西工大机械设计课件完整版
☆西北工业大学国家精品课程]-机械原理PPT课件完整版
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西北工业大学【国家精品教程】机械原理（课件完整版）目录• 第一章 绪论 • 第二章 机构的结构分析 • 第三章 平面机构的运动分析 • 第四章 平面机构的力分析 • 第五章 机械的效率及自锁 • 第六章 机械的平衡目录• 第七章 机械的运转及其速度 波动的调节• 第八章 平面连杆机构及其设计 • 第九章 凸轮机构及其设计 • 第十章 齿轮机构及其设计目录• 第十一章 齿轮系及其设计 • 第十二章 其他常用机构 • 第十三章 工业机器人机构及其设计第一章 绪 论§1-1 本课程研究的对象及内容 §1-2 学习本课程的目的 §1-3 如何进行本课程的学习返回§1-1 本课程研究的对象及内容1．研究对象机械 是机构和机器的总称。
机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。
机器是指一种执行机械运动装置，操 作 机可用来变换和传递能量、物料和信息。
实例：示 教内燃机板工件自动装卸装置六自由度工业机器人2．研究内容 有关机械的基本理论控制系统§1-2 学习本课程的目的课程性质、任务及作用 机械未来发展§1-3 如何进行本课程的学习掌握本课程的特点 注重理论联系实际 逐步建立工程观点 认真对待每个教学环节机器和机构的概念（1）机构机构 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。
如常 见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺 旋机构等等。
这些机构一般被认为是由刚性件组成的。
而现代机构中除了 刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光…等元 件。
故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭 义机构。
（2）机器机器 是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。
例如： 电动机、内燃机用来变换能量；机器和机构的概念(2/3)机床用来变换物料的状态； 汽车、起重机用来传递物料； 计算机用来变换信息。
由于各种机器的主要组成部分都是各种机构。
机械设计基础(西北工业大学)
第一章绪论§1-0 引言§1-1 机械工业在现代化建设中的作用§1-2 机器的基本组成要素§1-3 本课程的内容、性质与任务§1-4 认识机器引言引言人类社会的进步源于不断地创新，设计活动则是创新的策划、起点和关键环节。
机器是人们改造世界和现代化生活的重要工具，机器的发明、使用和发展是现代社会发展的一个重要创新过程。
在这一创新过程中，人们总结出了进行机械设计的理论与方法，从而为更高层次的创新与设计奠定了基础。
现代教育的目标是素质教育，而素质教育的核心应该是创新素质教育。
作为集中了人们关于机械及装备创新智慧的机械设计的理论与方法，应该是同学们学习创新的理想内容。
关于机械设计的理论与方法是博大精深的，而作为大学本科阶段的一门课程，机械设计课程的主要任务是讲述通用机械零部件的设计以及机械系统设计的基础知识。
机械工业在现代化建设中的作用第一节机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。
机器是代替人们体力和部分脑力劳动的工具，机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。
只有使用机器，才能便于实现产品的标准化、系列化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自动化。
机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。
大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强促进国民经济发展的力度加速我国的现代化建设。
机器的基本组成要素第二节一个机械系统一般包含机械结构系统、驱动动力系统、检测与控制系统。
一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。
有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件；有些零件只有在特定的机器中才用到，称之为专用零件。
通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；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。
西工大机械设计课件完整版
促进技术创新
机械设计是实现技术创新 的重要途径，通过设计可 以开发出具有新功能、新 性能的产品。
机械设计的基本原则
功能性原则
经济性原则
可靠性原则
安全性原则
机械设计应满足使用功 能的要求，确保产品能
够完成预定的任务。
在满足功能性的前提下， 机械设计应尽可能降低 成本，提高经济效益。
西工大机械设计课件完整版
• 机械设计概述 • 机械零件设计 • 机械系统设计 • 机械创新设计 • 计算机辅助设计
01
机械设计概述
机械设计的基本概念
01 02
机械设计的基本概念
机械设计是机械工程的重要组成部分，它涵盖了从构思、分析、绘图到 制造的全过程。机械设计的主要目标是设计和制造出满足性能、成本、 可靠性等要求的机械产品。
机械设计的分类
根据设计阶段和任务的不同，机械设计可以分为初步设计、技术设计和 施工设计三个阶段。
03
机械设计的方法
现代机械设计方法主要包括理论设计、经验设计和模型试验设计等。
机械设计的重要性
01
02
03
提高产品质量
合理的机械设计能够确保 产品的性能、可靠性和使 用寿命，从而提高产品的 质量。
降低生产成本
集成化设计
将CAD与其他工程软件集成，实现 多领域协同设计和仿真。
03
02
参数化设计
通过参数化建模技术，实现更加高 效和精确的设计。
云端化设计
利用云计算技术，实现异地协同设 计和资源共享。
04
THANKS
感谢观看
方程等。
动力学分析
通过求解动力学模型，分析机械系 统在不同条件下的动态特性和性能 表现，如稳定性、振动、速度等。
西北工业大学机械设计课件
§6－2 花键联接
一、花键联接的类型、特点和应用 组成： 外花键、内花键。 结构特点：沿周向均布多个键齿。齿侧为工作面。
优点： 1)均匀受力； 2)对轴的削弱程度小; 3)承载能力高;
4)轴上零件与轴的对中性好； 5)导向性好;
6)可用磨削方法提高加工精度及 联接质量。
缺点：齿根仍有应力集中、需专 用设备制造，成本高。
应用：只承受单向转矩；
正反转矩都承受，相隔
120º~130º布置两对切
向键。
常用于对中精度要求不高的重型机械中。
键联接4
二、键的选择和强度校核
键联接
1．键的尺寸选择
平键的截面尺寸 b×h： 根据轴径 d 由标 准中查得；
键长 L：应略短于轮毂的宽度，并符合标准中规定 的尺寸系列。
导向平键的长度根据轮毂宽度及滑动距离确定。
不良 中等 良好 不良 中等 良好
15~20 20~30 25~40
----------
25~35 30~60 40~70 3~10 3~15 10~20
§6－3 无键联接
一、型面联接 型面联接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与相
同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆联接，它 是无键联接的一种型式。
作用：固定零件之间的相对位置，并可传递不大的载荷。
定位销
按用途分 联接销
安全销
类
型
圆柱销
按形状分
圆锥销 槽销
销轴
开口销
销的材料：35、45号钢。
复习题
判断题
1. 采用两个楔键时，常相隔90度～120度。
A.正确
B.错误
2. 而采用两个半圆键时，则布置在轴的同一母线上。
A.正确
《机械设计》西北工业大学、高等教育出版社收集资料103页PPT
《机械设计》西北工业 大学、高等教育出版社
收集资料
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
谢谢！
《机械设计》西北工业大学高等教育出版社.PPT103页
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的分 。—— 陈鹤琴
谢谢
《机械设计》西北工业大学高等教育 出版社.
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
机械设计第三章(西北工业大学出版社)(第八版) ppt课件
•是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形，使裂纹扩展直至发生疲
劳断裂。
20
3. 疲劳破坏的特征
疲劳破坏的过程
光滑的疲劳发展区
crack growth crack initiation
疲劳破坏断面
D
CD段方程
N
N
ND
m N
N C
C为常数
NC N ND
m为材料常数，由实验确定。 需要时可以查阅机械设计手册
30
4. 材料的疲劳曲线
D 点以后的曲线 — 无限寿 max 命疲劳阶段，只要应力低 于持久疲劳极限，无论应 A B 力变化多少次，材料都不 1max 2 max 会破坏。 CD 曲线 D 点以后的曲线代 表的疲劳为高周疲劳，大 r 多数机械零件的失效都是 N1 由高周疲劳引起。
a
为疲劳和塑性失效区。 A’(0,-1) D’(0/2, 0/2) G’
M ( m , a )
工作应力点
O
45°
C(s,0)
σ
m
37
简化的材料疲劳极限应力图
直线A‘G’方程： －1
' a ' m
2 －1 0 0
σ
a
直线CG‘方程： ' A’(0,-1)
主动
被动
主动
被动
15
2. 变应力的特性参数及类型
非对称循环变应力举例 气缸盖法兰盘螺纹连接的螺栓杆
16
[例1] 发动机连杆大头螺钉工作最大拉力Pmax =58.3kN， 最小拉力Pmin =55.8kN ，螺纹小径为 d=11.5mm，试求 a 、m 和 r。
机械设计第八版西工大6精品PPT课件
圆柱销
圆锥销
内螺纹圆锥销
槽销
开尾圆锥销
销轴和开口销
详细说明
销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[t]=80MPa，许用 挤压应力[p]与键联接的挤压应力相同。
zpofrp 2013-10-23
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，
安装方便。常用与锥形轴端渔轮故的联接。
3．楔键联接
详细说明
楔键的上、下表面为工作面，两侧面
为非工作面。键的上表面与键槽底面均有
1:100 的斜度。工作时，键的上下两工作
面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠
其摩擦力和挤压传递扭矩。
4．切向键
详细说明
键联接
键联接3
普通平键
导向平键 滑键
详细说明
普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动联接。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。
zpofrp 2013-10-23
2．半圆键联接
键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的
定载荷为：
Tm mT
m为额定载荷系数。
zpofrp 2013-10-23
销联接
销联接
销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。也可 用于轴和轮毂或其他零件的联接。
根据销的用途不同，一般有：定位销、联接销、安全销。 详细说明
根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。
1机械设计总论-机械设计第八版西北工业大学机械原理及机械零件教研室ppt课件
§2-5 机械零件应满足的基本要求
（四〕经济性要求
零件的经济性首先表现在零件本身的生产成本上。设计零件时， 应力求设计出耗费〔包括钱财、制造时间及人工〕最少的零件。
螺纹的断裂.swf
要降低零件的成本，首先要采用轻型的零件结构，以降低材料 消耗；采用少余量或无余量的毛坯或简化零件结构，以减少加工工 时。这些对降低零轮齿根部的折件断.swf 成本均有显著的作用。工艺性良好的结构就意 味着加工及装配费用低，所以工艺性对经济性有着直接的影响。
（一〕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，或螺纹的断裂.swf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。例如螺栓的断 裂、齿轮轮齿根部的折断等。
轮齿根部的折断.swf
轮齿根部的折断.swf
螺纹的断裂.swf
§2-4 机械零件的主要失效形式
（四〕破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常地工作。例如： 螺纹的断裂.swf
液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常 地工作；带传动，只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时 才能正常地工作轮齿根部的折断.swf；高速转子，只有其转速与系统的固有频率错 开时才能正常地工作等。如果破坏了这些必备的条件，则将发 生不同类型的失效。例如：滑动轴承将发生过热、胶合、磨损 等形式的失效；带传动将发生打滑的失效；高速转子将发生共 振从而使振幅增大，以致引起断裂的失效等。
（一〕避免在预定寿命期内失效的要求
3．寿命
螺纹的断裂.swf
• 有的零件在工作初期虽然能够满足各种要求，但在工作一定 时间后，却可能轮齿根部的折断.swf由于某些原因而失效。这个零件正常工作延续 的时间就叫零件的寿命。 • 影响零件寿命的主要原因有：材料的疲劳，材料的腐蚀以及 相对运动零件接触表面的磨损。
西工大机械原理机械零件设计概论
§9-1 机械零件设计概述
三．机械零件的设计步骤
1) 拟定零件的计算简图。 2) 确定作用在零件上的载荷。 3) 选择合适的材料。 4) 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，
确定零件的形状和主要尺寸。 ? 应当注意， 零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的
数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、 规格加以圆整 。 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。
σ
σ
T
t
t
§9-2 机械零件的强度
3. 循环变应力的衡量指标：
① 平均应力σm：一个应力循环中最大应力与最小应力 的平均值。
② 应力幅σa ：一个应力循环中，应力偏离平均应力的 程度。
③ 变应力循环特性r ：应力循环中最小应力与最大应力
之比。
σ
T
?
m
?
?
max
??
2
min
σa
σmax
σmin
σm
t
m为随应力状态而不同的幂指数。
§9-2 机械零件的强度
④ 影响机械疲劳强度的因素：在变应力条件下，影响 机械零件疲劳强度的因素很多，有应力集中系数、 零件尺寸、表面状态、环境介质、加载顺序和频率 等。主要为前三种。
⑴ 应力集中的影响 在零件剖面的几何形状突变之处（孔、圆角、
键槽、螺纹等），零件受载时，会产生应力集中。 常用有效应力集中系数Kσ来表示疲劳强度的真
? ? ?? ? ? ? ⑶ 表面状态的影响
? ?1 d ? ?1 d0
表面状态对疲劳极限的影响用表面状况系数β来
表示：
?
?
?? ?1 ?? ? ? ? ?1 ?0
§9-2 机械零件的强度
西工大机械原理课件CH
03
螺旋机构分类
根据螺旋机构的用途和结构形式，可 以分为普通螺旋机构和差动螺旋机构 等类型。
04
普通螺旋机构
普通螺旋机构的螺杆和螺母通常都是 单头的，用于实现精确的直线或回转 运动。
螺旋机构
螺旋机构定义
螺旋机构是一种通过螺旋副（即螺纹） 实现运动和动力传递的装置，通常由 螺杆和螺母组成。
01
差动螺旋机构
机构是由若干个构件通过一定的方式 联接而成的，构件可以是刚性的或柔 性的，联接方式可以是运动副或柔性 联接。
机构的分类
机构可以根据不同的分类标准进行分 类，如根据运动形式可以分为平面机 构和空间机构，根据机构的结构可以 分为单环机构和多环机构等。
机构的组成和分类
机构的组成
机构是由若干个构件通过一定的方式 联接而成的，构件可以是刚性的或柔 性的，联接方式可以是运动副或柔性 联接。
机械系统的动态特性分析
动态特性分析的意
义
了解机械系统的动态特性是优化 设计、控制和性能评估的基础， 有助于提高系统的稳定性和可靠 性。
动态特性分析的方
法
通过实验和仿真方法，分析机械 系统的动态特性，包括固有频率、 阻尼比、振型等参数。
动态特性分析的应
用
将动态特性分析应用于实际机械 系统，优化系统的动态性能，提 高系统的响应速度和稳定性。
空间连杆机构
空间连杆机构是由三个或更多个 刚性构件通过低副连接，构件之 间的相对运动轨迹为空间的机构。
凸轮机构
凸轮机构定义
凸轮机构是由一个凸轮和至少一个从动件组成的高副机 构，其中凸轮是一个具有曲线轮廓的主动件，而从动件 则是由凸轮轮廓控制的构件。
凸轮机构特点
凸轮机构可以实现复杂的运动规律和运动轨迹，结构简 单紧凑，工作可靠，传动效率高，因此在自动化装置和 各种机械中得到了广泛应用。