《機械設(shè)計基礎(chǔ)》王保平DJTU1.課程屬性本課程為必修課。有關(guān)本課程的說明3.課時分配根據(jù)該專業(yè)的要求，編寫時對某些章節(jié)作了適當(dāng)?shù)膭h減。該課程學(xué)時為70學(xué)時，其中實驗課3次為6學(xué)時，總復(fù)習(xí)2學(xué)時，機動2學(xué)時，理論教學(xué)60學(xué)時。4.考核方式本課程期末考試為閉卷考試，最終成績?yōu)槠綍r成績和期末考試成績，其中平時成績占20%，期末考試成績占80%。平時成績包括課堂考勤50%、平時作業(yè)50%。2.教材所選教材為鄧昭銘編寫的《機械設(shè)計基礎(chǔ)》。第一章機械設(shè)計基礎(chǔ)概論第一節(jié)機器的組成第二節(jié)本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)第三節(jié)機器應(yīng)滿足的要求和設(shè)計制造程序第四節(jié)機械零件設(shè)計的基本知識內(nèi)容提要1.機器的組成；2.本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)；3.機器應(yīng)滿足的要求和設(shè)計制造程序；4.機械零件設(shè)計的基本知識。重點難點重點：1.機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件、零件的概念及分類；

2.機器的設(shè)計程序；

3.機械零件設(shè)計的基本知識。難點：1.機器與機構(gòu)的區(qū)別；

2.機械零件設(shè)計的基本知識。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握機械、機器、機構(gòu)、構(gòu)件、零件的概念、組成及分類；了解本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)；掌握機械零件設(shè)計的基本知識和機器設(shè)計程序。第一講：引言引言人類社會的進步源于不斷地創(chuàng)新，設(shè)計活動則是創(chuàng)新的策劃、起點和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

機器是人們改造世界和現(xiàn)代化生活的重要工具，機器的發(fā)明、使用和發(fā)展是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要創(chuàng)新過程。在這一創(chuàng)新過程中，人們總結(jié)出了進行機械設(shè)計的理論與方法，從而為更高層次的創(chuàng)新與設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)代教育的目標(biāo)是素質(zhì)教育，而素質(zhì)教育的核心應(yīng)該是創(chuàng)新素質(zhì)教育。作為集中了人們關(guān)于機械及裝備創(chuàng)新智慧的機械設(shè)計的理論與方法，應(yīng)該是同學(xué)們學(xué)習(xí)創(chuàng)新的理想內(nèi)容。關(guān)于機械設(shè)計基礎(chǔ)的理論與方法是博大精深的，而作為大學(xué)學(xué)習(xí)階段的一門課程，機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的主要任務(wù)是講述通用機械零部件的設(shè)計以及機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識。第一節(jié)機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志。機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器既能承擔(dān)人力所不能或

不便進行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。只有使用機器，才能便于實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，尤其是便于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化。機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促進技術(shù)改造的重任。大量地設(shè)計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。

機器的組成一、機器與機構(gòu)在人們的生產(chǎn)和生活中廣泛地使用著各種類型的機器。常見的如內(nèi)燃機、機床、汽車、火車、發(fā)電機、洗衣機等等。什么是機器，其定義如何？下面分析兩個實例。鄂式破碎機內(nèi)燃機由上述實例分析及日常生活中所見到的其他機器可以看出：機器的種類繁多，各類機器的功用不同，并由此產(chǎn)生的工作原理和結(jié)構(gòu)特點也不相同，但是各類機器都有著共同的特征：機器的組成（1）都是人為的實物組合；（2）組成機器的各實物之間具有確定的相對運動；（3）能實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機械功。凡具備上述三個特征的實物組合就稱為機器，它可用來傳遞運動和變換運動形式。由此可知機構(gòu)只有機器的前兩個特征，若僅從結(jié)構(gòu)和運動觀點來看，機器與機構(gòu)二者之間并無區(qū)別。因此，習(xí)慣上常用機械一詞作為機器和機構(gòu)的總稱。機器的組成二、零件、部件和構(gòu)件從制造角度看，若干個零件組成了機構(gòu)，若干個機構(gòu)組成了機器，零件是制造單元，是機器的基本組成要素。概括地講機械零件可分為兩大類：一是在各種機器中都能用到的零件叫通用零件，如齒輪、螺栓、軸承、帶、帶輪等；另一類則是在特定類型的機器中才能用到的零件，叫專用零件，如曲軸、吊鉤、葉片、葉輪等。常把由一組協(xié)同工作的零件組成的獨立制造裝配的組合件叫做部件，如減速器、離合器、制動器等，部件是裝配單元。通用零件專用零件部件機器的組成從機械實現(xiàn)預(yù)期運動和功能角度看，機構(gòu)中形成相對運動的各個運動單元稱為構(gòu)件。構(gòu)件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運動單元即是一個構(gòu)件。分析單缸內(nèi)燃機中的連桿（構(gòu)件由多個零件組成）。機器的組成從機械實現(xiàn)預(yù)期運動和功能角度看，機構(gòu)中形成相對運動的各個運動單元稱為構(gòu)件。構(gòu)件可以是單一的零件，也可是由若干零件組成的運動單元即是一個構(gòu)件。分析單缸內(nèi)燃機中的連桿（構(gòu)件由多個零件組成）。機器的組成三、機器的組成機器種類繁多，形狀各異，但就其功能而言，機器是由五個部分組成。工業(yè)機器人工業(yè)機器人的定義：其操作機時自動控制的，可重復(fù)編程、多用途，并可對三個和三個以上的軸進行編程。它可以是固定式或移動式。在工業(yè)自動化中使用。工業(yè)機器人包括操作機和控制系統(tǒng)（硬件和軟件）。所謂操作機是一種機器，其機構(gòu)通常是由一系列相互鉸接或相對滑動的構(gòu)件所組成。它通常有幾個自由度，用以抓取或移動物體。機器人焊接機器人去毛刺

工業(yè)機器人數(shù)控加工中的工業(yè)機器人

工業(yè)機器人的組成

示教板用于輸入控制命令或控制程序

控制系統(tǒng)用于控制操作機各關(guān)節(jié)內(nèi)伺服電機的運動

操作機在控制系統(tǒng)的控制下，實現(xiàn)各種復(fù)雜運動。每個關(guān)節(jié)內(nèi)有電動機和減速器

工業(yè)機器人認(rèn)識機器5工業(yè)機器人操作機電機底座軸殼減速器滾子軸承基座工業(yè)機器人本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)一、本課程的內(nèi)容機器是由若干機構(gòu)及零部件組成，機器的功能指標(biāo)取決于機構(gòu)類型及零部件的工作能力。為此，本課程內(nèi)容在簡要介紹有關(guān)整部機器設(shè)計的基本知識的基礎(chǔ)上，重點討論常用機構(gòu)的組成原理，傳動特點、功能特性、設(shè)計方法等基本知識；重點討論通用機械零件在一般工作條件下的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、選用及設(shè)計計算問題。本課程的主要內(nèi)容：1.總論部分──機械設(shè)計的基本原則，一般過程、傳動方案及材料選擇、潤滑等；2.常用機構(gòu)部分──平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)等；3.傳動部分──齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動等；4.聯(lián)接部分──螺紋聯(lián)接、鍵、銷聯(lián)接等；5.軸系部分──滑動軸承、滾動軸承、軸及聯(lián)軸器、離合器等；6.其他部分──彈簧、減速器等；本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)二、本課程的地位本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，它綜合運用了工程力學(xué)、金屬工藝學(xué)、機械制圖、公差配合等先修課程知識，解決常用機構(gòu)及通用零部件的分析設(shè)計問題，較之以往的先修課程更接近工程實際，但也有別于專業(yè)課程，它主要是研究各類機械所具有的共性問題，在機電類專業(yè)課程體系中占有重要位置。

三、學(xué)習(xí)本課程的目的本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)1.熟悉常用機構(gòu)的工作原理，運動特性及機械設(shè)計的基本理論和方法。2.基本掌握通用零件的工作原理、選用和維護等方面的知識。3.培養(yǎng)學(xué)生初步具有運用標(biāo)準(zhǔn)手冊，查閱相關(guān)技術(shù)資料進行一般參數(shù)的通用零件和簡單機械傳動裝置的設(shè)計計算能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。四、學(xué)習(xí)方法1.認(rèn)識機械、了解機械學(xué)習(xí)課程時要理論聯(lián)系實際，多注意觀察各種機械設(shè)備，掌握各機構(gòu)、零部件的基本原理和結(jié)構(gòu)。2.掌握方法，形成總體概念從機器總體出發(fā)，將各章節(jié)討論的各種機構(gòu)、通用零件有機聯(lián)系起來，防止孤立、片面地學(xué)習(xí)各章內(nèi)容。3.理解經(jīng)驗公式、參數(shù)、簡化計算的使用條件，重視結(jié)構(gòu)設(shè)計分析及方案選用。對機器的主要要求機器應(yīng)滿足的要求和設(shè)計制造程序設(shè)計機器的任務(wù)是在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所能達到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，對機器都要提出以下的基本要求：使用功能要求經(jīng)濟性要求勞動保護要求可靠性要求其它專用要求詳細說明

設(shè)計機器的一般程序計劃階段方案設(shè)計階段技術(shù)設(shè)計階段技術(shù)文件編制階段一部機器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計質(zhì)量，機器的設(shè)計階段是決定機器好壞的關(guān)鍵。它是一個創(chuàng)造性的工作過程，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗的工作。作為一部完整的機器，它是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計質(zhì)量，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。設(shè)計機器的一般程序：詳細說明

機器應(yīng)滿足的要求和設(shè)計制造程序機械零件的主要失效形式1機械零件設(shè)計的基本知識—失效形式機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。（一）整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應(yīng)力超過零件的強度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂軸承內(nèi)圈斷裂（二）過大的殘余變形當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形

機械零件設(shè)計的基本知識—失效形式（三）零件的表面破壞零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。齒面接觸疲勞軸瓦磨損

機械零件設(shè)計的基本知識—失效形式（四）破壞正常工作條件引起的失效有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如：

液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。高速轉(zhuǎn)動的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當(dāng)?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時會發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質(zhì)等很多因素有關(guān)。有統(tǒng)計結(jié)果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。

機械零件設(shè)計的基本知識—失效形式

強度準(zhǔn)則

剛度準(zhǔn)則設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計計算方法。一般來講，有以下幾種準(zhǔn)則：

壽命準(zhǔn)則

振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則

可靠性準(zhǔn)則詳細說明：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設(shè)計準(zhǔn)則。：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。：高速運轉(zhuǎn)機械的設(shè)計應(yīng)注重此項準(zhǔn)則。：當(dāng)計及隨機因素影響時，仍應(yīng)確保上述各項準(zhǔn)則。

機械零件設(shè)計的基本知識—設(shè)計準(zhǔn)則選擇零件類型、結(jié)構(gòu)機械零件的設(shè)計一般要經(jīng)過以下幾個步驟：詳細說明計算零件上的載荷確定計算準(zhǔn)則選擇零件的材料確定零件的基本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計校核計算畫出零件工作圖寫出計算說明書

機械零件設(shè)計的基本知識—設(shè)計步驟機械零件設(shè)計的基本知識—標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化：要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)件：按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的零件。系列化：有很多零件適用范圍極為廣泛，但在具體設(shè)計時隨著工作條件的不同，在材料、尺寸、結(jié)構(gòu)等方面的選擇也各不相同，這種情況則可對其某些基本參數(shù)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的系列化數(shù)列。通用化：在不同規(guī)格的同類產(chǎn)品或不同類產(chǎn)品中采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零件、部件。標(biāo)準(zhǔn)化的益處：標(biāo)準(zhǔn)化有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕設(shè)計工作量，便于零部件的互換和組織專業(yè)化