第1章 机械设计概论

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1、第1章机械设计概论提示：　　本章阐述机器、机构等概念，简述机械设计的要求、一般过程及具体设计的有关问题。扼要地介绍现代机器的特征及其设计思想和方法。基本要求：　　掌握机器、机构及其组成，特别是机器及机构的特征；掌握机械设计的基本要求和一般过程；了解方案设计、机械零部件设计的要求及内容；掌握机械零部件设计计算准则、标准化及材料选用；了解现代机器的特征及其设计思想和方法。 1.1.1机器、机构及其结构组成机械是各类机器的通称。它是人类改造自然、发展进步的主要工具。在日常生活和工作中，我们接触到很多机器。如摩托车、机器人、汽车等。构件：机器的

2、种类繁多、外形万变、用途各异。但从机器的结构组成、机械运动的特点进行分析，这些不同的机器都是由能产生相对运动的单元体的组合而成，这些单元体称为构件。机构：具有特定结构形状和运动特征的构件组合称为机构。机器组成示例：（内燃机）各机构的功能：曲柄滑块机构：将活塞的往复移动转化为曲轴的连续转动齿轮机构：实现转动的传递凸轮机构：将凸轮的转动变换为顶杆的往复移动。带传动机构：将曲轴的转动传递给凸轮轴综合：通过上述三个机构的协调工作便能将燃气的热能转换为曲柄转动的机械能。结论：机器是由各种机构组成的。一部机器可能由多种机构组成，如上述的内燃机就是由

3、曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构、带传动机构等组合而成；也可能仅由一个最简单的机构组成，如电动机就是只包含一个由定子和转子所组成的双杆回转机构。机器的共同特征：   从上述例子以及对其他不同机器的分析可以得到机器的共同特征：（1）它们都是人们根据某种使用要求而设计创造的一种装置。（2）它们必须执行确定的机械运动。（3）用于完成包括机械力、运动和能量转换等动力学任务。相对于机器而言，机构主要反映机器的机械运动传递和运动形式转换的特征。 构件和零件：零件：　　从制造和装配的观点看，机器是由许多独立加工、独立装配的单元体所组成，这些单元体称为

4、零件。一个构件可以是一个零件，如图中的曲轴:  但往往由于结构、工艺等方面的原因，构件可由几个零件所组成，这些零件被刚性地连接在一起成为一个运动整体。图示的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、轴瓦和、轴套、螺栓、螺母、开口销等零件组成的一个刚性构件，各个零件之间没有相对运动。 机构的广义化：需要指出：随着科学技术的的进步，组成机构的构件已不能都简单地作为刚体处理，某些构件可以是挠性的或弹性的；有时侯液体、气体及电磁也参与实现机械运动的传递和变换。部件：在工程中，常常把组成机器的某一部分的零件组合体称为部件，如减速器、变速器、联轴器、离合

5、器、制动器等。这些部件用以完成特定的工作，企业往往把它们独立加工装配。 1.1.2机器的功能组成作为一部完整的机器，仅具有上述的机械部分是不够的，它不能完成预期的工作。从功能和系统的角度来看，机器一般主要由五部分组成，如图所示。(1)动力系统　　动力系统包括动力机及其配套装置；它的功能是向机器提供运动和动力，是机械系统的动力源。如图的电动机。另外还有内燃机、液压马达、气马达、液压缸、气缸及电磁驱动等。（2）执行系统执行系统包括执行机构和执行构件，它的功能是驱动执行构件按给定的运动规律运动，实现预期的工作。执行系统一般处于机械系统的末端，

6、执行构件直接与工作对象接触。执行系统可以只包含一个执行机构和多个执行构件，如上图所示的曲柄冲压机，其曲柄、连杆、滑块及冲头组成曲柄滑块机构为冲压执行机构，滑块及冲头是执行构件。 执行系统也可以由几个执行机构组成，如图中的自动曲柄冲压机，其执行机构除曲柄滑块机构外，还有由气缸及推料头组成的送料机构，它们配合完成冲压-送料工作。 (3）传动系统传动系统是把动力系统的运动和力传递给执行系统的中间装置。如图中的齿轮和皮带轮都是将电机输出的运动和力传递给曲柄冲压机构。 (4）操纵系统和控制系统操纵系统和控制系统都是为了使动力系统、传动系统、执行系

7、统彼此协调工作，并准确可靠地完成整机功能的装置。操纵系统:多指通过人工操作以实现上述要求的装置。如图A中的离合器是通过由连杆等构件组成的踏板机构控制其离合，实现传动的接入和分离。另外还有起动、制动（如图A中的制动器）、变速、换向等装置。  控制系统:是指通过人工操作或测量元件获得的控制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置。如图中的电磁铁，电控换向阀和电控箱等组成了控制系统，协调冲压、送料等动作配合，实现自动化操作。 (5）框架支撑系统及其他的辅助系统框架支撑系统：　包括基础件（如床身、底座、立柱等）和

8、支撑构件（如支架、箱体等）。它用于安装和支承动力系统、传动系统和操作系统等，如图A和图B中的机身。　　机器各部分的位置精度、运动精度及机器的承载能力等主要依靠框架支撑系统来保证，该系统是机械系统中必不可少的