第0章緒論
　　內(nèi)容提要:主要介紹本課程的研究對象、主要內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)，介紹課程的特點和學(xué)習(xí)方法、機械設(shè)計的程序和要求、本章學(xué)習(xí)的重點是了解本課程的性質(zhì)、特點和學(xué)習(xí)方法、機械是人類進行生產(chǎn)的主要勞動工具、它可以代替或減輕人的體力勞動，改善勞動條件，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、此外，只有使用機械才能進行大批量生產(chǎn)，并對生產(chǎn)進行嚴(yán)格的分工與科學(xué)化管理;也只有使用機械，才便于實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，尤其是便于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化、因此，機械工業(yè)在為國民經(jīng)濟各部門提供技術(shù)裝備和促進技術(shù)改造中起到了重要的作用，它是國民經(jīng)濟中的一個重要部分、機械工業(yè)的發(fā)展促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展，推動了我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)、可以說，機械工業(yè)的發(fā)展水平反映了一個國家和地區(qū)的社會生產(chǎn)力發(fā)展水平、
　　0.1機械的組成
　　在生產(chǎn)和生活中，人們使用著各種各樣的機械，如汽車、機床、起重機、運輸機、洗衣機等、盡管這些機械的構(gòu)造、用途和性能千差萬別，但一般都是由原動機、傳動裝置、工作機和控制裝置四部分組成的、例如，圖0-1所示的帶式運輸機就是由這四部分組成的機械、
　　圖0-1帶式運輸機
　　原動機是機械設(shè)備工作的動力來源，大部分原動機是電動機、內(nèi)燃機、燃?xì)廨啓C和柴油機等，而電動機是最為常用的一種原動機、工作機是直接完成預(yù)期功能的執(zhí)行裝置，如帶式運輸機中的卷筒和運輸帶，機床中的加工刀具等、傳動裝置則是將原動機的運動和動力傳遞給工作機的裝置，主要作用是協(xié)調(diào)原動機和工作機在運動形式、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面的不同，使之達到匹配的作用、傳動裝置大多是機械傳動，有些場合使用的是液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動，本教材僅介紹常用的機械傳動裝置、控制系統(tǒng)是根據(jù)機械系統(tǒng)的不同工況對原動機、傳動裝置和工作機實施控制的裝置、
　　從制造和裝配方面來分析，任何機械都是由許多機械零部件組成的、機械零件是機械制造過程中單獨加工的單元體，而機械部件則是機械制造過程中為完成同一目的而由若干協(xié)同工作的零件組合在一起的組合體、凡在各類機械中經(jīng)常被用到的零部件稱為通用零部件，如螺栓、齒輪、軸、軸承、聯(lián)軸器以及減速器等;而只有在特定類型的機械中才能用到的零部件稱為專用零部件，如渦輪機上的葉片、內(nèi)燃機中的曲軸、洗衣機中的波輪等、
　　0.2機械設(shè)計的一般程序
　　一部新機械從著手設(shè)計到制造出來，大致要經(jīng)過以下六個階段:
　　(1)制訂設(shè)計工作計劃、根據(jù)社會、市場的需求確定所設(shè)計機械的功能范圍和性能指標(biāo);根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)、資料及研究成果研究其實現(xiàn)的可能性，明確設(shè)計中要解決的關(guān)鍵問題;擬訂設(shè)計工作計劃和任務(wù)書、
　　(2)方案設(shè)計、按設(shè)計任務(wù)書的要求，了解、分析同類機械的設(shè)計、生產(chǎn)和使用情況以及制造廠的生產(chǎn)技術(shù)水平;擬訂機械系統(tǒng)的組成、總體布置;確定有關(guān)的機構(gòu)和傳動方式、
　　這一階段往往需要制訂多種方案進行比較，進行技術(shù)經(jīng)濟評價及可行性評價，從中選出最優(yōu)方案、
　　(3)技術(shù)設(shè)計、對已選定的設(shè)計方案進行運動學(xué)和動力學(xué)分析;確定機構(gòu)和零件的功能參數(shù)，必要時進行模擬試驗、現(xiàn)場測試;修改參數(shù)，計算零件的工作能力，進而確定機械的主要結(jié)構(gòu)尺寸，繪制設(shè)計總圖、
　　(4)施工設(shè)計、根據(jù)技術(shù)設(shè)計的結(jié)果，考慮零件的工作能力和結(jié)構(gòu)工藝性，確定零件的形狀和結(jié)構(gòu)尺寸以及配合件間的公差;完成零部件及整機的全部工作圖;編寫有關(guān)技術(shù)文件、
　　(5)試制、試驗、鑒定、所設(shè)計的機械能否實現(xiàn)預(yù)期的功能、滿足所提出的要求，其可靠性、經(jīng)濟性如何等，都須通過樣機的試驗來加以驗證、再經(jīng)過鑒定，進行科學(xué)的評價以確定是否可以投產(chǎn)或進行必要的改進設(shè)計、
　　(6)定型產(chǎn)品設(shè)計、經(jīng)過試驗和鑒定，對設(shè)計進行必要的修改后，可進行小批量的試生產(chǎn)、經(jīng)過實際條件下的使用，將取得的數(shù)據(jù)和使用意見反饋回來，再進一步修改設(shè)計，即定型產(chǎn)品設(shè)計，然后正式投產(chǎn)、
　　實際上整個機械設(shè)計的各個階段是互相聯(lián)系的，在某個階段發(fā)現(xiàn)問題后，必須返回到前面的有關(guān)階段進行設(shè)計的修改、整個機械設(shè)計過程是一個不斷修改、不斷完善以至逐漸接近最佳結(jié)果的過程、
　　0.3機器應(yīng)滿足的基本要求
　　機器應(yīng)滿足的要求有以下幾個方面:
　　(1)具有預(yù)定功能的要求、所設(shè)計制造的機器必須實現(xiàn)預(yù)定的解決生產(chǎn)或生活問題的功能，這是機器設(shè)計的最基本出發(fā)點、為使所設(shè)計的機器具有預(yù)定功能，合理選擇機器的工作原理是最重要的、顯然，預(yù)定實現(xiàn)的功能不同，設(shè)計的要求也不同、
　　(2)經(jīng)濟性要求、機器的經(jīng)濟性是一個綜合指標(biāo)，在產(chǎn)品的設(shè)計、制造、使用、銷售、維修、管理等各個環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)、總之，經(jīng)濟性要求就是在滿足功能要求的前提下使機器的總費用最低、
　　(3)安全性要求、在機器的設(shè)計階段就必須對機器的使用安全予以足夠的重視、簡單地講，安全就是指使用機器的人的安全及機器工作時本身的安全、因此，要采取各種各樣的防護措施，如防護罩、過載保護裝置、連鎖閉合裝置等、
　　(4)可靠性要求、簡單地講，可靠性就是機器在使用中性能的穩(wěn)定性，是機器的一個重要質(zhì)量指標(biāo)、可靠性水平高，說明機器在使用過程中發(fā)生故障的概率小，能正常工作的時間長、
　　(5)操作使用方便的要求、機器的工作和人的操作密切相關(guān)、在設(shè)計機器時必須注意操作要輕便省力、操作機構(gòu)要適應(yīng)人的生理條件、機器的噪聲要小、有害介質(zhì)的泄漏要少等、
　　此外，對有些機器還有一些特殊要求，如食品機械要防止污染、建筑機械要便于拆裝和搬運、交通運輸機械要重量輕等、設(shè)計機器時，在滿足基本要求的前提下還要滿足這些特殊要求，以提高機器的使用性能和保證機器的工作質(zhì)量、
　　0.4本課程的研究對象、主要內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)
　　0.4.1本課程研究的對象及主要內(nèi)容
　　機械設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)使用要求，應(yīng)用各種有關(guān)的先進科學(xué)理論和技術(shù)成果，創(chuàng)造一個在技術(shù)上盡可能先進、經(jīng)濟上合理、外形上美觀大方的具體機械、然而，本課程不可能涵蓋機械設(shè)計的所有內(nèi)容，也不是講某種機械的設(shè)計，而是介紹機械設(shè)計中的基本共性問題、由于機械零件是組成機械的基本單元，而通用機械零件又是在各種機械中都能經(jīng)常遇到的，因此，本課程將重點研究在一般工作條件下，通用機械零件的設(shè)計理論及設(shè)計方法、同時，也介紹這些零件的類型、特點、工作原理、失效形式、應(yīng)用范圍等方面的知識、具體內(nèi)容包括:
　　(1)機械設(shè)計的基礎(chǔ)知識、從機械的整體出發(fā)，闡述機械設(shè)計共性內(nèi)容，介紹有關(guān)的基礎(chǔ)理論、
　　(2)連接零件設(shè)計、介紹螺紋連接、軸轂連接的設(shè)計、
　　(3)傳動零件設(shè)計、介紹帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動、摩擦傳動、擺線針輪行星傳動的設(shè)計、
　　(4)軸系零部件設(shè)計、介紹軸、滾動軸承、滑動軸承和聯(lián)軸器、離合器以及制動器的設(shè)計、
　　(5)其他零部件設(shè)計、主要介紹彈簧的設(shè)計、
　　(6)系統(tǒng)設(shè)計、主要介紹系統(tǒng)的方案設(shè)計及創(chuàng)新設(shè)計的方法、
　　(7)機械設(shè)計新方法、簡單介紹現(xiàn)代設(shè)計方法，包括可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、計算機輔助設(shè)計(CAD)和摩擦學(xué)設(shè)計、
　　0.4.2本課程的性質(zhì)和任務(wù)
　　本課程是一門論述機械設(shè)計理論，研究機械設(shè)計方法的課程、它是學(xué)習(xí)機械工程學(xué)、從事機械工程設(shè)計的基礎(chǔ)、在教學(xué)計劃安排上，它起到由基礎(chǔ)理論課向工程專業(yè)課過渡的承上啟下的作用、它是綜合運用先修課程的知識來解決機械工程中設(shè)計問題的技術(shù)基礎(chǔ)課、
　　本課程的主要任務(wù)有:
　　(1)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，了解國家當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟政策、
　　(2)使學(xué)生掌握設(shè)計機械所必需的基本知識、基本理論和基本技能，具有設(shè)計機械傳動裝置和一般工作機的能力、同時，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、
　　(3)培養(yǎng)學(xué)生具有正確運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊及其他有關(guān)技術(shù)資料的能力、
　　(4)使學(xué)生掌握典型零件的試驗方法，獲得試驗技能的基本訓(xùn)練、
　　(5)使學(xué)生了解機械設(shè)計的新發(fā)展、
　　0.5本課程的特點和學(xué)習(xí)方法
　　由于本課程是一門綜合性和實踐性都很強的設(shè)計基礎(chǔ)課，因此，在學(xué)習(xí)本課程時必須掌握本課程的特點，在學(xué)習(xí)方法上應(yīng)盡快完成由單科向綜合、由抽象向具體、由理論到實踐的思維方式的轉(zhuǎn)變、在學(xué)習(xí)本課程時應(yīng)注意以下幾點:
　　(1)理論聯(lián)系實際、本課程研究的對象是各種機械中的零部件，只有從整機分析入手，才能設(shè)計出滿足實際要求的機械零部件，才能設(shè)計出性能優(yōu)良的機械、因此，無論是學(xué)習(xí)課程還是進行機械設(shè)計都必須了解機械的工作條件和要求，從方案選擇到參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計都要聯(lián)系實際、
　　(2)抓住設(shè)計這條主線，掌握設(shè)計規(guī)律、本課程的內(nèi)容看似雜亂無章，但在設(shè)計時卻都要遵循相同的設(shè)計規(guī)律，這一規(guī)律表現(xiàn)在設(shè)計機械零部件時所考慮的問題及設(shè)計程序一般都是相同的，即類型選擇-工作原理-失效形式-設(shè)計準(zhǔn)則-計算方法-結(jié)構(gòu)設(shè)計只要抓住設(shè)計這條主線，就能把本課程的各章內(nèi)容貫穿起來、因此，學(xué)習(xí)本課程時一定要抓住設(shè)計這條主線，熟練掌握設(shè)計機械零部件的一般規(guī)律、
　　(3)培養(yǎng)解決工程實際問題的能力、進行多因素的分析、設(shè)計參數(shù)多方案的選擇、經(jīng)驗公式或經(jīng)驗數(shù)據(jù)的選用及結(jié)構(gòu)設(shè)計，在解決工程實際問題中是經(jīng)常遇到的問題，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程中的難點、因此，在學(xué)習(xí)本課程時一定要盡快適應(yīng)這種情況，按解決實際問題的思維方法，努力培養(yǎng)自己的機械設(shè)計能力，特別是要學(xué)會不斷修改、逐步完善的設(shè)計方法、
　　此外，機械零部件的設(shè)計往往受多種因素的制約，應(yīng)選出一個主要制約條件確定計算準(zhǔn)則，據(jù)此確定零件的尺寸后，再進行其他制約條件的校核，使零件尺寸滿足所有制約條件、還有一點必須注意，就是機械零件的尺寸并不是完全都由計算得來的，而是在計算得到主要尺寸后，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計確定其余的所有尺寸、因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計能力的培養(yǎng)也是非常重要的一個方面、
　　(4)綜合運用先修課程的知識、本課程介紹的各種機械零部件的設(shè)計，從分析研究到設(shè)計計算，直到完成零部件工作圖，都要用到多門先修課程的知識，因此，對有關(guān)先修課程要牢牢掌握，做到融會貫通、綜合應(yīng)用、
　　第1章機械零件設(shè)計的基礎(chǔ)知識
　　內(nèi)容提要:強度準(zhǔn)則是機械零件設(shè)計的基本準(zhǔn)則、本章主要介紹機械零件的主要失效形式、計算準(zhǔn)則，機械零件設(shè)計的一般步驟，機械零件的材料及選用原則;機械零件承受靜應(yīng)力、對稱循環(huán)應(yīng)力、非對稱循環(huán)應(yīng)力、規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力和雙向變應(yīng)力下的疲勞強度計算、
　　重點為機械零件在靜應(yīng)力、對稱循環(huán)應(yīng)力、非對稱循環(huán)應(yīng)力及規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強度計算、
　　1.1機械零件設(shè)計的一般步驟
　　為了滿足機器的各項要求，必須以組成機器的機械零件的正確設(shè)計和制造為前提、零件設(shè)計的好壞，將對機器使用性能的優(yōu)劣起著決定性的作用、
　　由于零件種類不同，其具體的設(shè)計步驟也不一樣，但一般可按下列步驟進行:
　　(1)類型選擇、根據(jù)使用條件、載荷性質(zhì)及尺寸大小選擇零件的類型、為此，必須對各種常用機械零件的類型、特點及適用范圍有明確的了解、
　　(2)受力分析、通過受力分析求出作用在零件上的載荷，以便進行設(shè)計計算、
　　(3)選擇材料、根據(jù)零件工作條件及受力情況，選擇合適的材料，并確定計算中的許用應(yīng)力等、
　　(4)確定計算準(zhǔn)則、根據(jù)失效分析，確定出零件的設(shè)計計算準(zhǔn)則、
　　(5)理論設(shè)計計算、由設(shè)計準(zhǔn)則所得到的設(shè)計計算公式，確定出零件的主要幾何尺寸和參數(shù)、
　　(6)結(jié)構(gòu)設(shè)計、根據(jù)功能要求、加工及裝配工藝性要求、強度要求等進行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定出其結(jié)構(gòu)尺寸、
　　(7)精確校核、零件全部設(shè)計完成后，對有些重要的零件應(yīng)進行詳細(xì)的校核計算，以判定結(jié)構(gòu)的合理性、
　　(8)繪制零件工作圖、理論設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計最終都要通過零件工作圖體現(xiàn)出來、在工作圖上除了標(biāo)注詳細(xì)的零件尺寸外，還需要對零件的配合尺寸等標(biāo)注尺寸公差及必要的形位公差，標(biāo)注表面粗糙度及技術(shù)條件等、
　　(9)編寫設(shè)計計算說明書、將設(shè)計計算的資料整理成簡練的設(shè)計計算說明書，作為技術(shù)文件之一備查、
　　1.2機械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)則
　　1.2.1機械零件的主要失效形式
　　機械零件在規(guī)定的時間區(qū)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，不能完成規(guī)定的功能稱為失效、常見
　　的失效形式主要有以下幾種、
　　1.整體斷裂
　　零件在載荷作用下，危險截面上應(yīng)力大于材料的極限應(yīng)力而引起的斷裂稱為整體斷裂，如螺栓破斷、齒輪斷齒、斷軸等、整體斷裂分為靜強度斷裂和疲勞斷裂、靜強度斷裂是由于靜應(yīng)力過大產(chǎn)生的;疲勞斷裂是由于變應(yīng)力的反復(fù)作用產(chǎn)生的、機械零件整體斷裂失效的80%屬于疲勞斷裂、
　　2.表面破壞
　　表面破壞是發(fā)生在機械零件工作表面上的一種失效……
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