机械设计基础课件PPT

*,第一章 绪论,第一章 绪 论,1,本课程研究的对象和内容,2,机械零件设计的基本准则及,一般设计步骤,3 机械零件常用金属材料和钢,处理常识（自学）,本课程研究的对象是机械（机器和机构统称）。,1 本课程研究的对象和内容,古代水碓,牛头刨 床,内燃机,照相机,凸轮机构,齿轮机构,棘轮机构,曲柄滑块机构,，将活塞往复,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。,机器实例：,内燃机,1、功能：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的,机器,。,2、组成包含三种机构：,一、机械、机器和机构,气缸体1,活塞2,进气阀3,排气阀4,连杆5,曲轴6,凸轮7,顶杆8,齿轮9,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,3、工作过程：,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,机器：既能实现确定的机械运动，又能完成有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如,车,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,机构：仅能传递或转换运动。如,齿轮机构,传递运动,凸轮机构,转换运动,机械：是机器和机构的总称。,总结：,二、机械的特征,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,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,1、机器的特征,活塞缸体：往复运动,曲轴缸体：转动,连杆曲轴：摆动,如,具有以上三个特征机器,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,如,机器是由一种或多种机构组成的。,只具有机器的前两个特征机构,2、机构的特征,3、机器和机构的关系,三、构件和零件,1.机器由机构组成:,3.构件：机构的基本运动单元，是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成。,单一零件曲轴,多个零件,刚性组合,连杆,2.机构是人工组合的构件系统，必须满足两点:若干构件的组合；这些构件具有确定的相对运动。,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,机械设计基础的研究对象是常用机构和通用零部件的工作原理、运动特点、结构特点、设计计算的基本理论和方法及有关标准规范,四、本课程的研究对象和研究方法,一、机械零件设计的基本准则,1.2 机械零件设计基本准则 及一般设计步骤,零部件丧失正常工作能力称为失效。,主要失效形式永久性：断裂、塑性变形、过度磨损、胶合等；暂时性失效：弹性变形，打滑和共振等。,失效原因强度、刚度、耐磨性、振动稳定性不能满足工作要求。根据失效原因制定了设计准则，并作为防止失效和进行设计计算的依据。,(一)强度,1、体积强度：,抵抗断裂和过大塑性变形的能力，,极限应力lim,lim应根据零件材料性质及所受应力类型作如下选择：,)静应力下工作的塑性材料零件，失效为塑性变形，应按不发生塑性变形的强度条件计算，常以材料的屈服点，作为极限应力lim,lim。,)静应力下脆性材料，失效为断裂，应按不发生断裂的强度条件计算，常以材料的强度极限，作为极限应力lim,lim。,)交变应力下，失效为疲劳断裂，应按不发生疲劳断裂的强度条件计算，常以材料的疲劳极限作为极限应力lim,lim。,、表面强度：,抵抗表面损伤的能力,）,表面挤压强度,：,面接触的两零件受载后接触面间产生挤压应力。,失效形式：塑性材料表面塑性变形；脆性材料表面压溃。,挤压强度条件：,s,s,）,表面接触强度,产生原因：点、线接触的零件受载后产生的局部应力,失效形式：,静载荷：脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性变形；,循环接触：表面疲劳磨损，疲劳点蚀（在交变应力的反复作用下，零件表面的金属成小片状脱落下来而形成一些小凹坑的现象）,不发生失效的强度条件：,（二）刚度,抵抗弹性变形的能力。最大变形量不能超过许用变形量：包括线性变形，转角和扭角变形。,（三）耐磨性,载荷作用下相对运动的两零件表面抵抗磨损的能力。,在滑动摩擦下工作的零件，常因载荷大，转速高过度磨损而失效。影响磨损的因素很多，通过限制零件工作面的单位压力和相对滑动速度，进行良好的润滑以及提高零件表面硬度和表面质量来提高耐磨性。,（四）振动稳定性,避免零件的固有频率和强迫振动频率相等或成整数倍,二、机械零件的疲劳强度,静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于10,3,的通用零件，均按静应力强度进行设计。（材料力学范畴）,变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。,疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试验而发生的破坏。,（一）应力的类型和特点,静应力：应力的大小和方向不随时间而变化或变化缓慢的应力。零件相应的失效形式为塑性变形或断裂。,交变应力：应力的大小和方向随时间作周期性变化的应力。零件相应的失效形式为疲劳破坏。,例：,常见变应力及其基本变化规律,变应力参数,O,t,max,min,s,a,max 最大应力,min 最小应力,m 平均应力,s 应力幅,r 变应力循环特性,对称循环应力,s,=0,r,=-1,min,=0,r,=0,脉动循环应力,例：火车轮轴、双向转动的齿轮轮齿的弯曲应力,例：单向转动的齿轮轮齿的弯曲应力,非对称循环应力,-1,r,0,0,r,ND 无限寿命区,曲线段 N ND 有限寿命区,有限寿命（为N）时疲劳极限,m 随应力状态而不同的指数,N,r,循环基数,N,D,=10,6,2510,7,N,0,三、机械零件设计的一般步骤,1）根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的不同用途、优缺点、特性与使用范围等，进行综合对比并正确选用。,2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。,3）根据零件的工作要求及对零件的特殊要求，选择适当的材料。,4）根据零件可能的失效形式确定计算准则，根据计算准则进行计算，确定出零件的基本尺寸。,5）根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计。,三、机械零件设计的一般步骤,6）细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，以判定结构的合理性。,7）画出零件的工作图，并写出计算说明书。,作业,P13,1-1,1-2,