机械零件设计中的标准化ppt课件.ppt

第1章 绪 论 第第1 1章章 绪绪 论论 1.1 课程概述课程概述 1.2 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程 1.3 机械零件的材料选择机械零件的材料选择 1.4 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则 1.5 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 1.6 机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化 习习 题题 第1章 绪 论 1.1 课课 程程 概概 述述 1.1.1 机械的组成机械的组成图1-1所示为单缸内燃机，它由缸体、活塞、连杆、 曲轴、齿轮和凸轮、弹簧、进/排气阀推杆等组成。当燃气推动活塞时，通过连杆将运动传至曲轴使曲轴连续转动。第1章 绪 论 图1-1 内燃机 第1章 绪 论 机械是机器和机构的总称。 机器是由各种机构组成的机械系统。 机器的主要特征是 :由各实物组成，各实物间具有确定的相对运动；能进行功能以及实现信息传递和变换的功能。 机构：如果只有确定的相对运动，而不能代替人做有用的机械功的构件组合，则称为机构。 第1章 绪 论 1.1.2 机械中的构件和零件机械中的构件和零件 1. 构件构件 机构是由构件组成的，构件在机构中具有独立的运动特性，是机器的运动单元。如图1-2（a）所示的内燃机是由活塞、连杆、曲轴和汽缸等构件构成的曲柄滑块机构。 第1章 绪 论 2. 机械零件机械零件 机械都是由机械零件组成的。机械零件是指机械中每一个单独加工的单元体。例如图1-2(b)所示的连杆，它是由连杆体、连杆盖、螺栓和螺母等零件组合而成的。因此，构件是运动的单元，零件是制造单元。通常将机械零件分为通用机械零件和专用机械零件两大类。 第1章 绪 论 图1-2 内燃机中的曲柄滑块机构和连杆 第1章 绪 论 通过学习本课程和课程设计、 实验等实践性环节， 应达到如下要求： （1） 掌握常用机械的工作原理， 结构特点，学会计算和设计其方法。 （2） 培养查阅有关技术资料的能力。 （3） 具有设计一般机械能力。 （4） 为专业设备的学习打下必要的理论和实践基础。 第1章 绪 论 1.2 机械设计的基本要求和一般过程机械设计的基本要求和一般过程 1.2.1 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 机械设计的基本要求是： 在实现机械运动功能的前提下，做到性能好、效率高、 低成本，并具有可靠性高和操作维护方便等要求。做出优化设计， 使设计的机械具有最优的综合技术经济效果。 第1章 绪 论 1.2.2 机械设计的一般过程机械设计的一般过程 （1） 明确设计要求。 （2） 制定设计方案，绘制机器运动简图 （3） 进行运动和动力分析，确定主要零部件的运动和动力参数。 （4） 进行传动零件的设计计算， 确定其主要参数。 （5） 进行零部件结构草图设计， （6） 绘制零件工作图， （7）绘制部件装配图和总装图。 （8）编制设计说明书。第1章 绪 论 1.3 机械零件的材料选择机械零件的材料选择 1.3.1 使用要求使用要求 按强度条件设计的零件，当其尺寸和重量都受限制时，应选用强度较高的材料； 按刚度条件设计的零件，应选用弹性模量较大的材料；若零件表面接触应力较高(如齿轮)，应选用可以进行表面强化处理的材料(如调质钢、渗碳钢)。此外，对容易磨损的零件(如蜗轮)，应选用耐磨性好的材料；对滑动摩擦下工作的零件(如滑动轴承)，应选用减摩性好的材料；对高温下工作的零件，应选用耐热材料；对腐蚀性介质中工作的零件，应选用耐腐蚀材料。 第1章 绪 论 1.3.2 工艺要求工艺要求 对于外形复杂、尺寸较大的零件，若采用铸造毛坯，则应采用铸造性能好的材料；若采用焊接毛坯，则应选用焊接性能好的低碳钢，因为含碳量超过0.3的钢难以焊接；对于尺寸较小、 外形简单、大量生产的零件，适合冲压或模锻，应选用延展性较好的材料；需要热处理的零件，所选材料应有良好的热处理性能。此外，还要考虑材料的易加工性，包括零件热处理后的易加工性能。 第1章 绪 论 1.3.3 经济性要求经济性要求 选用廉价材料，节约原材料，是机械设计的一个基本原则。 为了使零件最经济地制造出来，不仅要考虑原材料的价格，还要考虑零件制造费用。 为此，可采取如下具体措施： （1） 尽量采用高强度铸铁(如球墨铸铁)来代替钢材， 用工程塑料或粉末冶金材料代替有色金属材料。 （2） 采用热处理(包括化学热处理)或表面强化(如喷丸、滚压)等工艺，充分发挥和利用材料潜在的力学性能。 第1章 绪 论 （3）合理采用表面镀层等方法。 （4）采用组合式零件结构，。 （5） 改善工艺方法，提高材料利用率，降低成本。 第1章 绪 论 1.4 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则 1.4.1 强度准则强度准则 1. 静应力静应力SSlimlim 式中：, 构件的工作正应力， 工作剪应力； , 许用应力； lim，lim材料的极限应力(对塑性材料取它的屈服极限，对脆性材料取它的强度极限)； S, S安全系数。 第1章 绪 论 2. 弯曲和扭转弯曲和扭转beWTM)(22式中： M，T弯矩， 扭矩； 扭矩应力循环系数 W抗弯模量。 第1章 绪 论 3. 接触应力接触应力 可以按照弹性力学赫兹公式计算： rnHbFEE222121max111第1章 绪 论 式中：Fn两个圆柱体相压的法向载荷，N； b 两个圆柱体的接触宽度，mm； 综合曲率半径，mm，“”， “”分别用于外接触和内接触； 1，2两圆柱体的曲率半径，mm； E1，E2两圆柱体材料的弹性模量，MPa； 1, 2两圆柱体材料的泊松比。 1221r第1章 绪 论 图1-3 两个圆柱体的接触应力 第1章 绪 论 1.4.2 刚度准则刚度准则 刚度是指机械零件在载荷作用下，抵抗弹性变形的能力。 设计时应满足的刚度条件为 yy(1-5) 式中：，y， 零件工作时的挠度、转角和扭转角； 第1章 绪 论 1.4.3 耐磨性准则耐磨性准则 磨损是由于表面的相对运动使零件工作表面的物质不断损失的现象，它是机械设备失效的重要原因。 即 pBdFpr (1-6) 式中： Fr径向载荷，N； d，B轴承直径，轴承宽度，mm； p轴瓦材料许用压强，MPa。第1章 绪 论 1.5 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 1.5.1 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 1. 零件的结构应便于切削加工零件的结构应便于切削加工 零件的切削加工工艺对零件结构设计影响很大， 因此应考虑零件的结构要能够加工，例如车、刨、磨加工应留有退刀槽或砂轮越程槽等；零件的结构要便于加工， 例如保证采用一般刀具加工时所需的工作空间和定位支承面。减少刀具及量具的种类，减少刀具调整次数等；合理地减少加工量及加工面积，例如留有凸台或鱼眼坑结构等。同时，要合理选择制造精度和表面粗糙度。 第1章 绪 论 图1-4退刀槽或砂轮越程槽(a) 车； (b) 磨； (c) 刨 第1章 绪 论 2. 零件的结构应便于装拆和调整零件的结构应便于装拆和调整 零件的结构应便于装配、拆卸，并尽可能减少装配工作量。 主要应考虑： (1) 能装能拆。例如扳手工作空间。 第1章 绪 论 图1-5留出装入螺钉空间 (a) 不正确； (b) 正确 第1章 绪 论 图1-6 留出扳手工作空间 (a) 不正确； (b) 正确 第1章 绪 论 1.6 机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化 机械零件的标准化，就是对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的技术准则和依据。 现已发布的与机械零件有关的标准，从运用范围上来说，可分为国家标准(GB)、 部颁标准(机械工业标准JB、纺织工业标准PJ等)和企业标准三个等级。从使用的强制性来说，可分为必须执行的(如螺纹标准、 制图标准等)和推荐使用的(如标准直径等)。我国已制订有很多国标和部标，目前还在不断发展和改进，并且已参加国际标准化组织(ISO)。第1章 绪 论 标准化的优点： （1）可以用最先进的工艺方法进行标准零件的专业化大量生产，可大幅度降低劳动量、材料消耗和总成本，并易于保证质量。 （2）可以改进零件的质量，提高零件的可靠性。 （3）简化设计工作， 缩短设计周期。 （4）由于标准化带来的互换性，当标准零件失效时，可以很容易进行更换，使机器的维修工作大大简化。 第1章 绪 论 与标准化密切有关的是通用化。通用化是最大限度地减少和合并产品的型号、尺寸和材料品种等，使零件和部件尽量在不同规格的同类产品甚至不同类产品上通用。通用化是广义的标准化。 对于同一产品，为了满足不同的使用要求，在基本结构或基本尺寸不变的条件下，规定出若干个辅助尺寸不同的产品，称为产品的系列化。 系列化也是标准化的重要内容。例如对于同一结构，同一内径的滚动轴承，制出不同外径及宽度的产品，称为不同的系列。系列大小的规定，一般也是以优先数系为基础。 工程上常采用几何级数作为优先数系的基础，其级数项的公比一般取为10的某次方根。例如取公比q为，通常根式指数n=10，20，40。对于按它们求出的数字系列经圆整后， 则分别称为R10，R20和R40系列，选用系列时，应首先按照上述顺序， 优先选用公比较大的基本系列。 nq10第1章 绪 论 习习 题题 1-1 机械的概念是什么？并举例加以说明？ 1-2 机械设计步骤？ 1-3 机械结构工艺设计要求？ 1-4 什么是构件？什么是零件？它们有什么区别和联系？试举实例加以说明。