《机械复习》课件

机械复习欢迎各位同学参加机械复习课程本课程将系统地回顾机械工程的核心知识点，从基础概念到复杂机构，从设计原理到制造工艺，全面覆盖机械工程的主要内容在接下来的课程中，我们将循序渐进地梳理各个知识模块，帮助大家构建完整的知识体系，为考试和未来的职业发展打下坚实基础课程设计以理论与实践相结合的方式，通过大量实例和计算题讲解，加深对知识点的理解和应用能力希望通过这次复习，能够帮助大家查漏补缺，提高解决实际工程问题的能力，成为具有创新思维的未来工程师绪论机械工程简介机械工程定义发展历程机械工程是应用物理学原理设从古代简单工具到工业革命的计、分析、制造和维护机械系蒸汽机，再到现代的精密仪器统的工程学科，是最古老、最和自动化生产线，机械工程经广泛的工程领域之一它结合历了从手工制作到数字化、智了工程物理学、材料科学和数能化的跨越式发展，每一次技学原理，设计和优化机械及系术革新都推动了人类文明的进统步主要应用领域机械工程广泛应用于制造业、能源、交通、航空航天、生物医学等领域随着科技发展，机械工程与电子、计算机、材料等学科深度融合，催生了机器人技术、智能制造等新兴领域机械体系结构与分类机械结构要素通用机械分类标准机械结构主要由传动系统、执行机构、控制系统三大部分组成按用途分类工业机械、农业机械、运输机械、家用机械等按传动系统负责动力传递和转换；执行机构实现预定的功能动作；工作原理分类机械式、液压式、气动式、电动式或混合式按控制系统则保证机械按照设定的程序运行运动方式分类旋转机械、往复机械和混合运动机械每个机械系统还包含支撑框架、驱动源以及各种辅助装置，这些还可按自动化程度（手动、半自动、全自动）、制造精度、功率要素相互配合，形成一个有机整体，共同完成特定的功能任务大小等多种标准进行分类，不同分类方式反映了机械的不同特性和应用场景机械基本概念与术语构件构件是组成机构的基本单元，通常由单个零件或几个固定连接的零件组成常见的构件包括连杆、曲柄、凸轮等，它们通过不同的运动副连接，形成完整的机构机构机构是由若干个构件通过运动副连接而成的运动系统，能够实现特定的运动和功能机构是机械的核心部分，决定了机械的运动特性和工作方式机械机械是由机构、驱动装置和控制系统等组成的能量转换装置，能将一种形式的能量转换为另一种形式，完成特定的工作任务机械是人类认识和改造自然的重要工具关键术语运动副构件之间的活动连接，限制相对运动的自由度传动比从动件与主动件角速度之比自由度机构独立运动的参数数目密封防止介质泄漏的技术措施机械基础知识点归纳综合应用系统优化与创新设计机械设计结构规划与强度校核机构分析运动特性与受力分析力学基础静力学、动力学、材料力学机械知识体系构建于扎实的理论基础之上，从力学原理开始，逐步发展到机构分析、机械设计和综合应用其中力学基础是整个知识体系的基石，包括静力学、动力学和材料力学等内容，为理解机械运动和受力提供了理论支撑在进行结构分析时，需要运用力学知识对机构的运动特性、受力状态进行分析，这是确保机械正常工作的关键步骤掌握这些基础知识点，才能在机械设计与创新中灵活应用，解决实际工程问题常见机械零部件介绍轴承轴支撑轴并使其顺利旋转，分为滑动轴承和滚动轴承两大类支撑旋转零件并传递扭矩，按形状可分为直轴、曲轴和挠性轴等齿轮齿数不同的齿轮配对可实现不同的传动比，常见有直齿轮、斜齿轮、锥齿轮等紧固件弹簧连接和固定零部件，包括螺栓、螺母、垫圈、铆钉等标准件存储和释放机械能，提供弹性力，按形状分为螺旋弹簧、片弹簧和碟形弹簧等机械原理基础动力与运动力源输入力的传递运动转换功能输出机械系统需要外部能量输入，如电通过各种传动机构（如齿轮、链条、利用各类机构将一种运动形式转换为最终实现预期的机械功能，完成特定力、液压、人力等，这些能量通过驱皮带等）将动力从输入端传递到工作另一种，如旋转变直线、连续变间歇的工作任务，如切割、搬运、成形等动装置转化为机械能部位等机械工作过程中，力的传递遵循能量守恒原理，但会存在各种形式的能量损耗，如摩擦损耗、冲击损耗等理解力传递路径和运动转换机理，是分析机械工作原理的基础机械运动可分为直线运动、旋转运动和平面复合运动等基本形式在实际机械中，往往需要将一种运动形式转换为另一种，以满足工作需要如凸轮机构可将旋转运动转换为特定规律的直线运动，曲柄滑块机构可将旋转运动转换为往复直线运动常见运动机构种类机械运动机构是实现特定运动形式和规律的关键组成部分连杆机构利用构件间的铰链连接，能够实现复杂的平面或空间运动，具有结构简单、传力可靠的特点，广泛应用于各类机械中凸轮机构通过凸轮轮廓的特殊设计，可以实现从动件按照预定规律运动，适用于需要精确控制运动规律的场合齿轮传动机构则通过啮合传递扭矩和转速，是最常用的传动方式之一，可实现大范围的传动比调节和多轴传动此外，螺旋机构可将旋转运动转化为直线运动，并具有较大的力增益；棘轮棘爪机构则能实现间歇运动和单向传动了解各类机构的特点和应用，是机械设计的基础机构自由度与约束自由度计算平面机构自由度F=3n-2PL-PH，其中n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数空间机构自由度F=6n-∑fi，其中∑fi为所有运动副约束自由度总和完全约束机构自由度F=1的机构，输入一个运动参数即可确定机构中其他构件的位置和运动状态，如四杆机构、曲柄滑块机构等欠约束机构自由度F1的机构，需要输入多个运动参数才能确定机构的运动状态，如机器人操作臂、多自由度并联机构等过约束机构理论自由度F≤0但实际可运动的机构，通常依靠构件变形或制造误差允许运动，如某些空间连杆机构平面连杆机构分析机构组成四杆机构由机架和三个活动构件通过四个转动副连接而成运动类型根据各杆长度关系，可分为曲柄摇杆、双曲柄和双摇杆三种基本类型运动分析通过几何关系和矢量闭链方程求解各构件的位置、速度和加速度应用实例广泛应用于汽车雨刷器、起重机、印刷机、纺织机等机械设备中四杆机构是最基本的闭链机构，具有结构简单、运动可靠等优点在设计四杆机构时，需要满足组成条件最长杆的长度小于其他三杆长度之和，且最短杆与其他杆的长度差小于其他两杆长度之和格拉肖定理是分析四杆机构的重要工具，它可以确定连杆上的定点轨迹了解死点位置和避免死锁也是四杆机构设计中需要注意的问题通过分析四杆机构，可以掌握连杆机构的基本分析方法，为学习更复杂机构奠定基础机械传动方式总览传动方式工作原理优点缺点应用场合齿轮传动齿轮啮合传动比准噪声大，精密机传递动力确，效率制造精度械，汽车高要求高变速箱皮带传动依靠摩擦结构简打滑，传轻载荷场力传递动单，运行动比不准合，风扇力平稳确驱动链传动链条与链无打滑，需润滑，自行车，轮啮合传效率高有冲击噪输送设备动声螺旋传动螺纹啮合传递大效率低，千斤顶，转换运动力，自锁磨损大机床进给性好齿轮传动原理与常用类型直齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮锥齿轮齿线平行于轴线，结构简单，易于制造，齿线与轴线呈一定角度，啮合平稳，噪声用于相交轴之间传动，齿形沿锥面排列但噪声较大适用于低速、轻载荷场合，小，适用于中高速场合啮合时接触线逐根据齿线形状可分为直齿、螺旋齿和弧齿是最基本的齿轮类型啮合时接触线平行渐延伸，承载能力强，但存在轴向力，需锥齿轮弧齿锥齿轮啮合性能最好，广泛于轴线，一次接触多齿，承载能力较强要考虑轴向轴承的选用用于汽车差速器等精密传动场合皮带传动与链传动机构皮带传动工作原理链传动工作原理皮带传动利用皮带与带轮之间链传动通过链条与链轮之间的的摩擦力传递动力，可实现远啮合传递动力，克服了皮带传距离传动根据皮带截面形动可能打滑的缺点常用链条状，可分为平皮带、形皮有滚子链、套筒链、无声链V带、同步带等同步带结合了等滚子链结构简单，使用广皮带和齿轮的优点，能保证传泛，但运行时有一定的多边形动比准确，广泛应用于需要精效应，导致速度波动确控制的场合常见故障与维护皮带传动常见故障有打滑、跑偏、断裂等，应定期检查皮带张紧度和磨损情况链传动常见故障有链条松弛、链轮磨损、润滑不良等，需要定期润滑和调整链条松紧度，以延长使用寿命轴与轴承结构与分类轴的分类与功能滑动轴承滚动轴承轴是支撑旋转零件并传递扭矩的机械零滑动轴承通过轴与轴承内表面之间的滑滚动轴承通过滚动体（如球、滚子等）件，按照受力特点可分为传动轴、心轴动实现相对运动，轴与轴承间形成润滑在内外圈之间滚动实现相对运动，减小和转轴传动轴主要传递扭矩；心轴只油膜，减少摩擦和磨损主要分为径向摩擦按滚动体形状可分为球轴承和滚承受弯矩，不传递扭矩；转轴既承受弯轴承和推力轴承两类子轴承；按承受载荷方向可分为径向轴矩又传递扭矩承、推力轴承和角接触轴承滑动轴承优点是结构简单、耐冲击、运按形状可分为直轴、曲轴、挠性轴等行平稳、噪声小；缺点是启动摩擦大、滚动轴承优点是摩擦小、效率高、启动轴的设计需考虑强度、刚度和临界转速对润滑要求高、效率较低适用于高灵敏；缺点是结构复杂、噪声大、抗冲等因素，保证安全可靠运行速、重载、精密和特殊环境场合击性能差在大多数普通机械中应用广泛联轴器与离合器原理刚性联轴器挠性联轴器离合器类型结构简单，无弹性含有弹性元件，可按控制方式分为手元件，不能补偿轴补偿轴的径向、角动、自动和半自的偏移，传动效率向和轴向偏移，具动；按工作原理分高，如法兰联轴有缓冲减震作用，为摩擦式、牙嵌器适用于对中精如弹性销联轴器、式、液力式等汽度高、无需缓冲减膜片联轴器车常用摩擦式离合震的场合器工作过程离合器接合时，动力源与工作机构相连，传递动力；分离时，切断动力传递，实现启停和换挡等功能机械设计思路与步骤需求分析明确设计目标、功能要求、工作条件和各项技术参数，进行市场调研和可行性分析这一阶段需广泛收集信息，与用户充分沟通，确保设计方向正确方案设计提出多种可行的设计方案，对比优缺点，选择最优方案通常采用功能分析、形态分析等方法，结合已有经验和创新思维，寻找最佳解决方案结构设计确定产品的整体结构、关键部件尺寸和工作原理，进行初步的强度和刚度计算重点解决技术难点，确保产品功能实现详细设计完成所有零部件的详细设计，确定材料、公差和表面处理要求，编制技术文件和图纸注重细节设计，保证各部件协调配合样机制作与测试制作样机，进行功能测试和可靠性验证，发现并解决设计问题通过实际测试验证设计是否满足预期要求设计优化与定型根据测试结果改进设计，优化结构，提高性能和可制造性，最终形成定型产品考虑降低成本、提高效率和可靠性零部件结构设计规范强度设计原则零件在最不利工况下不应产生过大变形或破坏需考虑静强度、疲劳强度、冲击强度等常用安全系数法、许用应力法等进行设计计算对于关键零件，应采用有限元分析等先进方法进行验证刚度设计原则零件在工作载荷下变形不应超过允许范围，以保证机械正常工作精度特别是对精密机械，刚度往往比强度更为重要刚度设计需考虑材料弹性模量、结构形式和支撑方式等因素稳定性设计要求受压杆件不应出现失稳现象需根据杆件长径比、端部约束条件等因素，采用欧拉公式或经验公式进行验算对于旋转机械，还需考虑动态稳定性，避免共振和自激振动材料选型思路应综合考虑机械性能、工艺性能、经济性和可获得性常用材料有碳钢、合金钢、铸铁、铝合金、铜合金、工程塑料等正确选材是保证零件性能和寿命的关键，需权衡各种因素标准件与普通件识别螺栓螺母由螺杆和头部组成，与螺母配合使用与螺栓配合使用的带内螺纹的零件按头部形状分为六角头、方头、圆•常见有六角螺母、翼形螺母、防松•柱头等2螺母等按螺纹形状分为粗牙、细牙、左•防松螺母包括尼龙嵌件、弹簧垫圈•旋、右旋等配合等形式材质通常有碳钢、不锈钢等•销键用于定位或防止相对转动的圆柱形零件用于轴与轮毂之间传递扭矩的零件常见有圆柱销、圆锥销、开口销等•普通键包括平键、半圆键、楔键等•弹性销具有弹性变形能力，装配方•花键可视为多个键，承载能力更强•便机械简图与工程识图投影原理工程图采用正投影法，通过三个互相垂直的投影面（前视、俯视、左视）来表达三维物体标准第一角投影法规定前视图在中间，俯视图在下方，左视图在右侧视图表达基本视图包括主视图、俯视图、左视图、右视图、后视图和仰视图选择视图时应遵循六个基本视图，三个优先考虑的原则，即主视图、俯视图和左视图优先使用截面画法截面图用于表示物体内部结构，通过假想切割平面切开物体后，移去观察者与被切割部分之间的部分，再对剩余部分进行投影得到截面图中，被切割部分用剖面线表示尺寸标注尺寸标注应完整、清晰、不重复包括尺寸线、尺寸界线、尺寸数字三要素尺寸数字通常标注在尺寸线上方，特殊情况可标在尺寸线的延长线上装配图基础与案例分析1装配图的功能表达产品的整体结构、各部件的相对位置和工作原理，指导产品的装配、检验、运输和维修等工作2与零件图的区别装配图表达整体，尺寸标注较少，主要是装配尺寸、安装尺寸和外形尺寸；零件图表达单个零件，尺寸标注详细完整3主要内容包括零部件的形状、相对位置、装配关系、技术要求、装配尺寸、序号及明细表等信息4拆图分析方法理解产品功能，分析结构特点，识别主要零部件及连接关系，掌握装配顺序，总结设计特点和改进方向典型机构介绍四杆机构典型机构介绍凸轮机构基本组成凸轮机构主要由凸轮、从动件（推杆或摇臂）和机架组成凸轮通常由动力源驱动旋转，从动件在弹簧或重力作用下与凸轮型面保持接触工作原理凸轮旋转时，其轮廓形状转化为从动件的直线或摇摆运动，实现特定的运动规律凸轮廓形通过精确设计，可以实现几乎任意的运动规律运动规律设计常见的基本运动规律有等速运动、等加速等减速运动、简谐运动和修正正弦运动等选择合适的运动规律可以减小冲击和振动，提高机构的平稳性常见设计误区工作速度过高导致从动件跳离凸轮表面；凸轮廓形曲率半径过小导致接触应力过大；凸轮廓形设计不合理导致尖点或欠切；凸轮尺寸过大或过小影响使用寿命典型机构介绍棘轮与棘爪机构结构特点棘轮棘爪机构主要由棘轮、棘爪、弹簧和机架组成棘轮是一种特殊的齿轮，棘爪在弹簧作用下与棘轮齿啮合根据棘爪与棘轮的接触方式，可分为外棘爪和内棘爪两种形式工作原理当驱动构件摆动时，棘爪在一个方向上与棘轮啮合，推动棘轮转动；在相反方向上，棘爪脱离棘轮齿，棘轮保持不动或由另一棘爪阻止反转这样就实现了间歇运动或单向传动应用场景棘轮棘爪机构广泛应用于计数器、上弦机构、棘轮扳手、防倒转装置等在自行车中，飞轮与后轮的单向传动就是利用棘轮棘爪原理；机械表的上弦机构也采用这一原理设计注意事项棘轮齿形应满足啮合条件，保证啮合可靠性；棘爪的角度和弹簧力要适当，过大会增加磨损，过小则容易脱开；材料选择应考虑耐磨性，通常棘爪硬度要高于棘轮典型机构介绍螺旋机构机构组成与原理力的转化特性典型应用实例螺旋机构主要由螺杆和螺母组成，通过螺旋机构具有良好的力放大效果，小的千斤顶利用螺旋机构的力放大效果，螺旋副连接当螺杆或螺母转动时，另转动力矩可以产生很大的轴向力转矩将人工输入的小力矩转换为大的顶升一个部件可以做直线运动，实现旋转运与轴向力的关系取决于螺旋副的导程、力动和直线运动的相互转换螺纹中径和摩擦系数丝杠传动用于机床的进给系统，将电螺旋机构的原理基于螺旋面上的力的分自锁性是螺旋机构的重要特性，当螺旋机的旋转运动精确转换为工作台的直线解当力作用在螺旋面上时，可以分解升角小于螺纹摩擦角时，螺旋副具有自运动为推力和扭矩，利用这一特性，可以实锁性，即使没有外力作用，螺母也不会调节机构如显微镜的调焦机构、乐器现力的放大或运动的转换在轴向力作用下自行转动的调弦装置等，都利用螺旋机构实现精确调节固定连接如螺栓螺母连接，利用螺旋机构的自锁特性实现可靠固定典型机构介绍连杆滑块机构123结构组成运动特性能量转换连杆滑块机构主要由曲柄、连杆、滑块和机架曲柄做匀速旋转运动时，滑块做往复直线运连杆滑块机构能够将旋转运动转化为往复直线四个构件组成，通过三个转动副和一个移动副动，但这种直线运动是非匀速的当曲柄处于运动，或将往复直线运动转化为旋转运动，是相连曲柄与机架通过转动副连接，可以做圆上、下死点位置时，滑块的速度为零；当曲柄一种重要的运动转换机构在往复直线运动转周运动；连杆通过转动副连接曲柄和滑块；滑垂直于滑块运动方向时，滑块速度达到最大化为旋转运动时（如内燃机），需要设置飞轮块通过移动副与机架连接，只能做直线运动值滑块的加速度变化更为复杂，这导致了机来储存能量，平衡输出扭矩的波动构的惯性力变化机械制造工艺流程总览工艺设计毛坯制备根据设计图纸，确定加工方法、工序安通过铸造、锻造、冲压、焊接等方法制备排、工装夹具、加工参数等初始毛坯检验机械加工对成品进行尺寸、性能和质量检验，确使用车、铣、刨、磨等方法对毛坯进行保满足设计要求切削加工，获得所需尺寸和形状热处理装配通过淬火、回火等热处理工艺改善材料性将各零部件按照设计要求组装成成品能常见机械加工方法车削加工铣削加工磨削加工钻削加工工件旋转，刀具进给，主要用刀具旋转，工件进给，主要用利用高速旋转的砂轮对工件表使用钻头在工件上加工孔钻于加工回转体表面车削可加于加工各种平面、沟槽、齿轮面进行精加工适用于硬质材削主要用于加工圆孔，包括通工外圆、内孔、端面、锥面、等铣削分为顺铣和逆铣两种料的精加工，能获得高精度和孔和盲孔特点是加工效率高成形面和螺纹等特点是加工切削方式，各有优缺点特点低表面粗糙度特点是加工精但精度和表面质量较低，通常效率高，精度可达，是加工灵活性高，可加工复杂度高，可达，表面粗需要后续的镗削或铰削来提高IT7-IT8IT5-IT7表面粗糙度典形状，精度可达，表糙度典型设备孔的精度精度一般为Ra

0.8-

3.2μm IT8-IT9Ra

0.2-

0.8μm IT10-型设备有普通车床、数控车床面粗糙度典型有外圆磨床、内圆磨床、平面，表面粗糙度Ra

1.6-

6.3μm IT12Ra

6.3-和自动车床等设备有立式铣床、卧式铣床和磨床和无心磨床等典型设备有台式钻

12.5μm加工中心等床、立式钻床和数控钻床等特种加工与现代制造电火花加工利用电极与工件之间的脉冲放电产生的高温侵蚀金属材料包括电火花成型和电火花线切割两种主要方式特点是可加工任何导电材料，不受材料硬度限制，能加工复杂形状，但加工效率较低主要用于模具制造、精密零件加工等领域激光加工利用高能量密度的激光束对材料进行切割、焊接、打标等特点是无接触加工，精度高，热影响区小，加工速度快，适用于多种材料广泛应用于航空航天、汽车、电子等行业激光切割能实现高精度、高质量的切口，是现代制造业的重要技术超声波加工利用超声波振动的工具对工件进行加工适用于硬脆材料如玻璃、陶瓷、宝石等的加工特点是加工力小，热影响小，可加工脆性材料而不产生裂纹在精密仪器、光学元件等领域有广泛应用数控与自动化制造CNC（计算机数控）技术实现了机床的自动化控制，大大提高了加工精度和效率现代制造系统如柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS、智能制造系统等，集成了CAD/CAM/CAE技术，实现了从设计到制造的一体化工业

4.0和智能制造是未来发展趋势装配工艺与装配质量控制装配工艺规划装配顺序装配方法根据产品结构特点，确定装遵循先部件后总成、先根据产品特点和生产批量，配方式（固定式、流水线式隐蔽部分后外露部分、由选择手工装配、机械辅助装或单元式）、装配顺序和装下而上、由里向外等原配或自动装配精密产品采配工位合理的装配规划可则合理的装配顺序可避免用精密装配法，如选择装配以提高效率，降低成本返工，提高装配质量法、调整装配法等质量检测采用尺寸检测、功能测试、性能测试等方法验证装配质量关键部位可采用无损检测技术如射线、超声波等X进行检验机械制造误差与公差基础机械材料种类与性能材料类别主要性能典型应用特点碳素钢强度适中，塑性普通结构件，紧加工性好，但耐好，价格低固件腐蚀性差合金钢强度高，韧性重要的受力零性能优异，价格好，耐磨性强件，工具较高铸铁减震性好，耐机床床身，发动抗压强，抗拉磨，易铸造机缸体弱，脆性大铝合金密度低，导热轻量化结构，散强度比重比高，好，耐腐蚀热部件但耐磨性差工程塑料重量轻，绝缘，轻载荷零件，绝成形简单，但强耐腐蚀缘部件度和耐热性差钢铁材料及热处理工艺常用钢号及应用热处理工艺碳素结构钢（如、）用于一般结构件，如支架、框淬火将钢件加热到临界温度以上，保温后迅速冷却，获得马氏体Q235Q275架等组织，提高硬度和强度常用冷却介质有水、油、盐水等碳素工具钢（如、）用于制造切削工具、测量工具等回火将淬火后的钢件加热到临界温度以下，保温后缓慢冷却，减T8T10少内应力，调整力学性能根据回火温度不同，分为低温、中温和合金结构钢（如、）用于制造重要的受力零件，40Cr35CrMo高温回火如轴、齿轮等正火将钢件加热到临界温度以上，保温后在空气中冷却，细化晶轴承钢（如）用于制造各类轴承GCr15粒，提高综合力学性能弹簧钢（如、）用于制造各类弹簧65Mn60Si2Mn退火将钢件加热到适当温度，保温后缓慢冷却，降低硬度，提高塑性，消除内应力，为后续加工做准备不锈钢（如、）用于耐腐蚀场合的零部件304316表面热处理如表面淬火、渗碳、渗氮等，只改变表面层性能，保持心部韧性有色金属及工程塑料应用铝合金密度低（约为钢的），强度适中，耐腐蚀，导热性好广泛应用1/3于轻量化结构件、散热器、电子设备外壳等常用牌号有（航2024空）、（通用）、（高强度）60617075铜合金导电导热性优异，耐腐蚀，加工性能好黄铜（铜锌合金）用于阀门、接头；青铜（铜锡合金）用于轴承、齿轮；铍青铜具有高强度和弹性，用于弹性元件工程塑料具有良好的机械性能、耐热性、耐化学性和电绝缘性尼龙用于齿轮、轴承；聚碳酸酯用于透明防护罩；聚四氟乙烯用于密封件；聚醚醚酮等高性能工程塑料可替代金属用于航空航天领域新型机械材料发展动态纳米材料复合材料绿色环保材料纳米材料是指至少在一个维度上尺寸复合材料由两种或多种不同性质的材随着环保意识的增强，生物降解材在纳米范围内的材料由于尺寸料复合而成，结合了各组分的优点料、可再生材料逐渐在机械领域应1-100效应和表面效应，纳米材料表现出与碳纤维复合材料具有高强度重量比，用生物基聚合物替代传统塑料；植常规材料不同的力学、光学、电学和广泛应用于航空航天、高端体育器物纤维增强复合材料应用于非关键部磁学性能纳米颗粒增强复合材料、材；陶瓷基复合材料耐高温、耐磨，件；无铅轴承合金、无镉电镀等环保纳米涂层可显著提高机械零件的强用于高温环境下的机械部件；金属基材料替代传统有害材料，减少环境污度、耐磨性和耐腐蚀性复合材料兼具金属的塑性和增强相的染和资源浪费强度机械结构失效分析机械结构失效是指机械零部件不能正常发挥预期功能的现象常见失效形式包括断裂、疲劳、磨损、腐蚀等断裂失效可分为脆性断裂和韧性断裂，前者几乎没有塑性变形，后者伴随明显塑性变形断口特征是判断断裂类型的重要依据疲劳是最常见的失效形式，由循环载荷引起典型特征是断口上有贝壳纹和疲劳条带，通常从表面裂纹或内部缺陷处开始磨损失效包括黏着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等，不同类型的磨损有不同的表面特征腐蚀失效包括均匀腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂等失效分析对于改进设计、提高可靠性至关重要通过宏观检查、显微分析、化学成分分析和力学性能测试等手段，可以确定失效机理，制定相应的预防措施常见预防措施包括优化设计、选用适当材料、改善工艺质量、加强维护保养等防腐蚀与润滑措施表面防护技术润滑剂分类金属表面涂层如喷漆、环氧树脂涂层、聚氨根据物理状态分类酯涂层等液体润滑剂矿物油、合成油、植物油•电镀镀锌、镀铬、镀镍等•半固体润滑剂润滑脂•热浸镀热镀锌、热镀铝等•固体润滑剂石墨、二硫化钼、聚四氟乙•化学转化膜磷化、发蓝、钝化等烯•润滑方式选用建议润滑方式的选择取决于工作条件润滑剂选用原则手动润滑适用于简单机构、低速设备•根据工作温度选择粘度等级•集中润滑系统适用于多点需润滑的复杂•根据转速和载荷选择润滑方式设备•根据环境条件选择添加剂类型油雾润滑适用于高速、轻载荷场合••特殊工况需选择专用润滑剂循环润滑适用于需要冷却的高速、重载••荷场合机械安全基础知识个人防护1安全帽、防护眼镜、手套等个人防护装备运行安全控制紧急停机、联锁保护、警示系统危险源识别3机械、电气、热能、化学等危险因素安全法规标准相关法律法规、技术标准机械安全是机械设计和使用的首要考虑因素机械危险源主要包括机械危险（如挤压、剪切、缠绕、撞击等）、电气危险、热危险、噪声和振动危险、辐射危险、材料和物质危险等在设计和使用机械设备时，必须遵循三级安全措施原则第一级措施是本质安全设计，从源头上消除或减少危险源；第二级措施是采用安全防护装置，如固定式防护罩、活动式防护罩、联锁装置等；第三级措施是提供安全使用信息，如警示标志、操作说明等事故预防需建立全面的安全管理体系，包括安全教育培训、安全检查、应急预案等典型机械安全设计实例防护罩设计联锁装置紧急停机系统防护罩是最常用的机械安全装置，用于隔联锁装置能确保在防护装置未关闭时，机紧急停机系统用于在危险情况下快速停止离危险区域固定式防护罩通过螺栓等固器不能启动；或在机器运行时，打开防护机器运行包括紧急停止按钮（通常为红定连接，适用于不需频繁接触的危险区装置会导致机器停止常见类型有机械式色蘑菇头按钮）、安全继电器和执行机域；活动式防护罩便于操作和维护，通常联锁、电气式联锁、液压式联锁等设计构紧急停止按钮应易于识别、易于触与联锁装置结合使用防护罩设计需考虑联锁装置时需确保可靠性和操作简便性，及，分布在机器周围关键位置系统设计强度、可视性、操作便利性和美观性等因并防止被轻易绕过应保证即使控制系统失效，也能实现安全素停机机械防护与维修要点定期检查建立完整的设备检查清单，包括日常、周期性和专项检查预防性维护按计划进行润滑、清洁、调整和更换易损件故障诊断通过观察、听诊、测量和分析确定故障原因修复与改进根据故障原因采取修复措施并改进维护策略有效的机械防护与维修系统是保证设备安全、高效运行的关键检查清单应包括关键部件的磨损情况、紧固件松动情况、润滑状态、安全装置完好性等内容周期性维护的频率应根据设备使用强度、环境条件和制造商建议确定故障诊断需要系统性思维和丰富经验常见的诊断方法包括目视检查发现明显异常；听诊分析异常声音；振动分析判断轴承、齿轮等部件状况；温度测量检测过热点；油液分析了解内部磨损情况；电气测试确认控制系统状态通过建立设备维护档案，记录设备历史故障和维修情况，可以发现规律性问题，制定针对性的改进措施常见机械事故案例归纳事故类型原因分析防范对策机械挤压伤害防护装置缺失或失效，安安装完善的防护罩，设置全操作规程不完善联锁装置，加强安全培训传动部件缠绕事故旋转部件外露，工作服宽全封闭防护装置，穿着合松，安全意识不足适工作服，禁止佩戴首饰设备过载爆炸超负荷使用，安全阀失安装可靠安全阀，定期检效，缺少监控测，建立超载报警系统零部件断裂伤人材料疲劳，质量缺陷，超定期无损检测，建立部件期服役寿命管理，及时更换老化部件电气控制故障线路老化，误操作，电磁冗余设计，故障安全设干扰计，定期电气系统检查机械课程常考计算题综述力的平衡与运动分析计算包括平面力系平衡计算、空间力系平衡计算、运动学参数（位置、速度、加速度）计算解题关键在于正确建立坐标系，准确绘制受力图，列出平衡方程或运动方程常考内容有连杆机构的速度、加速度分析，复杂受力构件的内力计算等机构自由度与运动特性计算机构自由度计算采用自由度公式平面机构F=3n-2PL-PH，空间机构F=6n-∑fi机构运动特性计算包括传动比、速度比、行程比等参数重点掌握曲柄摇杆机构、凸轮机构的运动分析方法和计算技巧强度和刚度计算强度计算基于材料力学的应力分析，包括轴的弯曲强度、扭转强度计算，螺栓连接强度计算，焊接接头强度计算等刚度计算主要涉及变形量的确定，如轴的挠度和转角计算解题时需注意正确选择计算模型和载荷条件寿命与可靠性计算包括轴承寿命计算、齿轮寿命计算、疲劳强度计算等基于统计原理，考虑载荷谱、材料特性和工作条件等因素重点掌握S-N曲线的应用，安全系数的选取，以及各种影响系数的确定方法齿轮传动计算题例题讲解12齿轮基本参数计算传动比计算已知齿轮模数m=2mm，齿数z=36，压力角α=20°，求齿轮的分度圆直径d、基圆直径db、齿一对齿轮传动，主动轮齿数z1=20，从动轮齿数z2=60，主动轮转速n1=1200rpm，求从动轮顶圆直径da和齿根圆直径df解分度圆直径d=m·z=2×36=72mm；基圆直径转速n2和传动比i解传动比i=z2/z1=60/20=3，从动轮转速n2=n1/i=1200/3=400rpmdb=d·cosα=72×cos20°=

67.63mm；齿顶圆直径da=d+2m=72+4=76mm；齿根圆直径注意传动比表示速度的降低倍数，大于1表示减速传动df=d-

2.5m=72-5=67mm34齿轮啮合条件计算齿轮强度计算计算一对标准渐开线直齿圆柱齿轮的最小齿数，以避免根切已知压力角α=20°解最小齿齿轮强度计算包括齿面接触强度和齿根弯曲强度两部分接触强度计算公式数zmin=2/sin²α=2/sin²20°=

17.1，取整为18若要减小噪声，增大重合度，可采用修正σH=ZE·√KH·T·u±1/d²·b·u≤[σH]；弯曲强度计算公式齿轮，通过增大变位系数可减小最小齿数σF=YF·YS·Kf·T/m·b·z≤[σF]其中各系数需根据工作条件查表确定轴与轴承相关计算分析轴的强度校核轴的刚度校核轴承寿命计算轴的强度计算主要考虑组合应力，包括轴的刚度校核包括弯曲刚度和扭转刚滚动轴承的基本额定寿命计算公式L10弯曲应力和扭转应力对于回转轴，采度弯曲刚度用最大挠度表示，允许值，其中为可靠度下的y=C/P^p L1090%用第三强度理论（最大切应力理论）或通常为，为寿命（单位为转），为基本额定动[y]≤

0.0002~

0.0003L L106C第四强度理论（畸变能理论）进行计支承点间距载荷，为当量动载荷，为指数（球轴P p算承，滚子轴承）p=3p=10/3扭转刚度用最大扭转角表示，允许值通φ第三强度理论计算公式常为高精度要求换算为工作小时数τmax=[φ]≤

0.25~

0.5°/m Lh=，其中为弯曲正应的场合，如机床主轴，允许值会更小，其中为转速√σ²/4+τ²≤[τ]σ10^6·L10/60·n n力，为扭转切应力（）τr/min通常还需考虑疲劳强度，引入疲劳强度刚度计算需考虑载荷分布、支承条件和当量动载荷，其中为径P=XFr+YFa Fr降低系数和，使计算更加符合实际轴的几何形状，可采用材料力学方法或向载荷，为轴向载荷，和为径向系KσKτFa XY情况有限元分析数和轴向系数，由轴承型号和确Fa/Fr定机械效率与功率损耗计算综合能力提升与案例分析问题识别与分析根据给定工况和要求，识别关键问题和设计挑战分析包括功能需求、工作环境、载荷条件、空间限制等因素综合考虑性能、成本、可靠性、制造工艺等多方面的平衡方案设计与选择提出多种可行的设计方案，进行结构创新和技术集成基于功能分析和形态学方法，系统地探索设计空间通过评价标准对比不同方案的优缺点，选择最优方案理论计算与验证对关键部件进行强度、刚度、寿命等计算应用力学原理、材料特性和工程经验，确保设计满足技术要求利用计算机辅助分析工具，如有限元分析、动力学仿真等进行深入研究系统集成与优化4将各子系统和零部件整合成完整的机械系统考虑接口匹配、装配工艺和维护便利性通过迭代设计和持续改进，优化整体性能和可靠性近年机械设计竞赛与发展前沿国内外设计竞赛竞赛题型特点全国大学生机械创新设计大赛重功能性挑战要求设计满足特定功点考察学生的创新能力和工程实践能要求的机械装置，如物料分拣、能力，题目通常包括特定功能机构能量收集等仿生机械模仿生物设计、智能机械装置开发等国际结构和运动原理，设计高效的机械机械工程设计竞赛系统极限条件下的机械设计在ASME Design强调跨学科设计，重量轻、空间小、能源有限等极限Competition结合机械、电子、控制等多领域知条件下，实现预定功能绿色设识，解决实际工程问题计注重环保、节能和可持续发展的机械设计新技术集成趋势数字化设计与智能制造利用一体化平台，结合打印等先进制CAD/CAE/CAM3D造技术机电一体化机械结构与电子控制、软件算法的深度融合，实现智能感知与自适应控制微纳机械微机电系统和纳米技术在机械领域的应用，MEMS实现微型化和高性能生物医学机械手术机器人、康复辅助装置等医疗机械领域的快速发展机械行业最新技术与应用智能制造工业机器人增材制造智能制造是集成了先进传感技术、通信技工业机器人技术发展迅速，从传统的封闭式增材制造（打印）技术革新了传统制造3D术、控制技术和信息处理技术的新一代制造工作向协作式转变协作机器人能够安全地工艺，从原型制作扩展到功能部件直接制系统数字孪生技术实现了物理生产系统与与人类工作者共处，无需护栏隔离，提高了造金属打印技术如选择性激光熔融3D虚拟模型的实时同步，使设计、生产和维护生产灵活性自适应机器人配备先进的视觉、电子束熔融已能制造高性能SLM EBM过程更加高效预测性维护通过对设备运行系统和触觉传感器，能够根据环境变化自主金属零件，应用于航空航天、医疗等领域数据的实时监控和分析，预测潜在故障，降调整动作，适应复杂工况群体机器人通过拓扑优化设计结合增材制造，创造出轻量低停机时间和维修成本协同工作，完成单个机器人难以实现的复杂化、高强度的生物结构，实现了传统制造方任务法无法实现的复杂几何形状机械工程师能力提升建议实践环节重要性理论知识只有通过实践才能转化为真正的能力参与实际项目，从设计到制造、装配和测试的全过程，能够深刻理解各环节的相互关系和制约因素动手能力是机械工程师的核心竞争力，建议学生积极参与实验室工作、学生科技竞赛和企业实习跨学科知识拓展现代机械工程已不再是单一学科，而是与电子、计算机、材料、能源等多学科交叉融合了解相关领域的基础知识，有助于开阔视野，提出创新解决方案建议学习编程、电子控制、人工智能等相关知识，成为复合型人才专业软件应用能力熟练掌握CAD/CAE/CAM软件是现代机械工程师的基本要求建议系统学习SolidWorks、CATIA、UG等三维设计软件，以及ANSYS、ABAQUS等分析软件，提高设计和分析效率数据处理和编程能力也越来越重要，Python、MATLAB等工具可以帮助处理复杂问题终身学习方法机械工程领域技术更新迅速，需要建立持续学习的习惯定期阅读专业期刊和技术报告，参加行业会议和培训课程，加入专业社群交流经验建立个人知识管理系统，有组织地积累和更新专业知识项目驱动式学习，通过解决实际问题来提升能力模拟试题与考前冲刺建议重点知识清单机构运动学分析与综合，包括自由度计算、速度分析、加速度分析；机械强度、刚度计算与校核；常用机构原理与应用；传动系统设计与计算；标准件选用与校核；装配工艺与技术要求典型题型分析概念解释题要求简明扼要，突出关键特征；计算分析题注重计算过程的规范性和逻辑性；综合设计题考察多知识点的综合应用能力；案例分析题结合实际工程案例，分析问题和解决策略答题技巧理论题要点突出，层次分明；计算题注重步骤完整，单位规范；图形题线条清晰，比例适当；综合题先总体规划，再细化设计，注重可行性和创新性；遇到不确定的问题，可通过多角度分析，给出可能的解决方案考前备考策略梳理知识框架，构建完整的知识体系；做好典型例题，掌握解题思路和方法；回顾历年真题，把握考查重点和趋势；组织小组讨论，互相解疑；保持良好心态，合理安排作息课程总结与答疑学以致用将理论知识应用到实际工程问题中系统思维2培养整体观念和综合分析能力知识体系构建完整的机械工程知识框架本课程系统回顾了机械工程的核心知识，从基础概念到设计方法，从机构分析到制造工艺，构建了完整的知识体系我们强调理论与实践相结合，注重培养解决实际问题的能力通过大量计算题和案例分析，帮助大家掌握分析方法和设计思路机械工程是一门实践性很强的学科，需要在学习过程中不断思考和实践希望同学们能够通过本课程，不仅掌握知识点，更要培养工程思维方式，提高发现问题、分析问题和解决问题的综合能力在未来的学习和工作中，继续保持求知欲和创新精神，成为具有国际视野的高素质机械工程师最后，欢迎同学们就课程内容提出问题，我们将一一解答，并根据反馈不断完善教学内容和方法祝愿大家在考试中取得优异成绩，在未来的工程实践中做出卓越贡献！。