《机械设计基础》课件

机械设计基础欢迎来到机械设计基础课程！本课程旨在为学习者提供机械设计领域的核心知识和技能通过本课程的学习，你将掌握机械零件的设计原则、方法和流程，为未来的工程实践打下坚实的基础本课程内容涵盖机械设计的基本概念、材料选择、连接方式、轴承设计、齿轮传动、带传动、链传动、弹簧设计、润滑技术、失效分析以及可靠性设计等多个方面让我们一起探索机械设计的奥秘，开启你的设计之旅！课程简介机械设计的重要性机械设计是现代工业的基石机械设计推动技术创新机械设计是工程领域的核心组成部分，它涉及到创造和改进各种机机械设计不仅仅是简单的零件组合，更是一种技术创新通过不断械设备和系统从汽车、飞机到工业机器人和家用电器，机械设计地研究和实验，机械工程师们能够设计出更加先进、高效的机械产无处不在，是现代工业发展的基石一个好的机械设计能够提高产品，从而推动整个社会的技术进步例如，新型发动机的设计、高品的性能、效率和可靠性，从而降低生产成本，提高市场竞争力速列车的研发以及智能制造系统的构建，都离不开机械设计的创新课程目标掌握设计基础知识理解机械设计的基本原熟悉常用机械零件的结12理构与特点掌握机械设计的基本概念、原了解各种常用机械零件的结构则和方法，理解机械零件的工、特点和应用场合，如螺纹连作原理和设计要求能够运用接、键连接、轴承、齿轮等理论知识解决实际问题，为后能够根据实际需求选择合适的续的深入学习打下坚实的基础零件，并进行简单的设计计算掌握机械零件的材料选择与强度计算3熟悉常用机械零件的材料性能和选择原则，掌握机械零件的强度、刚度和寿命计算方法能够进行简单的强度校核和设计计算，确保零件的安全可靠机械设计的基本概念设计1设计是指在一定的约束条件下，通过创造性的思维和科学的方法，将需求转化为可实现的解决方案的过程在机械设计中，设计不仅仅是画图，更包括对功能、性能、成本、可靠性等多个方面的综合考虑机械2机械是指由多个零件组成的，能够实现特定功能的装置或设备机械可以是简单的工具，也可以是复杂的系统，如发动机、机器人等机械设计的核心是零件之间的协调配合，从而实现整体的功能机械设计3机械设计是指根据使用要求，运用科学原理和工程方法，对机械的结构、尺寸、材料和工艺等进行合理的设计，以满足预定的功能、性能和可靠性要求机械设计是工程实践的重要组成部分，也是技术创新的关键环节机械零件的定义与分类定义通用零件专用零件机械零件是指构成机械的基本单元，是通用零件是指在不同机械产品中广泛使专用零件是指为了满足特定机械产品的机械产品不可拆分的最小组成部分零用的标准化零件，如螺栓、螺母、轴承特殊需求而设计的零件，如发动机的活件可以是单个的，也可以是由多个零件、齿轮等通用零件具有互换性强、生塞、涡轮机的叶片等专用零件通常具组成的组件机械零件的设计和制造质产成本低的优点，有利于降低机械产品有复杂的结构和特殊的性能要求，需要量直接影响着机械产品的性能和可靠性的制造成本和维护成本进行专门的设计和制造机械系统组成及功能动力源动力源是机械系统的能量供给装置，如电机、发动机等动力源将能量转化为机械能，为机械系统的运行提供动力传动装置传动装置是机械系统中传递运动和动力的装置，如齿轮传动、带传动、链传动等传动装置可以改变运动的速度、方向和力的大小，以满足不同工作需求执行机构执行机构是机械系统中直接完成工作任务的装置，如机械手的夹爪、机床的刀具等执行机构将机械能转化为所需的运动或力，从而实现工作目标设计过程概述需求分析明确设计目标收集信息分析需求在设计之前，必须明确收集与设计相关的各种对收集到的信息进行分设计的目标，包括机械信息，包括市场需求、析，识别出用户的真实产品的功能、性能、可技术资料、标准规范、需求，确定设计的关键靠性、成本等方面的要竞争产品等充分的信要素和约束条件需求求设计目标是设计的息收集有助于全面了解分析是设计的起点，也方向和依据，直接影响设计问题，为后续的设是保证设计质量的关键着设计的成败计决策提供依据环节设计过程概念设计方案评估对提出的各种方案进行评估，从功能、性2能、成本、可靠性等多个方面进行综合比方案构思较评估的目的是选择出最优的方案，作为后续详细设计的依据在概念设计阶段，设计师需要根据需求分析的结果，提出多种可能的方案方1案构思应该充分发挥创造性思维，尽可方案选择能地提出各种可行的方案根据方案评估的结果，选择出最优的方案3方案选择需要考虑多种因素，包括技术可行性、经济合理性、环境友好性等设计过程详细设计图纸绘制装配设计在详细设计阶段，需要绘制机械零件的图纸零件设计在详细设计阶段，需要对机械零件的装配关，包括零件的结构图、尺寸图、装配图等在详细设计阶段，需要对机械零件的结构、系进行设计，确保零件之间能够协调配合，图纸是制造和装配的依据，必须准确、清晰尺寸、材料和工艺等进行详细的设计零件实现机械系统的功能装配设计需要考虑装、完整设计需要满足强度、刚度、寿命等方面的要配工艺、维护性等因素求设计过程设计评估用户反馈1专家评审2仿真分析3样机测试4设计评估是机械设计过程中不可或缺的环节通过样机测试，可以验证设计的可行性和可靠性，发现设计中存在的问题通过仿真分析，可以预测机械产品的性能，优化设计方案通过专家评审，可以借鉴专家的经验，提高设计质量通过用户反馈，可以了解用户对产品的满意度，改进设计方案综合运用各种评估方法，可以确保设计的质量和可靠性材料力学基础回顾静力学材料力学弹性力学静力学是研究物体在静止状态下受力平衡材料力学是研究物体在受力作用下产生变弹性力学是研究弹性物体在受力作用下产规律的学科在机械设计中，静力学用于形和应力的学科在机械设计中，材料力生变形和应力的学科在机械设计中，弹分析机械零件的受力情况，为强度计算提学用于计算机械零件的强度、刚度和稳定性力学用于分析复杂形状零件的受力情况供依据性，如齿轮、轴承等应力、应变的概念应力应变应力是指物体内部单位面积上所受应变是指物体在受力作用下产生的到的力应力是衡量物体内部受力变形程度应变是衡量物体变形大大小的物理量，是判断物体是否会小的物理量，是判断物体是否会发发生破坏的重要依据应力分为正生失效的重要依据应变分为正应应力和剪应力两种类型变和剪应变两种类型应力与应变的关系应力与应变之间存在一定的关系，这种关系称为本构关系本构关系是材料的固有属性，反映了材料在受力作用下的变形规律常用的本构关系包括胡克定律、塑性流动准则等胡克定律定义公式12胡克定律是指在弹性范围内，胡克定律的公式为σ=Eε，其物体的应力与应变成正比关系中σ表示应力，ε表示应变，E表胡克定律是弹性力学的基础示弹性模量弹性模量是材料，是计算弹性物体变形的重要的固有属性，反映了材料抵抗依据变形的能力适用范围3胡克定律只适用于弹性范围内的物体当应力超过弹性极限时，胡克定律不再适用在机械设计中，需要确保零件的应力不超过弹性极限，以保证零件的安全可靠强度理论简介第一强度理论第一强度理论认为，物体发生破坏的原因是最大拉应力或最大压应力超过材料的极限强度第一强度理论适用于脆性材料，如铸铁、陶瓷等第二强度理论第二强度理论认为，物体发生破坏的原因是最大拉应力或最大压应力超过材料的屈服强度第二强度理论适用于塑性材料，如钢、铝等第三强度理论第三强度理论认为，物体发生破坏的原因是最大剪应力超过材料的极限剪应力第三强度理论适用于受剪切作用的物体，如轴、销等机械零件常用材料金属材料非金属材料复合材料金属材料是机械零件中最常用的材料，包非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等非复合材料是由两种或两种以上不同性质的括钢、铸铁、铝、铜等金属材料具有强金属材料具有密度小、耐腐蚀、减振性好材料组合而成的新型材料复合材料具有度高、刚度大、塑性好等优点，适用于制等优点，适用于制造一些特殊要求的零件强度高、重量轻、耐腐蚀等优点，适用于造各种承受载荷的零件，如密封件、减震器等制造高性能的零件，如飞机结构件、汽车车身等常用金属材料钢合金钢合金钢是指在碳钢的基础上加入一种或多2种合金元素而成的钢合金钢具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，适用于碳钢制造高性能的零件1碳钢是指含碳量在

0.02%~

2.11%之间的铁碳合金碳钢具有强度高、价格低廉的优点，是机械零件中最常用的材料不锈钢不锈钢是指含有较高铬含量的合金钢不锈钢具有优良的耐腐蚀性，适用于制造在3腐蚀环境中工作的零件常用金属材料铸铁灰铸铁球墨铸铁白口铸铁灰铸铁是指碳以片状石墨形式存在的铸铁球墨铸铁是指碳以球状石墨形式存在的铸铁白口铸铁是指碳以渗碳体形式存在的铸铁灰铸铁具有良好的减振性和耐磨性，适用于球墨铸铁具有较高的强度和韧性，适用于白口铸铁具有很高的硬度和耐磨性，适用于制造机床床身、发动机缸体等制造承受冲击载荷的零件，如齿轮、曲轴等制造耐磨零件，如轧辊、磨球等常用非金属材料塑料热塑性塑料1热塑性塑料是指在一定温度范围内可以反复加热软化和冷却硬化的塑料热塑性塑料具有易于成型、可回收利热固性塑料用的优点，适用于制造各种形状复杂的零件2热固性塑料是指在加热固化后不能再次软化的塑料热固性塑料具有较高的强度和耐热性，适用于制造承受较高温度的零件材料选择原则性能要求1材料的选择首先要满足机械零件的性能要求，包括强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等不同的零件需要选择具有不同性能的材料工艺性2材料的选择还要考虑其工艺性，即材料是否易于加工成型、焊接、热处理等良好的工艺性可以降低制造成本，提高生产效率经济性材料的选择还要考虑其经济性，即材料的价格是否合理在满足3性能要求的前提下，应尽可能选择价格低廉的材料，以降低制造成本连接的类型螺纹连接定义应用螺纹连接是指利用螺纹的螺旋运动来实现零件之间的连接螺纹连螺纹连接广泛应用于各种机械产品中，如螺栓连接、螺钉连接、螺接具有结构简单、拆卸方便、连接可靠等优点，是机械零件中最常母连接等螺纹连接可以用于连接各种材料的零件，如金属、塑料用的连接方式之

一、陶瓷等螺纹的种类与参数螺纹种类螺纹种类繁多，常用的螺纹种类包括普通螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等不同的螺纹种类具有不同的特点和应用场合螺纹参数螺纹参数包括螺距、螺纹角、中径、大径、小径等螺纹参数是螺纹设计的重要依据，直接影响着螺纹连接的强度和可靠性螺纹连接的设计要点强度计算预紧力防松措施螺纹连接的强度计算是螺纹连接的预紧力是指螺纹连接的防松是指防螺纹设计的重要内容在拧紧螺纹时施加的力止螺纹连接松动的措施强度计算需要考虑螺纹适当的预紧力可以提常用的防松措施包括的受力情况、材料性能高螺纹连接的强度和防弹簧垫圈、止动垫圈、等因素，确保螺纹连接松性能预紧力的大小锁紧螺母等防松措施具有足够的强度和可靠需要根据实际情况进行的选择需要根据实际情性选择况进行选择连接的类型键连接定义应用键连接是指利用键将轴和轮毂连接在一起，键连接广泛应用于各种机械产品中，如齿轮以传递扭矩的连接方式键连接具有结构简

12、皮带轮、联轴器等键连接可以用于连接单、传递扭矩大等优点，广泛应用于各种机各种材料的零件，如金属、塑料等械产品中键的种类与选择平键1半圆键2钩头键3花键4键的种类繁多，常用的键种类包括平键、半圆键、钩头键、花键等不同的键种类具有不同的特点和应用场合平键适用于传递扭矩较大的场合；半圆键适用于传递扭矩较小的场合；钩头键适用于需要轴向固定的场合；花键适用于传递扭矩大、精度要求高的场合键连接的计算键连接的计算主要包括键的剪切强度计算和挤压强度计算剪切强度计算是判断键是否会发生剪切破坏的重要依据；挤压强度计算是判断键是否会发生挤压变形的重要依据在键连接设计中，需要确保键的剪切强度和挤压强度满足设计要求连接的类型销连接定义销连接是指利用销将零件连接在一起，以传递力或定位的连接方式销连接具有结构简单、拆卸方便等优点，广泛应用于各种机械产品中应用销连接广泛应用于各种机械产品中，如定位销、铰链销、安全销等销连接可以用于连接各种材料的零件，如金属、塑料等销的类型与应用圆柱销圆锥销弹性销圆柱销主要用于零件的定位，传递力较小圆锥销具有自锁性，可以传递较大的力弹性销具有一定的弹性，可以吸收冲击和振动连接的类型焊接定义应用焊接是指通过加热或加压，使两个或多焊接广泛应用于各种机械产品中，如钢个零件结合在一起的连接方式焊接具12结构、压力容器、管道等焊接可以用有连接强度高、密封性好等优点，广泛于连接各种材料的零件，如金属、塑料应用于各种机械产品中等焊接方法的分类熔焊压焊钎焊123熔焊是指在焊接过程中，将焊件熔化压焊是指在焊接过程中，对焊件施加钎焊是指在焊接过程中，使用熔点较，然后冷却凝固形成焊接接头的焊接压力，使其在高温或常温下结合在一低的钎料将焊件连接在一起的焊接方方法常用的熔焊方法包括电弧焊、起的焊接方法常用的压焊方法包括法常用的钎焊方法包括火焰钎焊、气体保护焊等电阻焊、摩擦焊等电烙铁钎焊等焊接接头的设计考虑焊接性强度计算缺陷控制焊接性是指材料是否易焊接接头的强度计算是焊接接头容易产生各种于焊接的性能在焊接焊接接头设计的重要内缺陷，如气孔、夹渣、接头设计中，需要考虑容强度计算需要考虑裂纹等在焊接接头设材料的焊接性，选择易焊接接头的受力情况、计中，需要采取措施控于焊接的材料材料性能等因素，确保制焊接缺陷，提高焊接焊接接头具有足够的强接头的质量度和可靠性轴的设计概述定义功能轴是指用于支承回转零件，并传递运动和扭矩的机械零件轴是轴的主要功能是支承回转零件，并传递运动和扭矩轴的性能直机械产品中常用的零件，广泛应用于各种机械产品中接影响着机械产品的性能和可靠性轴的分类与特点转轴转轴是指既支承回转零件，又传递扭矩的轴转轴是机械产品中最常用的轴类型心轴心轴是指只支承回转零件，不传递扭矩的轴心轴主要用于支承零件，如机床的主轴轴的材料选择碳钢1碳钢是轴常用的材料，价格低廉，强度适中，适用于一般场合合金钢2合金钢具有较高的强度和耐磨性，适用于承受较大扭矩和冲击载荷的场合轴的强度计算轴的强度计算包括弯曲强度计算和扭转强度计算弯曲强度计算是判断轴是否会发生弯曲破坏的重要依据；扭转强度计算是判断轴是否会发生扭转破坏的重要依据在轴设计中，需要确保轴的弯曲强度和扭转强度满足设计要求轴的刚度计算弯曲刚度扭转刚度1弯曲刚度是指轴抵抗弯曲变形的能力扭转刚度是指轴抵抗扭转变形的能力弯曲刚度是轴设计的重要指标，直接影扭转刚度是轴设计的重要指标，直接影2响着机械产品的精度和可靠性响着机械产品的传递效率和精度轴的结构设计阶梯轴空心轴阶梯轴是指轴的直径沿轴向变化的轴阶梯轴可以提高轴的强度和空心轴是指轴的内部是空心的轴空心轴可以减轻轴的重量，并提刚度，并便于零件的装配高轴的扭转刚度滚动轴承的类型与选择类型选择滚动轴承的类型繁多，常用的滚动轴承类型包括深沟球轴承、圆柱滚动轴承的选择需要根据轴承的载荷、转速、精度、寿命等要求进滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心球轴承、推力球轴承等不同的滚行选择在滚动轴承选择中，需要综合考虑各种因素，选择合适的动轴承类型具有不同的特点和应用场合滚动轴承滚动轴承的寿命计算滚动轴承的寿命计算是指计算滚动轴承的额定寿命额定寿命是指滚动轴承在一定的载荷和转速下，达到90%可靠度的寿命滚动轴承的寿命计算是轴承设计的重要内容，需要确保轴承具有足够的寿命滑动轴承的原理与应用原理应用滑动轴承是指轴颈与轴承之间存在一层1滑动轴承广泛应用于各种机械产品中，油膜，通过油膜的润滑作用来减少摩擦如发动机的曲轴轴承、连杆轴承等滑2和磨损的轴承滑动轴承具有结构简单动轴承适用于高速、重载的场合、承载能力强等优点齿轮传动概述定义齿轮传动是指利用齿轮的啮合来传递运动和扭矩的传动方式齿轮传动具有传动效率高、传递扭矩大等优点，广泛应用于各种机械产品中应用齿轮传动广泛应用于各种机械产品中，如减速器、变速器、机床等齿轮传动可以用于传递各种运动和扭矩齿轮传动的类型圆柱齿轮传动锥齿轮传动圆柱齿轮传动是指齿轮的齿线与轴锥齿轮传动是指齿轮的齿线与轴线线平行的齿轮传动圆柱齿轮传动相交的齿轮传动锥齿轮传动可以具有结构简单、制造方便等优点用于传递相交轴之间的运动和扭矩蜗杆传动蜗杆传动是指利用蜗杆和蜗轮的啮合来传递运动和扭矩的传动方式蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑等优点齿轮传动的设计参数模数1模数是指齿轮齿距的π倍模数是齿轮设计的基本参数，直接影响着齿轮的尺寸和强度齿数2齿数是指齿轮的齿的数量齿数是齿轮设计的重要参数，直接影响着齿轮的传动比和精度压力角3压力角是指齿轮齿廓的切线与齿轮轴线的夹角压力角是齿轮设计的重要参数，直接影响着齿轮的啮合性能和承载能力齿轮传动的强度计算齿轮传动的强度计算包括弯曲强度计算和接触强度计算弯曲强度计算是判断齿轮齿是否会发生弯曲破坏的重要依据；接触强度计算是判断齿轮齿面是否会发生点蚀破坏的重要依据在齿轮传动设计中，需要确保齿轮的弯曲强度和接触强度满足设计要求蜗杆传动简介定义应用蜗杆传动是指利用蜗杆和蜗轮的啮合来蜗杆传动广泛应用于各种机械产品中，12传递运动和扭矩的传动方式蜗杆传动如减速器、起重机等蜗杆传动适用于具有传动比大、结构紧凑等优点需要大传动比的场合带传动概述定义应用带传动是指利用带的摩擦力来传递运动和扭矩的传动方式带传带传动广泛应用于各种机械产品中，如风扇、水泵、洗衣机等动具有结构简单、成本低廉等优点带传动适用于传递功率较小的场合带的类型与特点带平带VV带是指横截面为V形的带V带平带是指横截面为矩形的带平带具有摩擦力大、传递功率高等优点具有结构简单、成本低廉等优点，，是带传动中最常用的带类型但传递功率较小同步带同步带是指带有齿的带同步带可以实现精确的传动，适用于需要精确传动的场合带传动的设计计算带传动的设计计算包括带的张力计算和功率计算带的张力计算是判断带是否会发生打滑的重要依据；功率计算是判断带是否能够传递足够的功率的重要依据在带传动设计中，需要确保带的张力和功率满足设计要求链传动简介定义应用链传动是指利用链条的啮合来传递运动和扭链传动广泛应用于各种机械产品中，如摩托12矩的传动方式链传动具有传递扭矩大、可车、自行车、输送机等链传动适用于传递靠性高等优点功率较大、工作环境恶劣的场合链的类型与特点滚子链齿形链滚子链是指由滚子、链板和销轴组成的链条滚子链具有摩擦力小齿形链是指链板带有齿的链条齿形链可以实现精确的传动，适用、传递功率高等优点，是链传动中最常用的链类型于需要精确传动的场合链传动的设计计算链传动的设计计算包括链的拉力计算和节距计算链的拉力计算是判断链是否会发生断裂的重要依据；节距计算是判断链是否能够与链轮正确啮合的重要依据在链传动设计中，需要确保链的拉力和节距满足设计要求弹簧的类型与应用类型应用弹簧的类型繁多，常用的弹簧类型包括螺旋弹簧、板弹簧、碟形弹弹簧广泛应用于各种机械产品中，如减震器、离合器、阀门等弹簧等不同的弹簧类型具有不同的特点和应用场合簧可以用于缓冲冲击、储存能量、测量力等弹簧的设计计算弹簧的设计计算包括弹簧刚度计算和应力计算弹簧刚度计算是判断弹簧的变形能力的重要依据；应力计算是判断弹簧是否会发生破坏的重要依据在弹簧设计中，需要确保弹簧的刚度和应力满足设计要求润滑的目的与方法目的1润滑的目的是减少摩擦和磨损，降低温度，防止腐蚀，提高机械零件的寿命和可靠性方法2常用的润滑方法包括油润滑、脂润滑、固体润滑等不同的润滑方法适用于不同的场合常用润滑剂润滑油润滑脂润滑油是指液体的润滑剂润滑油具有冷却、清洗等作用，适用于润滑脂是指半固体的润滑剂润滑脂具有密封、防锈等作用，适用高速、高温的场合于低速、重载的场合机械零件的失效形式断裂磨损断裂是指机械零件在受力作用下发磨损是指机械零件表面材料逐渐损生完全破坏的现象断裂是机械零失的现象磨损会降低机械零件的件最常见的失效形式之一精度和寿命腐蚀腐蚀是指机械零件在腐蚀介质的作用下发生材料损失的现象腐蚀会降低机械零件的强度和寿命机械零件的可靠性设计可靠性设计可靠性是指机械零件在规定的条件下机械零件的可靠性设计是指在设计阶和规定的时间内，完成规定功能的概段采取措施，提高机械零件的可靠性率可靠性是机械零件的重要性能指常用的可靠性设计方法包括冗余设标计、容错设计、寿命设计等设计实例分析减速器设计需求分析方案设计详细设计分析减速器的使用场合、输入功率、输出选择减速器的类型（如齿轮减速器、蜗杆进行零件设计、强度计算、润滑设计等，转速、传动比、工作时间等要求减速器），确定传动方案、齿轮参数、轴绘制装配图和零件图承类型等设计实例分析联轴器设计需求分析方案设计分析联轴器的使用场合、传递扭矩选择联轴器的类型（如刚性联轴器、转速、轴间距离等要求、挠性联轴器），确定结构形式、尺寸参数、材料等详细设计进行零件设计、强度计算、润滑设计等，绘制装配图和零件图课程总结与回顾机械设计基础知识常用机械零件的设计12回顾机械设计的基本概念、设回顾轴、轴承、齿轮、带、链计过程、材料选择、连接方式、弹簧等常用机械零件的设计、零件设计等内容方法和计算公式机械零件的可靠性设计3回顾机械零件的失效形式和可靠性设计方法答疑与讨论欢迎大家提出问题，共同探讨机械设计中的疑难问题希望通过本次课程的学习，大家能够掌握机械设计的基础知识和技能，为未来的工程实践打下坚实的基础感谢大家的参与！。