机械设计课件.ppt

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1、机械设计,朱维兵,西华大学机械基础教学部,第一章 绪 论,引 言本课程的性质与研究对象本课程研究的内容、特点和任务,1-1 引 言,2、机械工业在国民经济中起着重要作用机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。以机械科学为基础的制造业是一个国家的支柱产业，是社会的财富，也是国家富强和国防稳固的基础。据报道，美国约60%的财富来源于制造业，日本约50%的国民生产总值是由制造业创造的。据统计，80年代我国制造业的产值占工业总产值的1/4强。目前已达到38%以上。,3、机械工业的主要任务研究、设计和发展新的机械装备及仪器，以适应当前和将来的社会需要。各个产业和工程领域要求机械及其系统

2、性能优良，以便提高能源、材料、劳动和设备的利用率，减少对环境的污染，提高安全性、可靠性和寿命；要求机械及其系统与电子技术相结合，提高自动化程度，提高生产线柔性，以便适应多品种、小批量、常变化的新生产方式。,4、机械设计的地位与作用 经济竞争归根结底是设计和制造能力竞争 工业化国家的财富6080%是制造业创造的 制造是将科技转化为财富的最后环节 各发达国家重新重视制造业,机械制造业生产管理模式的转变,制造业市场竞争围绕 TQCSF 展开,竞争的焦点之一是设计 成功的设计赢得了市场 设计是科技成果转化为生产力的纽带 设计是引进技术实现国产化的重要环节 没有现代化设计就没有现代化产品,设计在生产中的

3、地位 设计是影响产品技术与经济指标的关键,现代企业三部分,开发设计,制造,市场销售,将核心工作放在本企业，两头在内，中间在外,1、课程的性质机械设计是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。在机械各类专业教学培养计划中是主干课程。本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面重视设计构思、创新意识和设计技能的培养。,1-2 本课程的性质与研究对象,2、研究对象机械 机构(mechanism)：传递与变换运动和力的可动装置 机器(machine)：转换机械能，或用机械能作功。机械的发展过程: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。例如：火

4、车发展蒸汽机车内燃机车电力机车高速列车磁浮列车（常导高温超导）轿车发展红旗桑塔纳、捷达、奥迪别克、本田、帕萨特,辅助系统，例如：润滑、显示、照明等,原动机部分,传动部分,控制系统,执行部分,机器的组成:,轿车组成:,机械的零部件(mechanical compoent) 任何机器都是由许多零件(part)组合而成的。,零件：组成机器的不可拆的基本单元（即制造的基本单元） 。 部件或组件：把由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合作叫做部件，如滚动轴承、联轴器等。,凸缘联轴器,滚动轴承,用途：专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件， 例如： 飞机螺旋桨、内燃机曲轴。 通用零部件：各

5、种机器中普遍使用的零部件， 例如：螺钉、齿轮、链轮、直轴。 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。,蒸汽机车,内燃机车,电力机车,高速列车,磁悬浮列车,1、内容研究普通工作条件下，一般尺寸参数的通用零件的设计理论与方法。具体内容： 总论：机械设计中带有共性的问题，有关设计的理论和原则；联接零件：螺纹联接、键及花键联接等；传动零件：带、链、齿轮、蜗杆传动等；轴系部分：轴、轴承等；其它部分：弹簧、箱体、变速器等。,1-3本课程研究的内容、特点和任务,2、特点性质：以通用零件为核心，论述设计理论及方法的一门设计性技术基础课。 特点：综合运用已学知识，制图、力学、金属

6、学（材料及工艺）和公差配合等。综合性较强；实践性；逻辑性较差。,3、任务,培养学生掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律；树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；具有使用标准、规范、手册、图册及查阅资料的能力；掌握典型零件的实验方法，获得实验技能的基本训练；了解机械设计的新发展。,机械设计的基本要求和一般程序机械零件的主要失效形式设计机械零件时应满足的基本要求机械零件的设计准则机械零件的设计方法机械零件设计的一般步骤机械设计新发展,第二章 机械设计总论,主要阐明机械设计及计算中的一些共同性问题,2-1 机械设计的基本要求和一般程序,1.1 机器设计的基本要求,1、使用要求

7、,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；,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。,1.2 机器设计的一般程序,计划阶段,方案设计,技术设计,技术文件的编制,试制、试验、鉴定、生产,信息反馈、修改,2-2 机械零件的主要失效形式,机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。,（一）整体断裂,整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零

8、件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。,齿轮轮齿断裂,轴承内圈断裂,（二）过大的残余变形,当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余变形。,齿轮齿面塑形变形,轴承外圈塑性变形,（三）零件的表面破坏,零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。,齿面接触疲劳,轴瓦磨损,（四）破坏正常工作条件引起的失效,有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如：,液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。 带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。 高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔才能正常

9、工作。,零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。,有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。,2-3 设计机械零件时应满足的基本要求,避免在预定寿命期内失效的要求,结构工艺性要求,经济性要求,质量小的要求,可靠性要求,机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：,应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。,设计的结构应便于加工和装配。,零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。,质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。,应降低零件发生故障的可能性（概率）。,2-4 机械零件的设计准则,

10、强度准则,刚度准则,设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：,：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。适用失效形式:断裂、疲劳破坏、残余变形 适用零件:轴、齿轮、 带轮等,：确保零件不发生过大的弹性变形。适用失效形式:弹性变形适用零件:轴、蜗杆等,y y ,寿命准则,振动稳定性准则,可靠性准则,：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。适用零件:滚动轴承等,高速运转机械的设计应注重此项准则。设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率 f 与激振源的频率 fp 错开。 fp 1.15 f 适用零件:滚动轴承、齿轮、滑动

11、轴承,：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。,2-5 机械零件的设计方法,理论设计,经验设计,模型实验设计,机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法两大类。,现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机械优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。,常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。它又可分为：,1、理论设计 根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。 例如简单拉杆的强度设计有两种计算方法： a）设计计算：直接求出危险截面

12、尺寸A。b）校核计算：其他方法初步设计 验算。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 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。如：飞机、桥梁的风洞实验。,机械零件设计的内容,分析工作原理,类型选择,受力分析,改进与发展,结果分析与设计,简化模型,失效分析,建立计算准则,2-6 机械零件设计的一般步骤,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。,2-7 机械设计新发展,（摩擦学、弹性流体动力润滑理论、断裂力学）,教材： 讲义机械设计-濮良贵、纪名刚主编 西北工业大学出版社习题集-机械设计习题集机械基础教学部 参考书：机械设计李靖华、王进戈、唐良宝主编 重庆大学出版社,成绩考核1、作业20%；2、考勤10% ：缺席1/3，不准参加考试；请假要出具有效证明；3、考试70%。答疑联系方式： 80992610,