等技术上发展起来的一门综合仿真技术。
标准件：制定了国家标准，由专门工厂生产。 如：滚动轴承、螺栓等。
第一章 绪论
12
零 静联接 构 动联接 机 协调组合 机
件
件
构
器
机构：是具有确定的相对运动的若干构件的组合。
曲柄滑块机构
第一章 绪论
13
机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、 物料或信息。
和谐号动车组 CRH1、CRH2、 CRH3、CRH5、CRH380
第一章 绪论
34
磁浮列车
上海磁浮列车 430km/h
日本磁浮车 500km/h
高温超导试验车
北京地铁S1号线<160km/h (2015年)
南车集团中低速磁浮车<100km/h
第一章 绪论
35
真空管道运输
2003年，西南交通开始研究真空管道磁悬浮
二、注意事项 ➢ 课程的特点：综合性、实践性、繁杂性、多解性 ➢ 学习方法：注重理解记忆和平时积累 ➢ 成绩构成：平时成绩30%（考勤、作业、实验、期中 等环节），期末70%。
第一章 绪论
新中国成立后：我国机械工业得到了长足发展。 如：轿车发展
红旗、上海 → 桑塔纳、夏利、标致505 → 几十个品牌
1964
1958 1985
1984 1986
第一章 绪论
30
火车发展： 蒸汽机车 —→内燃机车 —→电力机车 —→高速列车 —→磁浮列车 —→真空管道运输
蒸汽机车
(1804年) (中国1952) 2005年退出历史
第一章 绪论
44
虚拟现实是一种基于可计算信息的视、听、触觉一 体化的交互环境，是在图形学、电子显示、语音识别与 合成、传感器等技术上发展起来的一门综合仿真技术。
《清华大学机械制造技术基础》电子教案 第0章 绪论
争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能， 并产生了综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式。 进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和 清洁化的方向发展。
绪论
二、 机械制造业的现状与发展趋势
目前，发达国家机械制造技术已经达到相当水平，实现了机 械制造系统自动化。产品设计普遍采用计算机辅助设计 (CAD) 、计算机辅助产品工程(CAE) 和计算机仿真等手段， 企业管理采用了科学的规范化的管理方法和手段，在加工技 术方面也已实现了底层的自动化，包括广泛地采用加工中心 (或数控技术) 、自动引导小车(AGV) 等。近10 余年来，发 达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找 出路，提出了一系列新的制造系统，如计算机集成制造系统、 智能制造系统、敏捷制造、并行工程等。
高等学校规划教材
《机械制造技术基础》
清华大学出版社出版
绪论
（时间：1次课，2学时）
绪论
机械制造业和机械制造技术及其在国民经济中的地位
国民经济中的各个部门（如工业、农业、国防建设、交通运输等），
广泛使用着大量的机械设备、仪器仪表和工具等装备，机械制造业
就是生产这些装备的行业，它不仅为国民经济、国家安全提供装备，
也为人民物质文化生活提供丰富的产品。机械制造技术则是研究用
于制造上述机械产品的加工原理、工艺过程和方法及相应设备的一
门工程技术。
机械制造业是国民经济持续发展的基础，是工业化、现代化建设的
发动机和动力源，是在国际竞争中取胜的法宝，是技术进步的主要
舞台，是提高人均收入的财源，是国家安全的保障，是发展现代文
明的物质基础。
绪论
纵观机械制造业的发展，可以分为以下几个阶段： 17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化
绪论
二、 机械制造业的现状与发展趋势
目前，发达国家机械制造技术已经达到相当水平，实现了机 械制造系统自动化。产品设计普遍采用计算机辅助设计 (CAD) 、计算机辅助产品工程(CAE) 和计算机仿真等手段， 企业管理采用了科学的规范化的管理方法和手段，在加工技 术方面也已实现了底层的自动化，包括广泛地采用加工中心 (或数控技术) 、自动引导小车(AGV) 等。近10 余年来，发 达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找 出路，提出了一系列新的制造系统，如计算机集成制造系统、 智能制造系统、敏捷制造、并行工程等。
高等学校规划教材
《机械制造技术基础》
清华大学出版社出版
绪论
（时间：1次课，2学时）
绪论
机械制造业和机械制造技术及其在国民经济中的地位
国民经济中的各个部门（如工业、农业、国防建设、交通运输等），
广泛使用着大量的机械设备、仪器仪表和工具等装备，机械制造业
就是生产这些装备的行业，它不仅为国民经济、国家安全提供装备，
也为人民物质文化生活提供丰富的产品。机械制造技术则是研究用
于制造上述机械产品的加工原理、工艺过程和方法及相应设备的一
门工程技术。
机械制造业是国民经济持续发展的基础，是工业化、现代化建设的
发动机和动力源，是在国际竞争中取胜的法宝，是技术进步的主要
舞台，是提高人均收入的财源，是国家安全的保障，是发展现代文
明的物质基础。
绪论
纵观机械制造业的发展，可以分为以下几个阶段： 17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化
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我国古代在机械 研制方面有许多 杰出的发明创造。
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
18世纪初以蒸汽机的出现为代表产生了第一次产业革命，人们 开始设计制造各种各样的机械，例如纺织机、火车、汽轮船。
哈格里沃斯发明的 “珍妮纺纱机”
1) 期末考试的成绩计算表
序号 考察项目
成绩比 例
备注
1 2 3
期末考试成绩 平时课后作业 成绩 基本实验成绩
50% 10% 15％
开卷考试
1. 机构运动简图测绘5% 2. 齿轮范成加工原理设计型 实验10% 1. 专题讨论课5％ 2.调研、小论文撰写：机械发展 史等5％ 3.机械系统方案设计15％
机械动力学
机械的平衡
机械速度波动调节
机械系统的动力分析
几种常见的机构
机械系统方案设计
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
机械工业是国民经济的基础
运动方案的设计和更新直接影响机械产品或设备设计的成 败、优劣以及生产效率的提高 产品设计和开发过程中最关键、最难的便是功能原理创新
4
综合训练环节 成绩
25％
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.7 机械原理课程成绩评定
2) 参加免试的成绩计算表
序号 考察项目 成绩比例 备注
1
免试项目成绩
50%
题目1：实际工程中机构运动简图绘制 与新机构方案构思10% 题目2：复杂机构计算机模拟 （运动分析）10% 题目3：组合机构设计与搭接15% 题目4：机构性能实验与评价15%
当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建 立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。
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精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
五千年前已开始使用简单的纺织机械；晋朝时在连机椎和水碾中应用 了凸轮原理；西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车；东汉张 衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。目前许多机械中仍在采用的 青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东汉年代的文物中都可以找到它们 的原始形态。
0.3 机械原理课程研究的内容
3.机械系统方案设计
1）设计内容 2）设计方法 3）设计思想 4）设计过程
创新的主要阶段
最优方案
可行方案
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.3 机械原理课程研究的内容
机构学
机构的运动分析与综合 机构的结构分析与综合
0.2 机械原理课程研究的对象
机械：机器与机构的总称
机器组成：
原动机部分
执行部分 传动部分 操纵控制部分
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精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展：
• 某些情况下，机件不再是刚体，加入柔性构件，气体、液体等也 可参与实现预期的机械运动。
•
利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作 的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路 的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线 路进行通话，当受话器放到原位时断路。 机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。
机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工 业生产中广泛使用的工业机器人，还有应用在航空航天、水下作 业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的 "服务型"机器人。
3. 功、能关系：
能够代替人的劳动完成有用功或者实现能量 的转换
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精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
机构
具有完全确定的相对运动
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精密仪器与机械学系 设计工程研究所
机械图示基础 Engineering Graphics Representation
机械原理 （机械系统方案设计） Mechanical System Conceptual Design
机械系统结构设计 Engineering Design of Mechanical System
乐考无忧，考研我有！
0.6 机械原理课程教学环节
基本实验安排
第三周：机构运动简图绘制 （2学时实验） 第八周：齿轮范成加工原理设计型实验 (开放式实验 ：第8－10周）
地点: 精密仪器系3310室或3308
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.7 机械原理课程成绩评定
国际太空站
航天飞机正在利用机械臂施放哈 勃空间望远镜
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精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
展望刚刚到来的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。
法国陆军技术军官古诺发明了世 界上第一辆蒸汽动力车
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精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
19世纪到20世纪初的第二次产业革命，随着内燃机的出现，促 进了汽车、飞机等运输工具的出现和发展。
1898年问世的“雷诺”牌汽车
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
机器
可以实现能量转换、 或完成有用机械功
具有确定的运动
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
机器的共同特征：
1. 组成： 由一系列人为的机件组合而成 2. 运动特性： 组成的各部分之间具有确定的运动
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
机械原理
清华大学精密仪器与机械学系
设计工程研究所
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
绪 论
0.1 机械发展的历史回顾
0.2 机械原理课程研究的对象 0.3 机械原理课程的研究内容
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
“圣路易斯精神”号飞机 1927年美国人林德伯格驾驶着它完成了人 类首次不着陆飞越大西洋的壮举。
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
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
机构[mechanism]：机械的内部构造或机械内部的各个组成部分？
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.3 机械原理课程研究的内容
1. 机构的运动设计
1) 机构的组成
机构相同 机器不同
2) 典型机构的类型、特点、功能及运动设计方法
乐考无忧，考研我有！
用光刻技术做成的微米尺寸的微机械
蜘蛛形探雷机器人
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工研究所
0.1 机械发展的历史回顾 机械科学与技术发展或许是我们限定思维所 难以展望的，但人们在机械创新的漫漫征程中 所积累的机械设计基础知识为我们提供了认识 和改造客观世界的基础。
0.2 机械原理课程研究的对象
机构的共同特征：
1.组成： 由一系列人造的机件组成
2.运动特性：组成的各部分之间具有确定的相对运动
机构：传递运动和动力的机件组合，如传递回转运动、往复运 动，实现复杂的运动规律和复杂的运动轨迹。
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
学习目的：
为学习机械设计和机械类有关专业课以及掌握新的 科学技术打好工程技术的理论基础 为机械的合理使用和革新改造打好良好基础 为产品的创新设计奠定基础
乐考无忧，考研我有！
0.5 机械原理课程的学习方法 0.6 机械原理教学环节
0.7 机械原理成绩评定
0.8 机械原理参考文献
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.1 机械发展的历史回顾
机械是人类用以转换能量和借以减轻体力劳动、提高生产率 的主要工具。 机械工业是国民经济的支柱工业之一。 机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。
乐考无忧，考研我有！
•
•
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.2 机械原理课程研究的对象
“金山词霸”对机器、机构、机械的解释
机械[machine;machinery]∶利用力学原理构成的装置
机器：[machine;mechinery;engine;apparatus] 由零部件组装成的 装置, 可以运转,用来代替人的劳动、作能量变换或产生有用功
0.8 机械原理课程参考书目
申永胜 申永胜 机械原理 清华大学出版社 2000 机械原理辅导与习题 清华大学出版社
高等教育出版社,1996 高等教育出版社,1986
2000
« 机械原理» (第5版) 孙桓主编 « 机械原理» (第2版) 祝毓琥主编
基础课程
技术基础课程 机械原理
专业课程
更接近工程实际
知识面更宽、适应性更广
乐考无忧，考研我有！
精密仪器与机械学系 设计工程研究所
0.4 机械原理课程的地位及学习课程的目的
机械原理教学的总目标： 培养学生在信息技术时代条件下的综合设计能力、创新设计能力 和工程实践能力。 强调工程教育的科学化，着眼于培养站得高、看得远，能进行总 体策划和系统设计、主持产品设计的工程大师。