机械设计基础 课件
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机械设计基础知识培训课件(PPT102页)
②如果四个构件的长度满足杆长之和条件，则最短杆 所联接的两个转动副均为整转副，另两个转动副均为摆动 副。此时若取最短杆为机架，则得双曲柄机构；而取最短 杆的任一相邻杆为机架，则得曲柄摇杆机构；又若取最短 杆的相对杆为机架，则得双摇杆机构。
③如果四杆中有两个构件长度相等且均为最短，若另 两杆长度不相等，则不存在整转副； 若两杆长度也相等， 则两最短杆相邻时，有三个整转副， 当两最短杆相对时， 有四个整转副。
平面四杆机构的设计
内容
3.1 平面四杆机构的类型及其应用
一、基本概念
1、铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆 机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它 的基础上通过演化而成的。
2、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，如杆1、3 。
ad bc ①
b (d a) c c (d a) b
整理得 a b c d ②
acd b ③
将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④
a a
b c
④
a d
曲柄存在条件： ① 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； ② 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。
若不满足①？ 该机构只能是双摇杆机构。
判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构
a、b、c、d
Y
ad bc
N 双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
以最短杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
最长杆的杆长<其余三杆长度之和。
推论：
①如果四杆长度不满足杆长条件，则机构无周转副， 此时不论取哪个构件为机架，机构均为双摇杆机构；
③如果四杆中有两个构件长度相等且均为最短，若另 两杆长度不相等，则不存在整转副； 若两杆长度也相等， 则两最短杆相邻时，有三个整转副， 当两最短杆相对时， 有四个整转副。
平面四杆机构的设计
内容
3.1 平面四杆机构的类型及其应用
一、基本概念
1、铰链四杆机构： 全部用转动副相连的平面四杆机构。它是平面四杆 机构的基本型式，其它型式的四杆机构可看作是在它 的基础上通过演化而成的。
2、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，如杆1、3 。
ad bc ①
b (d a) c c (d a) b
整理得 a b c d ②
acd b ③
将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④
a a
b c
④
a d
曲柄存在条件： ① 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； ② 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。
若不满足①？ 该机构只能是双摇杆机构。
判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构
a、b、c、d
Y
ad bc
N 双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
以最短杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
最长杆的杆长<其余三杆长度之和。
推论：
①如果四杆长度不满足杆长条件，则机构无周转副， 此时不论取哪个构件为机架，机构均为双摇杆机构；
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凡具备上述（1）、（2）两个特征的实物组合体称为机构。 机器能实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而 机构则没有这种功能。
仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们 都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通 常人们把机器与机构统称为机械。
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7
机械设计基础
绪论
如图1-1所示的内燃机，
图1-5（a）闭式运动链
机械设计基础
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图1-5（a）开式运动链
16
• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成:
• 机 架：固定不动的构件
• 原动件：输入运动的构件
• 从动件：其余的活动构件
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
2) 运动副的分类
平面
运 运动副 动 副
空间 运动副
机械设计基础
高副：点、线接触 低副：面接触
球面副 螺旋副
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运动副 转动副
13
图1-2 转动副
图1-3 移动副
是由汽缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、 小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件
机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。
组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零件组成。
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20
机械设计基础
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蜗杆传动
优点是具有自锁性、传动比大、结 构紧凑等；缺点是效率较低、发热 量大、需良好的润滑和冷却等。
链传动
优点包括适用于远距离传动、能在 恶劣环境下工作等；缺点主要有瞬 时传动比不准确、易磨损等。
齿轮传动设计计算与校核方法
设计计算
包括确定传动比、选择齿轮材料、计 算齿轮主要参数和尺寸、进行强度校 核等步骤。
根据实际需求选择合适的机构类型，并确 定构件数目。
根据实际尺寸选择合适的比例尺进行绘制 。
绘制构件及运动副
检查并修正简图
按照约束类型和相对位置关系绘制构件和 运动副。
检查简图是否符合实际情况，并进行必要的 修正。
常见机构运动简图实例分析
平面连杆机构
包括曲柄摇杆机构、双 曲柄机构、双摇杆机构
等。
凸轮机构
花键连接优点
承载能力高、定心精度高、导向性好；缺点 ：加工成本高、对设备要求高。
销连接和铆接应用场景分析
销连接应用场景
主要用于定位、传递扭矩或作为安全装置中 的过载剪断元件，适用于轻载或无载的连接 。
铆接应用场景
适用于金属构件的永久连接，如桥梁、建筑 、船舶等重载或承受冲击振动的场合。
弹簧在连接中作用及设计要点
螺纹连接类型
包括螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、紧定螺钉连接等，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。
防松措施
采用摩擦防松、机械防松和永久防松等方法，防止螺纹连接在振动或冲击载荷下自行松脱。
键连接和花键连接优缺点比较
键连接优点
结构简单、装拆方便、对中性好；缺点：承 载能力较低、易磨损、对轴和键槽的削弱较 大。
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的强度和刚度。
优化设计
在满足强度要求的前提下，通过改 进结构形状、减轻重量、降低应力 集中等措施，提高零件的承载能力 和使用寿命。
疲劳强度分析
针对承受交变载荷的零件，进行疲 劳强度分析和寿命预测，确保其在 长期使用过程中不发生疲劳破坏。
03
连接件与紧固件设计
螺纹连接件设计原理及选型
螺纹连接件基本概念
06
液压与气压传动系统设计基础
液压传动系统工作原理及组成
液压泵
将机械能转换为液压 能的装置，提供动力 源。
液压马达和液压缸
将液压能转换为机械 能的执行元件，实现 往复或旋转运动。
控制阀
控制液压系统中油液 的流动方向、压力和 流量，以满足执行元 件的动作要求。
辅助元件
包括油箱、滤油器、 冷却器、加热器等， 保证系统正常工作。
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• 机械设计概述 • 机械零件设计基础 • 连接件与紧固件设计 • 传动装置设计基础 • 轴系零部件设计基础 • 液压与气压传动系统设计基础 • 总结回顾与拓展延伸
01
机械设计概述
机械设计定义与分类
定义
机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方 式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润 滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以 作为制造依据的工作过程。
实际案例分析与讨论
典型机械产品的设计 案例解析
机械设计中的创新思 维和实践
实际工程问题的分析 和解决方案
行业前沿动态分享
机械设计领域的最新研究成果和趋势 智能制造、数字化和绿色制造等新技术在机械设计中的应用
机械设计面临的挑战和机遇
THANK YOU
优化设计
在满足强度要求的前提下，通过改 进结构形状、减轻重量、降低应力 集中等措施，提高零件的承载能力 和使用寿命。
疲劳强度分析
针对承受交变载荷的零件，进行疲 劳强度分析和寿命预测，确保其在 长期使用过程中不发生疲劳破坏。
03
连接件与紧固件设计
螺纹连接件设计原理及选型
螺纹连接件基本概念
06
液压与气压传动系统设计基础
液压传动系统工作原理及组成
液压泵
将机械能转换为液压 能的装置，提供动力 源。
液压马达和液压缸
将液压能转换为机械 能的执行元件，实现 往复或旋转运动。
控制阀
控制液压系统中油液 的流动方向、压力和 流量，以满足执行元 件的动作要求。
辅助元件
包括油箱、滤油器、 冷却器、加热器等， 保证系统正常工作。
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• 机械设计概述 • 机械零件设计基础 • 连接件与紧固件设计 • 传动装置设计基础 • 轴系零部件设计基础 • 液压与气压传动系统设计基础 • 总结回顾与拓展延伸
01
机械设计概述
机械设计定义与分类
定义
机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方 式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润 滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以 作为制造依据的工作过程。
实际案例分析与讨论
典型机械产品的设计 案例解析
机械设计中的创新思 维和实践
实际工程问题的分析 和解决方案
行业前沿动态分享
机械设计领域的最新研究成果和趋势 智能制造、数字化和绿色制造等新技术在机械设计中的应用
机械设计面临的挑战和机遇
THANK YOU
《机械设计基础》课件 第1章 平面机构的自由度和速度分析
机构运动简图和原机构具有相同的运动特性。
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
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4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
机械设计基础全套ppt课件
机械设计基础全套ppt 课件•机械设计概述•机械零件设计基础•传动系统设计•轴系零部件设计目录•连接与紧固件设计•液压与气压传动系统设计•现代设计方法在机械设计中的应用机械设计概述01机械设计定义与分类•机械设计的定义：根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
•新型设计：应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。
•继承设计：根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。
•变型设计：为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。
机械设计原则技术性能准则：技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既包含静态性能，又包含动态性能。
经济性准则：提高设计经济性的途径有：选择适当的设计准则，避免或减小过剩设计；采用现代设计方法，合理地设计零部件或系统；设计高效率的零部件；提高制造精度，采用可靠性设计，优化产品设计结构，减少维修频次和维修量，延长产品寿命。
可靠性准则可靠性是指产品在规定的使用条件下，在预期的使用寿命内，完成规定功能的能力。
可靠性不仅与产品有关，还与产品的使用有关。
安全性准则安全性指产品在流通和使用过程中，有关危害人身安全与健康的风险大小。
经验设计根据已有的经验公式或设计者本人的工作经验，或借助类比方法所进行的设计。
它主要适用于使用要求不大变动而结构形状已典型化的零部件。
理论设计依靠现有的科学理论和试验数据所进行的设计。
它是一种定量设计，凡属重要和大型的结构均应采用理论设计。
类比设计应用类比推理方法进行的设计。
它适用于有定型产品的零部件和工艺装备的设计，特别适用于对系列产品的改进和新产品的开发。
绿色是从环境保护领域中引用来的，人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐。
机械设计基础全套课件完整版教程
讲解绘图前的准备工作，如图层设置、比例调整等；分享绘制 直线、圆弧、多边形等基本图形的方法；介绍块、属性、外部 参照等高级功能的应用。
三维建模技巧
讲解三维坐标系和视图操作；分享创建基本体素、拉伸、旋转、 放样等建模方法；介绍布尔运算、阵列、镜像等高级功能的应 用。
装配图绘制和干涉检查方法
装配图绘制
学员C
我认为本课程的最大收获是让我对机械设计有了更全面的认识，同时 也提高了我的实际操作能力和解决问题的能力。
行业发展趋势预测
智能化设计
随着人工智能技术的不断发展，未来机械设计将更加注重智能化设计， 利用大数据、机器学习等技术提高设计效率和准确性。
绿色环保
环保意识的不断提高将推动机械设计向更加环保的方向发展，注重节 能减排、资源回收等方面。
根据工作条件、载荷大小和方向、 转速等因素选择合适的轴承类型
和尺寸。
润滑方式
包括油润滑和脂润滑两种方式， 油润滑适用于高速高温场合，脂 润滑适用于低速低温场合。同时， 还应注意润滑剂的清洁度和更换
周期。
03 机械制造工艺与装备
机械制造工艺过程概述
机械制造工艺定义
指将原材料转化为成品的 所有加工方法和操作过程 的总和。
标注规范
介绍标注的基本概念和要求；讲解尺寸标注、形位公差标注、表面粗糙度标注等标注方法；分享遵循国家 标准和企业规范的标注技巧。
06 课程总结与展望
知识点回顾与总结
机械设计基本概念
设计流程与方法
常用机构和零件设 计
工程材料及其选择
精度设计与质量控 制
掌握机械设计的基本定义、 目的和重要性，了解机械 设计的历史和发展趋势。
鼓励学员积极参加实践项目，将所学知识应 用到实际中，提高解决问题的能力和实践经 验。
三维建模技巧
讲解三维坐标系和视图操作；分享创建基本体素、拉伸、旋转、 放样等建模方法；介绍布尔运算、阵列、镜像等高级功能的应 用。
装配图绘制和干涉检查方法
装配图绘制
学员C
我认为本课程的最大收获是让我对机械设计有了更全面的认识，同时 也提高了我的实际操作能力和解决问题的能力。
行业发展趋势预测
智能化设计
随着人工智能技术的不断发展，未来机械设计将更加注重智能化设计， 利用大数据、机器学习等技术提高设计效率和准确性。
绿色环保
环保意识的不断提高将推动机械设计向更加环保的方向发展，注重节 能减排、资源回收等方面。
根据工作条件、载荷大小和方向、 转速等因素选择合适的轴承类型
和尺寸。
润滑方式
包括油润滑和脂润滑两种方式， 油润滑适用于高速高温场合，脂 润滑适用于低速低温场合。同时， 还应注意润滑剂的清洁度和更换
周期。
03 机械制造工艺与装备
机械制造工艺过程概述
机械制造工艺定义
指将原材料转化为成品的 所有加工方法和操作过程 的总和。
标注规范
介绍标注的基本概念和要求；讲解尺寸标注、形位公差标注、表面粗糙度标注等标注方法；分享遵循国家 标准和企业规范的标注技巧。
06 课程总结与展望
知识点回顾与总结
机械设计基本概念
设计流程与方法
常用机构和零件设 计
工程材料及其选择
精度设计与质量控 制
掌握机械设计的基本定义、 目的和重要性，了解机械 设计的历史和发展趋势。
鼓励学员积极参加实践项目，将所学知识应 用到实际中，提高解决问题的能力和实践经 验。
机械设计基础课件01平面机构及自由度
约 束：是对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构 件便失去一个自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数。如图 所示，在Oxy坐标系中，构件S可随其上任一点A沿x轴、y轴 方向移动和绕A点转动。即一个作平面运动的自由构件具有 三：在机构中由两构件直接接触形成的一种可动联接。 运动副对构件产生约束，约束的多少和特点取决于运动副 型式。 运动副分类： • 按照接触的特性，分为低副和高副。面接触的运动副称
（4）对称结构：在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链 来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，则其余各组引 入的约束为虚约束。如图1-16所示轮系中有2个行星轮，计算自由 度时只需考虑一个。
虚约束虽不影响机构的运动，但却可以增加构件的刚性，改善 其受力状况，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只有在 特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差太大，满足不 了这些特定的几何条件，虚约束就会成为实际约束，从而使机构 失去运动的可能性。
1.3.1 平面机构的自由度
机构的自由度: 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目 称为机构的自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。因此，平面机构 中的每个活动构件，在未用运动副联结之前，都有三个自由度。 • 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度； • 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
移动副：是使构件的一个相对移动和相对转动受到约束， 而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也称为棱 柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等，如右图所示。
2 高副（平面高副）
平面高副：构件间沿公法线方向的移动受到约束，但可以 沿接触点切线的方向独立移动，还可以同时绕点独立转动， 是具有一个约束而相对自由度等于２的平面运动副。如齿 轮副、凸轮副等，如图所示。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数。如图 所示，在Oxy坐标系中，构件S可随其上任一点A沿x轴、y轴 方向移动和绕A点转动。即一个作平面运动的自由构件具有 三：在机构中由两构件直接接触形成的一种可动联接。 运动副对构件产生约束，约束的多少和特点取决于运动副 型式。 运动副分类： • 按照接触的特性，分为低副和高副。面接触的运动副称
（4）对称结构：在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链 来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，则其余各组引 入的约束为虚约束。如图1-16所示轮系中有2个行星轮，计算自由 度时只需考虑一个。
虚约束虽不影响机构的运动，但却可以增加构件的刚性，改善 其受力状况，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只有在 特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差太大，满足不 了这些特定的几何条件，虚约束就会成为实际约束，从而使机构 失去运动的可能性。
1.3.1 平面机构的自由度
机构的自由度: 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目 称为机构的自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。因此，平面机构 中的每个活动构件，在未用运动副联结之前，都有三个自由度。 • 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度； • 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
移动副：是使构件的一个相对移动和相对转动受到约束， 而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也称为棱 柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等，如右图所示。
2 高副（平面高副）
平面高副：构件间沿公法线方向的移动受到约束，但可以 沿接触点切线的方向独立移动，还可以同时绕点独立转动， 是具有一个约束而相对自由度等于２的平面运动副。如齿 轮副、凸轮副等，如图所示。
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(4) 零件技术设计阶段 (5) 改进设计阶段
1.4.1 机械零件失效与工作能力
失效方式：
1、强度失效；2、刚度失效；3、耐磨性失效；4、
振动稳定性失效；5、破坏正常工作条件引起的失效 零件工作能力: 零件抵抗失效的能力。衡量零件工作能力的指标有 强度、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定性。
1.4.1 机械零件失效与工作能力
绪论
1 2
机械机器机构及其组成 课程性质、内容、任 务 机械设计要求和设计过程
3
4 5 6
零件工作能力与设计准则
载荷、应力、许用应力
零件材料与选用原则
引言
当今社会，机械设计在工业发展中占有极其重要 的地位，在工业生产中的各个领域应用非常广泛，《 机械设计基础》课程将带我们走进这些领域，了解掌 握机械设计的相关专业知识。
脆性材料，取材料的抗拉强度σb做为极限应力
（2）变应力作用下的极限应力
在变应力下工作的零件主要失效形式是疲劳断裂，取材
料的疲劳极限作为极限应力。
1.6.1 机械零件材料
一、金属材料
1、黑色金属
2、有色金属——有减摩、抗腐蚀、耐热性、电磁性等较好
二、高分子材料
橡胶——弹性、绝缘性好，常作弹性和密封元件、减震元件 塑料——轻、易成形、减摩性好，强度低合成纤维 三、陶瓷材料 四、复合材料
另外，还要考虑当地材料的供应情况
重于工程实际。
三、任务 获得分析、选用和维护简单机械设备的基础知识,并且获得设计
简单机械传动装置的能力。
1.3.1 机械设计基本要求
功能性要求（运动学和动力学方面的要求） 可靠性要求
经济性要求
安全性和社会性要求
其他特殊要求
1.3.2 机械设计的一般过程
(1) 计划阶段
(2) 方案设计阶段
(3) 总体技术设计阶段
断裂
过大变形
表面失效
图9 机械零件失效方式
1.4.2 机械设计准则
1、设计计算准则：防止零件失效而制定的判定条件。
计算量≤许用量
强度准则：大多数机械零件的设计依据。
刚度准则：刚度指零件抵抗弹性变形的能力。
耐磨性准则：p≤[p] 热平衡准则: H1≤ H2 振动稳定性准则 pv≤[pv]
1.5.1 机械载荷、应力类型
1.1.1机器
机器：机器的种类繁多，各类机器的功用不同， 并由此产生的工作原理和结构特点也不相同，但是各 类机器都有着共同的特征： （1）都是人为的实物组合； （2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动； （3）能实现能量转换或完成有用的机械功、传递物 料和处理信息。 凡具备上述三个特征的实物组合就称为机器。
1.1.1机器
在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型的机器。
常见的如内燃机、机床、汽车、火车、发电机、洗衣机等等。
什么是机器，其定义如何？下面分析两个实例
进气阀3
1. 内燃机
排气阀4 活塞2 顶杆8 连杆5 曲轴6 气缸体1
功用:内燃机是将燃气
燃烧时的热能转化为
机械能的机器
组成：见左图
齿轮9
凸轮7
其他部分： 控制系统和辅助系统等。
机器的组成
图3 机器组成
1.1.3 零件
零件是组成机器的最小制造单元，机器是由若干 个不同的零件组装而成的。分专用零件、通用零件。
图4 机械零件
1.1.4 构件
构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性
联接而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来
讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的。
1、常见载荷及类型（外力、弯矩、转矩；静载、变化载）。 2、应力类型（静应力、变应力）
图10 常见应力
1.5.2 许用应力
许用应力是零件设计的条件应力。正确确定许用应力，可 使零件在具有足够强度和寿命前提下，做到尺寸小、质量轻。 许用应力的确定，本书主要采用计算法，其基本公式 [σ]= σlim/S
活塞下行，进气阀打开 燃气被吸入汽缸
活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气
点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞 下行，经连杆带动曲轴输出转动
活塞上行，排气阀打开，排出废气
大带轮4
2. 颚式破碎机
偏心轴5 动颚板6
V带3
电动机1
功用：压碎物料 组成：见右图
定颚板8
小带轮2
轴板7
电动机
带传动
偏心轴转动
动颚板摆动，与定 颚板一起压碎物料
图5 连杆
1.2 课程内容、性质、任务
一、内容 机械中的常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、基
本的设计理论和计算方法。了解国家标准、规范。
二、性质 本课程是一门技术基础课。本课程综合运用数学、力学、制图 、金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知识，去解决常 用机构和通用零部件的设 计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧
或[τ]= τlim/S
式中 σlim、 τlim分别是材料的极限正应力、切应力； S为安全系数。 由上式可知，许用应力的确定主要是确定材料的极限应力 和安全系数。
1.5.3 极限应力
（1）静应力作用下的极限应力
在静应力下工作的零件主要的失效形式是断裂或塑性变形
塑性材料，取材料的屈服点σs作为极限应力
Байду номын сангаас
1.6.2 机械零件材料选用原则
要考虑三个方面的要求
1、使用要求（首要考虑）：
1）零件的工况；2）对零件尺寸和质量的限制；3）零件的重要程度
2、工艺要求：1）毛坯制造；2）机械加工；3）热处理
3、经济性要求：
1）材料价格；2）加工批量和加工费用；3）材料的利用率；4）局部品质原
则5）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料）。
1.1.5 机器的组成
按各部分实物体功能不同，机器通常由以下几个部分组成: 原动机部分 ： 驱动整部机器以完成预定功能的动力源， 颚式破碎机的原动机是电动机。 执行部分： 完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，
是具体干活部分，破碎机执行部分是颚头（定颚、动颚）。
传动部分： 解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参 数的转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎 机的传动部分包括V带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架 组成的连杆机构
半自动钻床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机——转换能量 照相机——传递信息 机械手——传递物料
1.1.2 机构
机构：机构是实现传递机械运动和动力或改变机械运 动形式的构件组合体。它只符合机器的前两个特征。
机构：机构只有机器的前两个特征，仅能传递或转换运动。如 齿轮机构——传递运动 凸轮机构——转换运动
1.4.1 机械零件失效与工作能力
失效方式：
1、强度失效；2、刚度失效；3、耐磨性失效；4、
振动稳定性失效；5、破坏正常工作条件引起的失效 零件工作能力: 零件抵抗失效的能力。衡量零件工作能力的指标有 强度、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定性。
1.4.1 机械零件失效与工作能力
绪论
1 2
机械机器机构及其组成 课程性质、内容、任 务 机械设计要求和设计过程
3
4 5 6
零件工作能力与设计准则
载荷、应力、许用应力
零件材料与选用原则
引言
当今社会，机械设计在工业发展中占有极其重要 的地位，在工业生产中的各个领域应用非常广泛，《 机械设计基础》课程将带我们走进这些领域，了解掌 握机械设计的相关专业知识。
脆性材料，取材料的抗拉强度σb做为极限应力
（2）变应力作用下的极限应力
在变应力下工作的零件主要失效形式是疲劳断裂，取材
料的疲劳极限作为极限应力。
1.6.1 机械零件材料
一、金属材料
1、黑色金属
2、有色金属——有减摩、抗腐蚀、耐热性、电磁性等较好
二、高分子材料
橡胶——弹性、绝缘性好，常作弹性和密封元件、减震元件 塑料——轻、易成形、减摩性好，强度低合成纤维 三、陶瓷材料 四、复合材料
另外，还要考虑当地材料的供应情况
重于工程实际。
三、任务 获得分析、选用和维护简单机械设备的基础知识,并且获得设计
简单机械传动装置的能力。
1.3.1 机械设计基本要求
功能性要求（运动学和动力学方面的要求） 可靠性要求
经济性要求
安全性和社会性要求
其他特殊要求
1.3.2 机械设计的一般过程
(1) 计划阶段
(2) 方案设计阶段
(3) 总体技术设计阶段
断裂
过大变形
表面失效
图9 机械零件失效方式
1.4.2 机械设计准则
1、设计计算准则：防止零件失效而制定的判定条件。
计算量≤许用量
强度准则：大多数机械零件的设计依据。
刚度准则：刚度指零件抵抗弹性变形的能力。
耐磨性准则：p≤[p] 热平衡准则: H1≤ H2 振动稳定性准则 pv≤[pv]
1.5.1 机械载荷、应力类型
1.1.1机器
机器：机器的种类繁多，各类机器的功用不同， 并由此产生的工作原理和结构特点也不相同，但是各 类机器都有着共同的特征： （1）都是人为的实物组合； （2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动； （3）能实现能量转换或完成有用的机械功、传递物 料和处理信息。 凡具备上述三个特征的实物组合就称为机器。
1.1.1机器
在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型的机器。
常见的如内燃机、机床、汽车、火车、发电机、洗衣机等等。
什么是机器，其定义如何？下面分析两个实例
进气阀3
1. 内燃机
排气阀4 活塞2 顶杆8 连杆5 曲轴6 气缸体1
功用:内燃机是将燃气
燃烧时的热能转化为
机械能的机器
组成：见左图
齿轮9
凸轮7
其他部分： 控制系统和辅助系统等。
机器的组成
图3 机器组成
1.1.3 零件
零件是组成机器的最小制造单元，机器是由若干 个不同的零件组装而成的。分专用零件、通用零件。
图4 机械零件
1.1.4 构件
构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性
联接而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来
讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的。
1、常见载荷及类型（外力、弯矩、转矩；静载、变化载）。 2、应力类型（静应力、变应力）
图10 常见应力
1.5.2 许用应力
许用应力是零件设计的条件应力。正确确定许用应力，可 使零件在具有足够强度和寿命前提下，做到尺寸小、质量轻。 许用应力的确定，本书主要采用计算法，其基本公式 [σ]= σlim/S
活塞下行，进气阀打开 燃气被吸入汽缸
活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气
点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞 下行，经连杆带动曲轴输出转动
活塞上行，排气阀打开，排出废气
大带轮4
2. 颚式破碎机
偏心轴5 动颚板6
V带3
电动机1
功用：压碎物料 组成：见右图
定颚板8
小带轮2
轴板7
电动机
带传动
偏心轴转动
动颚板摆动，与定 颚板一起压碎物料
图5 连杆
1.2 课程内容、性质、任务
一、内容 机械中的常用机构和通用机械零件的工作原理、结构特点、基
本的设计理论和计算方法。了解国家标准、规范。
二、性质 本课程是一门技术基础课。本课程综合运用数学、力学、制图 、金属材料及热处理、互换性与技术测量等课程的知识，去解决常 用机构和通用零部件的设 计问题。涉及的知识面广，实践性强，侧
或[τ]= τlim/S
式中 σlim、 τlim分别是材料的极限正应力、切应力； S为安全系数。 由上式可知，许用应力的确定主要是确定材料的极限应力 和安全系数。
1.5.3 极限应力
（1）静应力作用下的极限应力
在静应力下工作的零件主要的失效形式是断裂或塑性变形
塑性材料，取材料的屈服点σs作为极限应力
Байду номын сангаас
1.6.2 机械零件材料选用原则
要考虑三个方面的要求
1、使用要求（首要考虑）：
1）零件的工况；2）对零件尺寸和质量的限制；3）零件的重要程度
2、工艺要求：1）毛坯制造；2）机械加工；3）热处理
3、经济性要求：
1）材料价格；2）加工批量和加工费用；3）材料的利用率；4）局部品质原
则5）替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料）。
1.1.5 机器的组成
按各部分实物体功能不同，机器通常由以下几个部分组成: 原动机部分 ： 驱动整部机器以完成预定功能的动力源， 颚式破碎机的原动机是电动机。 执行部分： 完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，
是具体干活部分，破碎机执行部分是颚头（定颚、动颚）。
传动部分： 解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参 数的转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎 机的传动部分包括V带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架 组成的连杆机构
半自动钻床——实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机——转换能量 照相机——传递信息 机械手——传递物料
1.1.2 机构
机构：机构是实现传递机械运动和动力或改变机械运 动形式的构件组合体。它只符合机器的前两个特征。
机构：机构只有机器的前两个特征，仅能传递或转换运动。如 齿轮机构——传递运动 凸轮机构——转换运动