1、 柴鵬飛 太原理工大學長治學院 機械設計基礎機械設計基礎 第第1章章 緒緒 論論知識要素知識要素 1. 1. 中國機械發展簡史。中國機械發展簡史。 2. 2.本課程的性質和研究對象、本課程的內容和本課程的性質和研究對象、本課程的內容和任務及學習方法。任務及學習方法。 3. 3. 機械、機器、機構、構件、零件、部件的基機械、機器、機構、構件、零件、部件的基本概念及其相互之間的聯系與區別。本概念及其相互之間的聯系與區別。 4.4.機械設計應滿足的基本要求。機械設計應滿足的基本要求。 5.5.機械零件的失效形式和設計準則。機械零件的失效形式和設計準則。學習重點與難點學習重點與難點 1.1.了解機器的

2、概念；了解機器的概念； 2. 2. 機械、機器、機構、構件、零件、部件聯系機械、機器、機構、構件、零件、部件聯系與區別；與區別； 3.3.了解機械設計的基本要求、失效形式和設計準了解機械設計的基本要求、失效形式和設計準則。則。 第第1章章 緒緒 論論 課程內容介紹課程內容介紹 機械設計基礎機械設計基礎是機電工程科學的技是機電工程科學的技術基礎學科之一。該學科所涉及的知識與術基礎學科之一。該學科所涉及的知識與技能不但為從事與機械工程相關工作的技技能不但為從事與機械工程相關工作的技術人員所必備，而且對人們的生活和工作術人員所必備，而且對人們的生活和工作中進行創新實踐活動有極大的幫助。機械中進行創新

3、實踐活動有極大的幫助。機械工程中的創新活動與機械設計密切相關，工程中的創新活動與機械設計密切相關，因此，本課程的學習對于學生在校學習階因此，本課程的學習對于學生在校學習階段樹立創新思維觀念，激發創新欲望，了段樹立創新思維觀念，激發創新欲望，了解創新方法有很重要的啟發和指導作用。解創新方法有很重要的啟發和指導作用。 此外，學習機械設計基礎課程，還將有此外，學習機械設計基礎課程，還將有助于學生工程思想的建立；有助于科學助于學生工程思想的建立；有助于科學精神的培養；有助于增強解決實際工程精神的培養；有助于增強解決實際工程類問題的能力。類問題的能力。 機械設計基礎機械設計基礎是研究機械工作原是研究機械

4、工作原理、機械構成原理、機械零件功用和機理、機械構成原理、機械零件功用和機械零件結構及其工作可靠度的工程技術械零件結構及其工作可靠度的工程技術科學。科學。 課程內容介紹課程內容介紹 機械設計基礎機械設計基礎由理論和實踐兩部分由理論和實踐兩部分組成。組成。機械設計基礎理論是人們對機械與機械設計基礎理論是人們對機械與機械設計最基本、最普遍規律的認識和概機械設計最基本、最普遍規律的認識和概括。括。機械設計基礎實踐機械設計基礎實踐則則是人們掌握機械是人們掌握機械設計知識，形成工程技術能力的一種重要設計知識，形成工程技術能力的一種重要環節，是進行機械工環節，是進行機械工程實踐的基本技術能程實踐的基本技術

5、能力。力。 課程內容介紹課程內容介紹 機械設計基礎課程的學習階段一般處在機械設計基礎課程的學習階段一般處在從一般科學知識學習向專業技術知識的過渡從一般科學知識學習向專業技術知識的過渡期，因此本課程既具有機械工程知識普及教期，因此本課程既具有機械工程知識普及教育的功能，同時也是一門具有實用價值的，育的功能，同時也是一門具有實用價值的，可以獨立設置的專業技術課。讓學生學習基可以獨立設置的專業技術課。讓學生學習基本的機械設計方面的知識與技能，經歷工程本的機械設計方面的知識與技能，經歷工程實踐的探究過程，受到科學態度和科學精神實踐的探究過程，受到科學態度和科學精神的熏陶；它是以提高全體學生的科學素養、

6、的熏陶；它是以提高全體學生的科學素養、工程技術素質和職業道德修養，促進學生的工程技術素質和職業道德修養，促進學生的全面發展為主要目標的工程技術基礎課程。全面發展為主要目標的工程技術基礎課程。 課程內容介紹課程內容介紹問：為什么我國的國徽上代表工人階級是問：為什么我國的國徽上代表工人階級是用齒輪？用齒輪？ n工人階級工人階級齒輪齒輪公元前公元前350350年前年前 中國機械發展簡史中國機械發展簡史 中國是世界上機械發展最早的國家之一。中國的機械工程中國是世界上機械發展最早的國家之一。中國的機械工程技術不但歷史悠久，而且成就十分輝煌，不僅對中國的物質文技術不但歷史悠久，而且成就十分輝煌，不僅對中國

7、的物質文化和社會經濟的發展起到了重要的促進作用，而且對世界技術化和社會經濟的發展起到了重要的促進作用，而且對世界技術文明的進步做出了重大貢獻。中國機械發展史可分為六個時期：文明的進步做出了重大貢獻。中國機械發展史可分為六個時期： 中國機械發展簡史中國機械發展簡史復興時期，解放后的發展時期。復興時期，解放后的發展時期。形成和積累時期，從遠古到西周時期。形成和積累時期，從遠古到西周時期。迅速發展和成熟時期，從春秋時期到東漢末年。迅速發展和成熟時期，從春秋時期到東漢末年。全面發展和鼎盛時期，從三國時期到元代中期。全面發展和鼎盛時期，從三國時期到元代中期。緩慢發展時期，從元代后期到清代中期。緩慢發展時

8、期，從元代后期到清代中期。轉變時期，從清代中后期到解放前的發展時期。轉變時期，從清代中后期到解放前的發展時期。每個時期又可分為不同的發展階段。每個時期又可分為不同的發展階段。 我國古代人民在這方面有著光輝的成就，在商代就我國古代人民在這方面有著光輝的成就，在商代就利用杠桿原理制成了取水的工具利用杠桿原理制成了取水的工具桔槔桔槔，至今在一些水，至今在一些水淺的地區還在使用，或利用這一原理來向上吊起重物。漢淺的地區還在使用，或利用這一原理來向上吊起重物。漢朝張衡朝張衡(78-139)(78-139)在天文儀器（在天文儀器（侯風地動儀侯風地動儀）上就利用了杠）上就利用了杠桿的原理。西漢時期的桿的原理

9、。西漢時期的指南車指南車和和記里鼓車記里鼓車就采用了輪系機就采用了輪系機構、元朝的黃道婆把曲柄、滑塊、連桿、飛輪等零件應用構、元朝的黃道婆把曲柄、滑塊、連桿、飛輪等零件應用在在織布機織布機上（現在農村還有使用這種老式的織布機）。上（現在農村還有使用這種老式的織布機）。 還有宋朝的還有宋朝的水運儀象臺水運儀象臺、秦朝的秦朝的銅車馬銅車馬等。等。 中國機械發展簡史中國機械發展簡史三星堆圖片1三星堆介紹三星堆介紹 1986 1986年年7 7月至月至9 9月，三星堆兩個大型祭祀坑的發現，是本月，三星堆兩個大型祭祀坑的發現，是本世紀以來最為重要的考古發現。大宗精品文物洋洋灑灑橫空世紀以來最為重要的考古

10、發現。大宗精品文物洋洋灑灑橫空出世，成為舉世轟動的重大新聞，三星堆從此名揚四海。在出世，成為舉世轟動的重大新聞，三星堆從此名揚四海。在這批古蜀秘寶中，有許多光怪陸離、奇異詭譎的各類青銅造這批古蜀秘寶中，有許多光怪陸離、奇異詭譎的各類青銅造型：威儀凜然的青銅大立人、神奇怪異的青銅面具和型：威儀凜然的青銅大立人、神奇怪異的青銅面具和通天通天徹地徹地的青銅神樹等，均堪稱獨一無二的曠世神品。而以流的青銅神樹等，均堪稱獨一無二的曠世神品。而以流光溢彩的金杖為代表的金器，以滿飾圖案的邊璋為代表的玉光溢彩的金杖為代表的金器，以滿飾圖案的邊璋為代表的玉器，亦多屬前所未見的稀世珍寶器，亦多屬前所未見的稀世珍寶。

11、 三星堆圖片2三星堆圖片3三星堆圖片4三星堆圖片5河南博物館文物河南博物館文物萬噸水壓機萬噸水壓機 1961年年12月，江南造船月，江南造船廠成功地建成國內第一臺廠成功地建成國內第一臺12000噸水壓機，萬噸壓力噸水壓機，萬噸壓力的水壓機總高的水壓機總高23.65米，總米，總長長33.6米，最寬處米，最寬處8.58米，米，全機由全機由44700多個零件組成，多個零件組成，機體全重機體全重2213噸，其中最大噸，其中最大的部件下橫梁重的部件下橫梁重260噸，工噸，工作液體的壓力有作液體的壓力有350個大氣個大氣壓。能夠鍛造壓。能夠鍛造250噸重的鋼噸重的鋼錠。錠。 解放后，我國的機械制造業和其他

12、行業一樣得到了很大解放后，我國的機械制造業和其他行業一樣得到了很大的發展，尤其是黨的十一屆三中全會以來，發展速度更快，的發展，尤其是黨的十一屆三中全會以來，發展速度更快，很多先進技術和科研成果達到或超過了世界先進水平。目很多先進技術和科研成果達到或超過了世界先進水平。目前，我國已建立起了比較完整的機械制造工業體系，為我前，我國已建立起了比較完整的機械制造工業體系，為我國的社會主義現代化建設打下了雄后的物質基礎。所以，國的社會主義現代化建設打下了雄后的物質基礎。所以，我國的機械制造事業發展速度是相當快的，當然也應該看我國的機械制造事業發展速度是相當快的，當然也應該看到我國的機械制造業起點低、發展

13、時間短，在某些方面和到我國的機械制造業起點低、發展時間短，在某些方面和世界先進水平相比，還存在一些差距，這就要求我們要學世界先進水平相比，還存在一些差距，這就要求我們要學好機械，熱愛機械制造業，將來為我國的機械工業發展做好機械，熱愛機械制造業，將來為我國的機械工業發展做出應有貢獻。出應有貢獻。 中國機械發展簡史中國機械發展簡史 本課程是一門介于基礎課和本課程是一門介于基礎課和專業課之間的較重要的設計性的專業課之間的較重要的設計性的技術基礎課，起著技術基礎課，起著“從理論過渡從理論過渡到實際、從基礎過渡到專業到實際、從基礎過渡到專業”的的承先啟后的橋梁作用。承先啟后的橋梁作用。 本課程研究的對象

14、本課程研究的對象 本課程研究的對象是本課程研究的對象是機械機械 機械機械是機器與機構的總稱是機器與機構的總稱 本課程研究的對象本課程研究的對象機械工業的生產水平是一個國家現代化建設水平的重要標機械工業的生產水平是一個國家現代化建設水平的重要標志。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，機器既能承擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產改進產品擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產改進產品質量，特別是能夠大大提高勞動生產率和改善勞動條件。質量，特別是能夠大大提高勞動生產率和改善勞動條件。只有使用機器，才能便于實現產品的標準化、系列化

15、和通只有使用機器，才能便于實現產品的標準化、系列化和通用化，尤其是便于實現高度的機械化、電氣化和自動化。用化，尤其是便于實現高度的機械化、電氣化和自動化。機械工業肩負著為國民經濟各個部門提供裝備和促進技術機械工業肩負著為國民經濟各個部門提供裝備和促進技術改造的重任。改造的重任。大量地設計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強大量地設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濟發展的力度加速我國的現代化建設。促進國民經濟發展的力度加速我國的現代化建設。 本課程研究的對象本課程研究的對象傳統機器的定義傳統機器的定義： 人為的實物組合體；人為的實物組合體；各實體間具有確定的相對運動；各實

16、體間具有確定的相對運動；能代替人類做有用的機械功或進行能能代替人類做有用的機械功或進行能量轉換。量轉換。機器的實例如：機器的實例如：汽車汽車、車床車床、洗衣機洗衣機等。等。 本課程研究的對象本課程研究的對象 現代機器的內涵還應包括機器能現代機器的內涵還應包括機器能進行信息處理、影像處理等功能。進行信息處理、影像處理等功能。如如照相機照相機、CTCT機等。機等。 本課程研究的對象本課程研究的對象機器的組成機器由一般由三大部分組成：機器由一般由三大部分組成： 原動部分原動部分 傳動部分傳動部分 執行部分執行部分 本課程研究的對象本課程研究的對象圖示轎車除原動機部分、傳動部分和執行部分外，還包含了控

17、制系統和其它輔助系統圖示轎車除原動機部分、傳動部分和執行部分外，還包含了控制系統和其它輔助系統 轎車的組成自動洗衣機的組成：自動洗衣機的組成：上蓋上蓋控制面板控制面板進水口進水口排水管排水管外箱體外箱體盛水桶盛水桶支撐拉桿支撐拉桿脫水桶脫水桶電動機電動機帶傳動帶傳動減速器減速器波輪波輪 人們為了滿足生產和生活的需要，研制了類型繁多、人們為了滿足生產和生活的需要，研制了類型繁多、功能各異的機器。尤其是蒸汽機出現之后，使機器具有功能各異的機器。尤其是蒸汽機出現之后，使機器具有了完整的形態。了完整的形態。 一臺完整的機器的組成如下：一臺完整的機器的組成如下：原動機部分原動機部分傳動部分傳動部分執行部

18、分執行部分潤滑、顯示、照明等輔助部分潤滑、顯示、照明等輔助部分控制系統控制系統傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器 本課程研究的對象本課程研究的對象原動部分原動部分機器完成預定功能的動力源，最常見的是機器完成預定功能的動力源，最常見的是 內燃機、電動機。內燃機、電動機。 執行部分執行部分完成預定的動作，位于傳動路線的終點。完成預定的動作，位于傳動路線的終點。 傳動部分傳動部分聯接原動機和執行部分的中間部分。聯接原動機和執行部分的中間部分。 控制部分控制部分保證機器的啟動、停止和正常協調動作。保證機器的啟動、停止和正常協調動作。傳感部分傳感部分將機器的工作參數，如位移、速度、加速將機器的工作參數

19、，如位移、速度、加速 度、溫度、壓力等反饋給控制部分。度、溫度、壓力等反饋給控制部分。輔助部分輔助部分包括機器的潤滑、顯示、照明等。也是保包括機器的潤滑、顯示、照明等。也是保 證機器正常工作不可缺少的部分證機器正常工作不可缺少的部分 本課程研究的對象本課程研究的對象機構的定義機構的定義： 具有確定的相對運動；具有確定的相對運動；能實現一定運動轉換的實物組合體。能實現一定運動轉換的實物組合體。 本課程研究的對象本課程研究的對象機構實例機構實例內燃機內燃機功能功能：內燃機是：內燃機是將燃氣燃燒時的將燃氣燃燒時的熱能轉化為機械熱能轉化為機械能的機械裝置能的機械裝置 組成：組成：見右圖見右圖氣缸體氣缸

20、體1活塞活塞2進氣閥進氣閥3排氣閥排氣閥4連桿連桿5曲軸曲軸6凸輪凸輪7頂桿頂桿8齒輪齒輪9點擊播放點擊播放 本課程研究的對象本課程研究的對象幾個術語：幾個術語： 零件零件制造的最小單元制造的最小單元 通用零件通用零件在各種機器中通用的零件在各種機器中通用的零件 專用零件專用零件只有在特定的機器中才用的零件只有在特定的機器中才用的零件 構件構件運動的最小單元運動的最小單元 部件部件為實現確定的相對運動的實物組合體為實現確定的相對運動的實物組合體 本課程研究的對象本課程研究的對象零件數量舉例 長春汽車廠生產的解放牌長春汽車廠生產的解放牌CA-15CA-15型型（載重（載重5 5噸）汽車由噸）汽車

21、由 種，種， 個零件個零件組成。一般是裝成總成（部件），然后組成。一般是裝成總成（部件），然后再裝成汽車。再裝成汽車。 阿波羅飛船有零件阿波羅飛船有零件 個。個。 波音飛機波音飛機747747型有零件型有零件 個。個。（世界博覽（世界博覽86.11.86.11.第第1212頁，波音飛機占頁，波音飛機占世界飛機總量的世界飛機總量的57%57%）2086208687538753560560萬萬五億多五億多 大型的設備舉例3030米長的米長的汽車汽車3232米長的米長的汽車汽車載重載重154154噸的噸的汽車汽車載重載重400400噸的噸的汽車汽車A380A380飛機飛機山峽水庫截流使用的山峽水庫截

22、流使用的汽車汽車天下第一鐘天下第一鐘1 1、本課程的內容包括二部分：、本課程的內容包括二部分： 機械原理部分機械原理部分 機械零件部分機械零件部分 本課程研究的內容和任務本課程研究的內容和任務 2 2、本課程的任務：、本課程的任務： 懂基本理論懂基本理論 會設計常用機械會設計常用機械 本課程研究的內容和任務本課程研究的內容和任務1 1、本課程的特點：、本課程的特點：1 1）、與先修課的關系：機械制圖、理論力）、與先修課的關系：機械制圖、理論力學、材料力學、金屬工藝學、公差配合與技術測學、材料力學、金屬工藝學、公差配合與技術測量。量。通過本課程的學習，可為今后學習機床夾具通過本課程的學習，可為今

23、后學習機床夾具設計、機床、機械制造工藝學等專業課程打下基設計、機床、機械制造工藝學等專業課程打下基礎礎 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法 2 2）、本課程的特點）、本課程的特點 用基礎科學與機械設計的區別進行講解：用基礎科學與機械設計的區別進行講解：舉例：萬有引力重力破碎機舉例：萬有引力重力破碎機 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法舉例：螺釘舉例：螺釘 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法實踐性強 本課程是一門技術基礎課，其研究對本課程是一門技術基礎課，其研究對象是在生產實際中廣泛應用的機械，所要象是在生產實際中廣泛應用的機械，所要解決的問題大多數是工程中的實際問

24、題解決的問題大多數是工程中的實際問題（與理論力學的不同點），因此要求學生（與理論力學的不同點），因此要求學生加強基本技能的訓練，如簡圖測繪、齒輪加強基本技能的訓練，如簡圖測繪、齒輪參數測量等。要培養工程素養，作圖應嚴參數測量等。要培養工程素養，作圖應嚴格按要求進行。要重視實驗課。格按要求進行。要重視實驗課。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法獨立性強獨立性強各章內容彼此獨立，前后聯系不甚密各章內容彼此獨立，前后聯系不甚密切。好處是前面的章節沒學好，不影響后切。好處是前面的章節沒學好，不影響后面的章節學習。不利之處是不容易形成完面的章節學習。不利之處是不容易形成完整的知識體系。因此，要

25、經常復習前面已整的知識體系。因此，要經常復習前面已學過的內容，找出某些共同點，通過比較、學過的內容，找出某些共同點，通過比較、歸納、整理等學習方法，將各部分的機械歸納、整理等學習方法，將各部分的機械設計知識互相聯系起來，以便形成比較完設計知識互相聯系起來，以便形成比較完整的機械設計體系。整的機械設計體系。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法綜合性強綜合性強 本課程學習要綜合運用已學過的知識，本課程學習要綜合運用已學過的知識，先修課程的知識點對本課程的學習很有用先修課程的知識點對本課程的學習很有用處，要綜合運用先修課的知識來學習本課處，要綜合運用先修課的知識來學習本課程。除理論知識點外

26、，還要有一定的生產程。除理論知識點外，還要有一定的生產實踐知識，要對觀察生產實踐中的機械設實踐知識，要對觀察生產實踐中的機械設備。備。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法涉及面廣涉及面廣關系多關系多因與諸多先修課關系密切。因與諸多先修課關系密切。要求多要求多強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經濟性。濟性。門類多門類多各類零件，各有特點，設計方法各異。各類零件，各有特點，設計方法各異。公式多公式多計算多，有解析式、半解析式、經驗的、半計算多，有解析式、半解析式、經驗的、半經驗的及定義式。經驗的及定義式。圖表多圖表多結構圖、分析圖、原理圖、示意圖、

27、曲線結構圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線 圖、標準、經驗數表。圖、標準、經驗數表。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法2 2、本課程的學習方法：、本課程的學習方法： 1 1）著重搞清楚基本概念，理解基本原理，）著重搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握機構分析與綜合的基本方法。掌握機構分析與綜合的基本方法。2 2）注意把一般原理和方法與具體運用密切）注意把一般原理和方法與具體運用密切聯系起來。并用所學知識觀察日常生活聯系起來。并用所學知識觀察日常生活與生產遇到的各種機械。與生產遇到的各種機械。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法3 3）注意培養運用所學基本理論與方法去分注意培養

28、運用所學基本理論與方法去分析和解決工程實際問題的能力。析和解決工程實際問題的能力。4) 4) 注意培養綜合分析、全面考慮問題的能注意培養綜合分析、全面考慮問題的能力。解決同一實際問題，往往有多種方力。解決同一實際問題，往往有多種方法和結果，要通過分析、對比、判斷和法和結果，要通過分析、對比、判斷和決策，做到優中選優。決策，做到優中選優。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法5) 5) 注意培養科學嚴謹、一絲不茍的工作作注意培養科學嚴謹、一絲不茍的工作作風。在今后的工作中要與各種機械設備、風。在今后的工作中要與各種機械設備、各種裝置打交道，稍有不慎，即可能造各種裝置打交道，稍有不慎，即可

29、能造成損失、損壞。成損失、損壞。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法 除常規的學習方法外，注意三個問題：除常規的學習方法外，注意三個問題： 1 1）轉折）轉折-理論聯系實際；理論聯系實際； 2 2）明確）明確-設計并非計算；設計并非計算； 3 3）認清）認清-范例并非標準。范例并非標準。 本課程的特點和學習方法本課程的特點和學習方法 機械設計應滿足的要求是：在滿足預期功能的前機械設計應滿足的要求是：在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低；在預定使用期限內提下，性能好、效率高、成本低；在預定使用期限內安全可靠，操作方便、維修簡單和造型美觀等。安全可靠，操作方便、維修簡單和造型美

30、觀等。 主要要求有：使用要求、經濟要求、安全要求、主要要求有：使用要求、經濟要求、安全要求、外觀要求。外觀要求。 此外還有：噪聲、起重、運輸、衛生、防腐蝕、此外還有：噪聲、起重、運輸、衛生、防腐蝕、防凍等。防凍等。 實質上可歸納為二條：實質上可歸納為二條： 1 1）避免失效；）避免失效； 2 2）提高總體效益。）提高總體效益。 1 1、機械設計應滿足的基本要求、機械設計應滿足的基本要求 機械設計概述機械設計概述 機械零件由于某種原因不能正常工作（機械零件由于某種原因不能正常工作（完完不成規定的功能或達不到設計要求的性能）不成規定的功能或達不到設計要求的性能）時，時，稱為稱為失效失效。破壞是失效

31、，但失效并不單純意味。破壞是失效，但失效并不單純意味著破壞。著破壞。 在不發生失效的條件下，零件所能安全工在不發生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為作的限度，稱為工作能力工作能力。此限度對載荷而言此限度對載荷而言時，又稱為時，又稱為承載能力承載能力。2、機械零件的失效形式和設計準則、機械零件的失效形式和設計準則 機械設計概述機械設計概述機械零件可能的失效形式歸納起來主要有以下幾種：機械零件可能的失效形式歸納起來主要有以下幾種：斷裂或塑性變形；過大的彈性變形；工作表面的過度磨損或斷裂或塑性變形；過大的彈性變形；工作表面的過度磨損或損傷；發生強烈的振動；聯接的松弛；摩擦傳動的打滑等。損傷；

32、發生強烈的振動；聯接的松弛；摩擦傳動的打滑等。當周期性干擾力的頻率與軸的自振頻率相等或接近時，就會當周期性干擾力的頻率與軸的自振頻率相等或接近時，就會發生發生共振共振，導致振幅急劇增大，這種現象稱為失去，導致振幅急劇增大，這種現象稱為失去振動穩定性振動穩定性。共振可能在短期內使零件損壞，所以對于重要的、特別是高速共振可能在短期內使零件損壞，所以對于重要的、特別是高速運轉的軸，還應驗算其振動穩定性。運轉的軸，還應驗算其振動穩定性。機械零件雖然有多種可能的失效形式，但歸納起來最主要的機械零件雖然有多種可能的失效形式，但歸納起來最主要的為強度、剛度、耐磨性、穩定性和溫度的影響等幾個方面的問為強度、剛

33、度、耐磨性、穩定性和溫度的影響等幾個方面的問題。題。 機械設計概述機械設計概述 對于各種不同的失效形式，相應地有各種工作能對于各種不同的失效形式，相應地有各種工作能力判定條件。這種為防止失效而制定的判定條件，通力判定條件。這種為防止失效而制定的判定條件，通常稱為常稱為工作能力設計準則工作能力設計準則。 機械零件的設計準則有機械零件的設計準則有 強度準則強度準則是指零件中的應力不得超過允許的限度，是指零件中的應力不得超過允許的限度，即許用應力，用公式表示為即許用應力，用公式表示為 slim 機械設計概述機械設計概述式中：式中：limlim為極限應力，為極限應力，S S為安全系數為安全系數 零件的

34、損壞將影響人身安全。以自行車為例，零件的損壞將影響人身安全。以自行車為例，如自行車的前叉、橫梁的生產，一般情況下保證不如自行車的前叉、橫梁的生產，一般情況下保證不出現問題；出現問題； 零件的損壞不造成人身事故，但對整個設備零件的損壞不造成人身事故，但對整個設備造成很大的影響。如自行車的腳蹬、鏈條等，不更造成很大的影響。如自行車的腳蹬、鏈條等，不更換就不能運行，要基本保證不出現問題；換就不能運行，要基本保證不出現問題； 零件的損壞不造成太大的設備事故，但影響零件的損壞不造成太大的設備事故，但影響正常運行。如自行車內胎破了，必須補好，不常出正常運行。如自行車內胎破了，必須補好，不常出現，但不能保證

35、不出現；現，但不能保證不出現； 零件的損壞不造成任何設備事故，要求最低。零件的損壞不造成任何設備事故，要求最低。如自行車的幅條斷了。如自行車的幅條斷了。安全系數的選取可以分為四種情況安全系數的選取可以分為四種情況 機械設計概述機械設計概述 當然，安全系數選取很重要，選小了，容易當然，安全系數選取很重要，選小了，容易造成零件的損壞，但選大了就會造成零件的結構造成零件的損壞，但選大了就會造成零件的結構龐大，浪費材料和增加設備的成本。如為了保證龐大，浪費材料和增加設備的成本。如為了保證自行車輪胎不破，可以使用平板車的輪胎；如為自行車輪胎不破，可以使用平板車的輪胎；如為了使自行車的幅條不斷，可用幾毫米

36、的鋼條來做了使自行車的幅條不斷，可用幾毫米的鋼條來做成輻條。這樣，雖然輪胎和輻條的可靠度大了，成輻條。這樣，雖然輪胎和輻條的可靠度大了，但重量也增加了，成本也大了，整個自行車的體但重量也增加了，成本也大了，整個自行車的體積就大了，自行車會因價格高、體積重而沒有銷積就大了，自行車會因價格高、體積重而沒有銷路。所以，不能單純地追求很高的可靠度。過高路。所以，不能單純地追求很高的可靠度。過高的追求安全就意味著存在浪費。的追求安全就意味著存在浪費。 機械設計概述機械設計概述 指零件在載荷作用下產生的彈性變形量不大指零件在載荷作用下產生的彈性變形量不大于允許值，用公式表示為于允許值，用公式表示為 yy

37、機械設計概述機械設計概述1）機械系統一般的設計順序）機械系統一般的設計順序3 3、機械零件的設計方法和一般步驟、機械零件的設計方法和一般步驟 機械設計概述機械設計概述理論設計方法二種：理論設計方法二種：設計設計-從頭作起，很少用；從頭作起，很少用；校核校核-先假設，再進行校核計算。先假設，再進行校核計算。經驗設計經驗設計-又稱為類比設計法，以一定又稱為類比設計法，以一定的實物為參考，設計出新產品，實際上應用這種的實物為參考，設計出新產品，實際上應用這種方法為多。方法為多。 計算機輔助設計計算機輔助設計 模擬實驗設計模擬實驗設計2 2）設計方法）設計方法 機械設計概述機械設計概述3 3）設計步驟

38、）設計步驟（1 1）根據使用要求，選擇零件的類型和結構；）根據使用要求，選擇零件的類型和結構；（2 2）根據工作要求，計算零件上載荷；）根據工作要求，計算零件上載荷；（3 3）根據工作條件，選擇材料；）根據工作條件，選擇材料；（4 4）確定計算準則，計算出零件的基本尺寸；）確定計算準則，計算出零件的基本尺寸；（5 5）結構設計；）結構設計；（6 6）校核計算；）校核計算；（7 7）寫說明書。）寫說明書。 機械設計概述機械設計概述2.2.機構的組成機構的組成通通用零件用零件專用零件專用零件部件部件零件零件構件構件實踐性強實踐性強獨立性強獨立性強綜合性強綜合性強涉及面廣涉及面廣3.3.本課程的特點

39、本課程的特點 知識小結知識小結1.1.機械機械 機構機構機器機器 知識小結知識小結4.4.機械設機械設 計概述計概述 失效形式失效形式與設計準則與設計準則機械設計機械設計基本要求基本要求失效形式失效形式工作能力準則工作能力準則設計準則設計準則設計步驟設計步驟本 章 結 束桔槔桔槔 桔槔是在一根豎立的桔槔是在一根豎立的架子上加上一根細長的杠架子上加上一根細長的杠桿，當中是支點，末端懸桿，當中是支點，末端懸掛一個重物，前段懸掛水掛一個重物，前段懸掛水桶。當人把水桶放入水中桶。當人把水桶放入水中打滿水以后，由于杠桿末打滿水以后，由于杠桿末端的重力作用，便能輕易端的重力作用，便能輕易把水提拉至所需處。

40、桔槔把水提拉至所需處。桔槔早在春秋時期就已相當普早在春秋時期就已相當普遍，而且延續了幾千年，遍，而且延續了幾千年，是中國農村歷代通用的舊是中國農村歷代通用的舊式提水器具。式提水器具。侯風地動儀侯風地動儀指南車指南車記里鼓車記里鼓車織布機織布機 水運儀象臺水運儀象臺 水運儀象臺是以水為動力來運轉的水運儀象臺是以水為動力來運轉的天文鐘。蘇頌和韓公廉于宋元祜元年（公天文鐘。蘇頌和韓公廉于宋元祜元年（公元元10861086年）開始設計，到元祜七年全部完年）開始設計，到元祜七年全部完成。臺高約成。臺高約1212米米, ,寬約寬約7 7米，最上層設置渾米，最上層設置渾儀且有可以開閉的屋頂，這已具現代天文儀

41、且有可以開閉的屋頂，這已具現代天文臺的雛型。中層是渾象臺的雛型。中層是渾象. .下層是報時系統。下層是報時系統。這三部分用一套傳動裝置和一組機輪聯接這三部分用一套傳動裝置和一組機輪聯接起來，用漏壺水沖動機輪，帶動渾儀、渾起來，用漏壺水沖動機輪，帶動渾儀、渾象、報時裝置一起轉動。可通過控制勻速象、報時裝置一起轉動。可通過控制勻速流動的水來調節樞輪向某一方向等時轉動，流動的水來調節樞輪向某一方向等時轉動，使渾儀和渾象的轉動與天體運動保持同步。使渾儀和渾象的轉動與天體運動保持同步。在報時裝置中巧妙地利用了在報時裝置中巧妙地利用了160160多個小木多個小木人，鐘、鼓、鈴、鉦四種樂器，不僅可以人，鐘、

42、鼓、鈴、鉦四種樂器，不僅可以顯示時、刻，還能報昏、旦時刻和夜晚的顯示時、刻，還能報昏、旦時刻和夜晚的更點。水運儀象臺的機械傳動裝置，類似更點。水運儀象臺的機械傳動裝置，類似現代鐘表的擒縱器，被英國的李約瑟認為現代鐘表的擒縱器，被英國的李約瑟認為“很可能是歐洲中世紀天文鐘的直接祖很可能是歐洲中世紀天文鐘的直接祖先先”。秦陵二號銅車馬秦陵二號銅車馬 銅車馬說明銅車馬說明 19801980年冬，我國考古工作者在陜西臨潼縣東的秦始皇陵發掘出土年冬，我國考古工作者在陜西臨潼縣東的秦始皇陵發掘出土了兩乘大型彩繪銅車馬。二號銅車馬通長了兩乘大型彩繪銅車馬。二號銅車馬通長317cm317cm，車高，車高106

43、.2cm106.2cm。據。據研究，這兩乘大型彩繪銅車馬制作于公元前三世紀，車的結構和系研究，這兩乘大型彩繪銅車馬制作于公元前三世紀，車的結構和系駕關系完全模擬實物，與真車無異。銅車馬結構復雜，由駕關系完全模擬實物，與真車無異。銅車馬結構復雜，由34623462件件( (包包括金銀制零件括金銀制零件17201720件件) )個部件組合而成，采用了鑄造、焊接、鉚接、個部件組合而成，采用了鑄造、焊接、鉚接、銷釘固定、沖鑿、鏨刻、拋光等工藝，以及各種各樣的連接機構。銷釘固定、沖鑿、鏨刻、拋光等工藝，以及各種各樣的連接機構。銅車馬除采用部分金銀飾件外，其余全部為青銅鑄件，而且能按不銅車馬除采用部分金銀

44、飾件外，其余全部為青銅鑄件，而且能按不同的使用性能選用不同的合金比例。銅車馬結構合理，工藝精湛，同的使用性能選用不同的合金比例。銅車馬結構合理，工藝精湛，雖埋在地下兩千多年，但各部連接十分靈活，窗門啟閉自如，牽動雖埋在地下兩千多年，但各部連接十分靈活，窗門啟閉自如，牽動轅衡，帶動輪軸轉動，可以載輿以行。銅車馬制作精美，比例恰當轅衡，帶動輪軸轉動，可以載輿以行。銅車馬制作精美，比例恰當，裝飾華麗，是我國古代科技藝術與造型藝術完美結合的典范，是，裝飾華麗，是我國古代科技藝術與造型藝術完美結合的典范，是勞動人民智慧的結晶，充分顯示了我中華民族卓越的創造才能，在勞動人民智慧的結晶，充分顯示了我中華民族

45、卓越的創造才能，在中國和世界機械史上留下了極其光輝一頁。中國和世界機械史上留下了極其光輝一頁。 （摘自（摘自機械工程師進修大學刊授教材機械工程師進修大學刊授教材第一冊第一冊2020頁頁19841984年年） 青銅立人像高青銅立人像高172172厘米，底座高厘米，底座高9090厘米，通高厘米，通高262262厘米，厘米， 19861986年于年于四川四川廣漢廣漢三星堆三星堆遺址二號祭祀坑出土，整體由立人遺址二號祭祀坑出土，整體由立人像和臺座兩大部分接鑄而成。立人像頭戴像和臺座兩大部分接鑄而成。立人像頭戴蓮花蓮花狀（代表狀（代表日神日神）的獸面紋和回字紋高冠，后腦勺上鑄有一凹痕，可能原有發的獸面紋

46、和回字紋高冠，后腦勺上鑄有一凹痕，可能原有發簪之燈的飾物嵌于此。身著窄袖與半臂式右衽套裝上衣三件。簪之燈的飾物嵌于此。身著窄袖與半臂式右衽套裝上衣三件。最外一層為單袖半臂式連肩衣，衣上佩方格狀類，似編織而最外一層為單袖半臂式連肩衣，衣上佩方格狀類，似編織而成的成的 綬帶綬帶 ， 綬帶綬帶 兩端在背心處結襻，襻上飾物已脫。衣兩端在背心處結襻，襻上飾物已脫。衣左側有兩左側有兩 組相同的龍紋，每組為兩條，呈組相同的龍紋，每組為兩條，呈 已已 字相背狀。字相背狀。 衣服右衽前后兩邊各有豎行的兩組紋飾圖案，一組為橫衣服右衽前后兩邊各有豎行的兩組紋飾圖案，一組為橫倒的蟬紋，另一組為蟲紋和目紋（倒的蟬紋，另

47、一組為蟲紋和目紋（甲骨文甲骨文和和西周西周金文金文蜀字是蜀字是 由目和蟲組成）相間的紋飾。中間一層為由目和蟲組成）相間的紋飾。中間一層為V V形領，短袖。衣左形領，短袖。衣左背后有一卷龍紋。最里一層深衣分前后裾，前裾短而平整，背后有一卷龍紋。最里一層深衣分前后裾，前裾短而平整，后裾長，兩側擺角下垂近腳踝。在前后裾上后裾長，兩側擺角下垂近腳踝。在前后裾上 有頭戴鋸齒形冠有頭戴鋸齒形冠的獸面紋。腳戴鐲，赤足立于獸面臺座上。的獸面紋。腳戴鐲，赤足立于獸面臺座上。青銅立人像介紹青銅立人像介紹 金杖系用金條捶打成金皮后，再包卷在木杖金杖系用金條捶打成金皮后，再包卷在木杖上；出土時木杖已炭化，僅存金皮，金

48、皮內還殘上；出土時木杖已炭化，僅存金皮，金皮內還殘留有炭化的木渣。留有炭化的木渣。 在金杖一端，有長約在金杖一端，有長約4646厘米長的一段圖案，厘米長的一段圖案，圖案共分三組：靠近端頭的一組，合攏看為兩個圖案共分三組：靠近端頭的一組，合攏看為兩個前后對稱，頭戴五齒巫冠，耳飾三角形耳墜的人前后對稱，頭戴五齒巫冠，耳飾三角形耳墜的人頭像，笑容可掬。另外兩組圖案相同，其上下方頭像，笑容可掬。另外兩組圖案相同，其上下方分別皆是兩背相對的鳥與魚，在鳥的頸部和魚的分別皆是兩背相對的鳥與魚，在鳥的頸部和魚的頭部疊壓著一支箭狀物。頭部疊壓著一支箭狀物。 金杖的介紹金杖的介紹 青銅神樹樹干高青銅神樹樹干高38

49、4384厘米，通高厘米，通高396396厘米厘米 ，由樹，由樹座和樹干兩部分組成。樹座略呈圓錐狀，底座呈圓環座和樹干兩部分組成。樹座略呈圓錐狀，底座呈圓環形，上飾云氣紋，底座之上為三山相連狀，山上亦有形，上飾云氣紋，底座之上為三山相連狀，山上亦有云氣紋。樹干接鑄于山頂正中，干直，樹根外露。樹云氣紋。樹干接鑄于山頂正中，干直，樹根外露。樹干上有三層樹枝，每層為三枝丫，枝丫端部長有果實，干上有三層樹枝，每層為三枝丫，枝丫端部長有果實，一果枝上揚，果上站立一鳥，兩果枝下垂。在樹椏和一果枝上揚，果上站立一鳥，兩果枝下垂。在樹椏和果托下分別鑄有火輪。在樹的一側，有一條龍援樹而果托下分別鑄有火輪。在樹的一

50、側，有一條龍援樹而下，龍身呈辮索狀馬面頭，劍狀羽翅。從造型來看，下，龍身呈辮索狀馬面頭，劍狀羽翅。從造型來看，該青銅神樹應是代表東方的神木該青銅神樹應是代表東方的神木“扶桑扶桑”。青銅神樹介紹青銅神樹介紹 在三星堆出土的眾多青銅面具中，造型最奇特、在三星堆出土的眾多青銅面具中，造型最奇特、最威風的要算青銅縱目面具。縱目面具均出自二號最威風的要算青銅縱目面具。縱目面具均出自二號祭祀坑，共祭祀坑，共3 3件，分大小兩型。其中件，分大小兩型。其中A A型型2 2件較小，件較小，B B型的型的1 1件則較大。件則較大。 B B型面具就是這件有型面具就是這件有“千里眼千里眼”、“順風耳順風耳”之之譽的大

51、型青銅縱目面具。其形象特征為：眉尖上挑，譽的大型青銅縱目面具。其形象特征為：眉尖上挑，雙眼斜長，眼球呈極度夸張，呈柱狀向前縱凸伸出雙眼斜長，眼球呈極度夸張，呈柱狀向前縱凸伸出達達1616厘米；雙耳向兩側充分展開；短鼻梁，鼻翼呈厘米；雙耳向兩側充分展開；短鼻梁，鼻翼呈牛鼻狀向上內卷；口闊而深，口縫深長上揚，似微牛鼻狀向上內卷；口闊而深，口縫深長上揚，似微露舌尖，作神秘微笑狀。其額部正中有一方孔，可露舌尖，作神秘微笑狀。其額部正中有一方孔，可能原補鑄有精美的額飾，可以想象，它原來的整體能原補鑄有精美的額飾，可以想象，它原來的整體形象當更為精絕雄奇。形象當更為精絕雄奇。 青銅縱目面具介紹青銅縱目面具介紹 三星堆出土三星堆出土 的的“玉邊璋玉邊璋”為商代文物，通長為商代文物，通長54.5