一、课程核心内容概览
机械设计基础的知识体系可分为机构设计和零部件设计两大模块，具体内容如下：
机构设计部分
连杆机构：如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构，用于实现转动与摆动 / 移动的转换（如缝纫机踏板机构）。
凸轮机构：通过凸轮轮廓控制从动件的运动规律，常用于自动化机械（如内燃机配气机构）。
齿轮机构：包括直齿、斜齿、锥齿轮等，实现定传动比传动，是机械传动的核心（如汽车变速箱）。
间歇运动机构：如棘轮机构、槽轮机构，用于实现周期性的运动与停歇（如电影放映机的胶片输送）。
平面机构的结构分析：研究机构的组成、运动副类型、自由度计算，如铰链四杆机构的自由度分析，判断机构是否具有确定运动。
常用机构的工作原理与设计：
零部件设计部分
轴的设计：轴的材料选择、结构设计（如阶梯轴）、强度与刚度计算。
轴承：滚动轴承的类型选择、寿命计算，滑动轴承的润滑设计（如电机转子轴的支撑）。
带传动与链传动：V 带传动的设计计算（如机床电机与主轴的传动），链传动的多边形效应分析。
齿轮传动与蜗杆传动：齿轮的受力分析、强度校核（如减速器中的齿轮设计），蜗杆传动的效率计算。
螺纹连接：螺栓、螺钉连接的强度计算、防松方法（如汽车发动机缸盖螺栓）。
键、花键连接：用于轴与轮毂的周向固定（如齿轮与轴的连接）。
连接设计：
传动零部件：
轴系零部件：
其他零部件：弹簧的设计（如汽车悬架弹簧）、联轴器与离合器的选型（如机床主轴与电机的连接）。
二、关键知识点详解
（一）机构运动学与动力学基础
自由度计算：公式为 F=3n−2PL−PH（n 为构件数，PL 为低副数，PH 为高副数）。
例：铰链四杆机构有 4 个构件、6 个低副、0 个高副，自由度 F=3×4−2×6=0，需通过添加原动件（如曲柄）使其具有确定运动。
运动分析方法：图解法（如速度多边形）和解析法（矢量方程法），用于求解机构中构件的位移、速度、加速度。
动力学分析：研究机构在外力作用下的运动规律，如惯性力、摩擦力对机构性能的影响（如凸轮机构的压力角校核，避免自锁）。
（二）机械零部件设计准则
强度准则：零部件在载荷作用下不发生断裂或塑性变形，如螺栓连接的拉伸强度计算：σ=πd124F≤[σ]（F 为轴向力，d1 为螺纹小径，[σ] 为许用应力）。
刚度准则：零部件抵抗变形的能力，如轴的弯曲刚度用挠度 y 和转角 θ 衡量，需满足 y≤[y]，θ≤[θ]。
耐磨性准则：如齿轮传动的齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度设计，通过选择合适的材料（如 20CrMnTi 渗碳淬火）和润滑方式提高寿命。
稳定性准则：细长压杆（如千斤顶螺杆）需校核临界应力 σcr=(μl)2π2EI，避免失稳。
（三）机械设计中的常用材料与工艺
材料选择：
轴类零件常用 45 钢（调质处理）、40Cr（淬火 + 回火）；齿轮常用 20CrMnTi（渗碳淬火）、42CrMo（表面淬火）。
轴承座常用灰铸铁（如 HT200），利用其良好的铸造性和减震性。
加工工艺：
切削加工（车、铣、刨、磨）用于轴、齿轮的成型；铸造（砂型铸造、压铸）用于箱体类零件；热处理（淬火、回火）改善材料力学性能。
三、学习方法与实践建议
理论与案例结合：
理解机构原理时，结合生活实例：如自行车的链传动（链节与链轮的啮合）、汽车雨刮器的连杆机构（曲柄摇杆机构实现摆动）。
通过减速器拆装实验，观察齿轮、轴、轴承的装配关系，理解结构设计逻辑。
软件辅助学习：
使用 AutoCAD/UG/SolidWorks 绘制零件图和装配图，掌握机械制图标准（如公差配合、形位公差标注）。
用 ANSYS 等有限元软件对轴、齿轮进行强度分析，直观理解应力分布。
典型题型与解题思路：
机构自由度计算：先确定构件数、运动副类型，注意复合铰链（多个构件共轴）、局部自由度（如滚子从动件的滚子转动）、虚约束（重复约束）的处理。
齿轮传动设计：步骤为 “确定参数（功率、转速、传动比）→选择材料→强度计算（接触疲劳 / 弯曲疲劳）→校核几何尺寸→设计轴系结构”。
四、工程应用场景
制造业：机床主轴箱的齿轮传动设计、生产线输送机构（如链板输送机的链轮设计）。
汽车工业：发动机配气凸轮机构、变速箱的齿轮与轴系设计、悬架系统的弹簧选型。
航空航天：飞行器操纵机构的连杆设计、涡轮发动机的轴承寿命计算。
自动化设备：工业机器人的关节传动机构（如谐波齿轮）、包装机械的间歇送料机构。
五、延伸知识与发展趋势
现代设计方法：有限元分析（FEA）、优化设计（如齿轮参数的多目标优化）、虚拟样机技术（ADAMS 仿真机构运动）。
新材料应用：工程塑料（如 POM 用于齿轮）、复合材料（碳纤维增强树脂用于轻量化轴类零件）。
绿色设计：零部件的可拆卸性设计（如模块化减速器）、材料回收利用（如轴承的环保润滑脂）。
客服