第0章緒論
　　內(nèi)容提要:主要介紹本課程的研究對(duì)象、主要內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)，介紹課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法、機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和要求、本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是了解本課程的性質(zhì)、特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法、機(jī)械是人類(lèi)進(jìn)行生產(chǎn)的主要?jiǎng)趧?dòng)工具、它可以代替或減輕人的體力勞動(dòng)，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、此外，只有使用機(jī)械才能進(jìn)行大批量生產(chǎn)，并對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的分工與科學(xué)化管理;也只有使用機(jī)械，才便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，尤其是便于實(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化、因此，機(jī)械工業(yè)在為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)提供技術(shù)裝備和促進(jìn)技術(shù)改造中起到了重要的作用，它是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)重要部分、機(jī)械工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推動(dòng)了我國(guó)的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)、可以說(shuō)，機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平反映了一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平、
　　0.1機(jī)械的組成
　　在生產(chǎn)和生活中，人們使用著各種各樣的機(jī)械，如汽車(chē)、機(jī)床、起重機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、洗衣機(jī)等、盡管這些機(jī)械的構(gòu)造、用途和性能千差萬(wàn)別，但一般都是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作機(jī)和控制裝置四部分組成的、例如，圖0-1所示的帶式運(yùn)輸機(jī)就是由這四部分組成的機(jī)械、
　　圖0-1帶式運(yùn)輸機(jī)
　　原動(dòng)機(jī)是機(jī)械設(shè)備工作的動(dòng)力來(lái)源，大部分原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和柴油機(jī)等，而電動(dòng)機(jī)是最為常用的一種原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)是直接完成預(yù)期功能的執(zhí)行裝置，如帶式運(yùn)輸機(jī)中的卷筒和運(yùn)輸帶，機(jī)床中的加工刀具等、傳動(dòng)裝置則是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給工作機(jī)的裝置，主要作用是協(xié)調(diào)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)在運(yùn)動(dòng)形式、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面的不同，使之達(dá)到匹配的作用、傳動(dòng)裝置大多是機(jī)械傳動(dòng)，有些場(chǎng)合使用的是液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)，本教材僅介紹常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)是根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的不同工況對(duì)原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)實(shí)施控制的裝置、
　　從制造和裝配方面來(lái)分析，任何機(jī)械都是由許多機(jī)械零部件組成的、機(jī)械零件是機(jī)械制造過(guò)程中單獨(dú)加工的單元體，而機(jī)械部件則是機(jī)械制造過(guò)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(lèi)機(jī)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(lèi)型的機(jī)械中才能用到的零部件稱為專用零部件，如渦輪機(jī)上的葉片、內(nèi)燃機(jī)中的曲軸、洗衣機(jī)中的波輪等、
　　0.2機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序
　　一部新機(jī)械從著手設(shè)計(jì)到制造出來(lái)，大致要經(jīng)過(guò)以下六個(gè)階段:
　　(1)制訂設(shè)計(jì)工作計(jì)劃、根據(jù)社會(huì)、市場(chǎng)的需求確定所設(shè)計(jì)機(jī)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(shí)現(xiàn)的可能性，明確設(shè)計(jì)中要解決的關(guān)鍵問(wèn)題;擬訂設(shè)計(jì)工作計(jì)劃和任務(wù)書(shū)、
　　(2)方案設(shè)計(jì)、按設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，了解、分析同類(lèi)機(jī)械的設(shè)計(jì)、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(jī)械系統(tǒng)的組成、總體布置;確定有關(guān)的機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)方式、
　　這一階段往往需要制訂多種方案進(jìn)行比較，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及可行性評(píng)價(jià)，從中選出最優(yōu)方案、
　　(3)技術(shù)設(shè)計(jì)、對(duì)已選定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析;確定機(jī)構(gòu)和零件的功能參數(shù)，必要時(shí)進(jìn)行模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試;修改參數(shù)，計(jì)算零件的工作能力，進(jìn)而確定機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)尺寸，繪制設(shè)計(jì)總圖、
　　(4)施工設(shè)計(jì)、根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)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(jī)的全部工作圖;編寫(xiě)有關(guān)技術(shù)文件、
　　(5)試制、試驗(yàn)、鑒定、所設(shè)計(jì)的機(jī)械能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能、滿足所提出的要求，其可靠性、經(jīng)濟(jì)性如何等，都須通過(guò)樣機(jī)的試驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證、再經(jīng)過(guò)鑒定，進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)以確定是否可以投產(chǎn)或進(jìn)行必要的改進(jìn)設(shè)計(jì)、
　　(6)定型產(chǎn)品設(shè)計(jì)、經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和鑒定，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的修改后，可進(jìn)行小批量的試生產(chǎn)、經(jīng)過(guò)實(shí)際條件下的使用，將取得的數(shù)據(jù)和使用意見(jiàn)反饋回來(lái)，再進(jìn)一步修改設(shè)計(jì)，即定型產(chǎn)品設(shè)計(jì)，然后正式投產(chǎn)、
　　實(shí)際上整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)階段是互相聯(lián)系的，在某個(gè)階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，必須返回到前面的有關(guān)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)的修改、整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)不斷修改、不斷完善以至逐漸接近最佳結(jié)果的過(guò)程、
　　0.3機(jī)器應(yīng)滿足的基本要求
　　機(jī)器應(yīng)滿足的要求有以下幾個(gè)方面:
　　(1)具有預(yù)定功能的要求、所設(shè)計(jì)制造的機(jī)器必須實(shí)現(xiàn)預(yù)定的解決生產(chǎn)或生活問(wèn)題的功能，這是機(jī)器設(shè)計(jì)的最基本出發(fā)點(diǎn)、為使所設(shè)計(jì)的機(jī)器具有預(yù)定功能，合理選擇機(jī)器的工作原理是最重要的、顯然，預(yù)定實(shí)現(xiàn)的功能不同，設(shè)計(jì)的要求也不同、
　　(2)經(jīng)濟(jì)性要求、機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)綜合指標(biāo)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用、銷(xiāo)售、維修、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)、總之，經(jīng)濟(jì)性要求就是在滿足功能要求的前提下使機(jī)器的總費(fèi)用最低、
　　(3)安全性要求、在機(jī)器的設(shè)計(jì)階段就必須對(duì)機(jī)器的使用安全予以足夠的重視、簡(jiǎn)單地講，安全就是指使用機(jī)器的人的安全及機(jī)器工作時(shí)本身的安全、因此，要采取各種各樣的防護(hù)措施，如防護(hù)罩、過(guò)載保護(hù)裝置、連鎖閉合裝置等、
　　(4)可靠性要求、簡(jiǎn)單地講，可靠性就是機(jī)器在使用中性能的穩(wěn)定性，是機(jī)器的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)、可靠性水平高，說(shuō)明機(jī)器在使用過(guò)程中發(fā)生故障的概率小，能正常工作的時(shí)間長(zhǎng)、
　　(5)操作使用方便的要求、機(jī)器的工作和人的操作密切相關(guān)、在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)必須注意操作要輕便省力、操作機(jī)構(gòu)要適應(yīng)人的生理?xiàng)l件、機(jī)器的噪聲要小、有害介質(zhì)的泄漏要少等、
　　此外，對(duì)有些機(jī)器還有一些特殊要求，如食品機(jī)械要防止污染、建筑機(jī)械要便于拆裝和搬運(yùn)、交通運(yùn)輸機(jī)械要重量輕等、設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，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(jī)器的使用性能和保證機(jī)器的工作質(zhì)量、
　　0.4本課程的研究對(duì)象、主要內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)
　　0.4.1本課程研究的對(duì)象及主要內(nèi)容
　　機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)使用要求，應(yīng)用各種有關(guān)的先進(jìn)科學(xué)理論和技術(shù)成果，創(chuàng)造一個(gè)在技術(shù)上盡可能先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、外形上美觀大方的具體機(jī)械、然而，本課程不可能涵蓋機(jī)械設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容，也不是講某種機(jī)械的設(shè)計(jì)，而是介紹機(jī)械設(shè)計(jì)中的基本共性問(wèn)題、由于機(jī)械零件是組成機(jī)械的基本單元，而通用機(jī)械零件又是在各種機(jī)械中都能經(jīng)常遇到的，因此，本課程將重點(diǎn)研究在一般工作條件下，通用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法、同時(shí)，也介紹這些零件的類(lèi)型、特點(diǎn)、工作原理、失效形式、應(yīng)用范圍等方面的知識(shí)、具體內(nèi)容包括:
　　(1)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、從機(jī)械的整體出發(fā)，闡述機(jī)械設(shè)計(jì)共性內(nèi)容，介紹有關(guān)的基礎(chǔ)理論、
　　(2)連接零件設(shè)計(jì)、介紹螺紋連接、軸轂連接的設(shè)計(jì)、
　　(3)傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)、介紹帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)、擺線針輪行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、
　　(4)軸系零部件設(shè)計(jì)、介紹軸、滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承和聯(lián)軸器、離合器以及制動(dòng)器的設(shè)計(jì)、
　　(5)其他零部件設(shè)計(jì)、主要介紹彈簧的設(shè)計(jì)、
　　(6)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主要介紹系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法、
　　(7)機(jī)械設(shè)計(jì)新方法、簡(jiǎn)單介紹現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，包括可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、
　　0.4.2本課程的性質(zhì)和任務(wù)
　　本課程是一門(mén)論述機(jī)械設(shè)計(jì)理論，研究機(jī)械設(shè)計(jì)方法的課程、它是學(xué)習(xí)機(jī)械工程學(xué)、從事機(jī)械工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)、在教學(xué)計(jì)劃安排上，它起到由基礎(chǔ)理論課向工程專業(yè)課過(guò)渡的承上啟下的作用、它是綜合運(yùn)用先修課程的知識(shí)來(lái)解決機(jī)械工程中設(shè)計(jì)問(wèn)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(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，了解國(guó)家當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策、
　　(2)使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)機(jī)械所必需的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，具有設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和一般工作機(jī)的能力、同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力、
　　(3)培養(yǎng)學(xué)生具有正確運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)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(yàn)方法，獲得試驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練、
　　(5)使學(xué)生了解機(jī)械設(shè)計(jì)的新發(fā)展、
　　0.5本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法
　　由于本課程是一門(mén)綜合性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課，因此，在學(xué)習(xí)本課程時(shí)必須掌握本課程的特點(diǎn)，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(shí)踐的思維方式的轉(zhuǎn)變、在學(xué)習(xí)本課程時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
　　(1)理論聯(lián)系實(shí)際、本課程研究的對(duì)象是各種機(jī)械中的零部件，只有從整機(jī)分析入手，才能設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際要求的機(jī)械零部件，才能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的機(jī)械、因此，無(wú)論是學(xué)習(xí)課程還是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)都必須了解機(jī)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(jì)都要聯(lián)系實(shí)際、
　　(2)抓住設(shè)計(jì)這條主線，掌握設(shè)計(jì)規(guī)律、本課程的內(nèi)容看似雜亂無(wú)章，但在設(shè)計(jì)時(shí)卻都要遵循相同的設(shè)計(jì)規(guī)律，這一規(guī)律表現(xiàn)在設(shè)計(jì)機(jī)械零部件時(shí)所考慮的問(wèn)題及設(shè)計(jì)程序一般都是相同的，即類(lèi)型選擇-工作原理-失效形式-設(shè)計(jì)準(zhǔn)則-計(jì)算方法-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只要抓住設(shè)計(jì)這條主線，就能把本課程的各章內(nèi)容貫穿起來(lái)、因此，學(xué)習(xí)本課程時(shí)一定要抓住設(shè)計(jì)這條主線，熟練掌握設(shè)計(jì)機(jī)械零部件的一般規(guī)律、
　　(3)培養(yǎng)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力、進(jìn)行多因素的分析、設(shè)計(jì)參數(shù)多方案的選擇、經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選用及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在解決工程實(shí)際問(wèn)題中是經(jīng)常遇到的問(wèn)題，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程中的難點(diǎn)、因此，在學(xué)習(xí)本課程時(shí)一定要盡快適應(yīng)這種情況，按解決實(shí)際問(wèn)題的思維方法，努力培養(yǎng)自己的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，特別是要學(xué)會(huì)不斷修改、逐步完善的設(shè)計(jì)方法、
　　此外，機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)往往受多種因素的制約，應(yīng)選出一個(gè)主要制約條件確定計(jì)算準(zhǔn)則，據(jù)此確定零件的尺寸后，再進(jìn)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(diǎn)必須注意，就是機(jī)械零件的尺寸并不是完全都由計(jì)算得來(lái)的，而是在計(jì)算得到主要尺寸后，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定其余的所有尺寸、因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)也是非常重要的一個(gè)方面、
　　(4)綜合運(yùn)用先修課程的知識(shí)、本課程介紹的各種機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，從分析研究到設(shè)計(jì)計(jì)算，直到完成零部件工作圖，都要用到多門(mén)先修課程的知識(shí)，因此，對(duì)有關(guān)先修課程要牢牢掌握，做到融會(huì)貫通、綜合應(yīng)用、
　　第1章機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)
　　內(nèi)容提要:強(qiáng)度準(zhǔn)則是機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則、本章主要介紹機(jī)械零件的主要失效形式、計(jì)算準(zhǔn)則，機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟，機(jī)械零件的材料及選用原則;機(jī)械零件承受靜應(yīng)力、對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力、非對(duì)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(qiáng)度計(jì)算、
　　重點(diǎn)為機(jī)械零件在靜應(yīng)力、對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力、非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力及規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算、
　　1.1機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟
　　為了滿足機(jī)器的各項(xiàng)要求，必須以組成機(jī)器的機(jī)械零件的正確設(shè)計(jì)和制造為前提、零件設(shè)計(jì)的好壞，將對(duì)機(jī)器使用性能的優(yōu)劣起著決定性的作用、
　　由于零件種類(lèi)不同，其具體的設(shè)計(jì)步驟也不一樣，但一般可按下列步驟進(jìn)行:
　　(1)類(lèi)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(lèi)型、為此，必須對(duì)各種常用機(jī)械零件的類(lèi)型、特點(diǎn)及適用范圍有明確的了解、
　　(2)受力分析、通過(guò)受力分析求出作用在零件上的載荷，以便進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算中的許用應(yīng)力等、
　　(4)確定計(jì)算準(zhǔn)則、根據(jù)失效分析，確定出零件的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則、
　　(5)理論設(shè)計(jì)計(jì)算、由設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所得到的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)、根據(jù)功能要求、加工及裝配工藝性要求、強(qiáng)度要求等進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定出其結(jié)構(gòu)尺寸、
　　(7)精確校核、零件全部設(shè)計(jì)完成后，對(duì)有些重要的零件應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的校核計(jì)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(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最終都要通過(guò)零件工作圖體現(xiàn)出來(lái)、在工作圖上除了標(biāo)注詳細(xì)的零件尺寸外，還需要對(duì)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(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、將設(shè)計(jì)計(jì)算的資料整理成簡(jiǎn)練的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，作為技術(shù)文件之一備查、
　　1.2機(jī)械零件的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則
　　1.2.1機(jī)械零件的主要失效形式
　　機(jī)械零件在規(guī)定的時(shí)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(jiàn)
　　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(xiǎn)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(qiáng)度斷裂和疲勞斷裂、靜強(qiáng)度斷裂是由于靜應(yīng)力過(guò)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(jī)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(jī)械零件工作表面上的一種失效……
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