机械设计基础讲义(机械设计教程.)

《机械设计基础》教案和讲义

授课班级：08级食品本科班

上课地点：3307教室

上课时间：1—8周（周一5，6节；周三1，2节）

0绪论

讲义正文

0.1 机械设计的任务、要求和一般程序

1、机械设计的任务

机械设计是一门应用技术科学，它是使用图纸、技术文件和计算机软件等相关技术手段描述机械产品的形状、尺寸、性能等参数，以满足功能、制造、使用、维护和销售等要求的一种实践活动。

机械设计的任务是运用最新的科技成果设计新产品和改造老产品，以满足市场的需求和推动社会的进步。

2、机械设计的要求

在设计中应考虑如下因素

A、满足功能要求、性能好

B、工作可靠、安全程高

C、制造、安装工艺好

D、操作简便、维护工作少

E、造形美观、轮廓尺寸小

F、价格低廉、经济效益高。

3、机械设计的一般程序：市场调查分析阶段→原理方案设计阶段→结构方案设计阶段→

生产准备阶段→开拓占领市场阶段

0.2 机械设计课程的性质和任务

课程性质：介绍机械设计基本知识、基本理论和基本方法的技术基础课。

课程任务：培养学生的综合设计的认识能力。具体如下：

A、掌握机械系统中通用零件的设计原理、设计方法和机械设计的一般规律

B、具有懂得标准、规范、手册和查阅相关技术的能力

C、初步建立正确的设计思路方式和工作方法

D、对机械设计的新发展有所了解。

0.3 机械设计课程的内容

本课程主要介绍通用机械零部件的常用设计理论和设计方法

零部件分为两大类：一类是在各种机器中经常都能用到的机械零部件，如螺钉、齿轮、滚动轴承等，叫通用零部件；另一类则是在特定类型的机器中才会用到的零部件，如曲轴、螺旋桨等，叫专用零部件

0.4 学习机械设计课程的方法

A、在学习知识的同时，注重能力的培养

B、在重视逻辑思维的同时，加强形象思维能力的培养

C、注意综合运用相关的知识

D、将知识用于实际。

第一章机械零件设计概论

学时分配：1学时

教学目的与要求：

1. 了解机械零部件设计应满足的要求。

2. 理解零件工作能力设计的基本方法。

3.掌握机械零件的强度设计方法。

4. 掌握机械零部件的材料选择原则。

5. 了解机械零部件的标准化。

教学重点与难点：

1. 机械零件的疲劳强度设计方法。

2.机械零件的接触疲劳强度。

3. 失效的种类。

教学手段与方式：

课堂讲授

教学内容：

正文

机械原理：常用机构动力学基本知识

机械设计基础（连杆、凸轮、齿轮、轮系、间歇运动机构）

机械设计：常用联接，传动，轴系零部件等

一、机械设计的基本要求

1、对机械设计的要求

a) 对机器使用功能方面的要求

b) 对机器经济性的要求

2、对机械零件设计的基本要求

1)工作能力要求

A、强度要求零部件在规定的负荷作用下，在规定的工作时间内应不发生损坏。应针对零件寿命周期中最危险的时刻最危险的位置进行强计算，保证零件在最危险情况下的安全性。

B、刚度条件零件受力后发生的变形会影响零件之间的相对位置，影响零件的受力，影响设备的工作性能。改善表面粗糙度、增大接触点的曲率半径等方法都可以有效在减少表面变形。

C、寿命要求设计应使零件在给定时间内具有足够的工作能力。

2）工艺性要求

二、机械零件的失效形式

失效——零件由于某种原因不能正常工作

零件失效的原因有：

1）断裂或塑性变形；（强度）

2）过大的弹性变形；（刚度）

3）工作表面的过度磨损或损伤；（耐磨性）

4）发生强烈的振动；（稳定性）

5）联接的松弛；

6）摩擦传动的打滑。

例如轴的失效原因有：

1）疲劳断裂：承载能力取决于疲劳强度；

2）过大的弹性变形：承载能力取决于轴的刚度

三、强度设计

1 应力的种类

应力可分为静应力和变应力。

图： 应力的种类

2 静应力下的许用应力

对于塑性材料，可按不发生塑性变形的条件进行计算。这时应取材料的屈服极限σs 作为极限应力，其许用应力为

对于用脆性材料制成的零件，应取强度极限σB 作为极限应力，其许用应力为：

四、 机械制造常用材料及其选择

机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也具有独特的使用价值。

4.1 金属材料

1．铸铁 用于大型零件和形状复杂的零件

2．钢

（1）碳素结构钢 用于承载能力要求高的零件 （2）合金结构钢 （3）铸钢

3．铜合金

4.2 非金属材料

1．高分了材料：橡胶、塑料

2.陶瓷材料：是各种无机非金属固体材料总称

3.复合材料：通过添加一种或多种增强材料（粒子态（有金属粒子和陶瓷粒子两种）和纤维态两种）而构成。

机械零部件材料选择原则：

[][][][]lim lim S S σσσσττττ⎫

=⎪⎪⎬⎪=⎪⎭≤，而≤，而[]s S σσ=[]B

S σσ=

使用功能要求——在给定的工作时间内能够保持工作能力

加工工艺要求——考虑毛坯制备工艺和切削轼工工艺的需求。

经济性要求——不光要考虑材料本身成本，还有加工成本、连接结构成本、利用度等。

五标准化

标准化本身包括三个方面的含义：①产品品种规格的系列化——将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制成系列化产品，以较少的品种规格满足用户的广泛需要；②零部件的通用化——将同一类型或不同类型产品中用途结构相似的零部件（如螺栓、轴承座、联轴器和减速器等），经过统一后实现通用互换；③产品质量标准化——产品质量是一切企业的“生命线”，要保证产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工工艺、装配检验，甚至包装储运等环节的标准化。这样，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

经常使用的标准包括：零部件标准、结构要素标准、材料标准、检验标准、设计方法标准、表达方法标准。