1、1 3 3学分学分4848学时学时主讲教师：刘焕胜主讲教师：刘焕胜联系电话：联系电话：13512562069E-mail： 2考试与答疑考试与答疑 1.1.平时作业成绩占平时作业成绩占20%20%，课终考试成绩占，课终考试成绩占80%80%。2.2.答疑时间：答疑时间：3.3.答疑地点：答疑地点：3前言前言 一、一、矿物加工机械设计基础矿物加工机械设计基础课程的内容和性质课程的内容和性质 本课程以一般工况条件下的常用机构和通用机械本课程以一般工况条件下的常用机构和通用机械零部件为研究对象，以它们的工作原理、运动特性、零部件为研究对象，以它们的工作原理、运动特性、结构形式以及设计、选用和计算方法
2、等为研究内容。结构形式以及设计、选用和计算方法等为研究内容。本课程是工科机电类、近机类、非机类和工业设本课程是工科机电类、近机类、非机类和工业设计各专业的主干课程，是学生必备的专业技术基础知计各专业的主干课程，是学生必备的专业技术基础知识。从基础理论过渡到专业课程学习的过程中，本课识。从基础理论过渡到专业课程学习的过程中，本课程起着承上启下的作用，她将为以后学习专业机械设程起着承上启下的作用，她将为以后学习专业机械设备课程或学习专业课程中有关机械的内容，打下坚固备课程或学习专业课程中有关机械的内容，打下坚固的基础。的基础。4前言前言 二、二、矿物加工机械设计基础矿物加工机械设计基础课程的任务课
3、程的任务 初步掌握各种常用机构的运动特点、了解机构初步掌握各种常用机构的运动特点、了解机构的结构特点对机构运动的影响，从而对如何实现机械的结构特点对机构运动的影响，从而对如何实现机械设备的预期运动具有初步认识。设备的预期运动具有初步认识。掌握各种常用机构和通用零件的结构、工作原掌握各种常用机构和通用零件的结构、工作原理、性能特点、应用场合、使用维护等方面的基本知理、性能特点、应用场合、使用维护等方面的基本知识，以及它们的主要失效形式和失效原因。识，以及它们的主要失效形式和失效原因。初步掌握设计计算通用零部件的方法和正确使初步掌握设计计算通用零部件的方法和正确使用有关标准、规范、图表手册等选用标
4、准件的方法，用有关标准、规范、图表手册等选用标准件的方法，具备设计常见传动装置和简单机械的能力。具备设计常见传动装置和简单机械的能力。5前言前言 掌握常用工程材料的种类、牌号、成份、性能掌握常用工程材料的种类、牌号、成份、性能和用途，具备根据一般工程条件选择材料的能力。和用途，具备根据一般工程条件选择材料的能力。掌握液压传动与气压传动的工作原理、特点与掌握液压传动与气压传动的工作原理、特点与各种元件的结构原理，初步掌握分析各种回路的方法各种元件的结构原理，初步掌握分析各种回路的方法和处理常见故障的方法。和处理常见故障的方法。培养学生的创造性思维方法和与机械工程师交培养学生的创造性思维方法和与机
5、械工程师交流、合作的协同能力。流、合作的协同能力。6第一章机械设计总论第一章机械设计总论 内燃机内燃机1 1、气缸体；、气缸体；、活塞；、活塞；3 3、连杆；、连杆；4 4、曲柄；、曲柄；5 5、顶杆；、顶杆；6 6、凸轮；、凸轮；7 7、8 8、齿轮；、齿轮；9 9、排气阀；、排气阀；1010、进气阀、进气阀7搅拌机搅拌机8 机器机器 机器是既能实现确定的机械运动，又能做有用机械功、或完成能量、物料和信息转换或传递的装置。9（1 1）一般由动力部分（原动机）、工作部分、传动部分和）一般由动力部分（原动机）、工作部分、传动部分和操纵控制部分组成，是操纵控制部分组成，是实体实体；（2 2）机器工
6、作时其内部能实现）机器工作时其内部能实现确定的相对运动确定的相对运动；（3 3）能做有用功）能做有用功如破碎机、起重机、汽车、机床等；如破碎机、起重机、汽车、机床等；或能完成能量转换或能完成能量转换如电动机、内燃机、发电机等；如电动机、内燃机、发电机等；或完成信息传递或完成信息传递如照象机、录音机、打字机等如照象机、录音机、打字机等。机器的特征：机器的特征：1010机机 构构能传递运动和力，或改变运动或动力参能传递运动和力，或改变运动或动力参数、改变运动形式的机械传动装置。数、改变运动形式的机械传动装置。机构特征机构特征同机器特征的前两项，既组合实体、有确定同机器特征的前两项，既组合实体、有确
7、定的相对运动。如连杆机构、凸轮机构等。的相对运动。如连杆机构、凸轮机构等。机机 械械机器和机构的总称。机器和机构的总称。零零 件件机器中不可拆卸的制造单元，机器中不可拆卸的制造单元，如齿轮、轴、螺栓等。如齿轮、轴、螺栓等。部部 件件由一组协同工作的零件组装而成的组合体，由一组协同工作的零件组装而成的组合体，它是机器的装配单元。如滚动轴头、联轴它是机器的装配单元。如滚动轴头、联轴器、减速器，自行车脚踏板等。器、减速器，自行车脚踏板等。111212v运动简图运动简图表示机构中各构件之间相对运动表示机构中各构件之间相对运动关系的简单图形。关系的简单图形。v运动简图的作用运动简图的作用运动简图是表示机
8、构运动运动简图是表示机构运动形式的工程语言，画运动简图是机械形式的工程语言，画运动简图是机械设计的重要内容和基本手段。设计的重要内容和基本手段。13131 1）回转副表示法）回转副表示法14142 2）移动副及高副表示法）移动副及高副表示法1515 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算活动构件数活动构件数低副个数低副个数高副个数高副个数计算式：计算式：F F3 3n n2 2P PL LP PHH1616机构能运动的条件：机构能运动的条件：F F0 0机构有确定运动的条件：机构有确定运动的条件：F F0 0且且F F 原动件个数（通常原动件个数（通常F F 1 1）若若F F原动件数，机构
9、会卡原动件数，机构会卡死或损坏死或损坏;若若F F原动件数，原动件数，机构运动不确定机构运动不确定173 3）常用机构）常用机构表示法表示法183 3）常用机构）常用机构 表示法表示法193 3）常用机构）常用机构表示法表示法203 3）常用机构）常用机构表示法表示法2121：（1 1）分析机构的运动情况，认清固定件、原动件和从动）分析机构的运动情况，认清固定件、原动件和从动件，确定构件数目。件，确定构件数目。（2 2）从原动件开始，分析各相邻构件间的运动性质，确）从原动件开始，分析各相邻构件间的运动性质，确定运动副的类型和数目。定运动副的类型和数目。（3 3）选机构的运动平面为投影面。）选机
10、构的运动平面为投影面。（4 4）确定各运动副的相对位置，绘制机构运动简图。）确定各运动副的相对位置，绘制机构运动简图。（5 5）在原动件上标出指示运动方向的箭头。）在原动件上标出指示运动方向的箭头。22221 1）颚式破碎机）颚式破碎机23232 2）冲床）冲床2424为创造新机器或改良旧机器，运用设为创造新机器或改良旧机器，运用设计方法、技能和创造性思维，把机械计方法、技能和创造性思维，把机械的整机、部件和零件的结构和参数，的整机、部件和零件的结构和参数，用图纸和文字等技术文件表达出来。用图纸和文字等技术文件表达出来。机械设计机械设计2525一、机械设计的基本要求一、机械设计的基本要求262
11、6二、机械设计的一般程序二、机械设计的一般程序1.1.规划和准备阶段规划和准备阶段 根据市场需求或用户要求确定设计任务。具根据市场需求或用户要求确定设计任务。具体过程是调研、分析、论证、决策、编制任务书。体过程是调研、分析、论证、决策、编制任务书。2.2.方案设计阶段方案设计阶段 根据任务书确定设计方案。具体过程是分析、根据任务书确定设计方案。具体过程是分析、论证、推敲、评价、寻优、画出运动系统图和方论证、推敲、评价、寻优、画出运动系统图和方案图，写出设计说明。案图，写出设计说明。27 根据设计方案完成运动设计、动力设计、材料选根据设计方案完成运动设计、动力设计、材料选择、结构设计、强度设计等
12、。具体过程是绘制总装择、结构设计、强度设计等。具体过程是绘制总装图、部件图和零件图、编制设计计算说明书。图、部件图和零件图、编制设计计算说明书。根据加工图纸试制样机，并完成半工业性或工业根据加工图纸试制样机，并完成半工业性或工业性试验。发现问题，修改图纸，改进样机，再做试性试验。发现问题，修改图纸，改进样机，再做试验，直到完善。验，直到完善。之后还要进行技术鉴定（包括编制安装使用说明之后还要进行技术鉴定（包括编制安装使用说明书等技术文件）和推广应用等。书等技术文件）和推广应用等。3.3.技术设计阶段：技术设计阶段：4.4.试验与分析阶段：试验与分析阶段：28一一 机械零件的主要失效形式机械零件
13、的主要失效形式 1.1.断裂断裂 2.2.表面失效表面失效 3.3.过量变形过量变形 4.4.其它失效其它失效二二 机械零件工作能力的计算准则机械零件工作能力的计算准则 1.1.强度强度 2.2.刚度刚度 3.3.耐磨性耐磨性 4.4.振动稳定理振动稳定理 5.5.机械稳定性机械稳定性第四节第四节 零件的失效、设计准则、步骤及标准化零件的失效、设计准则、步骤及标准化291.1.磨合阶段：磨合阶段：新零件的表面一般有刀痕、不平，会很快磨平；2.2.稳定阶段：稳定阶段：时间相对很长，相当于零件的使用寿命；机器零件的磨损机器零件的磨损磨损过程磨损过程3.3.剧磨阶段：剧磨阶段：一般由磨损不均而导致零
14、件间接触面减小、温度升高，零件很快磨坏。磨损是机器零件在正常使用条件下的主要失效形式。3030磨损类型磨损类型磨粒磨损；粘着磨损；疲劳磨损；腐蚀磨损磨粒磨损；粘着磨损；疲劳磨损；腐蚀磨损磨损机理非常复杂，除疲劳磨损外，其它磨损磨损机理非常复杂，除疲劳磨损外，其它磨损目前尚无法计算。为简便起见，一般采用条件目前尚无法计算。为简便起见，一般采用条件计算式：计算式：耐磨计算耐磨计算（1 1）零件工作表面压强）零件工作表面压强材料表面许用压强；材料表面许用压强；（2 2）零件工作表面压强、滑速积材料表面许）零件工作表面压强、滑速积材料表面许用压强、滑速积。用压强、滑速积。3131三机械零件设计的一般步
15、骤三机械零件设计的一般步骤v1.1.选择材料选择材料v2.2.拟定计算简图拟定计算简图v3.3.工作能力计算工作能力计算v4.4.结构设计结构设计v5.5.绘制工作图并标注必要的技术条件绘制工作图并标注必要的技术条件3232 避免重复设计；避免重复设计；便于节约化生产、容易保证质量并降低成本；便于节约化生产、容易保证质量并降低成本；互换性好，便于维修。互换性好，便于维修。标准：标准：国家标准国家标准GBGB；行业标准如；行业标准如HBHB、JBJB、SBSB等；等；国际标准国际标准ISOISO。四四 机械零件的标准化机械零件的标准化标准化：标准化：把常用的零部件统一规定为若干种规格，并强制执行
16、。标准件：标准件：实行标准化的零部件，如螺栓、滚动轴承、联轴器等。实行标准化的意义实行标准化的意义33331 1、静载荷与变载荷、静载荷与变载荷2 2、名义载荷、名义载荷理想工况下零件所受载荷理想工况下零件所受载荷 计算载荷计算载荷实际工况下零件所受载荷实际工况下零件所受载荷计算载荷工况系数（计算载荷工况系数（1 1）名义载荷名义载荷一、载荷及其分类一、载荷及其分类34二、应力及其分类二、应力及其分类 静应力与变应力静应力与变应力 稳定变应力稳定变应力周期、应力幅和平均应力都不周期、应力幅和平均应力都不随时间变化的变应力随时间变化的变应力3535式中：式中：、极限正应力和极限剪应力，极限正应力
17、和极限剪应力，MPaMPa 静应力、钢等塑性材料静应力、钢等塑性材料 静应力、铸铁等脆性材料静应力、铸铁等脆性材料 对称循环变应力对称循环变应力 脉动循环变应力脉动循环变应力SS安全系数，一般安全系数，一般S1S1，具体取值查相关手册，具体取值查相关手册 )(limlim)(SS)(BB)(11)(OOSlimSlim三、三、许用应力许用应力limlim3636四、静强度四、静强度1.1.单向应力状态单向应力状态2.2.平面应力或三向应力状态平面应力或三向应力状态3.3.正、剪复合应力状态正、剪复合应力状态五、疲劳强度五、疲劳强度1.1.疲劳破坏过程：疲劳破坏过程：最大应力远低于静应力下材料的
18、强度极限；最大应力远低于静应力下材料的强度极限；脆性材料和塑性材料的破坏形式均为突然断裂；脆性材料和塑性材料的破坏形式均为突然断裂；由内部缺陷和表面缺陷引起疲劳裂纹，裂纹逐渐由内部缺陷和表面缺陷引起疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展导致破坏。扩展导致破坏。37372.2.疲劳极限与疲劳曲线疲劳极限与疲劳曲线疲劳极限：在一定循环特性疲劳极限：在一定循环特性r r下，应力经过下，应力经过N N次循环后，次循环后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力。材料不发生疲劳破坏时的最大应力。3.3.影响疲劳强度的因素：影响疲劳强度的因素：应力集中、绝对尺寸、表面状态等。应力集中、绝对尺寸、表面状态等。3838六、接触强度六、
19、接触强度接触应力接触应力两个零件相互接触，相互受力，并产生弹性变两个零件相互接触，相互受力，并产生弹性变形时所具有的应力。形时所具有的应力。接触强度接触强度零件在接触应力下的强度。零件在接触应力下的强度。赫兹研究了两个平行圆柱体的接触应力，证实了著名的赫兹公式（19式）。齿轮和凸轮工作时均产生接触疲劳应力，从而导致疲劳点蚀。人们就是根据赫兹公式建立了实用的接触强度计算公式。（教材有误）2221212111)11(EEbFnH 3939七、挤压强度七、挤压强度挤压强度挤压强度螺栓、铆钉、键、销等工作时除受剪外，螺栓、铆钉、键、销等工作时除受剪外，还受挤压，当挤压应力很大时，零件会产生还受挤压，当挤压应力很大时，零件会产生塑性变形，不发生塑性变形的最大应力称为塑性变形，不发生塑性变形的最大应力称为挤压强度。挤压强度。AFnp 40作业：作业：P16习题1-11-7；1-9、10、11、13、14在其它课程中详细讲授，本课程不作要求。在其它课程中详细讲授，本课程不作要求。要求两个作业本。封面上写：姓名、班级、班级序号。只写题号，不要求抄题。字迹要工整。问答题要答全要点、语言简捷、每一条占一行，禁止不换行挨着写；插图用铅笔画。作业成绩计入总成绩。要按时交作业。
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