第一章-機械設(shè)計概論_上課

1、 目 錄緒 論第1章 機械設(shè)計概論第2章 機械零件的強度第3章 摩擦、磨損及潤滑第4章 帶傳動第5章 鏈傳動第6章 齒輪傳動第7章 蝸桿傳動第8章 滾動軸承第9章 滑動軸承第10章 聯(lián)軸器、離合器第11章 軸第12章 軸轂連接第13章 螺紋連接及螺旋傳動第14章 鉚接、焊接、粘接第15章 彈簧第16章 機架和滾動導(dǎo)軌 第一章 機械設(shè)計概論1-1 機器應(yīng)滿足的基本要求1-2 機器設(shè)計的一般程序及主要內(nèi)容1-3 機械零件設(shè)計的基本要求及一般步驟1-4 機械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)則1-5 機械零件的材料選擇1-6 機械零件的結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化1-7 機械設(shè)計方法及其新發(fā)展 1-1機器應(yīng)滿足的基本

2、要求機器的組成：機器類型繁多，功能各異，但總的來說，一臺完整的機器組成可包括：原動機部分傳動部分執(zhí)行部分潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳感器傳感器傳感器 人們對機器的要求往往是根據(jù)生產(chǎn)及生活的實際需要提出的。不管機器的類型如何，一般說來，都要有以下幾點： 預(yù)定功能要求 經(jīng)濟性要求 可靠性要求 勞動保護和環(huán)境保護要求 其它特殊要求 機器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能。這主要靠正確地選擇機器的工作原理，正確地設(shè)計或選用能夠全面實現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和原動機，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)。預(yù)定功能要求:經(jīng)濟性要求: 機器的經(jīng)濟性體現(xiàn)在設(shè)計、制造和使用的全過程中，設(shè)計機器時就要全面綜合地進行

3、考慮。 設(shè)計制造的經(jīng)濟性表現(xiàn)為機器的成本低，使用經(jīng)濟性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率，低能耗，以及低的管理和維護費用等?？煽啃砸? 機器的可靠性是用可靠度來表示的。機器的可靠度是指機器在規(guī)定的工作期限內(nèi)和規(guī)定的工作條件下，無故障地完成規(guī)定功能的概率（R）。反之，叫破壞概率（F）。 R=1-F勞動保護和環(huán)境保護要求:要注意操作者的操作安全，減輕操 作者的勞動強度。要改善操作者及機器的環(huán)境。其它特殊要求: 對不同的機器，還有一些為該機器所特有的要求。例如：對機床有長期保持精度的要求；對飛機有質(zhì)量小，飛行阻力小而運載能力大的要求；對流動使用的機器有便于安裝和拆卸的要求；對大型機器有便于運輸?shù)囊蟮鹊取７祷?/p>

4、1-2 機器設(shè)計的一般程序及主要內(nèi)容設(shè)計機器的一般程序 機器的設(shè)計過程是一個創(chuàng)造性的工作過程，設(shè)計質(zhì)量決定機器的質(zhì)量，現(xiàn)代機器設(shè)計應(yīng)盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗。機器設(shè)計是一個復(fù)雜的過程。要提高設(shè)計質(zhì)量，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。設(shè)計機器的一般程序： 產(chǎn)品規(guī)劃階段 方案設(shè)計階段 技術(shù)設(shè)計階段技術(shù)文件編制階段 規(guī)劃階段只是一個預(yù)備階段。此時，對所要設(shè)計的機器僅有一個模糊的概念。在規(guī)劃階段中，應(yīng)對所設(shè)計的機器的需求情況作充分的調(diào)查研究和分析。明確地寫出設(shè)計任務(wù)的全面要求及細(xì)節(jié)，最后形成設(shè)計任務(wù)書。產(chǎn)品規(guī)劃階段 設(shè)計任務(wù)書大體上應(yīng)包括：機器的功能、基本使用要求，經(jīng)濟性及制造要求方面的大致估計以及完成

5、設(shè)計任務(wù)的預(yù)計期限等。方案設(shè)計階段 本階段對設(shè)計的成敗起關(guān)鍵的作用。按照設(shè)計任務(wù)書的要求，方案設(shè)計階段主要有以下幾部分：擬定執(zhí)行機構(gòu)方案擬定傳動系統(tǒng)方案傳動系統(tǒng)運動尺寸設(shè)計傳動系統(tǒng)運動、動力學(xué)分析總體考慮，并畫出傳動簡圖技術(shù)設(shè)計階段 本階段的主要目標(biāo)是給出正式的機器總裝配圖、部件總裝配圖和零件工作圖。零部件工作能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計部件裝配和總裝配草圖設(shè)計主要零件的強度校核零件工作圖設(shè)計完成部件裝配圖和機器總裝配圖設(shè)計技術(shù)文件編制階段 要編制的技術(shù)文件主要有：機器設(shè)計計算說明書、機器使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表及易損件（或備用件）清單等。返回1-3 機械零件設(shè)計的基本要求及一般步驟機械零件設(shè)計的基本要求

6、機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計的機器滿足基本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求： 強度、剛度及壽命要求應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。 結(jié)構(gòu)工藝性要求設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。 可靠性要求應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。 經(jīng)濟性要求零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護成本。 質(zhì)量小的要求 質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。機械零件設(shè)計的一般步驟選擇零件類型 受力分析選擇材料確定計算準(zhǔn)則理論設(shè)計計算結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計校 核 計 算畫出零件工作圖寫出計算說明書返回1-4 機械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)則機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的彈性或塑性變形、零件的表面破

7、壞以及破壞正常工作條件引起的失效等 整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應(yīng)力超過零件的強度極限而導(dǎo)致的斷裂。齒輪輪齒斷裂軸承內(nèi)圈斷裂 過大的彈性或塑性變形 齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形 零件的表面破壞齒面接觸疲勞 零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。 破壞正常工作條件引起的失效 有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如： 帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。 高速轉(zhuǎn)動的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當(dāng)?shù)拈g隔才能正常工作。機械零件的計算準(zhǔn)則 強度準(zhǔn)則 剛度準(zhǔn)則 設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計準(zhǔn)則以及相

8、應(yīng)的設(shè)計計算方法。一般來講，有以下幾種準(zhǔn)則： 壽命準(zhǔn)則 振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則 可靠性準(zhǔn)則：不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形：不發(fā)生過大的彈性變形：與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)：對于高速機械尤其重要：當(dāng)計及隨機因素影響時，仍應(yīng)確保 上述各項準(zhǔn)則返回1-5 機械零件的材料選擇黑色金屬有色金屬鐵鋼高分子材料復(fù)合材料陶瓷金屬材料非金屬材料一、常用材料：塑料、橡膠、合成纖維 ：低碳鋼、中碳鋼、 高碳鋼、合金鋼：灰鑄鐵、球墨鑄鐵：強如鋼、輕如鋁、硬如金剛石：強度高、彈性模量大、質(zhì)量輕：鋁、銅.二、機械零件材料的選用原則載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì) 這方面主要是從強度觀點來考慮的，脆性材料原則上只適用于制造在靜載荷下工作

9、的零件。在多少有些沖擊的情況下，應(yīng)以塑性材料作為主要使用的材料。金屬材料的性能一般可以通過熱處理加以提高和改善。零件的工作情況 主要是指零件所處的環(huán)境特點、工作溫度、摩擦磨損的程度等情況。零件的尺寸及重量 零件的尺寸及質(zhì)量的大小與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)。零件的重要程度及其它特殊使用要求零件的結(jié)構(gòu)及工藝性 對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。宜選用鑄造毛坯，而對于結(jié)構(gòu)簡單的零件，可選用鍛造毛坯。工藝性包括：熱處理工藝、冷加工工藝材料本身的工藝性等。經(jīng)濟性要求材料的經(jīng)濟性要求主要表現(xiàn)在以下幾方面： 材料本身的相對價格。 材料的加工費用。 材料的利用率。 采用組合結(jié)構(gòu)。 節(jié)約稀有材料材料的供應(yīng)情況 應(yīng)考慮到當(dāng)

10、時當(dāng)?shù)夭牧系墓?yīng)狀況。為了簡化供應(yīng)和貯存的材料品種，對于小批量制造的零件，應(yīng)盡可能地減少同一部機器上使用的材料品種和規(guī)格。返回1-6 機械零件的結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化1.機械零件的結(jié)構(gòu)工藝性 零件的結(jié)構(gòu)形狀要與生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件、材料、毛坯制作及工藝水平等適應(yīng)。一般要從以下幾方面考慮： 合理選用毛坯類型 零件形狀要簡單合理 鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性 切削加工工藝性 零部件的裝配工藝性 零部件的維修工藝性2.機械零件設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)化就是要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材 料性能、設(shè)計方法、制圖要求等，制定出大家共 同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)化包括的內(nèi)容有：標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化國際標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等如： ISO GB JB、HBQB 國家標(biāo)準(zhǔn)分為：強制標(biāo)準(zhǔn)和推薦標(biāo)準(zhǔn) 強制標(biāo)準(zhǔn)：代號為GB (為標(biāo)準(zhǔn)序號) (為批準(zhǔn)年代)推薦標(biāo)準(zhǔn)：代號為GB/T (為標(biāo)準(zhǔn)序號) (為批準(zhǔn)年代) 標(biāo)準(zhǔn)化的意義：標(biāo)準(zhǔn)化有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量；減輕設(shè)計工作量；便于零部件的互換和組織專業(yè)化生產(chǎn)以降低生產(chǎn)成本等。 返回1-7 機械設(shè)計方法及其新發(fā)展機械設(shè)計方法分為兩類： 傳統(tǒng)設(shè)計方法和現(xiàn)代設(shè)計方法傳統(tǒng)設(shè)計方法又分為： 理論設(shè)計、經(jīng)驗設(shè)計及模型實驗