机械设计基础ch01
第1章 绪 论
图1-1 自动组装机 1—载物工作台；2—PLC控制箱；3—电源；4—气动控制箱；5—信号采集发生器
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第1章 绪 论
1.1 机器的组成 1.2 机械设计的基本要素 1.3 机械零件材料选用原则 1.4 机械零件的制造工艺性及标准化 1.5 本课程的内容、性质和任务 1.6 实验与实训 1.7 习 题
1.3 机械零件材料选用原则
2. 工艺要求
选择零件材料时必须考虑到加工制造工艺的影响。铸造毛坯应考虑材 料的液态流动性、产生缩孔或偏折的可能性等；锻造毛坯应考虑材料 的延展性、热脆性和变形能力等；焊接零件应考虑材料的可焊性和产 生裂纹的倾向等；对进行热处理的零件应考虑材料的可淬性、淬透性 及淬火变形的倾向等；对于切削加工的零件应考虑材料的易切削性、 切削后能达到的表面粗糙度和表面性质的变化等。
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1.4 机械零件的制造工艺性及标准化
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1.4.1 机械零件的工艺性
零件的工艺性是指在既定的生产条件和规模下，能 用较少的劳动和较低的成本把零件制造和装配出来。 为此，设计者必须了解零件的制造工艺，能从材料 选择、毛坯制造、机械加工、装配以及维修等环节 考虑有关的工艺问题。
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1.1.2 机器的组成要素
(a) 连杆
(b) 连杆拆分件 图1-4 内燃机连杆
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1.2 机械设计的基本要素
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4
机械设计的基本要求 机械设计的一般程序 机械零件设计的一般步骤 机械零件的设计方法
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1.1 机器的组成
1.1.1 机器的组成和分析 1.1.2 机器的组成要素
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1.1 机器的组成
机械制造业为人类提供了日常生活、各行各业生产所需要的机械。机 械能代替、减轻人们的体力劳动和脑力劳动，提高劳动生产率和保证 产品的质量；也只有机械化的生产才能进行严格的分工和科学的管理。 因此，机械的发展水平也代表了国家工业、科学技术的发展水平。 在装备制造业中，机械设计是第一步，是产品成败的关键。
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1.4.2 机械零件设计中的标准化
零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化是我国实行的一项重要 的技术经济政策。 在机械设计中零件标准化，在制造上可以实行专业化大批量集中生产， 提高产品质量，降低成本，便于维修管理；在设计上可以减少设计量 和设计周期。我国现行标准分为国家标准(GB)、部颁标准(如JB、YB 等)和企业标准三级。出口产品应采用国际标准(ISO)。 通用化是在系列产品内部或在跨系列的产品之间，采用同一结构和尺 寸的零部件。它可以最大限度地减少产品的规格、形状、尺寸和材料 品种等，实现通用互换。 系列化是将产品尺寸和结构按尺寸大小分档，按一定规律优化组合成 产品系列，以减少产品型号数目，以较少的品种规格满足用户的广泛 需要。
3. 经济性
从经济观点出发，在满足性能要求的前提下，应尽可能选用价廉的材 料，以降低材料费用。另外，还应综合考虑到生产批量等因素的影响， 如大量生产宜用铸造毛坯；单件生产采用焊接件，可以降低制造费用。
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1.4 机械零件的制造工艺性及标准化
1.4.1 机械零件的工艺性 1.4.2 机械零件设计中的标准化
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2020/11/18
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第1章 绪 论
教学目标： 机械设计基础课程是研究常用机构和通用零部件的工作原 理、结构特点及基本的设计理论和设计分析的方法，这些 知识将通过一些机构和零件进行讲授。 对于一般的机器，我们在日常生活中已有了不同程度的认 识。但是，一部机器是怎样组成的？如何完成既定的功能？ 其中哪些问题与本课程有关？等等。对于这些问题，我们 可以通过对典型机械的分析来认识。 通过本章的学习，要求读者了解本课程研究的内容、性质 和任务。
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1.2.4 机械零件的设计方法
机械零件的设计方法，通常把过去长期采用的设计方法称为常规设计方法，近 几十年发展起来的设计方法称为现代设计方法。此处仅介绍本书使用的常规设 计方法。 1. 理论设计 按照机械零件的结构及其工作情况，将其简化成一定的物理模型，运用力学、 弹性力学、热力学、摩擦学等理论推导出来的设计公式和用实验数据进行设计 的方法称为理论设计。这些设计公式有两种不同的使用方法。 (1) 设计计算。按设计公式直接求得零件的有关尺寸。 (2) 校核计算。已知零件的各部分尺寸，校核它是否能满足有关的设计准则。 2. 经验设计 根据对同类零件已有的设计与使用实践，归纳出经验公式和数据，或者用类比 法进行的设计称为经验设计。对于某些典型零件，这是很有效的设计方法。经 验设计也用于某些目前尚不能用理论分析的零件设计中。 对于尺寸很大，结构复杂，工况条件特殊，又难以进行理论计算和经验设计的 重要零件，可采用模型或样机，通过实验考核其性能，并取得必要数据后，再 根据实验结果修改原有设计。但这种方法费时、成本高，只用于特别重要的设 计。
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第1章 绪 论
教学重点和难点：
机器的组成及其分析方法。 本课程的性质、内容以及学习方法。 机械设计的一般程序。 机械零件设计的一般程序。 机械、机器、机构、构件以及零件的概念。
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第1章 绪 论
案例导入：
如图1-1所示的是一台自动组装机，由工业编程控制器进 行控制、安全监测、质量检测、计数的六工位组装机；它 可以根据需要设计相应的夹具及工装，代替人完成装配动 作。在我们的生产、生活中有许许多多的机器，有哪些内 容和机械设计基础课程有关？如何认识机器、分析机器？ 这些将要在本书的内容中逐步得到解答。
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1.1.2 机器的组成要素
只能实现机械运动和力的传递与变换的装置称为机构，例如。内燃机中由曲轴、连杆、活 塞和气缸组成曲柄滑块机构，齿轮机构，凸轮机构等。 运动的基本单元称为构件，构件可以是单一的零件，如曲轴(如图1-3所示)，也可以是由 一些零件通过连接组成的刚性体，如内燃机连杆(如图1-4所示)。 零件是制造的基本单元，在各种机器中都可以用到的零件，叫通用零件，如螺栓、键、带 轮、齿轮等；在特定类型的机器使用的零件叫专用零件，如内燃机中的活塞、曲轴、洗衣 机中的波轮、风扇中的叶轮等。 部件是一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器等。 这些零、部件从机器的全局出发，相互关联、互相影响组成一部完整的机器。 一部完整的机器都是由一个或一些机构组成，能够实现机械运动，做有用的机械功或实现 能量、物料、信息的传递与变换的装置。 对能量进行转换，实现其他种类的能量转换为机械能的机器是动力机械，如内燃机、水轮 机、电动机、气动马达、液压马达等。 对物料进行转换，完成某种工作或工艺过程的机器是工作机器，如各种切削加工设备、运 输机械、食品加工机械等；还包括球磨机、摇号机等随机运动的机器。 对信息进行转换，实现电、热、压力、变形等形式的信息与机械运动信息之间的传递与转 换的机器，称为信息机器，如检测装置、计量装置等。 机械是机器与机构的总称。
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1.1.1 机器的组成和分析
图1-2 自动组装机传动系统图 1—电机；2—皮带；信号采集器；8—凸轮机构；9—齿条；10—齿轮；11—夹具
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1.1.1 机器的组成和分析
图1-3 内燃机结构图 1—气缸；2—活塞；3—连杆；4—曲轴；5—小齿轮；6—大齿轮；7—凸轮；8—顶杆
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1.2.2 机械设计的一般程序
设计机械的程序视具体情况而定，一般分为产品规划、方案设计、技术设计和加工设计四 个阶段。
1. 产品规划阶段
在根据市场预测、用户需求调查和可行性分析后，制定出机器的设计任务书，明确设计要 求。
2. 方案设计阶段
方案设计包括了机械产品的功能原理设计，确定机器的工作原理和技术要求，初步拟定机 器的总体布置、传动方案和机构运动简图等，对机构进行运动分析与设计。从多种方案中， 经优化筛选与评价，选取较理想的方案。
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1.2.3 机械零件设计的一般步骤
(1) 根据零件的使用要求，选择零件的类型并设计零件的 结构。 (2) 根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。 (3) 根据零件的类型、结构和所受载荷，分析零件的失效 形式，确定零件的设计准则。 (4) 根据零件的工作条件，选择材料。 (5) 根据设计准则进行计算，确定零件的基本尺寸。 (6) 绘制出零件工作图并编写设计说明书。
1. 使用要求
为保证机械零件不失效，根据载荷作用情况，对零件尺寸的限制和零 件重要程度，对材料提出强度、刚度、弹性、塑性、冲击韧性、阻尼 性和吸振性等力学性能方面的相应要求。同时，由于零件工作环境等 其他需求，对材料可能还有密度、导热性、抗腐蚀性、热稳定性等物 理性能和化学性能方面的要求等。
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3. 技术设计阶段
主要工作包括：总体设计、结构设计、施工设计、商品化设计、模型试验等。要在方案设 计的基础上，进行结构和主要零部件工作能力的设计，完成装配图、零件图及编写设计计 算说明书、使用说明书等技术文件。
4. 样机试制和鉴定
根据图纸、技术文件进行样机的试制；对样机进行性能检测、修改和改进；组织鉴定并进 行经济技术评价。通过后，才可批量投产或交付用户使用，还需要收集反馈的信息，作为 将来进一步改进的依据。
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1.3 机械零件材料选用原则
机械零件常用的材料有钢、铸铁、有色金属和非金属等，常用材料的 牌号、性能及热处理知识可查阅机械设计手册。 在机械设计中选择材料是一个重要环节。随着材料科学的不断发展， 机械制造业对零件的要求在提高。因此，设计者在选择材料时，应充 分了解材料的性能和适用条件，并考虑零件的使用、工艺和经济性等 要求。