機械設(shè)計課件_第1-2章總論德州科技職業(yè)學(xué)院

1、機械設(shè)計（機械設(shè)計（Design of Machinery）濮良貴編，濮良貴編，機械設(shè)計機械設(shè)計第八版，第八版，高等教育出版社，高等教育出版社，2006.5秦彥斌、陸品主編，秦彥斌、陸品主編，機械設(shè)計機械設(shè)計導(dǎo)教導(dǎo)教.導(dǎo)學(xué)導(dǎo)學(xué).導(dǎo)考，西北工業(yè)大學(xué)出導(dǎo)考，西北工業(yè)大學(xué)出版社，版社，2005.4教科書教科書參考書參考書 1、教材、教材學(xué)時：學(xué)時：64（其中理論（其中理論56，實驗，實驗8）考核方式：平時考核方式：平時20%+期末期末80%另：課程設(shè)計（學(xué)分）三周另：課程設(shè)計（學(xué)分）三周2、學(xué)時及考核方式、學(xué)時及考核方式“機械設(shè)機械設(shè)計計”？ 由動力動力驅(qū)動的能實現(xiàn)一定功能的裝置。如：自行車、電動自

2、行車非人力非人力驅(qū)動的能實現(xiàn)某種功能的可動裝置。機器機器(machine)？設(shè)計設(shè)計(design) ？是把一種計劃、規(guī)劃、設(shè)想通過視覺的形式傳達出來的活動過程 。在加工制作可動裝置之前所有的構(gòu)想，在加工制作可動裝置之前所有的構(gòu)想，用圖紙及文檔的形式表示出來的過程。用圖紙及文檔的形式表示出來的過程。機械機械(machinery)？動力：動力：共性知識（共性知識（24章）：章）：零件設(shè)計的基本原則零件設(shè)計的基本原則、設(shè)計計算理論、材料選擇、摩擦磨損及、設(shè)計計算理論、材料選擇、摩擦磨損及潤滑等方面的知識。潤滑等方面的知識。個性知識（個性知識（1章）：三大類零件章）：三大類零件3、主要內(nèi)容、主要內(nèi)容

3、機械設(shè)計機械設(shè)計是以是以通用零件通用零件的設(shè)計為主的設(shè)計性技術(shù)基礎(chǔ)課。的設(shè)計為主的設(shè)計性技術(shù)基礎(chǔ)課。論述通用零件設(shè)計的理論和方法，培養(yǎng)機械設(shè)計論述通用零件設(shè)計的理論和方法，培養(yǎng)機械設(shè)計的能力。的能力。4、課程性質(zhì)、課程性質(zhì)機械設(shè)計：是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是前期所學(xué)基礎(chǔ)課的綜合體。機械設(shè)計：是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是前期所學(xué)基礎(chǔ)課的綜合體。是我們學(xué)習(xí)其他專業(yè)課的基礎(chǔ)。是我們學(xué)習(xí)其他專業(yè)課的基礎(chǔ)。5、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)方法主線：主線：失效形式受力分析強度計算結(jié)構(gòu)設(shè)計失效形式受力分析強度計算結(jié)構(gòu)設(shè)計。認識機器認識機器（machine）第二章第二章 機械設(shè)計總論機械設(shè)計總論帶式運輸機帶式運輸機2-1、機器的組成、機

4、器的組成原動機原動機傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)從功能上：從功能上：機器是由機器是由機構(gòu)或構(gòu)件機構(gòu)或構(gòu)件組成的。組成的。機械原理機械原理機械設(shè)計機械設(shè)計 構(gòu)件（構(gòu)件（member） 零件的剛性組合體，零件的剛性組合體， 是運動的最小單元。是運動的最小單元。 機構(gòu)（機構(gòu)（mechanism） 是構(gòu)件的人為組合是構(gòu)件的人為組合 各構(gòu)件間具有確定的相對運動。各構(gòu)件間具有確定的相對運動。 運動副（運動副（kinematic pair） 兩構(gòu)件直接接觸的一種可動聯(lián)接。兩構(gòu)件直接接觸的一種可動聯(lián)接。機器是由機器是由機械零件機械零件組合而成的。組合而成的。從組織結(jié)構(gòu)上：從

5、組織結(jié)構(gòu)上：在各種機器中功用相同的零件：在各種機器中功用相同的零件：通用零件通用零件 （machine element for general application）零件（零件（component，element） 組成構(gòu)件的各個元素，是制造的最小單元。組成構(gòu)件的各個元素，是制造的最小單元。聯(lián)接聯(lián)接傳動傳動支承支承齒輪齒輪軸承軸承螺栓螺栓犁犁專用零件專用零件 （machine element for special application）曲軸曲軸螺旋槳的葉片螺旋槳的葉片只有在特定的機器中才能用的零件只有在特定的機器中才能用的零件剛剛性性組組合合+ +運動副運動副能完成能完成一定的功一定的功

6、能實現(xiàn)能實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換零件零件構(gòu)件構(gòu)件機構(gòu)機構(gòu)機器機器通稱機械通稱機械1 1、計劃階段、計劃階段 明確機器的功能、約束條件；明確機器的功能、約束條件； 寫出設(shè)計任務(wù)書。寫出設(shè)計任務(wù)書。2-22-2、 設(shè)計機器的一般程序設(shè)計機器的一般程序2 2、方案設(shè)計階段、方案設(shè)計階段 機器的功能分析機器的功能分析 必須必須達到的要求；達到的要求； 希望希望達到的要求。達到的要求。機器的功能機器的功能經(jīng)濟性估計經(jīng)濟性估計制造的要求制造的要求使用的要求使用的要求完成期限完成期限分析的結(jié)果：分析的結(jié)果：確定出功能參數(shù)確定出功能參數(shù) 提出解決的辦法提出解決的辦法 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 有有N N3 3種執(zhí)行機構(gòu)方

7、案；種執(zhí)行機構(gòu)方案； 原動機原動機不同工作原理就有不同工作原理就有不同的機器；同一不同的機器；同一工作原理工作原理有不同的結(jié)構(gòu)有不同的結(jié)構(gòu) 有有N N2 2種原動機方案；種原動機方案； 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)高速還是低速高速還是低速直流還是交流直流還是交流有有N N1 1種傳動系統(tǒng)方案。種傳動系統(tǒng)方案。共有共有N NN N1 1N N2 2N N3 3 個方案個方案技術(shù)方面和經(jīng)技術(shù)方面和經(jīng)濟方面的綜合濟方面的綜合評價評價最佳方案最佳方案 最后決策最后決策 確定確定原理圖或機構(gòu)運動簡圖原理圖或機構(gòu)運動簡圖. . 3 3、技術(shù)設(shè)計階段、技術(shù)設(shè)計階段 運動學(xué)設(shè)計運動學(xué)設(shè)計 確定原動機的參數(shù)（，確定原動機的

8、參數(shù)（，n)n) 確定各運動件的運動參數(shù)確定各運動件的運動參數(shù)( (速度，加速度）速度，加速度） 動力學(xué)設(shè)計動力學(xué)設(shè)計 計算各零件上所受的載荷大小和特性。計算各零件上所受的載荷大小和特性。 零件的工作能力計算零件的工作能力計算 根據(jù)工作能力準則、失效形式、工作特性等進行零件根據(jù)工作能力準則、失效形式、工作特性等進行零件的強度、剛度、振動穩(wěn)定性、壽命等計算，并確定基的強度、剛度、振動穩(wěn)定性、壽命等計算，并確定基本尺寸。本尺寸。 裝配圖的設(shè)計裝配圖的設(shè)計 通過裝配草圖的設(shè)計，對所有零件的外形及尺寸進行通過裝配草圖的設(shè)計，對所有零件的外形及尺寸進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)化設(shè)計，并注意結(jié)構(gòu)工藝性。，并注意結(jié)構(gòu)

9、工藝性。 主要零件的校核主要零件的校核 對某些零件進行必要的校核。對某些零件進行必要的校核。 零件工作圖及總裝圖的設(shè)計零件工作圖及總裝圖的設(shè)計 繪制零件加工圖及裝配圖。繪制零件加工圖及裝配圖。4 4、技術(shù)文件編制階段、技術(shù)文件編制階段 編寫計算說明書、使用說明書、標準件明細表、工藝文編寫計算說明書、使用說明書、標準件明細表、工藝文件等。件等。2-32-3、 對機器的主要要求對機器的主要要求1 1、使用功能的要求、使用功能的要求 所設(shè)計的機器能完成用戶提出的所有要求。所設(shè)計的機器能完成用戶提出的所有要求。2 2、經(jīng)濟性要求、經(jīng)濟性要求 在實現(xiàn)使用功能的前提下，用最經(jīng)濟的手段設(shè)計和制造在實現(xiàn)使用功

10、能的前提下，用最經(jīng)濟的手段設(shè)計和制造出來。出來。 設(shè)計制造經(jīng)濟性設(shè)計制造經(jīng)濟性成本低。成本低。 使用經(jīng)濟性使用經(jīng)濟性高生產(chǎn)率、高效率、低消耗、低維護費等高生產(chǎn)率、高效率、低消耗、低維護費等。3 3、勞動保護要求、勞動保護要求操作者方便和安全；操作者方便和安全； 改善操作者及機器的環(huán)境（噪聲、有毒有害物、廢水改善操作者及機器的環(huán)境（噪聲、有毒有害物、廢水廢氣的治理等）。廢氣的治理等）。4 4、可靠性要求、可靠性要求 保證機器有足夠的使用壽命。保證機器有足夠的使用壽命。5 5、其它要求、其它要求 視不同的機器而定，如運輸?shù)目煽啃浴⒘鲃訖C器的視不同的機器而定，如運輸?shù)目煽啃?、流動機器的裝拆方便性等。

11、裝拆方便性等。低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試樣拉伸試驗機拉伸試驗機2-42-4、機械零件的主要失效形式、機械零件的主要失效形式 FesbkLFsFbO屈服屈服彈彈性性變變形形縮頸縮頸斷裂斷裂塑塑性性變變形形1 1、基本概念：、基本概念：1 1）失效：機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為失效。）失效：機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為失效。注意注意：a)a)失效不等于破壞失效不等于破壞 機械零件的機械零件的很多很多 b)b)同一種零件可能的失效形式往往有若干種。同一種零件可能的失效形式往往有若干種。機械零件的主要失效形式機械零件的主要失效形式整體斷裂整體斷

12、裂 占總失效的占總失效的5%5% 疲勞斷裂：循環(huán)應(yīng)力作用下，危險剖面的斷裂疲勞斷裂：循環(huán)應(yīng)力作用下，危險剖面的斷裂過載斷裂：瞬間大載荷導(dǎo)致的局部斷裂過載斷裂：瞬間大載荷導(dǎo)致的局部斷裂過大殘余變形過大殘余變形 殘余變形：應(yīng)力超過屈服極限所產(chǎn)生的變形殘余變形：應(yīng)力超過屈服極限所產(chǎn)生的變形零件的表面破壞零件的表面破壞 占占75%75% 疲勞點蝕：接觸應(yīng)力長期作用，產(chǎn)生裂紋直到剝落的現(xiàn)象疲勞點蝕：接觸應(yīng)力長期作用，產(chǎn)生裂紋直到剝落的現(xiàn)象磨損：接觸表面產(chǎn)生材質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象磨損：接觸表面產(chǎn)生材質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象腐蝕：化學(xué)或電化學(xué)的作用而使表面遭受破壞的現(xiàn)象腐蝕：化學(xué)或電化學(xué)的作用而使表面遭受破壞的現(xiàn)象

13、 摩擦傳動的打滑：摩擦傳動的打滑：傳動帶或摩擦輪在另一個輪傳動帶或摩擦輪在另一個輪上滑過的現(xiàn)象上滑過的現(xiàn)象振動引起的失效振動引起的失效共振：干擾頻率與固有頻率相等時發(fā)生的災(zāi)難性破壞共振：干擾頻率與固有頻率相等時發(fā)生的災(zāi)難性破壞熱引起的破壞：熱引起的破壞：零件的變形、潤滑性能的降低零件的變形、潤滑性能的降低2 2）載荷：作用在零件上的外力。）載荷：作用在零件上的外力。名義載荷：理想平穩(wěn)條件下載荷（不考慮動載荷）名義載荷：理想平穩(wěn)條件下載荷（不考慮動載荷） （按理論力學(xué)計算出的載荷）（按理論力學(xué)計算出的載荷） 用用F Fn n、MMn n、T Tn n表示表示計算載荷：考慮動載荷得到的載荷計算載荷

14、：考慮動載荷得到的載荷用用F Fcaca、MMcaca、T Tcaca表示表示 F Fcaca= =KFKFn nK K載荷系數(shù)（工況系數(shù)載荷系數(shù)（工況系數(shù)K KA A）靜載荷靜載荷動載荷動載荷 limS3 3）安全系數(shù)）安全系數(shù) （許用）安全系數(shù)：極限應(yīng)力與許用應(yīng)力比值（許用）安全系數(shù)：極限應(yīng)力與許用應(yīng)力比值計算安全系數(shù)：極限應(yīng)力與計算應(yīng)力之比計算安全系數(shù)：極限應(yīng)力與計算應(yīng)力之比cacaSlim引入安全系數(shù)的原因：引入安全系數(shù)的原因： 應(yīng)力計算時的載荷不精確性；應(yīng)力計算時的載荷不精確性； 力學(xué)模型與實際狀況的差異；力學(xué)模型與實際狀況的差異； 材料機械性能的不均勻性；材料機械性能的不均勻性；

15、零件使用場合的重要性。零件使用場合的重要性。 合理選擇許用安全系數(shù)合理選擇許用安全系數(shù) 是設(shè)計中的一項重要工作。是設(shè)計中的一項重要工作。 的取值主要受下列因素的影響：的取值主要受下列因素的影響：SS計算的準確性；計算的準確性；材料的均勻性；材料的均勻性；零件的重要性。零件的重要性。（一（一) )、強度準則、強度準則強度：指機械零件工作時抵抗變形或破壞的能力。強度：指機械零件工作時抵抗變形或破壞的能力。 強度條件有兩種表示方法：強度條件有兩種表示方法：1 1） 用應(yīng)力表示：用應(yīng)力表示：ca Slim2 2）用安全系數(shù)表示：）用安全系數(shù)表示：ScaScalimcaS式中：式中：ca計算最大應(yīng)力計算

16、最大應(yīng)力lim極限應(yīng)力極限應(yīng)力計算安全系數(shù)計算安全系數(shù)caSS許用應(yīng)力許用應(yīng)力許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)注：對于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的注：對于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的 換成換成 即可。即可。2-62-6：機械零件的設(shè)計準則：機械零件的設(shè)計準則1 1）靜應(yīng)力下的強度靜應(yīng)力下的強度可能的失效形式是塑性變形或斷裂?？赡艿氖问绞撬苄宰冃位驍嗔?。材料種類不同，所取極限應(yīng)力也不同。材料種類不同，所取極限應(yīng)力也不同。塑性材料塑性材料 單向應(yīng)力狀態(tài)下：單向應(yīng)力狀態(tài)下： slimslim，復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下：復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下： 按第三或第四強度理論計算當(dāng)量應(yīng)力按第三或第四強度理論計算當(dāng)量應(yīng)力脆性材料脆性材

17、料 單向應(yīng)力狀態(tài)下：單向應(yīng)力狀態(tài)下： ，blimblim復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下：按第一強度理論計算當(dāng)量應(yīng)力。復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下：按第一強度理論計算當(dāng)量應(yīng)力。 2）循環(huán)應(yīng)力下的強度循環(huán)應(yīng)力下的強度（疲勞強度）（詳見第三章）（疲勞強度）（詳見第三章）計算變應(yīng)力下的強度時，應(yīng)取計算變應(yīng)力下的強度時，應(yīng)取 疲勞極限疲勞極限limrN3）表面接觸疲勞強度表面接觸疲勞強度 對于高副零件，理論上是點、線接觸，但實際上在載荷作對于高副零件，理論上是點、線接觸，但實際上在載荷作用下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點、線接觸變成了很小的用下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點、線接觸變成了很小的面接觸，在接觸處面接觸，在接觸處局部會產(chǎn)

18、生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱為：局部會產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱為：表面接觸應(yīng)力，用表面接觸應(yīng)力，用 表示。其大小用赫茲公式計算。表示。其大小用赫茲公式計算。H 這時零件強度稱為這時零件強度稱為接觸強度接觸強度。 在接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的強度稱為表面接觸疲勞強度。在接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的強度稱為表面接觸疲勞強度。強度條件為：強度條件為： HH接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的失效形式是：疲勞點蝕（簡稱點蝕）。接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的失效形式是：疲勞點蝕（簡稱點蝕）。點蝕的危害：點蝕的危害： 1 1）破壞零件的光滑表面，引起振動和噪音。）破壞零件的光滑表面，引起振動和噪音。 2 2）減小零件的有效工作面積，承載能力下

19、降。）減小零件的有效工作面積，承載能力下降。 4 4）表面磨損強度表面磨損強度 （耐磨性計算）（耐磨性計算） 到目前為止對于磨損失效還沒有一個完善的計算方法。通到目前為止對于磨損失效還沒有一個完善的計算方法。通常只進行條件性計算，通過限制影響磨損的主要因素防止產(chǎn)常只進行條件性計算，通過限制影響磨損的主要因素防止產(chǎn)生過大的磨損量。生過大的磨損量。 即即 壓強不超過許用值壓強不超過許用值 p p p p 速度不超過許用值速度不超過許用值 壓強與速度乘積不超過許用值壓強與速度乘積不超過許用值 p p p p (二）、剛度準則二）、剛度準則 剛度剛度是指機械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。是指機械

20、零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。剛度條件為：剛度條件為： 實際變形量實際變形量許用變形量許用變形量（三）、壽命準則（三）、壽命準則（軸承設(shè)計）（軸承設(shè)計）另：可靠性準則（自學(xué)）另：可靠性準則（自學(xué)）（四）、振動穩(wěn)定性準則（四）、振動穩(wěn)定性準則 當(dāng)作用在零件上的周期性外力的變化頻率接近或等于零當(dāng)作用在零件上的周期性外力的變化頻率接近或等于零件的固有頻率時，便發(fā)生共振，導(dǎo)致零件失效。這種現(xiàn)象稱件的固有頻率時，便發(fā)生共振，導(dǎo)致零件失效。這種現(xiàn)象稱之為之為“失去振動穩(wěn)定性失去振動穩(wěn)定性”。 振動穩(wěn)定性準則：使外力變化振動穩(wěn)定性準則：使外力變化 的頻率遠離零件的自激振的頻率遠離零件的自激振動頻率動頻率 f 。 即即 0.85 0.85 f 或或 1.151.15 fpfpfpf2-7、 機械零件的設(shè)計方法機械零件的設(shè)計方法(傳統(tǒng)設(shè)計方法傳統(tǒng)設(shè)計方法) 理論設(shè)計理論設(shè)計據(jù)總結(jié)出來的設(shè)計理論和實驗數(shù)據(jù)進行設(shè)計據(jù)總結(jié)出來的設(shè)計理論和實驗數(shù)據(jù)進行設(shè)計 經(jīng)驗設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計據(jù)經(jīng)驗關(guān)系式或通過類比法設(shè)計據(jù)經(jīng)驗關(guān)系式或通過類比法設(shè)計 模型實驗設(shè)計模型實驗設(shè)計將初步設(shè)計做成小模型或樣機，利用實驗檢驗特將初步設(shè)計做成小模型或樣機，利用實驗檢驗特性，并據(jù)特性修改設(shè)計，逐步完善設(shè)