第一章 绪论 第一节 机械的组成 第二节 机械设计概述 第三节 本课程主要内容、任务及其学 习方法

第一节 机械的组成 机械 是机构和机器的总称。 单缸内燃机

一、机器与机构 机器 具有以下三个共同特征： 1.都是人为的各种实物的组合。 2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。 机器 具有以下三个共同特征： 1.都是人为的各种实物的组合。 2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。 3.能够变换或传递能量,物料和信息. 例如电动机和内燃机变换能量;起重运输机传递物料,计算 机变换传递信息.

机 器 的 组 成 辅助系统 (例如润滑、显示、照明等) 传动部分 执行部分 原动部分 控制部分 机械传动 电 传 动 液压传动 辅助系统 (例如润滑、显示、照明等) 传递动力、扭矩 改变运动参数 及运动方式 传动部分 执行部分 原动部分 机械传动 电 传 动 液压传动 气 压 传 动 螺旋 齿轮 蜗杆 离合器 带 链 控制部分

机器的四个组成部分 1.原动部分:机器工作的动力源 2.工作部分:直接完成机器预定功能的部分 3.传动部分:机器中将原动机的动力和运动 传递给工作部分的中间部分,大多为机械传动系统 4.控制部分:控制机器的开动和停止,改变运动的速度 和方向等等

电动大门示意图 组成：电动机（原动机） 减速器（传动系统） 连杆机构ABCD（工作执行系统） 电气控制系统

机构 常见的机构 根据实现运动形式（往复移动、回转运动等）的 机件的外形特点，把相应机件的组合称为机构 带传动机构 链传动机构 连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 螺旋机构 机械的各个部分都是由机构组合而成

这种内燃机可视为下列三种机构的组合: ①曲柄滑块机构，由活塞4、连杆3、曲轴2和机架1构成，作用是将活塞的往复移动转换为曲柄的连续转动; ②齿轮机构，由齿轮9、10和机架1构成，作用是改变转速的大小和转动的方向; ③凸轮机构，由凸轮8、推杆7和机架1构成，作用是将凸轮的连续转动转变为推杆有规律的间歇往复移动。

二、构件与零件 构件 零件 组成机械的各个相对运动的机件,是机械的运动单元 .如汽车的轮子,车床的主轴. 如螺钉,螺母,轴等 可能是由一个零件构成， 但通常是由若干个零件刚性联接而成。 零件 机械的制造单元. 如螺钉,螺母,轴等 通用零件:机器中普遍使用的零件,如齿轮,轴.螺钉 专用零件:只在某些机器中使用.如气轮机中的叶片. 起重机的吊钩.

1 2 3 4 由若干零件组成的构件——连杆 1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖

机构 机械的各个部分都是由机构组合而成 机构由若干个构件通过动联结组合而成 构件由若干个零件通过静联结组装而成 具有机器的 1、2 特征。 (1)它们都是人为实体(构件)的组合 (2)各个运动实体之间具有确定的相 对运动。 机构 具有机器的 1、2 特征。 机器与机构的区别在于：机器能实现能量的转换（如内燃机、发电机、电动机），能代替人的劳动去作有用的机械功。

第二节 机械设计概述 一.机械设计的基本要求和一般程序 1、基本要求 功能要求 满足机器预定的工作要求，如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高温、防潮等）。

安全可靠性要求 （1）使整个技术系统和零件在规定的外载荷和规定的工作时间内，能正常工作而不发生断裂、过度变形、过度磨损、不丧失稳定性。 （2）能实现对操作人员的防护，保证人身安全和身体健康。 （3）对于周围环境和人不造成危害和污染，同时要保证机器对环境的适应性。

结构工艺性要求 要求便于加工、装拆以及维护。 经济性 在产品整个设计周期中，必须把产品设计、销售及制造三方面作为一个系统工程来考虑，用价值工程理论指导产品设计，正确使用材料，采用合理的结构尺寸和工艺，以降低产品的成本。 设计机械系统和零部件时，应尽可能标准化、通用化、系列化，以提高设计质量、降低制造成本。

2.设计过程三阶段: 1.计划阶段:明确机器应该具有的功能,制定设计任务书 2.方案设计阶段 确定实现其功能的原理.从技术和经济方面考虑,选择一定的原动机和各个其他部分.绘出原理图机构运动简图 3.技术设计阶段 将原理方案具体化结构化.考虑机械总体布局和外形.绘制整机装备草图和部件装备草图.确定零件的形状,尺寸,材料等.并对整机和零件进行精度设计等

（确定设计对象的预期功能、有关指标及限制条件） 明确设计要求 （确定设计对象的预期功能、有关指标及限制条件） 提出设计方案 （拟定粗线条的总体布置，进行概略计算，得出可供比较评价的多种设计方案，从中选取最佳方案） 信 息 反 馈 总体设计 （进行分析计算和经济评价，最后绘制总体设计图） 结构设计 （施工设计，完成施工所需的总装图，零件工作图及技术文件） 试制、鉴定 （通过样机试制，从技术上、经济上作出全面评价） 产品定型

二 .机械零件设计的计算准则和一般步骤 1.计算准则 (1)强度准则 强度是零件体抗破裂和塑性变形的能力.它分体积强度和接触强度 (2)刚度准则 刚度是零件抵抗弹性变形的能力.就是要保证机器工作时零件弹性变形量不超过许用值 (3)耐磨性准则 零件在工作中抵抗各种摩擦的能力.保证零件的磨损量不超过容许值 (4)振动稳定性 零件不发生共振.使零件的固有频率与周期性外力的变化频率错开 还有耐热性等等.

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 磨 损 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 磨 损 　　相对运动的零件表面因摩擦的存在，而导致零件表面材料的逐渐丧失。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

磨损 疲劳 点蚀 表面压溃 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 零件表面质量不高或硬度不够时，在外载荷作用下出现的碎裂现象。 　　零件表面质量不高或硬度不够时，在外载荷作用下出现的碎裂现象。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 过量塑性变形 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 　　零件上的应力超过了材料的屈服极限时，零件会发生塑性变形。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 打 滑 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 打 滑 　　靠表面摩擦力保持工作能力的带传动，当传递的有效圆周力超过临界摩擦力时，就将发生打滑失效。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 疲劳点蚀 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 　　作用在零件上的脉动循环变应力超过其接触疲劳极限时，出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩大使表面金属小片剥落形成疲劳点蚀。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 过量弹性变形 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 　　零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 胶 合 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 胶 合 　　两相对运动的零件在高速重载的作用下，常因接触区温升过高而使润滑油失效，使两零件直接接触，以至局部相互粘结，又被撕裂的现象。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 过量弹性变形 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 　　零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 断 裂 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 零件失效 过量塑 性变形 过量弹 性变形 断 裂 　　零件在外载荷作用下，某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时所发生的断裂。零件在循环变应力作用下，危险截面上的应力超过零件的疲劳强度时会产生[疲劳断裂。 表面失效 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 振动失效 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 　　高速运转的零件，当其转速等于或接近零件的自振频率时，会发生共振，使振幅急剧增大，导致零件及系统在短时期破坏。 表面失效 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

失效分析 磨损 疲劳 点蚀 过量弹性变形 表面 压溃 胶合 断裂 振动 打滑 失效 表面失效 　　零件在载荷作用下产生的弹性变形超过了机器工作性能允许的极限值时，会使机器的工作精度降低以至不能正常工作。 表面 压溃 胶合 零件失效 过量塑 性变形 断裂 过量弹 性变形 振动 失效 打滑

2 机械零件设计的一般步骤 (1)根据零件的使用要求（如功率、转速等）,选择零件的类型及结构型式。 (2)根据零件的工作情况计算作用在零件上的载荷,分析应力状态和性质（拉、压力，剪切力） 。 (3)根据零件使用,工艺和经济等要求选择材料及热处理 方法 (4)根据零件的主要失效形式确定其计算准则，并由相应的公式确定零件的基本尺寸。 (5) 根据零件作用,制造装备等进行零件的结构设计 (6) 根据零件之间位置关系,进行精度设计,给出零件的尺寸公差,形状公差,位置公差,表面粗糙度 (7) 绘制零件的工作图，拟定必要的技术条件，编写计算说明书。

机械零件常用材料及其选用原则 一、常用材料 1、钢—— 含碳量小于2%的铁碳合金称为钢， 含碳量大于2%的铁碳合金称为铁。 钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高其机械性能，因此其应用极为广泛。

2．铸铁 常用的铸铁有灰铸铁HT； 球墨铸铁QT； 可锻铸铁； 合金铸铁等。

3．有色金属合金 有色金属合金具有良好的减磨性、跑合性、抗腐蚀性、抗磁性、导电性等特殊的性能。 在工业中应用最广的是铜合金、轴承合金和轻合金。 有色金属合金比黑色金属价贵。

铜合金有青铜与黄铜。 黄铜—— 铜与锡的合金，它具有很好的塑性和流动性，能辗压和铸造各种机械零件。 青铜—— 锡青铜和无锡青铜两类， 它们的减摩性和抗腐蚀性均较好。 轴承合金（又称巴氏合金、白合金）—— 铜、锡、铅、锑的合金，其减磨性、导热性、抗胶合性好，但强度低且较贵，主要用于制作滑动轴承的轴承衬。

4、非金属材料 塑料、橡胶、陶瓷、木料、毛毡、皮革、棉丝等。 1)．橡胶 橡胶富有弹性，有较好的缓冲、减振、耐热、绝缘等性能，常用作联轴器和减振器的弹性装置、橡胶带及绝缘材料等。

2）．塑料 塑料是合成高分子材料工业中生产最早、发展最快、应用最广的材料。 塑料比重小，易制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、减摩耐磨性、绝热性、抗振性等。 常用塑料包括聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料。工程塑料包括聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、尼龙、MC尼龙、氯化聚醚等。

3）．复合材料 复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料通过不同的工艺方法人工合成多相的材料。 它既可以保持组成材料各自原有的一些最佳特性，又可具有组合后的新特性，这样就可根据零件对于材料性能的要求进行材料配方的优化组合。 由于应用于光、热、电、阻尼、润滑、生物等方面新的复合材的不断问世，复合材料的应用范围正得到不断的扩大。

4）．陶瓷 陶瓷材料具有高的熔点，温度界限为 1,200℃～1,600℃，使用于现代机械装置设备，特别是高温机械部分。 此外高硬度的陶瓷材料，具有摩擦系数小、耐磨、耐化学腐蚀、比重小、线膨胀系数小等特性，使之在精密机械中、应用于高温、中温、低温领域，可以作机械零件，也可以做电机零件； 以机械装置为代表使用的陶瓷材料叫工程陶瓷。

二、机械零件材料的选用原则 材料的选择应根据以下原则： 1、载荷及应力的大小、性质及其分布； 2、零件的工作情况； 3、零件的尺寸及质量； 4、零件结构的复杂程度及材料的加工可靠性； 5、材料的经济性。

三 机械设计的新发展 1.由宏观向微观发展 揭示微观机理 2.偏重点由零件的静态(载荷不变)设计转向多种零件的综合或者整机的动态设计 3.新的设计方法不断出现:优化设计,有限元等等 4.机电一体化时机械产品的发展方向 5.步入计算机辅助设计时代

第三节 本课程主要内容、任务、学习方法 1．主要内容 本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础理论与工程实际的结合。 1．主要内容 本课程是一门技术基础课，其最显著的特点是基础理论与工程实际的结合。 1）常用机构的组成及工作原理、运动特性和设计的理论和方法 2）通用零件的原理和特点、选用和设计 3）零件的维护和使用一般常识 机械原理——对常用机构进行综合分析 （结构问题） 机械设计——对零件进行强度设计 （功能问题）

2．学习的任务 1、熟悉常用机构的工作原理、运动特性以及机构设计 和机器动力学方面的基础知识； 2、掌握常用机构和通用零件的工作原理、结构、特 性、选用原则和维护知识； 3、具有运用手册、标准规范和查阅有关技术资料的能 力；掌握一般参数的通用零件和简单 机械传动装置的 设计和计算方法。 本课程综合运用机械制图、工程材料、工程力学等先修 课。

3 学习方法 学习知识和培养应用能力相结合 弄清楚基本概念,原理,掌握分析设计的基本方法 注重知识融会贯通.

本章总结 学习重点 1. 搞清机械、机器、机构等基本概念 2. 掌握机器的组成 3. 初步了解机械设计的过程