0机械设计 第一章 概 论
机械设计
2005年 1月
精品课程（第二版）
西南交通大学
机械设计教研室
机械基础系列电子讲稿
总策划：吴鹿鸣
1机械设计 第一章 概 论
概论
螺纹联接
轴毂联接
带传动
齿轮传动
蜗杆传动
链传动
轴
滑动轴承
滚动轴承
联轴器和离合器
机械设计
2机械设计 第一章 概 论
本课程中, 设计, 的含义是指机械装置的实体设计，涉及
零件的应力、强度的分析计算，材料的选择、结构设计，考虑
加工工艺性、标准化以及经济性、环境保护等 。
§ 1 课程的性质与任务
一、课程性质
,机械设计, 是机械类专业的一门技术基础课，是初步
掌握机械设计能力的必然环节。
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。
大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强促
进国民经济发展的力度加速我国的现代化建设。
机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改
造的重任。
3机械设计 第一章 概 论
二、研究对象
机械
机构：构件间运动规律
机器：转换机械能，或用机械能作功。
天然工具 ——→ 简单机器 ——→ 工业革命 ——→ 现代机器
改革开放后：我国机械工业得到了长足发展。
如：火车发展：
蒸汽机车 —→ 内燃机车 —→ 电力机车
—→ 磁浮列车（常 导 —→ 高温超导 ）
—→ 高速列车
轿车发展：
红旗 —→ 桑塔纳、捷达、奥迪 —→ 别克、本田、帕萨特
4机械设计 第一章 概 论
5机械设计 第一章 概 论
蒸汽机车
6机械设计 第一章 概 论
内燃机车
7机械设计 第一章 概 论
电力机车
8机械设计 第一章 概 论
高速列车
9机械设计 第一章 概 论
磁浮列车
10机械设计 第一章 概 论
机器组成：
原动机 传动装置—? 工作机—?
控制系统
辅助系统（如仪表、照明等）
轿车组成：
11机械设计 第一章 概 论
任何机器都是由许多 零件
组合而成的。
12机械设计 第一章 概 论
部件,为完成 同一使命 而协同工作的许多 零件的组合 。
零件,组成机器的 不可拆的基本单元 （即 制造 的基本单元） 。
如：滚动轴承,联轴器。
13机械设计 第一章 概 论
用途
专用零部件,只在 一定类型机器 中使用的零件，如曲轴。
通用零部件, 各种机器 中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。
标准件,制定了 国家标准,并由 专门工厂生产 的零部件。
如：滚动轴承、螺栓等。
14机械设计 第一章 概 论
三、任务
1,通用机械零部件 的设计计算。
2、综合运用本课程和其他先修课程的知识，设计机械传动装置
和一般机械。
15机械设计 第一章 概 论
§ 2 设计机器的基本原则与一般程序
一、设计机器应满足的基本要求
1、使用要求
实现预定功能，工作可靠。
2、经济性要求
三方面：生产成本低、使用消耗小、维护费用低。
措施,1）设计中采用, 三化, 零部件；
标准化、系列化、通用化
2）应用成熟的新技术、新材料。
3）选用高效率设备，减少动力、燃料消耗。
3、外观造型要求
颜色、造型
4、环保要求
噪音、废气、废液。 如,CNG汽车。
16机械设计 第一章 概 论
二、机械设计的一般程序
机械设计是一个 创新 与 借鉴 相结合的过程，一般程序如下：
设计任务 调研——? 总体设计 ——? 技术设计 ——? 试制 ——? 投产
试验修改
§ 3 机械零件设计概述
一、设计机械零件时应满足的基本要求
1、避免在预期寿命内失效的要求（强度、刚度、寿命）；
2、结构工艺性要求（便于加工、装配）；
3、经济性要求（材料、加工方法、精度等级）；
4、质量小的要求（节约材料,↓ 惯性力）；
5、可靠性要求；
17机械设计 第一章 概 论
二、设计方法
1、理论设计
1）根据使用要求，选择零件的类型和结构。
2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。
名义载荷 （ F,P,T）：力学公式计算出的载荷。
但：由于载荷作用的不平稳性、分布的不均匀性等因素，
实际载荷大于名义载荷 。 —— 载荷系数 K
∴ 计算载荷 (Fc,Pc,Tc)=载荷系数 × 名义载荷
3）选择适当的材料。
4）根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸
两种计算方法：
a） 设计计算,直接求出危险截面尺寸 A。
][?
FA ?
18机械设计 第一章 概 论
b） 校核计算,其他方法初步设计 → 验算。
][?? ?? AF
5）画零件图。
2、经验设计
根据 经验关系式,用 类比 的方法所进行的设计。
如：箱体、传动件个各结构要素等
19机械设计 第一章 概 论
3、模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成 小模型 或 小尺寸样机
进行实验。
§ 4 机械零件的工作能力和计算准则
一、工作能力
1、零件的工作能力
零件完成一定功能并在预定使用期限内不失效。
2、失效
零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。
3、常见失效形式
破裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑；
联接松动性。
如：飞机、桥梁的风洞实验。
20机械设计 第一章 概 论
21机械设计 第一章 概 论
零件工作 —→ 承受载荷 —→
载荷欲使零件失效
零件据自身结构、材料反抗失效
—→ 反抗失效＞失效 —→ 解决办法：合理设计
遵循设计准则
二、设计准则
1、强度准则
强度：零件抵抗 断裂, 塑变, 疲劳破坏 的能力。
方法,1） ][?? ? 或 ][?? ?
][][
lim
?
??
S? ][][
lim
?
??
S?
2） ][lim
?? ?
? SS ?? ][lim
?? ?
? SS ??
22机械设计 第一章 概 论
S—— 安全系数,S＞ 1 —→ S↑,安全，浪费材料
S↓,经济，不安全
2、刚度准则
刚度：抵抗 弹性变形 的能力。 ][][ ?? ??,yy
机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。
23机械设计 第一章 概 论
3、寿命准则
实际使用寿命大于或等于预期寿命,L≥[L] 。
4、温升准则
Δt≤[Δt]
三、载荷和应力分类
1、载荷分类
静载荷,不随时间变化或变化缓慢。
动载荷,随时间变化。
2、应力分类
名义载荷 与 计算载荷 。
变应力
静应力,r=1
σ
t
脉动循环,r=0
σ
t0
对称循环,r= -1
σ
t
0
非对称循环
t
σ
0
24机械设计 第一章 概 论
循环特征：
max
min
?
??r
静应力 只能由 静载荷 产生,变应力 可能由 变载荷 或 静载荷 产生。
a
σ
0 t
t
0
σ a
在变应力下，零件的主要失效形式为,疲劳破坏
25机械设计 第一章 概 论
2、静态设计 —→ 机械系统, 动态设计,
3、新设计方法,优化设计
可靠性设计
逆向设计
工业设计等。
4、设计技术发展：人工 —→ 计算机辅助设计（ CAD）
AutoCAD,SolidEdge,UG,SolidWork,ProE等。
5、机械产品本身的转折：传统机械 —→ 机电一体化、智能化。
§ 5 机械设计新发展
1、基础理论：深化、扩展 —— 学科交叉与整合
（摩擦学、弹性流体动力润滑理论、断裂力学）
26机械设计 第一章 概 论
27机械设计 第一章 概 论
§ 6 课程安排与要求
一、课程安排
68学时（讲课、习题讨论课、期中测试、实验）
1、实验：挂牌实验，由实验室负责。
2、课程大作业,3次。
3、平时作业
4、课程报告
5、机械设计课程设计,3周，短学期进行。
二、要求
1、实验、大作业、平时作业不能缺，否则没成绩。
2、课堂纪律
3、良好学风
4、学习方法
28机械设计 第一章 概 论
四、答疑
每周一次集中答疑。
电话,87601684
三、参考书目
1.,机械设计, 濮良贵 纪名刚主编 高等教育出版社
2.,机械设计课程设计, 陈秀宁主编 浙江大学出版社
3.,机械设计作业集, (1) (2) 李育锡主编 高等教育出版社
机械设计
2005年 1月
精品课程（第二版）
西南交通大学
机械设计教研室
机械基础系列电子讲稿
总策划：吴鹿鸣
1机械设计 第一章 概 论
概论
螺纹联接
轴毂联接
带传动
齿轮传动
蜗杆传动
链传动
轴
滑动轴承
滚动轴承
联轴器和离合器
机械设计
2机械设计 第一章 概 论
本课程中, 设计, 的含义是指机械装置的实体设计，涉及
零件的应力、强度的分析计算，材料的选择、结构设计，考虑
加工工艺性、标准化以及经济性、环境保护等 。
§ 1 课程的性质与任务
一、课程性质
,机械设计, 是机械类专业的一门技术基础课，是初步
掌握机械设计能力的必然环节。
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志。
大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大加强促
进国民经济发展的力度加速我国的现代化建设。
机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改
造的重任。
3机械设计 第一章 概 论
二、研究对象
机械
机构：构件间运动规律
机器：转换机械能，或用机械能作功。
天然工具 ——→ 简单机器 ——→ 工业革命 ——→ 现代机器
改革开放后：我国机械工业得到了长足发展。
如：火车发展：
蒸汽机车 —→ 内燃机车 —→ 电力机车
—→ 磁浮列车（常 导 —→ 高温超导 ）
—→ 高速列车
轿车发展：
红旗 —→ 桑塔纳、捷达、奥迪 —→ 别克、本田、帕萨特
4机械设计 第一章 概 论
5机械设计 第一章 概 论
蒸汽机车
6机械设计 第一章 概 论
内燃机车
7机械设计 第一章 概 论
电力机车
8机械设计 第一章 概 论
高速列车
9机械设计 第一章 概 论
磁浮列车
10机械设计 第一章 概 论
机器组成：
原动机 传动装置—? 工作机—?
控制系统
辅助系统（如仪表、照明等）
轿车组成：
11机械设计 第一章 概 论
任何机器都是由许多 零件
组合而成的。
12机械设计 第一章 概 论
部件,为完成 同一使命 而协同工作的许多 零件的组合 。
零件,组成机器的 不可拆的基本单元 （即 制造 的基本单元） 。
如：滚动轴承,联轴器。
13机械设计 第一章 概 论
用途
专用零部件,只在 一定类型机器 中使用的零件，如曲轴。
通用零部件, 各种机器 中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。
标准件,制定了 国家标准,并由 专门工厂生产 的零部件。
如：滚动轴承、螺栓等。
14机械设计 第一章 概 论
三、任务
1,通用机械零部件 的设计计算。
2、综合运用本课程和其他先修课程的知识，设计机械传动装置
和一般机械。
15机械设计 第一章 概 论
§ 2 设计机器的基本原则与一般程序
一、设计机器应满足的基本要求
1、使用要求
实现预定功能，工作可靠。
2、经济性要求
三方面：生产成本低、使用消耗小、维护费用低。
措施,1）设计中采用, 三化, 零部件；
标准化、系列化、通用化
2）应用成熟的新技术、新材料。
3）选用高效率设备，减少动力、燃料消耗。
3、外观造型要求
颜色、造型
4、环保要求
噪音、废气、废液。 如,CNG汽车。
16机械设计 第一章 概 论
二、机械设计的一般程序
机械设计是一个 创新 与 借鉴 相结合的过程，一般程序如下：
设计任务 调研——? 总体设计 ——? 技术设计 ——? 试制 ——? 投产
试验修改
§ 3 机械零件设计概述
一、设计机械零件时应满足的基本要求
1、避免在预期寿命内失效的要求（强度、刚度、寿命）；
2、结构工艺性要求（便于加工、装配）；
3、经济性要求（材料、加工方法、精度等级）；
4、质量小的要求（节约材料,↓ 惯性力）；
5、可靠性要求；
17机械设计 第一章 概 论
二、设计方法
1、理论设计
1）根据使用要求，选择零件的类型和结构。
2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。
名义载荷 （ F,P,T）：力学公式计算出的载荷。
但：由于载荷作用的不平稳性、分布的不均匀性等因素，
实际载荷大于名义载荷 。 —— 载荷系数 K
∴ 计算载荷 (Fc,Pc,Tc)=载荷系数 × 名义载荷
3）选择适当的材料。
4）根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸
两种计算方法：
a） 设计计算,直接求出危险截面尺寸 A。
][?
FA ?
18机械设计 第一章 概 论
b） 校核计算,其他方法初步设计 → 验算。
][?? ?? AF
5）画零件图。
2、经验设计
根据 经验关系式,用 类比 的方法所进行的设计。
如：箱体、传动件个各结构要素等
19机械设计 第一章 概 论
3、模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成 小模型 或 小尺寸样机
进行实验。
§ 4 机械零件的工作能力和计算准则
一、工作能力
1、零件的工作能力
零件完成一定功能并在预定使用期限内不失效。
2、失效
零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。
3、常见失效形式
破裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑；
联接松动性。
如：飞机、桥梁的风洞实验。
20机械设计 第一章 概 论
21机械设计 第一章 概 论
零件工作 —→ 承受载荷 —→
载荷欲使零件失效
零件据自身结构、材料反抗失效
—→ 反抗失效＞失效 —→ 解决办法：合理设计
遵循设计准则
二、设计准则
1、强度准则
强度：零件抵抗 断裂, 塑变, 疲劳破坏 的能力。
方法,1） ][?? ? 或 ][?? ?
][][
lim
?
??
S? ][][
lim
?
??
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2） ][lim
?? ?
? SS ?? ][lim
?? ?
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22机械设计 第一章 概 论
S—— 安全系数,S＞ 1 —→ S↑,安全，浪费材料
S↓,经济，不安全
2、刚度准则
刚度：抵抗 弹性变形 的能力。 ][][ ?? ??,yy
机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。
23机械设计 第一章 概 论
3、寿命准则
实际使用寿命大于或等于预期寿命,L≥[L] 。
4、温升准则
Δt≤[Δt]
三、载荷和应力分类
1、载荷分类
静载荷,不随时间变化或变化缓慢。
动载荷,随时间变化。
2、应力分类
名义载荷 与 计算载荷 。
变应力
静应力,r=1
σ
t
脉动循环,r=0
σ
t0
对称循环,r= -1
σ
t
0
非对称循环
t
σ
0
24机械设计 第一章 概 论
循环特征：
max
min
?
??r
静应力 只能由 静载荷 产生,变应力 可能由 变载荷 或 静载荷 产生。
a
σ
0 t
t
0
σ a
在变应力下，零件的主要失效形式为,疲劳破坏
25机械设计 第一章 概 论
2、静态设计 —→ 机械系统, 动态设计,
3、新设计方法,优化设计
可靠性设计
逆向设计
工业设计等。
4、设计技术发展：人工 —→ 计算机辅助设计（ CAD）
AutoCAD,SolidEdge,UG,SolidWork,ProE等。
5、机械产品本身的转折：传统机械 —→ 机电一体化、智能化。
§ 5 机械设计新发展
1、基础理论：深化、扩展 —— 学科交叉与整合
（摩擦学、弹性流体动力润滑理论、断裂力学）
26机械设计 第一章 概 论
27机械设计 第一章 概 论
§ 6 课程安排与要求
一、课程安排
68学时（讲课、习题讨论课、期中测试、实验）
1、实验：挂牌实验，由实验室负责。
2、课程大作业,3次。
3、平时作业
4、课程报告
5、机械设计课程设计,3周，短学期进行。
二、要求
1、实验、大作业、平时作业不能缺，否则没成绩。
2、课堂纪律
3、良好学风
4、学习方法
28机械设计 第一章 概 论
四、答疑
每周一次集中答疑。
电话,87601684
三、参考书目
1.,机械设计, 濮良贵 纪名刚主编 高等教育出版社
2.,机械设计课程设计, 陈秀宁主编 浙江大学出版社
3.,机械设计作业集, (1) (2) 李育锡主编 高等教育出版社
