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机械设计基础第四版栾学钢

机械设计概述机械零件常用材料及其性能机构运动简图与自由度计算连杆机构类型与应用凸轮机构类型与应用齿轮传动类型与特点蜗杆传动类型与特点带传动和链传动类型与特点contents目录

01机械设计概述

定义机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。重要性机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素。机械设计定义与重要性

机械设计发展历程及趋势发展历程机械设计经历了从经验设计、传统设计到现代设计的演变过程。随着计算机技术的发展，计算机辅助设计（CAD）等现代设计技术得到了广泛应用。发展趋势未来机械设计将更加注重创新、绿色设计和智能化。利用先进的设计理论和方法，实现高效、优质、低耗、环保的设计目标。

机械设计应遵循功能性、可靠性、经济性、美观性和环保性等基本原则。基本原则机械设计应满足使用功能要求，保证工作可靠性，实现经济合理，符合美学和环保要求。基本要求机械设计基本原则和要求

优化设计运用数学优化理论和计算机技术，寻求最佳设计方案。有限元分析利用有限元方法对机械结构进行应力、应变和稳定性分析。可靠性设计在设计中考虑产品在使用过程中的可靠性，提高产品寿命和降低维修成本。绿色设计在设计中注重环保和可持续性，减少资源消耗和环境污染。现代设计方法简介

02机械零件常用材料及其性能

强度高、韧性好、耐磨，易于加工和热处理，广泛应用于各种机械零件。钢铁材料有色金属合金材料如铜、铝、锌等，具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，常用于电气元件和装饰件。通过添加合金元素改善金属性能，如提高强度、硬度、耐磨性等，常用于高性能要求的零件。030201金属材料分类及性能特点

03陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和高温稳定性，常用于刀具、轴承和高温环境下的零件。01工程塑料具有优良的耐腐蚀性、绝缘性、减摩性和耐磨性，易于加工，广泛应用于机械零件、电气元件和汽车零部件等。02橡胶材料具有优良的弹性、密封性和耐磨性，常用于密封件、减震件和轮胎等。非金属材料分类及性能特点

纤维增强复合材料以纤维为增强体，如碳纤维、玻璃纤维等，具有高强度、高刚度、低密度和优良的耐疲劳性能，广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。颗粒增强复合材料以颗粒为增强体，如陶瓷颗粒、金属颗粒等，可显著提高材料的硬度、耐磨性和耐高温性能，常用于制造刀具、轴承和高温环境下的零件。层合复合材料由不同性质的材料层叠而成，可综合发挥各组分的优点，具有优异的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能，常用于制造高压容器、航空航天器结构件等。复合材料在机械设计中的应用

工艺性能原则考虑材料的加工性能，如铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性等。经济性原则在满足使用性能和工艺性能的前提下，尽量选择价格低廉、来源广泛的材料。同时要考虑材料的利用率和回收价值等因素。使用性能原则根据零件的使用要求选择材料，如强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。材料选择原则与方法

03机构运动简图与自由度计算

组成要素构件、运动副、约束和自由度分类方法按运动副类型、按构件间相对运动关系、按机构组成原理和按机构结构特征等机构组成要素及分类方法

选择合适的比例尺清晰表达构件形状和运动副类型正确标注构件尺寸和运动副位置简化图形，突出重构运动简图绘制技巧

VS机构中独立运动的构件数目计算方法F=3n-2PL-Ph（n为构件数，PL为低副数，Ph为高副数）自由度概念自由度概念及计算方法

机构自由度大于零机构原动件数目等于机构自由度机构具有确定运动条件

04连杆机构类型与应用

由若干刚性构件通过低副（转动副或移动副）连接而成的机构，用以实现预期的运动规律和力的传递。根据构件之间的相对运动关系，可分为平面连杆机构和空间连杆机构两大类。连杆机构定义连杆机构分类连杆机构基本概念及分类

平面四杆机构凸轮机构齿轮机构平面连杆机构特点平面连杆机构类型及特点由四个刚性构件通过低副连接而成的平面连杆机构，包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等。由两个或多个齿轮组成的高副机构，通过齿轮的啮合实现传动比和转向的改变。由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构，通过凸轮的轮廓形状控制从动件的运动规律。具有结构紧凑、传动平稳、承载能力强等优点，广泛应用于各种机械装置中。

空间连杆机构定义各构件不在同一平面内运动的连杆机构，包括空间四杆机构、空间多杆机构等。空间连杆机构特点能够实现更为复杂的空间运动轨迹和姿态变换，但设计和分析难度较大。空间连杆机构简介

设计方法：基于运动学、动力学和优化设计等方法进行连杆机构设计，可采用解析法、图解法或计算机辅助设计等方