機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)課件第一章：機(jī)械基礎(chǔ)概述機(jī)械的定義與分類機(jī)械是能夠完成特定功能、由若干構(gòu)件按照一定規(guī)律連接而成的裝置。按用途可分為動力機(jī)械、工作機(jī)械、傳動機(jī)械等；按結(jié)構(gòu)復(fù)雜度可分為簡單機(jī)械與復(fù)合機(jī)械。機(jī)械與機(jī)械系統(tǒng)的關(guān)系機(jī)械系統(tǒng)是由多個(gè)機(jī)械單元組合而成的復(fù)雜系統(tǒng)，各機(jī)械單元之間通過能量、物質(zhì)或信息的交換實(shí)現(xiàn)整體功能。單個(gè)機(jī)械是系統(tǒng)的基本構(gòu)成單元。機(jī)械設(shè)計(jì)的重要性與應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械的基本組成鏈接件剛性鏈：不變形的固體構(gòu)件，如齒輪、軸柔性鏈：可彎曲變形的構(gòu)件，如皮帶、鏈條流體鏈：利用流體傳遞運(yùn)動和力，如液壓系統(tǒng)運(yùn)動副轉(zhuǎn)動副：允許構(gòu)件之間相對轉(zhuǎn)動的連接滑動副：允許構(gòu)件之間相對滑動的連接螺旋副：允許構(gòu)件之間螺旋運(yùn)動的連接球面副：允許構(gòu)件之間相對球面運(yùn)動的連接機(jī)械的運(yùn)動與力的傳遞機(jī)械的基本功能是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和力的傳遞與轉(zhuǎn)換。通過各種類型的鏈接件和運(yùn)動副的組合，機(jī)械可以將輸入的運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換為所需的輸出運(yùn)動形式，同時(shí)實(shí)現(xiàn)力和力矩的傳遞與變換。機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)械運(yùn)動的基本類型直線運(yùn)動沿直線方向的位移變化，如液壓缸活塞運(yùn)動、直線電機(jī)運(yùn)動等。特點(diǎn)是路徑為一條直線，常用于推拉、壓制等工作。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動圍繞固定軸線的角位移變化，如電機(jī)轉(zhuǎn)子、風(fēng)車葉片等。特點(diǎn)是路徑為圓周，廣泛應(yīng)用于傳動系統(tǒng)。擺動運(yùn)動在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)轉(zhuǎn)動，如鐘擺、機(jī)械臂等。特點(diǎn)是角位移有限，不完成整圓運(yùn)動。往復(fù)運(yùn)動機(jī)械運(yùn)動的轉(zhuǎn)換運(yùn)動方向的改變通過特定機(jī)構(gòu)將原有運(yùn)動方向轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌倪\(yùn)動方向，如齒輪嚙合改變旋轉(zhuǎn)方向，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)改變直線與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方向。運(yùn)動形式的改變將一種運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換為另一種運(yùn)動形式，如曲柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動，凸輪機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為復(fù)雜軌跡運(yùn)動。運(yùn)動速度和力矩的改變通過傳動比調(diào)整輸出端的速度和力矩，如變速箱改變轉(zhuǎn)速和扭矩，杠桿機(jī)構(gòu)放大或縮小力的大小。第二章：機(jī)械傳動基礎(chǔ)機(jī)械傳動的定義與作用機(jī)械傳動是指在機(jī)械系統(tǒng)中，將動力源的運(yùn)動和力傳遞給工作部件的過程。其主要作用包括：傳遞動力和運(yùn)動改變運(yùn)動速度（增速或減速）調(diào)整力矩大小（增大或減?。└淖冞\(yùn)動方向和形式實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動或變速運(yùn)動傳動方式分類齒輪傳動利用嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)精確傳動，傳動比穩(wěn)定，效率高，適用于大功率場合。帶傳動利用摩擦力或嚙合作用傳遞動力，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，有緩沖減震作用。鏈傳動利用鏈條和鏈輪傳遞動力，傳動比穩(wěn)定，適用于中等功率和速度場合。摩擦傳動齒輪傳動基礎(chǔ)直齒輪齒線平行于軸線，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但嚙合沖擊大，噪音較高，適用于低速傳動。斜齒輪齒線與軸線成一定角度，嚙合平穩(wěn)，噪音小，承載能力高，但有軸向力，適用于中高速傳動。錐齒輪齒位于錐面上，用于相交軸之間的傳動，常用于90°傳動，如汽車差速器中。蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)垂直軸間的大傳動比傳動，具有自鎖性，運(yùn)行平穩(wěn)，但效率較低，發(fā)熱量大。齒輪傳動的基本參數(shù)模數(shù)齒輪大小的基本參數(shù)，表示齒輪分度圓直徑與齒數(shù)之比，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)齒數(shù)齒輪上齒的總數(shù)，影響傳動比和嚙合性能壓力角齒輪傳動的運(yùn)動與力學(xué)特性傳動比計(jì)算齒輪傳動比是從動輪齒數(shù)與主動輪齒數(shù)之比，也等于主動輪轉(zhuǎn)速與從動輪轉(zhuǎn)速之比：其中：i為傳動比，z?、z?分別為主動輪和從動輪齒數(shù)，n?、n?分別為主動輪和從動輪轉(zhuǎn)速。對于多級傳動，總傳動比等于各級傳動比的乘積：速度與力矩的關(guān)系根據(jù)能量守恒原理，忽略損失時(shí)，輸入功率等于輸出功率：因此，力矩與角速度成反比：即傳動比i也表示輸出力矩與輸入力矩之比。傳動效率與嚙合特性齒輪嚙合動畫示意上圖展示了齒輪嚙合傳動的過程。在齒輪嚙合過程中，齒輪齒面沿著嚙合線相互滾動和滑動，力的傳遞始終沿著嚙合線方向。標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)確保嚙合線上至少有一對齒始終保持接觸，保證傳動連續(xù)性和平穩(wěn)性。簡單齒輪傳動實(shí)例分析1平行軸簡單齒輪傳動最基本的齒輪傳動形式，兩個(gè)齒輪直接嚙合傳遞動力。若主動輪齒數(shù)z?=20，從動輪齒數(shù)z?=60，則傳動比i=3，表示主動輪轉(zhuǎn)速是從動輪的3倍，而從動輪輸出力矩是主動輪的3倍。2帶從動輪與主動輪的速度關(guān)系在復(fù)雜傳動系統(tǒng)中，常加入從動輪（惰輪）改變傳動方向。從動輪不改變傳動比，只改變旋轉(zhuǎn)方向。若系統(tǒng)中有奇數(shù)個(gè)齒輪，則首末齒輪旋轉(zhuǎn)方向相反；若有偶數(shù)個(gè)齒輪，則首末齒輪旋轉(zhuǎn)方向相同。3反轉(zhuǎn)與同向轉(zhuǎn)動的實(shí)現(xiàn)錐齒輪傳動及應(yīng)用90度轉(zhuǎn)角傳動原理錐齒輪通過錐面上的齒形實(shí)現(xiàn)相交軸（通常為90°）之間的動力傳遞。錐齒輪的幾何形狀使得兩軸之間的運(yùn)動能夠平穩(wěn)傳遞，齒輪的錐角與軸線夾角相關(guān)。基本參數(shù)計(jì)算：傳動比：i=z?/z?=tanδ?/tanδ?錐角關(guān)系：δ?+δ?=90°（垂直軸）錐角計(jì)算：tanδ?=z?/z?×tanΣ汽車差速器中的錐齒輪應(yīng)用汽車差速器是錐齒輪應(yīng)用的典型案例，通過行星齒輪與錐齒輪的組合，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度差異，保證車輛平穩(wěn)轉(zhuǎn)向。差速器內(nèi)部的錐齒輪系統(tǒng)包括：一對主錐齒輪：實(shí)現(xiàn)動力90°轉(zhuǎn)向傳遞多對行星錐齒輪：實(shí)現(xiàn)左右半軸的差速功能手搖鉆中的錐齒輪實(shí)例手搖鉆是錐齒輪應(yīng)用的簡單實(shí)例，通過一對錐齒輪將手柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時(shí)實(shí)現(xiàn)速度的變化。蝸輪蝸桿傳動自鎖性蝸輪蝸桿傳動的主要特點(diǎn)之一是自鎖性，當(dāng)導(dǎo)程角小于摩擦角時(shí)，系統(tǒng)無法從蝸輪側(cè)驅(qū)動蝸桿，形成單向傳動，這一特性在升降裝置、閥門等需要保持位置的場合非常有用。大傳動比單級蝸輪蝸桿傳動可實(shí)現(xiàn)10~100的傳動比，遠(yuǎn)大于普通齒輪傳動。傳動比計(jì)算公式為i=z?/z?，其中z?為蝸輪齒數(shù)，z?為蝸桿頭數(shù)（通常為1~4）。應(yīng)用場景升降機(jī)蝸輪蝸桿傳動在各類升降機(jī)中應(yīng)用廣泛，如汽車千斤頂、舞臺升降平臺、工業(yè)提升裝置等。其自鎖特性確保負(fù)載不會因重力自行下滑，提高安全性；大傳動比特性則允許小輸入力產(chǎn)生大輸出力矩，便于人力操作。調(diào)速裝置蝸輪蝸桿傳動在精密儀器、機(jī)床、測量設(shè)備的調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。通過旋轉(zhuǎn)蝸桿可以實(shí)現(xiàn)蝸輪的精確角位移控制，常用于望遠(yuǎn)鏡的微調(diào)、精密工作臺的進(jìn)給等場合。此外，蝸輪蝸桿還廣泛應(yīng)用于：減速器（大型設(shè)備的減速傳動）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）閥門驅(qū)動（工業(yè)管道控制）第三章：機(jī)械基礎(chǔ)元件桿件桿件是機(jī)械中傳遞力和運(yùn)動的基本元件，根據(jù)受力特點(diǎn)可分為：受拉桿：主要承受拉伸力受壓桿：主要承受壓縮力受彎桿：主要承受彎曲力矩受扭桿：主要承受扭轉(zhuǎn)力矩軸軸是支撐旋轉(zhuǎn)零件并傳遞扭矩的機(jī)械元件，分類：傳動軸：傳遞扭矩和運(yùn)動心軸：僅支撐旋轉(zhuǎn)零件，不傳遞扭矩曲軸：將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動軸承軸承是支撐軸并允許其相對運(yùn)動的元件：滾動軸承：利用滾動體減小摩擦滑動軸承：利用滑動面支撐軸特種軸承：如磁懸浮軸承、氣體軸承等連接件鍵鍵是連接軸與輪轂，傳遞扭矩的元件。常見類型有平鍵、楔鍵、半圓鍵等，根據(jù)傳遞扭矩大小和使用條件選擇。銷銷用于定位或連接機(jī)械零件，防止相對移動。常見有圓柱銷、錐銷、彈性銷等，通常承受剪切力。螺栓桿件與軸的設(shè)計(jì)要點(diǎn)受力分析桿件與軸的設(shè)計(jì)首先需要進(jìn)行全面的受力分析，確定所有作用力及其分布：軸向力：沿軸線方向的拉壓力徑向力：垂直于軸線的力彎矩：使構(gòu)件彎曲的力矩扭矩：使構(gòu)件扭轉(zhuǎn)的力矩在分析過程中，需繪制彎矩圖和扭矩圖，確定危險(xiǎn)截面位置。材料選擇與強(qiáng)度計(jì)算常用材料包括：碳素鋼：45鋼、40Cr等，適用于一般傳動軸合金鋼：40CrNiMo等，適用于重載軸鑄鐵：用于低速、低負(fù)荷場合強(qiáng)度計(jì)算包括：拉伸強(qiáng)度：確保不發(fā)生斷裂屈服強(qiáng)度：確保不發(fā)生永久變形疲勞強(qiáng)度：確保在交變載荷下長期工作軸的常見故障及防護(hù)疲勞斷裂由于長期交變應(yīng)力作用，在應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展至斷裂。防護(hù)措施：避免銳角過渡、增大過渡圓角半徑、表面強(qiáng)化處理。過度磨損軸與軸承或其他配合件之間的相對滑動導(dǎo)致表面磨損。防護(hù)措施：提高表面硬度、改善潤滑條件、選擇合適的配合間隙。過度變形軸在負(fù)載作用下產(chǎn)生過大彎曲或扭轉(zhuǎn)變形，影響正常工作。防護(hù)措施：增大軸徑、優(yōu)化支撐位置、使用更高強(qiáng)度材料。腐蝕損傷在惡劣環(huán)境中工作的軸易受腐蝕。防護(hù)措施：表面防腐處理、使用耐腐蝕材料、定期維護(hù)檢查。軸承基礎(chǔ)知識滾動軸承與滑動軸承區(qū)別特性滾動軸承滑動軸承工作原理利用鋼球或滾子滾動減小摩擦軸與軸承內(nèi)表面直接滑動接觸摩擦特性啟動摩擦小，高速摩擦較大啟動摩擦大，高速摩擦較小承載能力單位面積承載大，總承載有限單位面積承載小，總承載可很大精度與剛性精度高，剛性較好精度一般，剛性較差噪音與振動有一定噪音和振動運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小適用場合一般機(jī)械設(shè)備，中小型設(shè)備重載、高速、精密或特殊環(huán)境軸承的選型與維護(hù)01軸承選型考慮因素載荷大小與性質(zhì)（徑向力、軸向力、沖擊力）轉(zhuǎn)速范圍（低速、中速、高速）工作環(huán)境（溫度、濕度、腐蝕性）精度要求與噪音限制空間限制與裝配要求使用壽命與成本預(yù)算02軸承的正確安裝軸承與軸、軸承座的配合應(yīng)合適安裝時(shí)避免直接敲擊滾道使用專用工具輔助安裝確保清潔，防止雜質(zhì)進(jìn)入03軸承的日常維護(hù)定期潤滑，選擇合適的潤滑劑監(jiān)測溫度和振動異常定期檢查磨損和污染情況防止過載和沖擊載荷避免異物和水分侵入機(jī)械聯(lián)接方式鍵連接的類型與應(yīng)用鍵連接是軸與輪轂之間傳遞扭矩的常用連接方式，主要類型包括：普通平鍵：最常用，易于加工和裝配，適用于一般工況楔鍵：有一定斜度，自鎖性好，適用于有沖擊載荷的場合半圓鍵：安裝簡便，但承載能力較低切向鍵：側(cè)向固定，適用于重載傳動花鍵連接：多個(gè)鍵齒環(huán)繞軸周，承載能力強(qiáng)，適用于大扭矩傳遞螺栓連接的設(shè)計(jì)原則螺栓連接是最常用的可拆卸連接方式，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：根據(jù)載荷選擇合適的螺栓規(guī)格和強(qiáng)度等級考慮預(yù)緊力大小，通常為屈服強(qiáng)度的60%-70%合理布置螺栓位置，確保載荷均勻分布采用適當(dāng)?shù)姆浪纱胧鐝椈蓧|圈、鎖緊片等考慮螺栓疲勞強(qiáng)度，特別是在交變載荷作用下注意螺紋配合長度，一般為螺栓直徑的1.5倍以上焊接與鉚接簡介焊接和鉚接是常用的永久性連接方式：焊接連接：通過熔化金屬實(shí)現(xiàn)連接，特點(diǎn)是：連接強(qiáng)度高，可達(dá)到母材強(qiáng)度的80%-100%氣密性好，適用于承壓容器結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕制造成本低，生產(chǎn)效率高缺點(diǎn)是焊接應(yīng)力和變形，難以拆卸鉚接連接：通過鉚釘實(shí)現(xiàn)連接，特點(diǎn)是：適用于不宜焊接的材料無熱影響，不改變材料性能疲勞強(qiáng)度較高可靠性好，但效率低，成本高第四章：機(jī)械運(yùn)動的分析方法運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ)位移物體從一位置到另一位置的變化量，是矢量，有大小和方向。直線位移單位為米(m)，角位移單位為弧度(rad)。速度位移對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，表示位移變化的快慢。直線速度單位為m/s，角速度單位為rad/s。速度也是矢量，有大小和方向。加速度速度對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，表示速度變化的快慢。直線加速度單位為m/s2，角加速度單位為rad/s2。加速度同樣是矢量。機(jī)械運(yùn)動分析通常需要建立坐標(biāo)系，描述各構(gòu)件的位置、速度和加速度，然后通過幾何關(guān)系或微分方程求解構(gòu)件之間的運(yùn)動關(guān)系。運(yùn)動副的自由度與約束運(yùn)動副是限制構(gòu)件相對運(yùn)動的連接，通過約束自由度實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)動?？臻g中單個(gè)剛體有6個(gè)自由度：沿x、y、z三個(gè)方向的移動和繞x、y、z三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動。運(yùn)動副通過約束部分自由度，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件間的特定相對運(yùn)動。運(yùn)動副類型自由度約束數(shù)允許的運(yùn)動轉(zhuǎn)動副15僅允許繞一個(gè)軸轉(zhuǎn)動滑動副15僅允許沿一個(gè)方向滑動螺旋副15轉(zhuǎn)動與滑動按比例復(fù)合柱面副24允許繞軸轉(zhuǎn)動和沿軸滑動球面副33允許三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動機(jī)械鏈與機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的定義與分類機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而成的運(yùn)動系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動和力的傳遞。按功能分類：傳動機(jī)構(gòu)：傳遞動力和運(yùn)動，如齒輪機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行特定工作，如機(jī)械手制動機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)減速和停止，如剎車裝置離合機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)動力接通與斷開，如離合器按結(jié)構(gòu)分類：連桿機(jī)構(gòu)：由連桿、曲柄等組成凸輪機(jī)構(gòu)：由凸輪和從動件組成齒輪機(jī)構(gòu)：由各種齒輪組成棘輪機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動螺旋機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動運(yùn)動副的組合與機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度是指確定機(jī)構(gòu)位置所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)，也是機(jī)構(gòu)的可控制運(yùn)動數(shù)。平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式（庫茨巴赫公式）：其中：F為機(jī)構(gòu)自由度n為構(gòu)件總數(shù)（包括機(jī)架）p?為低副數(shù)（轉(zhuǎn)動副、滑動副）p?為高副數(shù)（點(diǎn)接觸、線接觸副）空間機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式：其中p?為具有i個(gè)自由度的運(yùn)動副數(shù)量。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是使F=1，即只需一個(gè)輸入就能確定整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)。典型機(jī)構(gòu)介紹四桿機(jī)構(gòu)由四個(gè)構(gòu)件通過四個(gè)轉(zhuǎn)動副連接而成的閉鏈機(jī)構(gòu)，是最簡單的閉鏈機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易運(yùn)動可靠，傳動平穩(wěn)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜軌跡運(yùn)動應(yīng)用：剪刀、雨刷器、車門開關(guān)機(jī)構(gòu)等滑塊曲柄機(jī)構(gòu)由曲柄、連桿、滑塊和機(jī)架組成，能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動，或反之。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高可實(shí)現(xiàn)長行程往復(fù)運(yùn)動滑塊運(yùn)動速度不均勻應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)、往復(fù)泵、壓力機(jī)等擺動機(jī)構(gòu)輸出構(gòu)件做有限角度往復(fù)擺動的機(jī)構(gòu)，如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、凸輪擺桿機(jī)構(gòu)等。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動平穩(wěn)擺動角度可調(diào)適用于需要往復(fù)擺動的場合應(yīng)用：鏟土機(jī)、印刷機(jī)、包裝機(jī)械等運(yùn)動分析實(shí)例滑塊曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡分析以內(nèi)燃機(jī)中的滑塊曲柄機(jī)構(gòu)為例：已知條件：曲柄長度r=40mm連桿長度l=160mm曲柄角速度ω=300rad/min（恒定）滑塊位移s與曲柄轉(zhuǎn)角θ的關(guān)系為：滑塊速度v與曲柄轉(zhuǎn)角θ的關(guān)系為：滑塊加速度a與曲柄轉(zhuǎn)角θ的關(guān)系為：通過這些公式，可以計(jì)算出滑塊在曲柄轉(zhuǎn)動過程中的位置、速度和加速度。機(jī)構(gòu)的速度與加速度計(jì)算機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的常用方法：圖解法：利用速度多邊形和加速度多邊形進(jìn)行幾何作圖求解，直觀但精度有限瞬心法：利用瞬時(shí)轉(zhuǎn)動中心分析平面機(jī)構(gòu)的速度關(guān)系，簡化計(jì)算解析法：建立數(shù)學(xué)模型，通過微分方程求解，精確但計(jì)算復(fù)雜矢量法：利用矢量方程求解，適用于復(fù)雜機(jī)構(gòu)分析以四桿機(jī)構(gòu)為例，通過確定各桿件的角位置、角速度和角加速度，可以計(jì)算出任意點(diǎn)的速度和加速度，進(jìn)而分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和動力學(xué)性能?，F(xiàn)代機(jī)構(gòu)分析通常借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，如Adams、WorkingModel等，通過數(shù)值計(jì)算快速得到準(zhǔn)確結(jié)果。第五章：機(jī)械動力學(xué)基礎(chǔ)力的概念力是物體間的相互作用，是矢量，具有大小、方向和作用點(diǎn)。力的單位是牛頓(N)。在機(jī)械系統(tǒng)中，常見的力包括：重力：物體受地球引力作用產(chǎn)生的力彈性力：彈性體變形產(chǎn)生的力摩擦力：相對運(yùn)動表面間的阻力慣性力：物體加速運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的虛擬力力矩的概念力矩是力使物體繞軸轉(zhuǎn)動的作用效果，等于力與力臂的乘積。力矩的單位是?！っ?N·m)。力矩也是矢量，其方向遵循右手定則。在機(jī)械中，力矩分為：驅(qū)動力矩：促使物體轉(zhuǎn)動的力矩阻力矩：阻礙物體轉(zhuǎn)動的力矩平衡力矩：使物體保持平衡的力矩牛頓運(yùn)動定律在機(jī)械中的應(yīng)用1牛頓第一定律（慣性定律）物體在沒有外力作用時(shí)，保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，這一定律用于理解零件的慣性特性，如飛輪的能量儲存原理，以及減少啟動和制動時(shí)的沖擊。2牛頓第二定律（加速度定律）物體的加速度與所受合外力成正比，與質(zhì)量成反比。公式F=ma是機(jī)械動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，用于計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)中的運(yùn)動狀態(tài)、所需驅(qū)動力和產(chǎn)生的反作用力。3牛頓第三定律（作用力與反作用力定律）兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力大小相等，方向相反。這一定律用于分析機(jī)械中各部件之間的力的傳遞和平衡，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的載荷分析。動力學(xué)分析方法受力分析機(jī)械系統(tǒng)的受力分析通常遵循以下步驟：確定研究對象（整體或局部）畫出受力圖，標(biāo)明所有外力和約束力建立坐標(biāo)系，分解力到各坐標(biāo)軸列出力平衡方程和力矩平衡方程求解未知力和力矩對于靜止或勻速運(yùn)動的系統(tǒng)，滿足靜力平衡條件：這表示系統(tǒng)所受合力和合力矩均為零。受力分析應(yīng)考慮的力包括：主動力：如驅(qū)動力、重力被動力：如約束反力、摩擦力慣性力：加速運(yùn)動產(chǎn)生的等效力動力平衡與慣性力對于非勻速運(yùn)動的系統(tǒng)，需要考慮動力平衡條件。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，將慣性力引入后，系統(tǒng)可以等效為靜力平衡問題：其中，m為質(zhì)量，a為加速度，J為轉(zhuǎn)動慣量，α為角加速度。轉(zhuǎn)動慣量是衡量物體對角加速度變化阻抗的物理量，與質(zhì)量分布有關(guān)：對于常見形狀，轉(zhuǎn)動慣量有特定計(jì)算公式：細(xì)桿繞端點(diǎn)：J=(1/3)mL2圓盤繞中心軸：J=(1/2)mR2空心圓筒繞中心軸：J=mR2動力學(xué)分析對于機(jī)械設(shè)計(jì)至關(guān)重要，可以：確定所需驅(qū)動功率分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命預(yù)測振動和噪聲優(yōu)化控制策略振動與沖擊機(jī)械振動的產(chǎn)生與影響機(jī)械振動是系統(tǒng)圍繞平衡位置做周期性或非周期性往復(fù)運(yùn)動的現(xiàn)象。振動的產(chǎn)生源于：旋轉(zhuǎn)不平衡：如轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均勻分布間隙與摩擦：如軸承間隙、齒輪嚙合沖擊外部激勵(lì)：如地面振動、周期性載荷自激振動：如機(jī)床切削顫振振動的不良影響包括：降低機(jī)械精度和產(chǎn)品質(zhì)量加速零件磨損和疲勞破壞產(chǎn)生噪聲，影響工作環(huán)境浪費(fèi)能量，降低效率可能導(dǎo)致共振和破壞性故障減振措施與設(shè)計(jì)有效的減振設(shè)計(jì)應(yīng)從源頭、傳遞路徑和接收端三方面考慮：源頭控制：精確平衡旋轉(zhuǎn)部件提高加工和裝配精度避免運(yùn)行在共振區(qū)域采用齒形優(yōu)化的齒輪傳遞路徑控制：使用減振器和阻尼裝置增加結(jié)構(gòu)阻尼設(shè)置隔振支撐優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度分布接收端控制：采用動力吸振器使用隔振座和隔振墊增加基礎(chǔ)質(zhì)量設(shè)置減振支架在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行振動分析和模擬，可以預(yù)測潛在振動問題并采取針對性措施。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，振動控制已成為保證產(chǎn)品性能和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。第六章：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)流程與原則需求分析階段明確設(shè)計(jì)目標(biāo)、功能要求、使用環(huán)境、性能指標(biāo)等基本需求，進(jìn)行市場調(diào)研和可行性分析。概念設(shè)計(jì)階段提出多種設(shè)計(jì)方案，通過對比分析選擇最優(yōu)方案，確定基本工作原理和結(jié)構(gòu)形式。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行具體零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)算，包括強(qiáng)度校核、剛度檢驗(yàn)、穩(wěn)定性分析等。樣機(jī)制造與測試階段制造樣機(jī)并進(jìn)行性能測試，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足要求，發(fā)現(xiàn)并解決問題。改進(jìn)與定型階段根據(jù)測試結(jié)果對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，最終確定產(chǎn)品方案并進(jìn)入批量生產(chǎn)。機(jī)械零件的強(qiáng)度與剛度設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)中，零件必須滿足多項(xiàng)技術(shù)要求，其中強(qiáng)度和剛度是最基本的要求。強(qiáng)度設(shè)計(jì)：確保零件在工作載荷下不會發(fā)生破壞。靜強(qiáng)度：承受靜載荷能力，防止屈服或斷裂疲勞強(qiáng)度：承受交變載荷能力，防止疲勞破壞沖擊強(qiáng)度：承受沖擊載荷能力，防止沖擊破壞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基本方法是將工作應(yīng)力控制在允許應(yīng)力范圍內(nèi)：其中σ?為材料強(qiáng)度極限，n?為安全系數(shù)。剛度設(shè)計(jì)：確保零件在載荷作用下變形不超過允許范圍。線性剛度：控制直線方向變形角剛度：控制角位移變形接觸剛度：控制接觸變形剛度設(shè)計(jì)的基本方法是將變形量控制在允許變形范圍內(nèi)：合理的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮強(qiáng)度、剛度、重量、成本等多種因素。常用機(jī)械材料及其性能金屬材料鋼鋼是最常用的機(jī)械材料，按含碳量分為低碳鋼(≤0.25%)、中碳鋼(0.25%-0.6%)和高碳鋼(>0.6%)。常用鋼種：碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q235、Q275等，用于一般結(jié)構(gòu)件碳素工具鋼：T8、T10等，用于切削工具合金結(jié)構(gòu)鋼：40Cr、35CrMo等，用于重要傳動件彈簧鋼：65Mn、60Si2Mn等，用于各種彈簧不銹鋼：304、316等，用于耐腐蝕場合特點(diǎn)：強(qiáng)度高、韌性好、加工性能良好，但密度大、易銹蝕。鑄鐵鑄鐵含碳量高(>2.11%)，具有良好的鑄造性能和減震性能。主要類型：灰鑄鐵：HT150-300，用于機(jī)床床身、底座球墨鑄鐵：QT400-700，強(qiáng)度接近鋼，用于曲軸、齒輪可鍛鑄鐵：KTH300-500，韌性好，用于小型零件特點(diǎn)：鑄造性好、耐磨、減振性能好，但脆性大、抗拉強(qiáng)度低。鋁合金鋁合金是輕質(zhì)高強(qiáng)度材料，在航空、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。常用鋁合金：鑄造鋁合金：ZL101、ZL104等變形鋁合金：2A12、6061等特點(diǎn)：重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕，但剛度低、耐熱性差。非金屬材料塑料塑料是以合成樹脂為主要成分的高分子材料，在機(jī)械中應(yīng)用日益廣泛。工程塑料：聚酰胺(PA)：尼龍，用于齒輪、軸承聚甲醛(POM)：賽鋼，用于精密零件聚四氟乙烯(PTFE)：特氟龍，用于自潤滑軸承聚碳酸酯(PC)：用于透明防護(hù)罩ABS：用于外殼、面板特點(diǎn)：重量輕、耐腐蝕、絕緣性好、加工容易，但強(qiáng)度低、耐熱性差、老化明顯。復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或多種不同性質(zhì)的材料復(fù)合而成，兼具各組分的優(yōu)點(diǎn)。常見類型：纖維增強(qiáng)塑料(FRP)：如玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料：如顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料：用于高溫、高耐磨場合特點(diǎn)：比強(qiáng)度高、設(shè)計(jì)自由度大、可根據(jù)需求定制性能，但成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、回收困難。橡膠橡膠具有高彈性，常用于減振、密封和傳動。常用橡膠：天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠等。特點(diǎn)：彈性好、減震性能優(yōu)異、氣密性好，但耐溫性差、易老化。機(jī)械制造工藝簡介機(jī)械加工基礎(chǔ)車削加工工件旋轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)給，用于加工回轉(zhuǎn)體表面。適用于軸類零件、盤類零件的加工。精度可達(dá)IT7-IT8，表面粗糙度Ra1.6-0.4μm。銑削加工刀具旋轉(zhuǎn)，工件或刀具進(jìn)給，用于加工平面、溝槽、成形表面等。精度可達(dá)IT8-IT9，表面粗糙度Ra3.2-1.6μm。鉆削加工鉆頭旋轉(zhuǎn)并軸向進(jìn)給，用于加工孔。精度一般為IT10-IT11，表面粗糙度Ra6.3-3.2μm，需要更高精度時(shí)需后續(xù)加工。磨削加工磨具高速旋轉(zhuǎn)切除工件表面薄層金屬，用于高精度表面加工。精度可達(dá)IT5-IT6，表面粗糙度Ra0.8-0.2μm。數(shù)控加工由計(jì)算機(jī)控制的自動化加工，包括數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心等。具有高精度、高效率、柔性好的特點(diǎn)，適合復(fù)雜零件和小批量生產(chǎn)。熱處理與表面處理熱處理通過加熱、保溫和冷卻控制金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，改變材料性能的工藝。退火：消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，提高塑性正火：細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性淬火：提高硬度和耐磨性回火：降低脆性，調(diào)整硬度和韌性平衡表面強(qiáng)化處理提高表面硬度和耐磨性的工藝。表面淬火：火焰淬火、感應(yīng)淬火化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲表面塑性變形：噴丸、滾壓表面防護(hù)處理提高表面耐腐蝕性、裝飾性的工藝。電鍍：鍍鉻、鍍鋅、鍍鎳等熱浸鍍：熱鍍鋅、熱鍍鋁噴涂：金屬噴涂、塑料噴涂氧化：鋁陽極氧化、發(fā)藍(lán)制造工藝的選擇應(yīng)考慮零件的功能要求、批量大小、材料特性、設(shè)備條件和經(jīng)濟(jì)性等因素。合理的工藝設(shè)計(jì)可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本。機(jī)械維護(hù)與故障診斷1常見機(jī)械故障類型機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)多種故障，主要包括：磨損故障：零件表面材料因摩擦而損失，如軸承磨損、齒輪齒面磨損疲勞破壞：在交變載荷作用下產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，如軸的疲勞斷裂過載損傷：因載荷超過設(shè)計(jì)值導(dǎo)致的變形或斷裂腐蝕損傷：因化學(xué)或電化學(xué)作用導(dǎo)致材料破壞松動故障：連接件松動導(dǎo)致的相對位移，如螺栓松動失調(diào)故障：傳動部件軸線不對中，如聯(lián)軸器失調(diào)不平衡故障：旋轉(zhuǎn)部件質(zhì)量分布不均，引起振動2故障診斷方法機(jī)械故障診斷是識別和定位故障的過程，常用方法包括：振動分析：測量和分析設(shè)備振動特性，最常用的診斷手段噪聲分析：通過聲音特征判斷故障類型溫度監(jiān)測：利用紅外熱像儀