1、YCF正版可修改PPT（中職）機械設計基礎1教學課件第一章 機械設計概述本章概述教學目標第一節 機構運動簡圖第二節 機械零件的強度本 章 概 述不同的機械其功能和外形都不同，但它們設計的基本要求大體相同，機器由機構組成，機構由構件組成。在機械的設計過程中，主要零件的基本尺寸往往是通過強度計算、剛度計算等確定的。而進行設計計算，應先確定該零件工作時所承受的載荷和應力的性質，并根據所選 用的材料、熱處理和使用要求，合理地選擇安全系數，確定許用應 力，進行強度計算。本章就機構的分類、簡圖以及機構零件強度方面 的相關內容進行介紹和講解。返回教 學 目 標1. 熟悉機器的基本組成及其要求2.了解運動副及

2、其分類，理解平面機構運動簡圖的繪制，熟悉機構運動簡圖。3. 熟悉應力、極限應力、許用應力的基本概念。4. 熟悉機械零件強度計算原理，會進行強度計算。返回第一節 機構運動簡圖機器由機構組成，如單缸內燃機由曲柄滑塊機構、齒輪機構和凸輪機 構組成。機構由構件組成。如果機構中所有構件都在同一個平面內或 互相平行的平面內運動，這種機構稱為平面機構，否則稱為空間機 構。工程中常見的機構大多數屬于平面機構。一、運動副及其分類構件組成機構時，為了使各構件間具有一定的相對運動，構件之間必定要以某種方式連接起來。兩構件直接接觸而又彼此有一定的相對運動的連接稱為運動副。組成運動副的兩構件通過面接觸而組成的運動副稱為

3、低副，通過點或線的形式相接觸而成的運動副稱為高副。下一頁返回第一節 機構運動簡圖1.低副根據它們之間的相對運動是轉動或移動，又可分為轉動副和移動副。(1)轉動副組成運動副的兩構件之間只能繞某一軸線作相對轉動,如圖1-1所示。(2)移動副組成運動副的兩構件只能沿某一軸線作相對直線移動,如圖1-2所示。低副限制了兩個構件之間的兩種相對運動，保留了一種相對運動(相對轉動或移動)。2.高昌兩構件之間通過點或線接觸組成的運動副，稱為高副。如圖1-3(a)中的輪齒1與輪齒2,圖1-3(b)中的凸輪1與從動件2，它們分別在接觸處形成高副。上一頁下一頁返回第一節 機構運動簡圖平面高副可用接觸處的輪廓曲線表示。

4、高副限制了兩構件沿接觸點法線方向的相對運動。齒輪與齒輪嚙合、齒輪與齒條等嚙合的高副及其他常用零部件可按表1-1規定符號表示。二、構件的分類根據機構在工作時構件的運動情況不同，可將構件分為如下3類:1.機架機架是機構中視為固定不動的構件，用來支撐其他活動構件。任何一個機構，必須有一個構件被相對視為機架。2.主動件上一頁下一頁返回第一節 機構運動簡圖機構中接受外部給定運動規律的活動構件稱為主動件或原動件，一般與機架相連。機構通過主動件從外部輸入運動和動力。3.從動件機構中隨主動件而運動的其他可動構件稱為從動件。當從動件輸出運動或實現機構功能時，該從動件便稱為輸出件或執行件。如圖1-4所示的 式破碎

5、機主體機構中，2為主動件，3、4為從動件，1為機架。三、平面機構運動簡圖實際機構的外形和結構都很復雜，但是機構的運動特性僅與機構的構件數、運動副的類型和數目以及它們的相對位置有關，而與構件的外形、截面尺寸及運動副的具體結構等因素無關。上一頁下一頁返回第一節 機構運動簡圖因此，在分析機構運動時，為了簡化問題便于研究，常常可以不考慮與運動無關的因素，用規定的運動副符號和簡單線條表示運動副和構件，并按一定的比例確定運動副的位置，這種用規定的簡化畫法表達機構中各構件運動關系的圖形稱為機構運動簡圖。通過實例介紹機構運動簡圖的繪制方法和步驟如下:例1-1繪制如圖1-4 ( a)所示的顎式破碎機主體機構的運

6、動簡圖。解 (1)分析機構的組成及運動情況。在顎式破碎機中，帶輪5與偏心輪2固結在一起繞A軸轉動，為原動件。偏心軸2帶動動顎板3運動時將礦石粉碎。1為機架。動顎板3與肘板4連接，肘板4與機架連接。動顎板和肘板為從動件。上一頁下一頁返回第一節 機構運動簡圖(2)確定運動副的類型及數量。原動件(偏心軸與帶輪)與機架構成轉動副，其中心為A。偏心軸與動顎板構成轉動副，其中心為B。動顎板與肘板構成轉動副，其中心為C。肘板與機架構成轉動副，中心為D。(3)選擇視圖平面。在繪制機構運動簡圖時，一般選多數構件的運動平面為視圖平面。顎式破碎機為平面機構，故選構件運動平面為視圖平面。(4)選擇適當比例尺，繪制機構

7、運動簡圖。根據實際機構及圖樣大小，以清楚表達機構為目的，選擇合適的比例尺(單位為m/ mm，以相應構件和運動副符號繪出機構運動簡圖，如圖1-4(b)所示。上一頁返回第二節 機械零件的強度一、載荷和應力1.載荷載荷是指零件或構件工作時所承受的外力。根據載荷性質的不同，可分為靜載荷和變載荷兩類。不隨時間變化或變化較緩慢的載荷稱為靜載荷，如重力，鍋爐中的壓力，螺檢擰緊后受到的拉力;隨時間變化的載荷稱為變載荷，如內燃機活塞桿受到的力，機器中的齒輪受到的力等。在計算中，將載荷分為名義載荷和計算載荷。根據原動機額定功率(或阻力、阻力矩)計算出來的作用于機械零件上的載荷稱為名義載荷，一般用F表示力，用T表示

8、力矩。下一頁返回第二節 機械零件的強度考慮機械零件在工作時有沖擊、振動和由于各種因素引起的載荷分布不均勻等，將名義載荷修正后用于零件計算的載荷稱為計算載荷，以 ， 表示。計算載荷與名義載荷的關系為: 式中，K為載荷系數，一般取 。2.應力與載荷一樣，構件內的應力也分為兩類:靜應力和變應力。在靜載荷作用下產生的不隨時間變化的應力稱為靜應力，如圖1-5所示;上一頁下一頁返回第二節 機械零件的強度在變載荷作用下(或靜載荷作用在運動的零件上)產生的隨時間變化的應力稱為變應力，如果應力隨時間做周期性的變化則稱為交變應力。根據應力隨時間變化的規律，較典型的交變應力有:非對稱循環的交變應力(如圖1-6所示)

9、、對稱循環的交變應力(如圖1-7所示)，脈動循環的交變應力(如圖1-8所示)。如圖1-6所示，交變應力的最大應力為 ，最小應力為 時，其平均應力 和應力幅 分別為上一頁下一頁返回第二節 機械零件的強度最小應力 與最大應力 之比稱為循環特征r，即由上述可知，交變應力參數共有5個，即 、 、 、 和r，已知其中兩個參數便可求出其余參數。循環特征r可以用來表示應力的變化情況，對稱循環的交變應力，r=-1;脈動循環的交變應力，r=0;非對稱循環的交變應力，r隨具體受力情況不同在-1+1之間變化:靜應力則可看作交變應力的一個特例，即r=+1。二、零件的極限應力靜應力下的極限應力上一頁下一頁返回第二節 機

10、械零件的強度在靜應力下工作的機械零件，其極限應力 取決于零件的失效形式。對于脆性材料制成的零件應防止發生斷裂，通常取材料的強度極限 作為極限應力，即 ;當采用塑性材料制成零件時，應防止產生過大的塑性變形，通常取材料的屈服極限 作為極限應力，即 。2.交變應力下的極限應力在交變應力下長期工作的零件，其 取決于材料的疲勞斷裂，而疲勞斷裂是一種損傷積累，它會在遠低于強度極限的應力下，突然斷裂而無明顯的塑性變形，這時的應力稱為疲勞極限(或稱持久極限)。上一頁下一頁返回第二節 機械零件的強度如圖1-9所示是表示應力 和應力循環次數N之間關系的疲勞曲線。從圖中可以看出，應力愈小，零件材料能經受的應力循環次

11、數也就愈多。對于一般鋼鐵來說，當循環次數N超過某一值 以后，曲線趨向于水平，即 時，疲勞極限N不再隨循環次數的增加而降低。 稱為循環基數，對應于 的應力稱為材料的持久極限。在對稱循環交變應力下，r=-1，取其持久極限 ，作為極限應力;在脈動循環交變應力下，r=0取其持久極限 作為極限應力。三、機械零件的強度計算強度是指零件抵抗破壞的能力，是保證機械零件工作能力的最基本要求。上一頁下一頁返回第二節 機械零件的強度如果零件的強度不夠，不僅會因零件的失效而使機器不能正常工作，甚至還可能導致安全事故。零件的強度分為體積強度和表面接觸強度。零件在載荷作用下，如果產生的應力在較大的體積內，這種應力狀態下的零件強度稱為體積強度(通常簡稱強度)。若兩零件在受載前后由點接觸或線接觸變為小表面積接觸，而且其表面產生很大的局部應力(稱為接觸應力)，這時零件的強度稱為表面接觸強度(簡稱接觸強度)。若零件的強度不夠，就會出現整體斷裂。表面接觸疲勞或塑性變形等失效而喪失工作能力。所以，設計零件時，必須滿足強度要求。上一頁下一頁返回第二節 機械零件的強度強度計算準則為式中, 零件工作時的正應力和切應力; 零件材料的許用正應力和許用切應力。 正應力和切應力的安全系數; 材料的極限正應力和極限切應力。上一頁返回圖1-1 轉動副及其符號返回圖1-2 移動副及其符號返回圖1-3（a） 高副及其符號返回圖1