机械设计基础绪论

机械设计基础————第四版天津大学李秀珍主编普通高等教育“十五”国家级规划教材第一章绪论§1-1机器的组成和本课程研究的内容§1-2机械零件的常用材料§1-3机械零件的工作能力和计算准则§1-4机械零件结构设计的基本要求和“三化”§1-5平面机构的运动简图§1-6平面机构具有确定运动的条件1-1机器的组成和本课程研究的内容一、基本概念1.机器特征（1）都是人为的实物组合；（2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动；（3）能实现能量转换或完成有用的机械功。2.机构特征（1）都是人为的实物组合，由多个构件组成；（2）组成机构的各构件之间具有确定的相对运动；（3）能完成有效的机械功；（4）定义：两个或两个以上的构件通过活动连接以实现规定运动的构件组合。3.机械：机器与机构的总称4.构件：机器或机构中最小的运动单元5.零件：机器或机构中最小的制造单元关系：零件构件机构机器组成组成组成机械6.之间的7.机器的组成原动机执行部分传动部分辅助部分控制部分8.实例：颚式破碎机二、本课程研究的内容主要研究常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法。同时还简要介绍与本课程有关的国家标准、规范以及一些标准零件、部件的选用原则。1-2机械零件的常用材料碳素钢合金钢铸钢碳素结构钢：用于受力不大且基本上是承受静载荷的零件优质碳素结构钢：用于受力较大，且受变载荷或冲击载荷的零件普通低合金钢合金结构钢：常用合金工具钢特殊合金钢碳素铸钢合金铸钢通常只用于制造重要的或具有特殊性能要求的零件钢制造承受重载荷的大型零件或形状复杂、力学性能要求较高的零件，如联轴器等铸铁灰铸铁：用于制造受压状态下的零件球墨铸铁：可用来制造曲轴、齿轮等，成本低于锻钢件铜合金黄铜：制造管件、散热器、垫片以及化工、船用等零件青铜：普通青铜：制造蜗轮、对开螺母、滑动轴承中的轴瓦等特殊青铜：制造蜗轮、在蒸汽和海水条件下工作的齿轮等非金属材料：橡胶、塑料、皮革、陶瓷、木材、纸板等复合材料：两种或两种以上的金属或非金属材料复合而成的新型材料1-3机械零件的工作能力和计算准则一、强度1.名义载荷与计算载荷2.强度条件式中，s、t分别是危险截面处的最大正应力和切应力，是按照计算载荷计算的应力；、分别是材料的许用正应力和切应力。3.许用应力ssttstlimSss,,limStt式中，limslimt、分别是材料的极限正应力和切应力；S是安全系数；式中，123SSSS1S是考虑载荷及应力计算的准确性系数；2S是考虑材料的均匀性系数二、接触强度1.在接触应力作用下的零件的强度称为接触强度，属于表面强度。2.强度条件HHss，HlimHSss式中，HsHlimsHS是材料的许用接触应力；是试验材料的接触疲劳强度极限；是接触疲劳强度安全系数，可取等于1或稍大于1。HS3.刚度条件yy，，式中，y分别是零件工作时的挠度、转角和扭角；、、y、、是相应的许用挠度、转角和扭角。4.耐磨性磨损过程磨合磨损阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段磨损的基本类型磨粒磨损粘着磨损表面疲劳磨损腐蚀磨损减少磨损的措施选取减磨性和耐磨性好的材料对摩擦表面进行润滑进行耐磨性计算提高零件的加工精度和表面质量1-4机械零件结构设计的基本要求和“三化”一、机械零件结构设计的基本要求1.构型简单2.工艺性好3.受力合理4.充分利用不同材料的性能5.工作可靠6.安全性高二、标准化、系列化和通用化“三化”是我国现行的很重要的一项技术政策，其程度的高低也常是评定产品质量的指标之一。1-5平面机构的运动简图一、运动副及其分类概念：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目类型：1.低副两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。（1）转动副（或铰链）两构件只能在一个平面内作相对转动限制两个自由度：（两个移动）保留一个自由度（转动）（2）移动副两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。限制两个自由度：（一个移动，一个转动）保留一个自由度（移动）2.高副两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。限制一个自由度：（一个移动）保留两个自由度（一个移动，一个转动）1221211221212121212123.运动副的符号转动副：移动副：齿轮副：2112凸轮副：二、构件的分类及其表示方法1.分类：机架：固定不动的构件原动件：输入运动规律的构件从动件：其他的构件2.构件的表示方法三、常用机构运动简图1.机构运动简图：简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形（按比例，用特定的符号和线条）和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造2.机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形3.常用机构和运动副的表示方法：4.绘机构运动简图的步骤l实际尺寸图上尺寸m(mm)1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；2）确定所有运动副的类型和数目；3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；4）确定比例尺：5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）例试绘制内燃机的机构运动简图1-6平面机构具有确定运动的条件一、平面机构的自由度的计算1.机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关）n个活动构件：自由度为3n。PL个低副：限制2PL个自由度PH个高副：限制PH个自由度因此，该机构相对于固定构件的自由度数应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，该差值称为机构的自由度，并以F表示，F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH=3*7-2*8-4=12.约束：构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少,这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。二、平面机构具有确定相对运动的条件机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明机构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此，当机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时，则需有两个原动件。故机构具有确定运动的条件是：原动件数目应等于机构的自由度数目。F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数=F，运动确定原动件数F，运动不确定原动件数F，机构破坏12345AEBCC'DD'1423411小结1.机器的组成和本课程研究的内容2.机械零件的常用材料3.机械零件的工作能力和计算准则4.机械零件结构设计的基本要求和“三化”5.平面机构的运动简图6.平面机构具有确定运动的条件