机械设计概论PPT资料.ppt

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,2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；

3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；

4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出气缸。

内燃机,组成：

气缸体1、,活塞2、,进气阀3、,排气阀4、,连杆5、,曲轴6、,凸轮7、,推杆8、,齿轮9、10,内燃机的工作过程：

进气,压缩,爆炸,排气,活塞的往复运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：

内燃机各部分的作用：

曲柄滑块机构,凸轮和推杆用来启闭进气阀和排气阀，将凸轮的连续转动转变为推杆的往复移动，称为：

凸轮机构,两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动作，改变转速的大小和方向，称为：

各部分协调动作的结果：

齿轮机构,根据功能的不同，一部完整的机器由以下四部分组成：

原动部分是机器的动力来源，最常见的是电动机和内燃机。

工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。

传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。

控制部分使机器的原动部分、传动部分、工作部分按一定的顺序和规律运动，完成给定的工作循环。

保证机器的启动、停止和正常协调动作。

轿车组成：

机器的共有特征：

人造的实物组合体；

各部分有确定的相对运动；

代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。

根据工作类型，机器可分为：

动力机器实现能量转换,工作机器完成有用功,信息机器获取或处理各种信息,机构的共有特征：

用来传递力或实现运动的转换。

机构的分类：

通用机构和专用机构。

通用机构-用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。

专用机构-只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。

机器与机构的关系：

任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。

从结构和运动学的角度分析，机器和机构之间并无区别，都是具有确定相对运动的各种实物的组合，所以，通常将机器和机构统称为机械。

由机器与机构的共有特征可知：

机构主要用来传递和变换运动；

机器主要用来传递和变换能量。

从制造的角度来看，任何机器都是由许多零件组合而成的。

零件组成机器的最小单元，也是机器的制造单元。

若将一部机器进行拆卸，拆到不可再拆的最小单元就是零件。

从运动的角度来看，机器是由若干可以相对运动的构件组装而成的。

构件机器中最小的运动单元。

构件可以是单一的零件（如曲轴），也可以是由若干个零件组成的刚性结构。

如内燃机中的连杆和齿轮装置。

曲轴,内燃机中连杆,由三个零件组成的构件,构件与零件的区别：

构件是机器的运动单元；

零件是机器的制造单元。

按用途分，零件可分为专用零件和通用零件。

专用零件只在一定类型机器中使用的零件，如内燃机的活塞、曲轴等。

通用零件各种机器中普遍使用的零件，如螺钉、轴、齿轮等。

标准件制定了国家标准，并由专门工厂生产的零件。

螺母、螺栓等。

零件构件机构机器,02本课程的内容、性质和任务,一、本课程的内容主要阐述机械设计的一般原则和程序、机械的组成、常用的机械传动（如V带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动和连杆机构、凸轮机构、步进传动机构等）以及通用的联接零件、轴系零件的工作原理、特点和基本设计方法或选用原则。

二、本课程的性质和任务课程性质：

技术基础课,研究组成一般机械的常用机构、通用零件和在机械设计中一些常遇到的基本共性问题。

本课程的特点：

是工程制图、工程材料、金属工艺学、理论力学，材料力学、金工实习等理论知识和实践技能的综合运用。

学习本课程时应注意以下几点：

1）要学会具体问题具体分析的方法。

2）本课程的术语、符号、公式较多，必须给以足够的注意。

3）要有工程观点。

通过本课程的学习，应达到的基本要求是：

1）掌握机构的结构原理、运动特性和机械动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解。

2）掌握通用机械零件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，并初步具有设计一般简单机械及常用机械传动装置的能力。

3）具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。

03机械设计的基本要求和一般程序,一、机械设计的基本要求机械设计-规划和设计实现预期功能的新机械或改进原有机械的性能。

基本要求：

在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观。

具体说来，主要有以下几方面：

1、使用要求实现预定功能，工作可靠2、经济性要求三方面：

生产成本低、使用消耗小、维护费用低。

措施：

1）设计中采用“三化”零部件；

2）应用成熟的新技术、新材料。

3）选用高效率设备，减少动力、燃料消耗。

4、环保、外观造型要求,颜色、造型，噪音、废气、废液。

5、其他专用要求,3、操作方便，运行安全可靠,二、机械设计的一般程序,机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程，一般程序如下：

设计任务,调研,总体设计,技术设计,试制,投产,04机械零件的工作能力和计算准则,一、机械零件的工作能力机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。

工作能力-在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。

通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为：

承载能力,机械零件的主要失效形式,过大弹性变形零件的刚度不够引起,塑性变形工作应力超过材料的屈服极限S引起,疲劳断裂工作应力超过零件的疲劳极限r引起,过载断裂工作应力超过材料的强度极限B引起,压溃、过度磨损零件接触表面上的压应力p过大,胶合零件工作温升t过高引起,表面疲劳损坏零件表面接触应力H过大引起,计算准则用于计算并确定零件基本尺寸的主要依据。

对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用相应的计算准则。

常用的计算准则有：

二、机械零件的计算准则,1强度准则针对零件断裂、塑性变形或表面疲劳损坏失效,强度指零件在载荷作用下抵抗断裂或塑性变形的能力。

强度是保证零件工作能力的最基本要求。

若零件的强度不够，不仅因为零件的失效使机械不能正常工作，还可能导致安全事故。

强度的计算准则为：

MPa或针对断裂或塑性变形HH针对表面疲劳损坏,强度计算准则：

2）,S安全系数，S1,S：

经济，不安全,零件的工作正应力；

零件的工作切应力；

材料的许用正应力；

材料的许用切应力；

材料的极限正应力；

材料的极限切应力；

2刚度准则针对过大弹性变形刚度指零件在一定载荷作用下抵抗过大弹性变形的能力。

刚度是保证机器正常工作，提高机床加工产品质量的基本要求。

刚度的计算准则为：

yy；

式中，y、和分别为零件工作时的挠度、偏转角和扭转角；

由刚度计算所得零件剖面尺寸，一般要比强度计算的大，所以，一般满足刚度要求的零件往往也能同时满足强度要求。

机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。

齿轮轴的弯曲挠度过大会影响一对齿轮的正确啮合。

3耐磨性准则针对过度磨损、胶合破坏耐磨性指零件在载荷作用下相对运动的两零件接触界的抗磨损能力。

耐磨性是保证有相对运动的零件正常工作的基本要求。

其验算式为：

pp防止过度磨损pvpv防止胶合破坏,4振动和噪声准则针对高速机械的振动失稳（即共振）当零件的固有振动频率f等于或趋近于零件的强迫振动频率fp时，将产生共振。

这不仅影响机械正常工作，甚至造成破坏性事故，而振动又是产生噪声的主要原因。

防止共振的条件为：

f087fp或f118fp式中，f零件的固有振动频率，取决于零件的质量和刚度fp零件受激振源作用引起的强迫振动频率,05机械设计中常用材料的选择原则,选用原则：

一、使用性能的要求,用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。

零件材料,选材因素：

使用要求是指用所选材料做成的零件，在给定的工况条件下和预定的寿命期限内能正常工作。

二、工艺性能的要求,工艺要求是指所选材料的冷、热加工性能好，热处理工艺性好。

三、经济性的要求,在满足使用性能的前提下，尽量选用低价格的材料，减少材料的消耗，是零件材料选择的主要原则。

各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和机械设计手册中查得。

为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料的品种。

一、载荷和应力一）载荷,载荷构件或零件工作时所承受的外力。

静载荷大小和方向均不随时间变化或变化缓慢的载荷。

变载荷大小或方向随时间变化的载荷。

根据载荷性质的不同，可分为静载荷与变载荷。

循环变载荷,稳定循环载荷,不稳定循环载荷,随机变载荷,06许用应力和安全系数,名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷，按原动机的功率求得。

计算载荷载荷系数与名义载荷的乘积。

式中，P原动机的额定功率（kW），n额定转速（r/min）。

式中，K考虑各种附加载荷的载荷系数。

也可分为工作载荷、名义载荷与计算载荷。

工作载荷机械正常工作时所受的载荷（一般难以确定）。

根据名义载荷求出的应力称为名义应力。

根据计算载荷求出的应力称为计算应力。

按照应力随时间的变化情况，应力也可分为静应力和变应力。

静应力不随时间变化或变化很小的应力。

二）应力,变应力随时间变化的应力。

稳定循环变应力,不稳定循环变应力,规律性不稳定变应力,随机变应力,静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。

作用在转动心轴上的载荷是静载荷，产生的应力却属于变应力。

三）变应力参数及典型变应力,1.变应力参数,最大应力：

max最小应力：

min,应力循环特征：

用来表示应力的变化情况r=min/max,平均应力：

应力幅：

注意：

五个参数具有符号，计算时要带有符号；

max、min是指绝对值而言。

应力类型,a）静应力：

r=+1变应力特例,b）对称循环变应力r=-1,c）脉动循环变应力r=0,2.典型变应力及应力循环特征r,d）非对称循环变应力r在（-1+1）间变化,二、零件的极限应力,静应力下，零件材料的破坏形式：

断裂或塑性变形,塑性材料，取屈服极限S作为极限应力，即。

脆性材料，取强度极限B作为极限应力，即。

2、变应力下的极限应力,变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。

1、静应力下的极限应力,变应力作用下零件极限应力：

lim=r（疲劳极限）,疲劳破坏的机理：

损伤的累积影响因素：

不仅与材料性能有关，变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。

2）疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；

3）疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。

疲劳曲线应力与应力循环次数N之间的关系曲线称为：

疲劳曲线,当NN0时，疲劳曲线呈一水平线。

N0-循环基数,N0对应的应力称为：

疲劳极限（或持久极限）,1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低;

疲劳断裂具有以下特征：

用-1表示材料在对称循环应力下的疲劳极限。

当NN0时,有近似公式：

对应于N的疲劳极限：

在脉动循环应力下，取疲劳极限0作为极限应力。

三、许用应力和安全系数,1、许用应力：

2.安全系数S的取值对零件的结构尺寸、工作可靠性均有影响。

1）静应力下，塑性材料的零件：

S=1.2.5铸钢件：

S=1.5,S,典型机械的S可通过查表求得。

无表可查时，按以下原则取：

零件尺寸大，结构笨重。

S,可能不安全。

）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁：

S=34,3）变应力下，S=1.31.7材料不均匀，或计算不准时取：

S=1.72.5,THEEND,