2.机械设计总论(讲课稿).ppt

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1、第二章第二章 机械设计总论机械设计总论2-1 机器的组成机器的组成2-2 设计机器的一般程序设计机器的一般程序2-3 对机器的主要要求对机器的主要要求2-4 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式2-5 设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的基本要求2-6 机械零件的计算准则机械零件的计算准则2-7 机械零件的设计方法机械零件的设计方法2-8 机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤2-9 机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则2-10 机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化第一页，编辑于星期六：点 十九分。机器的组成机器的组成原动机部分原动机部分传动部分传

2、动部分执行部分执行部分润滑、显示、照明等辅助系统润滑、显示、照明等辅助系统控制系统控制系统传感器传感器传感器第二页，编辑于星期六：点 十九分。设计机器的一般程序设计机器的一般程序提出任务提出任务需求分析需求分析确定任务要求确定任务要求机器功能分析机器功能分析功能原理设计功能原理设计评价评价评价评价选定方案选定方案设计任务书设计任务书原理图原理图明确构形要求明确构形要求总体结构设计总体结构设计评价评价确定总体方案确定总体方案零部件设计零部件设计编制技术文件编制技术文件总装图总装图部装图部装图零件图零件图说明书、明细表说明书、明细表计划阶段计划阶段方案设计方案设计技术设计技术设计文件编制文件编制第

3、三页，编辑于星期六：点 十九分。对机器的主要要求 使用功能要求经济性要求劳动保护要求可靠性要求其它专用要求提高设计和制造经济指标的主要途径：提高设计和制造经济指标的主要途径：1）采用现代设计方法，优化设计，保证可）采用现代设计方法，优化设计，保证可靠性。靠性。2）提高）提高“标准化、系列化、通用化标准化、系列化、通用化”的程的程度。度。3）采用新技术、新工艺、新结构、新材）采用新技术、新工艺、新结构、新材料。料。4）合理组织设计和制造过程。）合理组织设计和制造过程。5）改善零件结构工艺性，使其用料少、易）改善零件结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。加工、易装配。提高使用经济指标的主要途径：

4、提高使用经济指标的主要途径：1）合理提高机械化、自动化水平，提高机）合理提高机械化、自动化水平，提高机器的生产效率。器的生产效率。2）选用高效传动系统，减少中间环节，）选用高效传动系统，减少中间环节，降低能源消耗。降低能源消耗。3）适当采用防护和润滑，延长机器的）适当采用防护和润滑，延长机器的使用寿命。使用寿命。4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。象。劳动保护有两层含义：劳动保护有两层含义：1）使机器的操作者方便和安全。）使机器的操作者方便和安全。2）改善操作者及机器的环境。）改善操作者及机器的环境。机器的可靠度机器的可靠度R，指在规定的使用时间（寿，指在

5、规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下，机器能够正常命）内和预定的环境条件下，机器能够正常工作的概率。工作的概率。机器失效的概率机器失效的概率F为：为：F=1-R机器出厂时已经存在的可靠性叫做机器的机器出厂时已经存在的可靠性叫做机器的固固有可靠性有可靠性。考虑到用户的人为因素，已出厂的机器正确地考虑到用户的人为因素，已出厂的机器正确地完成预定功能的概率，叫做机器的完成预定功能的概率，叫做机器的使用可靠使用可靠性性。第四页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式（一）整体断裂（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件的整体断裂是指零件

6、在载荷作用下，其危险截面的应力超过零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。裂。齿轮轮齿断裂齿轮轮齿断裂轴承内圈断裂轴承内圈断裂第五页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式（二）过大的残余变形（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。变形。齿轮齿面塑形变形齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形轴承外圈塑性变形第六页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形

7、式（三）零件的表面破坏（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）。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第七页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式（四）破坏正常工作条件引起的失效（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：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。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。带传动只有在传

8、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工作。间隔才能正常工作。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。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。素引起。第八页，编辑于星期六：点 十九分。设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的基本要求q 避免在

9、预定寿命期内失效的要求避免在预定寿命期内失效的要求q 结构工艺性要求结构工艺性要求q 经济性要求经济性要求q 质量小的要求质量小的要求q 可靠性要求可靠性要求 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：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。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。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。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

10、便。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）。应降低零件发生故障的可能性（概率）。第九页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件的设计准则机械零件的设计准则 设计零件时，首先应根据零件的设计零件时，首先应根据零件的失效形式失效形式确定其确定其设计准则设计准则以及以及相应的设计计算方法。相应的设计计算方法。防止失效的判定条件是：防止失效的判定条件是：计算量计算量 fp或或 1.15ffp 共振产生的共振产生的工作失常工作失常滚动轴承、齿滚动轴承、齿轮、滑动轴承轮、滑动轴承可靠性准则可靠性准则R=N/N0 第十页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件的设计方法机械零件的

11、设计方法 理论设计理论设计 经验设计经验设计 模型实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。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、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。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，结合人们在长常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合

12、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：法。它又可分为：第十一页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤选择零件类型、结构选择零件类型、结构 计算零件上的载荷计算零件上的载荷确定计算准则确定计算准则选择零件的材料选择零件的材料确定零件的基本尺寸确定零件的基本尺寸结结 构构 设设 计计校校 核核 计计 算算画出零件工作图画出零件工作图写出计算说明书写出计算说明书第十二页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件材料的选用原则1机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则：

13、铝：铝(LY12)、铜、铜(ZCuSn10P1).黑色金属黑色金属有色金属有色金属铁铁钢钢高分子材料高分子材料复合材料复合材料陶瓷陶瓷金属材料金属材料非金属材料非金属材料载荷及应力的大小和性质载荷及应力的大小和性质零件的工作情况零件的工作情况零件的结构及加工性零件的结构及加工性材料的经济性材料的经济性零件的尺寸及重量零件的尺寸及重量一、常用材料一、常用材料二、二、机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则：塑料、橡胶、合成纤维：塑料、橡胶、合成纤维：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢(如：如：08F 45 60 1Cr18）：灰铸铁、球墨铸铁：灰铸铁、球墨铸铁(如

14、：如：TH300 QT500-5)：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强如钢、轻如铝、硬如金刚石：强度高、弹性模量大、质量轻：强度高、弹性模量大、质量轻第十三页，编辑于星期六：点 十九分。机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化 标准化的益处：标准化的益处：与设计有关的标准与设计有关的标准:国际标准国家标准行业标准企业标准等国际标准国家标准行业标准企业标准等如：如：ISOGB JB、HBQB 国标分为：强制标准和推荐标准国标分为：强制标准和推荐标准标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以

15、降低生产成本。化的大生产，以降低生产成本。强制性国家标准：代号为强制性国家标准：代号为GB(为标准序号为标准序号)(为批准年代为批准年代)强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。推荐性国家标准：代号为推荐性国家标准：代号为GBT，这类标准占整个国标中的绝大多，这类标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。求等，制定出大家共同遵守的标准。第十四页，编辑于星期六：点 十九分。